KR20230020886A - 전자 환자 데이터를 기반으로 한 가상 스트레스 테스트 - Google Patents

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KR20230020886A
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range
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돈 피. 기덴스
아드리엔 레피욱스
데이빗 몰로니
알레산드로 베네지아니
하비브 사마디
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코바노스, 인크.
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Abstract

가상 스트레스 테스트는 하나 이상의 관상 동맥과 같은 환자의 해부학적 관심 영역의 전자 모델을 생성하는 단계, 환자의 서로 다른 두가지 활동 수준에서 전산 유체 역학을 기반으로 관심 영역을 통한 압력 강하를 결정하는 단계, 및 두 활동 수준과 관련된 유량을 기반으로 활동 수준 범위에 대한 압력 강하 범위를 결정하는 단계에 의해 환자에 대해 수행될 수 있다. 압력 강하 범위를 기반으로, 환자의 대사 요구 사항과 관련된 활동 수준에서, 폐쇄 협착을 나타내는, 임상적으로 유의한 압력 강하가 환자에게 있는지 여부를 결정할 수 있다.

Description

전자 환자 데이터를 기반으로 한 가상 스트레스 테스트
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 1월 6일에 출원된 미국특허 가출원 번호 제62/788,911호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로, 시뮬레이션된 환자 활동 수준의 범위에 걸쳐 관상 동맥 내의 혈압의 결정 및 디스플레이를 포함하는 비침습적 이미징 및 전산 유체 역학에 기초한 환자 혈역학 정보의 결정 및 디스플레이에 관한 것이다.
관상동맥심장병(CHD)은 미국에서 가장 흔한 사망 원인이며, 직간접적인 연간 비용은 수천억 달러로 추산된다. CHD는 죽상동맥경화증의 결과이며, 이는 진행되어 허혈, 협심증, 심근경색 및 사망으로 이어질 수 있다. 환자의 병변의 중증도와 복잡성, 임상 상태에 따라, 의료 요법, 혈관 내 스텐트, 및 관상동맥우회술(CABG) 수술을 포함한 다양한 치료 옵션을 환자에게 제공할 수 있다. 일반적인 진단 및 치료 계획에는 임상 평가, 비침습적 스트레스 테스트, 적절한 환자의 경우, 침습적 관상동맥 조영술 및 후속 의료 요법 및/또는 관상동맥 재관류술이 포함된다. 일반적으로 환자가 의학적 치료에서 증상을 유지하거나 심근 관류에서 심각한 결함이 발견되면, 의료 제공자는 환자에 대해 침습적 관상동맥 조영술을 수행한다. 이러한 환자에서 관상동맥 스텐트 또는 CABG 수술을 사용하지 않을지 여부를 결정하는 결정은 혈관조영학적 해부학적 소견을 기반으로 하며, 점점 더 침습적으로 측정된 FFR(fractional flow reserve)과 같은 혈역학적 정보를 사용하여 이루어진다. 카테터 삽입 실험실에서 FFR을 측정하려면 환자의 관상 동맥에 압력 와이어를 삽입해야 하며, FFR 값이 0.8 미만이면 일반적으로 적절한 임상 상황에서 혈관 재생이 필요한 임상적으로 유의한 폐쇄성 병변을 나타내는 것으로 간주된다.
전자 환자 데이터에 기초한 가상 스트레스 테스트 시스템 및 방법이 개시된다. 환자에 대한 가상 스트레스 테스트를 수행하는 컴퓨터-구현 방법의 일례의 실시예는, 동맥 분절을 포함하는 환자의 의료 이미지 데이터를 수신하는 단계; 의료 이미지 데이터로부터 동맥 분절의 기하학적 표현을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 환자의 대사 요구 사항 정보를 수신하는 단계; 및 대사 요구 사항 정보에 따라 임계값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제1 유동장을 결정하는 단계 - 상기 제1 유동장은 환자의 제1 활동 수준에 대응함; 및 제1 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제1 압력 강하를 결정하는 단계; 상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제2 유동장을 결정하는 단계 - 상기 제2 유동장은 상기 제1 활동 수준과 상이한 환자의 제2 활동 수준에 대응함; 및, 제2 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제2 압력 강하를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 제1 압력 강하 및 제2 압력 강하에 기초하여, 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하의 범위를 계산하는 단계; 압력 강하 범위를 임계값과 비교하는 단계; 및 비교 결과를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 활동 수준은 제1 유량과 연관되고, 상기 제2 활동 수준은 상기 제1 유량과 상이한 제2 유량과 연관되며, 상기 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 유량 범위는 제1 유량과 제2 유량 사이이다.
일 실시예에서, 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하의 범위를 계산하는 단계는 압력 강하와 유량 사이의 2차 방정식 관계에 따라 압력 강하의 범위를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 비교 결과를 표시하는 단계는 임계값 및 압력 강하 범위의 플롯을 표시하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 활동 수준은 휴식 상태이다.
일 실시예에서, 상기 제2 활동 수준이 충혈 상태(hypermic state)이다.
일 실시예에서, 상기 방법은 압력 강하가 임계값을 초과하는 활동 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 유동장(flow fields)은 각각 제 1 및 제 2 유속장(flow velocity fields)을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제1 유동장을 결정하는 단계는, 동맥 분절 각각의 제1 유입 유량을 획득하는 단계; 상기 제1 유입 유량에 따라 각 동맥분절의 제1 유출 유량을 계산하는 단계; 및 상기 기하학적 표현, 제1 유입 유량 및 제1 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제1 유동장을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제 2 유동장을 결정하는 단계는, 동맥 분절 각각의 제2 유입 유량을 획득하는 단계; 상기 제2 유입 유량에 따라 상기 동맥분절 각각의 제2유출 유량을 계산하는 단계; 및 상기 기하학적 표현, 제2 유입 유량 및 제2 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제2 유동장을 계산하는 단계를 포함한다.
환자에 대한 가상 스트레스 테스트를 수행하는 컴퓨터-구현 방법의 일례의 실시예는, 하나의 유입 경계 및 둘 이상의 유출 경계를 포함하는, 환자의 동맥 분절의 기하학적 표현을 획득하는 단계; 환자의 대사 요구 사항 정보를 수신하는 단계; 및 대사 요구 사항 정보에 따라 임계값을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 유입 경계 각각의 제1 유입 유량을 획득하는 단계; 상기 제1유입 유량에 따라 둘 이상의 유출경계에서 제1유출 유량을 계산하는 단계; 상기 기하학적 표현, 제1 유입 유량, 및 제1 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제1 유동장을 계산하는 단계; 및 제1 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제1 압력 강하를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 유입 경계 각각의 제2 유입 유량을 획득하는 단계 - 상기 제2 유입 유량은 상기 제1 유입 유량과 상이함; 상기 제2유입 유량에 따라 둘 이상의 유출 경계에서 제2 유출 유량을 계산하는 단계; 상기 기하학적 표현, 제2 유입 유량, 및 제2 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제2 유동장을 계산하는 단계; 및 제2 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제2 압력 강하를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 제1 압력 강하 및 제2 압력 강하에 기초하여, 유입 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계; 압력 강하 범위를 임계값과 비교하는 단계; 및 비교 결과를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 유입 유량은 제1 활동 수준과 연관되고, 상기 제2 유입 유량은 상기 제1 활동 수준과 상이한 제2 활동 수준과 연관되며, 유입 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 활동 수준 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 유입 유량/유출 유량의 범위는 제1 유입 유량/유출 유량과 제2 유입 유량/유출 유량 사이이다.
일 실시예에서, 상기 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 압력 강하와 유입 유량 간의 2차 방정식 관계에 따라 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 비교 결과를 표시하는 단계는 임계값 및 압력 강하 범위의 플롯을 표시하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 압력 강하가 임계값을 초과하는 활동 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 유입 유량은 환자의 휴식 상태 각각이다.
일 실시예에서, 상기 제2 유입 유량은 환자의 충혈 상태 각각이다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 유동장은 각각 제1 및 제2 유속장을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 유동장은 시간에 독립적인 3차원 방정식에 따라 계산된다.
도 1은 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 전자 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2는 전자 환자 데이터에 기초하여 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 전자 환자 데이터에 기초하여 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 결정될 수 있고 본 개시내용의 방법과 함께 사용을 찾을 수 있는 환자 해부학적 영역의 예시적인 기하학적 모델을 예시한다.
도 5는 한 세트의 환자에 대한 예시적인 활동 수준의 범위에 대한 예시적인 압력 강하의 범위를 예시하는 플롯이다.
도 6은 사용자 컴퓨팅 환경의 예시적인 실시예의 개략도이다.
비침습적 임상 진단과 전통적인 스트레스 테스트에 의한 동맥 병변에 대한 스크리닝은 부정확할 수 있어 위양성 검사를 받은 환자에게 불필요한 관상 동맥 조영술 절차를 초래할 수 있으며, 심각한 병변이 있는 환자에서도 위음성을 초래할 수 있다. 최근 연구에서 전통적인 비침습성 검사를 받고 침습성 관상동맥 조영술(ICA)을 받은 환자의 55.3%는 폐쇄성 CHD가 없었다. 미국에서만 2006년에 약 1,115,000건의 입원 환자 심장 도관이 수행되었으므로, 불필요한 ICA 절차를 방지하는 매우 정확한 비침습적 검사는 연간 수십억 달러를 절약할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 ICA 절차가 일반적으로 환자에게 매우 안전하지만 드물게 부정적인 결과가 발생하고 환자의 불안이 상당할 수 있으므로 불필요한 ICA 절차의 수를 줄이면 결과와 환자 경험을 개선할 수 있다. 또한 연구에 따르면 비허혈성 FFR 값을 기반으로 혈관재개통을 연기하면 스텐트 시술에 비해 유리한 결과를 얻을 수 있으며 FFR 기반 스텐트 시술은 표준 혈관 조표유도 치료에 비해 스텐트 수, 사망, 심장마비 및 반복 스텐팅 필요성을 약 30% 감소시킬 뿐 아니라 비용도 절감하는 것으로 나타났다.
원래 FFR은 동일 혈관 내 정규 최대 혈류에 대한 협착 병변에 대한 원위부 최대 혈류의 비율로 정의되었다. 그러나 임상 실습에서 FFR은 일반적으로 충혈 흐름 조건에서 대동맥 압력(Pa)에 상대적인 협착증의 원위 압력(Pd)으로 정의된다(즉, FFR = Pd/Pa). 불필요한 침습적 혈관조영술의 비율이 높기 때문에, 비침습적으로 FFR을 평가하는 방법을 개발하는 데 큰 관심이 있었다. 물리학의 기본 원리로부터, FFR은 실제로 동맥 기하학, 압력 및 유동 조건의 함수인 상세한 혈역학적 흐름장에 의존하는 변수이다. 따라서 유체 역학 운동 수식에서 FFR을 계산할 수 있으며 이를 가상 FFR 또는 FFRv라고 할 수 있다. 이를 위해서는 전산유체역학(CFD) 분야의 일부인 수치 절차가 필요하다. CFD에는 관심 영역(ROI) 내의 전체 흐름장 및 압력을 해결하기 위해, 계산 영역 경계에서의 혈류(또는 부과된 압력)뿐만 아니라 관심 영역의 상세한 혈관 형상을 사용하는 것이 포함된다.
관상 동맥 흐름 요구 사항은 개인마다 다르며 연령, 성별, 체질량 지수(BMI) 및 신체 활동 수준을 포함한 여러 생리적 요인에 따라 다르다. 환자의 관상동맥 혈류가 적절한지, 따라서 심각한 관상동맥 협착이 없는지 평가하기 위해, 운동 스트레스 검사를 수행할 수 있다. 이것은 증가하는 운동 수준을 포함하며, 이는 차례로 심박수, 수축기 혈압 및 심근 수축성을 증가시킨다. 운동을 지속하기 위해 관상동맥 혈류는 증가하는 수요를 충족시키기 위해 심근에 공급할 만큼 충분히 증가한다. 환자가 심각한 심외막 협착증이 있는 경우, 자가 조절 예비력이 상실되고 해당하는 심근 침대가 허혈이 된다. 이것은 흉통 또는 호흡곤란, 심전도 ST의 함몰, 부가적인 심장초음파를 사용하는 경우 비정상적인 벽 운동, 또는 부가적인 심근관류 이미징이 수행되는 경우 비정상적인 심근관류의 증상으로 나타난다. 관상 동맥 협착증의 존재에 대한 간접적인 평가이지만, 이 접근법은 추가 검사(예: 혈관 조영술) 수행 및/또는 환자의 혈관 재생 여부에 대한 결정을 알리는 환자별 허혈 부담 추정치를 제공한다.
대안적인 진단 접근법은 침습적 관상동맥 조영술 또는 비침습적 CT 혈관 조영술을 사용하여 관상동맥의 직접적인 해부학적 평가를 수행하는 것이다. 이것은 관상동맥 질환의 존재와 정도에 대한 정보를 제공하며, 특히 질환을 배제하거나 심각한 폐색을 진단하는 데 도움이 된다. 그러나 중간 관상동맥 병변(40-80% 직경 협착증)의 빈번한 시나리오에서, 해부학적 평가는 협착이 혈류 제한인지 또는 허혈 유발인지 정확하게 평가할 수 없다. 이러한 해부학적 평가의 한계를 극복하기 위해, 해부학적 정보를 보완하기 위해 침습적 FFR과 비침습적 가상 FFR이 개발되었다. 침습적 FFR은 관상동맥 병변의 기능적 평가를 위한 표준이 되었으며 일부 환자별 생리학적 데이터를 통합한다. 예를 들어, 침습적 FFR 측정 동안 투여된 충혈제에 대한 심근상의 반응은 개인의 관상 미세혈관 기능을 반영한다. 대조적으로, 가상 FFR의 경우 가정된 유속은 일반적으로 심근층에 공급하는 근위 혈관에 처방된다. 그러나 특정 협착증에 대한 실제 혈류 속도는 환자의 미세혈관 기능과 심폐 용량에 따라 다르다(예: 활동적인 30세 환자는, 2명의 환자가 유사한 해부학적 구조를 가짐에도 불구하고, 85살 휠체어 환자보다 훨씬 높은 혈류 속도를 가질 것이다). 따라서, 환자 관상 동맥 협착증을 평가하기 위한 현재의 계산 방법은 계산 및 결정을 알리기 위해 환자별 관상 동맥 유속을 완전히 설명하지 못한다.
더욱 환자별의 컴퓨터 혈역학적 평가를 제공하기 위해 FFR 또는 IWFR(순시파동 없는 비율)과 같은 압력 손실을 설명하는 하나 이상의 혈류 생리학적 지표가 소정 범위의 시뮬레이션된 활동 수준 또는 신진 대사 요구에서 계산될 수 있다. 환자의 신체 및 대사 활동 수준에 대한 추정 또는 계산된 정보를 사용하여 주어진 관상 병변에 대한 환자별 계산된 FFR 또는 IWFR을 알릴 수 있다. 환자의 특정 신체 활동 또는 대사 데이터는 예를 들어 검증된 활동 또는 라이프스타일 질문에서 얻을 수 있다. 예를 들어, 그러한 질문은 환자가 어떤 활동에 참여하는지 묻고 그러한 활동과 관련된 대사 요구가 결정될 수 있다. 대사 요구를 활동과 연관시키는 방법론의 예는 Sidney et al., Metabolic Equivalents (METS) in Exercise Testing, Exercise Prescription, and Evaluation of Functional Capacity, 13 Clin. Cardiol. 555-565 (1990)에 설명되어 있다. 이는 그 전체가 참고로 여기에 포함된다. 간단히 말해서, 주어진 활동과 관련된 대사 요구량은 환자가 휴식 중에 소비하는 산소의 양인 대사 등가물(MET)의 배수로 정의될 수 있다. 대사 요구량은 특정 강렬한 유산소 활동에 대한 1개의 MET(휴식 중)로부터 15개 이상의 METS까지 다양하다. 단일 MET의 값은 환자에 따라 다를 수 있으며 환자의 체중에 따라 달라질 수 있다. 주어진 활동에 대한 METS의 수는 특정 활동의 강도와 난이도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 단일 MET는 분당 산소의 부피로 정의될 수 있다. 분당 산소의 양은 환자의 혈류 속도와 선형적으로 비례할 수 있기 때문에 맥관 구조의 주어진 지점에서 환자의 혈류 속도와 해당 혈류에 의해 제공되는 대사 요구(즉, METS의 수) 사이에 직접적인 관계가 수립될 수 있다. .
활동 설문지를 기반으로 대사 요구량을 결정하는 것 외에 또는 대안으로, 환자의 대사 요구량은 관상 동맥 심장 질환이 의심되는 많은 환자가 검사전 진단의 일부로 받는 Bruce 프로토콜과 같은 표준화된 운동 테스트에서 결정할 수 있다. 그러한 운동 테스트를 위한 예시적인 프로토콜은 Lear et al., Exercise Stress Testing: An Overview of Current Guidelines, 27(5) Sports Med. 285-312(1999년 5월)에 기재되어 있으며, 그 전체가 참고로 여기에 포함된다. 간단히 말해서, 운동 테스트를 기반으로 환자의 특정 최대 MET 값, 즉 환자가 참여하는 활동의 최대 수준과 관련된 MET 값을 결정할 수 있다.
이 환자 고유의 대사 작업 부하는 혈역학적 계산에 규정된 관상 동맥 유량(예: 하나 이상의 경계 조건)을 알리고, 알려진 방법에 대해 상대적으로, 계산된 FFR 값 또는 상대 혈역학적 값(들)의 진단 정확도를 개선하는 데 사용될 수 있다.
Navier-Stokes 수식은 관상 동맥의 유동장, 예를 들어 관심 영역(ROI)의 혈관 내 압력 및 속도를, 일부 형태에서는 시간 및 3차원(3D) 공간의 함수로, 그리고 다른 형태에서는 3D 공간만의 함수로 설명하는 데 사용할 수 있다. 이러한 유동장에서 예를 들어 압력 강하, FFR, 순간파동이 없는 비율(IWFR), 혈관 내 압력 변화 및 점성 전단 응력(벽 전단 응력, WSS), 등과 같이 임상 관심 양이 계산될 수 있다. Navier-Stokes 수식을 풀기 위해 CFD가 사용되며 솔루션에는 ROI에 대한 경계 조건 부과가 포함된다. 피험자의 혈관 내강 형상(CT 또는 기타 혈관 영상에서 얻음)은 유입 유량(예: 선택된 유입 경계에서) 및 혈관 분지(예: 하나 이상의 유출) 간의 흐름 분포의 일부 조합과 함께 CFD에 포함된다. ROI 내의 압력장은 기준 압력과의 편차로 계산될 수 있으며, 따라서 압력장 계산 시 ROI 내의 압력의 절대 레벨, 예를 들어 Pa는 CFD에 대해 필요하지 않을 수 있다. 기준으로부터의 편차가 계산되면 기준 압력(예: Pa)이 결정될 때 필드의 절대 압력이 결정될 수 있다. 그러나 여기에 공개된 가상 스트레스 테스트의 일부 실시예와 같은 모든 압력 관련 결정이 기준 압력을 필요로 하는 것은 아니며, 대신 기준선 참조 없이 압력장을 기반으로 할 수 있다.
압력 강하, FFR 및 IWFR과 같은 관상 동맥 흐름의 많은 임상 적용에서 Navier-Stokes 수식은 시간과 무관한 것으로 취급될 수 있다(즉, 3개의 공간 차원으로, 그러나 시간 차원과 무관하게). 예를 들어, 압력 비율의 시간 평균 Pd/Pa는 순간 압력 비율의 평균을 나타내며, 여기서 Pd는 ROI의 압력이고 Pa는 기준 압력이다. 이는 3차원 CFD 모델이 이러한 압력 지수를 계산하는 데 적합하므로 4차원 모델(즉, 3개의 공간 차원과 시간이 통합된 모델)보다 더 빠른 계산이 가능하다는 것을 의미한다.
ROI 내의 압력장은 예를 들어 ROI 내부 및 주변의 유량에 기초하여 결정될 수 있다. 관상 동맥 흐름 및 압력의 경우 관심 영역의 근위 위치와 원위 위치 사이의 유속과 압력 구배(ΔP) 간의 관계는 아래 수식(1)과 같이 2차 수식으로 잘 근사화될 수 있다.
ΔP = aQ + bQ2 (수식 1)
여기서 a 및 b는 개별 환자의 혈관 기하학 및 혈액 점도에 따라 달라지는 상수이며, 아래에 설명된 방식으로 주어진 환자에 대해 계산할 수 있다. 수식 (1)은 물리적 및 수학적 기반을 모두 가지고 있다. 물리적으로 aQ 항은 혈액 점도로 인한 직접적인 압력 손실과 관련이 있는 반면, bQ2 항은 흐름 분리 및 난류(존재할 경우)로 인해 발생하는 압력 손실과 관련이 있다. bQ2 항은 협착이 흐름 분리를 일으킬 만큼 충분히 클 때 중요할 수 있다. 수학적으로, 수식은 ΔP = fcn(Q)에 대한 다항식 급수 전개의 처음 두 항으로 볼 수 있다. 수식 (1)은 유체 역학을 통해 유동장이 결정되는 대상 환자의 혈관계 영역에 걸친 압력 강하를 해결한다.
a 및 b를 계산하기 위해, 3차원 Navier-Stokes 수식은 Q의 두 가지 다른 값에 대해 풀릴 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 값 Q1은 휴지 조건에 일반적인 유량을 나타내고, 두 번째 값 Q2는 운동(또는 충혈) 상태의 전형적인 유량을 나타낼 수 있다. 이러한 계산은 ΔP에 대해 두 개의 값을 제공하므로 아래의 수식 (2)와 (3)은 Q1, Q2, ΔP1 및 ΔP2가 알려지면 a 및 b에 대해 풀 수 있다.
ΔP1 = aQ1 + bQ1 2 (수식 2)
ΔP2 = aQ2 + bQ2 2 (수식 3)
주어진 환자에 대한 계수 a 및 b가 알려지면, 범위 내의 각 흐름 조건에 대해 추가 CFD 없이 흐름 조건 범위(예: 생리학적으로 관련된 흐름 조건 범위)에 대해 ΔP를 계산할 수 있다.
기하학적 및 유동 분할 불확실성 외에도, 비침습적 FFR 계산에 불확실성의 두 가지 원인이 있다. (1) 충혈 상태에서 혈관 내 대동맥 압력인 Pa는 알려져 있지 않고, (2) 충혈하의 유입량인 Q가 알려져 있지 않는다.
CFD는 Pa와 독립적으로 ΔP를 직접 제공한다. 반면에, FFR(Pd/Pa 비율로 계산)은 Pa의 환자별 값에 직접적으로 의존한다. 결과적으로, 계산된 FFR에 대하여, ΔP가 계산되면 Pa의 값을 가정해야 한다. Pa의 가정된 값은 예를 들어 커프 혈압 측정에서 파생되거나, 모든 대상에서 Pa = 100mmHg로 가정될 수 있다.
ΔP가 폐쇄성 CAD의 진단 지표로 사용될 수 있다는 임상 데이터가 있다. 이 가능성을 입증하기 위해, Pa = 100mmHg의 인구 평균을 고려해보자. 이러한 평균 Pa 값의 경우: (a) FFR = 0.8(일반적으로 폐쇄성 병변을 나타내는 것으로 간주됨)은 ΔP = 20mmHg에 해당한다. (b) IWFR = 0.9(또한 일반적으로 폐쇄성 병변을 나타내는 것으로 간주됨)는 ΔP = 10mmHg에 해당한다.
따라서 다음 방식에서 가상 스트레스 테스트로 계산 방법을 사용하는 근거가 있다. (1) CT 이미지 또는 기타 비침습적으로 얻은 이미지와 같은 환자 ROI의 이미지를 기반으로, 2개의 서로 다른 가정된 유량에서 ΔP를 계산하고; (2) 대상에 대한 계수 a 및 b를 결정하기 위해 위의 수식 (1) 및 (2)에 명시된 2차 관계를 사용하며; (3) 유량 범위에 걸쳐 ΔP 대 Q의 곡선을 제시하고; (4) ΔP의 임계값에 해당하는 유량을 결정하며(예: FFR = 0.8의 경우 20mmHg, IWFR = 0.9의 경우 10mmHG). (5) 안정 시와 예상되는 생활 방식 활동에서 환자의 예상 흐름 요구 사항을 기반으로, 결과 ΔP 값이 폐쇄성 CAD를 나타내는지 여부를 결정한다. 이 방법론은 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
도면을 참조하면, 동일한 참조 번호는 다양한 도면에서 동일하거나 유사한 특징을 지칭한다. 도 1은 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 전자 시스템(10)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 예시적인 시스템(10)은 환자 이미지 소스(12), 사용자 입력 장치(14), 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16), 및 디스플레이(18)를 포함할 수 있다. 전자 환자 데이터(예: 환자의 관심 영역의 이미지 및 기타 데이터)를 기반으로 하는 스트레스 테스트는 환자에 대한 다양한 혈역학적 정보를 결정하고/하거나 환자에 대한 추가 테스트, 중재적 평가 및/또는 중재적 치료에 관한 권장 사항을 제공한다.
시스템(10)의 하나 이상의 양태는 일 실시예에서 임상 환경에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 환자 이미지 소스(12), 사용자 입력 장치(14), 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16), 및 디스플레이(18)는 모두 병원과 같은 공통 임상 환경에서 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(10)의 구성요소는 랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터 또는 워크스테이션으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16)과 같은 시스템의 하나 이상의 구성요소는 클라우드 컴퓨팅 서비스 배치에서와 같이 임상 환경에서 원격으로 제공될 수 있다.
환자 이미지 소스(12)는 대상 환자의 혈관계에 대한 하나 이상의 의료 이미지를 획득하도록 구성된 의료 이미지 획득 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 환자 이미지 소스(12)는 비침습적 이미지 획득 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 이미지 소스(12)는 특히 컴퓨터 단층촬영(CT) 획득 장치, 혈관내 초음파(IVUS), 이중평면 혈관조영술, 광간섭 단층촬영(OCT), 자기공명영상(MRI) 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 환자 이미지 소스(12)는 기존 이미지 데이터의 저장소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 이미지 소스(12)는 데이터베이스 또는 다른 로컬 전자 데이터 저장소, 또는 의료 이미지를 저장하도록 구성된 원격 저장소(예를 들어, 클라우드 기반 저장소)와 같은 의료 이미지 저장 장치를 포함할 수 있다.
사용자 입력 장치(14)는 마우스, 터치패드, 터치스크린, 키보드, 마이크로폰, 카메라, 또는 기타 입력 장치와 같은 컴퓨팅 시스템에 대한 입력을 위한 하나 이상의 장치이거나 이를 포함할 수 있다.
가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16)은 프로세서(20) 및 데이터 및 명령어를 저장하도록 구성된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리(22)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메모리(22)는 대상 환자로부터의 이미지를 저장할 수 있고, 따라서 환자 이미지 소스(12) 또는 그의 양태로서 기능할 수 있다. 프로세서(20)는 본 개시의 단계, 방법, 알고리즘 등 중 하나 이상을 수행하기 위해 메모리(22)에 저장된 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 특히, 메모리(22)는 기하학적 결정 모듈(24), 경계 조건 결정 모듈(26), 유동장 결정 모듈(28), 압력 결정 모듈 및 가상 응력 테스트 모듈(32)을 포함하는 다양한 기능 모듈을 명령어 형태로 저장하도록 구성될 수 있다.
메모리(22)의 다양한 모듈(24, 26, 28, 30, 32)은 개별적으로 설명되지만, 이러한 분리는 단지 논의의 편의를 위한 것임을 이해해야 한다. 다양한 모듈이 구현된 명령어는 공통 파일, 저장 장치 등에 있을 수 있다. 유사하게, 여기에 설명된 하나 이상의 모듈은 다수의 개별 파일, 저장 장치 등으로 분리될 수 있다.
기하학 결정 모듈(24)은 환자 이미지 소스로부터 획득된 이미지로부터 해부학적 관심 영역(ROI)의 전자 기하학 표현(예를 들어, 모델)을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, ROI는 하나 이상의 동맥 분절과 같은 대상 환자의 심혈관계의 일부일 수 있다. 하나 이상의 동맥 분절은 하나 이상의 동맥의 일부 및 이로부터 연장되는 하나 이상의 분지를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 동맥 분절은 하나 이상의 관상 동맥 분절을 포함할 수 있다. 하나 이상의 관상 동맥 분절은 대상의 대동맥에서 나오는 하나 이상의 관상 동맥의 일부 및 이로부터 연장되는 하나 이상의 분지를 포함할 수 있다. 하나 이상의 관상 동맥 분절은 좌관상 동맥(LCA) 및/또는 우관상 동맥(RCA)의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 좌관상동맥(LCA)에 대한 하나 이상의 관상동맥 분절은 좌주관상동맥(LM), 좌전하행(LAD), 좌회굴동맥("Circumflex"라고도 함), 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.
본 개시내용은 관상동맥 분절을 참조할 것이다. 그러나, 하나 이상의 동맥 분절은 논의된 관상 동맥 분절에 제한되지 않고 다른 관상 동맥 분절, 다른 유형의 동맥 분절, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 동맥 분절은 대뇌 동맥 분절(들), 대퇴 동맥 분절(들), 장골 동맥 분절(들), 슬와 동맥 분절(들), 경동맥 분절(들), 신동맥 분절, 등등을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기하학 결정 모듈(24)에 의해 생성된 기하학적 표현은 하나 이상의 동맥 분절의 공간 부피의 3차원(3-D) 전자 모델일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 동맥 분절의 기하학적 표현은 3차원 체적 메쉬, 예를 들어 다면체(예: 사면체)로 이산화될 수 있다. 일부 실시예에서, 기하학적 표현은 각 동맥 분절의 루멘의 경계를 나타내는 표면 메쉬를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 경계 조건 결정 모듈(26)은 각각의 동맥 분절에 대한 경계를 결정하도록 구성될 수 있다. "경계"는 동맥 분절 표현의 단면을 나타낼 수 있으며, 다음을 포함할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다: 혈류가 흐르는 단면에 해당하는 유입 경계; 혈류가 외부로 향하는 유입 경계로부터 하류 또는 말단에 배치된 단면에 대응하는 하나 이상의 유출 경계; 동맥벽의 내부 표면과 흐르는 혈액 사이의 경계면에 해당하는 하나 이상의 혈관벽 경계; 등등; 또는 이들의 조합.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 유출 경계는 접합점(예를 들어, 분기점, 삼분기점 등, 및 이들의 조합)에 또는 이에 인접하여 배치된 유출 경계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 유출 경계는 좌측 굴곡 동맥에 또는 이에 인접하게 배치된 유출 경계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 유출 경계는 제1 유출 경계와, 유입 경계와 제1 유출 경계 사이에 배치되는 제2 유출 경계를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 유출 경계는 세그먼트의 말단 경계(즉, 유입 경계로부터 하류 또는 말단에 배치된 단면)에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 기하학적 표현이 좌관상동맥을 포함하는 경우, 제2 유출 경계는 곡곡부(circumflex)에 대응할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 유출 경계 및 제2 유출 경계는 하나 이상의 추가 유출 경계, 예를 들어, 적어도 제3 유출 경계에 의해 분리될 수 있다. 제3 유출 경계는 분기 또는 분기점과 같은 접합점에 해당하거나 이에 인접할 수 있다.
일부 실시예에서, 경계 조건 결정 모듈(26)은 기하학적 결정 모듈(24)에 의해 생성된 기하학적 표현을 사용하여 각 경계에 대한 기하학적 데이터를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 기하학적 데이터는 혈관 반경, 직경, 둘레, 면적, 심장외막 관상동맥 용적, 길이, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 경계 조건 결정 모듈(26)은 각각의 동맥 분절에 대한 각각의 경계에 대한 경계 조건을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 세그먼트에 대한 경계 조건은 무엇보다도 유입 경계 조건, 유출 경계 조건, 하나 이상의 용기 벽 경계 조건, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유입 경계 조건은 속도, 유량, 압력 또는 기타 특성에 대한 값 또는 값 범위일 수 있다. 각 유출 경계 조건은 속도, 유속, 압력, 유입 경계의 백분율 또는 기타 특성에 대한 값 또는 값 범위일 수 있다. 각 용기 벽 경계 조건은 속도, 유속, 압력, 이들의 조합 또는 기타 특성에 대한 값 또는 값 범위일 수 있다.
일부 실시예에서, 유입 경계 조건 및/또는 유출 경계 조건의 결정은 환자 정보, 적용 가능한 생리학적 상태(예: 휴식 상태, 충혈 상태), 분절의 유형(예: LCA 또는 RCA), 등, 또는, 이들의 조합에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 유입 경계 조건은 예상되는 환자 활동 수준에 따라(예를 들어, 환자에 의해 제공된 정보에 기초하여) 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 유입 경계 조건은 저장된 값 및/또는 사용자에 의해 지정될 수 있다.
일부 실시예에서, 유입 경계 조건은 혈관 부분의 반경, 직경, 길이 또는 부피와 같은 해부학적 ROI의 기하학적 구조에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 유량은 아래 수식 4와 같이 관심 영역의 루멘 부피를 기반으로 하는 모델에 따라 계산될 수 있다.
Qin = αVβ (수식 4)
여기서 Qin은 해부학적 모델의 입구에서의 유량, V는 관심 영역의 루멘 부피, α는 환자의 생리적 상태에 따라 달라지는 계수, β는 혈관 트리 구조에 따라 달라지는 계수, 및, 일부 실시예에서, 해부학적 영역의 3D 모델을 생성하는 데 사용되는 이미지의 해상도이다.
관심 영역이 관상 동맥 나무인 실시양태에서, V는 근위 기점으로부터, 분절된 혈관 직경이 특정 직경인 위치까지, 정의된 LCA 또는 RCA의 내강 부피일 수 있으며, 이 직경은 환자의 해부학적 부분 모델을 생성하는 데 사용된 이미지의 해상도에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 이 위치는 일부 실시예에서 이미지 데이터 세트의 3개 또는 4개의 복셀의 직경으로 정의될 수 있다. 특정 예에서, 위치는 루멘이 1mm 또는 1.5mm의 직경을 갖는 경우일 수 있다.
일부 실시예에서, 파라미터 α 및 β는 모든 환자에 걸쳐 일정할 수 있고, α 및 β의 값을 검증할 수 있는 비침습 및 침습 데이터 모두를 갖는 예시적인 데이터 세트로부터 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 유출 경계 조건은 유출 분포 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 유출 분포 모델은 기하학적 데이터 및/또는 저장된 혈역학적 데이터를 사용하여 결정될 수 있다. 저장된 혈역학적 데이터는 유출 경계의 기하학적 구조(예: 반경, 직경, 길이, 부피 또는 기타 기하학적 특성)와 각각의 유속 간의 경험적 관계를 정의하거나 정의하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 경계 조건 생성 모듈은 저장된 혈역학적 데이터 및 세그먼트의 첫 번째 및 두 번째 유출 경계의 반경, 직경, 길이, 부피, 및/또는 기타 기하학적 특징을 사용하여 유출 분포 모델을 결정할 수 있다. 다른 예에서, 경계 조건 생성 모듈은 해당 분절의 제 1 유출 경계(원위 경계)의 기하학적 데이터, 예를 들어, 반지름, 직경, 길이, 부피, 및/또는 기타 기하학적 특징만을 사용하여 유출 분포 모델을 결정할 수 있다. 유출 분포 모델은 각 유출 경계에 대한 유출(예: 속도, 유속, 유입 비율)을 결정하는 데 사용할 수 있으므로 각 유출 경계 조건을 결정할 수 있다.
예로서, 경계 조건 결정 모듈(26)에 의해 결정된 경계 조건은 정상 및/또는 비정상 흐름 계산과 함께 사용되어 유동장(예를 들어, 혈류, 벽 전단 응력 등) 및 혈역학 정보(예: FFR, IWFR 등)를 결정할 수 있다. 경계 조건 결정 모듈은 또한 최적화 접근 방식을 사용하여 동맥 분절 흐름 분할을 정의한다. 따라서, 경계 조건 생성 모듈(26)은 경계 조건을 결정함에 있어 유연성, 정확성 및 효율성을 제공할 수 있다.
유동장 결정 모듈(28)은 기하학적 결정 모듈(24)에 의해 결정된 기하학적 표현, 경계 조건 결정 모듈(26)에 의해 결정된 하나 이상의 경계 조건, 및 환자 각각의 압력 데이터를 사용하여 각각의 동맥 분절에 대한 유동장을 결정하도록 구성될 수 있다. 압력 데이터는 예를 들어 휴식 상태에서 환자의 커프 압력일 수 있다. 일부 실시예에서, 유동장은 압력장, 속도장, 벽 전단 응력장, 축방향 플라크 응력, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 유동장 파라미터(예를 들어, 압력장, 속도 등)는 기하학적 데이터 및 경계 조건에만 기초할 수 있다. 이러한 방식으로, 유동장 결정 모듈은 공간적 위치에만 기초하여 유동장을 결정하도록 구성될 수 있다(즉, 시간과 무관함).
압력 결정 모듈(30)은 유동장 결정 모듈(28)에 의해 결정된 유동장을 사용하여 환자 해부학의 하나 이상의 지점에서 혈압을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 데이터는 계산된 흐름/압력장, 예를 들어 혈압 커프에 의해 결정되는 환자의 평균 혈압의 비침습적 결정, 또는 이들의 조합으로부터 결정될 수 있다.
압력 결정 모듈(30)은 특정 위치의 사용자(예를 들어, 의사) 선택에 응답하여 환자의 해부학적 구조의 특정 위치에서 특정 압력을 결정하도록 구성될 수 있다. 사용자는 디스플레이(18) 상의 환자 관심 영역(예를 들어, 동맥)의 기하학적 모델의 디스플레이와 관련하여 사용자 입력 장치(14)로 그 선택을 입력할 수 있다. 실시예에서, 압력 결정 모듈은 사용자가 선택한 위치에서 압력 강하를 결정하기 위해 사용자가 선택한 위치로부터 상류 및 하류의 압력을 결정하도록 구성될 수 있다.
가상 스트레스 테스트 모듈(32)은 환자 해부체에 대한 스트레스 테스트를 시뮬레이션, 즉 가상 스트레스 테스트를 수행하도록 구성될 수 있다. 가상 스트레스 테스트는 실시예에서 본 명세서에 개시된 활동 수준의 범위에 대한 환자의 해부학적 구조의 하나 이상의 지점에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 가상 스트레스 테스트의 결과에 기초하여, 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템은 압력 강하가 환자의 해부학적 구조에서 임상적으로 유의한 협착을 나타내는 환자의 활동 수준을 결정할 수 있다. 결정된 활동 수준에 기초하여, 추가 진단 절차 및/또는 중재 절차가 수행되어야 하는지 여부가 시스템(16) 또는 임상의에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 가상 스트레스 테스트 모듈(32)에 의해 수행되는 가상 스트레스 테스트는 절대 압력, 기준 압력 또는 절대 압력 기반 혈역학 지수의 결정 없이, 해부학적 관심 영역 내의 압력 구배에 기초하여 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 가상 스트레스 테스트는 기준 압력의 결정 및 IWFR, FFR, dPR 등과 같은 하나 이상의 혈역학적 지수 값의 계산을 포함할 수 있다.
절대압 또는 절대압 기반 혈역학적 지수를 계산하기 위해 평균 이완기 대동맥압과 같은 하나 이상의 Pa 값이 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 상완 커프 압력 측정값을 사용하여 평균 이완기 압력을 추정할 수 있다. 커프 압력은 최고 수축기 혈압(SP)과 최소 이완기 혈압(DP)을 제공한다. 자유 파동 기간 동안 (IWFR 계산에 사용될 수 있는) 안정기 평균 대동맥 이완기 혈압(Padmean, 또는 dPa)은 일부 실시예에서 다음 수식 5에 명시된 전달 함수에 따라 SP 및 DP의 커프 값에서 추정할 수 있다.
Padmean = (SP + 3DP)/4 (수식 5)
다른 실시예에서, 커프 압력 값을 기준 압력과 관련시키기 위해 다른 전달 함수가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 안정기 평균 대동맥 확장기 혈압 Pa(Padmean, 또는 dPa)는 하기 수식 6과 같이 커프 압력으로부터 계산될 수 있다:
dPa = Pc + offset (수식 6)
여기서 Pc는 아래 수식 7에 의해 주어진 안정시 상완 커프 압력이다.
Pc = dPc + FF*PP (수식 7)
dPc는 확장기 커프 압력, FF는 스칼라 폼 팩터, PP는 커프 맥박 압력이다(예: 휴식 중인 대상 환자의 수축기(SP)와 이완기(DP) 커프 압력의 차이). 스칼라 폼 팩터 FF는 0.15와 0.45 사이의 값을 가질 수 있고, 예를 들어 심박수, 연령, 키, 수축기 혈압 및/또는 증가 지수를 포함하는 환자 고유의 특성에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, FF는 대략 0.2, 0.25, 또는 0.33일 수 있다. 일부 실시예에서, 수식 6의 오프셋 값은 약 0과 -10 mmHg 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 수식 6의 오프셋 값은 약 -7 mmHg일 수 있다. 오프셋의 값은 일부 실시예에서 폼 팩터 FF의 값, 원하는 혈역학적 지수(따라서 검사 중인 심장 주기의 부분), 및 환자의 생리학적 상태에 따라 달라질 수 있다.
다른 실시예에서, 평균 대동맥 확장기 압력은 확장기 동안 커프 압력을 대동맥 압력과 관련시키는 전달 함수를 사용하여 추정될 수 있다. 예를 들어, 확장기 Pa 값은 환자 집단의 침습적으로 측정된 커프 압력 및 이완기 안정기 중심 압력을 포함하는 데이터 세트에 맞는 폼 팩터 FF 및/또는 오프셋 값을 찾음으로써 대상 환자의 커프 압력으로부터 결정될 수 있다. 이 기능을 알게 되면 비침습적으로 측정된 커프 압력으로부터 이완기 안정기 압력의 추정치를 얻는 데 사용할 수 있다.
다른 실시예에서, 평균 대동맥 확장기 압력은 광학 손가락 장치 또는 다른 착용 가능한 압력 측정 장치(예를 들어, 방사형 안압 측정 장치)와 상완 커프 압력 장치의 조합으로부터 추정될 수 있다. 예를 들어, 광학 손가락 장치 출력의 푸리에 분석이 수행되어, Pa 값을 결정하기 위해 상완 커프 압력과 수학적으로 결합될 수 있다.
도 2는 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 방법(40)의 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(40), 또는 방법(40)의 하나 이상의 양태는 실시예에서 도 1의 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16)에 의해 수행될 수 있다.
방법(40)은 블록(42)에서 환자 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 환자 데이터는 예를 들어, 환자의 나이, 성별, 상완 커프 혈압, 사용자 증상에 대한 설명 등과 같은 환자에 대한 기본 정보를 포함할 수 있다. 환자 데이터는 실시예에서 사용자의 전형적인 활동 수준(예를 들어, 좌식 또는 활동, 주당 운동량, 걷기 및 달리기와 같은 주당 특정 활동량 등)과 같은 환자의 대사 데이터를 추가로 포함할 수 있다. 환자 데이터는 일 실시예에서 심장초음파와 같은 하나 이상의 진단 테스트로부터의 환자 데이터를 더 포함할 수 있다.
방법(40)은 블록(44)에서 환자 해부체의 이미지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 수신된 환자 이미지는 실시예에서 CT 이미지, MRI 이미지, 또는 다른 비침습적으로 획득된 이미지일 수 있다. 이미지는 환자의 해부학적 관심 영역을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어 수신된 이미지는 하나 이상의 관상 동맥 또는 다른 관심 혈관계를 포함할 수 있다. 이미지는 이미징 장치 또는 데이터베이스 또는 기타 컴퓨터 메모리와 같은 환자 이미지 소스로부터 수신될 수 있다.
방법(40)은 블록(46)에서, 블록(44)에서 수신된 이미지에 기초하여 관심 환자 영역의 각각의 해부학적 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 해부학적 모델은 관심 해부학을 분할함으로써 생성될 수 있다. 관심 해부학은 예를 들어 하나 이상의 관상 동맥일 수 있다. 도 4는 관상 동맥의 예시적인 해부학적 모델(56)을 도시한다. 해부학적 모델은 일 실시예에서, 도 1의 기하학적 결정 모듈(24)에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 해부학적 모델은 컴퓨팅 시스템에 의해 생성되거나 대상 환자의 기존 모델을 수신함으로써 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 혈역학 정보 컴퓨팅 시스템(16))에 의해 획득될 수 있다.
방법(40)은 블록(48)에서 하나 이상의 경계 조건 모델 값 세트를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 경계 조건 값 세트는 일 실시예에서 동일한 경계 조건 모델에 대한 각각의 값 세트(예: 동일한 유입 경계, 유출 경계, 벽 경계 등에 대한 각 조건 값 세트)일 수 있다. 블록(48)은 일부 실시예에서 하위 부분(48a 및 48b)을 포함할 수 있다. 따라서, 방법(40)은 블록(48a)에서 유입 유량을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유입 유량은 환자의 해부학적 ROI의 입구에 대한 유량일 수 있다. 다른 실시예에서, 혈류량은 ROI의 다른 부분에 대한 유량일 수 있다.
블록(48a)에서 얻은 유입 유량은 환자의 특정 활동 수준 또는 생리학적 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 블록(48a)에서 얻은 유입 유량은 환자의 휴식 상태를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 유입 유량은 환자의 충혈 상태를 나타낼 수 있다. 또 다른 실시예에서, 블록(48a)에서 얻은 유입 유량은 환자의 임의의 활동 수준(예를 들어, 환자의 연령, 건강 등이 주어진 환자에 대한 임의의 실현 가능한 흐름 속도)을 나타낼 수 있다.
블록(48a)에서 얻은 유입 유량은 일부 실시예에서 환자의 심장 주기의 원하는 지점 또는 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 블록(48a)에서 얻은 유입 유량은 환자의 전체 심장 주기에 걸쳐, 또는 환자의 이완기의 전체 파동이 없는 기간에 걸쳐, 또는 전체 이완기에 걸쳐, 평균 유량을 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 유입 유량은 이완기의 중간점과 같은 심장 주기 내의 특정 시점을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 블록(48a)에서 유입 유량을 획득하는 것은 위의 수식 4와 관련하여 논의된 바와 같이 환자 해부학적 모델의 기하학적 구조에 따라 유입 유량을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 식 (4)와 관련하여 위에서 논의한 바와 같이, 유입 유량 Qin은 환자의 생리학적 상태에 의존하는 α 항을 포함한다. 따라서, 블록(48a)에서 유입 유량을 획득하는 것은 원하는 활동 수준에 적절한 α 값을 결정하거나 선택하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 위의 수식 4에 따라 유입 유량을 계산하는 대신, 블록(48a)에서 혈류 속도를 획득하는 것은 유입 유량의 사용자 입력을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 유입 유량은 사용자 수동 입력을 통해(예를 들어, 시스템(10)의 사용자 입력 장치(14)를 통해) 수신될 수 있다. 일 실시예에서, 블록(48a)에서의 유입 유량은 환자의 대사 요구 및 상태에 기초하여 (예를 들어, 임상의 또는 전자 시스템에 의해) 결정될 수 있다.
블록(48)은 블록(48b)에서, 블록(48a)에서 얻은 유입 유량에 따라 그리고 흐름 분할 모델(본 명세서에서 유출 분포 모델로도 지칭될 수 있음)에 따라 출구 유량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 유동 분할 모델은 환자 해부학적 영역의 3차원 전자 모델의 기하학적 구조에 따라 계산되거나 결정되었을 수 있다. 일부 실시 예에서 흐름 분할 모델은 전자 모델에서 혈관의 상대 반경, 직경, 원주, 길이, 부피 및/또는 표면적에 따라 계산될 수 있다.
블록(48a)에서 구한 유량과 관련하여, 블록(48b)에서 계산된 출구 유량은 환자의 해부학적 영역 각각에 설정된 경계 조건 모델 값을 포함할 수 있다. 경계 조건 모델 값 세트는 환자의 특정 생리적 상태 또는 활동 수준(예: 휴식 상태, 충혈 상태 또는 기타 상태) 및 환자의 심장 주기의 특정 부분 또는 지점(예: 전체 심장 주기, 이완기, 심장 주기의 시점, 등)을 나타낼 수 있다.
해부학적 영역이 환자의 관상 동맥인 실시예에서, 블록(48a)에서 구한 유입 유량은 관상 동맥에 대한 입구 유량일 수 있고, 유동 분할 모델은 전자 모델에서 입구의 하류에 있는 관상 동맥 부분의 기하학적 구조에 따라 계산될 수 있다. 유동 분할 모델은 유입구 하류의 관상 동맥 부분의 상대 반경, 직경, 원주, 길이, 표면적 또는 부피에 따라 계산될 수 있다. 일부 실시예에서, 흐름 분할 모델은 전자 모델의 심외막 용적에 따라 계산될 수 있다.
방법(40)은 블록(50)에서, 해부학적 모델(예를 들어, 모델 56), 하나 이상의 경계 조건 모델 값 세트, 및 일부 실시예에서 환자 데이터에 기초하여 환자 해부학을 통한 혈류의 유체 역학을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 블록(50)은 해부학적 모델, 경계 조건, 및 환자의 각각의 압력 데이터(예를 들어, 대동맥압 데이터)를 사용하여 각각의 동맥 분절에 대한 유동장을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 환자에 대한 압력 데이터, 예를 들어 커프 압력 및/또는 저장된 값이 획득될 수 있다. 일부 실시예에서, 유동장은 압력장, 속도장, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 유체 역학은 일 실시예에서 도 1의 유동장 결정 모듈(28)에 의해 계산될 수 있다.
일부 실시예에서, 속도장 및/또는 압력장은 시간에 관계없이 경계 및 경계 조건만을 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 속도장 및/또는 압력장은 속도 및 압력 변수가 공간적 위치의 함수인(즉, 시간은 고려되지 않음) 정상 흐름 Navier-Stokes 수식을 사용하여 결정될 수 있다. 이러한 방식으로 압력과 속도는 거의 실시간으로 정확하고 효율적으로 결정되어 임상의가 현장 진료 분석을 가능하게 한다.
방법(40)은 블록(60)에서 환자 데이터 및 계산된 유체 역학에 기초하여 가상 스트레스 테스트를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가상 스트레스 테스트를 수행하는 것은 환자의 활동 수준 범위(따라서 혈류 수준 범위)에 걸쳐 환자의 맥관 구조에서 하나 이상의 위치에 대한 일련의 압력 강하를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 일련의 압력 강하를 분석하여 환자와 관련된 활동 수준에서 협착을 나타내는 임상적으로 유의한 압력 강하가 환자에게 있는지 확인할 수 있다.
일부 실시예에서, 블록(60)은 활동 수준의 범위에 걸쳐 기준 압력, 절대 압력, 및/또는 하나 이상의 혈역학적 지수 값을 계산하는 것을 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 절대 압력 및/또는 혈역학적 지수 값을 분석하여(예: 역치와 비교하여) 환자가 임상적으로 유의한 활동 수준에서 협착을 나타내는 임상적으로 유의한 압력 값 또는 혈역학 지수 값을 갖는지 여부를 결정할 수 있다.
방법(40)은 블록(54)에서, 가상 스트레스 테스트에 기초하여 환자에 대한 추가 절차를 추천하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가상 스트레스 테스트가 환자와 관련된 활동 수준에 대해 환자의 혈관계 위치에서 임상적으로 유의한 압력 강하를 나타내는 경우, 침습적 혈관 조영술, 및 협착이 의심되는 부위의 압력 측정과 같은 추가 진단 절차가 환자에게 권장될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 예를 들어 협착이 의심되는 위치에 스텐트를 배치하는 것과 같이 협착을 해결하기 위해 교정 절차가 권장될 수 있다.
도 3은 가상 스트레스 테스트를 수행하기 위한 방법(60)의 실시예를 예시하는 흐름도이다. 방법(60), 또는 방법(60)의 하나 이상의 양태는, 실시예에서, 도 1의 가상 스트레스 테스트 컴퓨팅 시스템(16)에 의해 수행될 수 있다. 방법(60)은 방법(40)의 블록(48, 50, 52)의 실시예로 간주될 수 있다.
방법(60)은 블록(62)에서 환자의 제1 활동 수준에서 제1 유입 유량을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 유입 유량은 예를 들어, 제1 활동 수준과 상관될 수 있는 제1 생리학적 조건에서 환자에 대한 예상 유량일 수 있다. 제1 활동 수준은 환자에 대한 관련 활동 범위 내의 임의의 활동 수준일 수 있다. 예를 들어, 제1 혈류량은 낮은 수준의 신체 활동(즉, 휴식 상태)에 대응하는 환자의 기대 휴식 유속일 수 있다. 블록(62)에서의 유량은 (예를 들어, 시스템(10)의 사용자 입력 장치(14)를 사용하여) 유량의 사용자 수동 입력을 통해 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 블록(62)에서의 유속은 환자의 대사 요구 및 상태에 기초하여 (가령, 임상의에 의해 또는 전자 시스템에 의해) 결정될 수 있다(예를 들어, 본 명세서의 수식 (4)에 따라, 첫 번째 활동 수준에 적합한 값을 결정). 일 실시예에서, 블록(62)에서 획득된 제1 유입 유량은 환자에 대한 유속의 관련 범위 내의 임의의 유속(즉, 환자가 환자의 정상적인 활동 동안 경험할 것으로 예상될 수 있는 유속)일 수 있다.
방법(60)은 블록(64)에서, 환자의 제1 활동 수준에서 관심 영역의 유속 및 압력을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 속도장 및/또는 압력장은 각각의 관심 영역의 정의된 경계 및 경계 조건(이는 차례로 블록(62)에서 수신된 유량에 기초할 수 있음)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 속도장 및/또는 압력장은 속도 및 압력 변수가 공간적 위치만의 함수인(즉, 시간은 고려되지 않음) 정상 흐름 Navier-Stokes 수식을 사용하여 결정될 수 있다. 유동 속도 및 압력은 예를 들어 도 1의 시스템(10)의 유동장 결정 모듈(28)에 의해 결정될 수 있다.
방법(60)은 블록(66)에서, 제1 활동 수준(즉, 제1 유입 유량)에 대한(예를 들어, 하나 이상의 사용자 지정 지점 및/또는 다른 지점에서) 제1 압력 강하를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 압력 강하는 혈관 입구에서 관련 지점(예: 사용자 지정 또는 기타)까지의 압력 강하일 수 있다. 압력 강하는 제1 활동 수준에 대해 계산된 유동장에 기초하여 계산될 수 있다.
방법(60)은 블록(68)에서, 환자의 제2 활동 수준에서 제2 유입 유량을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 유입 유량은 예를 들어, 제2 활동 수준과 상관될 수 있고 제1 유입 유량과 다른 제2 생리학적 조건에서 환자에 대한 예상 유속일 수 있다. 제2 활동 수준은 환자에 대한 관련 활동 범위 내의 임의의 활동 수준일 수 있다. 예를 들어, 제2 혈류량은 높은 수준의 신체 활동(즉, 최대 운동 상태)에 대응하는 환자의 예상 충혈 유량일 수 있다. 블록(68)에서의 유량은 (예를 들어, 시스템(10)의 사용자 입력 장치(14)를 사용하여) 유량의 사용자 수동 입력을 통해 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 블록(68)에서의 유량은 환자의 대사 요구 및 상태에 기초하여 (가령, 임상의에 의해 또는 전자 시스템에 의해) 결정될 수 있다(예를 들어, 본 명세서의 식 (4)에 따라, 두 번째 활동 수준에 적합한 α의 값을 결정). 일 실시예에서, 블록(68)에서 획득된 제2 유입 유량은 환자에 대한 유량의 관련 범위 내의 임의의 유량(즉, 환자가 환자의 정상적인 활동 동안 경험할 것으로 예상될 수 있는 유량)일 수 있다.
블록(62, 68)은 제1 유량이 휴지 유량을 나타내고 제2 유량이 충혈 유량을 나타내는 예를 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나 블록(62, 68)에서 얻은 제1 및 제2 유속은 환자의 대사 요구와 관련된 범위 내에서 임의의 2개의 상이한 유속일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 경계 조건 유량은 심장 주기의 특정 시점 또는 부분에 대해 특정될 수 있다. 예를 들어, 유입 유량은 환자의 전체 심장 주기에 대한 평균 유량, 또는 환자의 이완기의 전체 파동이 없는 기간, 또는 환자의 전체 이완기에 대한 평균 유량을 나타낼 수 있고, 또는, 이완기의 중간 지점과 같은 심장 주기 내의 특정 시점을 나타낼 수 있다. 따라서, 블록(62, 68)에서 얻은 첫 번째 및 두 번째 유입 유량은 동일한 심장 주기 부분 또는 지점을 나타낼 수 있으며, 관련 경계 조건 모델 값 세트 및 첫 번째 및 두 번째 유입 유량에 대한 후속 계산된 흐름 필드는 유사하게, 동일한 심장 주기 부분 또는 지점을 나타낸다.
방법(60)은 블록(70)에서, 환자의 제2 활동 수준에서 관심 영역의 유속 및 압력을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 유속 및 압력은 실질적으로 블록(64)과 관련하여 전술한 바와 같이 계산될 수 있지만, 경계 조건은 제2 유입 유량에 따라 결정된다.
방법(60)은 블록(72)에서, 제2 활동 수준에 대한 하나 이상의 지점에서 제2 압력 강하를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 압력 강하는 하나 이상의 사용자 지정 지점에서 제2 활동 수준에 대해 계산된 유동장에 기초하여 계산될 수 있다.
방법(60)은 블록(74)에서, 제1 및 제2 압력 강하에 기초하여 활동 수준의 범위에 대한 관련(예를 들어, 사용자 지정) 지점에서 압력 강하의 범위를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 압력 강하의 범위는 Q1에서 Q2까지의 활동 수준 범위에 대해 계산될 수 있다. 여기서 Q1은 첫 번째 유입 유량이고 Q2는 두 번째 유입 유량이다. 주어진 유량에 대한 압력 강하는 본 개시에서 수식 (1)로 표시되고 아래에서 반복되는 2차 수식에 따라 계산될 수 있다.
Figure pct00001
여기서 Q는 주어진 활동 수준에서의 유속이고, a와 b는 환자별 상수이다. 위에서 설명한 바와 같이 a 및 b를 계산하기 위해 3차원 Navier-Stokes 수식은 수식 (2) 및 (3)과 관련하여 여기에서 논의된 바와 같이 Q의 두 값(예: 첫 번째 및 두 번째 유입 유량)에 대해 풀릴 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, Lattice-Boltzmann 방법 또는 1차원 Navier-Stokes 수식과 같은 다른 계산 방법을 사용하여 a 및 b를 풀 수 있다. 일단 계수 a와 b가 알려지면 ΔP는 각 활동 수준에 대한 CFD를 요구하지 않고 유입 유량 범위(따라서 활동 수준 범위)에 대해 계산될 수 있다.
도 5는 예를 들어, 한 세트의 환자에 대한 예시적인 활동 수준의 범위인, 예시적인 압력 강하의 범위를 예시하는 플롯(100)이다. 도 5의 플롯(100)은 수직축의 압력 강하(mmHg/100)와 수평축의 유속(ml/sec)을 포함하며, 6명의 환자 각각의 6개의 플롯 라인(102, 104, 106, 108, 110, 112)이 도시되어 있으며, 폐쇄성 질환으로 인한 임상적으로 상당한 압력 강하를 나타낼 수 있는 수평 임계선(114)(20mmHg로 표시됨)이 표시된다. 플롯(100)에서, 세 환자의 각각의 압력 강하 플롯(플롯 라인 102, 104 및 106)은 서로 다른 유속, 따라서 서로 다른 신체 활동 수준에서 임계값을 초과한다.
도 5에 도시된 압력 강하 플롯 라인 및 임계값은 예시일 뿐임에 유의해야 한다. 일부 실시양태에서, 예시되는 임계치(20mmHg)는 08의 FFR에 대략 대응하는 것으로서, 충혈 상태에서 특정 환자에 대해 임상적으로 관련이 있는 것으로 간주될 수 있고 따라서 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 20mmHg보다 낮거나 높은 값은 임상적으로 관련이 있는 것으로 간주될 수 있으며, 따라서 임계값으로 적용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 각 환자의 압력 강하 범위가 임계값을 초과하는 신체 활동의 수준은 특정 환자의 라이프스타일과 실제로 관련이 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 플롯 라인(104)으로 표시된 환자는 매우 활동적인 라이프스타일을 살 수 있고 따라서 정기적으로 높은 혈류 속도를 경험할 수 있으며, 따라서 매우 높은 유량에서 임계값을 초과하는 압력 강하는 환자에게 임상적으로 중요할 수 있다. 결과적으로 환자에게 추가 진단 또는 중재 절차가 권장될 수 있다. 대조적으로, 플롯 라인(102)으로 표시된 환자는 앉아있는 생활 방식을 살 수 있으므로 드물게 높은 혈류 속도를 경험할 수 있으므로 다소 높은 유량에서 임계값을 초과하는 압력 강하는 환자에 대해 임상적으로 중요하지 않을 수 있다.
방법(60)은 블록(76)에서, 압력 강하의 범위에 기초하여 압력 강하가 임계값을 초과하는 활동 수준을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 임계값은 임상적으로 관련된 압력 강하 값으로 설정될 수 있고, 실시예에서 임상적 판단에 기초하여 수동으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 임계값은 일부 실시예에서 환자의 라이프스타일과 관련된 최대 MET 값에 따라 선택될 수 있다. 임계값은 또한 블록(64, 66, 70, 72)에서 계산이 이루어지는 심장 주기 부분에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 환자의 예상 또는 추정된 대사 요구사항에 대해 그리고 또한 방법(60)에서 분석을 수행한 심장 주기 부분에 대해 모두 적합한 임계값이 선택될 수 있다. 사용자의 압력 강하가 임계값을 초과할 때의 활동 수준을, 환자의 생활 방식 및 개략적인 활동 수준과 비교하여, 추가 진단 또는 중재 절차가 필요한지 여부를 결정할 수 있다.
방법(60)은 블록(78)에서, 제1 및/또는 제2 활동 수준에서의 유속 및/또는 압력 강하, 및/또는 블록(76)에서 적용된 흐름 임계값 및/또는 환자의 유속이 임계값을 초과하는 활동 수준을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다. 디스플레이는, 예를 들어, 환자의 혈관계의 하나 이상의 위치에서 유속 및/또는 압력의 하나 이상의 지표를 포함할 수 있고, 환자 해부 구조의 기하학적 모델 위에 겹쳐지거나 이에 인접하게 표시될 수 있다.
방법(60)의 결과로서, 유동장 및/또는 압력장은 환자의 하나 이상의 심장 주기 상태에 대해 환자의 맥관구조 내의 하나 이상의 위치에 대해 계산될 수 있다(및 실시예에서 표시되거나 달리 출력될 수 있다). 예를 들어, 일 실시예에서, 유동장 및 압력장이 확장기의 시작 및 종료에 대해 계산되고 출력될 수 있다. 이러한 유동장은 예를 들어 IWFR 값 또는 다른 이완기 기반 혈역학 값과 같은 환자 각각의 혈역학 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 것과 같이, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑, 스마트폰, 태블릿, 또는 명령어를 실행할 수 있는 능력을 갖는 임의의 다른 장치와 같은, 범용 컴퓨팅 시스템 환경(190)을 포함하는 사용자 컴퓨팅 환경의 예시적인 실시예의 개략도이다. 또한, 단일 컴퓨팅 시스템(190)의 맥락에서 설명 및 예시되지만, 이하에 설명되는 다양한 작업이, 실행 가능한 명령어가 다중 컴퓨팅 시스템(190) 중 하나 이상과 연관 및/또는 실행될 수 있는 광역 네트워크 또는 로컬 네트워크를 통해 링크된 다중 컴퓨팅 시스템(190)들을 가진 분산형 환경에서 실시될 수 있음을 당 업자는 이해할 것이다. 컴퓨팅 환경(190) 또는 그 일부는 실시예에서, 도 1의 시스템(10)을 포함할 수 있다.
가장 기본적인 구성에서, 컴퓨팅 시스템 환경(190)은 일반적으로 버스(196)를 통해 연결될 수 있는 적어도 하나의 프로세싱 유닛(192) 및 적어도 하나의 메모리(194)를 포함한다. 컴퓨팅 시스템 환경의 정확한 구성 및 유형에 따라, 메모리(194)는 휘발성(예: RAM(200)), 비휘발성(예: ROM(198), 플래시 메모리 등) 또는 이 둘의 일부 조합일 수 있다. 컴퓨팅 시스템 환경(190)은 추가적인 특징 및/또는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템 환경(190)은 또한 자기 또는 광 디스크, 테이프 드라이브 및/또는 플래시 드라이브를 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가 스토리지(이동식 및/또는 비이동식)를 포함할 수 있다. 이러한 추가 메모리 장치는 예를 들어, 하드 디스크 드라이브 인터페이스(202), 자기 디스크 드라이브 인터페이스(204), 및/또는 광 디스크 드라이브 인터페이스(206)에 의해 컴퓨팅 시스템 환경(190)에 액세스 가능하게 될 수 있다. 시스템 버스(196)에 각각 연결되는 이들 장치는 하드 디스크(208)에서 읽기 및 쓰기, 이동식 자기 디스크(210)에서 읽기 또는 쓰기, 및/또는 이동식 광 디스크(212)(가령, CD/DVD ROM 또는 다른 광학 매체)에서 읽기 또는 쓰기를 허용한다. 드라이브 인터페이스 및 관련 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨팅 시스템 환경(190)을 위한 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및 기타 데이터의 비휘발성 저장을 허용한다. 당 업자는 데이터를 저장할 수 있는 다른 유형의 컴퓨터 판독가능 매체가 동일한 목적으로 사용될 수 있음을 또한 이해할 것이다. 이러한 미디어 장치의 예로는 자기 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, 베르누이 카트리지, 랜덤 액세스 메모리, 나노 드라이브, 메모리 스틱, 기타 읽기/쓰기 및/또는 읽기 전용 메모리 및/또는 또는 가령, 컴퓨터 판독 가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보를 저장하기 위한 기타 방법 또는 기술이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 임의의 그러한 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨팅 시스템 환경(190)의 일부일 수 있다.
다수의 프로그램 모듈이 하나 이상의 메모리/미디어 장치에 저장될 수 있다. 예를 들어, 시작 동안과 같이 컴퓨팅 시스템 환경(190) 내의 요소들 간의 정보 전송을 돕는 기본 루틴을 포함하는 기본 입력/출력 시스템(BIOS)(214)은 ROM(198)에 저장될 수 있다. 유사하게, RAM(200), 하드 드라이브(208), 및/또는 주변 메모리 장치는 운영 체제(216), 하나 이상의 응용 프로그램(218)(예: 도 1의 모듈(24, 26, 28, 30, 32)), 다른 프로그램 모듈(220), 및/또는 프로그램 데이터(222)을 포함하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 저장하는 데 사용될 수 있다. 또한, 컴퓨터 실행가능 명령어는 예를 들어 네트워크 연결을 통해 필요에 따라 컴퓨팅 환경(190)으로 다운로드될 수 있다.
최종 사용자, 예를 들어 임상의는 키보드(224) 및/또는 포인팅 장치(226)와 같은 입력 장치를 통해 명령 및 정보를 컴퓨팅 시스템 환경(190)에 입력할 수 있다. 도시되지 않지만, 다른 입력 장치는 마이크, 조이스틱, 게임 패드, 스캐너 등을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 입력 장치는 일반적으로 주변 인터페이스(228)에 의해 처리 유닛(192)에 연결되며, 이는 차례로 버스(196)에 연결된다. 입력 장치는 예를 들어, 병렬 포트, 게임 포트, 파이어와이어 또는 USB(범용 직렬 버스)와 같은 인터페이스를 통해 프로세서(192)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 컴퓨팅 시스템 환경(190)으로부터 정보를 보기 위해, 모니터(230) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치가 비디오 어댑터(232)와 같은 인터페이스를 통해 버스(196)에 또한 연결될 수 있다. 모니터(230)에 더하여, 컴퓨팅 시스템 환경(190)은 스피커 및 프린터와 같이, 표시되지 않은, 기타 주변 출력 장치도 포함할 수 있다.
컴퓨팅 시스템 환경(190)은 또한 하나 이상의 컴퓨팅 시스템 환경에 대한 논리적 연결을 이용할 수 있다. 컴퓨팅 시스템 환경(190)과 원격 컴퓨팅 시스템 환경 사이의 통신은 네트워크 라우팅을 담당하는 네트워크 라우터(242)와 같은 추가 처리 장치를 통해 교환될 수 있다. 네트워크 라우터(242)와의 통신은 네트워크 인터페이스 구성요소(244)를 통해 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 네트워크 환경, 예를 들어 인터넷, 월드 와이드 웹, LAN, 또는 기타 유사한 유형의 유선 또는 무선 네트워크 내에서, 컴퓨팅 시스템 환경(190)과 관련하여 도시된 프로그램 모듈 또는 그 일부는 컴퓨팅 시스템 환경(190)의 메모리 저장 장치(들)에 저장될 수 있다.
컴퓨팅 시스템 환경(190)은 또한 컴퓨팅 시스템 환경(190)의 위치를 결정하기 위한 위치 측정(localization) 하드웨어(186)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 위치 측정 하드웨어(246)는 단지 예로서, GPS 안테나, RFID 칩 또는 리더기, WiFi 안테나, 또는 컴퓨팅 시스템 환경(190)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 신호를 캡처하거나 전송하는 데 사용될 수 있는 기타 컴퓨팅 하드웨어를 포함할 수 있다.
본 개시는 특정 실시예를 설명했지만, 청구범위는 청구범위에 명시적으로 언급된 경우를 제외하고는 이러한 실시예로 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 반대로, 본 개시는 개시의 정신 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 균등물을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 개시의 상세한 설명에서, 개시된 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 개시내용과 일치하는 시스템 및 방법이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 컴포넌트들, 및 회로들은 본 개시의 다양한 양태들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
본 개시물의 상세한 설명의 일부 부분은 컴퓨터 또는 디지털 시스템 메모리 내의 데이터 비트에 대한 동작의 절차, 논리 블록, 처리, 및 기타 상징적 표현의 관점에서 제시되었다. 이러한 설명 및 표현은 데이터 처리 기술 분야의 기술자가 자신의 작업 내용을 해당 기술 분야의 다른 사람에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용하는 수단이다. 절차, 논리 블록, 프로세스 등이 여기에 있으며 일반적으로 원하는 결과로 이어지는 단계 또는 명령의 일관된 시퀀스로 간주된다. 단계는 물리량의 물리적 조작이 필요한 단계이다. 일반적으로 반드시 그런 것은 아니지만 이러한 물리적 조작은 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치에서 저장, 전송, 결합, 비교 및 조작될 수 있는 전기 또는 자기 데이터의 형태를 취한다. 편의상 그리고 일반적인 사용을 참조하여, 이러한 데이터는 현재 개시된 다양한 실시예를 참조하여 비트, 값, 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭된다.
그러나, 이러한 용어는 물리적 조작 및 양을 지칭하는 것으로 해석되어야 하며 단지 당업계에서 일반적으로 사용되는 용어의 관점에서 추가로 해석되어야 하는 편리한 라벨임을 염두에 두어야 한다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서의 논의로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 논의 전반에 걸쳐 "결정하는" 또는 "출력하는" 또는 "전송하는" 또는 "기록하는" 또는 "위치를 지정하는" 또는 "저장하는", 또는 "표시하는" 또는 "수신하는"또는 "인식하는"또는 "활용하는"또는 "생성되는"또는 "제공되는"또는 "액세스"또는 "확인"또는 "통지"또는 "전달" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는, 데이터를 조작하고 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 이와 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 작용 및 프로세스를 취급한다. 데이터는 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내에서 물리적(전자) 수량으로 표시되며, 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 여기에 설명된 또는 그렇지 않으면 당업자에게 이해되는 기타 정보 저장, 전송 또는 표시 장치 내에 물리적 양으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환된다.

Claims (20)

  1. 환자에 대한 가상 스트레스 테스트를 수행하는 컴퓨터-구현 방법으로서,
    동맥 분절을 포함하는 환자의 의료 이미지 데이터를 수신하는 단계;
    의료 이미지 데이터로부터 동맥 분절의 기하학적 표현을 생성하는 단계;
    환자의 대사 요구 사항 정보를 수신하는 단계;
    대사 요구 사항 정보에 따라 임계값을 결정하는 단계;
    상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제1 유동장을 결정하는 단계 - 상기 제1 유동장은 환자의 제1 활동 수준에 대응함;
    제1 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제1 압력 강하를 결정하는 단계;
    상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제2 유동장을 결정하는 단계 - 상기 제2 유동장은 상기 제1 활동 수준과 상이한 환자의 제2 활동 수준에 대응함;
    제2 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제2 압력 강하를 결정하는 단계;
    제1 압력 강하 및 제2 압력 강하에 기초하여, 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하의 범위를 계산하는 단계;
    압력 강하 범위를 임계값과 비교하는 단계; 및
    비교 결과를 표시하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 활동 수준은 제1 유량과 연관되고, 상기 제2 활동 수준은 상기 제1 유량과 상이한 제2 유량과 연관되며, 상기 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  3. 제2항에 있어서, 유량 범위는 제1 유량과 제2 유량 사이인, 컴퓨터-구현 방법.
  4. 제2항에 있어서, 활동 수준의 범위에 대한 압력 강하의 범위를 계산하는 단계는 압력 강하와 유량 사이의 2차 방정식 관계에 따라 압력 강하의 범위를 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  5. 제1항에 있어서, 비교 결과를 표시하는 단계는 임계값 및 압력 강하 범위의 플롯을 표시하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 활동 수준은 휴식 상태인, 컴퓨터-구현 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제2 활동 수준이 충혈 상태(hypermic state)인, 컴퓨터-구현 방법.
  8. 제1항에 있어서, 압력 강하가 임계값을 초과하는 활동 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유동장(flow fields)은 각각 제 1 및 제 2 유속장(flow velocity fields)을 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제1 유동장을 결정하는 단계는,
    동맥 분절 각각의 제1 유입 유량을 획득하는 단계;
    상기 제1 유입 유량에 따라 각 동맥분절의 제1 유출 유량을 계산하는 단계; 및
    상기 기하학적 표현, 제1 유입 유량 및 제1 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제1 유동장을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 기하학적 표현을 사용하여 동맥 분절에 대한 제 2 유동장을 결정하는 단계는,
    동맥 분절 각각의 제2 유입 유량을 획득하는 단계;
    상기 제2 유입 유량에 따라 상기 동맥분절 각각의 제2유출 유량을 계산하는 단계; 및
    상기 기하학적 표현, 제2 유입 유량 및 제2 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제2 유동장을 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  11. 환자에 대한 가상 스트레스 테스트를 수행하는 컴퓨터-구현 방법으로서,
    하나의 유입 경계 및 둘 이상의 유출 경계를 포함하는, 환자의 동맥 분절의 기하학적 표현을 획득하는 단계;
    환자의 대사 요구 사항 정보를 수신하는 단계;
    대사 요구 사항 정보에 따라 임계값을 결정하는 단계;
    유입 경계 각각의 제1 유입 유량을 획득하는 단계;
    상기 제1유입 유량에 따라 둘 이상의 유출경계에서 제1유출 유량을 계산하는 단계;
    상기 기하학적 표현, 제1 유입 유량, 및 제1 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제1 유동장을 계산하는 단계;
    제1 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제1 압력 강하를 결정하는 단계;
    유입 경계 각각의 제2 유입 유량을 획득하는 단계 - 상기 제2 유입 유량은 상기 제1 유입 유량과 상이함;
    상기 제2유입 유량에 따라 둘 이상의 유출 경계에서 제2 유출 유량을 계산하는 단계;
    상기 기하학적 표현, 제2 유입 유량, 및 제2 유출 유량에 따라 동맥 분절의 제2 유동장을 계산하는 단계;
    제2 유동장에 기초하여 동맥 분절의 제2 압력 강하를 결정하는 단계;
    제1 압력 강하 및 제2 압력 강하에 기초하여, 유입 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계;
    압력 강하 범위를 임계값과 비교하는 단계; 및
    비교 결과를 표시하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 유입 유량은 제1 활동 수준과 연관되고, 상기 제2 유입 유량은 상기 제1 활동 수준과 상이한 제2 활동 수준과 연관되며, 유량 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 활동 수준 범위에 대한 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  13. 제11항에 있어서, 유량의 범위는 제1 유량과 제2 유량 사이인, 컴퓨터-구현 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 압력 강하 범위를 계산하는 단계는 압력 강하와 유입 유량 간의 2차 방정식 관계에 따라 압력 강하 범위를 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  15. 제11항에 있어서, 비교 결과를 표시하는 단계는 임계값 및 압력 강하 범위의 플롯을 표시하는 단계를 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  16. 제11항에 있어서, 압력 강하가 임계값을 초과하는 활동 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1 유입 유량은 환자의 휴식 상태 각각인, 컴퓨터-구현 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제2 유입 유량은 환자의 충혈 상태 각각인, 컴퓨터-구현 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유동장은 각각 제1 및 제2 유속장을 포함하는, 컴퓨터-구현 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유동장은 시간에 독립적인 3차원 방정식에 따라 계산되는, 컴퓨터-구현 방법.
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