KR20170098643A - 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법에 관한 것으로, 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 관상동맥 분지관 각각에 대응되는 영역으로 분할하는 분할단계; 상기 분할단계를 통해 분할된 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계; 상기 체적 계산단계를 통해 획득한 관상동맥 분지관에 대한 체적을 이용하여 관상동맥 분지관 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.
Description
본 발명은 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관상동맥 분지관 각각의 체적을 통해 관상동맥 분지관 각각에서의 혈류량을 추정하여 혈류 모델링을 수행할 수 있는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각각의 관상동맥 분지관에서의 체적을 활용하여 각각의 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 계산하고 혈류 모델링을 수행할 수 있는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계; 상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 관상동맥 분지관 각각에 대응되는 복수개의 영역으로 분할하는 분할단계; 상기 분할단계를 통해 분할된 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계; 상기 체적 계산단계를 통해 획득한 관상동맥 분지관에 대한 체적을 이용하여 관상동맥 분지관 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 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법을 제공할 수 있다.
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.
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.
또한, 상기 혈류량 결정단계는 하기의 수식에 따르는 것이 바람직하다.
여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량, V는 관상동맥 분지관의 체적이다.
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.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제5항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 계산을 수행할 필요없이 관상동맥 분지관 각각에서의 혈류량을 유추할 수 있어 보다 신속하게 혈류 모델링을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 촬영단계를 통해 촬영된 영상을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 분할단계를 통해 영상을 서로 다른 영역으로 분할한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 촬영단계를 통해 촬영된 영상을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 분할단계를 통해 영상을 서로 다른 영역으로 분할한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법(S100)은 관상동맥 분지관의 체적을 계산하여, 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 유추하고, 최종적으로 관상동맥 분지관에서의 혈류 모델링 및 시뮬레이션을 수행할 수 있는 것으로서, 촬영단계(S110)와 분할단계(S120)와 체적 계산단계(S130)와 혈류량 계산단계(S140)와 모델링 단계(S150)를 포함한다.
도 2는 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 촬영단계를 통해 촬영된 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 촬영단계(S110)는 관상동맥의 적어도 일부를 촬영하여 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 단계이다.
여기서, 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상은 관상동맥 분지관에서의 체적을 계산할 수 있도록 3차원 이미지인 것이 바람직하다.
또한, 관상동맥의 적어도 일부뿐만 아니라 심장의 적어도 일부에 대해서도 촬영을 수행할 수 있다.
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.
즉, 관상동맥 분지관은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)을 포함할 수 있다.
여기서, 관상동맥 분지관들은 각각의 가지들을 더 포함할 수 있다.
더 자세히 설명하면, 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)의 경우, 예각 모서리 분지(Acute Marginal branch)가 영상에 포함되도록 촬영될 수 있고, 좌관상동맥(Left Coronary Artery:LCA)의 경우, 좌주관상동맥(Left Main Coronary artery)을 포함하며, 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD)은 사선분지(diagonal branch), 중격분지(septal branch) 등의 분지를 포함할 수 있으며, 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX)은 무딘 모서리 분지(obtuse marginal branch) 등을 포함할 수 있다.
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.
물론, 이러한 방식에 제한되는 것은 아니며, 초음파(US)와 같은 비침습적 이미징법 또는 디지털 감산 혈관 조영술(DSA)과 같은 침습적 이미징법을 이용하여 관상동맥에서의 영상을 획득할 수 있다.
한편, 이러한 영상 획득방법은 주지한 기술이므로 여기서는 각각의 영상 획득방법에 대한 구체적인 내용은 생략한다.
도 3은 도 1에 따른 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법의 분할단계를 통해 영상을 서로 다른 영역으로 분할한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 분할단계(S120)는 상기 영상을 관상동맥 분지관 각각에 대응되는 영역으로 분할하는 단계이다.
가령, 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)에 대응되는 영역은 제1 영역, 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD)에 대응되는 영역은 제2 영역, 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX)에 대응되는 영역은 제3 영역으로 분할할 수 있다.
한편, 상술한 분할단계(S120)에서 관상동맥 분지관 각각으로 분할하는 방법은 특정한 방법으로 수행되어야 하는 것은 아니다.
한편, 관상동맥 분지관 각각을 3개의 영역으로 구분하는 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 좌관상동맥과 우관상동맥에 대한 2개의 영역으로 구분하고, 우관상동맥에 대한 영역을 각각의 분지관에 대한 영역으로 구분하여 최종적으로 3개의 영역을 획득하는 방식으로 수행할 수 있음은 당연하다.
상기 체적 계산단계(S130)는 상술한 분할단계(S120)를 통해 획득한 3개의 심근 영역의 체적을 계산하는 단계이다.
상술한 분할단계(S120)를 통해 분할된 영역은 3차원 영역으로 해석할 수 있고, 이러한 3차원 영역에 대한 체적은 용이하게 계산할 수 있다.
여기서, 관상동맥 분지관 각각에서의 체적을 직접적으로 계산할 수도 있고, 관상동맥 분지관 각각에서의 체적비를 계산할 수도 있다.
상기 혈류량 계산단계(S140)는 상술한 체적 계산단계(S130)를 통해 계산된 관상동맥 분지관 각각에서의 체적을 이용하여 관상동맥 분지관 각각으로 유동하는 혈류량을 추정하는 단계이다.
먼저, 관상동맥 분지관 각각으로 유동하는 혈류량은 하기의 수식에 따른다.
여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량이며, V는 관상동맥 분지관에서의 체적이다. 본원 발명가는 다수의 실험을 통해 관상동맥 분지관의 체적이 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량과 일정 정도 비례한다는 유의미한 데이터를 획득하였고 이러한 비례 관계를 이용하여 상술한 수식을 도출할 수 있었다.
즉, 각각의 관상동맥 분지관을 통해 유동하는 혈류량은 각각의 관상동맥 분지관에서의 체적에 비례하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 혈류량 계산단계(S140)는 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량의 비율을 구할 수 있다. 다시 설명하면, 상술한 체적 계산단계(S130)를 통해 관상동맥 분지관 각각에 대한 체적비를 구할 수 있고 이를 통해 각각의 관상동맥 분지관의 혈류량비를 유추할 수 있다.
한편, 혈류량은 체적에 비례하므로, 혈류량 비율도 체적비에 비례하며, 각각의 관상동맥 분지관에서의 체적비를 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량의 비율로 볼 수 있다.
상기 모델링 단계(S150)는 상술한 혈류량 계산단계(S140)에서 계산된 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 이용하여 혈류 모델링을 수행하는 단계이다.
즉, 관상동맥 분지관에서의 혈류량을 경계조건으로 하여 수치해석을 수행하여 혈류 모델링을 수행할 수 있다.
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.
여기서, d는 혈관의 직경이고, a는 거듭제곱 상수값으로 보통 1.5 내지 3으로 정해지며 정확하게 정의되어 있지는 않다.
그러나, 관상동맥 영역에서 거듭제곱 상수값을 정확히 결정된 것이 아니며, 혈관 직경이 길이방향을 따라 연속적으로 변화하기 때문에 대표 혈관 직경을 결정하는데 어려움이 존재한다.
이에 비해, 본 발명의 일실시예에 따른 혈류량 계산단계(S140)는 각각의 관상동맥 분지관의 체적을 계산할 수 있고, 이를 통해 각각의 관상동맥 분지관으로 유동하는 혈류량을 추정할 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 모델링 단계(S150)에서 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 촬영단계(S110)를 통해 획득한 영상 및 상기 모델링 단계(S150)를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터를 이용하여 혈류 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
상기 시뮬레이션 단계(S160)를 통해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행함으로써 환자 신체의 관상 동맥 혈류에 관한 정보, 가령, 압력, 속도, FFR 등을 구하여 외부로 출력할 수 있다.
다시 설명하면, 시뮬레이션 단계(S160)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.
더 나아가, 상기 산출된 특성 또는 파라미터 등을 혈관조영영상 등에 외부로 디스플레이할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
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 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.
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.
S100: 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법
S110: 촬영단계 S120: 분할단계
S130: 체적 계산단계 S140: 혈류량 계산단계
S150: 모델링 단계 S160: 시뮬레이션 단계
S110: 촬영단계 S120: 분할단계
S130: 체적 계산단계 S140: 혈류량 계산단계
S150: 모델링 단계 S160: 시뮬레이션 단계
Claims (6)
- 관상동맥의 적어도 일부에 대한 영상을 획득하는 촬영단계;
상기 촬영단계를 통해 획득한 영상을 관상동맥 분지관 각각에 대응되는 복수개의 영역으로 분할하는 분할단계;
상기 분할단계를 통해 분할된 영역의 체적을 계산하는 체적 계산단계;
상기 체적 계산단계를 통해 획득한 관상동맥 분지관에 대한 체적을 이용하여 관상동맥 분지관 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 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법. - 제1항에 있어서,
상기 관상동맥 분지관은 좌전하행관상동맥(Left anterior Descending Artery:LAD), 좌회선관상동맥(Left Circumplex Artery:LCX) 및 우관상동맥(Right Coronary Artery:RCA)을 포함하는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법. - 제1항에 있어서,
상기 촬영단계는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography:CT), 선택적 컴퓨터 단층촬영(Selective Computed Tomography) 또는 자기공명영상법(magnetic resonance imaging:MRI)를 이용하여 수행되는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법. - 제1항에 있어서,
상기 혈류량 결정단계는 하기의 수식에 따르는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법.
여기서, Q는 관상동맥 분지관에서의 혈류량, V는 관상동맥 분지관의 체적이다. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모델링 단계 이후에, 상기 촬영 단계를 통해 획득한 영상 및 상기 모델링 데이터를 통해 획득한 혈류 모델링 데이터를 이용하여 혈류 역학 시뮬레이션을 수행하는 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법. - 제5항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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|---|---|---|---|
| KR1020160020833A KR101967226B1 (ko) | 2016-02-22 | 2016-02-22 | 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=59760388
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| KR1020160020833A KR101967226B1 (ko) | 2016-02-22 | 2016-02-22 | 관상동맥 분지관의 체적을 이용한 혈류 역학 모델링 방법 |
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| KR (1) | KR101967226B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190075691A (ko) * | 2017-12-21 | 2019-07-01 | 사회복지법인 삼성생명공익재단 | 심근 허혈 진단 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 |
| WO2021075713A1 (ko) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | 에이아이메딕 주식회사 | 대상자 고유의 혈관에 대한 혈류 시뮬레이션 방법 및 장치 |
Citations (2)
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| KR20130138739A (ko) * | 2010-08-12 | 2013-12-19 | 하트플로우, 인크. | 환자별 혈류 모델링 방법 및 시스템 |
| JP2015231524A (ja) * | 2014-05-16 | 2015-12-24 | 株式会社東芝 | 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム |
-
2016
- 2016-02-22 KR KR1020160020833A patent/KR101967226B1/ko active IP Right Grant
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