KR20140074904A - 혈관치료효과의 혈류 시뮬레이션 시스템, 그 방법 및 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 - Google Patents

혈관치료효과의 혈류 시뮬레이션 시스템, 그 방법 및 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 Download PDF

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KR20140074904A
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다카노부 야기
영광 박
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이비엠 가부시키가이샤
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Abstract

(해결수단)
이 시스템은, 피험자의 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터에 의거하여 특정의 외과치료방법에 의한 효과를 시뮬레이션하기 위한 컴퓨터 베이스의 시스템으로서, 컴퓨터가, 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 3차원으로 표시하고, 이 디스플레이 상에 있어서의 병변부의 지정 및 이 병변부에 대한 외과적 치료방법의 선택을 접수하는 치료방법 접수부와, 컴퓨터가, 선택 가능한 치료법과 치료방법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법을 미리 메모리에 저장하는 수정방법 저장부와, 컴퓨터가, 상기 치료방법의 선택에 의거하여 상기 수정방법 저장부에 저장된 수정방법을 꺼내고, 상기 수정방법에 의하여 상기 지정에 관한 병변부의 3차원 형상 데이터를 수정하고, 수정한 후의 3차원 형상 데이터를 출력하는 수정완료 3차원 형상 출력부를 구비한다.

Description

혈관치료효과의 혈류 시뮬레이션 시스템, 그 방법 및 컴퓨터 소프트웨어 프로그램{BLOODSTREAM SIMULATION SYSTEM FOR SIMULATING BLOOD VESSEL TREATMENT EFFECT, METHOD THEREFOR, AND COMPUTER SOFTWARE PROGRAM}
본 발명은, 혈관치료효과의 혈류 시뮬레이션 시스템(血流 simulation system), 그 방법 및 컴퓨터 소프트웨어 프로그램(computer software program)에 관한 것이다.
순환기계循環器系) 질환에는 혈관의 혹화(瘤化), 경화(硬化), 협착(狹窄)이 있다. 이들의 질환은, 혈류의 영향에 의하여 정상부위가 병변하는 것으로서, 그 후의 진전에 의하여 사망에 이르는 경우도 적지 않지만, 그 치료는 생명의 위험을 동반하기 때문에 매우 곤란하다. 이러한 난치성 순환기계 질환의 해결에는, 병리절편(病理切片)을 베이스(base)로 한 기초의학적 어프로치(approach)를 하여 유체해석(流體解析)이나 구조해석(構造解析)이라는 공학기술을 구사하는 것이 유용하다.
예를 들면 뇌동맥류(腦動脈瘤)는, 뇌동맥벽(腦動脈壁)의 일부가 외측을 향하여 자루 모양으로 돌출한 혈관장애이지만, 뇌를 화상진단(畵像診斷)하였을 때에 우연하게 미파열의 상태에서 발견되는 케이스가 증가하고 있다. 뇌동맥류라는 것은, 동맥벽의 취약성 등에 기인하며 그 혈관벽이 혹(瘤) 모양으로 변화된 것으로서, 중막(中膜)을 결여하고 있기 때문에 파괴되기 쉽고, 많은 뇌동맥류는 지주막하강(蜘蛛膜下腔)에 존재하기 때문에 지주막하출혈(蜘蛛膜下出血)의 최대 원인이 된다. 따라서 파열될 가능성이 높은 뇌동맥류에 대해서는 스텐트 치료(stent 治療) 등의 적절한 예방치료를 할 필요가 있다.
그러나 뇌동맥류가 파열될 가능성은, 10mm 이하의 사이즈에 있어서 연간 1% 미만이고, 오히려 예방치료에 의한 합병증의 리스크를 고려하면, 함부로 치료하는 것은 적절하지 않아, 파열에 이를 가능성이 높은 뇌동맥류만을 적정하게 판별하여 치료대상으로 하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에 종래로부터, 파열 리스크의 지표로서 혹의 사이즈, 형상, 가족력(家族歷), 혈압, 흡연 이력 등을 이용한 뇌동맥류의 판별방법이 연구되어 왔다. 다만 상기한 지표는 어느 것도 결정적인 것이 아니며, 효과가 높은 판별방법의 개발이 요구되고 있다.
여기에서 일본국 공개특허 특개2010-207531호 공보에는, 동맥류의 내벽에 작용하는 유체의 점성력(粘性力) 즉 유체전단응력(流體剪斷應力)의 대소에 의거하여 동맥류의 파열 리스크를 판정하는 MRI 장치가 개시되어 있다. 그러나 혹의 벽면전단응력의 대소와 혹의 성장의 관련성에 대해서는, 판별결과가 상반하는 것과 같은 여러 가지 설(說)이 혼재하고 있다. 제1설로서, 벽면전단응력이 역치(threshold value)를 넘으면 내피세포의 장애가 발생하여, 유주세포(遊走細胞)가 침윤(浸潤)됨으로써 혹 벽면의 역학적 강도가 저하되어 혹이 성장한다고 하는 High WSS설이 있다(WSS : 벽면전단응력). 한편 제2설로서, 벽면전단응력이 역치보다 저하되면, 혈소판이나 백혈구가 내피세포에 부착됨으로써 내피기능을 저하시켜서 혹 벽면의 역학적 강도가 저하된다는 Low WSS설이 있다. 이들 양쪽의 설은 대립하는 설이기 때문에, 벽면전단응력의 대소는 혹의 성장 및 파괴를 정하는 직접적인 지표가 되지 않는 것을 의미한다.
또한 벽면전단응력의 대소에 의하여 파열 리스크를 판정하려고 하는 시도는, 그 이외에도 이루어지고 있으며 예를 들면 MRI나 CT에 의하여 얻어지는 의료용 화상을 바탕으로 하여 실험적 또는 계산적으로 혈류해석을 함으로써 벽면전단응력을 추출하는 것이 있다. 그러나 상기한 바와 같이 벽면전단응력의 대소와 파열 리스크의 관련성은 명확하지 않으며 또한 이와 같이 의료용 화상을 사용한 방법은 결국 혈관의 내강(內腔) 형상에만 의거한 방법론으로서, 흐름 그 자체에 해석을 부여하는 것에는 이르지 않았다. 혹 벽 상에 국재성(局在性)을 가지는 세포상태 등의 병리정보나 혹의 두께정보 등을 의료용 화상으로부터 알 수는 없으며, 벽면전단응력 그 자체도 혹 벽 상에서 그 대소가 국재성을 가지고 분포되기 때문이다.
본 발명은 이러한 상황을 고려하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 대상혈관부위의 혈류 상태로부터 당해 대상혈관부위에 장래적인 병변을 가져올 가능성의 유무에 대한 적정한 진단 및 치료효과를 예측할 수 있는 방법, 시스템 및 그 프로그램을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제1주요관점에 의하면, 피험자의 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터에 의거하여 특정의 외과치료방법에 의한 효과를 시뮬레이션하기 위한 컴퓨터 베이스의 시스템으로서, 컴퓨터가, 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 3차원으로 표시하고, 이 디스플레이 상에 있어서의 병변부의 지정 및 이 병변부에 대한 외과적 치료방법의 선택을 접수하는 치료방법 접수부와, 컴퓨터가, 선택 가능한 치료법과 치료방법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법을 미리 메모리에 저장하는 수정방법 저장부와, 컴퓨터가, 상기 치료방법의 선택에 의거하여 상기 수정방법 저장부에 저장된 수정방법을 꺼내고, 상기 수정방법에 의하여 상기 지정에 관한 병변부의 3차원 형상 데이터를 수정하고, 수정한 후의 3차원 형상 데이터를 출력하는 수정완료 3차원 형상 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 상기 선택 가능한 치료방법은 코일 색전술을 포함하고, 이 코일 색전술에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 다공질 구조체를 배치하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관의 내강의 일부를 코일에 의하여 폐색한 상태를 시뮬레이션하는 것이다.
이 경우에 상기 다공질 구조체의 개구율에 의하여 코일 충전율을 변동시키는 수단을 구비하는 것이 더 바람직하다.
다른 하나의 실시형태에 의하면, 상기 선택 가능한 치료방법은 클리핑법을 포함하고, 이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부(혹 등을 구성하는 부분)의 면을 구성하는 하나 또는 복수의 폴리곤을 삭제하는 프로그램과, 삭제한 면을 다른 하나 또는 복수의 폴리곤에 의하여 재생하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관내강의 일부를 폐쇄시켰을 경우를 시뮬레이션하는 것이다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 상기 선택 가능한 치료방법은 스텐트 유치술을 포함하고, 이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부 면의 요철을, 폴리곤을 이동 또는 변형시킴으로써 수정하는 프로그램을 구비하여, 상기 스텐트에 의하여 혈관 내의 혈류의 흐름을 제어하였을 경우를 시뮬레이션하는 것이다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 상기 선택 가능한 치료법은 Flow-diverting stent 유치술을 포함하고, 이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 격자 모양 물체를 정의하는 프로그램을 구비하여, Flow-diverting stent에 의하여 혈류가 제한되는 경우를 시뮬레이션하는 것이다.
이 경우에 상기 격자 모양 물체의 개구율에 의하여 Flow-diverting stent의 격자밀도를 변동시키는 수단을 구비하는 것이 더 바람직하다.
또한 치료대상의 혈관병변형태는 혹인 것이 바람직하다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 이 시스템은, 컴퓨터가, 상기 3차원 형상 데이터에 혈류에 관한 경계조건을 포함하는 연산조건을 부여하고, 상기 대상혈관부위의 내강의 각 위치에 있어서의 혈류의 상태량을 연산에 의하여 구하는 유체해석부를 더 구비한다.
이 경우에 상기 유체해석부는, 컴퓨터가, 상기 3차원 형상 데이터 내를 유통하는 혈류의 상태량을 연산하기 위한 경계조건을 포함하는 연산조건값의 세트를 복수 저장하는 연산조건 저장부로서, 상기 연산조건값의 복수의 세트는, 유저가 요구하는 계산속도에 따라 1 또는 그 이상의 다른 연산조건값을 각각 포함하는 것인 상기 연산조건 저장부와, 컴퓨터가, 상기 유저에게 계산속도의 선택을 제시하고, 선택된 계산속도에 따라 이 계산속도에 관련된 연산조건값의 세트를 꺼내고, 그 세트에 포함되는 연산조건값에 의거하여 상기 혈류 상태량의 연산을 실행하여, 연산결과를 출력하는 연산부를 구비한다.
또한 상기 연산조건값의 복수의 세트 중에서 적어도 1개의 세트는 유저가 계산속도를 중시하는 경우에 대응하여 혈류를 정상류라고 가정하였을 경우의 연산조건값을 포함하는 것이고, 적어도 1개의 다른 세트는 유저가 계산속도보다 계산정밀도를 중시하는 경우에 대응하여 혈류를 박동류라고 가정하였을 경우의 연산조건값을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 적어도 1개의 다른 세트는, 박동류의 박동주기 내에서 흐름이 층류로부터 난류로 천이하는 경우를 고려한 연산조건값을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또는 상기 연산부는, 유저가 계산속도를 중시하는 경우에 연산을 하는 제1프로세서와, 유저가 계산속도보다 계산정밀도를 중시하는 경우에 연산을 하는 제2프로세서를 구비하고, 유저의 선택에 따라 어느 쪽의 프로세서를 사용할지를 판단하는 판단부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 경우에 상기 제2프로세서는, 고속연산기를 복수 사용한 병렬해석을 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제2프로세서는 통신 네트워크를 통하여 접속할 수 있는 별도의 장소에 설치되어 있고, 상기 판단부는, 상기 제2프로세서를 사용한다라고 판단한 경우에 계산에 필요한 조건의 일부 또는 전부를 상기 통신 네트워크를 통하여 상기 제2프로세서로 송신하여 연산결과를 받는 것이 바람직하다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 컴퓨터가, 상기 유체해석부에서 구한 혈류의 상태량으로부터 상기 대상혈관부위의 혈관벽면의 각 위치에 있어서의 벽면전단응력벡터를 구하고, 특정의 벽면위치에 있어서의 당해 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계를 구하고, 그 형태로부터 당해 벽면위치에 있어서의 상기 혈류의 성상을 판별하고 그 판별결과를 출력하는 혈류성상 판별부와, 컴퓨터가, 상기 혈류성상 판별부의 판별결과를 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 그래픽으로 표시하여 출력하는 표시부를 더 구비한다.
이 경우에 상기 혈류성상 판별부는, 컴퓨터가, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계가 「평행」, 「합류」, 「회전」, 「발산」 중에서 어떤 것인지를 판별하고, 「평행」인 경우에는 혈류성상이 양성 흐름(비악성 흐름), 그 이외의 경우에는 악성 흐름(비양성 흐름)이라고 판별하는 것이 바람직하다.
또한 상기 혈류성상 판별부는, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계가 「발산」인 경우에 상기 벽면위치에서 혈관벽의 비박화가 발생한다라고 판별하여 그 위치를 출력하고, 상기 표시부는, 상기 비박화가 발생할 가능성이 있는 위치를 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 그래픽으로 표시하여 출력하는 것이 바람직하다.
또는 상기 혈류성상 판별부는, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터τ와 그 주위의 벽면위치에 있어서의 복수의 벽면전단응력벡터의 상대각도 관계로부터 벡터장τ의 스칼라량인 회전(rot)τ 및 발산(div)τ를 구하고, 그들의 값을 난잡도로 하여 역치와 비교함으로써 상기 「평행」, 「합류」, 「회전」, 「발산」 중에서 어떤 것인지를 판별하는 것으로서, 상기 난잡도의 회전(rot)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 부의 값 또는 정의 값일 때에 「회전」이라고 판별하고, 상기 난잡도의 상기 발산(div)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 부의 값일 때에 「합류」라고 판별하고, 상기 난잡도의 상기 발산(div)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 정의 값일 때에 「발산」이라고 판별하고, 상기 난잡도의 회전(rot)τ의 값 및 상기 발산(div)τ의 값의 양방이 소정의 역치 내에 있을 때에 「평행」이라고 판별하는 것이 바람직하다.
또한 상기 혈류성상 판별부는, 상기 복수의 벽면전단응력벡터를 연산상 단위벡터로서 취급하고, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ와 비교되는 역치는 0인 것이 바람직하다.
또는 상기 혈류성상 판별부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값에 상기 벽면위치에 법선방향으로 작용하는 압력의 지표값을 무게계수로서 부여함으로써 구하는 것이 바람직하다.
또한 상기 혈류성상 판별부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을 구할 때에 주어지는 압력의 지표값은, 상기 벽면위치에 작용하는 압력을 대상혈관부위의 벽면에 작용하는 평균의 압력값으로 나눈 값인 것이 바람직하다.
또는 상기 표시부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 또는/및 상기 발산(div)τ의 값을 디스플레이 상에 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 표시하여 출력하는 것이 바람직하다.
또는 상기 혈류성상 판별부는, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터τ와 그 주위의 벽면위치에 있어서의 복수의 벽면전단응력벡터의 상대관계로부터 벡터장τ의 회전(rot)τ 및 발산(div)τ를 구하고, 그 값을 난잡도로 하여 역치와 비교하여, 역치 범위 내인 경우에는 양성 흐름(비악성 흐름), 범위 외인 경우에는 악성 흐름(비양성 흐름)이라고 판별하는 것이 바람직하다.
또한 상기 혈류성상 판별부는, 상기 복수의 벽면전단응력벡터를 연산상 단위벡터로서 취급하고, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ와 비교되는 역치는 0인 것이 바람직하다.
또는 상기 혈류성상 판별부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값에 상기 벽면위치에 법선방향으로 작용하는 압력의 지표값을 무게계수로서 부여함으로써 구하는 것이 바람직하다.
또한 상기 혈류성상 판별부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을 구할 때에 주어지는 압력의 지표값은, 상기 벽면위치에 작용하는 압력을 대상혈관부위의 벽면에 작용하는 평균의 압력값으로 나눈 값인 것이 바람직하다.
또는 상기 표시부는, 상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 또는/및 상기 발산(div)τ의 값을 디스플레이 상에 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 표시하여 출력하는 것이 바람직하다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 상기 대상혈관부위의 3차원 형상을 수정하는 형상수정부를 구비하고, 이 형상수정부는, 컴퓨터가, 상기 혈관형상 추출부에서 생성된 상기 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 그래픽으로 표시하고, 이 디스플레이 상에서 3차원 형상 데이터 표시의 요철을 수정하는 부위 중에서 적어도 1개의 폴리곤의 지정을 접수하는 수정부위 지정부와, 컴퓨터가, 상기 폴리곤을 그 무게중심의 위치를 기점으로 하여, 면법선방향을 따르는 혈관 외측 또는 내측방향으로 이동 또는 변형시키는 폴리곤 이동부와, 컴퓨터가, 상기 폴리곤 이동부가 1 이상의 폴리곤을 이동 또는 변형시킨 후에 발생한 예각 형상을 검출하여 평활화 처리를 하는 평활처리부를 구비한다.
또 다른 하나의 실시형태에 의하면, 상기 대상혈관부위의 3차원 형상에 의거하여 상기 대상혈관부위의 라벨링을 하는 라벨링부를 구비하고, 이 라벨링부는, 컴퓨터가, 특정의 대상혈관부위에 포함되는 주요혈관요소의 명칭 및 그 이외의 혈관요소의 명칭을 상기 특정의 대상혈관부위에 관련시켜서 저장하는 저장부와, 컴퓨터가, 특정의 대상혈관부위에 포함되는 각 혈관요소의 형상을 복수 단면에서 측정하고, 그 면적의 중앙값이 가장 큰 것을 주요혈관으로서 특정함과 아울러, 상기 주요혈관의 판별에 의거하여 상기 다른 혈관요소를 특정하고, 이들 주요혈관요소 및 다른 혈관요소의 명칭을 라벨링하여, 상기 각 혈관요소의 형상측정값과 함께 출력하는 라벨링 결과 출력부를 구비한다.
이 경우에 상기 유체해석부는, 상기 라벨링 결과에 따라 혈관요소별로 상기 연산조건을 변동시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 연산조건은, 혈류의 상태량 해석에 있어서의 메쉬 상세도이고, 혈관요소별로 메쉬 상세도를 변동시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 메쉬 상세도는, 상기 단면 형상의 면적의 중앙값 크기에 의하여 결정되고, 상세도가 성긴 것으로부터 촘촘한 것까지 복수 단계로 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제6주요관점에 의하면, 상기 제1∼제5관점에 의한 시스템을 실행하기 위한 컴퓨터 소프트웨어 프로그램에 관한 발명이 제공된다.
본 발명의 제7주요관점에 의하면, 상기 제1∼제5관점에 의한 시스템을 실행하기 위한 방법에 관한 발명이 제공된다.
또 상기에서 설명하지 않은 본 발명의 특징은, 이후에 설명하는 발명의 실시형태 및 도면에 당업자가 실시할 수 있도록 명확하게 되어 있다.
도1은, 본 발명의 1실시형태를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도2는, 혈관형상 추출부의 그래피컬 유저 인터페이스이다.
도3은, 혈관형상 추출부의 개략적인 구성도이다.
도4는, 화상으로부터의 혈관형상의 추출을 설명하는 도면이다.
도5는, 혈관형상의 세선화를 설명하는 도면이다.
도6은, 주요혈관을 포함하는 혈관명의 라벨링을 설명하는 도면이다.
도7은, 추출혈관형상의 끝면처리를 설명하기 위한 도면이다.
도8은, 뇌 내에 있어서 혈관형상의 전체를 나타내는 도식도이다.
도9는, 수술 시뮬레이션부의 그래피컬 유저 인터페이스이다.
도10은, 수술 시뮬레이션부의 개략적인 구성도이다.
도11은, 제1수술 시뮬레이션 모드에 의한 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도12는, 제2수술 시뮬레이션 모드에 의한 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도13은, 제3수술 시뮬레이션 모드에 의한 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도14는, 제1수술 시뮬레이션 모드에 의한 형상수정결과의 예를 나타내는 도면이다.
도15는, 유체해석부의 개략적인 구성도이다.
도16은, 유체해석부에 의한 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도17은, 유체해석부의 그래피컬 유저 인터페이스이다.
도18은, 메쉬 상세도를 설명하는 도면이다.
도19는, 유체전단응력을 설명하는 도식도이다.
도20은, 유체전단응력을 설명하는 도식도이다.
도21은, 벽면전단응력의 산출에 관한 글로벌 좌표계를 나타내는 도면이다.
도22는, 벽면전단응력의 산출에 관한 로컬 좌표계를 나타내는 도면이다.
도23은, 전단응력벡터를 혈관 3차원 형상에 중첩시켜서 그래픽으로 나타내는 도면이다.
도24는, 전단응력벡터와 압력을 혈관 3차원 형상에 중첩시켜서 그래픽으로 나타내는 도면이다.
도25는, 난잡도의 산출을 설명하는 도면이다.
도26은, 난잡도의 해석에 관한 설명도이다.
도27은, 난잡도 맵에 의한 악성·양성 판별법을 나타내는 도면이다.
도28은, 난잡도(분산)에 의한 비박화 판별에 관한 설명도이다.
도29는, 혈류성상 판별부의 그래피컬 유저 인터페이스이다.
도30에 있어서, 도30A∼도30D는 혹 벽의 비박화 판별에 있어서의 난잡도의 유효성을 나타내는 결과표시의 예를 나타내는 도면이다.
도31은, 본 발명의 다른 실시형태인 수술기술 평가 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
이하에서는, 본 발명의 1실시형태를 도면에 의거하여 구체적으로 설명한다. 또 이하의 설명에서는, 진단·치료효과 판정의 대상이 되는 순환기계(循環器系) 질환으로서, 뇌동맥류(腦動脈瘤)의 경우를 예로 하여 설명한다.
(악성·양성 혈류패턴(惡性·良性 血流pattern)에 의거하는 혈류성상 진단장치(血流性狀 診斷裝置))
상기한 바와 같이 본 발명의 제1측면은, 혹(瘤)의 성상을 진단하기 위한 진단장치이다. 이 발명에서는, 혈류에 의하여 뇌동맥류 내의 혈관벽면(血管壁面)에 작용하는 전단응력벡터군(剪斷應力 vector群)의 형태를, 혹의 내강형상(內腔形狀)·병리정보·혈관두께정보에 관련시킴으로써 장래적으로 혈관조직의 병변(病變)의 발병(發病)이나 진전을 초래하는 하나의 요인이 될 수 있는 「악성(양성이 아닌)의 혈류패턴」과, 당해 요인이 되기 어려운 「양성의 혈류패턴」으로 분류하였다. 그리고 시뮬레이션(simulation)의 결과, 생성된 전단응력벡터군의 형태가 상기 악성 혈류패턴 또는 양성 혈류패턴에 해당하는지를 판정한다. 악성 혈류패턴이라고 판정되면, 장래적으로 혈관조직의 병변의 발병이나 진전을 초래할 하나의 요인이 될 수 있기 때문에 수술을 검토할 필요가 있고, 양성 혈류패턴이라고 판정되면 그러한 요인이 되기 어렵다고 판단하여 필요 없는 수술에 의한 리스크(risk)를 회피하는 것이 가능하다.
(혈관치료 후의 치료효과 예측장치(治療效果 豫測裝置))
또한 본 발명의 제2측면은, 예를 들면 악성 혈류패턴을 가지고 있다라고 판단된 뇌동맥류를 외과적으로 치료한 후의 치료효과를 판정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
즉 상기 악성·양성 혈류패턴에 의거하는 혈류성상의 판정방법은, 치료 전의 뇌동맥류뿐만 아니라 당해 뇌동맥류를 치료한 후의 치료효과를 예측하는 것에 이용할 수 있다.
뇌동맥류의 외과적 치료법에는, 예를 들면 1)클립술(clip術), 2)코일 색전술(coil 塞栓術), 3)스텐트 유치술(flow-diverting stent)이 있다.
상기 클립술은, 클립에 의하여 혹의 넥면(neck面)을 폐색(閉塞)시킴으로써 혹 내의 흐름을 차단한다, 바꾸어 말하면, 뇌동맥류가 없는 새로운 혈관형상을 구축하는 것이다. 상기 코일 색전술은, 혹 내에 복수의 코일을 유치(留置)함으로써 혹 내부를 혈전화(血栓化)하여 혹을 폐쇄하는 것이다. 상기 스텐트 유치술은, 혹의 넥면에 금속 등으로 이루어지는 메쉬(mesh)를 유치하여 혹 내의 유속(流速)을 저하시킴으로써 혹 내부를 혈전화하여 혹을 폐색시키는 것이다.
이들 치료법은 혹 내의 흐름을 차단한다는 공통성을 가지고 있으며, 혈관의 내강 형상을 인위적으로 수정함으로써 새로운 혹의 넥면 즉 새로운 혈관형상을 재구축하는 것이다. 상기 치료법에 관한 합병증(合倂症)은, 재구축한 혈관형상이 경시적(經時的)으로 수정되어 버리는 것에 의한다. 예를 들면 코일 색전술을 실시한 증례(症例)에서는, 유체력(流體力)에 의하여 혹의 넥면이 혹 내강 방향으로 압축되어 버려서 혹 내강과 친혈관(親血管)이 재개통하기 때문에 다시 치료를 하는 경우가 적지 않다.
이러한 경우에 우선 컴퓨터로 3차원 모델화된 혈관형상을 수정하여, 새로운 혹의 넥면을 컴퓨터상에서 인위적으로 작성함으로써, 실제로 수술을 한 경우와 동일한 혈관형상을 수술 전에 컴퓨터상에 구축한다. 그리고 그 새로운 혈관형상의 혈관벽면에 작용하는 벽면전단응력벡터군(壁面剪斷應力 vector群)의 형태를 시뮬레이션에 의하여 가시화(可視化)하고, 그것에 대하여 상기 악성·양성 혈류패턴의 판별법을 동일하게 적용함으로써 수술에 의한 치료효과를 평가할 수 있다. 즉 상기 악성·양성 혈류패턴의 판별법을 적용함으로써, 수술 후에 있어서 당해 부위에 내피세포 등의 혈관을 구성하는 세포가 생착(生着)함으로써 혈관조직이 적절하게 재생되어 충분한 역학적 강도를 구비하는 것인지 아닌지의 진전 방향을 예측할 수 있어, 수술 후의 합병증이나 사망의 가능성이라는 관점으로부터 치료효과의 예측에 기여할 수 있다.
(본 실시형태에 관한 혈류성상 진단·치료효과 예측시스템의 구성)
도1은, 본 실시형태에 관한 혈류성상 판정·치료효과 예측시스템을 나타내는 개략적인 블록 구성도이다. 이 혈류성상 판정·치료효과 예측시스템은, 상기 제1, 제2측면에 대응하고, 이하의 2개의 기능을 구비한다.
(1)당해 뇌동맥류가 장래적으로 혈관조직의 병변의 발병이나 진전을 초래할 가능성이 있는지의 관점으로부터, 피험자의 대상혈관부위(對象血管部位)의 혈류의 성상이 장래적으로 뇌동맥류의 파열로 진전될 가능성이 적은 양성 혈류인지, 당해 파열로 진전될 가능성이 있는 악성 혈류(양성이 아닌 혈류)인지 중에서 어느 것에 해당하는지를 자동적으로 판별한다.
(2)당해 뇌동맥류를 외과적으로 치료할 때에, 수술 전에 치료 시뮬레이션을 하여 치료 후의 혈류를 파악함으로써 장래적으로 합병증이나 사망의 리스크 가능성이 적은 양성 혈류인지, 그것들로 진전될 가능성이 있는 악성 혈류 중에서 어느 것에 해당하는지를 자동적으로 판별한다.
이러한 기능을 발휘하기 위하여 이 혈류성상 진단·치료효과 예측시스템은, 도1에 나타내는 바와 같이 의사 등의 유저(user)의 사이트(병원 내)에 설치되어 피험자의 뇌동맥류 및 그 주위의 대상혈관부위의 화상을 촬영하는 촬영장치(撮影裝置)(1)와, 의사 등의 유저 자신이 이 시스템을 조작하기 위한 유저단말(user端末)(2)과, 이들 촬영장치(1) 및 유저단말(2)이 통신 네트워크(원내 LAN, 원외 WAN 또는 전용회선)를 통하여 접속된 혈류성상 진단·치료효과 예측서버(血流性狀 診斷·治療效果 豫測server)(3)를 구비한다.
여기에서 상기 촬영장치(1)로서는, CT 장치(컴퓨터 단층촬영장치), MRI 장치(자기공명화상 진단장치), DSA 장치(digital subtraction angiography 裝置)(디지털 차감 혈관조영법(digital 差減 血管造影法)) 등과 같이 대상혈관부위의 단층화상(斷層畵像)을 취득할 수 있는 장치 이외에, 초음파 도플러(超音波 doppler)나 근적외 이미징(近赤外 imaging)에 의하여 촬영된 화상 등과 같이 대상혈관부위에 있어서의 화상 데이터를 취득할 수 있는 장치이면 된다.
상기 유저단말(2)은, 상기 혈류성상 진단·치료효과 예측서버(3)와 통신을 하기 위한 그래피컬 인터페이스(graphical interface)를 표시할 수 있는 브라우저 등의 표시 소프트웨어를 실행할 수 있는 통상의 퍼스널 컴퓨터로 이루어지는 워크스테이션(workstation)이면 된다.
한편 상기 혈류성상 진단·치료효과 예측서버(3)는, 상기 통신 네트워크와 통신하기 위한 입출력 인터페이스(入出力 interface)(4), 메모리(memory)(5) 및 CPU(6)가 접속된 버스(bus)(7)에 프로그램 저장부(program 貯藏部)(8)가 접속되어 된다. 프로그램 저장부(8)는, 상기 촬영장치(1)에 의하여 취득한 화상 데이터로부터 대상혈관부위의 내강의 3차원 형상 데이터를 생성하는 혈관형상 추출부(血管形狀 抽出部)(i-Vessel)(10)와, 3차원 형상 데이터의 가공에 의한 수술 시뮬레이션을 하는 수술 시뮬레이션부(i-Surgery)(11)와, 대상혈관부위의 혈류의 상태량(狀態量)을 연산에 의하여 구하는 유체해석부(流體解析部)(i-CFD)(12)와, 이 유체해석부(12)에서의 연산결과를 사용하여 대상혈관부위의 혈류가 양성 흐름인지 악성 흐름인지를 판별하는 혈류성상 판별부(血流性狀 判別部)(i-Flow)(13)와, 이 시스템에 의하여 생성되는 유저 그래피컬 인터페이스 및 여기에 표시하는 화상·해석결과·판별결과의 표시화면을 생성하는 표시부(表示部)(14)를 구비하고 있다. 또한 상기 버스(7)에는, 시뮬레이션에 필요한 각종 설정정보를 저장하는 시뮬레이션 설정DB(15)와, 이 시스템에 의한 시뮬레이션 및 해석결과를 저장하는 시뮬레이션 결과DB(16)가 접속되어 있다.
이 서버(3)의 상기 구성요건(혈관형상 추출부(10), 상기 수술 시뮬레이션부(11), 상기 유체해석부(12) 및 상기 혈류성상 판별부(13))은, 실제로는 하드디스크의 기억영역에 저장된 컴퓨터 소프트웨어로 구성되고, 상기 CPU(6)에 의하여 호출되어 메모리(5) 상에 전개되어 실행됨으로써 본 발명의 각 구성요소로서 구성되어 기능을 하도록 되어 있다. 또 이 서버(3)는 1대의 컴퓨터로 구성되어 있더라도 좋고, 각 구성요소가 분산되어 복수 대의 컴퓨터로 구성되어도 있더라도 좋다.
또한 이 예에서는, 상기 혈류성상 진단·치료효과 예측서버(3)는, 병원 내에 설치된 유저단말(2)과 통신 네트워크를 통하여 접속되어 있지만, 병원 내에 설치되어 있더라도 좋고, 병원 외의 고속연산처리센터(9) 등에 설치되어 있더라도 좋다. 후자의 경우에, 복수의 병원에 설치된 다수의 유저단말(2) 및 촬영장치(1)로부터 데이터나 지시를 받아, 고속연산처리기를 사용하여 고정밀도의 유체해석을 단시간에 실행하여 해석결과를 각 병원 내의 유저단말로 피드백(feedback)하여, 의사 등의 유저가 환자 등에게 그 자리에서 해석결과를 표시할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 이 혈류성상 진단·치료효과 예측시스템의 기능을 실제의 동작을 참조하여 설명한다.
(유저 그래피컬 인터페이스)
도2는, 상기 서버(3)의 표시부(14)에서 생성되어 상기 유저단말(2) 상에 표시되는 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)(17)를 나타내는 것이다. 이 인터페이스(17)를 통하여 상기 혈관형상 추출부(i-Vessel)(10), 상기 수술 시뮬레이션부(i-Surgery)(11), 상기 유체해석부(i-CFD)(12), 상기 혈류성상 판별부(i-Flow)(13)를 하나의 인터페이스를 통하여 일괄적으로 조작할 수 있도록 구성되어 있다.
예를 들면 이 도2는, 이 화면의 상부에 있는 메뉴로부터, 다음에 기능을 설명하는 혈관형상 추출부「i-Vessel」(10)를 선택하였을 경우의 예이다. 마찬가지로 i-Surgery(11), i-CFD(12), i-Flow(13)를 선택함으로써 각 기능에 따른 인터페이스(후술)로 절체(切替)하는 것이 가능하게 된다.
또 종래에는, 이러한 통합된 시스템이 없어서 각 요소를 개개의 인터페이스로 이루어지는 개별의 시스템으로 구성할 수밖에 없었다. 이 경우에, 1)복수의 시스템을 거치지 않고 하나의 증례(症例)를 해석하는 것에 있어서, 유저가 작업현장을 적어도 몇 시간에 걸쳐서 떠날 수 없었고, 2)각각의 개별 시스템은 공학 전반의 흐름을 대상으로 하고 있어 높은 자유도(自由度) 및 범용성(汎用性)을 가지고 있지만, 반대로 의료용도로서는, 해석조건으로서 필요로 하게 되는 파라미터의 수량이나 종류가 다방면에 걸쳐서 그 선택이 사용자의 지식·기량에 의존함으로써, 결과로서 실제로 임상에 대한 도입이나 해석조건의 표준화를 달성할 수 없다는 문제가 발생하는 것이 예상된다.
이 실시형태의 상기 혈류성상 진단·치료효과 예측시스템은 매우 바쁜 임상환경에서 의료행위의 일부로서 사용되는 것이다. 따라서 의료종사자에 대한 시간적 구속이나 사용자 사이, 시설 사이에서의 해석조건의 불일치는 해결하여야 할 과제이다. 또한 사용자인 임상 의사나 방사선 기사는, 유체역학에 익숙하지 않은 비공학자인 것을 충분하게 고려할 필요가 있다. 이 실시형태의 시스템에 의하면, 상기 장치군이 통합되어 단일의 인터페이스(17)에 의하여 일괄하여 자동제어로 처리할 수 있기 때문에, 상기와 같은 우려가 해소된다.
또한 이 시스템에 의하면, 사용의 용도별로 연산조건군의 최적값을 디폴트(default)에 의하여 「모듈(module)」로서 유지하여, 유저가 상기 연산조건군을 일일이 설정하지 않더라도 유저의 요구에 따른 혈류해석을 일괄하여 자동제어로 처리할 수 있다.
(혈관형상 추출장치)
도3은 상기 혈관형상 추출장치의 처리공정을 나타내는 블럭도이고, 도4∼도9는 그 설명도이다.
스텝S1-1에서, 촬영장치에 의하여 촬영된 DICOM 형식 등으로 이루어지는 대상혈관부위의 촬영화상 데이터를 입력한다. 계속하여 스텝S1-2에서, 화상의 방향(화상에 있어서 상·하·좌·우의 각 방향)을 자동인식 또는 수동에 의하여 지정한다. 도2는, 상기한 바와 같이 이 혈관형상 추출부(i-Vessel)의 유저 인터페이스를 나타낸 것이다. 화상의 방향을 확인하기 위한 인터페이스는, 도2에 있어서 4분할되어 표시된 표시부(41∼44) 중에서 좌측 상부의 표시부(41)에 상당하는 것이다. 표시부(42∼43)에 나타내는 바와 같이 혈관의 3차원 형상을 공지의 볼륨 렌더링법(volume rendering method)에 의하여 가시화(可視化)할 때에, 혈관의 표시방향에 관한 지정은 예를 들면 「전(A)」,「후(P)」, 「좌(L)」, 「우(R)」의 버튼(18)을 눌러서 화면을 회전시킴으로써 화상의 방향을 「전(A)」, 「후(P)」, 「좌(L)」, 「우(R)」의 각 방향으로 정렬시키도록 되어 있다.
다음에 같은 화면(도2)에서, 해부부위(解剖部位)의 지정을 예를 들면 리디오 버튼(radio button)(24)으로부터 선택하는 방식에 의하여 한다(스텝S1-3). 여기에서 지정한 해부부위는, 뒤의 공정에서 혈관을 자동적으로 라벨링(labeling)할 때에 사용한다. 예를 들면 뇌동맥류가 우측 중앙 대뇌동맥(MCA)에 있었을 경우에 「우측 앞쪽 순환(Right Anterior Circulation)」을 선택한다. 마찬가지로 「좌측 앞쪽 순환」, 「앞쪽 순환」, 「뒤쪽 순환」을 선택할 수 있다. 이 해부부위는 도3에 부호 19로 나타내는 바와 같이 상기 시뮬레이션 설정DB(15)에 저장되어 있다.
스텝S1-4의 이후에서는, 역치법(threshold method)이나 구배법(勾配法) 및 영역확장법(領域擴張法) 등(도2의 화면 중에 나타내는 「Selection(역치법(혹은 구배법)에 의하여 추출한 3차원 구조물에 대하여, 유저가 화면상에서 관심영역을 지정함으로써 대상혈관을 포함한 영역을 결정한다)」, 「Connectivity(관심영역 내에서 유저가 대상혈관을 지정하고, 여기에서 연속한 보셀(voxel)만을 취사선택함으로써 대상혈관을 추출한다)」, 「Extension(역치법(또는 구배법)과 보셀 연속성의 2개를 포함시킨 영역확장법으로서, 혈관추출의 과정에서 필요에 관계없이 삭제된 혈관을 추가한다)」, 「Removal(유저가 매뉴얼로 불필요한 혈관을 삭제한다)」)의 각각의 연산을 조합시킴으로써 3차원 혈관형상(3차원 형상 데이터)을 구축한다. 이 때문에 우선 스텝S1-4에서 대상혈관영역을 추출한다. 이 추출에 있어서는 예를 들면 역치법 또는 구배법을 사용하여 한다.
도4는, 역치법을 사용하였을 경우의 추출예를 나타내는 것이다.
역치법에서는, 예를 들면 휘도값의 절대값 또는 규격화된 상대값을 사용한다. 이 실시형태에서는, 도2의 화면 중의 역치 설정부(45)에서, 슬라이더 방식에 의한 히스토그램(histogram) 역치를 선정함으로써, 우측 상부의 표시부(42)의 화상을 보면서 역치를 변화시켜서 혈관벽 특유의 특징을 추출한다. 한편 구배법에서는, 예를 들면 휘도값 분포로부터 연산처리에 의하여 휘도값의 구배를 추출하고, 여기에서 혈관벽 특유의 특징을 추출하여 사용한다. 이후에 도2의 화면 중에서 「Fix」버튼(46)을 누름으로써, 이 혈관형상 추출부(10)에 의한 혈관표면의 노이즈(noise)의 제거가 화상 타입에 따른 최적의 역치를 사용하여 이루어진다(스텝S1-5), 그 후에 폴리곤(polygon) 분할에 의하여 3차원 형상 데이터화 함으로써 대상혈관영역의 추출이 완료된다(스텝S1-6). 도4는, 이 공정에 의한 혈관형상의 추출을 나타낸 도식도이다. 이들의 역치는 설정조건으로서 상기 시뮬레이션 설정DB(15)에 저장되어 있다(부호 29로 나타낸다).
다음에 도2의 화면에서 유저가 「Lesion」버튼(47)을 누름으로써 유저가 디스플레이 상에서 마우스 등을 사용하여 매뉴얼로 병변부(病變部)를 지정한다(스텝S1-7). 이후에 스텝S1-8에서 혈관의 세선화(細線化)가 실행되어 혈관의 중심선을 도출한다. 이 세선화의 공정은, 도2의 화면에서 유저가 「Label」버튼(48)을 누름으로써 자동으로 실행된다. 이 세선화를 위한 알고리즘은 여러 가지의 공지방법을 사용할 수 있다. 도5는 이 세선화를 나타내는 도면이다. 중심선을 취득한 후에는, 스텝S1-9에서 중심선을 혈관별로 요소분할(要素分割)한다. 이 요소분할은, 도5에 나타내는 바와 같이 혈관의 분기점(分岐點)(A, B, C, D … )에서 각 혈관의 중심선을 분할함으로써 이루어진다. 도6은 이 분할부를 확대하여 나타내는 것이다. 상기 분기점(A, B, C … ) 사이의 부분(V1, V2 … )을 혈관요소(血管要素)라고 한다. 그 후에 스텝S1-10에서 각 요소 내의 중심선과 직교하는 단면(斷面)(도6에 나타낸다)을 복수 개 구하고, 해당 단면의 등가(等價) 지름을 산출하여 각 요소의 형상(25)을 계측한다.
계속하여 스텝S1-11에서, 각 요소에 혈관의 명칭을 자동으로 라벨링한다. 우선 복수의 혈관요소(V1, V2, V3 … ) 중에서 복수의 단면(25)에서 산출된 복수의 등가지름의 중앙값(평균값에서는 당해 혈관에 동맥류가 있어 돌연 지름이 커진 경우에 정확성을 담보하기 위하여)이 최대가 되는 혈관을 주요혈관인 것으로 결정하여 라벨링을 한다. 이 라벨링은, 이 실시형태에서는 상기 해부부위의 지정에 따라 자동으로 이루어진다. 즉 좌측 앞쪽 순환이 선택된 때에는 상기 주요혈관(등가지름의 중앙값이 가장 큰 혈관요소)은 「좌내 경동맥(左內 頸動脈)」이라고 라벨링되고, 뒤쪽 순환을 선택한 때에는 「뇌저동맥(腦底動脈)」이라고 라벨링된다. 이들의 주요혈관은 해당하는 해부부위 중에서 최대의 등가지름을 가지는 것에 의거하여 특정되도록 되어 있다. 또 등가지름의 다른 형상 파라미터 및 그들의 복수의 조합을 이용하더라도 상관없다. 도3에 나타내는 바와 같이 상기 시뮬레이션 설정DB(15)에는, 해부부위의 정보(19), 주요혈관의 명칭(20) 및 이 주요혈관으로부터 분기되는 혈관의 명칭(21)이 서로 관련되도록 하여 저장되어 있고, 이 혈관형상 추출부(10)의 라벨링부(35)가 이들 정보를 「혈관 라벨링 템플레이트(血管 labeling template)」로서 참조함으로써 자동으로 라벨링을 할 수 있다.
즉 이 스텝S1-11은, 주요혈관을 라벨링한 것에 연속하여 심부(深部)에 걸쳐서 이 주요혈관(V2, V3 … )의 트래킹(tracking)을 하고, 분기마다 나타나는 혈관명칭을 상기 DB(15)에 저장된 정보에 의거하여 자동판별하여 순차적으로 라벨링한다. 이 라벨링은, 이 실시형태에서는 예를 들면 상기 주요혈관으로부터 계산하여 5∼10개까지 하층(下層)의 혈관요소까지를 한도로 하여 이루어진다. 이와 같이 분기혈관의 라벨링은, 상기한 바와 같이 하여 각 해부부위의 정보(19)에 의거하여 주요혈관의 명칭(20)이 정해지면, 그 주요혈관으로부터 분기되는 것 이외의 혈관에 대해서는, 데이터 베이스(15)에 저장된, 말하자면 템플레이트로서의 주요혈관의 명칭(20)과 분기혈관의 명칭(21)의 관계(해부부위(19)마다)에 의거하여 자동으로 이루어지도록 되어 있다.
다음에 스텝S1-12, 13에서, 미리 스텝S1-2에서 지정한 화상의 방향(상하좌우의 방향)과, 대상으로서 지정한 상기 해부부위에 의거하여, 라벨링의 종료 후에 혈관의 입구·출구면을 각각의 중심선에 대하여 직교(直交)시킴으로써 혈관끝면을 구축한다. 도7은 이 끝면 구축을 나타내는 도면이다. 마지막으로 스텝S1-14에서, 이와 같이 하여 구축한 3차원 형상이 폴리곤 데이터로서 자동으로 출력된다. 동시에 라벨링(라벨링 정보(23))된 각 혈관의 형상 데이터(22)가 자동으로 산출되어 상기 시뮬레이션 결과DB(16)에 기재된다(도3). 이 때에 적절한 처리를 할 수 있었던 것인지 아닌지를 유저는 디스플레이에 표시된 인터페이스(17) 상에서 확인할 수 있다. 또 상기의 자동처리의 공정에서는 적절하게 라벨링되지 않는 경우가 있다. 예를 들면 선천적으로 혈관기형(血管奇形)을 가지고 있는 환자는, 해당 장소에 해당 혈관이 존재하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우에, 잘못 라벨링된 혈관을 클릭하여 선택함으로써 그 명칭을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 설정DB(15)의 명칭(20, 21)의 수정도 그때마다 할 수 있도록 되어 있다. 또 이러한 매뉴얼 처리를 하였을 경우에는, <End> 버튼을 누름으로써 결과가 자동으로 출력되어, 각 DB(15, 16)에 덮어써서 갱신된다. 또 파일을 출력할 때의 파일명은, DICOM 헤더정보(header情報)로부터 추출할 수 있는 환자 ID를 베이스로 하여 파일형식이 판별할 수 있도록 구성되어 있어, 유저가 매뉴얼로 입력할 필요는 없다. 이 규칙은, 후술하는 수술 시뮬레이션부(11), 유체해석부(12), 혈류성상 판별부(13)에서도 동일하다.
또 도8은 뇌혈관 명칭의 개략을 나타내는 것이다. 이 도8에서는 앞쪽·뒤쪽 순환을 망라한다. 예를 들면 전교통 동맥(前交通 動脈)은 뇌동맥류의 빈발부위로서 알려져 있지만, 좌우의 앞쪽 순환에 걸쳐서 있기 때문에, 해석에는 앞쪽 순환 전체를 대상범위로 할 필요가 있다.
(수술 시뮬레이션 장치)
도9는 수술 시뮬레이션부(11)에 의한 유저 그래피컬 인터페이스(17)를 나타내는 도식도이고, 도10은 상기 수술 시뮬레이션부(11)의 동작을 나타내는 플로우 차트이고, 도11, 도12, 도13은 그 설명도이다. 또 도14는 이 수술 시뮬레이션을 위한 혈관의 3차원 형상 데이터를 수정하는 형상수정부(形狀修正部)(35)의 개략적인 구성도이다.
이 예에서는, 도9에 나타내는 인터페이스(17)로부터, 유저가 3개의 수술 시뮬레이션 모드 즉 제1수술 모드로서의 「Clipping/Coiling」(50), 제2수술 모드로서의 「Stenting」(51), 제3수술 모드로서의 「Flow-diverting Stent」(52) 중에서 어느 하나를 선택한다. 이와 같이 함으로써, 이 수술 시뮬레이션부(11)가 수술 후의 혈류상태를 재현하는 데에 있어서 최적의 혈관형상을 생성한다.
상기 3개의 모드 중에서 제1수술 시뮬레이션 모드는 병변부의 삭제와 표면의 재구축이고(Clipping/Coiling), 제2수술 시뮬레이션 모드는 병변부의 요철수정(凹凸修正)에 의한 표면의 재구축이고(Stenting), 제3수술 시뮬레이션 모드는 임의의 단면에 대한 격자 모양 물체의 배치이다(Flow-diverting Stent).
제1수술 시뮬레이션 모드에 대응하는 혈관형상 수정방법(도15에 37로 나타낸다)은, 클리핑술이나 코일 색전술과 같이 혹의 내강을 완전히 폐쇄시켰을 경우를 시뮬레이션하기 위한 프로그램군(50)(<Positioning>, <Removal>, <Recon.>, <Shaping>, <Label>)으로서, 치료 후에 형성되는 혹의 넥면에 작용하는 유체력(流體力)을 수술 전에 시뮬레이션하려고 하는 것이다. 제2시뮬레이션 모드에 대응하는 혈관형상 수정방법은, 동맥경화에 의하여 협착된 혈관을 스텐트 등의 치료기기에 의하여 확장시키는 스텐트 유치술을 시뮬레이션하기 위한 프로그램군(51)(<Positioning>, <Fitting>, <Shaping>, <Label>)으로서, 치료 후에 형성되는 병변부에 작용하는 유체력을 수술 전에 시뮬레이션하려고 하는 것이다. 제3수술 시뮬레이션 모드에 대응하는 혈관형상 수정방법은, Flow-diverting stent에 의한 뇌동맥류의 치료를 시뮬레이션하기 위한 프로그램군(52)(<Positioning>, <Porosity>, <Shaping>, <Label>)으로서, 혹 내의 흐름의 감소효과를 시뮬레이션하려고 하는 것이다.
이 시뮬레이션은 실제로는 혈관의 3차원 형상 데이터를 수정함으로써 이루어지는 것으로서, 수술 시뮬레이션부는, 도15에 나타내는 바와 같이 치료방법 접수부(73)와 형상수정부(36)를 구비한다. 이하, 이들의 구성을 처리동작과 함께 설명한다. 또 선택할 수 있는 수술 모드(이 예에서는 제1∼제3수술 시뮬레이션 모드)와 이것에 관하여 정의된 구체적인 혈관형상 수정방법은 도15에 부호 36 및 37로 나타내는 바와 같이 상기 시뮬레이션 설정부DB(15)에 저장되어 있다.
우선 유저는 상기 그래픽 인터페이스(17) 상에서 <Surgery> 버튼(11)을 선택하여, 상기 유저단말(2)의 브라우저 화면을 통하여 상기 혈관형상 추출장치에 의하여 작성된 혈관형상을 표시시킨다(스텝S2-0 : 도9에 나타내는 화면의 좌측 상부의 표시부(54)). 유저가 상기 인터페이스(17) 상에서 제1수술 시뮬레이션 모드(도9의 (50))를 액티브로 하면, 상기 치료방법 접수부(73)는 상기 설정DB(15)로부터 혈관형상 수정방법(37)(프로그램군(50)(<Positioning>, <Removal>, <Recon.>, <Shaping>, <Label>))을 로드하고, 우선 사용자가 <Positioning>에 의하여 병변부를 선택한다(스텝S2-1). <Positioning> 을 선택하면, 도15에 나타내는 수정부위 지정부(38)가 상기에서 지정한 영역을 유저 인터페이스(17) 상에 표시한다(도9의 우측 상부의 표시부). 상기 3차원 형상 데이터는 혈관표면·끝부를 미소 삼각형 요소(微小 三角形 要素)의 집적으로 구성되는 폴리곤 데이터이기 때문에, 수술 시뮬레이션의 목적에 따라 지시영역을 확대·축소할 수 있다. 다음에 유저가 <Removal>을 선택하면, 도15에 나타내는 폴리곤 이동부(39)가 선택한 삼각형 요소를 절제한다(스텝S2-2). 계속하여 <Recon>을 선택하면, 상기 폴리곤 이동부(39)가 절제부에 폴리곤에 의하여 표면을 재구축한다. 또한 <Shaping>의 버튼을 누름으로써 상기 수정부위 지정부(38) 및 폴리곤 이동부(39)를 작동시킬 수 있어, 유저가 마우스 조작에 의하여 재구축면의 요철수정을 할 수 있고(스텝S2-3), 그 후에 <Label>에 의하여 새로운 면으로서 라벨링을 정의한다(라벨링부(35))(스텝S2-4). 또 표면의 재구축은, 절제영역의 무게중심을 산출하고, 그것을 기점으로 하여 절제부 끝면의 삼각형의 정점(頂点)을 연결시킴으로써 한다. 요철수정은, 당해 무게중심의 위치를 기점으로 하여, 절제면의 법선 외주(또는 내주)방향으로 유저가 마우스휠 버튼에 의하여 자유롭게 이동시킨다, 즉 이동 전의 삼각형 요소에 공통되는 정점인 당해 무게중심을 이동시켜서, 삼각형 형상을 인위적으로 변형시킴으로써 실행한다. 또 이동 후에 나타날 수 있는 예각(銳角) 형상은 평활화(平滑化) 처리를 동시에 작용시킴으로써 대응하도록 되어 있다(상기 구성요건(38∼39)).
도9에 나타내는 유저 인터페이스 상에서는, 좌측 하부 및 우측 하부의 표시부(55, 56)<<Post-surgery>>에서 유저가 작업을 하여 수술 후의 화상이 표시되고, 유저가 상기 프로그램군에 의하여 수술 시뮬레이션을 하여 간다. 라벨링까지 한 후에 <End>에 의하여 형상이 확정되고, 상기 혈관형상 추출장치와 마찬가지로 수정된 폴리곤 데이터가 자동으로 보존되며, 시뮬레이션 결과DB(16)가 갱신된다(스텝S2-13 : 라벨링 정보(23) 및 3차원 형상 데이터(22)의 갱신). 또 상기 공정을 반복함으로써 복수의 수술 시뮬레이션의 결과를 비교할 수 있도록, 상기 <<Post-surgery>>의 표시부는 우측 하부(55)와 좌측 하부(56)에 각각 형성되어 있다<<Post-surgery#1, #2>>.
도11은 이 제1수술 시뮬레이션 모드에 있어서의 혈관형상수정의 예를 나타내는 도식도이고, 도14A, B는 시뮬레이션 전과 후(클리핑 치료 전·후)의 3차원 형상을 나타내는 도면이다. 이와 같이 뇌동맥류의 형상을 구성하는 폴리곤을 삭제함으로써, 클리핑 치료를 실시한 후의 혈류성상을 재현할 수 있는 3차원 형상 데이터를 생성할 수 있다. 따라서 이것에 의하여 클리핑술이나 코일 색전술에 의하여 구축되는 혹의 넥면의 형상을 사용자가 임의로 조정한 다음에 수술 후의 혈류를 시뮬레이션하여 해석할 수 있다.
제2수술 시뮬레이션 모드(51)에서는, <Positioning>에 의하여 상기와 마찬가지로 병변부를 선택 및 확대·축소한다(스텝S2-5, 표시부(55)). 다음에 <Fitting>에 의하여 병변부의 무게중심을 산출하고, 여기를 기점으로 하여 폴리곤을 혈관벽면의 법선방향을 따라 이동시킨 후에, 커브 피팅(curve fitting)에 의하여 병변 형상을 다항식 근사에 의하여 보간(補間)한다(스텝S2-6). 다음에 <Shaping>에 의하여 유저가 마우스 조작으로 병변부의 요철수정을 하고(스텝S2-7), 최후에 상기 제1수술 시뮬레이션 모드와 동일한 방법으로 재구축면의 라벨링을 한다(스텝S2-8). 도12는 이 제2수술 시뮬레이션 모드에 의한 형상 수정예를 나타낸 도식도이다.
제3수술 시뮬레이션 모드(52)에서는, <Positioning>에 의하여 유저가 3차원 혈관형상의 내부에 새롭게 면을 형성한다(스텝S2-9). 다음에 지정된 면에 대하여 <Porosity>에 의하여 격자 모양 물체를 정의하고(스텝S2-10), 상기와 동일한 방법으로 그 요철을 수정하고(스텝S2-11), 라벨링한다(스텝S2-12). 이 경우의 혈관형상 수정방법(37)(도15)으로서 사용하는 격자 모양 물체는 flow-diverting stent를 시뮬레이션하려고 하는 것이다. 격자 모양 물체는 등방 다공질(等方 多孔質) 매체로서 유저가 풀다운 메뉴(pull-down menu)로부터 그 개구율(開口率)을 설정함으로써 정의하도록 되어 있다. 또 유저가 다공질 매체의 형상·개구율을 조정하여 이방성(異方性) 매체로서 부여하더라도 좋다. 도13은 이 제3수술 시뮬레이션 모드에 의한 형상 수정예를 나타낸 도식도이다. 또 도면에 있어서 부호 25로 나타내는 것이 격자 모양 물체이다. 또한 이 다공질 매체를 사용한 혈류 시뮬레이션을 응용하면, 코일 색전술을 하였을 때에 있어서의 수술 직후의 혈류를 시뮬레이션할 수 있다. 상기 코일 색전술의 시뮬레이션에서는 혹 내를 완전히 폐쇄시켰을 경우를 상정하고 있었다. 현실적으로는, 이것은 수술 후에 충분히 시간이 경과하여 혹 내강이 충분히 혈전화된 상태에 상당한다. 한편 완전폐색에 이르기까지 코일 내에는 혈액의 유동이 존재한다. 이 혈액의 유동을 시뮬레이션할 수 있는 것인지 아닌지는, 코일 충전율(coil 充塡率)(혹 체적에 대한 코일 체적의 비율)을 결정함에 있어서 중요하다. 상기 Flow-diverting stent에서는 다공질 매체를 이차원 구조물로서 이용하였지만, 당해 기술을 3차원 구조물로 함으로써 코일 색전 직후의 상태를 시뮬레이션할 수 있다. 즉 상기 <Porosity>에 의하여 혹 내강에 대하여 다공질 매체를 유치하고, 그 개구율에 의하여 코일 충전율을 시뮬레이션하는 기능을 부여할 수도 있다.
(유체해석부)
다음에 유체해석부(12)에서, 상기 혈관형상 추출부(10)(및 수술 시뮬레이션부(11))에서 생성된 대상혈관부위의 3차원 형상의 데이터에 의거하여, 유한요소법(有限要素法)에 의한 공지의 연산으로 대상혈관부위에 있어서의 각 단위영역에서의 혈류의 유속 및 압력(상태량(33))을 구한다.
도16은 이 유체해석부(12)에 의한 처리를 나타내는 플로우 차트이고, 도17은 유저가 그래피컬 인터페이스(17)의 메뉴로부터 「CFD」(12)를 선택하였을 경우의 표시예이다.
이 유체해석부(12)는, 우선 스텝S3-1에서, 상기 혈관형상 추출부(10)(및 수술 시뮬레이션부(11))에서 생성된 대상혈관부위의 3차원 형상의 데이터 중에서 이번에 계산대상으로 하는 혈관형상의 데이터를 선택하여 읽는다. 읽혀진 데이터는, 도17에 있어서 인터페이스(17)의 좌측 상부의 표시부(58, 59, 60)에 표시된다. 이 예에서는, 표시부(58)에 Pre-Sergery의 형상 데이터가, 표시부(59)에 Post-Sergery#2의 형상 데이터가, 표시부(60)에 Post-Sergery#1의 형상 데이터가 각각 표시된다.
다음에 스텝S3-2에서 유저가 「모듈」을 선택한다. 이 「모듈」의 선택에 있어서는, 도17에 나타내는 바와 같이 상기 그래픽 인터페이스(17)에 「On-site(즉시)」(26), 「Quick(신속)」(27), 「Precision(고정밀도(高精密度))」(28)의 3개의 버튼을 유저가 선택할 수 있도록 표시한다.
이 시스템에서는, 3개의 모듈 중에서 유저가 1개를 선택함으로써 미리 디폴트로 설정한 연산조건값의 세트(40)(도1, 도16)를 사용하여 적절한 계산조건·정밀도에 의하여 계산을 실행할 수 있도록 구성되어 있다. 이것은, 임상현장의 시간적 구속 및 유체해석에 대한 유저의 비전문성을 고려한 것으로서, 현장의 요구에 합치하고 또한 해석방법의 조건을 통일적으로 취급함으로써 재현성이나 표준화를 달성시키기 위함이다. On-site(즉시)에 대응하는 연산조건에서는, 계산조건으로서 정상해석(定常解析)을 채용하고 있다. 혈액의 흐름은 심장의 박출(拍出)에 의한 박동류(拍動流)라고 불리는 비정상흐름이다. 비정상흐름을 계산하기 위해서는, 시시각각 변화되는 흐름을 설정한 타임 스텝별로 해(解)를 수렴시키면서 계산을 순차적으로 실행하여 갈 필요가 있어, 연산기의 부하가 매우 높아진다. 한편 정상류(定常流)는 박동류와 흐름의 양상이 전혀 다른 것은 아니다. 특히 뇌혈관과 같이 비교적 레이놀즈수(Reynolds number)가 낮은 영역에서는, 흐름은 박동주기 내의 어느 것에 있어서도 층류(層流)이며, 고레이놀즈수의 난류(亂流) 흐름으로 보이는 과도한 소용돌이와 같은 흐름의 천이성(遷移性)은 적다. 바꾸어 말하면, 박동주기 내에서 흐름은 유량의 변화에 대하여 상사성(相似性)이 강하다. 따라서 시간평균류에 상당하는 흐름마저 재현할 수 있다면, 박동류로서의 흐름의 양상을 파악할 수 있다. On-site(즉시)는 이러한 실험·해석 데이터에 의하여 뒷받침되는 해석방법이다.
한편 Quick(신속)이나 Precision(고정밀도)은 박동류를 취급하도록 상기 연산조건값의 세트(40)가 설정되어 있다. Quick(신속)에 대하여, Precision(고정밀도)은 박동주기 내에서 흐름이 층류로부터 난류로 천이하는 경우에 있어서도 대응할 수 있는 조건설정으로 되어 있다. 그리고 이 때에 사용하는 메쉬 상세도(mesh 詳細度), 혈액물성값, 벽경계조건, 입구경계조건, 출구경계조건, 이산화조건(離散化條件)이 미리 정해져서 연산조건값의 세트(40)로서 설정DB(15)에 저장되어 있다. 또한 Precision(고정밀도)을 단일의 고속연산기에 의하여 해석하더라도 계산결과를 얻을 때까지 시간이 며칠이 걸리는 경우도 적지 않다. 따라서 이 실시형태에서는, 상기 유체해석부(12)용으로 설치된 제1프로세서(41)에 의하여 부하가 작은 상기 on-site의 처리를 함과 아울러, 부하가 큰 Precision(고정밀도)에 대해서는 원격지에 설치된 고속연산처리센터(9)에 설치된 제2프로세서(42)에 의하여 처리하도록 되어 있다. 즉 Precision(고정밀도)의 경우에만 통신 네트워크를 통하여 데이터를 원외의 처리센터로 자동전송하고, 고속연산기를 복수 개 사용한 병렬해석에 의하여 계산을 실행한 후에, 네트워크를 통하여 원내로 해석결과를 피드백하는 시스템으로 구성되어 있다.
스텝S3-3 이하는, 유저가 도17의 인터페이스(17)에서 Run 버튼(62)을 누름으로써, 상기 모듈의 선택에 따라 시스템이 상기 연산조건값의 세트(40)를 꺼내어 자동으로 연산을 실행한다. 우선 스텝S3-3에서, 3차원 형상 데이터에 의거하여 대상혈관부위를 유한요소법상의 복수의 요소(이하,「메쉬」라고 한다)로 분할한다. 이 때에 이 실시형태에서는, 상기 혈관형상 추출부(10)에서 실시한 혈관의 라벨링에 의거하여, 각 혈관의 크기에 따른 메쉬분할 상세도에 의하여 메쉬를 생성한다. 즉 이 예에서는, 혈관의 명칭에 이 메쉬분할에 사용하는 메쉬 상세도를 관련시켜서 저장되어 있거나 또는 혈관 단면의 크기에 따라 메쉬 상세도를 동적(動的)으로 정할 수 있도록 상기 연산조건값(40)이 설정되어 있다. 따라서 이 장치는, 상기 라벨링에 따라 상기 설정DB(15)로부터 메쉬 상세도를 꺼내어 사용한다. 즉 각 혈관의 메쉬 상세도는 모듈의 선택 및 혈관의 종류에 따라 정해지도록 되어 있다.
도18A, 도18B는, 혈관별로 메쉬 상세도를 변동시키는 예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 지름이 1mm인 안동맥(眼動脈)의 상세도는 지름이 5mm인 내경동맥(內頸動脈)의 상세도보다 촘촘하게 되도록 설정되어 있다.
이 실시형태에 있어서의 메쉬분할 상세도(Dmesh)는 다음과 같이 정의된다.
Dmesh = Dbase X Kscale X Kmodule
여기에서, Dmesh : 메쉬분할 상세도(이 예에서는 산출하고 싶은 메쉬의 대표 지름(Dmesh)을 상세도로서 사용한다), Dbase : 베이스 메쉬의 크기(스케일 팩터(scale factor)에 의존하지 않는 정수), Kscale : 혈관의 크기에 따라 변동하는 스케일 팩터, Kmodule : 모듈의 선택에 따라 변동하는 스케일 팩터이다.
통상의 유한요소법 해석에 있어서의 메쉬 생성에서는 상기에서 정의한 것과 같은 스케일 팩터는 고려하지 않고, 베이스 메쉬 단체(單體)에 의하여 메쉬의 크기를 정하도록 되어 있다. 이 때문에 종래의 방법에서는 각 혈관지름의 변동에 대응할 수 없는 경우가 있었다. 그러나 이 실시형태에 있어서의 방법에서는, 상기와 같은 스케일 팩터를 도입함으로써 종래의 방법에 의한 과제를 해결할 수 있다.
다음에 일례를 나타낸다. 또 이 예에서는, 상기 유체해석부(12)는 대상으로 하는 혈관의 체적 및 당해 혈관의 중심선 길이 및 형상의 원기둥 근사에 의하여 혈관의 등가지름(D)을 산출하여, 혈관의 크기를 정량화(定量化)하여 사용하도록 구성되어 있다.
1)On-site, Quick 모듈을 사용하는 경우
Dbase = 0.1mm
Kscale = 0.2(D < 1.5mm의 경우)
Kscale = 1.0(D > = 1.5mm의 경우)
Kmodule = 1(즉 이 모듈에서는, 등가지름(D)이 1.5mm 미만의 가는 동맥에서만 메쉬의 크기를 베이스 메쉬의 크기로부터 1/5로 상세화한다).
2)Precision 모듈을 사용하는 경우
Dbase = 0.1mm
Kscale = 0.2(D < 1.5mm)
Kscale = 1.0(D > = 1.5mm)
Kmodule = 0.5
(즉 이 예에서는 Kmodule = 0.5로 하여 전역적(全域的)으로 메쉬를 상세화한다)
또 상기의 방법에서는, 혈관의 분기부에서 메쉬의 크기가 불연속적으로 변화되어 버리는 경우가 있다. 메쉬의 불연속변화는, 여기에서의 메쉬의 형상 왜곡을 증가시킴으로써 계산의 수렴성을 악화시키는 요인이 된다. 이 문제의 대처법으로서, 이 실시형태에서는, 우선 메쉬를 상기 방법으로 작성한 후에, 메쉬 형상 왜곡에 상한값을 부여하고, 최대 형상 왜곡이 역치 내에 들어가도록 평활화 처리를 반복하여 실시하도록 구성되어 있다.
종래의 해석법에서는, 메쉬의 크기를 이와 같이 혈관의 크기에 따라 동적으로 변동시키는 것은 할 수 없어, 대혈관에서도 소혈관에서도 마찬가지로 상세도에 의하여 분할할 수밖에 없었다. 이 결과, 대혈관을 해석하기에 충분한 메쉬 형상에서는, 소혈관에서는 메쉬가 부족함으로써 해석정밀도가 악화되고, 소혈관의 해석정밀도를 담보하면 대혈관에 필요 이상의 메쉬가 생성됨으로써 해석시간이 방대하게 걸린다는 과제가 있었지만, 이 발명에서는 이 과제를 해결할 수 있다.
계속하여 스텝S3-4∼S3-8에서, 혈액물성값, 경계조건, 해석조건 등의 미리 기억된 각 연산조건(40)을 순차적으로 상기 설정DB(15)로부터 꺼내고, 스텝S3-8에서, 이들의 조건에 의거하여 또 계산을 실행한다. 구체적으로는, 상기 유체해석부(12)는, 나비에·스토크스 방정식((Navier-Stokes equations) 유체의 운동을 기술하는 2단 비선형 편미분방정식)을 유한요소법에 의하여 풀어서, 각 메쉬에 있어서의 혈류의 유속 및 압력을 구한다. 이 때에 유한요소법의 해(유속(U) 및 압력(P))는 글로벌 좌표계(global 座標系)의 X-global, Y-global, Z-global의 3방향에 대하여 각각 구해진다.
또 여기에서 상기 연산조건(40) 중에서 상기 혈액물성값으로서는, 혈액의 점도나 밀도이다. 또한 상기 경계조건으로서는, 해석대상부위의 입구측에 있어서의 흐름조건인 입구경계조건과, 동(同) 출구측에 있어서의 흐름조건인 출구경계조건이지만, 이들 흐름조건은 통계학적으로 평균된 대상혈관부위의 유속 및 압력이 적용된다.
상기한 바와 같이 이들의 설정조건은 선택한 모듈에 의거하여 디폴트값이 자동으로 선택되어 사용되도록 되어 있지만, 이 실시형태에서는, 피험자의 개인 데이터 등에 따라 연산 전에 유체해석부(12)에 매뉴얼 입력하는 것도 가능하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
계산이 자동으로 시작된 후에, 스텝S3-10에서 계산의 잔차(residual)가 표시되어, 수렴기준을 충족시킬 때까지 계산이 반복하여 이루어진다. 최대 반복수에 이르기까지 계산의 잔차가 수렴기준을 충족시키지 않는 경우에 수렴불능이라고 판단된다(스텝S3-11). 수렴불능이라고 판단되었을 경우에 메쉬 왜곡의 최적화가 이루어지며(스텝S3-12), 다시 계산이 실행된다. 잔차가 수렴기준 내에 도달한 단계에서 계산종료가 표시된다(스텝S3-13). 또 계산결과(상태량(33)(U, P))는 상기와 마찬가지로 결과DB(16)에 자동으로 보존된다.
또 여기에서의 연산은, 유한요소법에 한정되는 것이 아니라 유한체적법, 차분법 등과 같이 미분방정식의 수치해석에 의한 흐름해석법이면 적절하게 채용할 수 있다.
(혈류성상 판별장치)
상기 혈류성상 판별부(13)에는, 컴퓨터를 이하의 각 수단으로서 기능을 시키는 프로그램이 인스톨되어 있다. 즉 상기 혈류성상 판별부(13)는, 도1에 나타내는 바와 같이 유체해석장치에서 구한 각 메쉬의 유속 및 압력으로부터, 혈류에 의하여 혈관벽면에 작용하는 유체전단응력 및 그 벡터(이하, 간단하게「벽면전단응력벡터」라고 한다)를 각 메쉬에 각각에 대하여 구하는 벽면전단응력벡터 연산부(30)와, 벽면전단응력벡터로부터 혈류의 성상을 판별하기 위한 수치지표(난잡도(亂雜度))를 구하는 난잡도 연산부(31)와, 상기 난잡도의 크기에 따라 각 메쉬에 있어서의 혈류의 성상을 판별하는 판별부(32)를 구비하고 있다.
도19, 도20은, 벽면전단응력벡터 연산부(30)에서, 상기에서 각 메쉬에 대하여 구한 유속(U) 및 압력(P)에 의거하여 전단응력벡터τ(x, y, z)를 구하는 방법을 나타내는 도식도이다.
도19에 나타내는 바와 같이 벽면전단응력이라는 것은 혈관내강을 형성하는 미소요소에 대하여 평행방향으로 작용하는 유체의 점성력이고, 벽면전단응력벡터라는 것은 당해 수치를 벡터로 본 것으로서 벽면에 작용하는 힘의 방향을 고려한 것이다. 벽면전단응력벡터와 압력은 직교관계에 있으며, 압력은 미소요소의 무게중심에 대하여 면법선방향으로 작용하는 유체력이다.
이 도면을 설명할 때에는, 글로벌 좌표계와 로컬 좌표계(local 座標系)에 대한 변환을 이해할 필요가 있다. 즉 전단응력벡터를 구하기 위하여 사용하는 압력(P) 및 속도(U)는 상기한 바와 같이 글로벌 좌표계에 의하여 구해진 것에 대하여, 혈관벽면이 있는 위치에 작용하는 전단응력은 벽면의 접선방향으로 향하고 있는 것으로서 그 크기를 구하기 위해서는 상기 압력 및 속도를 혈관벽면을 기준으로 한 로컬 좌표계로 변환할 필요가 있다.
여기에서 글로벌 좌표계라는 것은, 도21에 나타내는 바와 같이 이 시스템 내에 있어서 혈관표면 및 내부를 구성하는 메쉬의 절점(節點)의 위치를 보편적으로 나타내기 위한 단일 좌표계이다. 유한요소법이나 유한체적법에서는, 계산대상을 미소요소(삼각형, 사면체, 육면체 등)의 집합으로 구성한다. 각 요소는 절점이라는 정점(頂点)을 구비하고, 각 요소의 위치정보는 글로벌 좌표계를 사용하여 (X1g, Y1g, Z1g), (X2g, Y2g, Z2g), (X3g, Y3g, Z3g)와 같이 유지한다.
그리고 로컬 좌표계라는 것은, 도22에 나타내는 바와 같이 혈관표면을 구성하는 각각의 미소 삼각형 요소(폴리곤)에 대하여 정의되는 국소 좌표계(局所 座標系)로서, 보통의 경우에는 상기 미소 삼각형 요소의 무게중심을 원점으로 하고, 면법선벡터를 하나의 축(Z축)으로 하여 구성하는 것을 말한다. 상기 미소요소의 각 접점의 위치를 로컬 좌표계로 나타내는 경우에 (X1l, Y1l, Z1l), (X2l, Y2l, Z2l), (X3l, Y3l, Z3l)이 된다. 글로벌 좌표계의 위치와 로컬 좌표계의 위치는, 상기 미소 삼각형 요소의 무게중심의 위치와, 면법선벡터의 방향을 알면 변환할 수 있다.
다음에 구체적으로 벽면전단응력을 구하는 방법에 대하여 설명한다.
우선 상기 유체해석부(12)(i-CFD)의 출력으로부터 각 절점에서의 속도, 압력을 글로벌 좌표계에 의하여 취득한다. 다음에 벽면전단응력벡터를 구하고 싶은 삼각형 요소를 지정한다. 상기 삼각형 요소에 대하여 로컬 좌표계를 설정한다. 상기 로컬 좌표계에서, 벽면전단응력벡터를 산출하고 싶은 위치(G)를 정한다(통상의 경우에는 각 삼각형 요소에 대하여 벽으로부터의 거리를 일정하게 한다. 예를 들면 벽으로부터 0.1mm 내부로 들어간 점 등). 이 위치(G)에서의 유속은, 도20에 나타내는 바와 같이 벽면이기 때문에 0이다.
그리고 이 벽면의 위치(G)로부터 법선방향(로컬 좌표계의 Z방향)으로의 흐름의 경계층 두께에 대하여 충분히 작은 거리(t) 떨어진 위치에서의 유속을 Ut라고 하면, 이 사이의 유속(U)은 G로부터의 거리(n)에 거의 비례하여,
Un = n·dUt / dZ
로 나타낸다.
그리고 이 속도로 거리(n)의 점을 움직이는 것에 거역하는 힘과 하면을 고정하는 것에 필요한 힘은 작용·반작용의 법칙으로부터 양자는 동일하여, 모두 속도(Ut)에 비례하고 거리(Z)에 반비례한다. 따라서 유체가 접촉하고 있는 점(G)에 있어서의 단위면적에 관한 힘(τ)은 다음과 같다.
τ = μ·dUt / dZ
즉 벽면전단응력벡터라는 것은, 미소요소와 평행한 속도벡터의 법선방향에서의 변화율을 산출하고, 그것에 유체의 점성계수를 곱한 것이다. 미소요소에 대한 평행방향 속도벡터의 법선방향 변화율을 산출하는 방법은 몇 가지의 방법이 생각된다. 예를 들면 Zl축 상에서 복수의 후보점을 설정하고, 주위속도 벡터군으로부터 속도벡터를 보간하는 방식에 의하여 각 후보점에서의 속도를 얻을 수 있다. 또 이 경우에 개개의 주위속도 벡터마다 후보점과의 거리가 달라지기 때문에, 거리에 대하여 무게함수를 설정하여 보간을 한다. 주위속도 벡터는 글로벌 좌표계로 기재되어 있기 때문에, 보간 후의 속도벡터를 로컬 좌표계로 좌표변환함으로써 각 후보점에서의 면평행방향의 속도성분을 산출한다. 이후에 법선방향에서의 변화율을 산출하는 경우에는, 벽 근방의 하나의 후보점을 사용하여 1차 근사로서 산출하더라도 좋고, 벽 근방의 복수의 후보점을 사용하여 다항식 근사를 하고, 그 후에 수학적으로 미분하는 고차원의 미분처리를 하더라도 좋다.
이것을 상기 글로벌 좌표계의 속도(U)(Xg, Yg, Zg)로부터 구하려고 하는 경우에는, 거리(t)의 속도(Ut)를 로컬 좌표계(Xl, Yl, Zl)로 분해하고, 각각의 로컬 좌표축 중에서 벽면과 평행축인 것(Xl, Yl)(Z축 요소는 0이 된다)에 대하여 τ = μ·dUt / dZ를 풀면 된다.
즉
τ(Xl) = μ·dUt(Xl) / dZ
τ(Yl) = μ·dUt(Yl) / dZ
를 산출하게 된다.
이 로컬 좌표축을 종합한 벡터값τ(Xl, Yl)이 벽면전단응력벡터가 된다. 따라서 벽면전단응력벡터는 혈관벽에 접촉하는 면 내에서 그 면에 대하여 x방향 성분 및 y방향 성분을 가지는 벡터가 된다.
도23은, 이와 같이 하여 구한 혈관벽에 따르는 전단응력벡터를 3차원 형상 모델에 부착하여 나타내는 도면이다.
또 혈관벽에 작용하는 힘은 혈관벽을 따르는 방향뿐만 아니라 혈관벽에 충돌하는 방향으로 압력(P)으로서 작용하고, 이 압력은, 상기 글로벌 좌표계에서 구한 점(G)에 있어서의 압력을 로컬 좌표계로 변환하였을 때의 Zl축 방향의 압력값으로서 구할 수 있다. 도24는, 상기 도23에 벽면에 작용하는 상기 압력값을 중첩시켜서 나타낸 것이다. 색이 옅은 곳일수록 높은 압력이 작용하고 있는 것을 나타내고 있다.
이와 같이 하여 각 폴리곤에 대하여 구한 벽면전단응력(71) 및 그 벡터(72)는 상기 시뮬레이션 결과DB(16)에 저장된다.
(난잡도 연산부)
다음에 상기 난잡도 연산부(31)에서, 각 메쉬에 있어서의 벽면전단응력벡터군의 형태를 수치화한 지표로서의 난잡도를 구한다. 이 난잡도는, 어떤 메쉬의 벽면전단응력벡터가 그 주위의 벽면전단응력벡터군과 비교하여 동일한 방향으로 정렬되어 있는지 아닌지의 정도를 나타내는 수치지표이다. 즉 난잡도를 구하는 대상이 되는 메쉬(이하.「대상메쉬」라고 한다)의 벽면전단응력벡터와, 대상메쉬의 주위에서 이웃하는 각 메쉬의 벽면전단응력벡터와의 사이에 이루는 각각의 각도(θ)를 연산에 의하여 구함으로써 난잡도가 된다.
도25는, 이 실시형태의 시스템에서 사용하는 미소요소(G)(설명을 하기 위하여 점으로 근사)에 있어서의 전단응력벡터와 상기 요소(G)를 격자 모양으로 둘러싸는 주위의 8개의 미소요소에 있어서의 전단응력벡터와의 관계를 나타낸 것이다. 이 예에서는, 전단응력의 크기가 아니라 방향만을 추출할 수 있으면 되기 때문에, 벽면전단응력벡터를 단위벡터로서 취급하도록 구성되어 있다. 또한 각각의 미소요소는 엄밀하게는 3차원적인 입체배치로 되어 있지만, 인접하는 요소군은 충분히 근접하여 이차원으로 취급한다. 즉 각각의 벽면전단응력벡터를 이차원 평면으로 투영한 모양으로 처리를 한다. 도25는, 미소요소(G) 및 그 주위의 미소요소를 이차원의 직교 좌표계로 표시한 상태를 나타내고 있다.
이 실시형태에서는, 벡터해석에 의한 「발산(divergence, 이하 div)」과 「회전(rotation, 이하 rot)」을 대상메쉬에 대하여 산출함으로써 벽면전단응력벡터군의 형태를 수치화한다.
즉 공간이 있는 메쉬 주위의 벡터장τ(전단응력벡터)을 상기 이차원 직교 좌표계(x, y)에 사상(寫像)한 점(G)(x, y)에 있어서의 성분표시를 다음의 식으로 나타내는 것으로 한다.
τ(G) = (τx(x, y), τy(x, y))
로 나타낸다.
이 때에 「벡터장τ의 발산」이라고 부르는 「스칼라장divτ」은 다음의 식으로 정의된다.
divτ ＝ ∂τx / ∂x ＋ ∂τy / ∂y
마찬가지로 「벡터장τ의 회전」이라고 부르는 「스칼라장rotτ」은 다음의 식으로 정의된다.
rotτ ＝ ∂τy / ∂x － ∂τx / ∂y
도26은, 벽면전단응력벡터군의 형태와, 상기 「발산(div)」 및 「회전(rot)」의 값의 관계를 나타낸 것이다. 벽면전단응력벡터군의 형태라는 것은, 크게 1)평행형, 2)합류형, 3)회전형, 4)발산형으로 분류된다.
평행형에서는 (div, rot) = (0, 0), 합류형에서는 (div, rot) = (부(負)의 값, 0), 회전형에서는 (div, rot) = (0, 정(正) 또는 부의 값), 발산형에서는 (div, rot) = (정의 값, 0)이 된다. 합류형과 발산형에서는 div 값의 증감에 따라 그 정도를 수치화할 수 있다. 즉 합류형으로 되었을 경우에 그 부의 값이 부의 방향으로 증대되면 합류의 정도가 높아지게 되고, 발산형으로 되었을 경우에 그 정의 값이 정의 방향으로 증대되면 발산의 정도가 높아지게 된다. 회전형에서는 회전방향에 의하여 정부(正負)의 값이 나타나지만, 회전의 정도를 그 절대값의 크기에 의하여 수치화할 수 있다. 난잡도를 벡터량D = (div, rot)으로서 정의하면, 그 크기가 난잡도로서 사용될 수 있으며, 난잡도가 작아질수록 상기 대상메쉬의 벽면전단응력벡터는 그 주위의 각 메쉬의 벽면전단응력벡터에 대하여 방향이 갖추어지게 되는 것을 의미한다(평행형).
그리고 난잡도가 존재하는 경우에 그 크기(역치와의 비교)로부터 악성·양성의 판별을 할 수 있고 또한 div와 rot의 수치를 비교함으로써 합류형, 회전형, 발산형으로 더 분류할 수 있어, 혹 벽의 경화 또는 비박화(菲薄化)의 차이를 판별할 수 있다.
div와 rot의 수치를 맵화(map化)하여 나타낸 것이 도27이다. 즉 이 도면은, 전단응력벡터의 전형예에 대하여 난잡도(div, rot)를 구한 것이다. 여기에서 전형예라는 것은 수학적으로 기재할 수 있는 이상적인 패턴이며 실험 데이터는 아니다. 상기한 바와 같이 전단응력벡터를 크기가 1인 단위벡터로 하여 발산·회전을 산출하고 있기 때문에 난잡도는 이미 규격화되어 있고, 이에 따라 환자 사이에서의 비교가 가능하게 된다. 즉 이 실시형태에 의하면, 상기 난잡도는 절대값으로서 평가할 수 있는 지표로서 얻을 수 있다.
또한 이 실시형태에서는 난잡도로서, 대상메쉬의 압력을 무게계수로 하여 조합시킴으로써 혈류가 혈관벽에 충돌할 때에 주는 혈관에 대한 대미지(damage) 판정을 더 고정밀도로 하도록 되어 있다. 이 실시형태에서는, 압력을 사용하는 경우에도 규격화된 압력 즉 압력지표를 사용한다. 이 실시형태에서는, 이 압력지표로서 혹 내의 평균압력에서 각 압력을 나눈 값을 연산(이 예에서는 곱셈)하여 사용한다.
이와 같이 함으로써 예를 들면 혈액의 흐름이 충돌함으로써 발산형의 전단응력벡터군이 형성되었을 경우에, 주류의 흐름이 충돌하는 경우에는 국소적인 벽압(壁壓)의 상승을 확인할 수 있지만, 주류로부터 박리(剝離)된 2차 흐름이 충돌하는 경우에 벽압의 상승은 보이지 않는다. 이러한 경우에 전단응력벡터군의 형태와 압력을 조합시킴으로써 고정밀도화 특히 뇌동맥류의 비박부위를 예측하는 것이 유효하게 된다. 즉 압력의 지표화에는 복수의 방식이 있고, 이 압력을 전단응력벡터로부터 산출되는 난잡도에 포개는 방법도 곱셈 또는 지수법칙으로 하더라도 좋으며, 복수 있을 수 있다.
(판별부)
상기 판별부(32)에서는, 상기 난잡도 연산부(31)에서 구한 각 메쉬의 난잡도의 값으로부터 각 메쉬의 각각에 대하여 양성 흐름인지 악성 흐름인지를 판별한다. 여기에서의 벽면전단응력벡터의 상태로서는, 주위의 벽면전단응력벡터에 대하여 패러렐(parallel)이 되는 평행상태와, 주위의 벽면전단응력벡터에 근접하는 방향으로 신장되는 합류상태와, 주위의 벽면전단응력벡터와 함께 회전하는 회전상태와, 주위의 벽면전단응력벡터에 대하여 방향이 방사 모양이 되는 발산상태가 있다. 그리고 벽면전단응력벡터가 평행상태에 해당하면 그 메쉬에서의 혈류성상은 양성 흐름이라고 판정되고, 벽면전단응력벡터가 합류상태, 회전상태, 발산상태 중에서 어느 것에 해당하면 그 메쉬에서의 혈류성상은 악성 흐름(양성이 아닌 흐름)이라고 판정된다.
또한 악성 흐름에 있어서의 난잡도의 값으로부터 리스크를 판별하도록 구성되어 있다. 이 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 난잡도 값이 플러스 방향 또는 마이너스 방향으로 증대됨에 따라 리스크가 크다고 판별한다. 여기에서 역치로서 사용하는 지표는, 본 발명자가 뇌동맥류 환자의 뇌동맥류 내의 벽면전단응력벡터를 경시적(經時的)으로 추적하여, 당해 벽면전단응력벡터와, 그 환자로부터 채취한 실제의 뇌동맥류의 혈관조직과의 상관(相關)에 의하여 경험적으로 설정된 값이지만, 경우에 따라 변동시키더라도 좋다. 여기에서 상기 역치를 더 단계적으로 설정하고, 상기 벽면전단응력벡터의 상태를 더 다단계로 하여, 양성 흐름 및/또는 악성 흐름의 정도를 단계적으로 판별한다.
상기에서 이 실시형태에서는, 상기 벽면전단응력벡터의 상태로부터 혈관벽의 두께가 되는 벽두께의 정도(병변 경향)를 타입으로 나눌 수 있다. 즉 벽면전단응력벡터가 평행상태에 해당하면, 벽두께가 보통 레벨의 타입이 된다. 또한 벽면전단응력벡터가 합류상태와 회전상태에 해당하면, 혈구세포나 혈장 중의 단백질이 침착하기 쉬운 토양이 형성되어, 혈관이 비후(肥厚)하게 됨으로써 벽두께가 증가하는 타입이 된다. 또한 벽면전단응력벡터가 발산상태에 해당하면, 내피세포의 파괴 및 재생장애가 발생함으로써 혈구가 혈관 내에 침윤(浸潤), 증식(增殖), 유주(游走)하는 토양이 형성되어 혈관벽의 역학적 강도가 저하되고, 결과로서 당해 부위를 중심으로 혈관벽이 비박화되어 벽두께가 감소하는 타입이 된다. 도28은 경화부와 비박부의 개념을 나타내는 도식도이다.
도29에 혈류성상 판별부(13)(벡터 연산부(30), 지표연산부(31), 판별부(32))에 의한 판별결과를 표시하기 위한 유저 인터페이스(17)를 나타낸다. 이 인터페이스(17)에 있어서는, 상기와 마찬가지로 <Load> 버튼을 누름으로써 해석데이터의 입력을 읽는다. 그 후에 유저가 표시하고 싶은 항목 <streamline>(61)∼<Flow disturbance index>(70)를 선택함으로써 이 인터페이스의 표시부에 해당하는 표시를 할 수 있다. 또한 혈관의 저항을 나타내는 파라미터로서 <Pressure ratio>, <Pressure loss coefficient>, <Energy loss>를 선택할 수도 있도록 구성되어 있다. 이 표시를 할 때에는, 혈관의 중심선에 대하여 시점과 종점을 유저가 정하는 것만으로 검사체적을 설정하여 각 값을 자동으로 계산한다. 이 결과, 이 유저 인터페이스(17)에는 상기 판별결과가 표시된다.
도30A∼D는, 판별결과의 일례를 확대하여 나타내는 것이다. 이하에서는 이 도면을 사용하여 난잡도 <Flow disturbance index>에 의한 판별의 유효성 및 우위성을 설명한다.
이 시스템은 벽면전단응력, 압력, 난잡도를 혹 벽의 최대값으로 규격화하여 표시한다. 표시방법은, 색이 옅을수록 값이 큰 것을, 색이 짙을수록 값이 작은 것을 의미하는 것으로 한다. 벽면전단응력의 표시에는, 설명을 하기 위하여 혹 벽의 수술 중에 관찰·벽두께의 분석으로부터 동일하게 정해진 3군데의 비박부(P1, P2, P3)를 나타낸다. P1에서는 벽면전단응력은 낮은 값을 나타내지만, P2의 분포는 이것과 달리 높은 값을 나타내고 있는 것으로부터 3군데의 비박부에 특이적인 분포를 나타내는 것은 아니라고 말할 수가 있다. 한편 벽면전단응력벡터를 나타내는 표시(도30B)로부터 알 수 있는 바와 같이 당해 3군데에서는, 벽면전단응력벡터군의 형태가 「발산」 경향인 것을 육안으로 알 수 있다. 부가하여 이들의 장소에서는, 도30C의 표시로부터 압력이 높은 것도 관찰할 수 있다. 이것은 혈액의 흐름이 혹 벽에 충돌하고 있는 것을 나타내고 있다. 여기에서 상기 난잡도(발산)를 산출하면, 도30D의 표시에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 3군데의 비박부의 각각에 대하여 특이적으로 난잡도(발산)의 값이 높은 것을 관찰할 수 있다. 이 예에서는, 검은색의 장소가 난잡도 0(평행 : 양성 흐름), 회색의 장소가 난잡도 1(발산 : 악성 흐름), 흰색의 장소가 난잡도 2(발산 : 악성 흐름)로 판별되고 있다.
바꾸어 말하면, 비박부와 난잡도(발산)가 상관되어 있어, 난잡도(발산)에 의한 판별을 사용하여 당해 환자의 혹 벽의 비박부위를 수술 전에 예측할 수 있다.
이상에 의하여, 이 시스템에서는 상기 난잡도에 의거하여 상기 판별부에서 각 메쉬의 혈류성상이 양성 흐름인지 악성 흐름인지를 판별할 수 있고, 그 결과를 상기 유저 인터페이스에 시각적으로 표시할 수 있다. 또한 그 판별결과 이외에 유체해석장치에서 구한 각 메쉬의 혈류상태(유선(流線), 유속값, 압력값)가 시각적으로 표시된다. 표시되는 데이터의 종류 및 표시의 태양으로서는, 특별하게 한정되는 것은 아니지만 예를 들면 혈관형상 추출장치에서 생성된 뇌동맥류의 3차원 화상 데이터로부터 뇌동맥류의 3차원 화상을 표시하고. 당해 3차원 화상의 표면에 메쉬별로 구한 양성 흐름 및 악성 흐름의 상태를 색채로 표시함으로써. 피험자의 뇌동맥류에 있어서 악성 흐름의 밀도가 높은 혹의 영역과 그렇지 않은 영역을 시각적으로 인식할 수 있다.
이와 같이 하여 구한 난잡도 및 혈류성상 판정결과는, 도1에 74, 75로 나타내는 바와 같이 상기 시뮬레이션 결과DB(16)에 저장된다. 또 판정결과는, 악성 흐름이라고 판정된 위치(및 값)가 난잡도의 값과 관련되어 저장되도록 되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 난잡도 연산부(31)에서는, 상기 각 메쉬에 대하여 난잡도의 경시적인 변화도를 나타내는 시간변화도를 상기 난잡도 지표로서 구하더라도 좋다. 즉 여기에서는, 난잡도가 구해진 후에 당해 난잡도의 시간평균, 그 변동 또는 시계열(時系列) 데이터나 미분이나 푸리에 변환 등의 주파수 평가에 의하여 시간변화도가 산출된다. 이 경우에 상기 판별수단에서는, 시간변화도에 대하여 미리 기억된 역치와의 대비에 의하여 양성 흐름인지 악성 흐름인지가 판별된다. 즉 시간변화도가 미리 기억된 역치보다 작은 경우에는 그 메쉬에서의 혈류는 양성 흐름이라고 판정되고, 시간변화도가 미리 기억된 역치보다 큰 경우에는 그 메쉬에서의 혈류는 악성 흐름이라고 판정된다. 여기에서의 역치는, 심장의 박동에 대응하는 주파수에 의거한 경험적인 수치로 설정된다. 이것은, 뇌동맥류의 벽면에 경시적으로 작용하는 전단응력이 무엇인가의 원인에 의하여 심장의 박동수를 넘는 진동수로 작용하고 있으면, 혈관의 내피세포를 파괴한다는 연구결과에 의거하는 것이다.
또한 상기 실시형태에서는, 뇌동맥류의 파열 가능성의 유무에 대하여 판별하기 위한 시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 그 이외의 대상혈관부위에 있어서의 병변의 발병이나 진전 가능성의 유무를 판별하는 시스템에도 적용할 수 있다.
또한 상기 벡터 연산부에 대하여 그 기능을 구비하는 단독의 연산장치로서 구성할 수도 있다. 이 연산장치에서는, 대상혈관부위의 화상 데이터에 의거하여, 대상혈관부위에 있어서의 단위영역별 혈류 및 압력을 구한 후에, 당해 단위영역별로 혈관벽면의 벽면전단응력벡터가 연산되고, 당해 벽면전단응력벡터의 데이터를 외부의 장치로 출력할 수 있도록 되어 있어, 당해 데이터의 상기 인터페이스(17)에서의 표시 등이 가능하게 된다.
(수술기술 평가 시스템에 대한 응용예)
상기 1실시형태에서 설명한 수술 시뮬레이션은, 예를 들면 이하와 같은 수술기술 평가 시스템에 적용할 수도 있다.
예를 들면 혈관유사 모델을 사용하여 혈관문합(血管吻合)의 기술을 실시한 유저 등이 문합이 완료된 혈관의의(血管疑義) 모델의 DICOM 형식의 데이터를 이 시스템의 서버(3)에 업로드(upload)함으로써 처리할 수 있다. 또 이 업로드는 메일로 송신하는 등의 수단에 의하여 이루어져도 좋다.
이 경우에 문합 모델의 혈류해석을 실행하는 것이지만, 동시에 문합부의 형상을 유저 자신이 편집함으로써 어떻게 문합을 하면 어느 정도 에너지 손실이 줄어들 것인가라는 수술 테크닉의 검증, 시뮬레이션을 할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서 이 경우에 상기 1실시형태의 구성에 추가하여 에너지 손실 연산부를 구비하는 시스템으로 할 필요가 있다.
이 경우에 도31에 나타내는 바와 같이 이 시스템의 프로그램 저장부는 상기 유체해석부(12)에 추가하여 에너지 손실 연산부(77)와, 혈관형상수정부(36)와, 수술기술평가부(78)를 구비한다.
상기 에너지 손실 연산부는, 상기 유체해석부에서 연산된 상태량에 의거하여 평가 모델의 입구와 출구에서의 혈류의 에너지를 산출하여, 그 손실을 계산한다. 이 손실은, 혈관의 단면적 및 길이를 규격화하여 환산함으로써 문합부의 협착율(협착도)로서 변환한다. 상기 혈관형상수정부(36)는, 어느 영역의 문합부 내부 형상을 변화시키는 것이 혈류의 스코어(score)에 효과적인지를 확인하기 위하여 상기 1실시형태에서 설명한 혈관형상수정부(36)의 구성을 이용한다. 상기 기술평가부(78)는, 상기 에너지 손실(문합부의 협착율(협착도))에 의거하여 이하와 같은 평가를 한다.
즉 혈관 모델을 사용한 문합기술훈련에 있어서, 그 기술결과를 평가함에 있어서 중요한 것은 스무즈(smooth)한 혈류의 재개이다. 스무스라는 것은 문합부 내강에 있어서, 형태상 협착부위가 존재하지 않는 것이다. 협착부위의 존재는, 혈류에 있어서 흐름의 에너지 손실을 초래한다. 따라서 문합기술의 훈련에 있어서는 문합부 내강을 협착하지 않도록 문합하는 것이 이상적인 기술이 된다. 문합의 훈련에 있어서 협착부는, 상기 클레임(claim)의 병변에 상당하다고 생각된다. 즉 미숙한 기술에 의하여 혈관문합에 있어서 협착부가 발생하고, 결과로서 재개된 혈류의 에너지 손실이 높은 값이 되는 상황을 초래한다.
수술 시뮬레이션에 있어서는, 이 협착부를 상기 1실시형태에 있어서의 병변부라고 해석함으로써 어떻게 개량하면 좋을지의 평가가 가능하게 된다. 예를 들면 유저는, 병변부 즉 협착부의 형상을 임의로 편집(확대, 축소, 삭제 등 혈관형상 편집기능에 준한다)할 수 있게 함으로써 혈류와 기술의 관계를 해석할 수 있다. 따라서 이 예에서는, 상기 평가부가, 상기 1실시형태와 유사한 인터페이스를 사용하여 기술과 내강 형상, 내강 형상과 혈류의 관계를 신속하고 또한 직감적으로 컴퓨터용 모니터 상에 나타내는 바와 같이 구성되어 있다.
또 자동문합기(自動吻合器)와 종래의 봉합사(縫合絲)에 의한 문합에서는, 당연히 문합 내부의 형상이 달라진다. 예를 들면 자동문합기에 의한 문합부의 합류부(合流部) 형상은 T자형이 되고, 문합부의 단면 형상은 원형 형상으로 근사한다. 예를 들면 문합 단면에 있어서의 원 지름을 확대, 축소함으로써 다른 지름의 혈관을 사용하였을 경우의 문합 결과를 시뮬레이션할 수 있다.
문합부의 내강 형상을 편집함으로써 예를 들면 재개한 혈류에는 크게 영향을 미치지 않는 부위를 일부러 삭제하는 시뮬레이션을 함으로써, 임상에 있어서 유용한 새로운 이상적 문합기술의 디자인, 발견에 이르는 것도 기대할 수 있다.
이 이외에 본 발명에 있어서의 장치 각 부의 구성은 도면에 나타내는 구성예에 한정되는 것이 아니라, 실질적으로 동일한 작용을 발휘하는 한도에 있어서 다양한 변경이 가능하다.

Claims (49)

  1. 피험자(被驗者)의 대상혈관부위(對象血管部位)의 3차원 형상 데이터에 의거하여 특정의 외과치료방법에 의한 효과를 시뮬레이션(simulation)하기 위한 컴퓨터 베이스(computer base)의 시스템으로서,
    컴퓨터가, 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 3차원으로 표시하고, 이 디스플레이 상에 있어서의 병변부(病變部)의 지정 및 이 병변부에 대한 외과적 치료방법의 선택을 접수하는 치료방법 접수부와,
    컴퓨터가, 선택 가능한 치료법과 치료방법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법을 미리 메모리에 저장하는 수정방법 저장부와,
    컴퓨터가, 상기 치료방법의 선택에 의거하여 상기 수정방법 저장부에 저장된 수정방법을 꺼내고, 상기 수정방법에 의하여 상기 지정에 관한 병변부의 3차원 형상 데이터를 수정하고, 수정한 후의 3차원 형상 데이터를 출력하는 수정완료 3차원 형상 출력부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 코일 색전술(coil 塞栓術)을 포함하고,
    이 코일 색전술에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 다공질 구조체(多孔質 構造體)를 배치하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관의 내강의 일부를 코일에 의하여 폐색(閉塞)한 상태를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다공질 구조체의 개구율(開口率)에 의하여 코일 충전율(coil 充塡率)을 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 클리핑법(clipping法)을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강(血管內腔)의 일부(혹 등을 구성하는 부분)의 면을 구성하는 하나 또는 복수의 폴리곤(polygon)을 삭제하는 프로그램과, 삭제한 면을 다른 하나 또는 복수의 폴리곤에 의하여 재생하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관내강의 일부를 폐쇄시켰을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 스텐트 유치술(stent 留置術)을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부 면의 요철(凹凸)을, 폴리곤을 이동 또는 변형시킴으로써 수정하는 프로그램을 구비하여, 상기 스텐트에 의하여 혈관 내의 혈류의 흐름을 제어하였을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료법은 Flow-diverting stent 유치술을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 격자 모양 물체를 정의하는 프로그램을 구비하여, Flow-diverting stent에 의하여 혈류가 제한되는 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 격자 모양 물체의 개구율에 의하여 Flow-diverting stent의 격자밀도를 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    치료대상의 혈관병변형태는 혹인 것을
    특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    이 시스템은,
    컴퓨터가, 상기 3차원 형상 데이터에 혈류에 관한 경계조건을 포함하는 연산조건을 부여하고, 상기 대상혈관부위의 내강의 각 위치에 있어서의 혈류의 상태량(狀態量)을 연산에 의하여 구하는 유체해석부(流體解析部)를
    더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체해석부는,
    컴퓨터가, 상기 3차원 형상 데이터 내를 유통하는 혈류의 상태량을 연산하기 위한 경계조건을 포함하는 연산조건값의 세트를 복수 저장하는 연산조건 저장부로서, 상기 연산조건값의 복수의 세트는, 유저가 요구하는 계산속도에 따라 1 또는 그 이상의 다른 연산조건값을 각각 포함하는 것인 상기 연산조건 저장부와,
    컴퓨터가, 상기 유저에게 계산속도의 선택을 제시하고, 선택된 계산속도에 따라 이 계산속도에 관련된 연산조건값의 세트를 꺼내고, 그 세트에 포함되는 연산조건값에 의거하여 상기 혈류 상태량의 연산을 실행하여, 연산결과를 출력하는 연산부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연산조건값의 복수의 세트 중에서 적어도 1개의 세트는 유저가 계산속도를 중시하는 경우에 대응하여 혈류를 정상류(定常流)라고 가정하였을 경우의 연산조건값을 포함하는 것이고, 적어도 1개의 다른 세트는 유저가 계산속도보다 계산정밀도를 중시하는 경우에 대응하여 혈류를 박동류(拍動流)라고 가정하였을 경우의 연산조건값을 포함하는
    것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 다른 세트는, 박동류의 박동주기 내에서 흐름이 층류(層流)로부터 난류(亂流)로 천이하는 경우를 고려한 연산조건값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 연산부는, 유저가 계산속도를 중시하는 경우에 연산을 하는 제1프로세서와, 유저가 계산속도보다 계산정밀도를 중시하는 경우에 연산을 하는 제2프로세서를 구비하고, 유저의 선택에 따라 어느 쪽의 프로세서를 사용할지를 판단하는 판단부를 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2프로세서는, 고속연산기를 복수 사용한 병렬해석(竝列解析)을 하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2프로세서는 통신 네트워크를 통하여 접속할 수 있는 별도의 장소에 설치되어 있고, 상기 판단부는, 상기 제2프로세서를 사용한다라고 판단한 경우에 계산에 필요한 조건의 일부 또는 전부를 상기 통신 네트워크를 통하여 상기 제2프로세서로 송신하여 연산결과를 받는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    컴퓨터가, 상기 유체해석부에서 구한 혈류의 상태량으로부터 상기 대상혈관부위의 혈관벽면의 각 위치에 있어서의 벽면전단응력벡터(壁面剪斷應力vector)를 구하고, 특정의 벽면위치에 있어서의 당해 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계를 구하고, 그 형태로부터 당해 벽면위치에 있어서의 상기 혈류의 성상(性狀)을 판별하고 그 판별결과를 출력하는 혈류성상 판별부(血流性狀 判別部)와,
    컴퓨터가, 상기 혈류성상 판별부의 판별결과를 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 그래픽으로 표시하여 출력하는 표시부(表示部)를
    더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    컴퓨터가, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계가 「평행(平行)」, 「합류(合流)」, 「회전(回轉)」, 「발산(發散)」 중에서 어떤 것인지를 판별하고, 「평행」인 경우에는 혈류성상이 양성 흐름(비악성(非惡性) 흐름), 그 이외의 경우에는 악성 흐름(비양성(非良性) 흐름)이라고 판별하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향과 그 주위의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터의 방향의 상대관계가 「발산」인 경우에, 상기 벽면위치에서 혈관벽의 비박화(菲薄化)가 발생한다라고 판별하여 그 위치를 출력하고,
    상기 표시부는,
    상기 비박화가 발생할 가능성이 있는 위치를 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 그래픽으로 표시하여 출력하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터τ와 그 주위의 벽면위치에 있어서의 복수의 벽면전단응력벡터의 상대각도 관계로부터 벡터장(vector場)τ의 스칼라량(scalar量)인 회전(rot)τ 및 발산(div)τ를 구하고, 그들의 값을 난잡도(亂雜度)로 하여 역치(threshold value)와 비교함으로써 상기 「평행」, 「합류」, 「회전」, 「발산」 중에서 어떤 것인지를 판별하는 것으로서,
    상기 난잡도의 회전(rot)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 부(負)의 값 또는 정(正)의 값일 때에 「회전」이라고 판별하고,
    상기 난잡도의 상기 발산(div)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 부의 값일 때에 「합류」라고 판별하고,
    상기 난잡도의 상기 발산(div)τ의 값이 소정의 역치 범위 외의 정의 값일 때에 「발산」이라고 판별하고,
    상기 난잡도의 회전(rot)τ의 값 및 상기 발산(div)τ의 값의 양방이 소정의 역치 내에 있을 때에 「평행」이라고 판별하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 복수의 벽면전단응력벡터를 연산상 단위벡터로서 취급하고,
    상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ와 비교되는 역치는 0인 것을
    특징으로 하는 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값에 상기 벽면위치에 법선방향으로 작용하는 압력의 지표값을 무게계수로서 부여함으로써 구하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을 구할 때에 주어지는 압력의 지표값은, 상기 벽면위치에 작용하는 압력을 대상혈관부위의 벽면에 작용하는 평균의 압력값으로 나눈 값인 것을
    특징으로 하는 시스템.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 또는/및 상기 발산(div)τ의 값을 디스플레이 상에 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 표시하여 출력하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는, 상기 특정의 벽면위치에 있어서의 벽면전단응력벡터τ와 그 주위의 벽면위치에 있어서의 복수의 벽면전단응력벡터의 상대관계로부터 벡터장τ의 회전(rot)τ 및 발산(div)τ를 구하고, 그 값을 난잡도로 하여 역치와 비교하여, 역치 범위 내인 경우에는 양성 흐름(비악성 흐름), 범위 외인 경우에는 악성 흐름(비양성 흐름)이라고 판별하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 복수의 벽면전단응력벡터를 연산상 단위벡터로서 취급하고,
    상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ와 비교되는 역치는 0인 것을
    특징으로 하는 시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을, 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값에 상기 벽면위치에 법선방향으로 작용하는 압력의 지표값을 무게계수로서 부여함으로써 구하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 혈류성상 판별부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 및 발산(div)τ의 값을 구할 때에 주어지는 압력의 지표값은, 상기 벽면위치에 작용하는 압력을 대상혈관부위의 벽면에 작용하는 평균의 압력값으로 나눈 값인 것을
    특징으로 하는 시스템.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 난잡도의 상기 회전(rot)τ 또는/및 상기 발산(div)τ의 값을 디스플레이 상에 상기 3차원 형상 모델과 중첩시켜서 표시하여 출력하는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 대상혈관부위의 3차원 형상을 수정하는 형상수정부(形狀修正部)를 구비하고,
    이 형상수정부는,
    컴퓨터가, 상기 혈관형상 추출부에서 생성된 상기 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 그래픽으로 표시하고, 이 디스플레이 상에서 3차원 형상 데이터 표시의 요철을 수정하는 부위 중에서 적어도 1개의 폴리곤의 지정을 접수하는 수정부위 지정부와,
    컴퓨터가, 상기 폴리곤을 그 무게중심의 위치를 기점(起點)으로 하여, 면법선방향(面法線方向)을 따르는 혈관 외측 또는 내측방향으로 이동 또는 변형시키는 폴리곤 이동부(polygon 移動部)와,
    컴퓨터가, 상기 폴리곤 이동부가 1 이상의 폴리곤을 이동 또는 변형시킨 후에 발생한 예각(銳角) 형상을 검출하여 평활화(平滑化) 처리를 하는 평활처리부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 대상혈관부위의 3차원 형상에 의거하여 상기 대상혈관부위의 라벨링(labeling)을 하는 라벨링부를 구비하고,
    이 라벨링부는,
    컴퓨터가, 특정의 대상혈관부위에 포함되는 주요혈관요소의 명칭 및 그 이외의 혈관요소의 명칭을 상기 특정의 대상혈관부위에 관련시켜서 저장하는 저장부와,
    컴퓨터가, 특정의 대상혈관부위에 포함되는 각 혈관요소의 형상을 복수 단면에서 측정하고, 그 면적의 중앙값이 가장 큰 것을 주요혈관으로서 특정함과 아울러, 상기 주요혈관의 판별에 의거하여 상기 다른 혈관요소를 특정하고, 이들 주요혈관요소 및 다른 혈관요소의 명칭을 라벨링하여, 상기 각 혈관요소의 형상측정값과 함께 출력하는 라벨링 결과 출력부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 시스템
  31. 제30항에 있어서,
    상기 유체해석부는, 상기 라벨링 결과에 따라 혈관요소별로 상기 연산조건을 변동시키는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 연산조건은, 혈류의 상태량 해석에 있어서의 메쉬 상세도(mesh 詳細度)이고, 혈관요소별로 메쉬 상세도를 변동시키는 것을
    특징으로 하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 메쉬 상세도는, 상기 단면 형상의 면적의 중앙값 크기에 의하여 결정되고, 상세도가 성긴 것으로부터 촘촘한 것까지 복수 단계로 결정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 피험자의 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터에 의거하여 특정의 외과치료방법에 의한 효과를 시뮬레이션하기 위한 컴퓨터 소프트웨어 프로그램(computer software program)으로서, 기억매체에 저장된 이하의 명령 :
    컴퓨터가, 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 3차원으로 표시하고, 이 디스플레이 상에 있어서의 병변부의 지정 및 이 병변부에 대한 외과적 치료방법의 선택을 접수하는 치료방법 접수부와,
    컴퓨터가, 선택 가능한 치료법과 치료방법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법을 미리 메모리에 저장하는 수정방법 저장부와,
    컴퓨터가, 상기 치료방법의 선택에 의거하여 상기 수정방법 저장부에 저장된 수정방법을 꺼내고, 상기 수정방법에 의하여 상기 지정에 관한 병변부의 3차원 형상 데이터를 수정하고, 수정한 후의 3차원 형상 데이터를 출력하는 수정완료 3차원 형상 출력부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 코일 색전술을 포함하고,
    이 코일 색전술에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 다공질 구조체를 배치하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관의 내강의 일부를 코일에 의하여 폐색한 상태를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 다공질 구조체의 개구율에 의하여 코일 충전율을 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 클리핑법을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부(혹 등을 구성하는 부분)의 면을 구성하는 하나 또는 복수의 폴리곤을 삭제하는 프로그램과, 삭제한 면을 다른 하나 또는 복수의 폴리곤에 의하여 재생하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관내강의 일부를 폐쇄시켰을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 스텐트 유치술을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부 면의 요철을, 폴리곤을 이동 또는 변형시킴으로써 수정하는 프로그램을 구비하여, 상기 스텐트에 의하여 혈관 내의 혈류의 흐름을 제어하였을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료법은 Flow-diverting stent 유치술을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 격자 모양 물체를 정의하는 프로그램을 구비하여, Flow-diverting stent에 의하여 혈류가 제한되는 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 격자 모양 물체의 개구율에 의하여 Flow-diverting stent의 격자밀도를 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  41. 제34항에 있어서,
    치료대상의 혈관병변형태는 혹인 것을
    특징으로 하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램.
  42. 피험자의 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터에 의거하여 특정의 외과치료방법에 의한 효과를 시뮬레이션하기 위한 컴퓨터에 실행시키는 방법으로서,
    컴퓨터가, 대상혈관부위의 3차원 형상 데이터를 디스플레이 상에 3차원으로 표시하고, 이 디스플레이 상에 있어서의 병변부의 지정 및 이 병변부에 대한 외과적 치료방법의 선택을 접수하는 치료방법 접수공정과,
    컴퓨터가, 선택 가능한 치료법과 치료방법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법을 미리 메모리에 저장하는 수정방법 저장부와,
    컴퓨터가, 상기 치료방법의 선택에 의거하여 상기 수정방법 저장부에 저장된 수정방법을 꺼내고, 상기 수정방법에 의하여 상기 지정에 관한 병변부의 3차원 형상 데이터를 수정하고, 수정한 후의 3차원 형상 데이터를 출력하는 수정완료 3차원 형상 출력공정을
    구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 코일 색전술을 포함하고,
    이 코일 색전술에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 다공질 구조체를 배치하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관의 내강의 일부를 코일에 의하여 폐색한 상태를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 다공질 구조체의 개구율에 의하여 코일 충전율을 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 클리핑법을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부(혹 등을 구성하는 부분)의 면을 구성하는 하나 또는 복수의 폴리곤을 삭제하는 프로그램과, 삭제한 면을 다른 하나 또는 복수의 폴리곤에 의하여 재생하는 프로그램을 구비하여, 상기 혈관내강의 일부를 폐쇄시켰을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  46. 제42항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료방법은 스텐트 유치술을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 혈관내강의 일부 면의 요철을, 폴리곤을 이동 또는 변형시킴으로써 수정하는 프로그램을 구비하여, 상기 스텐트에 의하여 혈관 내의 혈류의 흐름을 제어하였을 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  47. 제42항에 있어서,
    상기 선택 가능한 치료법은 Flow-diverting stent 유치술을 포함하고,
    이 치료법에 따른 3차원 형상 데이터의 수정방법은, 상기 3차원 형상 데이터화된 상기 대상혈관부위의 내강의 일부에 격자 모양 물체를 정의하는 프로그램을 구비하여, Flow-diverting stent에 의하여 혈류가 제한되는 경우를 시뮬레이션하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 격자 모양 물체의 개구율에 의하여 Flow-diverting stent의 격자밀도를 변동시키는 수단을 더 구비하는 것을
    특징으로 하는 방법.
  49. 제42항에 있어서,
    치료대상의 혈관병변형태는 혹인 것을
    특징으로 하는 방법.
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