KR20170134549A - 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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Abstract

시스템들 및 방법들이 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위해 개시된다. 일 방법은 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함하여, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 단계; 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 단계; 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하는 단계; 혈관 모델, 조직 모델, 또는 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 단계; 및 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 단계를 포함한다.

Description

생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템들 및 방법들
관련 출원(들)
본 출원은 2015년 4월 2일에 출원된, 미국 가 출원 번호 제62/141,911호에 대한 우선권을 주장하며, 전체 개시가 본 출원에 전체가 참조로서 통합된다.
개시의 분야
본 개시의 다양한 실시예들은 전반적으로 질병 평가, 치료 계획, 및 관련된 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 특정한 실시예들은 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
인간 신체는 일정한 체온을 유지하기 위한 정교한 항상성 메커니즘을 갖지만, 그럼에도 불구하고 그것은 외부 온도에 민감할 수 있다. 몇몇 온도 변화들은 전신에 영향을 줄 수 있으며 잠재적으로 생명을 위협할 수 있는 조건들, 예를 들면, 저체온증, 고열, 열사병, 및/또는 일사병을 야기할 수 있다. 이들 조건들은 다양한 방법들, 예를 들면, 재가온, 유체 섭취, 따뜻한/시원한 물에 담그기를 통해, 또는 보다 전진된 메커니즘들에 의해 치료될 수 있다. 다른 온도 변화들은 집중적으로 치료법들로서 이용될 수 있으며, 예를 들면, 암을 치료하기 위해 또는 심방세동 또는 심실빈맥을 치료하기 위해 고주파(RF) 절제 또는 동결절제를 이용할 수 있다. 이들 경우들에서, 극한의 온도들은 주변 건강한 조직을 보호하려고 노력하면서 병적 조직을 의도적으로 손상시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 인간 신체에서의 열 전달은, 열 전달이 예를 들면 다수의 상이한 물질들(예로서, 조직, 유체, 뼈)을 통한 열 확산, 혈관계의 대류, 및/또는 신체 외부에서의 온도들을 포함한, 다양한 인자들에 달려있을 수 있으므로 복잡하며 예측하기 어려울 수 있다. 또한, 개개인들의 신체들은 온도들을 조정하거나 또는 조절하기 위한 그들의 능력들에서 달라질 수 있으며, 이것은 사람들로 하여금 그들이 얼마나 열-관련 질병에 걸리기 쉬운지 또는 그들이 얼마나 치료에 민감한지에 따라 달라지게 할 수 있다.
따라서, 개개인에 특정적인 생체열 전달 이해에 대한 희망이 존재한다. 예를 들면, 개개인의 전신에서 및/또는 적출된 장기들 및 신체 부분들에서 생체열 모델링에 대한(예로서, 열 전달 또는 열 분포) 희망이 존재한다. 더욱이, 온도-관련 치료들의 실효성 평가에 대한 희망이 존재한다.
앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 대표적이며 설명적이고 본 개시를 제한하지 않는다.
본 개시의 특정한 양상들에 따르면, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 시스템들 및 방법들이 개시된다.
일 방법은: 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함한, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 단계; 상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 단계; 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하는 단계; 상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템은: 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 지시들을 저장한 데이터 저장 디바이스; 및 프로세서로서: 상기 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함한, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하고; 상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하고; 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하고; 상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하며; 상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하도록 구성된, 상기 프로세서를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 방법을 수행하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 프로그래밍 지시들을 포함한 컴퓨터 시스템상에서의 사용을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 상기 방법은: 상기 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함한, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 단계; 상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 단계; 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하는 단계; 상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예들의 부가적인 목적들 및 이점들은 이어지는 설명에서 부분적으로 제시될 것이며, 부분적으로 설명으로부터 명백해지거나, 또는 개시된 실시예들의 실시에 의해 학습될 수 있다. 개시된 실시예들의 목적들 및 이점들은 특히 첨부된 청구항들에서 언급된 요소들 및 조합들에 의해 실현되며 달성될 것이다.
앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 대표적이고 설명적이며, 청구된 바와 같이, 개시된 실시예들을 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에 통합되며 그 부분을 구성하는, 첨부된 도면들은 다양한 대표적인 실시예들을 예시하며, 설명과 함께, 개시된 실시예들의 원리들을 설명하도록 작용한다.
도 1은 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 대표적인 시스템 및 네트워크의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체 또는 환자의 신체의일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체에서 열 전달의 개인화된 예들을 생성하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 체온에서의 급속한 변화들을 수반한 환자의 신체에서의 열 전달의 개인화된 예들을 생성하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도 5a는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 절제의 결과로서 환자의 심근에서 열 전달을 분석하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도 5b는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 절제의 결과로서 환자의 조직에서 열 전달을 분석하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 대표적인 실시예에 따른, 근골격 조직에서 열 전달을 분석하는 대표적인 방법의 흐름도이다.
도면 번호가 이제, 본 개시의 대표적인 실시예들에 대해 상세히 제공될 것이며, 그 예들이 수반되는 도면들에 예시된다. 가능한 어디든, 동일한 도면 번호들은 동일한 또는 유사한 부분들을 나타내기 위해 도면들 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
상기 설명된 바와 같이, 개개인에 특정적인 생체열 전달 이해에 대한 희망이 존재한다. 예를 들면, 환자의 신체에서 생체열(예로서, 열 전달 또는 열 분포)을 모델링하기 위한 능력은 질병의 심각도 및 치료의 적정성의 평가를 개선할 수 있다.
본 개시는 환자의 신체에서 열의 분포에 대한 혈류, 조직, 및 외부 환경의 효과들을 모델링함으로써 환자에서의 생체열 전달을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들을 설명한다. 예를 들면, 시스템들 및 방법들은 환자의 신체 전체에 걸친 생체열 모델링 및/또는 적출된 장기들 및 신체 부분들에서의 생체열 전달의 모델링 양쪽 모두를 다룰 수 있다. 다음의 기술들 및 설명들 중 임의의 것은 환자의 전신, 환자의 신체의 전체 장기, 또는 신체 또는 장기들의 하나 이상의 부분들을 통한 열 전달의 분석을 포함하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시의 실시예들은 예로서, 전체 체온 조건들 또는 집중적으로-적용된 치료법들의 완화에서, 환자를 위한 온도-관련 치료들의 실효성을 계획하고 평가하는 것을 허용할 수 있다. 더 나아가, 본 개시의 실시예들은 효과적인 온도-관련 치료의 평가들 또는 추천들을 제공하며 새로운 온도-관련 치료들 및 디바이스들의 설계 및 개발을 돕는다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통한 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 대표적인 시스템(100) 및 네트워크의 블록도를 묘사한다. 구체적으로, 도 1은 복수의 의사들(102) 및 제 3 자 제공자들(104)을 묘사하며, 그 중 임의의 것은, 하나 이상의 컴퓨터들, 서버들, 및/또는 핸드헬드 이동 디바이스들을 통해, 인터넷과 같은, 전자 네트워크(101)에 연결될 수 있다. 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)은 하나 이상의 환자들의 해부구조의 이미지들을 생성하거나 또는 그 외 획득할 수 있다. 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)은 또한 환자-특정 정보, 예로서, 나이, 병력, 혈압, 혈액 점도, 체온, 환자 활동 또는 운동 레벨 등의 임의의 조합을 획득할 수 있다. 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)은 전자 네트워크(101)를 통해 해부학적 이미지들 및/또는 환자-특정 정보를 서버 시스템들(106)로 송신할 수 있다. 서버 시스템들(106)은 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 이미지들 및 데이터를 저장하기 위한 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 서버 시스템들(106)은 또한 저장 디바이스들에 저장된 이미지들 및 데이터를 프로세싱하기 위한 프로세싱 디바이스들을 포함할 수 있다. 본 개시의 목적들을 위해, "환자"는 진단 또는 치료 분석이 수행되는 임의의 개개인 또는 사람, 또는 하나 이상의 개개인들의 진단 또는 치료 분석과 연관된 임의의 개개인 또는 사람을 나타낼 수 있다.
도 2는 타겟 조직에서 열 분포를 추정하기 위한 방법의 일반적인 실시예를 묘사한다. 도 3 및 도 4는 환자의 전신 또는 그것의 부분들을 통한 열 전달을 평가하기 위한 대표적인 방법들을 묘사한다. 예를 들면, 도 3은 환자의 신체의 체온 조절을 분석하기 위한 대표적인 방법을 도시한다. 도 4는 환자의 신체의 일 부분에서 급속한 냉각 또는 가열을 포함할 수 있는 요법에 관련하여 신체의 체온 조절을 분석하는 대표적인 방법을 도시한다. 도 5a 및 도 5b, 및 도 6은 환자의 신체의 특정한 부분들에서 열 전달을 평가하기 위한 대표적인 방법들을 묘사한다. 예를 들면, 도 5a 및 도 5b는 각각, 환자의 심근에서 및/또는 환자의 조직에서의 절제로부터의 열 전달을 분석하기 위한 대표적인 방법들을 도시한다. 도 6은 예로서, 환자의 피부에 외부적으로 적용된 가열 또는 냉각 장치로부터, 근골격 조직에서의 열 전달을 위한 대표적인 방법을 묘사한다. 가열 또는 냉각 장치들은 가열 팩들/패드들 또는 냉각 팩들, 전기적 또는 다른 의료 디바이스들을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 6에 묘사된 실시예들 중 임의의 것은, 예를 들면, 순환, 혈류 온도, 및/또는 환자 해부구조의 변화들 또는 변경들을 포함하기 위해 수정될 수 있다. 순환에서의 변화들은 의사가 환자에서의 열 전달을 보다 양호하게 제어하고 및/또는 시술의 안전성을 증가시키기 위해 일시적으로 순환을 국소적으로 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있는(예로서, 지혈대, 풍선 카테터, 고압실 등을 통해) 시나리오들을 반영할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 방법들 중 임의의 것은, 예로서 수정된 순환을 반영하기 위해 혈류 시뮬레이션 경계 조건들을 조정함으로써, 이러한 증가된 또는 감소된 순환을 고려하기 위해 수정될 수 있다. 수정된 순환은 혈류에 임시 정지부들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 수술은 시간 기간 동안 혈류를 중단시키는 것, 예로서 수술 동안 뇌/심장 보호를 위해 심한 전신 저체온증을 유도하는 것을 수반할 수 있다. 개시된 시스템들 및 방법들은 순환에 대한 임의의 범위의 변화들을 모델링하며 평가하기 위해 수정될 수 있다.
또 다른 수정예는, 예로서, 국소적 환경을 변경하기 위해, 혈류로 주입된 열/냉기를 모델링하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 변화는 환자의 신체로의 열/냉기의 보다 안전한/보다 효과적인 적용 또는 도입을 허용할 수 있다. 이러한 실시예는, 예로서 이류-확산 방정식(advection-diffusion equation)을 풀 때 시간 기간에 걸쳐 혈액에 차등을 둔 열/냉기를 도입함으로써, 계산될 수 있다.
더욱이, 도 2 내지 도 6에 묘사된 대표적인 방법들 중 임의의 것은, 이에 제한되지 않지만 환자의 해부구조에서의 혈관 재생 또는 타겟 조직 변화 및/또는 이류-확산 방정식의 파라미터들에서의 변화를 반영하기 위해 수정된 환자 모델을 포함하여, 수정된 환자 모델과 함께 사용될 수 있다.
도 2는 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통한 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 대표적인 방법(200)의 흐름도이다. 도 2의 방법은, 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(201)는 환자의 신체의 적어도 일 부분에서 혈류 요구의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 단계(201)는 서버 시스템들(106)의 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것은 서버 시스템(106)에서 환자-특정 혈관 모델을 생성하는 것, 또는 전자 네트워크(예로서, 전자 네트워크(101))를 통해 그것을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 혈관 구조는, 예를 들면, 컴퓨터 단층 촬영(CT : computed tomography) 또는 자기 공명(MR : magnetic resonance) 영상을 포함한, 영상을 통해, 획득될 수 있다. 환자-특정 혈관 모델은 혈관 모델의 하나 이상의 부분들에서 혈류 요구의 추정치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(203)는 적어도 열 전달이 추정될 수 있는 조직의 환자-특정 조직 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 환자-특정 조직 모델은 전자 저장 매체에서 수신될 수 있다. 열 전달이 추정될 수 있는 조직 모델 및/또는 조직은 "타겟 조직(target tissue)"으로서 불리울 수 있다.
일 실시예에서, 단계(205)는 타겟 조직의 하나 이상의 영역들 및/또는 주변 환경(예로서, 해부학적 환경(anatomical environment) 또는 환자 환경)의, 열 함량, 예로서 온도의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 환자 환경은, 타겟 조직을 둘러싼 환경, 예로서 환자의 심장 또는 뇌 안에서 온도(들)에 영향을 줄 수 있는 환자의 심장 또는 뇌 주위에서의 환경을 포함할 수 있는 주변 환경(surrounding environment)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 열 함량의 추정치는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들 및/또는 주변 환경의 온도를 포함할 수 있다. 예를 들면, 시간 인스턴트는 최초 시간(initial time)(예로서, T0)으로서 작용할 수 있다. 단계(205)의 온도 추정치는 예로서, (전신) 중심 열에 의해 주어진 바와 같이, 주변 해부학적 환경의 초기 온도를 포함할 수 있다. 이러한 중심 열은 체온, 활동 레벨 등으로부터 도출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(207)는 혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정치에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직 및/또는 혈액의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 단계(207)는 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, 그래픽스 프로세싱 유닛(GPU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하여 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(209)는 열 분포의 추정치(예로서, 단계(207)의)를 전자 저장 매체 및/또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿)로 출력하는 것을 포함할 수 있다. 사용자 디스플레이는 환자-특정 혈관 모델의 추정된 열 분포를 렌더링하는 것 및/또는 타겟 조직(예로서, 조직 모델)의 추정된 열 분포를 렌더링하는 것을 포함할 수 있다. 단계(209)는 다음 중 하나 이상을 포함한 피처들을 추가로 포함할 수 있다: 조직 모델을 통한 열 분포의 시뮬레이션들(예로서, 컬러-코딩된 온도 맵들), 렌더링된 혈관 및/또는 조직 모델들에서의 임의의 위치에서 순환, 온도, 또는 모델 기하학적 구조를 조정하기 위한 상호 작용적 옵션들 또는 프롬프트들, 모델링을 위해 적용하기 위한 다양한 치료들(온도-기반 및 비-온도-기반 치료들을 포함한)과 연관된 메뉴 선택들, 열 분포를 위한 시간 프레임들을 조정하기 위한 옵션들 또는 제안들(예로서, 생체열 변화들의 후속 평가들을 수행할 시간 간격들 또는 시간들의 추천들), 다양한 모델링된 생체열 시나리오들의 비교들(단일 환자 및 환자들 간의 비교들을 위한) 등. 비교들을 위한 디스플레이들은 환자-특정 혈관 및/또는 조직 모델의 다양한 부분들을 디스플레이하는 오버레이들 및/또는 병렬(side-by-side) 패널들을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 환자의 신체에서의 열 전달의 분석들을 묘사한다. 다시 말해서, 도 3 및 도 4에 도시된 방법들은 체온 조절을 연구하는데 관련 있을 수 있다. 체온 조절은 저체온증, 고열, 열사병, 및/또는 일사병을 포함한 조건들에 의해 도전될 수 있는 신진 대사 기능이다. 환자의 전신에서 열 전달의 분석은 이들 조건들 중 하나를 처리하기 위해 또는 이들 조건들을 처리하기 위한 새로운 치료 방법들을 개발하기 위해 요법의 실효성을 평가하도록 도울 수 있다. 도 3은 이러한 열 전달의 분석의 대표적인 방법을 도시한다. 도 4는 환자의 전신에서 이러한 열 전달의 분석의 대표적인 방법을 도시하며, 여기에서 분석은 적어도, 환자의 신체의 일 부분에 급속한 냉각 및/또는 가열을 적용할 수 있는 요법을 이용함으로써 신진 대사 조건들 중 하나 이상을 치료하는 것을 수반할 수 있다.
도 3은 대표적인 실시예에 따른, 환자의 신체에서의 열 전달을 분석하는 대표적인 방법(300)의 흐름도이다. 도 3의 방법은 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(301)는 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 환자의 전신 혈관 구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 큰 혈관들(예로서, CT 및/또는 MR을 포함한, 영상을 통해 획득된) 및/또는 조직에 관류시키는 미소 혈관계를 포함할 수 있다. 미소 혈관계는 측정되거나 또는 시뮬레이션될 수 있다(예로서, 제한된 구조상 최적화를 통해 생성). 혈관 모델은 동맥들, 정맥들, 또는 동맥들 및 정맥들의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(303)는 전자 저장 매체에서 장기들 및 근육들(예로서, 타겟 조직)을 포함한, 환자의 조직의 환자-특정 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 의료 영상 스캔(예로서, CT 또는 MR 영상을 통해)으로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(305)는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들에서의 열 함량의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 조직은 감소된(저체온증) 온도 및/또는 상승된(고열) 온도에서 균일인 것으로 추정되거나 또는 모델링될 수 있다. 체온 조절 동안 소스 열로 알려진 깊은 장기들(예로서, 간, 뇌, 및/또는 심장)은 환자의 항상성 온도(예로서, 37° 섭씨)에 더 가까운 온도로 초기화될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(307)는 심혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정치에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(307)는 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하기 위해 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, GPU, DSP, 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
예를 들면, 단계(307)는 혈관 모델에서 혈류를 결정함으로써 열 분포를 추정하는 것을 포함할 수 있다(예로서, 단계(301)로부터). 혈류를 추정하는 것은 3D 컴퓨터 유체 역학, 감소 순서 모델, 및/또는 데이터베이스로부터의 추정(예로서, 기계 학습을 사용한)을 수반한 분석을 포함할 수 있다. 혈류를 추정하는 것은 또한 혈류 요구를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 단계(307)는 혈류 요구의 추정치(예로서, 타겟 조직 질량 또는 총 혈관 볼륨으로부터)에 기초하여 환자의 혈관 구조에서의 혈류의 환자-특정 추정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 혈류 요구는 체적 유량, 혈류 속도, 또는 속도장(예로서, 타겟 조직의 일 부분 또는 혈관의 세그먼트의 단면에서)을 포함할 수 있다. 혈류 요구는 신진 대사 요구들을 충족시키기 위해 장기에 충분한 혈류의 양, 예로서 물리적 활동 동안 산소 요건들을 충족시키기 위해 심근에 의해 제공된 혈류의 양을 포함할 수 있다. 혈류 요구는 조직 또는 장기의 단위당 유량으로서 표현될 수 있으며, 혈류 요구는 상기 조직 또는 장기를 공급하는 혈관 구조를 통한 유량에 의해 충족될 수 있다. 다시 말해서, 단계(307)의 일 실시예는 조직 질량 또는 혈관 볼륨의 혈류 요구를 추정하는 것, 조직 질량으로 또는 혈관 볼륨을 통해 혈류를 결정하는 것(각각의 조직 또는 혈관 구조의 혈류 요구를 고려해볼 때), 및 결정된 혈류로부터 조직 또는 혈관 구조를 통한 열 분포를 추정하는 것을 포함할 수 있다.
혈류를 사용하여 열 분포를 결정하는 일 실시예는 다양한 환자 생리적 상태들 또는 외부 조건들하에서 환자 혈류를 반영하기 위해 세동맥 혈관 확장 및/또는 혈관 수축 모델링을 포함할 수 있다. 예를 들면, 세동맥 혈관 확장 및/또는 혈관 수축 모델링은 고열 조건들에서 피부 관류의 증가를 모델링하는 것 또는 저체온증 조건들에서 피부 관류의 감소를 모델링하는 것을 포함할 수 있다. 세동맥 혈관 확장 및/또는 혈관 수축의 모델링은, 조직 또는 장기에서의 온도에 기초하여, 공급 동맥 시스템의 하나 이상의 유출구들에서 경계 조건 모델에서의 저항을 감소시키거나 또는 증가시킴으로써, 또는 대안적으로 또는 그 외에, 조직 자체 내에서 명시적인 미소 순환 네트워크 모델의 구경을 변경함으로써 수행될 수 있다.
열 분포는 이류-확산 방정식들에 의해 혈류로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(307)는 추정된 혈류 속도장(예로서, 추정된 혈류 및/또는 혈류 요구로부터)이 타겟 조직에서의 열의 이류를 제공하기 위해 가정될 수 있는 온도에 대한 이류-확산 방정식을 품으로써 환자-특정 열 전달을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 환자 열 전달 속성들(예로서, 전도성)은 영상 소스들 또는 문헌으로부터 획득된 데이터로부터 할당받을 수 있다. 또 다른 옵션은 타겟 조직에서 균일한 물질 속성들을 가정하는 것을 포함할 수 있다. 환자-특정 열 전달을 모델링하기 위한 경계 조건들은 피부 경계들에서 이용될 수 있다(예로서, 실온에 대한 디리클레(Dirichlet) 경계 조건들을 사용하여 및 고열 조건들 동안 땀 증발로 인한 피부 경계에서의 손실을 모델링하여). 몇몇 경우들에서, 열 전달 방정식(이류-확산 방정식)은 하나 이상의 부가적인 시간 인스턴트들에서 추정된 열 분포를 생성하기 위해 고정된 시간 동안(예로서, 수 초들) 또는 정상-상태 솔루션에 대해 풀릴 수 있다.
일 실시예에서, 단계(309)는 타겟 조직에서의 하나 이상의 추정된 열 분포들을, 예로서 전자 저장 매체 또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿 등)로 출력하는 것을 포함할 수 있다.
도 4는 대표적인 실시예에 따른, 체온이 급속하게 변할 수 있는 환자의 신체에서의 열 전달을 분석하는 대표적인 방법(400)의 흐름도이다. 도 4의 방법은, 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(401)는 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 전신 혈관 구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 큰 혈관들(예로서, CT 또는 MR과 같은 영상을 통해 획득된) 및/또는 조직에 관류시키는 미소 혈관계를 포함할 수 있다. 미소 혈관계는 측정되거나 또는 시뮬레이션될 수 있다(예로서, 제한된 구조상 최적화를 통해). 혈관 모델은 동맥들, 정맥들, 또는 동맥들 및 정맥들의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(403)는 전자 저장 매체에서 장기들 및 근육들(예로서, 타겟 조직)을 포함한, 환자 조직의 환자-특정 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 의료 영상 스캔(예로서, CT 또는 MR)으로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(405)는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들에서의 열 함량의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 조직은 감소된(저체온증) 온도 및/또는 상승된(고열) 온도에서 균일인 것으로 추정되거나 또는 모델링될 수 있다. 체온 조절 동안 소스 열로 알려진 깊은 장기들(예로서, 간, 뇌, 및 심장)은 환자의 항상성 온도(예로서, 37° 섭씨)에 더 가까운 온도로 초기화될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(407)는 심혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정치에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에사의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(407)는 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하기 위해 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, GPU, DSP, 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
혈류의 추정치는 먼저 시뮬레이션된 생리적 상태에서 심혈관 모델에서의 혈류를 결정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(407)는 환자의 혈류 요구의 추정치(예로서, 타겟 조직 질량 또는 총 혈관 볼륨으로부터)를 사용하여 환자의 혈관 구조에서의 혈류의 환자-특정 추정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 혈류를 추정하는 것은 3D 컴퓨터 유체 역학, 감소 순서 모델, 및/또는 데이터베이스로부터의 혈류 추정들(예로서, 기계 학습을 사용한)을 분석하는 것을 포함할 수 있다. 혈류를 사용하여 열 분포를 결정하는 일 실시예는 다양한 환자 생리적 상태들 또는 외부 조건들하에서 환자 혈류를 반영하기 위해 세동맥 혈관 확장 및/또는 혈관 수축 모델링을 포함할 수 있다. 예를 들면, 세동맥 혈관 확장 및/또는 혈관 수축 모델링은 고열 조건들에서 피부 관류의 증가를 모델링하는 것 또는 저체온증 조건들에서 피부 관류의 감소를 모델링하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 환자-특정 열 전달은 이류-확산 방정식을 품으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(407)는 추정된 혈류 속도장(예로서, 추정된 혈류 및/또는 혈류 요구로부터)이 타겟 조직에서 이류를 제공하기 위해 가정될 수 있는 열의 집중에 대한 이류-확산 방정식을 푸는 것을 포함할 수 있다.
열 분포를 추정하는 단계(407)는 추정치를 결정하기 위한 하나 이상의 조건들을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 환자 열 전달 속성들(예로서, 확산 계수)은 영상 소스들 또는 문헌으로부터 획득된 데이터로부터 할당받을 수 있다. 열 분포를 추정하기 위해 조건들을 설정하기 위한 또 다른 옵션은 타겟 조직에서 균일한 물질 속성들을 가정하는 것을 포함할 수 있다. 경계 조건들은 피부 경계들에서 이용될 수 있다(예로서, 실온에 대한 디리클레 경계 조건들을 사용하여 및 고열 조건들 동안 땀 증발로 인한 피부 경계에서의 손실을 모델링하여). 특히, 이용된 열/냉각 소스는 사실상 소스에 의해 영향을 받은 피부의 부분을 통해 일정한 온도(예로서, 디바이스에 의존하여, 고온 또는 저온)를 고정시키는 디리클레 경계 조건으로서 이용될 수 있다. 열 전달 방정식은 하나 이상의 부가적인 시간 인스턴트들에서 추정된 열 분포를 생성하기 위해 고정된 시간 동안(예로서, 수 초들) 또는 정상-상태 솔루션에 대해 풀릴 수 있다.
일 실시예에서, 단계(409)는 타겟 조직에서의 하나 이상의 추정된 열 분포들을, 예로서, 전자 저장 매체 또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿 등)로 출력하는 것을 포함할 수 있다.
도 5a, 도 5b, 및 도 6은 환자의 신체의, 적어도, 부분들에서, 국소적 열 전달의 대표적인 분석들을 포함한다. 예를 들면, 도 5a 및 도 5b의 대표적인 방법들은 환자의 신체의 다양한 부분들에서의 절제와 관련되어 열 전달의 분석들을 포함한다. 도 5a는 절제와 연관된 심근에서의 열 전달을 분석하기 위한 대표적인 방법을 포함한다. 심근에서의 열 전달의 분석은 RF 절제 또는 동결절제 시술(예로서, 좌심실 빈맥, 상실성 빈맥, 울프-파킨슨-화이트 증후군, 심방 빈맥, 다소성 심방 빈맥 또는 심방 세동을 치료하기 위한)의 실효성을 평가하며 및/또는 절제를 위한 바람직한 또는 최적의 설정들을 결정하는 것일 수 있다. 도 5b는 절제와 연관된 조직(예로서, 장기 조직)에서의 열 전달을 분석하기 위한 대표적인 방법을 포함한다. 장기 조직에서의 열 전달의 분석은 RF 절제, 동결절제, 외부 빔 방사선 또는 고 주파수 초음파(HIFU)를 사용하여 수행된 절제, 초저온, 및/또는 초저온 요법 치료 시술(예로서, 종양들 또는 병변들을 파괴함으로써 간, 뼈, 폐, 비장, 피부, 전립선 또는 신장의 암을 치료하기 위한)의 실효성을 평가하도록 도울 수 있다. 도 6에서 설명된 대표적인 방법은 근골격 조직에서의 열 전달의 분석들을 포함한다. 근골격 조직에서의 열 전달의 분석은, 예로서, 피부의 외부에 적용된 가열 또는 냉각 장치로부터 환자의 근육들로의 열 전달의 실효성을 액세스하기 위해 스포츠 의학에서 유용할 수 있다. 이러한 분석은 보다 효과적인 가열/냉각 장치들의 설계를 도울 뿐만 아니라 가열/냉각 장치 크기, 온도, 및/또는 위치에 대한 설정들을 결정하도록 도울 수 있다.
도 5a는 대표적인 실시예에 따른, 절제와 연관된 환자의 심근에서의 열 전달을 분석하는 대표적인 방법(500)의 흐름도이다. 도 5a의 방법은 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(501)는 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 환자-특정 관상 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 큰 관상 혈관들(예로서, CT 및/또는 MR을 포함한, 영상을 통해 획득된)을 포함할 수 있으며 및/또는 조직에 관류시키는 미소 혈관계를 포함할 수 있다. 미소 혈관계는 측정되거나 또는 시뮬레이션될 수 있다(예로서, 제한된 구조상 최적화를 통해). 혈관 모델은 동맥들, 정맥들, 또는 동맥들 및 정맥들의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(503)는 전자 저장 매체에서 타겟 조직으로서 심근(또는 심외막, 심방 벽 등)을 포함한, 환자 조직의 환자-특정 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 의료 영상 스캔(예로서, CT 및/또는 MR)으로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(505)는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들에서 열 함량의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 조직은, 국소화된 영역에서 사전-특정된 온도로 설정될 수 있는 절제 카테터의 위치를 제외하고, 체온에서 균일인 것으로 추정되거나 또는 모델링될 수 있다(예로서, RF 절제를 위해 4mm의 영역에서 50° 섭씨의 온도 또는 동결절제를 위해 -10° 섭씨 내지 -70° 섭씨의 온도에서). 타겟 조직에서의 절제 카테터 위치는 가상으로 표현될 수 있거나(예로서, 시술-전 시뮬레이션 및 계획을 위해) 또는 시술 동안 그것의 실제 위치에서 표현될 수 있다(예로서, 카테터 끝 상에서의 배치를 사용하여).
일 실시예에서, 단계(507)는 심혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정치에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직 및/또는 혈액에서의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(507)는 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하기 위해 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, GPU, DSP, 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
추정치는 먼저 시뮬레이션된 생리적 상태에서 심혈관 모델에서의 혈류를 결정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(507)는 환자의 혈류 요구의 추정치를 사용하여 환자의 관상 동맥들에서의 혈류의 환자-특정 추정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 혈류 요구는 총 혈관 볼륨 또는 심근 질량(예로서, 타겟 조직의 질량)으로부터의 혈류 요구를 포함할 수 있다. 혈류를 추정하는 것은 3D 컴퓨터 유체 역학, 감소 순서 모델, 및/또는 데이터베이스로부터의 혈류 추정들(예로서, 기계 학습을 사용하여)을 분석하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 환자-특정 열 전달은 이류-확산 방정식을 품으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(507)는 추정된 혈류 속도장(예로서, 추정된 혈류 및/또는 혈류 요구로부터)이 타겟 조직에서 이류를 제공하기 위해 가정될 수 있는 열의 집중에 대한 이류-확산 방정식을 푸는 것을 포함할 수 있다.
열 분포를 추정하는 단계(507)는 추정치를 결정하기 위한 하나 이상의 조건들을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 환자 열 전달 속성들(예로서, 확산 계수)은 영상 소스들 또는 문헌으로부터 획득된 데이터로부터 할당받을 수 있다. 또 다른 옵션은 타겟 조직에서 균일한 물질 속성들을 가정하는 것을 포함할 수 있다. 경계 조건들은 경험적으로-도출된 값들을 사용하여(예로서, 심내막 및 심외막을 위한 항상성 온도를 가진 디리클레 경계 조건들을 사용하여) 및/또는 또 다른 계산 모델(예로서, 전신에서의 열-전달 모델 또는 동적 심장에서의 박동 혈류 모델)에 결합함으로써 심내막 및 심외막 표면들에서 이용될 수 있다. 열 전달 방정식은 예로서, 하나 이상의 부가적인 시간 인스턴트들에서, 추정된 열 분포를 생성하기 위해 고정 시간(예로서, 수 초들) 동안 또는 정상-상태 솔루션에 대해 풀릴 수 있다.
일 실시예에서, 단계(509)는 타겟 조직에서의 하나 이상의 추정된 열 분포들을, 예로서 전자 저장 매체 또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿 등)로 출력하는 것을 포함할 수 있다.
도 5b는 대표적인 실시예에 따른, 절제와 연관된 조직에서의 열 전달을 분석하는 대표적인 방법(520)의 흐름도이다. 도 5b의 방법은 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(521)는 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 타겟 조직 및/또는 주변 조직에서 혈관 구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 큰 혈관들(예로서, CT 또는 MR과 같은 영상을 통해 획득된)을 포함할 수 있으며 및/또는 조직에 관류시키는 미소 혈관계를 포함할 수 있다. 미소 혈관계는 측정되거나 또는 시뮬레이션될 수 있다(예로서, 제한된 구조상 최적화를 통해). 혈관 모델은 동맥들, 정맥들, 또는 동맥들 및 정맥들의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(523)는 전자 저장 매체에서 타겟 조직으로서 타겟 절제 조직(예로서, 종양 또는 병변을 포함한 조직)의 환자-특정 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 조직은 장기 조직, 예로서 간 조직, 폐 조직, 및/또는 신장 조직을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 의료 영상 스캔(예로서, CT 또는 MR)으로부터 추출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(525)는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들에서 열 함량의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 조직은, 국소화된 영역에서 사전 특정된 온도로 설정될 수 있는 절제 카테터의 위치를 제외하고, 체온에서 균일인 것으로 추정되거나 또는 모델링될 수 있다(예로서, RF 절제를 위해 4mm의 영역에서 50° 섭씨의 온도 또는 동결절제를 위해 -10° 섭씨 내지 -70° 섭씨의 온도에서). 신체가 모델링될 수 있는 온도는, 국소화된 가열/냉각을 환자를 위해 더 안전하게 만들도록 제어된 전신 온도를 통해 및/또는 주위 온도로부터 도출될 수 있다. 타겟 조직에서의 절제 카테터 위치는 가상으로 표현될 수 있거나(예로서, 시술-전 시뮬레이션 및 계획을 위해) 또는 시술 동안 그것의 실제 위치에서 표현될 수 있다(예로서, 카테터 끝 상에서의 배치를 사용하여).
일 실시예에서, 단계(527)는 심혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직 및/또는 혈액에서의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(527)는 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하기 위해 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, GPU, DSP, 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
열 분포의 추정치는 시뮬레이션된 생리적 상태에서 혈관 모델에서의 혈류를 결정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(527)는 환자의 혈류 요구의 추정치(예로서, 타겟 조직 질량 또는 총 혈관 볼륨으로부터)를 사용하여 환자의 혈관 구조에서의 혈류의 환자-특정 추정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 혈류를 추정하는 것은 3D 컴퓨터 유체 역학, 감소 순서 모델, 및/또는 데이터베이스로부터의 혈류 추정들(예로서, 기계 학습을 사용하여)을 분석하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 환자-특정 열 전달은 이류-확산 방정식을 품으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(527)는 추정된 혈류 속도장(예로서, 추정된 혈류 및/또는 혈류 요구로부터)이 타겟 조직에서 이류를 제공하기 위해 가정될 수 있는 열의 집중에 대한 이류-확산 방정식을 푸는 것을 포함할 수 있다.
열 분포를 추정하는 단계(527)는 추정치를 결정하기 위한 하나 이상의 조건들을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 환자 열 전달 속성들(예로서, 확산 계수)은 영상 소스들 또는 문헌으로부터 획득된 데이터로부터 할당받을 수 있다. 또 다른 옵션은 타겟 조직에서 균일한 물질 속성들을 가정하는 것을 포함할 수 있다. 경계 조건들은 경험적으로-도출된 값들을 사용하여(예로서, 타겟 조직 표면에 대한 항상성 온도를 가진 디리클레 경계 조건들을 사용하여) 및/또는 또 다른 계산 모델(예로서, 다수의 장기들, 지방, 유체, 뼈 등을 포함한 전신에서의 열-전달 모델)에 결합함으로써 심내막 및 심외막 표면들에서 이용될 수 있다. 열 전달 방정식은 예로서, 하나 이상의 부가적인 시간 인스턴트들에서, 추정된 열 분포를 생성하기 위해 고정 시간(예로서, 수 초들) 동안 또는 정상-상태 솔루션에 대해 풀릴 수 있다.
일 실시예에서, 단계(529)는 타겟 조직에서의 하나 이상의 추정된 열 분포들을, 예로서 전자 저장 매체 또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿 등)로 출력하는 것을 포함할 수 있다.
도 6은 대표적인 실시예에 따른, 근골격 조직에서의 열 전달을 분석하는 대표적인 방법(600)의 흐름도이다. 도 6의 방법은 전자 네트워크(101)를 통해 의사들(102) 및/또는 제 3 자 제공자들(104)로부터 수신된 정보, 이미지들, 및 데이터에 기초하여, 서버 시스템들(106)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(601)는 전자 저장 매체(예로서, 하드 드라이브, 네트워크 드라이브, 클라우드 드라이브, 이동 전화, 태블릿 등)에서 환자-특정 주변 혈관 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 큰 주변 혈관들(예로서, CT 또는 MR과 같은 영상을 통해 획득된) 중 하나 이상을 포함하며 및/또는 타겟 근육 조직에 관류시키는 미소 혈관계 및/또는 신체 외부(예로서, 피부)에 관류시키는 미소 혈관계를 포함할 수 있다. 미소 혈관계는 측정되거나 또는 시뮬레이션될 수 있다(예로서, 제한된 구조상 최적화를 통해). 혈관 모델은 동맥들, 정맥들, 또는 동맥들 및 정맥들의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(603)는 전자 저장 매체에서 타겟 조직으로서 타겟 근육 조직(예로서, 대퇴사두근 또는 임의의 다른 팔, 다리, 엉덩이, 손 또는 발 근육)의 환자-특정 모델을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 의료 영상 스캔(예로서, CT 또는 MR)으로부터 추출될 수 있다. 보다 포괄적 모델을 위해, 타겟 조직은 특정한 근육 및 주변 근육, 뼈, 지방, 및 유체로서 취해질 수 있다. 주변 근육, 뼈, 지방, 및 유체의 초기 온도는 체온, 활동 레벨 등으로부터 도출된 (전신) 중심 열에 의해 주어질 수 있다.
일 실시예에서, 단계(605)는 일 시간 인스턴트에서 타겟 조직의 하나 이상의 영역들에서의 열 함량의 추정치를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 조직은, 신체 외부의 국소화된 영역에서 가열/냉각 장치의 위치를 제외하고, 체온에서 균일인 것으로 추정되거나 또는 모델링될 수 있다. 타겟 조직에서의 가열/냉각 장치 위치는 가상으로 표현될 수 있거나(예로서, 적용-전 시뮬레이션 및 계획을 위해) 또는 적용 동안 그것의 실제 위치에서 표현될 수 있다(예로서, 카테터 끝 상에서의 배치를 사용하여). 일 실시예에서, 신체가 모델링될 수 있는 온도는 주위 온도로부터 도출될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(607)는 혈관 모델, 타겟 조직 모델, 및/또는 열 함량의 초기 추정에 기초하여 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(607)는 제 2 시간 인스턴트에서 타겟 조직에서의 열 분포의 추정치를 결정하기 위해 프로세서(예로서, 랩탑, 데스크탑, 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, GPU, DSP, 이동 전화, 태블릿 등)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
추정치는 시뮬레이션된 생리적 상태에서 심혈관 모델에서의 혈류를 결정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(607)는 환자의 혈류 요구의 추정치(예로서, 타겟 근육 질량 또는 총 혈관 볼륨으로부터)를 사용하여 환자의 관상 동맥들에서의 혈류의 환자-특정 추정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 혈류를 추정하는 것은 3D 컴퓨터 유체 역학, 감소 순서 모델, 및/또는 데이터베이스로부터의 혈류 추정들(예로서, 기계 학습을 사용하여)을 분석하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 환자-특정 열 전달은 이류-확산 방정식을 품으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 단계(607)는 추정된 혈류 속도장(예로서, 추정된 혈류 및/또는 혈류 요구로부터)이 타겟 조직에서 이류를 제공하기 위해 가정될 수 있는 열의 집중에 대한 이류-확산 방정식을 푸는 것을 포함할 수 있다.
열 분포를 추정하는 단계(607)는 추정치를 결정하기 위한 하나 이상의 조건들을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 환자 열 전달 속성들(예로서, 확산 계수)은 영상 소스들 또는 문헌으로부터 획득된 데이터로부터 할당받을 수 있다. 또 다른 옵션은 타겟 조직에서 균일한 물질 속성들을 가정하는 것을 포함할 수 있다. 경계 조건들은 예로서, 중심 온도, 활동 레벨들, 및/또는 또 다른 계산 모델(예로서, 전신에서의 열-전달 모델 또는 동적 심장에서의 박동 혈류 모델)로의 결합에 기초하여, 경험적으로-도출된 값들 및/또는 추정된 값들을 사용하여 타겟 조직 표면에서 이용될 수 있다. 대안적으로 또는 또한, 경계 조건들은 보다 넓은 시야에서 이용될 수 있다(예로서, 예를 들면, 의료 이미지의 전체 시야에 의해, 둘러싸인 보다 큰 해부학적 모델의 보더들에서 항상성 체온 경계 조건이 이용되는). 열 전달 방정식은 고정된 시간(예로서, 수 초들) 동안 및/또는 정상-상태 솔루션에 대해 풀릴 수 있다. 열 전달 방정식으로부터의 하나 이상의 솔루션들은 하나 이상의 부가적인 시간 인스턴트들에서 추정된 열 분포를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 단계(609)는 타겟 조직에서의 하나 이상의 추정된 열 분포들을, 예로서 전자 저장 매체 또는 사용자 디스플레이(예로서, 모니터, 이동 전화, 태블릿 등)로 출력하는 것을 포함할 수 있다.
온도를 조절하거나 또는 온도 변화들에 응답하기 위한 신체들의 능력은 개개인들 간에 달라질 수 있다. 온도-관련 조건들은 환자에게 부정적 영향을 줄 수 있거나(예로서, 저체온증 또는 고열을 야기하는), 또는 온도는 환자를 치료하기 위해 사용될 수 있다(예로서, 저체온증/고열을 치료할 때 또는 절제 시). 상이한 환자들은, 각각의 환자의 신체가 생체열 전달을 행할 수 있는 고유한 방식들에 의존하여, 온도 및 치료에 상이하게 응답할 수 있다. 본 개시는 개개인에 특정적인 생체열 전달을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들을 포함한다. 예를 들면, 개시는 환자-특정 영상으로부터 추출된 바와 같이, 구체적으로 개개인의 해부구조에 대한 생체열 전달을 모델링하기 위한 시스템들 및 방법들을 포함한다. 예를 들면, 본 개시는 환자의 해부구조를 통해 혈류로부터의 열 확산을 추정함으로써 환자-특정 생체열 전달을 모델링하는 대표적인 실시예를 포함한다. 환자-특정 생체열 전달의 이해는 온도-관련 질병들 및 치료들에 대한 치료 효능을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 여기에서 개시된 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 이 기술분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 명세서 및 예들은, 다음의 청구항들에 의해 표시되는 본 발명의 실제 범위 및 사상을 갖고, 단지 대표적인 것으로서 고려된다는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달(bioheat transfer)의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법에 있어서, 상기 방법은 :
    상기 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함하여, 환자의 해부구조(patient's anatomy)의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 단계;
    상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 단계;
    상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량(heat content)의 추정치를 수신하는 단계;
    상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포(heat distribution)의 추정치를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 단계를 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조직의 부분의 열 함량의 추정치는 제 1 시간 포인트에서 상기 조직의 부분 또는 상기 둘러싸는 조직의 열 함량을 포함하며;
    상기 열 분포의 추정치는 상기 제 1 시간 포인트와 상이한 제 2 시간 포인트에서의 열 분포를 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 함량의 추정치는 균일 값(homogenosu value)으로서 추정되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조직 모델 또는 혈관 모델의 위치에서 온도 소스의 도입을 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 열 함량의 추정치는 상기 온도 소스의 위치를 제외하고 균일인, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 소스는 절제(ablation), 가열 장치, 또는 냉각 장치와 연관되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 혈관 모델을 사용하여, 상기 조직 모델의 혈류 요구(blood flow demand)를 결정하는 단계를 더 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 결정된 혈류 요구 및 열 전달 방정식(heat transfer equation)에 기초하여 상기 열 분포의 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 혈관 모델은 상기 환자의 해부구조의 큰 혈관들 및 미소 혈관계(microvasculature)를 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 컴퓨터-구현 방법.
  9. 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은 :
    환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 지시들을 저장한 데이터 저장 디바이스; 및
    방법을 수행하기 위해 상기 지시들을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하되, 상기 방법은:
    상기 환자의 적어도 하나의 혈관을 포함하여, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것;
    상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 것;
    상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하는 것;
    상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 것; 및
    상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 것을 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조직의 부분의 열 함량의 추정치는 제 1 시간 포인트에서 상기 조직의 부분 또는 상기 둘러싸는 조직의 열 함량을 포함하며;
    상기 열 분포의 추정치는 상기 제 1 시간 포인트와 상이한 제 2 시간 포인트에서의 열 분포를 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 열 함량의 추정치는 균일 값으로서 추정되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 시스템은 :
    상기 조직 모델 또는 혈관 모델의 위치에서 온도 소스의 도입을 결정하도록 추가로 구성되며, 상기 열 함량의 추정치는 상기 온도 소스의 위치를 제외하고 균일인, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 온도 소스는 절제, 가열 장치, 또는 냉각 장치와 연관되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 시스템은 : 상기 혈관 모델을 사용하여, 상기 조직 모델의 혈류 요구를 결정하도록 추가로 구성되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 시스템은 : 상기 결정된 혈류 요구 및 열 전달 방정식에 기초하여 상기 열 분포의 추정치를 결정하도록 추가로 구성되는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 혈관 모델은 상기 환자의 해부구조의 큰 혈관들 및 미소 혈관계를 포함하는, 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하기 위한 시스템.
  17. 환자의 신체 또는 환자의 신체의 일 부분을 통해 생체열 전달의 개인화된 추정치들을 제공하는 방법을 수행하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 프로그래밍 지시들을 포함한 컴퓨터 시스템상에서의 사용을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 있어서,
    상기 방법은:
    환자의 적어도 하나의 혈관을 포함하여, 환자의 해부구조의 환자-특정 혈관 모델을 수신하는 것;
    상기 환자의 해부구조의 조직의 적어도 일 부분을 포함하는 환자-특정 조직 모델을 수신하는 것;
    상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 함량의 추정치를 수신하는 것;
    상기 혈관 모델, 상기 조직 모델, 또는 상기 수신된 열 함량의 추정치에 기초하여 상기 환자-특정 조직 모델의 조직의 부분 또는 상기 조직의 부분을 둘러싸는 조직의 열 분포의 추정치를 결정하는 것; 및
    상기 결정된 열 분포의 추정치를 저장 매체 또는 사용자 디스플레이로 출력하는 것을 포함하는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 조직의 부분의 열 함량의 추정치는 제 1 시간 포인트에서 상기 조직의 부분 또는 상기 둘러싸는 조직의 열 함량을 포함하며;
    상기 열 분포의 추정치는 상기 제 1 시간 포인트와 상이한 제 2 시간 포인트에서의 열 분포를 포함하는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 열 함량의 추정치는 균일 값으로서 추정되는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 조직 모델 또는 혈관 모델의 위치에서 온도 소스의 도입을 결정하는 것을 더 포함하며, 상기 열 함량의 추정치는 상기 온도 소스의 위치를 제외하고 균일인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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