WO2019013418A1 - 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치 - Google Patents

혈류의 물리량 산출 방법 및 장치 Download PDF

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WO2019013418A1
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WO
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blood flow
data
point
velocity
physical quantity
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PCT/KR2018/000722
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English (en)
French (fr)
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문영준
한창균
박승우
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Samsung Life Public Welfare Foundation
Korea University Research and Business Foundation
Original Assignee
Samsung Life Public Welfare Foundation
Korea University Research and Business Foundation
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A61B5/0285—Measuring or recording phase velocity of blood waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a method and apparatus for calculating physical quantities of blood flow.
  • Ultrasonic systems have non-invasive and non-destructive properties and are widely used in the medical field to obtain information inside the object.
  • the ultrasound system is very important in the medical field because it can provide high-resolution images of the internal tissues of the human body to the physician in real time without the need of a surgical operation to directly observe the human body.
  • the C mode of the ultrasound system represents a moving object using a Doppler effect, and is mainly used to grasp the flow of blood flow.
  • data according to the C mode can only check blood flow information in a limited direction (direction of emission of ultrasonic waves), there is a problem that the patient can not be diagnosed in three dimensions.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for calculating a physical quantity of blood flow that can accurately grasp the motion of blood flow in a two-dimensional space.
  • the present invention provides a method and apparatus for calculating the physical quantity of blood flow that can accurately grasp the velocity of blood flow in a two-dimensional space.
  • the present invention also provides a method and apparatus for calculating physical quantities of blood flow that can calculate the physical quantities of blood flow based on the diagnosis of a patient from the velocity of blood flow.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for calculating a physical quantity of blood flow that can effectively suppress measurement noise caused by unused contrast agent.
  • a method of calculating at least one physical quantity (physical quantity) of the blood flow (blood flow) from velocity information in a first direction of a blood flow is a method of calculating at least one physical quantity Acquiring first data including speed information and positional information of an outer boundary of the object; A velocity in a first direction of blood flow at any one point in the object and velocities in a first direction of blood flow at at least one point adjacent to the point are set to be higher in the first direction And correcting the first data to generate a fourth data so as to form a continuous curved surface in a three-dimensional space having a value of?
  • the first direction may be a direction R from the origin in a polar coordinate system (polar coordinate system)
  • the second direction may be an angle ( ⁇ ) direction with respect to the origin.
  • the method according to an embodiment of the present invention may further include generating second data corrected for an error due to an overflow in the first data after the acquiring step.
  • the generating of the fourth data may generate the fourth data by correcting the second data.
  • the first data includes velocity information in a first direction of blood flow at each point on a hypothetical vertical plane of the object
  • the step of generating the second data comprises: A difference between a first point at which a difference in velocity in the first direction between a pair of adjacent points located on a straight line is greater than or equal to a predetermined threshold value and a difference in velocity in the first direction after the first point is smaller than a predetermined value Extracting a second point that is equal to or greater than a threshold value; And correcting, in consideration of the overflow, a velocity in the first direction of points located between the first point and the second point among the points arranged on the straight line.
  • the third direction may be any one of two directions orthogonal to the orthogonal coordinate system.
  • the step of correcting comprises the step of: if the decrease width of the speed in the first direction at the first point is greater than the threshold value and the increase in speed in the first direction at the second point is greater than the threshold value, The speed of the points between the first point and the second point in the first direction can be increased.
  • the step of correcting may further include the step of, when the increase in the velocity in the first direction at the first point is greater than the threshold value and the decrease in the velocity in the first direction at the second point is greater than the threshold, And reduce the velocity of the points between the first point and the second point in the first direction.
  • the method according to an embodiment of the present invention may further include generating third data in which an error due to noise is corrected in the second data after generating the second data have.
  • the generating of the fourth data may generate the fourth data by correcting the third data.
  • the second data includes velocity information in a first direction of blood flow at each point on a hypothetical vertical plane of the object
  • the step of generating the third data includes: , It is possible to reduce the velocity in the first direction of the points located outside the outer boundary line of the object on the vertical plane.
  • the fourth data includes velocity information in a first direction of blood flow at each point on a hypothetical vertical plane of the object
  • the step of generating the fifth data comprises:
  • the fifth data is generated by correcting the fourth data so that a frequency component equal to or higher than a preset frequency is removed from the waves having the frequencies of the points arranged on the straight line as the amplitudes at the respective points,
  • the third direction may be any one of two directions orthogonal to the orthogonal coordinate system.
  • the subject is a left ventricle and the frequency is a wave formed by the velocity distribution of the blood flow generated in the left ventricle due to the blood flow flowing into the left atrium and the blood flowing out into the aorta, ) ≪ / RTI >
  • the method according to an embodiment of the present invention is characterized in that after the step of calculating the velocity in the second direction, the velocity in the first direction of the blood flow, the velocity in the second direction of the blood flow, And calculating at least one physical quantity of the blood flow based on the position information.
  • the physical quantity of the blood flow is determined by the energy of the blood flow, the dissipated amount of the energy, the rate of change of the energy dissipation amount, the rotational torque in the object of the blood flow, Lt; / RTI >
  • the first data may be color Doppler data.
  • the apparatus includes a control unit for calculating at least one physical quantity (physical quantity) of the blood flow (blood flow) from velocity information in a first direction of blood flow according to an embodiment of the present invention, Acquiring first data including velocity information in a first direction of blood flow and positional information of an outer boundary of the object, calculating a velocity in a first direction of blood flow at any one point in the object, The first data is corrected so that velocities in the first direction of blood flow at at least one point adjacent to the point in the first direction form a continuous curved surface in the three-dimensional space having the velocity in the first direction as the height value 4 data, and determining a velocity in a first direction of blood flow at any one point in the subject and a velocity in a first direction
  • the fifth data is generated by correcting the fourth data so that a frequency component equal to or higher than a predetermined frequency is removed from the waves formed by the velocities in the first direction of the blood flow at the point of the blood flow,
  • the velocity in the second direction of the blood flow can
  • the control unit may generate second data corrected for an error due to an overflow in the first data, and may generate the fourth data by correcting the second data.
  • the controller may generate third data corrected for errors due to noise in the second data, and may generate the fourth data by correcting the third data.
  • the predetermined frequency may be determined in consideration of the flow characteristics of blood flow in the subject.
  • the subject is a left ventricle and the frequency is a wave formed by the velocity distribution of the blood flow generated in the left ventricle due to the blood flow flowing into the left atrium and the blood flowing out into the aorta, ) ≪ / RTI >
  • the control unit may calculate at least one physical quantity of the blood flow based on the velocity in the first direction of the blood flow, the velocity in the second direction of the blood flow, and the position information of the outer boundary of the object.
  • the physical quantity of the blood flow is a sum of an energy of the blood flow, a dissipation amount of the energy, a rate of change of the energy dissipation amount, a rotation torque in the object, a change amount of the torque, At least one.
  • a method and an apparatus for calculating a physical quantity of blood flow that can accurately grasp the velocity of blood flow in a two-dimensional space can be implemented.
  • FIG. 1 schematically shows a medical system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a process in which the medical data obtaining apparatus obtains data from a target human body.
  • FIG 3 is an illustration of data acquired by the medical data acquisition device according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4D are views for explaining a process of generating a second data from a first data by a controller according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is an illustration showing the second data.
  • 5B is an illustration showing third data in which an error due to noise is corrected according to an embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B illustrate an example of fourth data generated from the third data by the controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are views illustrating fifth data generated from the fourth data by the control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an example in which the controller calculates the velocity of blood flow in a two-dimensional space according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining a method of calculating a physical quantity of blood flow performed by the apparatus for calculating a physical quantity of blood flow according to an embodiment of the present invention.
  • a method of calculating at least one physical quantity (physical quantity) of the blood flow (blood flow) from velocity information in a first direction of a blood flow is a method of calculating at least one physical quantity Acquiring first data including speed information and positional information of an outer boundary of the object; The velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at the at least one point adjacent to the certain point are set as the height value And correcting the first data to generate a fourth data so as to form a continuous curved surface in a three-dimensional space consisting of the first data and the second data.
  • FIG. 1 schematically shows a medical system according to an embodiment of the present invention.
  • a medical system may include a medical data obtaining apparatus 200 and a blood flow physical quantity calculating apparatus 100.
  • the medical data acquisition device 200 may be various devices for acquiring data on blood flow in a subject.
  • the medical data obtaining apparatus 200 may be an ultrasonic diagnostic apparatus that emits ultrasonic waves of a predetermined frequency into a target object and detects reflected waves or scattered waves reflected from the tissue in the target object to generate data.
  • the medical data acquisition device 200 may mean various devices for acquiring medical data in addition to the above-described ultrasonic diagnostic device.
  • the medical data obtaining apparatus 200 is an ultrasonic diagnostic apparatus.
  • the medical data acquisition apparatus 200 may include a probe 210 that emits ultrasonic waves and detects reflected waves and / or scattered waves.
  • a probe 210 can emit ultrasonic waves to a virtual longitudinal section in the object and acquire information on the blood flow in the longitudinal section. A detailed description thereof will be described later.
  • the medical data obtaining apparatus 200 can provide the blood flow data in the acquired body to the blood flow physical quantity calculating apparatus 100 described later.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can receive various kinds of physical quantities of the blood flow based on the blood flow data in the subject from the medical data acquisition device 200 described above.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 may include a communication unit 110, a control unit 120, and a memory 130.
  • the communication unit 110 may be an apparatus including hardware and software necessary to transmit / receive a control signal or a data signal through a wired / wireless connection to another network device, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the control unit 120 can calculate the physical quantity of the blood flow based on the blood flow data in the object received from the medical data obtaining apparatus 200.
  • the control unit 120 may include all kinds of devices capable of processing data, such as a processor.
  • the term 'processor' may mean a data processing device embedded in hardware, for example, having a circuit physically structured to perform a function represented by a code or an instruction contained in the program.
  • a microprocessor a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, and an FPGA (Field Programmable Gate Array), but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the control unit 120 may be a single processor or a plurality of processors divided into functional units performed by the control unit.
  • the control unit 120 may include a processor and / or an arithmetic unit so as to calculate the physical quantity of blood flow as described above.
  • the controller 120 may include a second data generator for generating the second data, a third data generator for generating the third data, and a fourth data generator for generating the fourth data.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the memory 130 functions to temporarily or permanently store data, instructions, a program, a program code, or a combination thereof processed by the control unit 120.
  • the memory 130 may include magnetic storage media or flash storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the memory 130 may temporarily or permanently store data acquired by the data acquisition apparatus 200 in addition to data and instructions processed by the control unit 120.
  • FIG. 1 is a block diagram of a blood flow physical quantity calculation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 includes a medical data acquisition apparatus 100 200).
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 may mean a commonly used personal computer (PC), a portable terminal, and a tablet device.
  • PC personal computer
  • portable terminal portable terminal
  • tablet device a tablet device
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a process of acquiring data from the human body 300, which is a target of the medical data acquisition apparatus 200.
  • the medical data obtaining apparatus 200 is an ultrasonic diagnostic apparatus, and a target object is a left ventricle 311 of the heart 310 of the human body 300 .
  • the medical system can calculate the physical quantity of the blood flow of the animal as well as the body 300, calculate the physical quantity of the blood flow in other organs other than the heart 310, The heart 310 can be used to calculate the physical quantity of the blood flow in other parts than the left ventricle 311.
  • the probe 210 of the medical data obtaining apparatus 200 may be arranged as shown in FIGS. 2A and 2B to calculate physical quantities of the blood flow in the heart 310, particularly, the left ventricle 311.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is a non-humidifying apparatus and is disposed at a position corresponding to the left ventricle 311 of the heart 310 on the outer surface of the human body 300 to emit ultrasonic waves into the left ventricle 311, Can be detected.
  • the probe 210 can acquire information on a virtual vertical plane 211 that cuts the left ventricle 311. More specifically, the probe 210 can acquire positional information of the outer borderline of the left ventricle 311 on the virtual vertical plane 211.
  • the probe 210 may also acquire Doppler data for blood flow at each point on the imaginary vertical plane 211. Such Doppler data may include information on the velocity of the blood flow in the direction of emission of the ultrasonic waves.
  • FIG 3 is an illustration of data acquired by the medical data acquisition apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the X direction (hereinafter referred to as the third direction), the Y direction, and the Z direction may mean three directions orthogonal to each other in the orthogonal coordinate system.
  • the R direction and the? Direction are directions in the polar coordinate system from the origin in the direction of the distance R (hereinafter referred to as the R direction or the first direction) and the direction of the angle? The second direction).
  • the X-Y plane of the Cartesian coordinate system is the same plane as the R-theta plane of the polar coordinate system, and may be expressed differently for convenience of explanation.
  • the medical data acquisition apparatus 200 may acquire information on a virtual vertical plane terminating the left ventricle 311.
  • the medical data obtaining apparatus 200 can obtain positional information of the outer boundary line 320 of the left ventricle 311 on a virtual longitudinal plane.
  • the vertical plane may be the same plane as the X-Y plane of the rectangular coordinate system described above and the R-theta plane of the polar coordinate system.
  • the medical data acquisition device 200 may acquire Doppler data for blood flow at each point on the virtual vertical plane.
  • Doppler data may include information as to whether or not blood flow approaches or departs from the emission direction (R direction) of ultrasonic waves at each point.
  • the Doppler data may include information about the velocity of blood flow in the R direction at each point.
  • Fig. 3 is an example showing the velocity in the R direction of the blood flow at each point in three dimensions.
  • the size in the Z direction at each point can correspond to the velocity in the R direction of the blood flow at each point.
  • the blood flow may be in the + R direction (or the -R direction). If the magnitude of the Z value is negative, ). ≪ / RTI >
  • the control unit 120 of the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 acquires the data acquired by the medical data acquisition apparatus 200 according to the procedure described above, The physical quantity can be calculated.
  • the control unit 120 according to an embodiment of the present invention includes first data including velocity information in a first direction (R direction) of blood flow at each point in a target object, an outer boundary line (320 in FIG. 3) It is possible to obtain the position information of
  • the first data may be a velocity in the first direction of blood flow at each point in the object expressed in a matrix form.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the controller 120 may generate second data corrected for an error due to an overflow in the first data acquired from the medical data acquisition apparatus 200.
  • the 'error due to overflow' is expressed as the minimum value at the point when the velocity in the first direction of the blood flow at a certain point is greater than the maximum value, or conversely, It may mean that the velocity at the point is expressed as the maximum value when the velocity in the first direction is less than the minimum value.
  • Such an error due to an overflow may occur during data processing of the medical data obtaining apparatus 200, for example.
  • 4A to 4D are views for explaining a process of the controller 120 generating second data from the first data according to an embodiment of the present invention.
  • the first data includes velocity information in a first direction of blood flow at each point on a virtual longitudinal plane of the object as shown, and the velocity for some point 410 is overflow Overflow).
  • the velocity in the first direction at some point 410 is the maximum value, but suppose that the maximum value, velocity, is an error due to overflow.
  • the third direction may mean the X direction on the X-Y plane.
  • the Z value may mean the velocity in the first direction at the point.
  • the first direction may mean the R direction of the polar coordinate system.
  • the velocity for some points 410 included in the first data includes an error due to an overflow
  • some of the points arranged on the straight line 420 in the third direction may include an error due to an overflow
  • the control unit 120 may be configured such that the difference between the speeds in the first direction between two adjacent points among the points arranged on the straight line 420 in the third direction is greater than a predetermined threshold value
  • the point 4211 can be extracted.
  • the controller 120 may extract the second point 4221 after the extracted first point 4211, where the difference in velocity in the first direction is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the control unit 120 can extract two points 4211 and 4221 whose speed difference in the first direction is equal to or greater than the threshold value.
  • the controller 120 corrects the velocity in the first direction of the points located between the first point 4211 and the second point 4221 among the points arranged on the straight line 420 in consideration of the overflow .
  • the control unit 120 may reduce the velocity 412 in the first direction of the points between the first point 4211 and the second point 4221 as shown in FIG.
  • the degree of decreasing the speed may be determined in consideration of the maximum value (+ max) of the velocity in the first direction and / or the minimum value (-max) of the velocity in the first direction.
  • the degree of speed increase may also be determined in consideration of the maximum value (+ max) of the velocity in the first direction and / or the minimum value (-max) of the velocity in the first direction.
  • the controller 120 may generate second data corrected from errors due to an overflow from the first data according to the procedure described above.
  • 4D is an illustration showing second data in which an error due to overflow is corrected according to an embodiment of the present invention.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can improve the accuracy of data as a basis for calculating the physical quantity of blood flow, by correcting the error generated in the measurement step.
  • the controller 120 may generate third data corrected for errors due to noise from the second data generated by the process described above.
  • the 'error due to noise' may be an error that occurs when the medical data obtaining apparatus 200 detects a reflected wave or the like that is reflected from a target object.
  • the second data includes velocity information in the first direction of blood flow at each point on the imaginary vertical plane of the object, and the velocity for some point includes the error due to noise.
  • the control unit 120 refers to the position information of the outer boundary line 320 of the object to reduce the velocity in the first direction of the points located outside the outer boundary line of the object on the vertical plane have.
  • the outside of the outer boundary is the place where the blood flow does not exist, and the velocity in the first direction of the blood flow at this point may correspond to the noise.
  • the controller 120 may increase and / or decrease the velocity in the first direction of the points located inside the outer boundary line 320 of the object at a predetermined ratio.
  • the rate at which the velocity in the first direction of the blood flow at each point is increased and / or decreased can be preset by learning for each object.
  • the control unit 120 may determine the rate at which the blood flow at each point increases and / or decreases in the first direction by referring to the signal strength included in the first data of the blood flow.
  • the control unit 120 may determine a point corresponding to a signal intensity lower than a predetermined threshold strength as a point where noises have occurred, and reduce the velocity in the first direction of the point.
  • 5B is an illustration showing third data in which an error due to noise is corrected according to an embodiment of the present invention.
  • the velocity in the first direction of the points located outside the outer boundary line 320 decreases and the velocity in the first direction of the points located inside the outer boundary line 320 decreases , Respectively.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can further improve the accuracy of data as a basis for calculating the physical quantity of the blood flow.
  • the control unit 120 calculates the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction that is adjacent to at least one point in the first direction from the third data generated by the above- It is possible to generate the fourth data corrected so as to form continuous curved surfaces in the three-dimensional space in which velocities of the blood flow at one point in the first direction are velocity values in the first direction as height values.
  • 'continuous surface' may mean a surface that can be differentiated at every point.
  • a continuous surface can mean a surface in which all the values forming the surface are continuous.
  • the 'continuous curved surface' may mean that the relationship between the velocities of adjacent points is continuous.
  • generating the fourth data takes into account that the blood flow is a kind of fluid flow, and the relationship between the velocities of adjacent points is continuous.
  • control unit 120 can correct the velocities of the adjacent points so that the velocities in the first direction included in the third data are closer to reality.
  • 6A and 6B illustrate an example of fourth data generated from the third data by the controller 120 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a view showing an example of third data, in which the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at the at least one point adjacent to any one point Are slightly different from each other. Such a difference is hard to exist in the natural law, and may be caused by a measurement and calculation error of the medical data acquisition apparatus 200.
  • the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocities in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to any one point are It can be confirmed that the correction is made so as to form a continuous curved surface in the three-dimensional space having the velocity in one direction as the height value.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood reflects the flow of actual fluid on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow, and further improves the accuracy of the data on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow. Can be improved.
  • the control unit 120 may be configured such that the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to the certain point
  • the fifth data may be generated by correcting the fourth data so that a frequency component equal to or higher than a predetermined frequency is removed from the waves formed by the velocities of the first and second frequency bands.
  • control unit 120 may generate a wave having the amplitudes at the respective points at the velocities of the points arranged on a straight line in the third direction on the above-mentioned longitudinal plane. Also, the controller 120 may correct the fourth data so that a frequency component greater than a predetermined frequency is removed from the generated waves. In other words, the control unit 120 can correct the fourth data so that frequency components higher than a predetermined frequency are removed from the waves on the X-Z plane described in Figs. 4B through 4C.
  • the predetermined frequency may be a frequency determined in consideration of the flow characteristics of the blood flow in the object. If the subject is the left ventricle, the frequency may be determined by considering the frequency of the wave formed by the velocity distribution of the blood flow generated in the left ventricle due to the blood flow flowing from the left atrium and the blood flowing out to the aorta (Aorta) have. In other words, the frequency may be determined above the maximum frequency of the wave formed by the blood flow velocity generated in the left atrium by the blood flow flowing in and out simultaneously and / or sequentially.
  • FIGS. 7A and 7B are illustrations showing fifth data generated from the fourth data by the controller 120 according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7A is an example showing fourth data, in which the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to the certain point.
  • the waves formed by the velocities contain high frequency components.
  • the high-frequency component is a fluid flowing through the bloodstream, it can hardly exist in the natural law, and may be caused by a measurement and calculation error of the medical data acquisition device 200.
  • the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocities in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to any one point It can be confirmed that the wave formed by the low-frequency component only includes low-frequency components.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood reflects the flow of actual fluid on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow, and further improves the accuracy of the data on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow. Can be improved.
  • the controller 120 can calculate the velocity of the blood flow in the second direction based on the generated fifth data and the position information of the outer boundary of the object.
  • the second direction may be an angle ( ⁇ ) direction with respect to the origin in the polar coordinate system as described above
  • the fifth data may be data including velocity information in the first direction of the blood flow.
  • control unit 120 can calculate the velocity in the second direction of the blood flow in a manner of obtaining a solution of the continuity equation. At this time, the controller 120 calculates the velocity in the second direction of the outer boundary from the position information of the outer boundary, and can use it as a boundary condition of the continuity equation.
  • present invention is not intended to be limited to the above-described embodiments, but may be applied to the case where data including velocity in the first direction of the blood flow and positional information along the time of the heart wall, It is obvious that various methods can be used.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can calculate the velocity of the blood flow in the two-dimensional space (that is, on the virtual vertical plane).
  • controller 120 calculates the velocity of blood flow in a two-dimensional space according to an embodiment of the present invention.
  • the velocity of the blood flow in the two-dimensional space thus calculated can be used as a basis for calculating various physical quantities for the blood flow.
  • the control unit 120 calculates at least one physical quantity of the blood flow based on the velocity in the first direction of blood flow, the velocity in the second direction of the blood flow and the position information of the outer boundary of the object Can be calculated.
  • the physical quantity may be at least one of energy of blood flow, amount of dissipation of the energy, rate of change of the energy dissipation amount, torque of the blood flow in the object, change amount of torque, and direction of rotation.
  • the amount of energy dissipated can be the amount that the energy spreads in space.
  • the rotational torque, the amount of change in the torque, and the direction of rotation in the subject of the blood flow among the physical quantities described above can be factors for grasping the heart condition of the patient.
  • the physical quantity and / or the physical data and / or the data obtained from the obtained data can all be included.
  • the physical quantities calculated from the velocity and velocity of the blood flow described above by the above-described process can be used as a basis for judging the state of the object.
  • the disease of the subject can be diagnosed or the disease to be caused can be predicted from the velocity and the physical quantity of the blood flow in the subject.
  • the heart disease of the patient can be diagnosed or the heart disease can be predicted from the rotational torque, the amount of torque change and the direction of rotation in the subject of the blood flow among the physical quantities described above.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining a method of calculating a physical quantity of blood flow performed by the apparatus for calculating a physical quantity of blood flow according to an embodiment of the present invention.
  • description of contents overlapping with those described in Figs. 1 to 8 will be omitted.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can acquire the data acquired by the medical data acquisition apparatus 200. (S91) Furthermore, the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 acquires the acquired data The physical quantity of the blood flow in the subject can be calculated.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood according to an embodiment of the present invention includes first data including velocity information in a first direction (R direction) of blood flow at each point in a target object, 320 of FIG. 3).
  • the first data may be a velocity in the first direction of blood flow at each point in the object expressed in a matrix form.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can generate second data corrected for errors due to overflow in the first data acquired from the medical data acquisition apparatus 200. (S92 )
  • the 'error due to overflow' is expressed as the minimum value at the point when the velocity in the first direction of the blood flow at a certain point is greater than the maximum value, or conversely, It may mean that the velocity at the point is expressed as the maximum value when the velocity in the first direction is less than the minimum value.
  • Such an error due to an overflow may occur during data processing of the medical data obtaining apparatus 200, for example.
  • the first data includes velocity information in a first direction of blood flow at each point on the hypothetical vertical plane of the object as shown, and the velocity for some point 410 is overflow Overflow).
  • the velocity in the first direction at some point 410 is the maximum value, but suppose that the maximum value, velocity, is an error due to overflow.
  • Fig. 4B shows the velocity in the first direction of the blood flow on the X-Z plane at points arranged on a straight line (420 in Fig. 4A) in the third direction on the hypothetical vertical plane.
  • the third direction may mean the X direction on the X-Y plane.
  • the Z value may mean the velocity in the first direction at the point.
  • the first direction may mean the R direction of the polar coordinate system.
  • the velocity for some points 410 included in the first data includes an error due to an overflow
  • some of the points arranged on the straight line 420 in the third direction may include an error due to an overflow
  • the apparatus for calculating a physical quantity of a blood stream 100 may be configured such that a difference in velocity in a first direction between two adjacent points among points arranged on a straight line 420 in a third direction
  • the first point 4211 can be extracted.
  • the physical-quantity calculating device 100 of the blood flow can extract the second point 4221 after the extracted first point 4211, where the difference in velocity in the first direction is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the physical quantity calculation device 100 of the blood flow can extract two points 4211 and 4221 whose speed difference in the first direction is equal to or greater than the threshold value.
  • the physical quantity calculation device 100 of blood flow then overflows the velocity in the first direction of the points located between the first point 4211 and the second point 4221 among the points arranged on the straight line 420 Can be corrected by taking into consideration.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can reduce the velocity 412 in the first direction of the points between the first point 4211 and the second point 4221 as shown in FIG.
  • the degree of decreasing the speed may be determined in consideration of the maximum value (+ max) of the velocity in the first direction and / or the minimum value (-max) of the velocity in the first direction.
  • the degree of speed increase may also be determined in consideration of the maximum value (+ max) of the velocity in the first direction and / or the minimum value (-max) of the velocity in the first direction.
  • the apparatus 100 for calculating a physical quantity of blood flow can generate second data corrected from an error due to an overflow from first data according to the process described above.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can improve the accuracy of data as a basis for calculating the physical quantity of blood flow, by correcting the error generated in the measurement step.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 may generate third data corrected for the error due to noise from the second data generated by the process described above (S93)
  • the 'error due to noise' may be an error that occurs when the medical data obtaining apparatus 200 detects a reflected wave or the like that is reflected from a target object.
  • the second data includes velocity information in the first direction of blood flow at each point on the imaginary vertical plane of the object, and the velocity for some point includes the error due to noise.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood refers to the position information of the outer boundary line 320 of the object and calculates the velocity in the first direction of the points located outside the outer boundary line of the object on the longitudinal plane Can be reduced.
  • the outside of the outer boundary is the place where the blood flow does not exist, and the velocity in the first direction of the blood flow at this point may correspond to the noise.
  • the device 100 for calculating the physical quantity of blood may increase and / or decrease the velocity in the first direction of the points located inside the outer boundary line 320 of the object at a predetermined ratio .
  • the rate at which the velocity in the first direction of the blood flow at each point is increased and / or decreased can be preset by learning for each object.
  • control unit 120 may determine the rate at which the blood flow at each point increases and / or decreases in the first direction by referring to the signal strength included in the first data of the blood flow. At this time, the control unit 120 may determine a point corresponding to a signal intensity less than a predetermined threshold strength as a point where noise occurs, and may increase and / or decrease a speed in the first direction of the point.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can further improve the accuracy of data as a basis for calculating the physical quantity of the blood flow.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood calculates the physical quantity of blood flow from the third data generated by the above- And the velocities in the first direction of the blood flow at the at least one point adjacent to the first direction are the height values in the first direction.
  • 'continuous surface' may mean a surface that can be differentiated at every point.
  • a continuous surface can mean a surface in which all the values forming the surface are continuous.
  • the 'continuous curved surface' may mean that the relationship between the velocities of adjacent points is continuous.
  • generating the fourth data takes into account that the blood flow is a kind of fluid flow, and the relationship between the velocities of adjacent points is continuous.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can correct the velocities of the adjacent points so that the velocities in the first direction included in the third data are closer to reality.
  • FIG. 6A is a view showing an example of third data, in which the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at the at least one point adjacent to any one point Are slightly different from each other. Such a difference is hard to exist in the natural law, and may be caused by a measurement and calculation error of the medical data acquisition apparatus 200.
  • the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocities in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to any one point are It can be confirmed that the correction is made so as to form a continuous curved surface in the three-dimensional space having the velocity in one direction as the height value.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood reflects the flow of actual fluid on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow, and further improves the accuracy of the data on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow. Can be improved.
  • the apparatus 100 for calculating a physical quantity of blood calculates the physical quantity of blood flow in a first direction of blood flow at any one point in a target body and a velocity in at least one point adjacent to any one point
  • the fifth data may be generated by correcting the fourth data so that a frequency component higher than a predetermined frequency is removed from the waves formed by the velocities in the first direction.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can generate a wave that makes the velocities of points arranged on a straight line in the third direction on the aforementioned vertical plane as the amplitudes at the respective points.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can correct the fourth data so that a frequency component higher than a predetermined frequency is removed from the generated waves.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can correct the fourth data so that a frequency component higher than a predetermined frequency is removed from the waves on the X-Z plane described in Figs. 4B to 4C.
  • the predetermined frequency may be a frequency determined in consideration of the flow characteristics of the blood flow in the object. If the subject is the left ventricle, the frequency may be determined by considering the frequency of the wave formed by the velocity distribution of the blood flow generated in the left ventricle due to the blood flow flowing from the left atrium and the blood flowing out to the aorta (Aorta) have. In other words, the frequency may be determined above the maximum frequency of the wave formed by the blood flow velocity generated in the left atrium by the blood flow flowing in and out simultaneously and / or sequentially.
  • Fig. 7A is an example showing fourth data, in which the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocity in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to the certain point.
  • the waves formed by the velocities contain high frequency components.
  • the high-frequency component is a fluid flowing through the bloodstream, it can hardly exist in the natural law, and may be caused by a measurement and calculation error of the medical data acquisition device 200.
  • the velocity in the first direction of the blood flow at any one point in the object and the velocities in the first direction of the blood flow at at least one point adjacent to any one point It can be confirmed that the wave formed by the low-frequency component only includes low-frequency components.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood reflects the flow of actual fluid on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow, and further improves the accuracy of the data on the basis of the calculation of the physical quantity of the blood flow. Can be improved.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can calculate the velocity in the second direction of the blood flow based on the generated fifth data and the position information of the outer boundary of the subject.
  • the second direction may be an angle ( ⁇ ) direction with respect to the origin in the polar coordinate system as described above
  • the fifth data may be data including velocity information in the first direction of the blood flow.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 can calculate the velocity in the second direction of the blood flow in a manner of obtaining a solution of the continuity equation.
  • the physical quantity calculation device 100 of the blood flow calculates the velocity in the second direction of the outer boundary from the position information of the outer boundary, and can use it as a boundary condition of the continuity equation.
  • the present invention is not intended to be limited to the above-described embodiments, but may be applied to the case where data including velocity in the first direction of the blood flow and positional information along the time of the heart wall, It is obvious that various methods can be used.
  • the blood flow physical quantity calculation apparatus 100 can calculate the velocity of the blood flow in the two-dimensional space (that is, on the virtual vertical plane).
  • the velocity of the blood flow in the two-dimensional space thus calculated can be used as a basis for calculating various physical quantities for the blood flow.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood calculates the physical quantity of the blood flow based on the velocity in the first direction of blood flow, the velocity in the second direction of the blood flow and the position information of the outer circumference of the object, (S97). At this time, the physical quantity is calculated based on the energy of the blood flow, the amount of dissipation of the energy, the rate of change of the energy dissipation amount, the rotational torque in the object of blood flow, And the direction of rotation. In this case, the amount of energy dissipated can be the amount that the energy spreads in space.
  • the rotational torque, the amount of change in the torque, and the direction of rotation in the subject of the blood flow among the physical quantities described above can be factors for grasping the heart condition of the patient.
  • the physical quantity and / or the physical data and / or the data obtained from the obtained data can all be included.
  • the physical quantities calculated from the velocity and velocity of the blood flow described above by the above-described process can be used as a basis for judging the state of the object.
  • the disease of the subject can be diagnosed or the disease to be caused can be predicted from the velocity and the physical quantity of the blood flow in the subject.
  • the heart disease of the patient can be diagnosed or the heart disease can be predicted from the rotational torque, the amount of torque change and the direction of rotation in the subject of the blood flow among the physical quantities described above.
  • the apparatus 100 for calculating the physical quantity of blood flow may perform only a part of the steps, or the order between the steps may be changed.
  • the blood flow physical quantity calculation device 100 may generate only the fifth data by performing only steps S94 and S95, and may perform the steps S92, S94, and S95 to generate the fifth data.
  • the embodiments of the present invention described above can be embodied in the form of a computer program that can be executed on various components on a computer, and the computer program can be recorded on a computer-readable medium.
  • the medium may be a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, , A RAM, a flash memory, and the like, which are specifically configured to store and execute program instructions.
  • the medium may include an intangible medium that is implemented in a form that can be transmitted over a network, and may be, for example, a medium in the form of software or an application, which can be transmitted and distributed through a network.
  • the computer program may be designed and configured specifically for the present invention or may be known and used by those skilled in the computer software field.
  • Examples of computer programs may include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that may be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • connections or connecting members of the lines between the components shown in the figures are illustrative of functional connections and / or physical or circuit connections, which may be replaced or additionally provided by a variety of functional connections, physical Connection, or circuit connections. Also, unless explicitly mentioned, such as " essential ", " importantly ", etc., it may not be a necessary component for application of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 방법은, 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계;를 포함 할 수 있다.

Description

혈류의 물리량 산출 방법 및 장치
본 발명의 실시예들은 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치에 관한 것이다.
초음파 시스템은 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어서 대상체 내부의 정보를 얻기 위한 의료 분야에 널리 이용되고 있다. 초음파 시스템은 인체를 직접 절개하여 관찰하는 외과 수술의 필요 없이, 인체 내부 조직의 고해상도의 영상을 실시간으로 의사에게 제공할 수 있으므로 의료분야에 매우 중요하게 사용되고 있다.
초음파 시스템의 C 모드는, 도플러 효과(Doppler effect)를 이용하여 움직이는 대상체를 나타내는 것으로, 주로 혈류의 흐름을 파악하는데 사용된다. 그러나 이러한 C 모드에 따른 데이터는 제한된 방향(초음파의 방출 방향)으로의 혈류의 정보만을 확인할 수 있다는 점에서 환자를 입체적으로 진단할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2차원 공간상에서 혈류의 움직임을 정확하게 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
특히 본 발명은 2차원 공간상에서의 혈류의 속도를 정확하게 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 환자의 진단에 근거가 되는 혈류의 물리량들을 혈류의 속도로부터 산출할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 조영제의 사용 없이도 혈류의 움직임을 보다 입체적으로 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 조영제의 미사용으로 발생하는 측정 노이즈를 효율적으로 억제할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 방법은, 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 상기 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 방향은 극좌표계(極座標系)에서 원점으로부터 거리(R)방향이고, 상기 제2 방향은 상기 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상기 획득하는 단계 이후에 상기 제1 데이터에서 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 제4 데이터를 생성하는 단계는 상기 제2 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제1 데이터는 상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고, 상기 제2 데이터를 생성하는 단계는 상기 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들 중 인접하는 두 지점 간의 상기 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제1 지점 및 상기 제1 지점 이후에 상기 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제2 지점을 추출하는 단계; 및 상기 직선상에 배열되는 지점들 중 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이에 위치하는 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 상기 오버플로우를 고려하여 보정하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때 상기 제3 방향은 직교좌표계(直交座標系)에서 직교하는 두 방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
상기 보정하는 단계는 상기 제1 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 상기 임계 값 보다 크고, 상기 제2 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 증가시킬 수 있다. 또한 상기 보정하는 단계는 상기 제1 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 상기 임계 값 보다 크고, 상기 제2 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상기 제2 데이터를 생성하는 단계 이후에, 상기 제2 데이터에서 노이즈(Noise)로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 제4 데이터를 생성하는 단계는 상기 제3 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제2 데이터는 상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고, 상기 제3 데이터를 생성하는 단계는 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 참조하여, 상기 종단면 상에서 상기 대상체의 외경계선의 외부에 위치하는 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 감소시킬 수 있다.
상기 제4 데이터는 상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고, 상기 제5 데이터를 생성하는 단계는 상기 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들의 속도들을 상기 지점들 각각에서의 진폭으로 하는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하고, 상기 기 설정된 주파수는 상기 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정되고, 상기 제3 방향은 직교좌표계에서 직교하는 두 방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
상기 대상체는 좌심실(Left Ventricle)이고, 상기 주파수는 좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 상기 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동(Wave)의 주파수를 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상기 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계 이후에 상기 혈류의 제1 방향으로의 속도, 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 혈류의 물리량은 상기 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 상기 혈류의 상기 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 상기 토크의 변화량 및 상기 회전의 방향 중 적어도 하나일 수 있다.
한편 상기 제1 데이터는 컬러 도플러 데이터(Color Doppler Data)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 제어부를 포함하는 장치에 있어서, 상기 제어부는 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하고, 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 상기 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하고, 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하고, 상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출할 수 있다. 이때 상기 제1 방향은 극좌표계(極座標系)에서 원점으로부터 거리(R)방향이고, 상기 제2 방향은 상기 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향일 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 데이터에서 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성하고, 상기 제2 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2 데이터에서 노이즈(Noise)로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성하고, 상기 제3 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성할 수 있다.
상기 기 설정된 주파수는 상기 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 대상체는 좌심실(Left Ventricle)이고, 상기 주파수는 좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 상기 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동(Wave)의 주파수를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 제어부는 상기 혈류의 제1 방향으로의 속도, 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출할 수 있다.
상기 혈류의 물리량은 상기 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 상기 혈류의 상기 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 상기 토크의 변화량 및 상기 회전의 방향 중 적어도 하나일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면 2차원 공간상에서 혈류의 움직임을 정확하게 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
또한 2차원 공간상에서의 혈류의 속도를 정확하게 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
또한 환자의 진단에 근거가 되는 혈류의 물리량들을 혈류의 속도로부터 산출할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
또한 조영제의 사용 없이도 혈류의 움직임을 보다 입체적으로 파악할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
또한 조영제의 미사용의 경우에도, 발생되는 측정 노이즈를 효율적으로 억제할 수 있는 혈류의 물리량 산출 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2b는 의료 데이터 획득 장치가 대상체인 인체로부터 데이터를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 데이터 획득 장치가 획득한 데이터의 예시이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 제1 데이터로부터 제2 데이터를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 제2 데이터를 도시한 예시이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 노이즈로 인한 오차가 보정된 제3 데이터를 도시한 예시이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부가 제3 데이터로부터 생성한 제4 데이터를 도시한 예시이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부가 제4 데이터로부터 생성한 제5 데이터를 도시한 예시이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 2차원 공간 상에서의 혈류의 속도를 산출한 예시이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치에 의해 수행되는 혈류의 물리량 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 방법은, 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하는 단계; 상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계;를 포함 할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 시스템은 의료 데이터 획득 장치(200) 및 혈류의 물리량 산출 장치(100)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의료 데이터 획득 장치(200)는 대상체 내의 혈류에 대한 데이터를 획득하는 다양한 장치일 수 있다. 가령 의료 데이터 획득 장치(200)는 소정의 주파수의 초음파를 대상체 내로 방출하고, 대상체 내의 조직으로부터 반사되는 반사파 또는 산란파를 검지하여 데이터를 생성하는 초음파 진단 장치일 수 있다. 물론 의료 데이터 획득 장치(200)는 전술한 초음파 진단 장치 외에 침습식으로 의료 데이터를 획득하는 다양한 장치를 의미할 수 있다. 다만 이하에서는 설명의 편의를 위하여 의료 데이터 획득 장치(200)가 초음파 진단 장치인 것을 전제로 설명한다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 데이터 획득 장치(200)는 초음파를 방출하고, 반사파 및/또는 산란파를 검출하는 프로브(210)를 포함할 수 있다. 이와 같은 프로브(210)는 대상체 내의 가상의 종단면으로 초음파를 방출하고, 종단면에서의 혈류에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의료 데이터 획득 장치(200)는 획득한 대상체 내의 혈류 데이터를 후술하는 혈류의 물리량 산출 장치(100)로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 전술한 의료 데이터 획득 장치(200)로부터 대상체 내의 혈류 데이터를 수신하고, 이에 기초하여 혈류의 다양한 물리량을 산출할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 통신부(110), 제어부(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(120)는 의료 데이터 획득 장치(200)로부터 수신된 대상체 내의 혈류 데이터에 기초하여 혈류의 물리량을 산출할 수 있다. 이 때 제어부(120)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(Processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 이와 같은 제어부(120)는 단일 프로세서로 구성될 수도 있고, 제어부에 의해 수행되는 기능의 단위로 구분되는 복수개의 프로세서로 구성될 수도 있다. 가령 제어부(120)는 한 개의 프로세서 및/또는 연산부로 구성되어, 전술한 바와 같이 혈류의 물리량을 산출할 수 있다. 또한 이와는 달리 제어부(120)는 제2 데이터를 생성하는 제2 데이터 생성부, 제3 데이터를 생성하는 제3 데이터 생성부 및 제4 데이터를 생성하는 제4 데이터 생성부 등으로 구성될 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(130)는 제어부(120)가 처리하는 데이터, 명령어(instructions), 프로그램, 프로그램 코드, 또는 이들의 결합 등을 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 메모리(130)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 메모리(130)는 제어부(120)가 처리하는 데이터, 명령어 외에 데이터 획득 장치(200)가 획득한 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장할 수도 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)가 의료 데이터 획득 장치(200)와 구분되는 장치로 도시되어 있지만, 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 의료 데이터 획득 장치(200)에 포함되는 장치일 수도 있다.
나아가 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 일반적으로 사용되는 PC(Personal Computer), 휴대용 단말, 태블릿 장치를 의미할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2a 내지 도 2b는 의료 데이터 획득 장치(200)가 대상체인 인체(300)로부터 데이터를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 2a 및 도 2b를 함께 참조하여 의료 데이터 획득 장치(200)는 초음파 진단 장치로, 대상체는 인체(300)의 심장(310) 중 좌심실(Left Ventricle) (311)인 것으로 가정하여 설명한다.
다만 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 시스템은 인체(300)뿐만 아니라 동물의 혈류를 물리량을 산출하거나, 인체(300)라 하여도 심장(310)이 아닌 다른 장기에서의 혈류의 물리량을 산출하거나, 심장(310)이라 하여도 좌심실(311)이 아닌 다른 부분에서의 혈류의 물리량을 산출하는데 사용될 수 있다.
한편 의료 데이터 획득 장치(200)의 프로브(210)는 심장(310), 특히 좌심실(311) 내에서의 혈류의 물리량을 산출하기 위해 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 초음파 진단 장치는 비침습식 장치로, 인체(300)의 외면에 심장(310)의 좌심실(311)과 대응되는 위치에 배치되어 좌심실(311)로 초음파를 방출하고, 이로부터 반사되어 돌아오는 반사파 등을 검출할 수 있다.
이때 프로브(210)는 좌심실(311)을 종단(縱斷)하는 가상의 종단면(縱斷面)(211)상의 정보를 획득할 수 있다. 보다 상세히, 프로브(210)는 가상의 종단면(211) 상에서 좌심실(311)의 외경계선의 위치 정보를 획득할 수 있다. 또한 프로브(210)는 가상의 종단면(211) 상의 각 지점에서 흐르는 혈류에 대한 도플러 데이터(Doppler Data)를 획득할 수도 있다. 이와 같은 도플러 데이터는 초음파의 방출 방향으로의 혈류의 속도에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 데이터 획득 장치(200)가 획득한 데이터의 예시이다.
본 발명에서 X 방향(이하 제3 방향), Y 방향, Z 방향은 직교좌표계(直交座標系)에서 직교하는 세 방향을 의미할 수 있다. 한편 본 발명에서 R 방향, θ 방향은 극좌표계(極座標系)에서 원점으로부터 거리(R)방향(이하 R 방향 또는 제1 방향)과, 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향(이하 θ 방향 또는 제2 방향)을 의미할 수 있다. 또한 직교좌표계의 X-Y 평면은 극좌표계의 R-θ 평면과 동일한 평면으로, 설명의 편의를 위하여 표현을 달리 하는것일 수 있다.
도 3을 참조하면, 의료 데이터 획득 장치(200)는 좌심실(311)을 종단하는 가상의 종단면(縱斷面)상의 정보를 획득할 수 있다.
보다 상세히, 의료 데이터 획득 장치(200)는 가상의 종단면 상에서 좌심실(311)의 외경계선(320)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 이 때 종단면은 전술한 직교좌표계의 X-Y 평면 및 극좌표계의 R-θ 평면과 동일한 평면일 수 있다.
또한 의료 데이터 획득 장치(200)는 가상의 종단면 상의 각 지점에서 흐르는 혈류에 대한 도플러 데이터(Doppler Data)를 획득할 수도 있다. 이와 같은 도플러 데이터는 각 지점에서 초음파의 방출 방향(R 방향)으로 혈류가 접근하는지 또는 멀어지는지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면 도플러 데이터는 각 지점에서의 R 방향으로의 혈류의 속도에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 3은 각 지점에서의 혈류의 R 방향으로의 속도를 3차원으로 도시한 예시이다. 이에 따르면 각 지점에서의 Z방향의 크기는 각 지점에서의 혈류의 R 방향으로의 속도에 대응될 수 있다. 바꾸어 말하면 어떤 지점의 Z 값의 크기가 양수인 경우 혈류는 +R 방향(또는 -R 방향)으로 이동중인 것을 의미할 수 있으며, Z 값의 크기가 음수인 경우 혈류는 -R 방향(또는 +R 방향)으로 이동중인 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)의 제어부(120)는 상술한 과정에 따라 의료 데이터 획득 장치(200)가 획득한 데이터를 획득하고, 이에 기초하여, 대상체 내의 혈류의 물리량을 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향(R 방향)으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터와 대상체의 외경계선(도 3의 320)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
이때 제1 데이터는 대상체 내의 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 행렬(Matrix) 형태로 표현된 것일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 의료 데이터 획득 장치(200)로부터 획득한 제1 데이터에서 오버플로우로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성할 수 있다.
이 때 '오버플로우(Overflow)로 인한 오차'는 어떤 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 최대값 이상일 때 해당 지점에서의 속도가 최소값으로 표현되거나, 또는 이와는 반대로 어떤 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 최소값 이하일 때 해당 지점에서의 속도가 최대값으로 표현되는 것을 의미할 수 있다. 이러한 오버플로우(Overflow)로 인한 오차는 가령 의료 데이터 획득 장치(200)의 데이터 처리 과정중에 발생할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)가 제1 데이터로부터 제2 데이터를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 4a를 참조하여, 제1 데이터가 도시된 바와 같이 대상체의 가상의 종단면상의 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하며, 일부 지점(410)에 대한 속도가 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 포함한다고 가정해 보자. 바꾸어 말하면 일부 지점(410)에서의 제1 방향으로의 속도가 최대값이지만, 이러한 최대값인 속도가 오버플로우에 의한 오차인 것으로 가정해 보자.
도 4b는 가상의 종단면상에서 제3 방향으로의 직선(도 4a의 420)상에 배열되는 지점들에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 X-Z평면상에 도시한 도면이다. 이 때 제3 방향은 X-Y 평면상의 X 방향을 의미할 수 있다. 또한 Z 값은 해당 지점에서의 제1 방향으로의 속도를 의미할 수 있다. 이때 제1 방향은 극좌표계의 R 방향을 의미할 수 있다.
전술한 가정에서와 같이 제1 데이터에 포함된 일부 지점(410)에 대한 속도가 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 포함하고, 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 일부가 오버플로우를 포함하는 지점(410)에 포함되므로, 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 일부 지점들의 속도(411)는 오버플로우로 인한 오차를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 인접하는 두 지점 간의 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제1 지점(4211)을 추출할 수 있다. 또한 제어부(120)는 추출한 제1 지점(4211) 이후에 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제2 지점(4221)을 추출할 수 있다. 바꾸어 말하면 제어부(120)는 제1 방향으로의 속도의 차이가 임계 값 이상인 두 개의의 지점(4211, 4221)을 추출할 수 있다.
이어서 제어부(120)는 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 제1 지점(4211)과 제2 지점(4221) 사이에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 오버플로우를 고려하여 보정할 수 있다.
가령 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 지점(4211)에서 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 임계 값 보다 크고, 제2 지점(4221)에서 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 임계 값 보다 큰 경우, 제어부(120)는 제1 지점(4211)과 제2 지점(4221) 사이의 지점들의 제1 방향으로의 속도(412)를 도 4c에 도시된 바와 같이 감소시킬 수 있다. 이때 속도를 감소시키는 정도는 제1 방향으로의 속도의 최대값(+max) 및/또는 제1 방향으로의 속도의 최소값(-max)을 고려하여 결정될 수 있다.
한편 이와는 반대로 제1 지점에서 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 임계 값 보다 크고, 제2 지점에서 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 임계 값 보다 큰 경우, 제어부(120)는 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 제1 방향으로의 속도를 증가시킬 수 있다. 물론 이때에도 속도를 증가시키는 정도는 제1 방향으로의 속도의 최대값(+max) 및/또는 제1 방향으로의 속도의 최소값(-max)을 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 전술한 과정에 따라 제1 데이터로부터 오버플로우로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성할 수 있다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따라 오버플로우로 인한 오차가 보정된 제2 데이터를 도시한 예시이다.
도 4a와 대비하여 도 4d를 검토해 보면, 오버플로우에 의한 속도의 오차를 포함하는 제1 지점(410)의 제1 방향으로의 속도가 주변 지점의 속도들(도 4b 및 도 4c의 421, 422)과 유사하게 보정된 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 측정 단계에서 발생한 오류를 보정함으로써, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 전술한 과정에 의해 생성된 제2 데이터에서 노이즈로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성할 수 있다.
이 때 '노이즈(Noise)로 인한 오차'는 의료 데이터 획득 장치(200)가 대상체로부터 반사되어 돌아오는 반사파 등을 검출하는 과정에서 발생하는 오차일 수 있다.
가령 도 5a를 참조하여, 제2 데이터가 대상체의 가상의 종단면상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하며, 일부 지점에 대한 속도가 노이즈에 의한 오차를 포함한다고 가정해 보자.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 대상체의 외경계선(320)의 위치 정보를 참조하여, 종단면 상에서 대상체의 외경계선의 외부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 감소시킬 수 있다. 이 때 외경계선의 외부는 혈류가 존재하지 않는 곳으로, 이러한 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도는 노이즈에 해당할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 대상체의 외경계선(320) 내부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 기 설정된 비율로 증가 및/또는 감소시킬 수 있다. 이 때 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 증가 및/또는 감소시키는 비율은 대상체 별로 학습에 의해 기 설정될 수 있다. 가령 제어부(120)는 혈류의 제1 데이터에 포함된 신호강도를 참조하여 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 증가 및/또는 감소시키는 비율을 결정할 수 있다. 이 때 제어부(120)는 소정의 임계 강도 이하인 신호강도와 대응되는 지점을 노이즈가 발생한 지점으로 판단하고, 해당 지점의 제1 방향으로의 속도를 감소시킬 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 노이즈로 인한 오차가 보정된 제3 데이터를 도시한 예시이다.
도 5a와 대비하여 도 5b를 검토해 보면, 외경계선(320) 외부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도가 감소하였고, 외경계선(320) 내부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도가 증가하였음을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 전술한 과정에 의해 생성된 제3 데이터로부터, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 보정된 제4 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명에서 '연속하는 곡면'은 모든 지점에서 미분 가능한 곡면을 의미할 수 있다. 바꾸어말하면 연속하는 곡면은 곡면을 이루는 값들이 모두 연속하는 곡면을 의미할 수 있다.
이 때 곡면의 높이가 제1 방향으로의 속도를 의미하므로, 결국 '연속하는 곡면'은 인접하는 지점들 간의 속도간의 관계가 연속하는 것을 의미할 수 있다. 따라서 제4 데이터를 생성하는 것은 혈류가 일종의 유체의 흐름으로, 인접하는 지점들의 속도간의 관계가 연속한다는 점을 고려한 것이다.
이로써 제어부(120)는 인접하는 지점들의 속도들이 제3 데이터에 포함된 제1 방향으로의 속도들을 보다 실제에 근접하도록 보정할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부(120)가 제3 데이터로부터 생성한 제4 데이터를 도시한 예시이다.
도 6a는 제3 데이터를 도시한 예시로, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 다소 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 차이는 실제 자연법칙 상에서는 존재하기 어려운 것으로, 의료 데이터 획득 장치(200)의 측정 및 연산 오차에 의해 발생한 것일 수 있다.
도 6a와 대비하여 도 6b를 살펴보면, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 보정된 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터에 실제 유체의 흐름을 반영하여, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성할 수 있다.
보다 상세히, 제어부(120)는 전술한 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들의 속도들을 각각 지점들에서의 진폭으로 하는 파동을 생성할 수 있다. 또한 제어부(120)는 생성된 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정할 수 있다. 바꾸어 말하면 제어부(120)는 도 4b 내지 4c에서 설명한 X-Z평면상의 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정할 수 있다.
이때 기 설정된 주파수는 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정되는 주파수 일 수 있다. 가령 대상체가 좌심실인 경우, 주파수는 좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동의 주파수를 고려하여 결정될 수 있다. 바꾸어 말하면 주파수는 동시 및/또는 순차적으로 유입 및 유출 되는 혈류에 의해 좌심방에 생성되는 혈류 속도에 의해 형성되는 파동의 최대 주파수 이상으로 결정될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부(120)가 제4 데이터로부터 생성한 제5 데이터를 도시한 예시이다.
도 7a는 제4 데이터를 도시한 예시로, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동이 고주파 성분을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 고주파 성분은 혈류가 흐르는 유체라는 점을 고려했을 때 실제 자연법칙상에서는 존재하기 어려운 것으로, 의료 데이터 획득 장치(200)의 측정 및 연산 오차에 의해 발생한 것일 수 있다.
도 7a와 대비하여 도 7b를 살펴보면, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동이 저주파 성분만을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터에 실제 유체의 흐름을 반영하여, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 생성된 제5 데이터 및 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출할 수 있다. 이때 제2 방향은 전술한 바와 같이 극좌표계에서 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향을 의미할 수 있고, 제5 데이터는 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 데이터 일 수 있다.
가령 제어부(120)는 연속방정식의 해를 구하는 방식으로 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출할 수 있다. 이 때 제어부(120)는 외경계선의 위치 정보로부터 외경계선의 제2 방향으로의 속도를 산출하고, 이를 연속방정식의 경계 조건으로써 사용할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 혈류의 제1 방향으로의 속도를 포함하는 데이터 및 심벽의 시간의 흐름에 따른 위치 정보를 포함하는 데이터로부터 혈류의 제2 방향의 속도를 구할 수 있는 다양한 방식이 사용될 수 있음은 자명하다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 2차원 공간 상에서(즉 가상의 종단면 상에서)의 혈류의 속도를 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)가 2차원 공간 상에서의 혈류의 속도를 산출한 예시이다.
도 8을 참조하면, 전술한 과정에 의해 2차원 공간 상에서 혈류의 제1 방향으로의 속도뿐만 아니라, 제2 방향으로의 속도 까지 알 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 산출된 2차원 공간상에서의 혈류의 속도는 혈류에 대한 다양한 물리량 산출의 근거가 될 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 혈류의 제1 방향으로의 속도, 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출할 수 있다. 이 때 물리량은 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 토크의 변화량 및 회전의 방향 중 적어도 하나일 수 있다. 이 때 에너지의 소산량은 에너지가 공간상에서 퍼져나가는 정도를 의미하는 양일 수 있다.
가령 대상체가 좌심실인 경우, 전술한 물리량 중 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크, 토크의 변화량 및 회전의 방향은 환자의 심장 상태를 파악할 수 있도록 하는 요소가 될 수 있다.
다만 상술한 물리량의 예시적인 것으로, 기 산출된 물리량 및/또는 획득된 데이터(혈류의 제1 방향으로의 속도, 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 대상체의 외경계선의 위치 정보)로부터 물리적 및/또는 수학적으로 도출될 수 있는 물리량은 모두 포함될 수 있다.
한편 상술한 과정에 의해 상술된 혈류의 속도 및 속도로부터 산출된 물리량들은 대상체의 상태를 판단하는 근거로써 사용될 수 있다. 바꾸어 말하면 대상체 내에서의 혈류의 속도 및 물리량으로부터 대상체의 질환을 진단하거나 또는 발생될 질환을 예측할 수 있다.
가령 대상체가 좌심실인 경우, 전술한 물리량 중 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크, 토크의 변화량 및 회전의 방향으로부터 해당 환자의 심장질환을 진단하거나, 심장질환을 예측할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치에 의해 수행되는 혈류의 물리량 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 8에서 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 의료 데이터 획득 장치(200)가 획득한 데이터를 획득할 수 있다.(S91) 또한 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 획득한 데이터에 기초하여, 대상체 내의 혈류의 물리량을 산출할 수 있다. 보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향(R 방향)으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터와 대상체의 외경계선(도 3의 320)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
이때 제1 데이터는 대상체 내의 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 행렬(Matrix) 형태로 표현된 것일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 의료 데이터 획득 장치(200)로부터 획득한 제1 데이터에서 오버플로우로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성할 수 있다.(S92)
이 때 '오버플로우(Overflow)로 인한 오차'는 어떤 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 최대값 이상일 때 해당 지점에서의 속도가 최소값으로 표현되거나, 또는 이와는 반대로 어떤 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도가 최소값 이하일 때 해당 지점에서의 속도가 최대값으로 표현되는 것을 의미할 수 있다. 이러한 오버플로우(Overflow)로 인한 오차는 가령 의료 데이터 획득 장치(200)의 데이터 처리 과정중에 발생할 수 있다.
다시 도 4a를 참조하여, 제1 데이터가 도시된 바와 같이 대상체의 가상의 종단면상의 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하며, 일부 지점(410)에 대한 속도가 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 포함한다고 가정해 보자. 바꾸어 말하면 일부 지점(410)에서의 제1 방향으로의 속도가 최대값이지만, 이러한 최대값인 속도가 오버플로우에 의한 오차인 것으로 가정해 보자.
전술한 바와 같이 도 4b는 가상의 종단면상에서 제3 방향으로의 직선(도 4a의 420)상에 배열되는 지점들에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 X-Z평면상에 도시한 도면이다. 이 때 제3 방향은 X-Y 평면상의 X 방향을 의미할 수 있다. 또한 Z 값은 해당 지점에서의 제1 방향으로의 속도를 의미할 수 있다. 이때 제1 방향은 극좌표계의 R 방향을 의미할 수 있다.
전술한 가정에서와 같이 제1 데이터에 포함된 일부 지점(410)에 대한 속도가 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 포함하고, 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 일부가 오버플로우를 포함하는 지점(410)에 포함되므로, 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 일부 지점들의 속도(411)는 오버플로우로 인한 오차를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 제3 방향으로의 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 인접하는 두 지점 간의 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제1 지점(4211)을 추출할 수 있다. 또한 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 추출한 제1 지점(4211) 이후에 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제2 지점(4221)을 추출할 수 있다. 바꾸어 말하면 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 제1 방향으로의 속도의 차이가 임계 값 이상인 두 개의의 지점(4211, 4221)을 추출할 수 있다.
이어서 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 직선(420)상에 배열되는 지점들 중 제1 지점(4211)과 제2 지점(4221) 사이에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 오버플로우를 고려하여 보정할 수 있다.
가령 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 지점(4211)에서 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 임계 값 보다 크고, 제2 지점(4221)에서 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 임계 값 보다 큰 경우, 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 제1 지점(4211)과 제2 지점(4221) 사이의 지점들의 제1 방향으로의 속도(412)를 도 4c에 도시된 바와 같이 감소시킬 수 있다. 이때 속도를 감소시키는 정도는 제1 방향으로의 속도의 최대값(+max) 및/또는 제1 방향으로의 속도의 최소값(-max)을 고려하여 결정될 수 있다.
한편 이와는 반대로 제1 지점에서 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 임계 값 보다 크고, 제2 지점에서 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 임계 값 보다 큰 경우, 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 제1 방향으로의 속도를 증가시킬 수 있다. 물론 이때에도 속도를 증가시키는 정도는 제1 방향으로의 속도의 최대값(+max) 및/또는 제1 방향으로의 속도의 최소값(-max)을 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 전술한 과정에 따라 제1 데이터로부터 오버플로우로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성할 수 있다.
다시 도 4a와 대비하여 도 4d를 검토해 보면, 오버플로우에 의한 속도의 오차를 포함하는 제1 지점(410)의 제1 방향으로의 속도가 주변 지점의 속도들(도 4b 및 도 4c의 421, 422)과 유사하게 보정된 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 측정 단계에서 발생한 오류를 보정함으로써, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 전술한 과정에 의해 생성된 제2 데이터에서 노이즈로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성할 수 있다.(S93)
이 때 ' 노이즈(Noise)로 인한 오차'는 의료 데이터 획득 장치(200)가 대상체로부터 반사되어 돌아오는 반사파 등을 검출하는 과정에서 발생하는 오차일 수 있다.
가령 도 5a를 참조하여, 제2 데이터가 대상체의 가상의 종단면상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하며, 일부 지점에 대한 속도가 노이즈에 의한 오차를 포함한다고 가정해 보자.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 대상체의 외경계선(320)의 위치 정보를 참조하여, 종단면 상에서 대상체의 외경계선의 외부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 감소시킬 수 있다. 이 때 외경계선의 외부는 혈류가 존재하지 않는 곳으로, 이러한 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도는 노이즈에 해당할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 대상체의 외경계선(320) 내부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도를 기 설정된 비율로 증가 및/또는 감소시킬 수 있다. 이 때 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 증가 및/또는 감소시키는 비율은 대상체 별로 학습에 의해 기 설정될 수 있다.
가령 제어부(120)는 혈류의 제1 데이터에 포함된 신호강도를 참조하여 각 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도를 증가 및/또는 감소시키는 비율을 결정할 수 있다. 이 때 제어부(120)는 소정의 임계 강도 이하인 신호강도와 대응되는 지점을 노이즈가 발생한 지점으로 판단하고, 해당 지점의 제1 방향으로의 속도를 증가 및/또는 감소시킬 수 있다.
다시 도 5a와 대비하여 도 5b를 검토해 보면, 외경계선(320) 외부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도가 감소하였고, 외경계선(320) 내부에 위치하는 지점들의 제1 방향으로의 속도가 증가하였음을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 전술한 과정에 의해 생성된 제3 데이터로부터, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 보정된 제4 데이터를 생성할 수 있다.(S94)
본 발명에서 '연속하는 곡면'은 모든 지점에서 미분 가능한 곡면을 의미할 수 있다. 바꾸어말하면 연속하는 곡면은 곡면을 이루는 값들이 모두 연속하는 곡면을 의미할 수 있다.
이 때 곡면의 높이가 제1 방향으로의 속도를 의미하므로, 결국 '연속하는 곡면'은 인접하는 지점들 간의 속도간의 관계가 연속하는 것을 의미할 수 있다. 따라서 제4 데이터를 생성하는 것은 혈류가 일종의 유체의 흐름으로, 인접하는 지점들의 속도간의 관계가 연속한다는 점을 고려한 것이다.
이로써 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 인접하는 지점들의 속도들이 제3 데이터에 포함된 제1 방향으로의 속도들을 보다 실제에 근접하도록 보정할 수 있다.
도 6a는 제3 데이터를 도시한 예시로, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 다소 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 차이는 실제 자연법칙 상에서는 존재하기 어려운 것으로, 의료 데이터 획득 장치(200)의 측정 및 연산 오차에 의해 발생한 것일 수 있다.
도 6a와 대비하여 도 6b를 살펴보면, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 보정된 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터에 실제 유체의 흐름을 반영하여, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성할 수 있다.(S95)
보다 상세히, 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 전술한 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들의 속도들을 각각 지점들에서의 진폭으로 하는 파동을 생성할 수 있다. 또한 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 생성된 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정할 수 있다. 바꾸어 말하면 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 도 4b 내지 4c에서 설명한 X-Z평면상의 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정할 수 있다.
이때 기 설정된 주파수는 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정되는 주파수 일 수 있다. 가령 대상체가 좌심실인 경우, 주파수는 좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동의 주파수를 고려하여 결정될 수 있다. 바꾸어 말하면 주파수는 동시 및/또는 순차적으로 유입 및 유출 되는 혈류에 의해 좌심방에 생성되는 혈류 속도에 의해 형성되는 파동의 최대 주파수 이상으로 결정될 수 있다.
도 7a는 제4 데이터를 도시한 예시로, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동이 고주파 성분을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 고주파 성분은 혈류가 흐르는 유체라는 점을 고려했을 때 실제 자연법칙상에서는 존재하기 어려운 것으로, 의료 데이터 획득 장치(200)의 측정 및 연산 오차에 의해 발생한 것일 수 있다.
도 7a와 대비하여 도 7b를 살펴보면, 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와, 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동이 저주파 성분만을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터에 실제 유체의 흐름을 반영하여, 혈류의 물리량 산출의 근거가 되는 데이터의 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 생성된 제5 데이터 및 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출할 수 있다.(S96) 이때 제2 방향은 전술한 바와 같이 극좌표계에서 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향을 의미할 수 있고, 제5 데이터는 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 데이터 일 수 있다.
가령 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 연속방정식의 해를 구하는 방식으로 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출할 수 있다. 이 때 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 외경계선의 위치 정보로부터 외경계선의 제2 방향으로의 속도를 산출하고, 이를 연속방정식의 경계 조건으로써 사용할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 혈류의 제1 방향으로의 속도를 포함하는 데이터 및 심벽의 시간의 흐름에 따른 위치 정보를 포함하는 데이터로부터 혈류의 제2 방향의 속도를 구할 수 있는 다양한 방식이 사용될 수 있음은 자명하다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 2차원 공간 상에서(즉 가상의 종단면 상에서)의 혈류의 속도를 산출할 수 있다.
도 8을 참조하면, 전술한 과정에 의해 2차원 공간 상에서 혈류의 제1 방향으로의 속도뿐만 아니라, 제2 방향으로의 속도 까지 알 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 산출된 2차원 공간상에서의 혈류의 속도는 혈류에 대한 다양한 물리량 산출의 근거가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 혈류의 제1 방향으로의 속도, 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출할 수 있다.(S97) 이 때 물리량은 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 토크의 변화량 및 회전의 방향 중 적어도 하나일 수 있다. 이 때 에너지의 소산량은 에너지가 공간상에서 퍼져나가는 정도를 의미하는 양일 수 있다.
가령 대상체가 좌심실인 경우, 전술한 물리량 중 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크, 토크의 변화량 및 회전의 방향은 환자의 심장 상태를 파악할 수 있도록 하는 요소가 될 수 있다.
다만 상술한 물리량의 예시적인 것으로, 기 산출된 물리량 및/또는 획득된 데이터(혈류의 제1 방향으로의 속도, 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 대상체의 외경계선의 위치 정보)로부터 물리적 및/또는 수학적으로 도출될 수 있는 물리량은 모두 포함될 수 있다.
한편 상술한 과정에 의해 상술된 혈류의 속도 및 속도로부터 산출된 물리량들은 대상체의 상태를 판단하는 근거로써 사용될 수 있다. 바꾸어 말하면 대상체 내에서의 혈류의 속도 및 물리량으로부터 대상체의 질환을 진단하거나 또는 발생될 질환을 예측할 수 있다.
가령 대상체가 좌심실인 경우, 전술한 물리량 중 혈류의 대상체 내에서의 회전 토크, 토크의 변화량 및 회전의 방향으로부터 해당 환자의 심장질환을 진단하거나, 심장질환을 예측할 수 있다.
한편 도 9에서는 혈류의 물리량 산출 장치(100)에 의해 단계 S92 내지 단계 S96이 모두 수행되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것이 아니다.
따라서 혈류의 물리량 산출 장치(100)가 혈류의 물리량을 산출함에 있어서 일부 단계만을 수행할 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다. 가령 혈류의 물리량 산출 장치(100)는 단계 S94 및 단계 S95만을 수행하여 제5 데이터를 생성할 수도 있고, 단계 S92, 단계 S94 및 단계 S95를 수행하여 제5 데이터를 생성할 수도 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 나아가, 매체는 네트워크 상에서 전송 가능한 형태로 구현되는 무형의 매체를 포함할 수 있으며, 예를 들어 소프트웨어 또는 애플리케이션 형태로 구현되어 네트워크를 통해 전송 및 유통이 가능한 형태의 매체일 수도 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 방법에 있어서,
    대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 상기 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하는 단계;
    상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 방향은 극좌표계(極座標系)에서 원점으로부터 거리(R)방향이고, 상기 제2 방향은 상기 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향인, 혈류의 물리량 산출 방법.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 획득하는 단계 이후에
    상기 제1 데이터에서 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제4 데이터를 생성하는 단계는
    상기 제2 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성하는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  3. 제2 항에 있어서
    상기 제1 데이터는
    상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고,
    상기 제2 데이터를 생성하는 단계는
    상기 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들 중 인접하는 두 지점 간의 상기 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제1 지점 및 상기 제1 지점 이후에 상기 제1 방향으로의 속도의 차이가 소정의 임계 값 이상인 제2 지점을 추출하는 단계; 및
    상기 직선상에 배열되는 지점들 중 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이에 위치하는 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 상기 오버플로우를 고려하여 보정하는 단계;를 포함하고
    상기 제3 방향은 직교좌표계(直交座標系)에서 직교하는 두 방향 중 어느 하나의 방향인, 혈류의 물리량 산출 방법.
  4. 제3 항에 있어서
    상기 보정하는 단계는
    상기 제1 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 상기 임계 값 보다 크고, 상기 제2 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 상기 임계 값 보다 큰 경우,
    상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 증가시키는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  5. 제3 항에 있어서
    상기 보정하는 단계는
    상기 제1 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 증가폭이 상기 임계 값 보다 크고, 상기 제2 지점에서 상기 제1 방향으로의 속도의 감소폭이 상기 임계 값 보다 큰 경우,
    상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 감소시키는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  6. 제2 항에 있어서
    상기 제2 데이터를 생성하는 단계 이후에,
    상기 제2 데이터에서 노이즈(Noise)로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제4 데이터를 생성하는 단계는
    상기 제3 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성하는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  7. 제6 항에 있어서
    상기 제2 데이터는
    상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고,
    상기 제3 데이터를 생성하는 단계는
    상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 참조하여, 상기 종단면 상에서 상기 대상체의 외경계선의 외부에 위치하는 지점들의 상기 제1 방향으로의 속도를 감소시키는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  8. 제1 항에 있어서
    상기 제4 데이터는
    상기 대상체의 가상의 종단면(縱斷面)상의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하고,
    상기 제5 데이터를 생성하는 단계는
    상기 종단면 상에서 제3 방향으로의 직선상에 배열되는 지점들의 속도들을 상기 지점들 각각에서의 진폭으로 하는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하고,
    상기 기 설정된 주파수는
    상기 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정되고,
    상기 제3 방향은 직교좌표계에서 직교하는 두 방향 중 어느 하나의 방향인, 혈류의 물리량 산출 방법.
  9. 제8 항에 있어서
    상기 대상체는 좌심실(Left Ventricle)이고,
    상기 주파수는
    좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 상기 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동(Wave)의 주파수를 고려하여 결정되는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  10. 제1 항에 있어서
    상기 제2 방향으로의 속도를 산출하는 단계 이후에
    상기 혈류의 제1 방향으로의 속도, 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출하는 단계;를 더 포함하는, 혈류의 물리량 산출 방법.
  11. 제10 항에 있어서
    상기 혈류의 물리량은
    상기 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 상기 혈류의 상기 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 상기 토크의 변화량 및 상기 회전의 방향 중 적어도 하나인, 혈류의 물리량 산출 방법.
  12. 제1 항에 있어서
    상기 제1 데이터는
    컬러 도플러 데이터(Color Doppler Data)인, 혈류의 물리량 산출 방법.
  13. 컴퓨터를 이용하여 제1 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  14. 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보로부터 상기 혈류(血流)의 적어도 하나의 물리량(物理量)을 산출하는 제어부를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 제어부는
    대상체 내의 각 지점에서 혈류의 제1 방향으로의 속도 정보를 포함하는 제1 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보를 획득하고,
    상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들이 상기 제1 방향으로의 속도를 높이값으로 하는 3차원 공간상에서 연속하는 곡면을 형성하도록 상기 제1 데이터를 보정하여 제4 데이터를 생성하고,
    상기 대상체 내의 어느 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도와 상기 어느 하나의 지점과 인접하는 적어도 하나의 지점에서의 혈류의 제1 방향으로의 속도들에 의해 형성되는 파동에서 기 설정된 주파수 이상의 주파수 성분이 제거되도록 제4 데이터를 보정하여 제5 데이터를 생성하고,
    상기 제5 데이터 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도를 산출하고,
    상기 제1 방향은 극좌표계(極座標系)에서 원점으로부터 거리(R)방향이고, 상기 제2 방향은 상기 원점을 기준으로 한 각도(θ)방향인, 혈류의 물리량 산출 장치.
  15. 제14 항에 있어서
    상기 제어부는
    상기 제1 데이터에서 오버플로우(Overflow)로 인한 오차를 보정한 제2 데이터를 생성하고,
    상기 제2 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성하는, 혈류의 물리량 산출 장치.
  16. 제15 항에 있어서
    상기 제어부는
    상기 제2 데이터에서 노이즈(Noise)로 인한 오차를 보정한 제3 데이터를 생성하고,
    상기 제3 데이터를 보정하여 상기 제4 데이터를 생성하는, 혈류의 물리량 산출 장치.
  17. 제14 항에 있어서
    상기 기 설정된 주파수는
    상기 대상체 내에서의 혈류의 유동특성을 고려하여 결정되는, 혈류의 물리량 산출 장치.
  18. 제17 항에 있어서
    상기 대상체는 좌심실(Left Ventricle)이고,
    상기 주파수는
    좌심방(Left Atrium)으로부터 유입되는 혈류 및 대동맥(Aorta)으로 유출되는 혈류에 기인하여 상기 좌심실에 생성되는 혈류의 속도 분포에 의해 형성되는 파동(Wave)의 주파수를 고려하여 결정되는, 혈류의 물리량 산출 장치.
  19. 제14 항에 있어서
    상기 제어부는
    상기 혈류의 제1 방향으로의 속도, 상기 혈류의 제2 방향으로의 속도 및 상기 대상체의 외경계선의 위치 정보에 기초하여 상기 혈류의 적어도 하나의 물리량을 산출하는, 혈류의 물리량 산출 장치.
  20. 제19 항에 있어서
    상기 혈류의 물리량은
    상기 혈류의 에너지(Energy), 상기 에너지의 소산량, 상기 에너지 소산량의 변화율, 상기 혈류의 상기 대상체 내에서의 회전 토크(Torque), 상기 토크의 변화량 및 상기 회전의 방향 중 적어도 하나인, 혈류의 물리량 산출 장치.
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