KR20140014605A - Method of derivation for hemodynamics and mr-shear rate using time-of-flight - magnetic resonance angiography - Google Patents

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Abstract

Provided is a method of inducing blood flow properties and an MR-shear rate using a time-of-flight-magnetic resonance angiography. According to the embodiment of the present invention, the method of inducing hemodynamics includes obtaining an MRA blood vessel cross section image, detecting the boundary of a blood vessel to find out the blood vessel, and providing a blood flow image by pseudo-coloring the blood vessel. Thereby, blood flow properties such as blood flow and hemodynamics are quickly and accurately induced by a relatively simple algorism using a TOF-MRA. The blood flow properties can be understood by analyzing it. It can be used in the diagnosis and treatment of blood vessel. [Reference numerals] (S110) Obtaining an MRA blood vessel cross section image; (S120) Detecting the boundary of a blood vessel to find out the blood vessel; (S130) Pseudo-coloring the blood vessel; (S140) Providing a blood flow image; (S150) Providing an MR-shear rate image

Description

ＴＯＦ-ＭＲＡ를 이용한 혈류특성 및 ＭＲ-전단율 유도방법{Method of derivation for hemodynamics and MR-shear rate using Time-Of-Flight - Magnetic Resonance Angiography}[0001] The present invention relates to a method of inducing blood flow characteristics and MR-shear rate using TOF-MRA,

본 발명은 혈류특성 유도방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TOF-MRA를 이용하여, 혈류나 혈류역학 등의 혈류특성을 유도하기 위한 방법 및 이를 적용한 컴퓨팅 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for deriving a blood flow characteristic, and more particularly, to a method for deriving blood flow characteristics such as blood flow and hemodynamics using a TOF-MRA and a computing device using the method.

전단 응력은 혈관 내피 세포에 영향을 미쳐 혈관기능을 유지시키는 가장 중요한 기계적 힘의 하나로 이를 분석하기 위한 방법들이 개발되어 왔다. CFD(Computational Fluid Dynamics)와 같은 최첨단 컴퓨터를 이용한 정밀분석이 가장 대표적인 방법이나, 이는 전체적인 과정이 매우 복잡하고 여러 단계를 거치며, 컴퓨터 시뮬레이션의 긴 과정을 거쳐야 한다. 또한, 개개의 혈관을 동시에 처리하기 힘들고, 각각 위의 과정들을 되풀이해야하는 어려움이 있어 연구영역 외에서는 범용 되지 못하고 있다.Shear stresses have been developed to analyze vascular endothelial cells as one of the most important mechanical forces to maintain vascular function. Precise analysis using state-of-the-art computers such as CFD (Computational Fluid Dynamics) is the most representative method, but the whole process is very complex, takes several steps, and goes through a long process of computer simulation. In addition, it is difficult to treat individual blood vessels at the same time, and each of the above procedures is difficult to be repeated, and thus is not universally used outside the research area.

최근에는 MRI기법을 다양하게 응용하여 이를 구현하려는 시도들이 계속되고 있으나, 이 역시 연구 단계에 멈춰있고 실제 사용되지는 못하고 있다.In recent years, attempts have been made to apply MRI techniques to various applications, but this has also been stopped at the research stage and is not actually used.

벽 전단 응력을 구하기 위한 가장 큰 핵심과제는 혈관벽 근처에서의 속도구배(velocity gradient) 혹은 MR-전단율(shear rate)를 정확히 얻는 것이다.The most important challenge for obtaining wall shear stress is to obtain a velocity gradient or MR-shear rate near the vessel wall.

TOF-MRA(Time-Of-Flight - Magnetic Resonance Angiography)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 자장에 완전 포화(saturation)된 영역에 포화되지 않은 혈액이 통과하면서 나타나는 혈류 흐름에 의한 증강효과를 영상화한 것이다.As shown in FIG. 1, the TOF-MRA (Time-Of-Flight-Magnetic Resonance Angiography) is a technique in which an enhancement effect due to a flow of blood, which appears as an unsaturated blood passes through a completely saturated region in a magnetic field, It is.

이 신호 강도는 영상 용적 내에서 포화된 스핀의 이동 정도에 비례한다. 즉, TOF-MRA는 혈액의 혈류특성을 이용해 영상을 구성하게 된다. 기타 신호 강도에 영향을 미치는 인자들은 radiofrequency pulse의 flip angle과 Repetition time (TR) 등이다.This signal intensity is proportional to the degree of saturation of the spin within the image volume. In other words, TOF-MRA constitutes images by using blood flow characteristics. Factors affecting other signal strengths include the flip angle and repetition time (TR) of the radiofrequency pulse.

TOF-MRA는 뛰어난 영상해상도로 피검자 개개인의 다양한 혈관구조를 상세히 제시할 수 있어 현재 의료분야에서 가장 많이 활용되는 혈관 영상 기법이다. 또한, 관련기술이 계속 발달하여 와류와 같은 복합혈류현상도 진단할 수 있고, 최근에는 미세혈관 영상도 얻을 수 있는 등 그 발전속도가 빠르다.TOF-MRA is the most widely used vascular imaging technique in the medical field because it can present various blood vessel structures of individual subjects with excellent image resolution. In addition, the related art continues to develop, so that a complex blood flow phenomenon such as vortex can be diagnosed. In recent years, microvascular images can also be obtained.

phase contrast MRI는 TOF-MRA기법과는 다르게 혈류속도와 방향을 얻을 수 있는 영상기법으로, 혈류속도를 직접 측정할 수 있어, 이를 이용해 동맥경화성 플라그의 성장과 밀접한 관계를 갖는 벽전단응력 분포를 계측하는 연구가 수행되고 있다.phase contrast MRI is an imaging technique that can obtain blood velocity and direction differently from the TOF-MRA technique. It can directly measure the blood flow velocity, and it is used to measure the wall shear stress distribution closely related to the growth of arteriosclerotic plaques Research is being conducted.

그러나, phase contrast MRI는 시간 및 공간 정밀도의 영향으로 시간과 비용적인 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 즉, 혈관구조를 전체적으로 상세히 제시할 수 없어 특정 영역에서 혈류속도를 얻기 위한 연구 외에는 활용할 수 없어 실제 임상에서는 거의 사용되지 못하고 있다.However, phase contrast MRI has significant shortcomings in terms of time and cost due to time and spatial precision. In other words, since the blood vessel structure can not be presented in detail, it can not be utilized other than a study for obtaining a blood flow velocity in a specific region, so that it is rarely used in clinical practice.

TOF-MRA는 혈류의 증강효과에 의한 영상임에도 앞서 말한 radiofrequency pulse flip angle과 TR 등과 같은 영상 촬영 기법 혹은 조건에 따라 완벽한 혈류 특성을 얻지는 못한다.TOF-MRA can not obtain complete blood flow characteristics according to imaging techniques or conditions such as radiofrequency pulse flip angle and TR, even though it is an image due to the enhancement effect of blood flow.

이러한 이유로, TOF-MRA기법은 혈관의 전체적인 영상을 얻기에는 최적이나, 혈류속도와 같은 혈행 인자를 뽑아내기에는 적절치 않은 것으로 알려져 왔다. 특히, 중심부의 빠른 혈류 즉, laminar flow 중심부 최대속도를 보이는 영역이 TR 값에 따라서는 포화된 자장을 영상을 얻기도 전에 벗어나 버려 그 신호가 상쇄되기 때문이다.For this reason, the TOF-MRA technique is optimal for obtaining an overall image of a blood vessel, but it has been found to be inadequate for extracting blood flow factors such as blood flow velocity. In particular, the fast blood flow in the central part, that is, the region showing the maximum velocity of the central part of the laminar flow, is offset by the TR value before the saturation magnetic field is obtained before the image is obtained.

TOF-MRA로 적절한 혈류속도를 얻지 못하는 또 다른 이유는 z축에 직각으로 설정된 자장의 방향으로 인해 촬영되는 혈관 단면의 flip angle이 z축에 직각이 아닌 사선 혹은 평행으로 배열되는 경우도 혈관 내부의 적절한 laminar 혈류 특성을 적절히 구현하기 힘들다.Another reason why the TOF-MRA does not achieve proper blood flow velocity is that the flip angle of the blood vessel cross section taken due to the direction of the magnetic field set at right angles to the z axis is arranged in a diagonal or parallel direction not perpendicular to the z axis, Proper laminar blood flow characteristics are difficult to implement properly.

그러나, 최근 TOF-MRA기법에서는 이러한 MR 영상의 제한점을 최대한 활용하여 촬영한다. TR을 오히려 더 줄여 중심속도보다는 주변 속도를 잘 살려낸 다음 이를 MIP(Maximum Intensity Projection) 시켜 3차원 혈관영상을 얻어내면 혈관의 좁아진 부위나 다양한 이상소견을 훨씬 더 효과적으로 진단할 수 있기 때문이다. 즉, 혈관영상의 초점이 중심속도를 정확히 잡아내는 것보다는 혈관 주변 영상(혈관벽주변의 속도임)을 최적화하여 얻는다.However, in the recent TOF-MRA technique, the limitations of such MR images are utilized as much as possible. The reason for this is that by reducing the TR, the peripheral velocity is better than the central velocity, and then the MIP (Maximum Intensity Projection) is performed to obtain the 3D blood vessel image, the narrowed region and various abnormalities of the blood vessel can be diagnosed much more effectively. That is, the focus of the blood vessel image is obtained by optimizing the peripheral blood vessel image (velocity around the blood vessel wall) rather than capturing the center velocity accurately.

현재 대부분의 TOF-MRA는 임상 및 연구현장에서 repetition time (TR), echo time (TE) 등 촬영 인자들을 모두 이러한 원리에 준해 셋팅해서 사용되고 있다.
Currently, most TOF-MRAs are used by setting the imaging parameters such as repetition time (TR) and echo time (TE) in clinical and research settings according to this principle.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, TOF-MRA를 이용하여 혈류나 혈류역학 등의 혈류특성을 유도하기 위한 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for deriving blood flow characteristics such as blood flow and hemodynamics using TOF-MRA.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈류특성 유도방법은, MRA 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악하는 단계; 상기 혈관을 의사-컬러링(pseudo-coloring)하는 단계; 및 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for deriving a blood flow characteristic, comprising: obtaining an MRA cross-sectional image; Detecting a blood vessel boundary on the image to grasp a blood vessel; Pseudo-coloring the blood vessel; And providing the blood-pseudo-colorized image as a blood flow image.

그리고, 상기 혈류 영상에서 열점(hotspot)의 위치는, 혈류의 치우침을 나타낼 수 있다.In addition, the position of the hot spot in the blood flow image may indicate a deviation of blood flow.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류특성 유도방법은, 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율(shear rate)을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of deriving a blood flow characteristic according to an embodiment of the present invention may further include calculating an MR-shear rate at a specific position inside the blood vessel using the pseudo-colorized image of the blood vessel .

그리고, 상기 MR-전단율 산출단계는, "(혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값)/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리)"를 상기 MR-전단율로 산출할 수 있다.The MR-shear rate calculating step may calculate the "(intra-vascular image value-image value of the blood vessel wall) / (distance from the blood vessel wall to the inside of the blood vessel)" at the MR-shear rate.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류특성 유도방법은, 상기 혈관 내부에서의 MR-전단율 분포를 산출하는 단계; 및 상기 MR-전단율 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여, MR-전단율 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of inducing blood flow characteristics, comprising: calculating an MR-shear rate distribution in a blood vessel; And applying the MR-shear rate distribution to blood vessels of the image to provide the MR-shear rate image as an MR-shear rate image.

그리고, 상기 MR-전단율 영상은, 상기 혈관에 미치는 전단 응력과 장기 또는 병변과의 연관성 분석에 이용될 수 있다.The MR-shear rate image can be used to analyze the relationship between the shear stress on the blood vessel and the organ or lesion.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악하는 단계; 상기 혈관을 의사-컬러링(pseudo-coloring)하는 단계; 및 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium including: a magnetic resonance angiography (MRA) vessel sectional image; Detecting a blood vessel boundary on the image to grasp a blood vessel; Pseudo-coloring the blood vessel; And providing the pseudo-colorized image as a blood flow image by the blood vessel.

그리고, 상기 혈류 영상에서 열점(hotspot)의 위치는, 혈류의 치우침을 나타낼 수 있다.In addition, the position of the hot spot in the blood flow image may indicate a deviation of blood flow.

또한, 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율(shear rate)을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Further, the method may further include calculating an MR-shear rate at a specific position inside the blood vessel using the pseudo-colorized image of the blood vessel.

그리고, 상기 MR-전단율 산출단계는, "(혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값)/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리)"를 상기 MR-전단율로 산출할 수 있다.The MR-shear rate calculating step may calculate the "(intra-vascular image value-image value of the blood vessel wall) / (distance from the blood vessel wall to the inside of the blood vessel)" at the MR-shear rate.

또한, 상기 혈관 내부에서의 MR-전단율 분포를 산출하는 단계; 및 상기 MR-전단율 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여, MR-전단율 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
Calculating an MR-shear rate distribution in the blood vessel; And applying the MR-shear rate distribution to blood vessels of the image to provide the MR-shear rate image as an MR-shear rate image.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, TOF-MRA를 이용한 비교적 간단한 알고리즘을 통해 혈류나 혈류역학 등의 혈류특성을 정확하고 매우 빠르게 유도하여, 이를 분석하여 혈류특성을 파악할 수 있도록 하고, 이를 혈관질환 진단 및 치료에 응용할 수 있게 된다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, blood flow characteristics such as blood flow and hemodynamics can be accurately and rapidly derived through a relatively simple algorithm using TOF-MRA, Diagnosis and therapy.

도 1은 혈관 단면에서 혈류에 의한 증강효과를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TOF-MRA를 이용한 혈류특성 유도방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 3은 TOF-MRA 단면 영상을 의사-컬러링 처리한 예를 나타낸 사진,
도 4 내지 도 6은 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 주변의 laminar flow 특성이 실제 혈류 흐름과 충분히 일치하는지 확인하기 위해, CFD 기법을 이용한 결과와 비교한 이미지들,
도 7은 기저동맥 절단면에서의 MR-전단율과 CFD로 얻은 전단율을 비교한 이미지,
도 8은 기저동맥 측면에서 본 MR-전단율와 CFD로 얻은 전단율을 비교한 이미지, 그리고,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈류특성 유도방법이 수행될 수 있는 컴퓨팅 장치의 블럭도이다.Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a view showing a blood vessel enhancement effect in a blood vessel cross section,
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of deriving a blood flow characteristic using a TOF-MRA according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing an example of pseudo-coloring processing of a TOF-MRA sectional image,
FIGS. 4 to 6 show images obtained by comparing the results obtained by using the CFD technique to confirm whether the hotspot and surrounding laminar flow characteristics that are exhibited by pseudo-coloring sufficiently match the actual blood flow,
FIG. 7 is an image comparing the MR-shear rate and the shear rate obtained by CFD at the basilar artery section,
Figure 8 is an image comparing the shear rate obtained from the MR-shear rate and the CFD seen from the basilar artery side,
9 is a block diagram of a computing device in which a method for deriving a blood flow characteristic according to a preferred embodiment of the present invention can be performed.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

중심의 빠른 혈류는 다소 신호가 약화되어 정확한 혈류속도를 얻기 힘들어 TOF-MRA를 통해 적절한 혈류특성을 끌어낼 수 없다고 알려져 왔다. 하지만, 혈관 단면 영상에 숨어있는 혈류 신호는 이를 적절히 재구성하면 혈관 특성 및 혈류 역학의 많은 정보를 뽑아낼 수 있다.It has been known that the fast blood flow at the center is somewhat weakened and it is difficult to obtain accurate blood flow velocity, and therefore it is not able to draw proper blood flow characteristics through TOF-MRA. However, if the blood flow signal hidden in the blood vessel cross-sectional image is appropriately reconstructed, a lot of information on the blood vessel characteristics and hemodynamics can be extracted.

laminar flow 중심부의 신호 강도가 다소 약해지더라도 혈관벽 주변 영상 신호 강도들이 갖는 laminar flow 특성 패턴을 최대한 활용하면 가능하다. 특히, 혈관벽에 작용하는 전단 응력 및 전단율은 혈관벽 주변의 속도가 중요한 인자로, 혈관벽 주변속도를 최적화시킨 TOF-MRA 기법을 통해 혈관벽에 작용하는 기계적 힘을 분석하는 데 활용될 수 있는 바, 이하에서 상세히 설명한다.Even if the signal intensity at the center of the laminar flow is somewhat weak, it is possible to make full use of the laminar flow characteristic pattern of the image signal intensities around the blood vessel wall. In particular, the shear stress and shear rate acting on the vessel wall are important factors in the velocity around the vessel wall, and can be used to analyze the mechanical force acting on the vessel wall through the TOF-MRA technique that optimizes the velocity around the vessel wall. Will be described in detail.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TOF-MRA를 이용한 혈류특성 유도방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 혈류특성 유도방법에서는, 진단 및 치료에 광범위하게 사용되는 TOF-MRA(Time-Of-Flight - Magnetic Resonance Angiography) 기법을 이용하여, 혈류, 전단율, 전단응력 등의 혈류특성을 유도하여, 이를 분석하여 혈류특성을 파악할 수 있도록 하고, 이를 혈관질환 진단 및 치료에 응용할 수 있도록 한다.2 is a flowchart illustrating a method of deriving a blood flow characteristic using the TOF-MRA according to a preferred embodiment of the present invention. In the blood flow characteristics deriving method according to this embodiment, blood flow characteristics such as blood flow, shear rate, shear stress, etc. are measured using a TOF-MRA (Time-Of-Flight-Magnetic Resonance Angiography) To analyze the blood flow characteristics, and to apply it to the diagnosis and treatment of vascular diseases.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 MRA 혈관 단면 영상을 획득하고(S110), 획득된 MRA 혈관 단면 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악한다(S120). 다음, 파악된 혈관 부분을 의사-컬러링(pseudo-coloring)하여(S130), 혈류 영상으로 제공한다(S140).As shown in FIG. 2, first, an MRA cross-sectional image is obtained (S110), and a blood vessel boundary is detected in the obtained MRA cross-sectional image to identify a blood vessel (S120). Next, the identified blood vessel portion is subjected to pseudo-coloring (S130) and provided as a blood flow image (S140).

S130단계에 의해 혈관 부분이 의사-컬러링된 영상은 혈류가 나타난 혈류 영상으로 제공되는데, 혈류 영상에서 hotspot(열점)의 위치는 혈류의 치우침을 나타낸다. 이하에서, 상세히 설명한다.In step S130, the pseudocolor image of the blood vessel portion is provided as a blood flow image showing blood flow. In the blood flow image, the position of the hotspot indicates a deviation of the blood flow. Hereinafter, this will be described in detail.

도 3은 TOF-MRA 단면 영상을 의사-컬러링 처리한 이미지이다. 도 3의 좌측은 TOF-MRA 단면영상으로 어떠한 특성을 파악하기는 힘들다. 하지만, 이를 도 3의 우측과 같이 의사-컬러링 처리하면, 단면 영상에 혈류가 나타남을 확인할 수 있다.3 is an image obtained by pseudo-coloring the TOF-MRA sectional image. The left side of FIG. 3 is a TOF-MRA sectional image, and it is difficult to grasp any characteristics. However, if the pseudo-coloring process is performed as shown in the right side of FIG. 3, it can be confirmed that blood flow appears in the cross-sectional image.

도 3의 단면 영상에서 혈류는 앞쪽, 우측으로(MRA기준) 치우치며 흐르고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 혈관벽에서 보면 우측 및 앞쪽 혈관벽에 비해 좌측 및 뒤쪽 혈관벽의 혈류 속도 구배(velocity gradient)가 작은 것을 알 수 있다.In the cross-sectional image of FIG. 3, it can be seen that the blood flow is shifted toward the front side and the right side (based on MRA). In addition, it can be seen that the blood velocity gradient of the left and the rear blood vessel walls is smaller than that of the right and anterior blood vessel walls.

또한, 도 3에서 짙은 빨간색의 hotspot에서 혈류가 가장 빠르고, 주변으로 갈수록 느린 laminar flow 현상을 보인다.Also, in FIG. 3, a dark red hotspot has the fastest blood flow and the slower laminar flow phenomenon toward the periphery.

이와 같이, 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 주변의 laminar flow 특성이 실제 혈류 흐름과 충분히 일치하는지를 컴퓨터 시뮬레이션인 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법을 이용해 그 결과와 비교하였다(도 4 내지 도 6).In this way, the results of pseudo-coloring and the surrounding laminar flow characteristics are compared with the results using CFD (Computational Fluid Dynamics) technique, which is a computer simulation (FIGS. 4 to 6).

도 4 내지 도 6에서, 모든 CFD는 환자의 혈관을 3차원으로 재구성하고, 경계부에서의 조건은 환자로부터 직접 얻은 TCD(TransCranial Doppler) 값을 활용하였다.In FIGS. 4 to 6, all the CFD reconstructed the patient's blood vessel three-dimensionally, and the conditions at the boundary utilized the TCD (TransCranial Doppler) value obtained directly from the patient.

도 4는 TOF-MRA 의사-컬러링 영상(Basilar artery)과 CFD를 이용해 얻은 단면의 혈류특성으로, TOF-MRA 의사-컬러링 중심부 영상신호가 약해지며(단면번호 25, 35, 40, 45), 혈류가 앞으로 치우쳐 있는 특성은 혈관 앞쪽에서 관찰되는 강한 신호영상(hotspot)과 일치한다.FIG. 4 shows that the TOF-MRA pseudo-coloring center image signal is weakened (cross section No. 25, 35, 40, 45) due to the blood flow characteristic of the cross section obtained by using the TOF-MRA pseudo-coloring image and CFD, The characteristic that is shifted forward is consistent with the strong signal image (hotspot) observed in front of the blood vessel.

도 4는 기저혈관(basilar artery) 혈류속도가 빠른 경우로 우측 추골동맥 평균혈류속도는 25.4 cm/sec, 좌측은 27.3 cm/sec이었다. 혈류 속도가 빨라 slice 25, 35, 40, 45 등에서 가운데 빠른 혈류 신호가 감쇄되는 현상이 관찰된다. CFD에서는 중심 혈류가 잘 살아 있다. 그러나, 전반적으로는 pseudo-coloring hotspot에서 보이듯 혈류가 앞으로 살짝 치우쳐 흐르고 있음을 알 수 있고 이는 CFD결과와 일치함을 알 수 있다.FIG. 4 shows a case in which the velocity of the basilar artery was fast. The mean transverse velocity of the right vertebral artery was 25.4 cm / sec and the left side was 27.3 cm / sec. The velocity of the blood flow is fast and the fast blood flow signal is attenuated in the slice 25, 35, 40, 45 and so on. In CFD, central blood flow is well alive. However, overall, as seen in the pseudo-coloring hotspot, we can see that the blood flow is slightly biased forward, which is consistent with the CFD result.

도 5는 혈관협착이 있는 BA 부위에서의 TOF-MRA color tablation과 CFD를 비교한 것으로, 의사-컬러링 hotspot과 주변 혈류특성이 협착부위 (slice 40, 45)에서도 잘 나타나고 있고, 이는 CFD 결과와 일치함을 알 수 있다.Figure 5 compares the CFD with the TOF-MRA color tabulation at the BA site with vascular stenosis. The pseudo-coloring hotspot and peripheral blood flow characteristics are also evident in the stenosis sites (slice 40, 45) .

도 5는 기저혈관 중앙부위에 심한 협착이 있으며, 혈류속도는 도 4의 예보다는 다소 낮다(우측 추골동맥 평균혈류속도; 21.2 cm/sec, 좌측, 25,8 cm/sec). 협착이 심한 slice 35, 40 에서도 laminar 혈류 특성이 잘 살아있고, 전반적으로 혈류흐름 양상이 CFD 결과와 거의 일치한다.FIG. 5 shows severe stenosis at the central portion of the basilar artery, and the blood flow velocity is somewhat lower than that of the example of FIG. 4 (right subtalar mean blood flow velocity: 21.2 cm / sec, left: 25.8 cm / sec). The laminar blood flow characteristics are well maintained in slice 35 and 40 with severe stenosis, and the flow pattern generally agrees with the CFD results.

도 6은 기저혈관(basilar artery)이 우측으로 치우친 경우의 TOF-MRA 의사-컬러링 영상과 CFD를 비교한 것으로, TOF-MRA를 의사-컬러링한 경우, 중심혈류의 신호강도가 약화되는 현상이 관찰된다(slice 50, 55, 60). 의사-컬러링 hotspot은 우측으로 치우쳐져 있고, 이는 CFD의 우측으로 치우친 laminar flow 특성과 대체로 일치한다.Figure 6 compares CFD with the TOF-MRA pseudo-coloring image when the basilar artery is biased to the right. When the TOF-MRA is pseudocolored, the signal intensity of the central blood flow is weakened (Slice 50, 55, 60). The pseudo-coloring hotspot is biased to the right, which is generally consistent with the right-wing laminar flow characteristic of the CFD.

도 6의 경우도 그림 4와 비슷한 혈류속도를 보인다(우측 추골동맥 평균혈류속도; 25.8 cm/sec, 좌측 19.6 cm/sec). 중심의 빠른 혈류는 신호강도가 약해지는 현상이 slice 50, 55, 60 등에서 관찰된다. 그러나, 우측편향이 심한 기저동맥으로 혈류가 우측으로 치우친 현상이 TOF-MRA 의사-컬러링 영상과 CFD 모두에서 공통으로 관찰된다.In the case of FIG. 6, the blood flow velocity is similar to that of FIG. 4 (right subtalar arterial mean blood flow velocity: 25.8 cm / sec, left: 19.6 cm / sec). Fast central blood flow is observed in the slice 50, 55, 60, etc. in which the signal intensity is weakened. However, rightward deviation of the flow to the right basal artery is common to both TOF-MRA pseudo-coloring images and CFD.

도 4 내지 도 6에서 살펴보았듯 결과는 일관 되게 나타난다. 앞서 설명한 바와 같이 중심부 혈류 및 laminar 혈류특성은 다소 상쇄될 수 있으나, 혈관구조에 따른 혈류 치우침 현상과 주변부 혈류특성은 CFD와 거의 일치하는 양상임을 알 수 있다. As seen in Figures 4 to 6, the results are consistent. As described above, the central blood flow and the laminar blood flow characteristics can be canceled somewhat, but the blood flow slip phenomenon and the peripheral blood flow characteristics according to the blood vessel structure are almost coincident with the CFD.

모든 혈관벽 주변부의 신호 강도는 파란색의 가장 느린 혈류특성을 보이며, 그 주변부는 혈관벽보다는 다양한, 약간 더 빠른 혈류속도를 보이고 있다. 특히, 혈류속도가 빨라 중심부 혈류신호가 많이 상쇄되는 경우라 하더라도(예, 도 4의 slice 35, 40; 도 6의 slice 55, 60), 상쇄된 부위의 속도분포는 비록 원래의 혈류속도 특성을 보이지는 않으나, 혈관벽 및 벽주변부 혈류속도와는 현저한 차이가 있음을 알 수 있다.The signal intensity at the periphery of all blood vessel walls shows the slowest blood flow characteristic of blue, and the peripheral part shows a slightly higher blood flow velocity than the blood vessel wall. Particularly, even if the blood flow velocity is so high that the central blood flow signal is largely canceled (e.g., slice 35, 40 in FIG. 4, slice 55, 60 in FIG. 6), the velocity distribution of the canceled region, Although not visible, it can be seen that there is a significant difference from the velocity of the blood vessel wall and peripheral blood flow.

도 4 내지 도 6에서 다양한 임상례에서 MRA 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 laminar 혈류 특성 및 혈관벽 주변부 혈류특성을 혈관 CFD의 결과와 비교/종합하면, 1) 혈류 중심 영상신호 강도가 실제보다 약해지는 현상이 나타나고, 특히 혈류속도가 빠른 경우 더욱 심해지며, 2) hotspot은 혈류의 치우침 현상을 잘 보여주고, 3) 혈관벽 근처에서의 laminar 혈류특성은 CFD 결과와도 잘 일치되며, 위 1), 2)의 특성에 영향을 받지 않음을 도출할 수 있다.In FIGS. 4 to 6, the hotspot, laminar blood flow characteristics, and peripheral blood flow characteristics of the MRA pseudo-coloring in various clinical cases are compared / integrated with the results of the blood vessel CFD: 1) (2) hotspot shows well-defined blood flow, (3) laminar blood flow near the vessel wall is consistent with the CFD result, and (2) It can be deduced that it is not influenced by the characteristics of

다시, 도 2를 참조하여 설명한다.Referring again to FIG.

S130단계에서 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관에 대한 MR-전단율(MR-shear rate) 영상을 생성하여 제공한다(S150). S150단계에 제공되는 MR-전단율 영상은, 혈관이 의사-컬러링된 혈류 영상에서 혈관 내부에서의 MR-전단율 분포를 산출하고, MR-전단율 분포를 혈관에 도포함으로 생성 가능하다.In step S130, an MR-shear rate image for the blood vessel is generated and provided using the pseudocolor-based image of the blood vessel (S150). The MR-shear rate image provided in step S150 can be generated by calculating the MR-shear rate distribution in the blood vessel in the pseudo-colorized blood flow image of the blood vessel and applying the MR-shear rate distribution to the blood vessel.

MR-전단율 영상은, 혈관에 미치는 힘과 뇌(혹은 장기)의 구조나 병변과의 연관성의 정성/정략 분석에 이용될 수 있는 바, 이하에서 상세히 설명한다.The MR-shear rate image can be used for qualitative / quantitative analysis of the relationship between the force on the blood vessel and the structure or lesion of the brain (or organ), and will be described in detail below.

MRA 혈관벽 주변 신호는 도 4 내지 도 6에서 확인하였듯 MRA 특성에 의한 중심 혈류신호 감쇄 효과에 전혀 영향을 받지 않았으므로 이를 이용해 MR-전단율을 구할 수 있다.As shown in FIGS. 4 to 6, the signal around the MRA blood vessel wall is not affected by the central blood flow signal attenuation effect due to the MRA characteristic, and therefore, the MR-shear rate can be obtained.

구체적으로, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율은, 아래의 수학식 1을 통해 산출가능하다.Specifically, the MR-shear rate at a specific position inside the blood vessel can be calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

MR-shear rate = (MR signal B - MR signal A) / DMR-shear rate = (MR signal B - MR signal A) / D

여기서, "MR-shear rate"는 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율이고, "MR signal B"은 혈관내부 특정 위치에서의 영상값이며, "MR signal A"은 혈관벽의 영상값이고, "D"는 혈관벽으로부터 혈관내부 특정 위치까지의 거리이다.Herein, "MR-shear rate" is the MR-shear rate at a specific position in the blood vessel, "MR signal B" is the image value at a specific position in the blood vessel, "MR signal A" "D" is the distance from the vessel wall to a specific position inside the blood vessel.

의사-컬러링 영상과 혈관벽 근처 영상 데이타를 이용하여 구한 MR-전단율을 CFD 결과와 비교한 결과, 절단면 영상을 통해 분석한 결과 MR-전단율과 CFD 결과는 매우 유사하였다. 절단면은 각 단면 slice 번호를 통해 정확한 레벨을 얻어 비교하였다.The MR-shear rate and the CFD result were very similar to each other when the MR-shear rate obtained from pseudo-coloring image and near-vascular image data was compared with CFD results. The cut surfaces were compared with each other using the slice number of each section.

도 7은 기저동맥 절단면에서의 MR-전단율(A)과 CFD로 얻은 전단율(B)을 비교한 이미지이다. 두 이미지 모두에서 좌측 전방으로 높은 전단율 부위가 관찰되고, 후방으로 낮은 전단율 부위가 관찰된다.Figure 7 is an image comparing the MR-shear rate (A) at the basal artery section and the shear rate (B) obtained with CFD. In both images, a high shear rate site was observed in the left anterior, and a low shear rate site in the posterior direction was observed.

도 7의 경우 기저혈관의 형상에 따라 혈류속도가 좌측 전방으로 치우쳐 흐름을 알 수 있었고, MR-전단율도 일치해서 나타났다. CFD 결과는 가장 큰 전단율을 MR-전단율보다 약간 더 전방으로 치우쳐 있다. 이는 혈관벽을 3차원 재구성할 때 사용하는 혈관벽 threshold가 단면 영상에서 사용하는 것보다는 다소 높아 발생하는 오류로 판단된다. 이러한 오류에도 불구하고 두 전단율의 결과는 매우 유사함을 알 수 있다.In Fig. 7, the blood flow velocity was shifted toward the left side according to the shape of the basal blood vessels, and the MR-shear rate also coincided. The CFD results show that the largest shear rate is slightly more forward than the MR-shear rate. This is because the threshold of blood vessel wall used for 3D reconstruction of the vessel wall is somewhat higher than that used in the section image. Despite these errors, the results of both shear rates are very similar.

도 8은 기저동맥 측면에서 본 MR-전단율(A)와 CFD로 얻은 전단율(B)을 비교한 이미지이다. 아래측 추골 동맥에서는 전반적으로 전단율이 낮은 반면, 기저동맥 협착부에서는 높은 전단율을 보이며, 이는 A, B 모두 유사함을 확인할 수 있다.8 is an image comparing the MR-shear rate (A) from the basal artery side and the shear rate (B) obtained by CFD. The lower shear rate was lower in the lower lateral carotid artery, while the higher shear rate was found in the basilar artery stenosis.

도 8의 경우도 아래 추골동맥(vertebral artery)에서는 매우 낮은 전단율을 보이고, 기저혈관 중앙부에서 매우 높은 전단율이 관찰되는 데, MR-전단율과 CFD 결과가 거의 유사한 결과를 보인다.8 shows a very low shear rate in the vertebral artery and a very high shear rate in the central portion of the basal artery. The MR-shear rate and the CFD result are almost the same.

도 7 및 도 8에서, 왼쪽에 보인 MR-전단율은 총 산출 소요시간이 불과 수 초에 불과한 반면 CFD를 통해 얻은 결과는 수 시간이 소요되어, 유사한 결과임에도 불구하고 그 결과를 얻기까지 소요된 시간 차이는 대단히 크다.In Figs. 7 and 8, the MR-shear rate shown on the left side is only a few seconds, while the result obtained through CFD takes several hours, The time difference is very large.

매우 짧은 시간에 수행된 MR-전단율이지만 이는 TOF-MRA 영상에 들어온 모든 혈관을 동시에 처리할 수 있어 실질적으로 모든 혈관에 대한 CFD 정보를 구하고자 한다면 두 방법의 시간차는 각각의 혈관 수를 곱해서 계산해야 한다.Although the MR-shear rate performed in a very short time can be used to simultaneously process all the blood vessels in the TOF-MRA image, if the CFD information for substantially all of the blood vessels is to be obtained, the time difference between the two methods is calculated by multiplying the respective vessel numbers Should be.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈류특성 유도방법이 수행될 수 있는 컴퓨팅 장치의 블럭도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 혈류특성 유도방법을 수행할 컴퓨팅 장치(200)는, 통신 인터페이스(210), 모니터(220), 프로세서(230), 사용자 인터페이스(240) 및 저장매체(250)를 구비한다.9 is a block diagram of a computing device in which a method for deriving a blood flow characteristic according to a preferred embodiment of the present invention can be performed. 9, the computing device 200 for performing the blood flow characteristic deriving method according to the present embodiment includes a communication interface 210, a monitor 220, a processor 230, a user interface 240, And a medium 250.

통신 인터페이스(210)는 외부기기와 통신 연결을 설정하고 유지하는 수단으로, 이때 외부기기는 TOF-MRA 영상장비가 될 수 있다.The communication interface 210 is a means for establishing and maintaining a communication connection with an external device, wherein the external device can be a TOF-MRA imaging device.

사용자 인터페이스(240)는 컴퓨팅 장치(200)를 조작하기 위한 명령을 입력하는 수단으로 키보드, 마우스 등을 포함한다.The user interface 240 includes a keyboard, a mouse, and the like as a means for inputting a command for operating the computing device 200. [

저장매체(250)는 도 2에 도시된 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램과 이 프로그램을 수행하는데 필요한 데이터가 저장되는 매체이다. 또한, 저장매체(250)에는 TOF-MRA 영상이 저장되어 있을 수도 있다.The storage medium 250 is a medium in which a program for performing the blood flow characteristic deriving method shown in FIG. 2 and data necessary for executing the program are stored. In addition, the storage medium 250 may store a TOF-MRA image.

모니터(220)는 혈류특성 유도방법을 수행함에 있어 나타나는 과정과 결과가 표시되는 디스플레이이다. 프로세서(230)는 도 2에 도시된 혈류특성 유도방법을 알고리즘으로 수행하기 한다.The monitor 220 is a display in which processes and results in performing a blood flow characteristic induction method are displayed. The processor 230 performs an algorithm for deriving the blood flow characteristic shown in FIG.

지금까지, 혈류특성 유도방법 및 이를 수행할 수 있는 컴퓨팅 장치에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다. 한편, 위 실시예에 따른 혈류특성 유도방법을 프로그램으로 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 범주에 포함됨은 물론이다.Up to now, preferred embodiments of the method for deriving the blood flow characteristics and the computing device capable of performing the blood flow characteristic have been described in detail. It is a matter of course that the implementation of the method of deriving the blood flow characteristics according to the above embodiment by a program is also included in the technical scope of the present invention.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

200 : 컴퓨팅 장치 210 : 통신 인터페이스
220 : 모니터 230 : 프로세서
240 : 사용자 인터페이스 250 : 저장매체200: computing device 210: communication interface
220: Monitor 230: Processor
240: user interface 250: storage medium

Claims (11)

MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계;
상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악하는 단계;
상기 혈관을 의사-컬러링(pseudo-coloring)하는 단계; 및
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
Obtaining MRA (Magnetic Resonance Angiography) vascular sectional images;
Detecting a blood vessel boundary on the image to grasp a blood vessel;
Pseudo-coloring the blood vessel; And
And providing the blood-pseudo-colorized image as a blood flow image.
제 1항에 있어서,
상기 혈류 영상에서 열점(hotspot)의 위치는,
혈류의 치우침을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
The method according to claim 1,
The position of the hotspot in the blood flow image is determined by
Wherein the blood flow characteristic curve indicates a deviation of blood flow.
제 1항에 있어서,
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율(shear rate)을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
The method according to claim 1,
And calculating an MR-shear rate at a specific location inside the blood vessel using the pseudo-colorized image of the blood vessel.
제 3항에 있어서,
상기 MR-전단율 산출단계는,
"(혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값)/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리)"를 상기 MR-전단율로 산출하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
The method of claim 3,
The MR-shear rate calculation step includes:
(The value of the blood vessel inner image value-the image value of the blood vessel wall) / (the distance from the blood vessel wall to the inside of the blood vessel) "is calculated as the MR-shear rate.
제 3항에 있어서,
상기 혈관 내부에서의 MR-전단율 분포를 산출하는 단계; 및
상기 MR-전단율 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여, MR-전단율 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
The method of claim 3,
Calculating an MR-shear rate distribution in the blood vessel; And
Applying the MR-shear rate distribution to a blood vessel of the image to provide the MR-shear rate image as an MR-shear rate image.
제 5항에 있어서,
상기 MR-전단율 영상은,
상기 혈관에 미치는 전단 응력과 장기 또는 병변과의 연관성 분석에 이용되는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
6. The method of claim 5,
The MR-shear rate image,
And analyzing the relationship between the shear stress applied to the blood vessel and the organ or lesion.
MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계;
상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악하는 단계;
상기 혈관을 의사-컬러링(pseudo-coloring)하는 단계; 및
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
Obtaining MRA (Magnetic Resonance Angiography) vascular sectional images;
Detecting a blood vessel boundary on the image to grasp a blood vessel;
Pseudo-coloring the blood vessel; And
And providing the blood vessel pseudo-colorized image as a blood flow image. The computer-readable recording medium having the program recorded thereon.
제 7항에 있어서,
상기 혈류 영상에서 열점(hotspot)의 위치는,
혈류의 치우침을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
8. The method of claim 7,
The position of the hotspot in the blood flow image is determined by
Wherein the blood flow characteristic curve indicates a deviation of the blood flow.
제 7항에 있어서,
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-전단율(shear rate)을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
8. The method of claim 7,
And calculating an MR-shear rate at a specific position inside the blood vessel using the pseudo-colorized image of the blood vessel. And recorded on the recording medium.
제 7항에 있어서,
상기 MR-전단율 산출단계는,
"(혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값)/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리)"를 상기 MR-전단율로 산출하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
8. The method of claim 7,
The MR-shear rate calculation step includes:
(The value of the blood vessel inner image value-the image value of the blood vessel wall) / (the distance from the blood vessel wall to the inside of the blood vessel) "is calculated by the above-mentioned MR-shear rate. . ≪ / RTI >
제 9항에 있어서,
상기 혈관 내부에서의 MR-전단율 분포를 산출하는 단계; 및
상기 MR-전단율 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여, MR-전단율 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
10. The method of claim 9,
Calculating an MR-shear rate distribution in the blood vessel; And
And applying the MR-shear rate distribution to blood vessels of the image to provide the MR-shear rate image as an MR-shear rate image. Lt; / RTI >
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