WO2022197165A1 - 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법 - Google Patents

관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법 Download PDF

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WO2022197165A1
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stenosis
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blood flow
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최준혁
팽동국
강관석
강웅빈
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제주대학교 산학협력단
제주대학교병원
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Definitions

  • the present invention relates to a method for providing information necessary for evaluating the severity of coronary artery stenosis.
  • the coronary arteries are located on the outside of the heart and divide into the left and right coronary arteries, which supply oxygen to the heart. If blood flow is disturbed due to stenosis or the like within the coronary arteries, it can lead to diseases such as angina.
  • Angiography is a technique in which a catheter is inserted into the body to reach the blood vessels of a target site, and then a contrast agent is administered.
  • a blood vessel region to which a contrast agent is administered is radiographically photographed, the blood vessel region in which the contrast agent is located appears dark, so that the anatomical shape of the blood vessel can be confirmed.
  • Stenosis of 70% or more is recognized as requiring intervention, but for stenosis of 50% to 70% of severity, it is decided whether or not to undergo intervention after evaluation.
  • a method for evaluating the physiological severity of coronary artery stenosis is fractional flow reserve (FFR) or instantaneous wave-free ratio (iFR).
  • FFR is a technique for measuring the pressure in the area suspected of stenosis. First, a congestive drug is administered, and then a conduit with a pressure sensor is inserted into the coronary artery into the region of interest to measure the pressure in the proximal and distal regions. do.
  • a pressure ratio is derived by dividing the measured distal pressure by the proximal pressure. If the pressure ratio is 0.8 or less, it is judged as physiologically severe stenosis.
  • FFR can cause additional cost, damage to blood vessels by catheterization, chest pain from congestive drugs, and discomfort due to lowered heart rate.
  • iFR is similar to FFR in that it sets the proximal and distal parts of the region of interest and measures the pressure, but sets the cycle to measure the pressure over a certain time, and calculates the pressure ratio using the pressure data when the coronary artery is relaxed.
  • iFR does not require congestive drugs, but can still damage blood vessels by catheters.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide information necessary for safely and conveniently evaluating the severity of coronary artery stenosis.
  • the method for providing information necessary for evaluating the severity of coronary artery stenosis includes the steps of administering a contrast agent to a coronary artery, taking an angiography image, and a photographed image for observing whether the coronary artery is stenotic.
  • the position of the coronary artery to which the contrast agent is injected sets a threshold value to dualize the grayscale angiography image to make the border of the coronary artery clear, set the cycle of the coronary artery, and within the cycle of the coronary artery It can be identified by tracking the boundary of the coronary artery to which the position is moved, and correcting the captured image as a still image.
  • the period of the moving coronary artery includes taking an angiography image and measuring an electrocardiogram at the same time, and substituting the peak point in the electrocardiogram image to determine one period of the coronary artery movement.
  • the blood flow velocity ratio is derived by dividing the blood flow in the suspected stenosis region by the blood flow in the proximal portion.
  • the blood flow in the region suspected of stenosis is derived by measuring the brightness of the region suspected of stenosis over time, calculating an integral value of the brightness, and dividing the initial contrast agent dose by the integral value.
  • the blood flow in the proximal part is derived by measuring the brightness of the proximal part over time, calculating an integral value of the brightness, and dividing the initial contrast agent dose by the integral value.
  • the method for providing information necessary for detecting the stenosis of the coronary artery includes the steps of dilating blood vessels in the region of interest by administering a congestive drug, administering a contrast agent to the coronary arteries, angiography images photographing, setting the region of interest and a proximal portion that is a region through which blood passes before the region of interest based on the captured angiography image within the region of the captured image, and the coronary artery into which a contrast agent is injected through image processing
  • a contrast agent according to the ratio of the time and the time at which the brightness change appeared in the proximal part of the coronary artery to which the contrast agent was administered without the hyperemia drug based on the time at which the brightness changed in the proximal part in the captured image deriving a flow rate ratio.
  • the apparatus for providing information necessary for detecting the stenosis of the coronary artery includes a contrast medium input unit for administering a contrast medium to the coronary artery, a photographing unit for capturing a contrast image, and an area of the photographed image.
  • An image setting unit that sets the suspected stenosis site based on the angiography image and the QCA result taken in the An image processing unit for fixing the position of the coronary artery into which the contrast agent is injected, and the relative ratio of blood flow in the proximal part and the blood flow in the suspected stenosis part based on the time when the brightness taken at the proximal part and the suspected stenosis part in the captured image changes and a stenosis detector for deriving a phosphorus blood flow velocity ratio.
  • 1 is a radiographic picture of a coronary artery administered with a contrast agent. (QCA: quantitative coronary angiography)
  • Figure 2 (a) is a captured image of the angiography image, (b) is a photograph after the binarization process of (a).
  • Figure 3 (a) is an electrocardiogram graph, (b) is a graph showing the position change of the proximal part with time, (c) is a graph showing the position change of the suspected stenosis site with time.
  • FIG. 5 is a flowchart of a corrected angiography image.
  • (a) is a graph showing the change in brightness over time in the proximal part
  • (b) is an enlarged graph of (a)
  • (c) is a graph showing the integral region of (b).
  • (a) is a graph showing the change in brightness over time in a region suspected of stenosis
  • (b) is an enlarged graph of (a)
  • (c) is a graph showing the integral region of (b).
  • FIGS. 1 to 7 a method for providing information necessary for detecting coronary artery stenosis according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 .
  • FIG. 1 is a radiographic picture of a coronary artery to which a contrast agent is administered
  • FIG. 2 (a) is a captured picture of an angiography image
  • (b) is a picture after binarization of (a)
  • FIG. 3 (a) is an electrocardiogram graph
  • (b) is a graph showing the change in the position of the proximal part with time
  • (c) is a graph showing the change in the position of the suspected stenosis site with time
  • FIG. 4 is a flowchart of an angiography image according to time
  • FIG. 5 is A flowchart of the corrected angiography image
  • FIG. 6 (a) is a graph showing the change in brightness over time in the proximal part
  • (b) is an enlarged graph of (a)
  • (c) is the integral of (b) It is a graph showing the region
  • FIG. 7 (a) is a graph showing the change in brightness over time in the suspected stenosis region
  • (b) is an enlarged graph of (a)
  • (c) is a graph of (b) It is a graph showing the integral area.
  • Contrax agents Blood vessels can only be photographed by administering a contrast agent, a material through which radiation cannot pass, because the boundaries of blood vessels are vague and difficult to trace when photographed with an image. Therefore, a contrast agent is administered to the coronary artery and radiographic images are taken.
  • Substances that can be used as contrast agents include iodine, barium, and gadolinium. Iodine and gadolinium are used as contrast agents in images taken by radiographic imaging, and gadolinium can be used as contrast agents in images taken by magnetic resonance imaging (MRI).
  • MRI magnetic resonance imaging
  • a catheter thinner than the blood vessel is inserted into the body.
  • a conduit capable of administering the contrast agent is positioned through the artery to the heart to administer the contrast agent.
  • the catheter is usually inserted into the femoral artery, but can also be inserted from other parts of the body.
  • a contrast image is taken.
  • the imaging technique may be performed by radiation, computed tomography (CT), or magnetic resonance imaging (MRI).
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • FIG. 1 the region of the blood vessel through which the contrast agent passes appears dark, and the region that does not appear bright.
  • the captured image may be stored and then used to provide information necessary for the evaluation of the severity of the stenosis.
  • shape of the coronary artery can be roughly grasped through the captured image, and a portion where stenosis may occur can be estimated.
  • the region of interest 110 refers to a region to be observed in the coronary artery.
  • a portion through which blood passes before the position where the stenosis is estimated is set as the proximal portion 111 , and the position where the stenosis is estimated is set as the region suspected of stenosis 112 .
  • quantitative coronary angiography QCA
  • QCA quantitative coronary angiography
  • QCA is a technique used to evaluate coronary artery stenosis in coronary angiography, which is commonly used in the medical field in stenting or vascular treatment. That is, the region of interest, the estimated stenosis region, the proximal region, etc. can be distinguished based on the QCA execution result.
  • FIG. 2 (a) is a grayscale angiography image, and (b) is a black or white binarized image to clarify the boundaries of blood vessels.
  • a specific brightness is set as a threshold, and if it is brighter than the threshold, the color is changed to white, and if it is dark, the color is changed to black.
  • the region of the blood vessel through which the contrast agent passes is expressed in black and the boundary of the vessel is expressed in white, so it may be easy to track the region of interest.
  • the threshold value in the binarization process may be set by an adaptive thresholding method of the calibration software.
  • the method of setting the threshold value is not limited to automatic threshold value setting.
  • Otsu's method is used, and the Otsu method is a technique in which a threshold value for minimizing variance is set for each area of an image.
  • ECG data of an electrocardiogram represents a heartbeat cycle
  • one cycle of coronary artery movement can be confirmed by substituting a time at which the peak of ECG data appears to an image taken of a coronary artery.
  • FIG. 3 (a) is a graph showing the change of the electrocardiogram with time
  • (b) is a graph showing the position change of the proximal part with time
  • (c) is a graph showing the position change of the suspected stenosis site with time It is one graph.
  • the sampling rate is 400 frames per second
  • the sampling rate is 30 frames per second. Accordingly, in FIG. 3 (a), one frame is 0.0025 seconds, and in (b) and (c), one frame is 0.033 seconds.
  • R represents the number of frames in which the ECG peak appears.
  • the interval between the ECG peak and the peak is one cycle of the heartbeat, and one cycle of the coronary artery is also the same. Therefore, the number of frames of the R value in FIG. 3 (a) is converted into time and then converted to 30 frames per second, so that the start and end of one coronary artery cycle can be found in (b) and (c).
  • the ECG signal has irregular data within one cycle of the coronary artery, the ECG data is corrected using the linear interpolation method and the location of the coronary artery can be easily identified.
  • the region of the coronary artery to be observed in the angiography image is a blue rectangle, and the position of this part is continuously moved. Therefore, the observer must continuously move his gaze to track the coronary artery, which makes it difficult to determine the shape of the coronary artery.
  • an angiography image in which the coronary artery is continuously moved may be corrected as a still image.
  • a still image of the coronary artery may be produced.
  • the blue rectangle is the area of the coronary artery to be observed, and after image processing, this area is fixed at one point. The observer can grasp the shape of the coronary artery by looking at one place without continuously moving the viewpoint. It is also easy to observe changes in brightness occurring in the coronary arteries.
  • the contrast medium passes because the low point of the graph is the darkest part, and the high point after the low point indicates that blood flows in after the contrast agent exits. Therefore, based on the time when the brightness changes, the time for the contrast agent to pass through the coronary artery can also be checked.
  • the change in brightness means a change in the concentration of the contrast agent, and the blood flow can be calculated by calculating the Stewart-Hamilton Equation based on the change in concentration.
  • the blood flow velocity ratio between the proximal part and the suspected stenosis site can be calculated through Equations 1 and 2 below. Since it can be determined that the possibility of stenosis increases as the blood flow velocity ratio increases, it is possible to provide information necessary for detecting stenosis of the coronary artery.
  • the above equation is the Stewart-Hamilton equation, and is used to calculate the blood flow passing through the proximal portion of the region of interest in the coronary artery and the suspected stenosis site.
  • the time range of the change in the concentration of the contrast agent over time is a portion highlighted in orange in the graphs of FIGS. 6 (a) and 7 (a), and by integrating this portion, an integral value of the change in the concentration of the contrast agent over time may be derived.
  • Fig. 6 (b) is an enlarged view and extrapolated graph of the highlighted portion of Fig. 6 (a)
  • Fig. 7 (b) is an enlarged view and extrapolated graph of the highlighted portion of Fig. 7 (a).
  • the extrapolated graph facilitates integration, and by calculating the area of the blue region shown in FIGS. 6 ( c ) and 7 ( c ), an integral value of the change in the contrast medium concentration over time can be derived.
  • the blood flow volume in the proximal portion of the region of interest and the suspected stenosis region can be calculated.
  • the above equation is an equation used to determine the blood flow velocity ratio between the proximal portion and the distal portion of the stenosis in the coronary artery. Based on the blood flow in the proximal part and the suspected stenosis region obtained through Equation 1, the blood flow velocity ratio may be calculated by dividing the blood flow in the suspected stenosis region by the proximal blood flow. The blood flow velocity ratio calculated based on the data of FIGS. 6 and 7 is 1.2385.
  • the coronary flow reserve may also be estimated.
  • the flow rate of the contrast agent at the suspected stenosis site when the decongestant is administered and the flow rate at the suspected stenosis site when not administered, it can provide information necessary for detecting coronary artery stenosis.
  • the decongestant acts on the blood vessel wall to move the blood vessel muscle and dilate the blood vessel.
  • Adenosine may be used as the decongestant, but the decongestant is not limited to adenosine.
  • the above equation is an equation used to determine the coronary blood flow reserve.
  • the blood flow of the congested blood vessel and the blood flow of the pre-congested blood vessel can be derived through Equation 1, and when the blood flow of the congested blood vessel is divided by the blood flow of the pre-congested blood vessel, the coronary blood flow reserve can be determined.
  • the method for providing the information necessary for detecting the stenosis of the coronary artery includes a contrast medium injection unit for administering a contrast medium to the coronary artery, a photographing unit for capturing a contrast image, and an image taken within the area of the photographed image.
  • the image setting unit sets the suspected stenosis site where the stenosis is estimated and the proximal portion that is the area through which blood passes before the location of the suspected stenosis site, and the contrast agent is injected through image processing of the captured image
  • An image processing unit for fixing the position of the coronary artery that becomes It may be implemented by an apparatus (system) for providing information on severity evaluation of coronary artery stenosis including a stenosis detection unit for deriving a ratio.
  • terms such as “device”, “system”, “unit”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is one or more hardware (processor) or software (program) Alternatively, it is composed of a combination of hardware and software, which means that the method of providing information necessary for evaluating the severity of coronary artery stenosis targeted by the present invention can be implemented.

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Abstract

본 발명은 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법에 관한 것으로, 관상동맥에 조영제를 투여하는 단계, 조영술 영상을 촬영하는 단계, 관상동맥의 협착여부를 관찰하기 위한 촬영 영상의 영역 내에서 상기 촬영된 조영술 영상에 기반하여 협착이 추정되는 협착 의심 부위 및 상기 협착 의심 부위의 위치 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 단계, 영상처리를 통해 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 단계, 촬영 영상에서 상기 근위부와 협착 의심 부위에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 근위부의 혈류량 및 상기 협착 의심 부위의 혈류량의 상대적인 비율인 혈류속도비를 도출하는 단계를 포함한다.

Description

관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법
본 발명은 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다.
관상동맥은 심장 외측에 위치하고, 좌측과 우측 관상동맥으로 나누어지며, 심장에 산소를 공급한다. 관상동맥 내에서 협착 등으로 인해 혈류 흐름이 방해되면 협심증과 같은 질병으로 이어질 수 있다.
관상동맥의 질병이 의심되는 환자의 경우 가장 기본이 되는 검사는 조영술이다. 조영술은 체내에 도관을 넣어 목표 부위의 혈관에 도달한 후, 조영제를 투여하는 기법이다. 조영제가 투여된 혈관 부위를 방사선 촬영하면, 조영제가 위치하고 있는 혈관 부위는 어둡게 나타나고, 이를 통해 혈관의 해부학적 형태를 확인할 수 있다. 70% 이상의 협착은 중재시술의 필요성이 인정되나, 50% 내지 70%의 중증도의 협착은 평가 후 중재시술 여부를 결정한다.
관상동맥 내 협착의 생리학적 중증도를 평가하기 위한 방법으로는 분획혈류예비력(Fractional Flow Reserve; FFR) 또는 iFR(instantaneous Wave-free Ratio)이 있다. FFR은 협착이 의심되는 부위의 압력을 측정하는 기법으로, 먼저 충혈 약물을 투여한 후 관상동맥 내에 압력 센서가 포함된 도관을 관심영역에 삽입해 근위부(proximal)와 원위부(distal)의 압력을 측정한다. 측정된 원위부의 압력을 근위부의 압력으로 나누어 압력비를 도출하고, 압력비가 0.8 이하인 경우 생리학적으로 심각한 협착으로 판단된다. 그러나 FFR은 추가 비용, 도관에 의한 혈관 손상, 충혈 약물에 의한 흉통 및 심박수 저하에 의한 불쾌감을 발생시킬 수 있다.
iFR은 관심영역의 근위부와 원위부를 설정하고 압력을 측정한다는 점에서 FFR과 유사하지만, 주기를 설정해 일정 시간에 따른 압력을 측정하고, 관상동맥이 이완되었을 때의 압력 데이터를 활용해 압력비를 계산하는 것에 차이가 있다. iFR은 FFR과 달리 충혈 약물이 불필요하지만, 여전히 도관에 의해 혈관을 손상시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안전하고 간편하게 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하고자 한다.
또한, 조영술 촬영 시 지속적으로 위치가 이동되는 관상동맥을 추적할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법은 관상동맥에 조영제를 투여하는 단계, 조영술 영상을 촬영하는 단계, 상기 관상동맥의 협착여부를 관찰하기 위한 촬영 영상의 영역 내에서 상기 촬영된 조영술 영상에 기반하여 협착이 추정되는 협착 의심 부위 및 상기 협착 의심 부위의 위치 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 단계, 영상처리를 통해 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 단계, 상기 촬영 영상에서 상기 근위부와 협착 의심 부위에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 근위부의 혈류량 및 상기 협착 의심 부위의 혈류량의 상대적인 비율인 혈류속도비를 도출하는 단계를 포함한다.
상기 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치는 임계값을 설정하여 그레이스케일의 상기 조영술 영상을 이원화시켜 상기 관상동맥의 경계를 뚜렷하게 하고, 상기 관상동맥의 주기를 설정하며, 상기 관상동맥의 주기 내에서 위치가 이동되는 상기 관상동맥의 경계를 추적하고, 상기 촬영 영상을 정지영상으로 보정하여 파악될 수 있다.
상기 움직이는 관상동맥의 주기는 조영술 영상 촬영과 심전도 측정을 동시에 수행하여, 상기 심전도에 나타난 피크의 시점을 상기 조영술 영상에 대입시켜 상기 관상동맥 움직임의 한 주기를 파악하는 것을 포함한다.
상기 혈류속도비는 상기 협착 의심 부위의 혈류량을 상기 근위부의 혈류량으로 나누어 도출된다.
상기 협착 의심 부위의 혈류량은 시간에 따른 상기 협착 의심 부위의 명도를 측정하고, 상기 명도의 적분값을 계산하고, 초기 조영제 투여량을 상기 적분값으로 나누어 도출된다.
상기 근위부의 혈류량은 시간에 따른 상기 근위부의 명도를 측정하고, 상기 명도의 적분값을 계산하고, 초기 조영제 투여량을 상기 적분값으로 나누어 도출된다.
또한 본 발명의 한 실시예에 따른 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공하는 방법은 충혈 약물을 투여해 관심 영역의 혈관을 확장시키는 단계, 관상동맥에 조영제를 투여하는 단계, 조영술 영상을 촬영하는 단계, 상기 촬영 영상의 영역 내에서 상기 촬영된 조영술 영상에 기반하여 상기 관심 영역 및 상기 관심 영역 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 단계, 영상처리를 통해 조영제가 투입된 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 단계, 상기 촬영 영상에서 상기 근위부에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 시간과 상기 충혈 약물 없이 조영제가 투여된 관상동맥 상기 근위부에서 밝기 변화가 나타난 시간의 비율에 따른 조영제 유량비를 도출하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공하는 장치는 관상동맥에 조영제를 투여하는 조영제 투입부, 조영술 영상을 촬영하는 촬영부, 상기 촬영 영상의 영역 내에서 촬영된 조영술 영상 및 QCA 결과값에 기반하여 협착이 추정되는 협착 의심 부위 및 상기 협착 의심 부위의 위치 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 영상 설정부, 상기 촬영된 영상의 영상처리를 통해 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 영상 처리부, 상기 촬영 영상에서 상기 근위부와 협착 의심 부위에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 근위부의 혈류량 및 상기 협착 의심 부위의 혈류량의 상대적인 비율인 혈류속도비를 도출하는 협착 검출부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조영술 영상을 검정색 또는 흰색만 표시되는 영상으로 이원화시킴으로써, 조영제가 투여되는 혈관의 경계를 명확히 하고, 혈관을 시각적으로 추적하는 게 용이해진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조영술 영상에서 관상동맥의 위치를 고정시키는 영상처리를 함으로써 혈관을 관심영역에서의 혈류흐름을 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조영제가 관상동맥을 지나는 시간을 측정하고 근위부와 협착 의심 부위의 속도비를 계산하여 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 조영제가 투여된 관상동맥의 방사선 촬영 사진.(QCA:quantitative coronary angiography)
도 2 (a)는 조영술 영상의 캡쳐사진이고, (b)는 (a)의 이진화 처리 후 사진.
도 3 (a)는 심전도 그래프이고, (b)는 시간에 따른 근위부의 위치 변화를 도시한 그래프이며, (c)는 시간에 따른 협착 의심 부위의 위치 변화를 도시한 그래프.
도 4는 시간에 따른 조영술 영상의 순서도.
도 5는 보정된 조영술 영상의 순서도.
도 6 (a)는 근위부에서 시간에 따른 밝기의 변화를 도시한 그래프이고, (b)는 (a)를 확대한 그래프이며, (c)는 (b)의 적분 영역을 도시한 그래프.
도 7 (a)는 협착 의심 부위에서 시간에 따른 밝기의 변화를 도시한 그래프이고, (b)는 (a)를 확대한 그래프이며, (c)는 (b)의 적분 영역을 도시한 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "장치", "시스템", "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어(프로세서)나 소프트웨어(프로그램) 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 의미한다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공하는 방법에 대하여 도 1 내지 도 7을 참고하여 설명한다.
도 1은 조영제가 투여된 관상동맥의 방사선 촬영 사진이고, 도 2 (a)는 조영술 영상의 캡쳐사진, (b)는 (a)의 이진화 처리 후 사진이며, 도 3 (a)는 심전도 그래프, (b)는 시간에 따른 근위부의 위치 변화를 도시한 그래프, (c)는 시간에 따른 협착 의심 부위의 위치 변화를 도시한 그래프이고, 도 4는 시간에 따른 조영술 영상의 순서도이며, 도 5는 보정된 조영술 영상의 순서도이고, 도 6 (a)는 근위부에서 시간에 따른 밝기의 변화를 도시한 그래프이며, (b)는 (a)를 확대한 그래프이고, (c)는 (b)의 적분 영역을 도시한 그래프이며, 도 7 (a)는 협착 의심 부위에서 시간에 따른 밝기의 변화를 도시한 그래프이고, (b)는 (a)를 확대한 그래프이며, (c)는 (b)의 적분 영역을 도시한 그래프이다.
<조영제 투여 및 영상 촬영>
혈관은 영상으로 촬영될 시 혈관의 경계가 모호하고 추적되기 어렵기 때문에 방사선이 통과될 수 없는 물질인 조영제를 투여해야만 촬영이 가능하다. 따라서 관상동맥에 조영제를 투여해 방사선 영상을 촬영한다. 조영제로 사용될 수 있는 물질에는 요오드, 바륨, 가둘리늄 등이 있다. 요오드와 가둘리늄은 방사선으로 촬영되는 영상에서 조영제로 사용되며, 가둘리늄은 자기공명영상법(MRI)으로 촬영되는 영상에서 조영제로 사용될 수 있다.
조영제를 심장에 위치한 관상동맥에 투여하기 위해, 혈관보다 얇은 도관이 체내에 삽입된다. 조영제를 투여할 수 있는 도관은 동맥을 지나 심장까지 위치되어 조영제를 투여한다. 도관은 일반적으로 대퇴동맥에 삽입되나, 인체의 다른 부위에서 삽입될 수도 있다.
조영제 투여 후, 조영술 영상이 촬영된다. 영상 촬영 기법은 방사선, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기공명영상법(MRI)으로 수행될 수 있다. 도 1을 참고하면, 조영제가 지나는 혈관 부위는 어둡게 나타나고, 그렇지 않은 부위는 밝게 나타난다. 촬영된 영상은 저장되어 이후 협착의 중층도 평가에 필요한 정보를 제공하기 위해 쓰여질 수 있다. 또한, 촬영된 영상을 통해 관상동맥의 형태를 개략적으로 파악해, 협착이 발생될 수 있는 부분을 추정할 수 있다.
<관심영역 설정>
본 발명에서 관심영역(110)이란 관상동맥에서 관찰하고자 하는 부위를 말한다. 협착이 추정되는 위치 이전에 혈액이 지나는 부분을 근위부(111), 협착이 추정되는 위치를 협착 의심 부위(112)로 설정한다. 이때 조영술 영상에서 일반적으로 사용되는 quantitative coronary angiography(QCA)를 참조할 수 있다. QCA는 스텐트 시술이나 혈관 치료에 있어서 의료계에서 일반적으로 사용하는 관상동맥 조영술에서의 관상동맥의 협착을 평가하는데 사용되는 기술이다. 즉, QCA 시행 결과를 바탕으로 관심영역, 협착 추정부위, 근위부 등이 구별될 수 있다.
<이진화 영상처리>
도 2를 참고하면, 도 2 (a)는 그레이스케일의 조영술 영상이고, (b)는 혈관의 경계를 명확히 하기 위해 검정색 또는 흰색으로 이진화 처리된 영상이다. 이진화 영상처리는 특정 명도를 임계값으로 설정하고, 그 임계값보다 밝으면 흰색으로, 어두우면 검정색으로 색을 변경시키는 것이다. 이진화된 영상에서 조영제가 지나는 혈관 부위는 검정색으로, 그리고 혈관의 경계는 흰색으로 표현되기 때문에 관심 영역을 추적하는 것이 용이해질 수 있다.
이진화 처리 과정에서의 임계값은 보정 소프트웨어의 자동 임계값 설정(Adaptive Thresholding) 방법으로 설정될 수 있다. 다만 임계값을 설정하는 방법을 자동 임계값 설정으로 한정하는 것은 아니다. 자동 임계값 설정을 설정하기 위해서는 오츠 방법(Otsu's method)이 사용되고, 오츠 방법은 영상의 영역마다 분산을 최소화하는 임계값이 설정되는 기법이다.
<관상동맥의 주기 설정>
관상동맥에서 조영제의 유입 및 유출의 속도를 파악하기 위해선 관상동맥의 한 주기를 파악해야 한다. 영상을 바탕으로는 한 주기를 파악하는 것이 어렵기 때문에, 조영제를 투여하고 조영술 영상을 촬영할 때 심전도를 동시에 측정한다.
도 3을 참조하면, 심전도의 ECG 데이터는 심장 박동의 주기를 나타내기 때문에, ECG 데이터의 피크가 나타난 시간을 관상동맥의 촬영 영상에 대입시켜 관상동맥 움직임의 한 주기를 확인할 수 있다.
도 3 (a)는 시간에 따른 심전도의 변화를 도시한 그래프이고, (b)는 시간에 따른 근위부의 위치 변화를 도시한 그래프이며, (c)는 시간에 따른 협착 의심 부위의 위치 변화를 도시한 그래프이다. 도 3 (a)에서 샘플링 레이트는 초당 400프레임이고, (b) 및 (c)에서 샘플링 레이트는 초당 30프레임이다. 따라서 도 3 (a)에서 1 프레임은 0.0025초이고, (b)와 (c)에서 1프레임은 0.033초이다.
도 3 (a)에서 R은 심전도의 피크가 나타난 프레임 수를 나타낸다. 심전도 피크와 피크의 간격은 심작 박동의 한 주기이고, 관상동맥의 한 주기 또한 이와 동일하다. 따라서 도 3 (a)에서 R값의 프레임 수를 시간으로 환산하고, 다시 초당 30프레임으로 환산하여 (b)와 (c)에서 관상동맥 한 주기의 시작과 끝을 찾을 수 있다. 그러나 ECG 신호는 관상동맥 한 주기 내에서 불규칙적인 데이터를 가지고 있기에, 선형 보간법을 이용하여 ECG 데이터가 보정되고 관상동맥의 위치가 용이하게 파악될 수 있다.
혈관의 경계가 명확해진 이진화 영상과 혈관의 주기가 일어나는 프레임 수(시간)를 바탕으로, 관상동맥 한 주기 내에서 조영제가 관상동맥을 통과할 때 관심영역을 추적하는 것이 가능해진다.
<위치가 이동되는 관상동맥의 고정영상 처리>
도 4를 참고하면, 조영술 영상에서 관찰하고자 하는 관상동맥의 부위는 파란색 사각형이고, 이 부분은 지속적으로 위치가 이동된다. 따라서 관찰자는 지속적으로 시선을 이동하며 관상동맥을 추적해야 하고, 이는 관상동맥의 형태를 파악하는 것을 어렵게 한다.
추적된 관상동맥의 위치를 바탕으로, 관상동맥이 연속적으로 이동되는 조영술 영상을 정지영상으로 보정시킬 수 있다. 도 5를 참고하면, 임의의 지점을 관상동맥이 고정되는 지점으로 기설정하고, 영상 자체를 움직이면, 관상동맥의 정지영상을 제작할 수 있다. 파란색 사각형이 관찰하고자 하는 관상동맥의 부위이며, 영상처리 후 이 부분은 하나의 지점에 고정된다. 관찰자는 지속적으로 시점을 이동하지 않고 한 곳을 보며 관상동맥의 형태를 파악할 수 있다. 또한, 관상동맥에서 일어나는 밝기의 변화를 관찰하는 것도 용이해진다.
<밝기 정량화>
조영술 영상에서 조영제가 관상동맥을 지날 때 혈관은 어두워지고, 조영제가 지나가면, 혈관은 다시 밝게 표시된다. 따라서 시간에 따른 밝기의 변화를 정량화할 수 있으며, 이는 도 6 및 도 7에서 도시되어 있다. 도 6 및 도 7의 가로축은 프레임 수이고, 1 프레임은 0.033초를 의미한다.
도 6 (a) 및 도 7 (a)를 참고하면, 그래프의 저점이 가장 어두운 부분이기 때문에 조영제가 지나고 있는 것이고, 저점 이후의 고점은 조영제가 빠져나간 후 혈액이 유입된 것을 알 수 있다. 따라서, 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 조영제가 관상동맥을 지나는 시간 또한 확인할 수 있다.
밝기의 변화는 조영제의 농도 변화를 의미하며, 농도 변화를 바탕으로 스튜어트-해밀턴 공식(Stewart-Hamilton Equation)을 계산하여 혈류량을 계산할 수 있다.
<혈류속도비 계산>
하기 수학식 1 및 2를 통해 근위부와 협착 의심 부위의 혈류속도비를 계산할 수 있다. 혈류속도비가 높아질수록 협착의 가능성이 높아진다고 판단할 수 있기에, 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2022003894-appb-I000001
Q = 혈류량
I = 투여된 조영제의 부피
Figure PCTKR2022003894-appb-I000002
= 시간에 따른 조영제 농도 변화의 적분값
상기 수학식은 스튜어트-해밀턴 공식으로, 관상동맥 내 관심영역의 근위부와 협착 의심 부위를 지나는 혈류량을 계산하기 위해 사용된다. 시간에 따른 조영제 농도 변화의 시간 범위는 도 6 (a) 및 도 7 (a)의 그래프 내에 주황색으로 강조된 부분이고, 이 부분을 적분하여 시간에 따른 조영제 농도 변화의 적분값을 도출할 수 있다.
도 6 (b)는 도 6 (a)의 강조된 부분의 확대도 및 외삽된 그래프이고, 도 7 (b)는 도 7 (a)의 강조된 부분의 확대도 및 외삽된 그래프이이다. 외삽된 그래프는 적분을 용이하게끔 하도록 하고, 도 6 (c) 및 도 7 (c)에 도시된 청색 영역의 면적을 계산하는 것으로 시간에 따른 조영제 농도 변화의 적분값을 도출할 수 있다.
투여된 조영제의 부피를 시간에 따른 조영제 농도 변화의 적분값으로 나누면, 관심 영역의 근위부와 협착 의심부위의 혈류량을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2022003894-appb-I000003
VR = 혈류속도비
Qs = 협착 의심 부위의 혈류량
Figure PCTKR2022003894-appb-I000004
= 근위부의 혈류량
상기 수학식은 관상동맥 내의 근위부와 협착 위심 부위의 혈류속도비를 판별하기 위해 사용되는 식이다. 수학식 1을 통해 얻어진 근위부 및 협착 의심 부위의 혈류량을 바탕으로, 협착 의심 부위의 혈류량을 근위부의 혈류량으로 나누어 혈류속도비를 계산할 수 있다. 도 6 및 도 7의 데이터를 바탕으로 계산된 혈류속도비는 1.2385이다.
<충혈제 투여 여부에 따른 협착 의심 부위에서의 조영제 속도 계산>
본 발명의 한 실시예에 따르면, 근위부와 협착 의심 부위의 속도비를 계산하는 방법 이외에 관상동맥 혈류 예비력(Coronary Flow Reserve; CFR) 또한 추정할 수 있다. 충혈제가 투여될 시 협착 의심 부위에서 나타나는 조영제의 유량, 그리고 투여되지 않았을 시 협착 의심 부위에서 나타나는 유량을 비교하여 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
충혈제는 혈관벽에 작용되어 혈관 근육을 움직이게 하며, 혈관을 확장시킬 수 있다. 충혈제는 아데노신(Adenosine)이 사용될 수 있으나, 충혈제를 아데노신으로 한정하는 것은 아니다. 충혈제를 투여하고, 조영제를 투여하고 영상을 촬영한 후, 관상동맥의 주기를 파악하고 영상처리를 통해 조영제가 협착 의심 부위를 지날 때 시간에 따른 밝기의 변화를 확인할 수 있다. 밝기 변화의 적분값을 계산하고 조영제 투여량을 적분값으로 나누면 충혈된 혈관의 혈류량이 도출될 수 있다. 충혈된 혈관의 혈류량과 충혈 전 혈관의 혈류량을 기반으로 수학식 3을 통해 관상동맥 혈류 예비력을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2022003894-appb-I000005
CFR = 관상동맥 혈류 예비력
Qh = 충혈된 혈관의 혈류량
Qb = 충혈 전 혈관의 혈류량
상기 수학식은 관상동맥 혈류 예비력을 판별하기 위해 사용되는 식이다. 충혈된 혈관의 혈류량과 충혈 전 혈관의 혈류량은 수학식 1을 통해 도출될 수 있고, 충혈된 혈관의 혈류량을 충혈 전 혈관의 혈류량으로 나누면 관상동맥 혈류 예비력을 판별할 수 있다.
아울러, 이상 살펴본 바와 같은 관상동맥의 협착을 검출하는 데에 필요한 정보를 제공하는 방법은 관상동맥에 조영제를 투여하는 조영제 투입부, 조영술 영상을 촬영하는 촬영부, 상기 촬영 영상의 영역 내에서 촬영된 조영술 영상 및 QCA 결과값에 기반하여 협착이 추정되는 협착 의심 부위 및 상기 협착 의심 부위의 위치 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 영상 설정부, 상기 촬영된 영상의 영상처리를 통해 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 영상 처리부, 상기 촬영 영상에서 상기 근위부와 협착 의심 부위에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 근위부의 혈류량 및 상기 협착 의심 부위의 혈류량의 상대적인 비율인 혈류속도비를 도출하는 협착 검출부를 포함하는 관상동맥 협착의 중증도 평가 정보 제공 장치(시스템)에 의해 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하였다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "장치", "시스템", "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어(프로세서)나 소프트웨어(프로그램) 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구성되어 본 발명이 목적하는 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보 제공 방법을 구현할 수 있음을 의미한다.

Claims (7)

  1. 관상동맥에 조영제를 투여하는 단계,
    조영술 영상을 촬영하는 단계,
    상기 관상동맥의 협착여부를 관찰하기 위한 촬영 영상의 영역 내에서 상기 촬영된 조영술 영상에 기반하여 협착이 추정되는 협착 의심 부위 및 상기 협착 의심 부위의 위치 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 단계,
    영상처리를 통해 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 단계,
    상기 촬영 영상에서 상기 근위부와 협착 의심 부위에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 근위부의 혈류량 및 상기 협착 의심 부위의 혈류량의 상대적인 비율인 혈류속도비를 도출하는 단계를 포함하는 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 조영제가 투입되는 상기 관상동맥의 위치는
    임계값을 설정하여 그레이스케일의 상기 조영술 영상을 이원화시켜 상기 관상동맥의 경계를 뚜렷하게 하고,
    상기 관상동맥의 주기를 설정하며,
    상기 관상동맥의 주기 내에서 위치가 이동되는 상기 관상동맥의 경계를 추적하고,
    상기 촬영 영상을 정지영상으로 보정하여 파악될 수 있는
    관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 관상동맥의 주기는
    조영술 촬영과 심전도를 동시에 측정해, 상기 심전도에 나타난 피크의 시점을 상기 조영술 촬영 영상에 대입시켜 상기 관상동맥의 한 주기를 파악하는 것
    을 포함하는 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 혈류속도비는
    상기 협착 의심 부위의 혈류량을 상기 근위부의 혈류량으로 나누어 도출되는
    관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 협착 의심 부위의 혈류량은
    시간에 따른 상기 협착 의심 부위의 명도를 측정하고,
    상기 명도의 적분값을 계산하고, 초기 조영제 투여량을 상기 적분값으로 나누어 도출되는
    관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 근위부의 혈류량은
    시간에 따른 상기 근위부의 명도를 측정하고,
    상기 명도의 적분값을 계산하고,
    초기 조영제 투여량을 상기 적분값으로 나누어 도출되는
    관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
  7. 충혈 약물을 투여해 관심 영역의 혈관을 확장시키는 단계,
    관상동맥에 조영제를 투여하는 단계,
    조영술 영상을 촬영하는 단계,
    상기 촬영 영상의 영역 내에서 상기 촬영된 조영술 영상에 기반하여 상기 관심 영역 및 상기 관심 영역 이전에 혈액이 지나는 영역인 근위부를 설정하는 단계,
    영상처리를 통해 조영제가 투입된 상기 관상동맥의 위치를 고정시키는 단계,
    상기 촬영 영상에서 상기 근위부에서의 촬영된 밝기가 변하는 시간을 바탕으로 상기 시간과 상기 충혈 약물 없이 조영제가 투여된 관상동맥 상기 근위부에서 밝기 변화가 나타난 시간의 비율에 따른 조영제 유량비를 도출하는 단계를 포함하는 관상동맥 협착의 중증도 평가에 필요한 정보를 제공하는 방법.
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