KR102000614B1 - Hemodynamics simulation method using partition of heart muscle volume - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 심장 및 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 복수개의 노드로 이산화하는 이산화단계; 상기 복수개의 노드를 통해 상기 심장을 관상동맥 중 적어도 어느 하나에 대응되는 심근 영역으로 분할하는 분할단계; 상기 분할단계를 통해 분할된 심근 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계; 상기 분할단계를 통해 분할된 심근 영역을 이용하여 관상동맥 중 적어도 어느 하나로 유동하는 혈류량을 계산하는 혈류량 계산단계; 상기 혈류량 계산단계에서 계산된 관상동맥 분지관의 적어도 일부에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함한다.The present invention relates to a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume, comprising the steps of: acquiring an image of at least a part of a heart and a coronary artery; A discretization step of discretizing an image acquired through the shooting step into a plurality of nodes; Dividing the heart into a myocardial region corresponding to at least one of the coronary arteries through the plurality of nodes; A volume calculating step of calculating a volume of the divided myocardial region through the dividing step; A blood flow volume calculation step of calculating a blood flow volume flowing to at least one of the coronary arteries using the divided myocardial region through the dividing step; And a modeling step of performing blood flow modeling using the blood flow volume in at least a part of the coronary artery branch tube calculated in the blood flow calculation step.

Description

심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법{HEMODYNAMICS SIMULATION METHOD USING PARTITION OF HEART MUSCLE VOLUME}HEMODYNAMICS SIMULATION METHOD USING PARTITION OF HEART MUSCLE VOLUME BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 심근의 체적을 각각의 관상동맥과 관련된 부분으로 분할하고 이를 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행할 수 있는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for simulating hemodynamic volume using segmentation of myocardial volume, and more particularly, to a method for segmenting a volume of a myocardium into portions related to each coronary artery and dividing the myocardial volume by which the hemodynamic simulation can be performed The present invention relates to a method of simulating a blood flow using a blood vessel.

관상 동맥은 심장의 심근조직으로 혈액을 공급하는 주요 혈관으로써 동맥경화 등에 의해 생성되는 혈관 협착으로 인해 혈액 공급이 제한되고, 궁극적으로 심근경색과 같은 심각한 증상을 초래할 수 있다. Coronary arteries are the main blood vessels supplying blood to the cardiac myocardium of the heart. Vascular stenosis caused by arteriosclerosis or the like can restrict blood supply and ultimately cause serious symptoms such as myocardial infarction.

이러한 협착부 병변의 심각도에 대한 보다 정확한 진단을 위해 심근분획혈류예비력(Fractional Flow Reserve) 및 벽전단응력(Wall Shear Stress)등의 혈류역학적 기능성 진단인자에 대한 정보가 중요한 역할을 가진다.For more accurate diagnosis of the severity of these lesions, information on hemodynamic functional diagnostic factors such as myocardial fractional flow reserve and wall shear stress plays an important role.

이러한 데이터를 확보하기 위해 심전도, 생체진단지표 검사, 운동부하 심전도 검사, SPECT(Single Positron Emission Computed Tomography), PET(Positron Emission Tomography) 등과 같은 비침습적 검사를 수행할 수 있다. 그러나 이러한 방법들로는 병변에 대한 직접적인 평가는 제공하기 어렵고, 더 나아가 혈류 역학적 기능성 정보를 추출하기는 곤란하다.Non-invasive tests such as electrocardiogram, biopsy indicator, exercise electrocardiography, SPECT (Single Positron Emission Computed Tomography), and PET (Positron Emission Tomography) can be performed to secure this data. However, these methods do not provide a direct assessment of lesions, and furthermore, it is difficult to extract hemodynamic functionality information.

따라서, 관상동맥의 미세혈관반의 저항을 추론하고 이에 기초하여 각 관상동맥 분지관으로의 혈류량 분할값과의 관계를 도출하고, 이를 기반으로 관상동맥 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 혈류 역학적 기능성 정보를 추출할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.Therefore, we deduced the resistance of the microvascular vasculature of the coronary artery, and based on this, we derive the relationship between the blood flow volume fraction of each branch of the coronary artery and the coronary artery hemodynamic computer simulation based on this, and extract the hemodynamic function information A new way to do this is required.

한국등록공보 제10-1524955호Korean Registered Patent Publication No. 10-1524955

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각각의 관상동맥 분지관에 대응되는 심근의 체적을 활용하여 혈류량을 계산하고 혈류 모델링을 수행할 수 있는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for calculating the blood flow volume by utilizing the volume of the myocardial muscle corresponding to each coronary artery branch tube and using the division of the myocardial volume And to provide a hemodynamic simulation method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 심장 및 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 복수개의 노드로 이산화하는 이산화단계; 상기 복수개의 노드를 통해 상기 심장을 관상동맥 중 적어도 어느 하나에 대응되는 심근 영역으로 분할하는 분할단계; 상기 분할단계를 통해 분활된 심근 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계; 상기 혈류량 계산단계에서 계산된 관상동맥 분지관의 적어도 일부에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함하는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of imaging a heart, comprising: capturing an image of at least a part of a heart and a coronary artery; A discretization step of discretizing an image acquired through the shooting step into a plurality of nodes; Dividing the heart into a myocardial region corresponding to at least one of the coronary arteries through the plurality of nodes; A volume calculating step of calculating a volume of the myocardial region separated through the dividing step; And a modeling step of performing blood flow modeling using at least a part of the blood flow volume of the coronary artery branch tube calculated in the blood flow calculating step, and a method of simulating blood flow using the segmentation of the myocardial volume.

여기서, 상기 관상동맥 분지관은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)을 포함하는 것이 바람직하다.Herein, the coronary artery branch may include a left anterior descending coronary artery (LAD), a left circumflex artery (LCX), and a right coronary artery (RCA).

또한, 상기 촬영단계는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT), 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computed Tomography) 또는 자기공명영상법(magnetic resonance imaging:MRI)를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.It is preferable that the imaging step is performed using a computed tomography (CT), a selective computed tomography (CT), or a magnetic resonance imaging (MRI).

또한, 상기 분할단계는 보로노이 다이어그램(voronoi diagram)을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the dividing step is preferably performed using a Voronoi diagram.

또한, 상기 혈류량 결정단계는 하기의 수식에 따르는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the blood flow rate determination step conforms to the following equation.

Figure 112016082925928-pat00001
Figure 112016082925928-pat00001

여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량, V는 관상동맥 분지관에 대응하는 심근의 체적이다.Here, Q is the blood flow in the coronary artery branch, and V is the volume of the myocardium corresponding to the coronary artery branch.

또한, 상기 모델링 단계 이후에, 상기 촬영 단계를 통해 획득한 영상 및 상기 모델링 데이터를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터를 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that, after the modeling step, the blood flow modeling simulation is performed using the blood flow modeling data acquired through the image obtained through the imaging step and the modeling data.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제6항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method of claim 6.

본 발명에 따르면, 해당 조직의 총 산소 요구량에 비례하여 혈류량이 결정되는 생리학적 이론에 기반을 둠으로써 보다 높은 정확도의 혈류 모델링을 수행할 수 있다.According to the present invention, blood flow modeling with higher accuracy can be performed by being based on physiological theory in which the blood flow amount is determined in proportion to the total oxygen demand of the tissue.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 촬영단계를 통해 촬영된 영상을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 이산화단계를 통해 노드를 설정한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 3에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 복셀 형태로 심장을 이산화한 영상을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 분할단계를 통해 시드점을 설정한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 6은 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 분할단계를 통해 심근 영역을 구분한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is a flowchart schematically illustrating a method of hemodynamic simulation using segmentation of myocardial volume according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view schematically showing an image taken through an imaging step in a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to FIG. 1,
FIG. 3 is a view schematically showing a node set through a discretization step in a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a view schematically illustrating an image obtained by discretizing a heart in a voxel form in a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to FIG. 3,
FIG. 5 is a view schematically showing seed points set in the dividing step in the hemodynamic simulation method using the division of the myocardial volume according to FIG. 1,
FIG. 6 is a view schematically showing a state in which the myocardial region is divided through the dividing step in the hemodynamic simulation method using the segmentation of the myocardial volume according to FIG. 1. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart schematically illustrating a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법(S100)은 관상동맥 분지관 중 적어도 어느 하나에 대응되는 심근 영역의 체적을 계산하여, 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 유추하고, 최종적으로 관상동맥 분지관에서의 혈류 모델링 및 시뮬레이션을 수행할 수 있는 것으로서, 촬영단계(S110)와 이산화단계(S120)와 분할단계(S130)와 체적 계산단계(S140)와 혈류량 계산단계(S150)와 모델링 단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a hemodynamic simulation method (S100) using segmentation of myocardial volume according to an embodiment of the present invention calculates the volume of the myocardial region corresponding to at least one of the coronary artery branch tubes, (S110), a discretization step (S120), a segmentation step (S130), and a volume calculation step (S140) are performed in order to estimate the blood flow in the coronary artery and ultimately to perform blood flow modeling and simulation in the coronary artery branch tube. A blood flow calculation step S150, and a modeling step S160.

도 2는 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 촬영단계를 통해 촬영된 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing an image taken through an imaging step in a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to FIG. 1;

도 2를 참조하면, 상기 촬영단계(S110)는 심장 및 관상동맥의 적어도 일부를 촬영하는 단계로서, 심장 및 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 단계이다.Referring to FIG. 2, the photographing step S110 is a step of photographing at least a part of a heart and a coronary artery, and acquiring an image of at least a part of a heart and a coronary artery.

여기서, 심장에 대한 영상 및 관상동맥에 대한 영상은 동시에 촬영될 수도 있고, 심장에 대한 영상 및 관상동맥에 대한 영상을 각각 촬영한 이후에 결합시킬 수도 있다.Here, the image of the heart and the image of the coronary artery may be photographed at the same time, and the image of the heart and the image of the coronary artery may be combined after they are respectively photographed.

더 나아가, 심장 및 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상은 3차원 이미지인 것이 바람직하다.Furthermore, the image for at least a portion of the heart and coronary arteries is preferably a three-dimensional image.

한편, 관상동맥은 좌관상동맥(Left Coronary Artery:LCA)과 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)으로 구분할 수 있으며, 좌관상동맥은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX)을 포함할 수 있다.The right coronary artery (LCA) and the right coronary artery (RCA) can be divided into two groups: left anterior descending coronary artery (LAD), left anterior descending coronary artery Coronary artery (Left Circumplex Artery: LCX).

결과적으로 본 발명의 일실시예에서, 관상동맥 분지관은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)을 포함할 수 있다.As a result, in one embodiment of the present invention, the coronary artery branch canal is divided into a left anterior descending coronary artery (LAD), a left circumflex artery (LCX), and a right coronary artery (RCA) . ≪ / RTI >

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 촬영단계(S110)는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT), 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computed Tomography) 또는 자기공명영상법(magnetic resonance imaging:MRI)를 이용하여 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the imaging step S110 may be performed using a computed tomography (CT), a selective computed tomography or a magnetic resonance imaging (MRI) .

물론, 이러한 방식에 제한되는 것은 아니며, 초음파(US)와 같은 비침습적 이미징법 또는 디지털 감산 혈관 조영술(DSA)과 같은 침습적 이미징법을 이용하여 심장 및 관상동맥에서의 영상을 획득할 수 있다.Of course, it is not limited to this method, and images in the heart and coronary arteries can be acquired using a non-invasive imaging method such as ultrasound (US) or an invasive imaging method such as digital subtraction angiography (DSA).

한편, 이러한 영상 획득방법은 주지한 기술이므로 여기서는 각각의 영상 획득방법에 대한 구체적인 내용은 생략한다.Since the image acquiring method is a well-known technique, detailed description of each image acquiring method is omitted here.

도 3은 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 이산화단계를 통해 노드를 설정한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view schematically showing a node set through a discretization step in a hemodynamic simulation method using segmentation of the myocardial volume according to FIG. 1. FIG.

도 3을 참조하면, 상기 이산화단계(S120)는 상술한 촬영단계(S110)에서 획득한 영상을 복수개의 노드(N)로 이산화하는 단계이다.Referring to FIG. 3, the discretization step S120 is a step of discretizing the image obtained in the photographing step S110 into a plurality of nodes N. FIG.

다시 설명하면, 촬영단계(S110)를 통해 획득한 영상은 심장 및 관상동맥의 일부 또는 전영역에 대한 3차원 이미지이며, 심장에 복수개의 노드(N)들을 설정할 수 있다.In other words, the image acquired through the photographing step S110 is a three-dimensional image of a part or all of the heart and the coronary artery, and a plurality of nodes N can be set in the heart.

여기서, 각각의 노드(N)들은 심장의 표면적에 각각 배치될 수 있다. Here, each of the nodes N may be disposed on the surface area of the heart, respectively.

또한, 복수개의 노드(N)들은 등간격으로 배치될 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.Further, the plurality of nodes N may be arranged at equal intervals, but is not limited thereto.

도 4는 도 3에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 복셀 형태로 심장을 이산화한 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an image obtained by discretizing a heart in a voxel form in a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to FIG. 3. FIG.

한편, 도 4와 같이 복수개의 노드(N)들은 서로 인접한 노드(N)들과 연결된 상태로 이산화될 수 있으며, 복수개의 노드(N)들이 연결된 형상은 복셀(voxel) 또는 사면체 형태일 수 있다.4, a plurality of nodes N may be discretized in a state connected to neighboring nodes N, and a shape in which a plurality of nodes N are connected may be in the form of a voxel or a tetrahedron.

여기서, 복셀 또는 사면체의 크기는 시뮬레이션의 정확도를 고려하여 달리 설정될 수 있다.Here, the size of the voxel or tetrahedron can be set differently considering the accuracy of the simulation.

도 5는 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 분할단계를 통해 시드점을 설정한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 따른 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법에서 분할단계를 통해 심근 영역을 구분한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view schematically showing a seed point set in a dividing step in the hemodynamic simulation method using the segmentation of the myocardial volume according to FIG. 1. FIG. 6 is a view showing a blood flow FIG. 2 is a view schematically showing a state in which the myocardial region is divided through the dividing step in the dynamic simulation method. FIG.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 분할단계(S130)는 상기 영상에서 복수개의 노드(N)들을 이용하여 관상동맥 분지관 각각에 대응되는 심근 영역을 분할하는 단계이다.5 and 6, the dividing step S 130 is a step of dividing the myocardial region corresponding to each of the coronary artery branch tubes using the plurality of nodes N in the image.

본 발명의 일실시예에서 분할단계(S130)는 보다 객관적인 심근 영역의 분할을 위하여 보로노이 다이어그램(voronoi diagram) 기법을 적용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the segmentation step (S130) may employ a voronoi diagram technique for more objective segmentation of the myocardial region.

여기서, 보로노이 다이어그램(voronoi diagram)은 공간 상에 n개의 노드(N)를 가지고 있는 집합에서 임의의 시드 점(seed point)(S)과의 유클리드 거리를 계산한 후 근접한 노드(N)들의 집합을 이용하여 공간을 분할하는 방법을 의미한다.Here, the Voronoi diagram calculates a Euclidean distance from a set having n nodes (N) in space with an arbitrary seed point (S), and then calculates a set of adjacent nodes (N) Which is a method of dividing a space by using a space.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 심장 및 관상동맥에 대한 영상에서 관상동맥 분지부 각각에 대한 시드 점(S)을 지정하고, 각각의 시드 점(S)과 근접한 노드(N)들의 집합을 구하여 각각의 분지관에 대응하는 3개의 영역으로 분할할 수 있다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, a seed point S for each of the coronary artery branches in the images of the heart and coronary arteries is designated, and a set of nodes N close to each seed point S is obtained It can be divided into three regions corresponding to the respective branch tubes.

여기서, 분지관 각각에서의 시드 점(S)은 도 5와 같이 각각의 관상동맥 분지관의 중심선 상에 배치될 수 있다.Here, the seed point S in each of the branch tubes may be arranged on the center line of each of the coronary artery branch tubes as shown in Fig.

가령, 3차원 영상에서 각각의 관상동맥 분지관에서의 중심선을 설정하고, 중심선을 따라 소정 간격마다 배치되게 시드점(S)을 설정할 수 있다. For example, it is possible to set the center line in each coronary artery branch tube in the three-dimensional image, and to set the seed point S so as to be arranged at predetermined intervals along the center line.

여기서, 각각의 시드 점(S)을 기준으로 상대적으로 가까운 위치에 있는 노드(N)들을 검색한다. Here, the nodes N that are located relatively close to each seed point S are searched.

한편, 노드(N)를 기준으로 검색할 수도 있지만, 상술한 것과 같이 서로 인접한 노드(N)들이 복셀 또는 사면체 형태로 연결된 형상을 기준으로 검색할 수 있음은 당연하다.On the other hand, it is natural that the node N can be searched on the basis of the shape connected to the adjacent nodes N in the form of a voxel or tetrahedron, as described above.

한편, 심장을 3개의 심근 영역으로 구분하는 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 좌관상동맥과 우관상동맥과 관련된 2개의 심근영역으로 구분하고, 우관상동맥과 관련된 심근 영역을 각각의 분지관에 관련된 심근영역으로 구분하여 최종적으로 3개의 심근 영역을 획득하는 방식으로 수행할 수 있음은 당연하다.The heart is divided into three myocardial regions. However, the present invention is not limited to this. It is divided into two myocardial regions related to the left coronary artery and the right coronary artery, and the right coronary artery- It is natural that it can be performed in such a manner that it is divided into related myocardial regions and finally three myocardial regions are acquired.

여기서, 노드(N)들의 검색이 완료되면, 좌전하행관상동맥, 좌회선관상동맥 또는 우관상동맥의 시드 점(S)들과 연결되는 노드(N)들을 연결한다. 더 자세히 설명하면, 좌전하행관상동맥의 시드점(S)들과 연결되는 노드(N)들을 서로 연결하고, 좌회선관상동맥의 시드점(S)들과 연결되는 노드(N)들을 서로 연결하며, 우관상동맥의 시드점(S)들과 연결되는 노드(N)들을 서로 연결한다.Here, when the retrieval of the nodes N is completed, the nodes N connected to the seed points S of the left anterior descending coronary artery, the left coronary artery, or the right coronary artery are connected. More specifically, the nodes N connected to the seed points S of the left anterior descending coronary artery are connected to each other, the nodes N connected to the seed points S of the left coronary artery are connected to each other , And the nodes (N) connected to the seed points (S) of the right coronary artery.

결과적으로 도 6과 같이 심장은 각각의 관상동맥 분지관에 인접한 3개의 심근 영역으로 구분될 수 있다.As a result, as shown in FIG. 6, the heart can be divided into three myocardial regions adjacent to each branch of the coronary artery.

상기 체적 계산단계(S140)는 상술한 분할단계(S130)를 통해 획득한 3개의 심근 영역의 체적을 계산하는 단계이다.The volume calculation step S140 is a step of calculating the volumes of the three myocardial regions obtained through the dividing step S130 described above.

상술한 분할단계(S130)를 통해 분할된 영역은 3차원 영역으로 해석할 수 있고, 이러한 3차원 영역에 대한 체적은 용이하게 계산할 수 있다.The divided region through the division step S130 described above can be interpreted as a three-dimensional region, and the volume of the three-dimensional region can be easily calculated.

상기 혈류량 계산단계(S150)는 상술한 체적 계산단계(S140)를 통해 계산된 심근 영역의 체적을 이용하여 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량을 추정하는 단계이다.The blood flow calculation step S150 is a step of estimating a blood flow volume flowing into each of the coronary artery branch tubes using the volume of the myocardial region calculated through the volume calculation step S140 described above.

먼저, 관상동맥 분지관 각각으로 유동하는 혈류량은 하기의 수식에 따른다.First, the blood flow volume flowing into each of the coronary artery branch tubes is given by the following equation.

Figure 112016082925928-pat00002
Figure 112016082925928-pat00002

여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량이며, V는 관상동맥 분지관에 대응하는 심근의 체적이다.Here, Q is the blood flow in the coronary artery branch, and V is the volume of the myocardium corresponding to the coronary artery branch.

즉, 각각의 관상동맥 분지관을 통해 유동하는 혈류량은 각각의 관상동맥 분지관에 대응되는 심근의 체적에 비례하게 된다.That is, the blood flow flowing through each coronary artery branch tube is proportional to the volume of the myocardium corresponding to each coronary artery branch tube.

본 발명의 일실시예에 따르면, 혈류량 계산단계(S150)는 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량의 비율을 구할 수 있다. 다시 설명하면, 상술한 체적 계산단계(S140)를 통해 심근 영역의 체적을 구할 수 있고 이를 통해 각각의 관상동맥 분지관의 혈류량을 각각 유추할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the blood flow rate calculation step (S150) can obtain the ratio of the blood flow volume flowing to each of the coronary artery branch tubes. In other words, the volume of the myocardial region can be obtained through the volume calculation step (S140) described above, and the blood flow quantities of the respective coronary artery branch tubes can be deduced through the calculation.

물론, 체적 계산단계(S140)에서 각각의 심근 영역의 체적을 구하여 각각의 관상동맥 분지관에 대응하는 심근 영역의 체적을 유추할 수 있음은 당연하다.Of course, it is of course possible to deduce the volume of the myocardial region corresponding to each coronary artery branch tube by calculating the volume of each myocardial region in the volume calculation step (S140).

한편, 혈류량은 체적에 비례하므로, 혈류량 비율도 체적비에 비례하며, 각각의 관상동맥 분지관에서의 체적비를 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량의 비율로 볼 수 있다.On the other hand, since the blood flow rate is proportional to the volume, the ratio of the blood flow rate is also proportional to the volume ratio, and the volume ratio in each branch of the coronary artery can be regarded as a ratio of the blood flow to each branch of the coronary artery.

상기 모델링 단계(S160)는 상술한 혈류량 계산단계(S150)에서 계산된 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 단계이다.The modeling step (S160) is a step of performing blood flow modeling using the blood flow volume in the coronary artery branch tube calculated in the above-described blood flow calculation step (S150).

즉, 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 경계조건으로 하여 수치해석을 수행하여 혈류 모델링을 수행할 수 있다.That is, the blood flow modeling can be performed by performing a numerical analysis using the blood flow volume in the coronary artery branch tube as a boundary condition.

한편, 종래에도 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하였으나, 이를 추정할 방법이 없었기 때문에 기존에 잘 알려진 이론인 머레이 법칙을 적용하는 경우가 일반적이었다. 머레이 법칙은 혈류량(Qd)이 혈관 직경(d)의 거듭제곱식과 비례관계를 갖는다는 법칙을 의미하며 하기의 수식으로 표현할 수 있다.In the past, blood flow modeling was performed using the blood flow in the coronary artery branch tube. However, since there was no method for estimating the blood flow, the Murray rule, which is a well-known theory, was generally applied. The Murray's law means that the blood flow (Q d ) has a proportional relationship with the power formula of the diameter (d) of the blood vessel, and can be expressed by the following equation.

Figure 112016082925928-pat00003
Figure 112016082925928-pat00003

여기서, d는 혈관의 직경이고, a는 거듭제곱 상수값으로 보통 1.5 내지 3으로 정해지며 정확하게 정의되어 있지는 않다. Here, d is the diameter of the blood vessel, and a is a power constant value usually set to 1.5 to 3 and is not precisely defined.

그러나, 관상동맥 영역에서 거듭제곱 상수값을 정확히 결정된 것이 아니며, 혈관 직경이 길이방향을 따라 연속적으로 변화하기 때문에 대표 혈관 직경을 결정하는데 어려움이 존재한다.However, since the power constant value is not exactly determined in the coronary artery region, there is a difficulty in determining the representative blood vessel diameter because the blood vessel diameter continuously changes along the longitudinal direction.

이에 비해, 본 발명의 일실시예에 따른 혈류량 계산단계(S150)는 각각의 관상동맥 분지관에 대응되는 심근의 체적을 계산할 수 있고, 이를 통해 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량을 추정할 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 모델링 단계(S160)에서 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.In contrast, the blood flow calculation step S150 according to an embodiment of the present invention can calculate the volume of the myocardial muscle corresponding to each coronary artery branch tube, thereby estimating the blood flow volume flowing into each branch of the coronary artery Therefore, more accurate simulation can be performed in the modeling step S160 according to the embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 촬영단계(S110)를 통해 획득한 영상 및 상기 모델링 단계(S160)를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터를 이용하여 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a simulation step of performing hemodynamic computer simulation using the image obtained through the photographing step S110 and the blood flow modeling data obtained through the modeling step S160 S170).

상기 시뮬레이션 단계(S170)를 통해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행함으로써 환자 신체의 관상 동맥 혈류에 관한 정보, 가령, 압력, 속도, FFR 등을 구하여 외부로 출력할 수 있다.By performing computer simulation through the simulation step (S170), information on the coronary arterial blood flow of the patient's body, such as pressure, velocity, FFR, etc., can be obtained and output to the outside.

다시 설명하면, 시뮬레이션 단계(S170)는 컴퓨터 시스템을 이용하여 혈류의 3차원 방정식을 해석할 수 있고, 수치 해법 등의 방법을 이용할 수 있다. 이러한 시뮬레이션 단계(S170)를 통해 관상동맥, 더 자세하게는 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA) 각각에서의 혈류 및 혈압 등을 포함하는 다양한 혈류 역학 특성, 또는 파라미터 등을 산출할 수 있다.In other words, the simulation step (S170) can analyze the three-dimensional equation of blood flow using a computer system, and use a numerical solution method or the like. In this simulation step S170, a coronary artery, more specifically, a left anterior descending coronary artery (LAD), a left circumflex coronary artery (LCX), and a right coronary artery (RCA) Various blood flow characteristics, parameters, etc. including blood flow and blood pressure in the subject can be calculated.

더 나아가, 상기 산출된 특성 또는 파라미터 등을 혈관조영영상 등에 외부로 디스플레이할 수 있다.Furthermore, the calculated characteristics or parameters can be displayed externally to an angiographic image or the like.

한편, 상술한 본 발명의 일실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.Meanwhile, one embodiment of the present invention described above can be realized in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed in a computer and operates the program using a computer-readable recording medium.

컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, the computer-readable medium may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, and may include any information delivery media.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 또는 변형할 수 있고, 그러한 수정례 또는 변형례들도 본 발명의 권리범위에 속한다고 볼 것이다.It is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the above embodiments and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention, I will see.

S100: 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법
S110: 촬영단계 S120: 이산화단계
S130: 분할단계 S140: 체적 계산단계
S150: 혈류량 계산단계 S160: 모델링 단계
S170: 시뮬레이션 단계
S100: Hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume
S110: photographing step S120: discretization step
S130: Split step S140: Volumet calculation step
S150: blood flow calculation step S160: modeling step
S170: Simulation step

Claims (7)

심장 및 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계;
상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 복수개의 노드로 이산화하는 이산화단계;
상기 복수개의 노드를 통해 상기 심장을 관상동맥 중 적어도 어느 하나에 대응되는 심근 영역으로 분할하는 분할단계;
상기 분할단계를 통해 분할된 심근 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계;
상기 체적 계산단계를 통해 획득한 심근 영역의 체적을 이용하여 관상동맥 중 적어도 어느 하나로 유동하는 혈류량을 계산하는 혈류량 계산단계;
상기 혈류량 계산단계에서 계산된 관상동맥 분지관의 적어도 일부에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 모델링 단계;를 포함하는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
An imaging step of acquiring images of at least a part of a heart and a coronary artery;
A discretization step of discretizing an image acquired through the shooting step into a plurality of nodes;
Dividing the heart into a myocardial region corresponding to at least one of the coronary arteries through the plurality of nodes;
A volume calculating step of calculating a volume of the divided myocardial region through the dividing step;
A blood flow volume calculation step of calculating a blood flow volume flowing to at least one of the coronary arteries using the volume of the myocardial region acquired through the volume calculation step;
And a modeling step of performing blood flow modeling using at least a part of the blood flow in the coronary artery branch tube calculated in the blood flow calculating step.
제1항에 있어서,
상기 관상동맥 분지관은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)을 포함하는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
The method according to claim 1,
The coronary artery branch was used for segmentation of the myocardial volume including left anterior descending coronary artery (LAD), left circumflex coronary artery (LCX) and right coronary artery (RCA) Method of hemodynamic simulation.
제1항에 있어서,
상기 촬영단계는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT), 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computed Tomography) 또는 자기공명영상법(magnetic resonance imaging:MRI)를 이용하여 수행되는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
The method according to claim 1,
The imaging step may be performed by a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume performed using a computed tomography (CT), a selective computed tomography (MRI) or a magnetic resonance imaging (MRI) .
제1항에 있어서,
상기 분할단계는 보로노이 다이어그램(voronoi diagram)을 이용하여 수행되는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dividing step is performed using a voronoi diagram.
제1항에 있어서,
상기 혈류량 계산단계는 하기의 수식에 따르는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
Figure 112018039579736-pat00004

여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량, V는 관상동맥 분지관에 대응하는 심근의 체적이다.
The method according to claim 1,
Wherein the blood flow calculation step is a hemodynamic simulation method using segmentation of myocardial volume according to the following equation.
Figure 112018039579736-pat00004

Here, Q is the blood flow in the coronary artery branch, and V is the volume of the myocardium corresponding to the coronary artery branch.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모델링 단계 이후에, 상기 촬영 단계를 통해 획득한 영상 및 모델링 데이터를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터를 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 심근 체적의 분할을 이용한 혈류 역학 시뮬레이션 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And performing hemodynamic simulation using blood flow modeling data acquired through the image and modeling data acquired through the imaging step after the modeling step.
제6항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method of claim 6.
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