WO2014017853A2 - Ｔｏｆ-ｍｒａ를 이용한 혈류특성 및 ｍｒ-신호강도구배(전단율) 유도방법 - Google Patents

Ｔｏｆ-ｍｒａ를 이용한 혈류특성 및 ｍｒ-신호강도구배(전단율) 유도방법 Download PDF

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blood
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정슬기
박세형
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전북대학교산학협력단
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    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular
    • G06T2207/30104—Vascular flow; Blood flow; Perfusion

Definitions

  • the present invention relates to a method for inducing blood flow characteristics, and more particularly, to a method for inducing blood flow characteristics of blood flow or hemodynamics using T0F-MRA, and a computing device using the same.
  • Shear forces are one of the most important mechanical forces that affect vascular endothelial cells to maintain vascular function, and methods for analyzing them have been developed.
  • State-of-the-art computerized analysis such as CFDC Computational Fluid Dynamics, is the most typical method, but the overall process is very complex, multi-step, and long-term computer simulation.
  • it is difficult to process individual blood vessels at the same time and each of the above process has a difficulty in repeating the above process, so it is not universal.
  • the biggest challenge for determining wall shear forces is to accurately obtain the velocity gradient or shear rate near the vessel wall.
  • Time-0f-Fight-Magnetic Resonance Angiography (T0F-MRA), as shown in FIG. It is an image.
  • This signal strength is proportional to the degree of movement of the saturated spin within the image volume. That is, T0F-MRA composes an image using the blood flow characteristics of the blood. Other factors affecting the signal strength are flip angle of radiofrequency pulse, repetition time (TR), and echo time (TE).
  • TOF-MRA is the most widely used vascular imaging technique in the medical field because it can present various vascular structures of individual subjects with excellent image resolution.
  • the related technologies continue to develop, so that complex blood flow phenomena such as vortex can be diagnosed, and microvessel images can be obtained recently.
  • Phase contrast MRI is an imaging technique that can obtain blood flow velocity and direction differently from TOF-MRA technique, and can measure blood flow velocity directly.
  • a study to measure the wall shear stress distribution closely related to Lag's growth has been conducted.
  • phase contrast MRI has a big disadvantage in terms of time and cost due to the influence of time and space precision.
  • the overall vascular structure cannot be presented in detail, and thus, it cannot be used except for research to obtain blood flow velocity in a specific area, and thus it is rarely used in actual clinical practice.
  • the T0F-MRA is a blood flow enhancing effect
  • the T0F-MRA may not acquire perfect blood flow characteristics according to the above-described imaging techniques or conditions such as radiofrequency pulse flip angle and TR.
  • the T0F-MRA technique is known to be optimal for obtaining an overall image of blood vessels, but not suitable for extracting blood circulation factors such as blood flow rate.
  • the fast blood flow in the center is offset by the TR value and the saturated magnetic field is removed before the image is acquired.
  • T0F-MRA does not achieve proper blood flow rate is that inside the vessel, even if the flip angle of the cross-section of the vessel taken due to the direction of the magnetic field set at right angles to the z axis is arranged diagonally or parallel to the z axis rather than perpendicular to the z axis. Proper laminar blood flow characteristics are difficult to properly implement.
  • the recent T0F- ⁇ technique takes advantage of the limitations of these MR images. This is because the TR can be reduced even more, and the surrounding speed is better than the center speed, and then MIP (Maximum Intensity Projection) is used to obtain a three-dimensional blood vessel image, so that the narrowed area of blood vessels and various abnormalities can be diagnosed more effectively.
  • MIP Maximum Intensity Projection
  • the focus of the vascular image is obtained by optimizing the image around the vessel (the velocity around the vessel wall) rather than accurately capturing the center velocity.
  • an object of the present invention is to provide a method for inducing blood flow characteristics such as blood flow or hemodynamics using TOF-MRA.
  • a blood flow characteristic induction method includes: obtaining an MRA blood vessel cross-sectional image; Detecting blood vessel boundaries in the image to identify blood vessels; Pseudo-coloring the blood vessels; And providing the blood vessel pseudo-colored image as a blood flow image.
  • the location of a hotspot in the bloodstream image may indicate a bias of the bloodstream.
  • the blood flow characteristic induction method using the pseudo-colored image of the blood vessel, calculating a MR-signal intensity gradient at a specific position inside the blood vessel. It may further include;
  • the MR-signal strong tool calculation step "(intravascular image value-vascular wall value zero shop value) / (distance from the vessel wall to the blood vessel inside) can be calculated as the MR-signal strength tool.
  • the blood flow characteristic induction method the step of calculating the MR-signal strong tool distribution in the vessel; And applying the MR-signal strong tool distribution to the blood vessels of the image and providing the MR-signal strong tool image as an image.
  • the MR-signal strong tool image can be used to analyze the relationship between the shear force on the blood vessels and organs or lesions.
  • a computer-readable recording medium includes: obtaining a magnetic resonance angiography (MRA) blood vessel cross-sectional image; Detecting blood vessel boundaries in the image to identify blood vessels; Pseudo-coloring the blood vessels; And providing a pseudo-colored image of the blood vessel as a blood flow image.
  • MRA magnetic resonance angiography
  • the location of a hotspot in the bloodstream image may indicate a bias of the bloodstream.
  • the method may further include calculating an MR signal intensity gradient at a specific position within the blood vessel using the pseudo-colored image of the blood vessel.
  • MR-signal strong tool calculation step "(intravascular image value-image value of blood vessel wall) / (distance from blood vessel wall to internal blood vessel)" can be calculated as the MR-signal intensity tool.
  • the present invention by using a relatively simple algorithm using the TOF-MRA to induce blood flow characteristics of blood flow or hemodynamics accurately and very quickly, it is possible to analyze the blood flow characteristics to analyze the blood flow characteristics It can be used for diagnosis and treatment of diseases.
  • 1 is a view showing the effect of enhancing blood flow in the blood vessel cross section
  • Figure 2 is a flow chart provided in the description of the blood flow characteristic induction method using the TOF-MRA according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a photo showing an example of pseudo-coloring the TOF-MRA cross-sectional image
  • Figures 4 to 6 shows the hotspot and the laminar flow characteristics of the surroundings through the pseudo-coloring sufficiently matched with the actual blood flow
  • FIG. 9 is a block diagram of a computing device in which a method of inducing blood flow characteristics according to an exemplary embodiment of the present invention may be performed.
  • T0F-MRA does not allow for proper blood flow.
  • the blood flow signal hidden in the cross-sectional image is properly reconstructed, much information of blood vessel characteristics and hemodynamics can be extracted.
  • the shear stress and shear rate acting on the blood vessel wall are important factors for the velocity around the blood vessel wall. It can be used to analyze the mechanical force acting on the vessel wall through the T0F-MRA technique that optimizes the peripheral wall velocity, which will be described in detail below.
  • FIG. 2 is a flowchart provided to explain a method of inducing blood flow characteristics using T0F-MRA according to a preferred embodiment of the present invention.
  • T time "Of-Fn g ht-Magnetic Resonance Angiography”
  • the MA vessel cross-sectional image is acquired (the blood vessel boundary is detected from the SllO acquired MA vessel cross-sectional image, and the vessel is identified (S120).
  • pseudo-coloring of the identified vessel portion pseud (: 010 ⁇ ) (3130) to provide blood flow images (S140).
  • the pseudo-colored image of the blood vessel part by the step S130 is provided as a blood flow image showing the blood flow, the position of the hotspot (hot spot) in the blood flow image indicates the bias of the blood flow. In the following, it will be described in detail.
  • FIG. 3 is a pseudo-colored image of the T0F-MRA cross-sectional image.
  • the left side of Figure 3 is a T0F-MRA cross-sectional image it is difficult to grasp any characteristics.
  • the pseudo-coloring process is performed as shown in the right side of FIG. 3, it can be seen that blood flow appears in the cross-sectional image.
  • the blood flows to the front, rightwards (MRA standard) biased.
  • MRA standard rightwards
  • the blood flow velocity gradient of the left and rear blood vessel walls is smaller than that of the right and front blood vessel walls.
  • the blood flow is the fastest in the dark red hot spot in Figure 3 shows a slow laminar flow phenomenon toward the surroundings.
  • Figure 4 is a case of basal artery (Basilar artery) blood flow rate is fast the right vertebral artery average blood flow rate was 25.4 cm / sec, the left side was 27.3 cm / sec. Due to the high rate of blood flow, a rapid decrease in blood flow signal is observed in slices 25, 35, 40, and 45. In CFD, central blood flow is alive well. However, as a whole, it can be seen that blood flow is slightly biased forward as shown in pseudo-coloring hotspot, which is consistent with CFD results.
  • FIG. 5 is a comparison of TOD-MRA color tablation and CFD in BA region with vascular stenosis. Pseudo-coloring hotspot and peripheral blood flow characteristics are well shown in stenosis (slice 40, 45). You can see a match.
  • Figure 5 is a severe narrowing in the basal vessels, blood flow rate is somewhat lower than the example of Figure 4 (average blood flow rate in the right vertebrae: 21.2 cm / sec, left, 25, 8 cm / sec).
  • the laminar blood flow characteristics were well maintained in slices 35 and 40 with severe stenosis, and the overall blood flow patterns were almost consistent with the CFD results.
  • T0F-MRA pseudo-colored images
  • CFD central blood flow
  • Figure 6 also shows a similar blood flow rate as in Figure 4 (average blood flow rate in the right vertebrae; 25.8 cm / sec, left 19.6 cm / sec). Rapid central blood flow is observed in slices 50, 55, and 60 with weak signal intensity. However, right-sided basal artery blood flow to the right is common in both T0F-MRA pseudo-colored images and CFDs.
  • the signal intensity around all vessel walls shows the slowest blue blood flow characteristics, and the periphery shows various, slightly faster blood flow rates than the vessel walls.
  • the central blood flow signal is largely canceled due to the high blood flow rate (eg, FIG. 4).
  • slice 35, 40; slice 55, 60 of FIG. 6 although the velocity distribution of the canceled portion does not show the original blood flow velocity characteristics, it can be seen that there is a significant difference from the blood flow velocity of the blood vessel wall and the periphery of the wall.
  • an image of a blood vessel is pseudo-colored and an MR-signal intensity gradient (or MR-shear rate) image of the blood vessel is generated and provided (S150).
  • MR-signal strong tool image provided in step S150 the blood vessel is pseudo-colored blood flow image can be generated by calculating the MR signal intensity tool distribution in the blood vessels, and applying the MR signal signal tool distribution to the blood vessels .
  • MR-signal bolus imaging can be used for qualitative / political analysis of the relationship between force on blood vessels and the structure or lesions of the brain (or organs), as described in detail below.
  • the MR-signal strength tool vessel can be obtained using this.
  • the MR-signal strong tool multiplication at a specific position inside the blood vessel can be calculated through Equation 1 below.
  • MR-signal intensity gradient (MR signal B-MR signal A) / D
  • MR-signal intensity gradient is the MR-signal intensity gradient at a specific location inside the vessel
  • MR signal B is an image value at a specific location inside the vessel
  • MR signal A ' is an image of the vessel wall.
  • Value is the distance from the vessel wall to a specific location within the vessel.
  • FIG. 7 is an image comparing the shear rate (B) obtained by the MR- signal intensity tool (A) and CFD on the basal artery cross section. In both images, a high shear rate region was observed in the left front, and a low shear rate region in the rear.
  • the MR-signal intensity tool performed in a very short time, but it can process all the vessels in the T0F-MRA image at the same time, so if you want to obtain CFO information about all the vessels, the time difference between the two methods can You have to multiply it.
  • the computing device 200 to perform the blood flow characteristic derivation method according to the present embodiment includes a communication interface 210, a monitor 220, a processor 230, a user interface 240, and the like.
  • a storage medium 250 is provided.
  • the communication interface 210 is a means for establishing and maintaining a communication connection with an external device, wherein the external device may be a T0F-MRA imaging device.
  • the user interface 240 includes a keyboard, a mouse, and the like as a means for inputting a command for operating the computing device 200.
  • the storage medium 250 is a program capable of performing the hematopoietic induction method shown in FIG. 2 and a medium for storing data necessary for performing the program.
  • storage The medium 250 may store a T0F-MRA image.
  • the monitor 220 is a display that displays the processes and results that appear in performing the blood flow characteristic induction method.
  • the processor 230 performs the algorithm for inducing blood flow characteristics shown in FIG. 2.
  • the present invention is a technique capable of measuring blood flow characteristics of blood flow and hemodynamics, and can be used in the medical device and medical equipment industry.

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Abstract

TOF-MRA를 이용한 혈류특성 및 MR-신호강도구배 유도방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 혈류특성 유도방법은, MRA 혈관 단면 영상을 획득하고 혈관 경계를 검출하여 혈관을 파악하며, 혈관을 의사-컬러링하여 혈류 영상으로 제공한다. 이에 의해, TOF-MRA를 이용한 비교적 간단한 알고리즘을 통해 혈류나 혈류역학 등의 혈류특성을 정확하고 매우 빠르게 유도하여, 이를 분석하여 혈류특성을 파악할 수 있도록 하고, 이를 혈관질환 진단 및 치료에 응용할 수 있게 된다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
TOF-MRA를 이용한 혈류특성 및 MR-신호강도구배 (전단율) 유도방법 【기술분야】
본 발명은 혈류특성 유도방법에 관한 것으로， 더욱 상세하게는 T0F-MRA를 이 용하여, 혈류나 혈류역학 둥의 혈류특성올 유도하기 위한 방법 및 이를 적용한 컴 퓨팅 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
전단 웅력은 혈관 내피 세포에 영향을 미쳐 혈관기능을 유지시키는 가장 중 요한 기계적 힘의 하나로 이를 분석하기 위한 방법들이 개발되어 왔다. CFDCComputational Fluid Dynamics)와 같은 최첨단 컴퓨터를 이용한 정밀분석이 가 장 대표적인 방법이나, 이는 전체적인 과정이 매우 복잡하고 여러 단계를 거치며， 컴퓨터 시물레이션의 긴 과정을 거쳐야 한다. 또한， 개개의 혈관올 동시에 처리하 기 힘들고, 각각 위의 과정들을 되풀이해야하는 어려움이 있어 연구영역 외에서는 범용 되지 못하고 있다.
최근에는 MRI기법을 다양하게 웅용하여 이를 구현하려는 시도들이 계속되고 있으나， 이 역시 연구 단계에 멈춰있고 실제 사용되지는 못하고 있다.
벽 전단 웅력을 구하기 위한 가장 큰 핵심과제는 혈관벽 근처에서의 속도구 배 (velocity gradient) 혹은 전단율 (shear rate)을 정확히 얻는 것이다.
T0F-MRA(Time-0f-Fl ight - Magnetic Resonance Angiography)는， 도 1에 도시 된 바와 같이, 자장에 완전 포화 (saturation)된 영역에 포화되지 않은 혈액이 통과 하면서 나타나는 혈류 흐름에 의한 증강효과를 영상화한 것이다.
이 신호 강도는 영상 용적 내에서 포화된 스핀의 이동 정도에 비례한다. 즉 ， T0F-MRA는 혈액의 혈류특성을 이용해 영상을 구성하게 된다. 기타 신호 강도에 영향을 미치는 인자들은 radiofrequency pulse의 flip angle과 Repetition time (TR), Echo time (TE) 등이다.
TOF-MRA는 뛰어난 영상해상도로 피검자 개개인의 다양한 혈관구조를 상세히 제시할 수 있어 현재 의료분야에서 가장 많이 활용되는 혈관 영상 기법이다. 또 한， 관련기술이 계속 발달하여 와류와 같은 복합혈류현상도 진단할 수 있고， 최근 에는 미세혈관 영상도 얻을 수 있는 등 그 발전속도가 빠르다.
phase contrast MRI는 TOF-MRA기법과는 다르게 혈류속도와 방향을 얻을 수 있는 영상기법으로, 혈류속도를 직접 측정할 수 있어， 이를 이용해 동맥경화성 플 라그의 성장과 밀접한 관계를 갖는 벽전단응력 분포를 계측하는 연구가 수행되고 있다.
그러나, phase contrast MRI는 시간 및 공간 정밀도의 영향으로 시간과 비용 적인 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 즉， 혈관구조를 전체적으로 상세히 제시할 수 없어 특정 영역에서 혈류속도를 얻기 위한 연구 외에는 활용할 수 없어 실제 임 상에서는 거의 사용되지 못하고 있다.
T0F-MRA는 혈류의 증강효과에 의한 영상임에도 앞서 말한 radiofrequency pulse flip angle과 TR 등과 같은 영상 촬영 기법 혹은 조건에 따라 완벽한 혈류 특성을 얻지는 못한다.
이러한 이유로， T0F-MRA기법은 혈관의 전체적인 영상을 얻기에는 최적이나， 혈류속도와 같은 혈행 인자를 뽑아내기에는 적절치 않은 것으로 알려져 왔다. 특 히 중심부의 빠른 혈류 죽, laminar flow 중심부 최대속도를 보이는 영역이 TR 값 에 따라서는 포화된 자장을 영상을 얻기도 전에 벗어나 버려 그 신호가 상쇄되기 때문이다.
T0F-MRA로 적절한 혈류속도를 얻지 못하는 또 다른 이유는 z축에 직각으로 설정된 자장의 방향으로 인해 촬영되는 혈관 단면의 flip angle이 z축에 직각이 아 닌 사선 혹은 평행으로 배열되는 경우도 혈관 내부의 적절한 laminar 혈류 특성을 적절히 구현하기 힘들다.
그러나, 최근 T0F-醒기법에서는 이러한 MR 영상의 제한점을 최대한 활용하 여 촬영한다. TR올 오히려 더 줄여 중심속도보다는 주변 속도를 잘 살려낸 다음 이를 MIP(Maximum Intensity Projection) 시켜 3차원 혈관영상을 얻어내면 혈관의 좁아진 부위나 다양한 이상소견을 훨씬 더 효과적으로 진단할 수 있기 때문이다. 즉， 혈관영상의 초점이 중심속도를 정확히 잡아내는 것보다는 혈관 주변 영상 (혈관 벽주변의 속도임)올 최적화하여 얻는다.
현재 대부분의 T0F-MRA는 임상 및 연구현장에서 repetition time (TR) , echo time (TE) 등 촬영 인자들을 모두 이러한 원리에 준해 셋팅해서 사용되고 있다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서， 본 발명 의 목적은， TOF-MRA를 이용하여 혈류나 혈류역학 등의 혈류특성을 유도하기 위한 방법을 제공함에 있다.
【기술적 해결방법】 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른， 혈류특성 유도방법 은， MRA 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여, 혈관을 파악하는 단계 ; 상기 혈관을 의사-컬러링 (pseudo-coloring)하는 단계 ; 및 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함한다.
그리고， 상기 혈류 영상에서 열점 (hotspot)의 위치는, 혈류의 치우침을 나타 낼 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류특성 유도방법은， 상기 혈관이 의사- 컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-신호강도구배 (signal intensity gradient)를.산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 MR-신호강도구배 산출단계는, " (혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영샵값 )/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리) 를 상기 MR-신호강도구배로 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류특성 유도방법은, 상기 혈관 내부에 서의 MR-신호강도구배 분포를 산출하는 단계; 및 상기 MR-신호강도구배 분포를 상 기 영상의 혈관에 도포하여， MR-신호강도구배 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함 할 수 있다.
그리고, 상기 MR-신호강도구배 영상은， 상기 혈관에 미치는 전단 웅력과 장 기 또는 병변과의 연관성 분석에 이용될 수 있다.
한편， 본 발명의 다른 실시예에 따른， 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상 에서 혈관 경계를 검출하여， 혈관을 파악하는 단계; 상기 혈관을 의사-컬러링 (pseudo-coloring)하는 단계; 및 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록 된다.
그리고， 상기 혈류 영상에서 열점 (hotspot)의 위치는， 혈류의 치우침올 나타 낼 수 있다.
또한, 상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여， 혈관 내부의 특정 위치 에서의 MR-신호강도구배 (signal intensity gradient)를 산출하는 단계;를 더 포함 할수 있다. - 그리고, 상기 MR-신호강도구배 산출단계는， " (혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값 )/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거리)"를 상기 MR-신호강도구배로 산출할 수 있다. 또한， 상기 혈관 내부에서의 MR-신호강도구배 분포를 산출하는 단계; 및 상 기 MR-신호강도구배 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여， MR-신호강도구배 영상으 로 제공하는 단계 ;를 더 포함할 수 있다.
【유리한 효과】
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면， TOF-MRA를 이용한 비교적 간단한 알고리즘을 통해 혈류나 혈류역학 둥의 혈류특성을 정확하고 매우 빠르게 유도하 여， 이를 분석하여 혈류특성을 파악할 수 있도록 하고， 이를 혈관질환 진단 및 치 료에 웅용할 수 있게 된다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 혈관 단면에서 혈류에 의한 증강효과를 나타낸 도면，
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TOF-MRA를 이용한 혈류특성 유도 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 3은 TOF-MRA 단면 영상을 의사-컬러링 처리한 예를 나타낸 사진， 도 4 내지 도 6은 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 주변의 laminar flow 특성이 실제 혈류 흐름과 충분히 일치하는지 확인하기 위해, CFD 기법을 이용 한 결과와 비교한 이미지들，
도 7은 기저동맥 절단면에서의 MR-신호강도구배와 CFD로 얻은 전단율을 비교 한 이미지，
도 8은 기저동맥 측면에서 본 MR-신호강도구배와 CFD로 얻은 전단율을 비교 한 이미지 , 그리고，
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈류특성 유도방법이 수행될 수 있는 컴퓨팅 장치의 블럭도이다.
【발명의 실시를 위한 형태】
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명올 보다상세하게 설명한다.
중심의 빠른 혈류는 다소 신호가 약화되어 정확한 혈류속도를 얻기 힘들어
T0F-MRA를 통해 적절한 혈류특성을 끌어낼 수 없다고 알려져 왔다. 하지만， 혈관 단면 영상에 숨어있는 혈류 신호는 이를 적절히 재구성하면 혈관 특성 및 혈류 역 학의 많은 정보를 뽑아낼 수 있다.
laminar flow 중심부의 신호 강도가 다소 약해지더라도 혈관벽 주변 영상 신 호 강도들이 갖는 laminar flow 특성 패턴을 최대한 활용하면 가능하다. 특히， 혈 관벽에 작용하는 전단 응력 및 전단율은 혈관벽 주변의 속도가 중요한 인자로， 혈 관벽 주변속도를 최적화시킨 T0F-MRA 기법을 통해 혈관벽에 작용하는 기계적 힘을 분석하는 데 활용될 수 있는 바, 이하에서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 T0F-MRA를 이용한 혈류특성 유도 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 혈류특성 유도방법에서는， 진단 및 치료에 광범위하게 사용되는 T( -MRA(Time"Of-Fnght - Magnetic Resonance Angiography) 기법을 이용하여， 혈류， 전단율， 전단응력 등의 혈류특성 을 유도하여， 이를 분석하여 혈류특성을 파악할 수 있도록 하고, 이를 혈관질환 진 단 및 치료에 웅용할수 있도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이， 먼저 M A 혈관 단면 영상을 획득하고 (SllO 획득 된 M A 혈관 단면 영상에서 혈관 경계를 검출하여， 혈관을 파악한다 (S120). 다음， 파악된 혈관 부분을 의사-컬러링 (pseud으 (：010^ )하여(3130)， 혈류 영상으로 제공 한다 (S140) .
S130단계에 의해 혈관 부분이 의사-컬러링된 영상은 혈류가 나타난 혈류 영 상으로 제공되는데， 혈류 영상에서 hotspot (열점)의 위치는 혈류의 치우침을 나타 낸다. 이하에서， 상세히 설명한다.
도 3은 T0F-MRA 단면 영상을 의사-컬러링 처리한 이미지이다. 도 3의 좌측 은 T0F-MRA 단면영상으로 어떠한 특성을 파악하기는 힘들다. 하지만， 이를 도 3의 우측과 같이 의사-컬러링 처리하면， 단면 영상에 혈류가 나타남을 확인할 수 있다. 도 3의 단면 영상에서 혈류는 앞쪽， 우측으로 (MRA기준) 치우치며 흐르고 있 음을 확인할 수 있다. 또한, 혈관벽에서 보면 우측 및 앞쪽 혈관벽에 비해 좌측 및 뒤쪽 혈관벽의 혈류 속도 구배 (velocity gradient)가 작은 것을 알 수 있다. 또한， 도 3에서 짙은 빨간색의 hot spot에서 혈류가 가장 빠르고 , 주변으로 갈수록 느린 laminar flow 현상을 보인다.
이와 같이， 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 주변의 laminar flow 특 성이 실제 혈류 흐름과 층분히 일치하는지를 컴퓨터 시물레이션인 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법을 이용해 그 결과와 비교하였다 (도 4 내 지 도 6) .
도 4 내지 도 6에서, 모든 CFD는 환자의 혈관을 3차원으로 재구성하고， 경계 부에서의 조건은 환자로부터 직접 얻은 TCD TransCranial Doppler) 값을 활용하였 다.
도 4는 TOF— MRA 의사-컬러링 영상 (Basilar artery)과 CFD를 이용해 얻은 단 면의 혈류특성으로， T0F-MRA 의사-컬러링 중심부 영상신호가 약해지며 (단면번호 25, 35， 40, 45)， 혈류가 앞으로 치우쳐 있는 특성은 혈관 앞쪽에서 관찰되는 강한 신호영상 (hot spot)과 일치한다.
도 4는 기저혈관 (basilar artery) 혈류속도가 빠른 경우로 우측 추골동맥 평 균혈류속도는 25.4 cm/sec, 좌측은 27.3 cm/sec이었다. 혈류 속도가 빨라 slice 25， 35， 40, 45 등에서 가운데 빠른 혈류 신호가 감쇄되는 현상이 관찰된다. CFD 에서는 중심 혈류가 잘 살아 있다. 그러나， 전반적으로는 pseudo-coloring hotspot에서 보이듯 혈류가 앞으로 살짝 치우쳐 흐르고 있음을 알 수 있고 이는 CFD결과와 일치함을 알 수 있다.
도 5는 혈관협착이 있는 BA부위에서의 TOF-MRA color tablation과 CFD를 비 교한 것으로， 의사-컬러링 hotspot과 주변 혈류특성이 협착부위 (slice 40, 45)에 서도 잘 나타나고 있고， 이는 CFD결과와 일치함을 알 수 있다.
도 5는 기저혈관 중앙부위에 심한 협착이 있으며， 혈류속도는 도 4의 예보다 는 다소 낮다 (우측 추골동맥 평균혈류속도; 21.2 cm/sec, 좌측， 25，8 cm/sec). 협 착이 심한 slice 35， 40 에서도 laminar 혈류 특성이 잘 살아있고, 전반적으로 혈 류흐름 양상이 CFD결과와 거의 일치한다.
도 6은 기저혈관 (basilar artery)이 우측으로 치우친 경우의 T0F-MRA 의사- 컬러링 영상과 CFD를 비교한 것으로， T0F-MRA를 의사-컬러링한 경우, 중심혈류의 신호강도가 약화되는 현상이 관찰된다 (slice 50, 55， 60). 의사-컬러링 hotspot은 우측으로 치우쳐져 있고， 이는 CFD의 우측으로 치우친 laminar flow 특성과 대체로 일치한다.
도 6의 경우도 그림 4와 비슷한 혈류속도를 보인다 (우측 추골동맥 평균혈류 속도; 25.8 cm/sec, 좌측 19.6 cm/sec). 중심의 빠른 혈류는 신호강도가 약해지는 현상이 slice 50, 55, 60 둥에서 관찰된다. 그러나， 우측편향이 심한 기저동맥으 로 혈류가 우측으로 치우친 현상이 T0F-MRA 의사-컬러링 영상과 CFD모두에서 공통 으로 관찰된다.
도 4 내지 도 6에서 살펴보았듯 결과는 일관 되게 나타난다. 앞서 설명한 바와 같이 중심부 혈류 및 laminar 혈류특성은 다소 상쇄될 수 있으나， 혈관구조에 따른 혈류 치우침 현상과 주변부 혈류특성은 CFD와 거의 일치하는 양상임을 알 수 있다.
모든 혈관벽 주변부의 신호 강도는 파란색의 가장 느린 혈류특성을 보이며, 그 주변부는 혈관벽보다는 다양한， 약간 더 빠른 혈류속도를 보이고 있다. 특히， 혈류속도가 빨라 중심부 혈류신호가 많이 상쇄되는 경우라 하더라도 (예， 도 4의 slice 35， 40； 도 6의 slice 55, 60), 상쇄된 부위의 속도분포는 비록 원래의 혈류 속도 특성을 보이지는 않으나， 혈관벽 및 벽주변부 혈류속도와는 현저한 차이가 있 음을 알 수 있다.
도 ' 4 내지 도 6에서 다양한 임상례에서 MRA 의사-컬러링을 통해 나타나는 hotspot과 laminar 혈류 특성 및 혈관벽 주변부 혈류특성을 혈관 CFD의 결과와 비 교 /종합하면， 1) 혈류 ；중심 영상신호 강도가 실제보다 약해지는 현상이 나타나고, 특히 혈류속도가 빠른 경우 더욱 심해지며， 2) hotspot은 혈류의 치우침 현상을 잘 보여주고， 3) 혈관벽 근처에서의 laminar 혈류특성은 CFD 결과와도 잘 일치되며， 위 1)， 2)의 특성에 영향을 받지 않음을 도출할 수 있다.
다시， 도 2를 참조하여 설명한다.
S130단계에서 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여， 혈관에 대한 MR-신호 강도구배 (MR-signal intensity gradient) [또는 MR-전단율 (MR-shear rate)] 영상을 생성하여 제공한다 (S150). S150단계에 제공되는 MR-신호강도구배 영상은， 혈관이 의사-컬러링된 혈류 영상에서 혈관 내부에서의 MR-신호강도구배 분포를 산출하고， MR-신호강도구배 분포를 혈관에 도포함으로 생성 가능하다.
MR-신호강도구배 영상은， 혈관에 미치는 힘과 뇌 (혹은 장기)의 구조나 병변 과의 연관성의 정성 /정략 분석에 이용될 수 있는 바， 이하에서 상세히 설명한다.
MRA 혈관벽 주변 신호는 도 4내지 도 6에서 확인하였듯 MRA특성에 의한 중 심 혈류신호 감쇄 효과에 전혀 영향을 받지 않았으므로 이를 이용해 MR-신호강도구 배를 구할 수 있다.
구체적으로， 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-신호강도구배는， 아래의 수학 식 1을 통해 산출가능하다.
[수학식 1]
MR-signal intensity gradient = (MR signal B - MR signal A) / D
여기서， "MR-signal intensity gradient"는 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-신호강도구배이고， "MR signal B"은 혈관내부 특정 위치에서의 영상값이며， "MR signal A' '은 혈관벽의 영상값이고， "D"는 혈관벽으로부터 혈관내부 특정 위치까지 의 거리이다.
의사-컬러링 영상과 혈관벽 근처 영상 데이타를 이용하여 구한 MR-신호강도 구배를 CFD 결과와 비교한 결과， 절단면 영상을 통해 분석한 결과 MR-신호강도구배 와 CFD 결과는 매우 유사하였다. 절단면은 각 단면 slice 번호를 통해 정확한 레 벨을 얻어 비교하였다. 도 7은 기저동맥 절단면에서의 MR-신호강도구배 (A)와 CFD로 얻은 전단율 (B) 을 비교한 이미지이다. 두 이미지 모두에서 좌측 전방으로 높은 전단율 부위가 관 찰되고， 후방으로 낮은 전단율 부위가 관찰된다.
도 7의 경우 기저혈관의 형상에 따라 혈류속도가 좌측 전방으로 치우쳐 흐름 을 알 수 있었고, MR-신호강도구배도 일치해서 나타났다. CFD 결과는 가장 큰 전 단율을 MR-신호강도구배 보다 약간 더 전방으로 치우쳐 있다. 이는 혈관벽을 3차 원 재구성할 때 사용하는 혈관벽 threshold가 단면 영상에서 사용하는 것보다는 다 소 높아 발생하는 오류로 판단된다. 이러한 오류에도 불구하고 두 전단율의 결과 는 매우 유사함을 알 수 있다.
도 8은 기저동맥 측면에서 본 MR-신호강도구배 (A)와 CFD로 얻은 전단율 (B)올 비교한 이미지이다. 아래측 추골 동맥에서는 전반적으로 전단율이 낮은 반면， 기 저동맥 협착부에서는 높은 전단율을 보이며， 이는 A, B 모두 유사함을 확인할 수 있다.
도 8의 경우도 아래 추골동맥 (vertebral artery)에서는 매우 낮은 전단율을 보이고， 기저혈관 중앙부에서 매우 높은 전단율이 관찰되는 데, MR-신호강도구배와 CFD 결과가 거의 유사한 결과를 보인다.
도 7 및 도 8에서， 왼쪽에 보인 MR-신호강도구배는 총 산출 소요시간이 불과 수 초에 불과한 반면 CFD를 통해 얻은 결과는 수 시간이 소요되어， 유사한 결과임 에도 불구하고 그 결과를 얻기까지 소요된 시간 차이는 대단히 크다.
매우 짧은 시간에 수행된 MR-신호강도구배이지만 이는 T0F-MRA 영상에 들어 온 모든 혈관을 동시에 처리할 수 있어 실질적으로 모든 혈관에 대한 CFO 정보를 구하고자 한다면 두 방법의 시간차는 각각의 혈관 수를 곱해서 계산해야 한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈류특성 유도방법이 수행될 수 있는 컴퓨팅 장치의 블릭도이다. 도 9에 도시된 바와 같이， 본 실시예에 따른 혈 류특성 유도방법을 수행할 컴퓨팅 장치 (200)는， 통신 인터페이스 (210)， 모니터 (220), 프로세서 (230)， 사용자 인터페이스 (240) 및 저장매체 (250)를 구비한다.
통신 인터페이스 (210)는 외부기기와 통신 연결을 설정하고 유지하는 수단으 로, 이때 외부기기는 T0F-MRA 영상장비가 될 수 있다.
사용자 인터페이스 (240)는 컴퓨팅 장치 (200)를 조작하기 위한 명령을 입력하 는 수단으로 키보드， 마우스 등을 포함한다.
저장매체 (250)는 도 2에 도시된 혈류톡성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그 램과 이 프로그램을 수행하는데 필요한 데이터가 저장되는 매체이다. 또한， 저장 매체 (250)에는 T0F-MRA 영상이 저장되어 있을 수도 있다.
모니터 (220)는 혈류특성 유도방법을 수행함에 있어 나타나는 과정과 결과가 표시되는 디스플레이이다. 프로세서 (230)는 도 2에 도시된 혈류특성 유도방법을 알고리즘으로 수행하기 한다.
지금까지， 혈류특성 유도방법 및 이를 수행할 수 있는 컴퓨팅 장치에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다. 한편， 위 실시예에 따른 혈류특성 유도방법을 프로그램으로 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 범주에 포함됨은 물론 이다.
또한， 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고， 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다. 【산업상 이용가능성】
본 발명은 혈류나 혈류역학 둥의 혈류특성을 측정할 수 있는 기술로서， 의료 기기 및 의료 장비 산업에 이용가능하다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 11
MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여， 혈관을 파악하는 단계;
상기 혈관을 의사-컬러링 (pseudo-coloring)하는 단계 ; 및
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
【청구항 2】
제 1항에 있어서，
상기 혈류 영상에서 열점 (hotspot)의 위치는,
혈류의 치우침을 나타내는 것올 특징으로 하는 혈류특성 유도방법 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-신호강도구배 (signal intensity gradient)를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법 .
【청구항 4】
제 3항에 있어서，
상기 MR-신호강도구배 산출단계는,
" (혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값 )/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거 리)"를 상기 MR-신호강도구배로 산출하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
【청구항 5]
제 3항에 있어서，
상기 혈관 내부에서의 MR-신호강도구배 분포를 산출하는 단계; 및
상기 MR-신호강도구배 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여， MR-신호강도구배 영상 으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
【청구항 6】
제 5항에 있어서,
상기 MR-신호강도구배 영상은，
상기 혈관에 미치는 전단 웅력과 장기 또는 병변과의 연관성 분석에 이용되는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법.
【청구항 7】 MRA(Magnetic Resonance Angiography) 혈관 단면 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 혈관 경계를 검출하여， 혈관을 파악하는 단계;
상기 혈관올 의사-컬러링 (pseudo-coloring)하는 단계; 및
상기 혈관이 의사-컬러링된 영상을 혈류 영상으로 제공하는 단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법올 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴 퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
【청구항 8】
제 7항에 있어서，
상기 혈류 영상에서 열점 (hot spot)의 위치는，
혈류의 치우침을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
【청구항 9】
제 7항에 있어서,
상기 혈관이 의사ᅳ컬러링된 영상을 이용하여, 혈관 내부의 특정 위치에서의 MR-신호강도구배 (signal intensity gradient)를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터 로 읽을 수 있는 기록매체.
【청구항 10】 .
제 7항에 있어서,
상기 MR-신호강도구배 산출단계는,
"(혈관내부 영상값 - 혈관벽의 영상값 )/(혈관벽으로부터 혈관내부까지의 거 리)' '를 상기 MR-신호강도구배로 산출하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
【청구항 11】
제 9항에 있어서，
상기 혈관 내부에서의 MR-신호강도구배 분포를 산출하는 단계; 및
상기 MR-신호강도구배 분포를 상기 영상의 혈관에 도포하여, MR-신호강도구 배 영상으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류특성 유도방법 을 수행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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