KR102211154B1 - Method and apparatus of diagnosis cardiac diseases based on simulation of cardiac motion - Google Patents

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Abstract

심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법 및 장치를 제안한다.
3차원 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용하고, 동적인 영상의 취득을 위하여 획득된, 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들과 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출한 후, 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법을 제공할 수 있다.
We propose a method and apparatus for diagnosing heart disease based on cardiac exercise modeling.
Boundary condition by applying the physical characteristics of cardiac motion to the 3D cardiac shape model, and fusing a plurality of echocardiography images according to time and the 3D cardiac shape model to which the physical characteristics are applied, acquired to acquire a dynamic image After deriving a (boundary condition), a method for diagnosing a heart disease based on cardiac motion modeling that models a user's cardiac motion using a boundary condition may be provided.

Description

심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF DIAGNOSIS CARDIAC DISEASES BASED ON SIMULATION OF CARDIAC MOTION}A method and apparatus for diagnosing heart disease based on cardiac motion modeling {METHOD AND APPARATUS OF DIAGNOSIS CARDIAC DISEASES BASED ON SIMULATION OF CARDIAC MOTION}

아래의 실시예들은 심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to a method and apparatus for diagnosing a heart disease based on cardiac motion modeling.

심장 질환 진단을 위해서 여러 가지 모델링 장치 및 방법들이 사용되고 있다. 이들 중 가장 대표적으로 활용되고 있는 방법은 의사가 심초음파를 통해 심장의 움직임을 관찰하고, 심장의 세그먼트(Segment) 별 움직임에 대한 벽 운동 점수(wall motion score)를 매겨서 심장 운동의 지표로 이용하는 것이다. 벽 운동 점수(wall motion score)는 의사의 주관적 판단에 의해 측정되므로 객관적인 지표가 되기 어렵다. Various modeling devices and methods are used to diagnose heart disease. Among these, the most commonly used method is that the doctor observes the movement of the heart through echocardiography and calculates a wall motion score for the movement of each segment of the heart and uses it as an index of cardiac movement. . Since the wall motion score is measured by a doctor's subjective judgment, it is difficult to become an objective indicator.

일실시예에 따르면, 심장 운동을 모델링 하는 방법은 3차원 심장 형상 모델을 생성하는 단계; 상기 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계; 동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득하는 단계; 상기 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 상기 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출하는 단계; 및 상기 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 단계를 포함한다. According to an embodiment, a method of modeling cardiac motion includes generating a three-dimensional heart shape model; Applying physical characteristics of cardiac motion to the cardiac shape model; Acquiring a plurality of echocardiographic images according to time changes in order to acquire a dynamic image; Deriving a boundary condition by fusing the 3D heart shape model to which the physical characteristics are applied and the acquired plurality of echocardiographic images; And modeling the user's cardiac motion by using the boundary condition.

상기 모델링 결과를 이용하여 심장 운동을 모델링 하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include modeling cardiac motion using the modeling result.

상기 3차원 심장 형상 모델은, 상기 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상에 기초하여 생성될 수 있다. The 3D heart shape model may be generated based on a 2D image or a 3D image photographed by the user.

상기 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상은 CT 영상을 포함할 수 있다. A 2D image or a 3D image photographed by the user may include a CT image.

상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계는, 상기 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하는 단계; 및 상기 선정된 파라미터를 이용하여 상기 심장 형상 모델에 상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. The applying of the physical characteristics of the cardio exercise may include selecting a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardio exercise; And applying the physical characteristics of the cardiac motion to the cardiac shape model by using the selected parameter.

상기 심장 운동의 물리적 특성은, 심장 근육의 섬유 방향성(fiber orientation), 상기 심장 근육의 패시브 스트레스(passive stress), 상기 심장 근육의 액티브 스트레스(active stress) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The physical characteristics of the cardiac exercise may include at least one of a fiber orientation of the cardiac muscle, a passive stress of the cardiac muscle, and an active stress of the cardiac muscle.

상기 경계 조건을 도출하는 단계는, 상기 복수 개의 심초음파 영상들에서 특징점(Feature point)의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, 상기 3차원 심장 형상 모델과 상기 심초음파 영상들을 융합하는 단계를 포함할 수 있다. The deriving of the boundary condition may include fusing the 3D heart shape model and the echocardiographic images in consideration of a position change of a feature point over time in the plurality of echocardiographic images. I can.

상기 경계 조건을 도출하는 단계는, 상기 융합된 3차원 심장 형상 모델과 심초음파 영상들을 이용하여 상기 경계 조건 중 변위 경계 조건을 탐색하는 단계를 포함할 수 있다. The deriving of the boundary condition may include searching for a displacement boundary condition among the boundary conditions by using the fused 3D heart shape model and echocardiographic images.

상기 경계 조건은, 변위 경계 조건 및 하중 경계 조건을 포함할 수 있다. The boundary condition may include a displacement boundary condition and a load boundary condition.

상기 모델링 결과를 이용하여 심장 질환을 진단하는 단계를 더 포함하고, 상기 심장 질환을 진단하는 단계는, 상기 모델링의 결과를 이용하여, 상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 단계; 상기 최적화된 파라미터를 이용하여 심근의 움직임 정보의 분포를 획득하는 단계; 및 상기 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 상기 심장 질환을 진단하는 단계를 포함할 수 있다. Diagnosing a heart disease using the modeling result, wherein diagnosing the heart disease may include: optimizing the selected parameter using the modeling result; Obtaining a distribution of motion information of a myocardium using the optimized parameter; And diagnosing the heart disease by using the distribution of the motion information of the myocardium.

상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 단계는, 상기 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계; 및 상기 평가 결과를 이용하여, 상기 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 상기 선정된 파라미터를 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. Optimizing the selected parameter may include: evaluating the motion information of the myocardium obtained as a result of the modeling; And optimizing the selected parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardio exercise using the evaluation result.

상기 심근의 움직임 정보는, 상기 심근의 스트레인(strain) 분포 및 상기 심근의 스트레스(stress)를 포함할 수 있다. The myocardial motion information may include a strain distribution of the myocardium and a stress of the myocardium.

상기 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계는, 레퍼런스 스트레인(reference strain)을 이용하여 상기 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계를 포함할 수 있다. Evaluating the motion information of the myocardium may include evaluating the motion information of the myocardium using a reference strain.

상기 레퍼런스 스트레인은, 상기 복수 개의 심초음파 영상들로부터 얻은 심장의 움직임 정보를 포함할 수 있다. The reference strain may include heart motion information obtained from the plurality of echocardiographic images.

상기 최적화하는 단계는, 상기 파라미터가 상기 레퍼런스 스트레인에 미치는 영향을 분석하는 단계; 및 상기 분석 결과를 이용하여 상기 파라미터를 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. The optimizing may include analyzing an effect of the parameter on the reference strain; And optimizing the parameter using the analysis result.

일 실시예에 따르면, 심장 운동을 모델링 하는 장치는 3차원 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 적용부; 동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득하는 획득부; 상기 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 상기 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출하는 도출부; 및 상기 경계 조건을 이용하여 상기 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 모델링부를 포함한다. According to an embodiment, an apparatus for modeling cardiac motion includes: an application unit for applying physical characteristics of cardiac motion to a 3D cardiac shape model; An acquisition unit for acquiring a plurality of echocardiographic images according to a time change to acquire a dynamic image; A derivation unit for deriving a boundary condition by fusing the 3D heart shape model to which the physical characteristics are applied and the plurality of acquired echocardiographic images; And a modeling unit for modeling the user's cardiac motion using the boundary condition.

상기 적용부는, 상기 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하고, 상기 선정된 파라미터를 이용하여 상기 심장 형상 모델에 상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다. The application unit may select a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardiac exercise, and apply the physical characteristics of the cardiac exercise to the heart shape model by using the selected parameter.

상기 도출부는, 상기 복수 개의 심초음파 영상들에서 특징점(Feature point)의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, 상기 3차원 심장 형상 모델과 상기 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하는 융합부를 포함할 수 있다. The derivation unit may include a fusion unit for fusing the 3D heart shape model and the plurality of echocardiographic images in consideration of a position change of a feature point in the plurality of echocardiographic images over time.

상기 모델링의 결과를 이용하여 심장 질환을 진단하는 진단부를 더 포함하고, 상기 진단부는, 상기 모델링의 결과를 이용하여, 상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 최적화부; 및 상기 최적화된 파라미터를 이용하여 심근의 움직임 정보의 분포를 획득하는 획득부를 포함하고, 상기 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 상기 심장 질환을 진단할 수 있다. Further comprising a diagnostic unit for diagnosing a heart disease using the result of the modeling, the diagnosis unit, the optimization unit for optimizing the selected parameter using the result of the modeling; And an acquisition unit that obtains a distribution of the motion information of the myocardium using the optimized parameter, and diagnoses the heart disease by using the distribution of the motion information of the myocardium.

상기 진단부는 상기 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 평가부를 더 포함하고, 상기 평가 결과를 이용하여, 상기 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 상기 파라미터를 최적화할 수 있다.The diagnosis unit further includes an evaluation unit for evaluating the motion information of the myocardium obtained as a result of the modeling, and using the evaluation result, the parameter may be optimized to reflect the physical characteristics of the user's cardiac motion. have.

도 1은 일실시예에 따른 심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법의 전반적인 동작 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법의 플로우 차트이다.
도 3은 일실시예에서 모델링 하고자 하는 심장 운동의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 생성되는 3차원 심장 형상 모델을 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 이용되는 이종 영상들 간의 영상 융합을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 시간의 흐름에 따라 심근에 주어지는 힘의 변화에 따른 하중 경계 조건을 나타낸 그래프이다.
도 7은 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2에서 심장 운동을 모델링 하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치의 블록도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치의 블록도이다.
1 is a diagram for explaining an overall operational concept of a method for diagnosing a heart disease based on cardiac exercise modeling according to an exemplary embodiment.
2 is a flow chart of a method for modeling cardiac exercise according to an embodiment.
3 is a diagram for explaining characteristics of cardiac exercise to be modeled in an embodiment.
4 is a diagram illustrating a 3D heart shape model generated in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating image fusion between heterogeneous images used in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.
6 is a graph showing a load boundary condition according to a change in a force applied to the myocardium over time in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of evaluating motion information of a myocardium acquired as a result of modeling in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.
8 is a flow chart showing a method of modeling cardiac exercise in FIG. 2.
9 is a block diagram of an apparatus for modeling cardiac motion according to an embodiment.
10 is a block diagram of an apparatus for modeling cardiac motion according to another embodiment.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments. In addition, the same reference numerals shown in each drawing denote the same member.

도 1은 일실시예에 따른 심장 운동 모델링에 기반하여 심장 질환을 진단하는 방법에 따른 전반적인 동작 흐름을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall operation flow according to a method for diagnosing a heart disease based on cardiac exercise modeling according to an exemplary embodiment.

일실시예에 따른 심장 질환을 진단하는 방법에서는 사용자의 3차원 심장 형상 모델을 이용한 심장 운동 모델링에 의해 심장의 모든 위치에서의 심장 근육(이하, '심근')의 움직임 정보를 획득하고, 이를 심장 질환의 진단에 활용한다. In the method for diagnosing heart disease according to an embodiment, motion information of the heart muscle (hereinafter, ``myocardium'') at all locations of the heart is acquired by cardiac motion modeling using a user's 3D heart shape model, and It is used for diagnosis of disease.

심근의 움직임 정보로는 심근의 스트레인(strain), 다시 말해 심근의 변형률, 혹은 심근의 스트레인(strain)의 분포 상황, 및 심근의 스트레스(stress) 등을 예로 들 수 있다. The myocardial motion information includes, for example, a strain of the myocardium, that is, a strain of the myocardium, or a distribution situation of the strain of the myocardium, and a stress of the myocardium.

도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치(이하, '모델링 장치')는 사용자의 심장에 대한 영상(예를 들어 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging; MRI) 또는 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography; CT) 영상)에 기반하여 3차원의 심장 형상을 생성할 수 있다(110). 이때, 사용자의 심장에 대한 영상에 기반하여 생성된 3차원의 심장 형상 모델은 해당 사용자에게 특화될 수 있다. 사용자에 특화된 심장 형상 모델은 해당 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 데에 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus for modeling cardiac motion according to an embodiment (hereinafter, a “modeling apparatus”) is an image of a user's heart (for example, magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography). A three-dimensional heart shape may be generated based on (Computed Tomography; CT) image (110). In this case, the 3D heart shape model generated based on the image of the user's heart may be specialized for the user. A cardiac shape model specialized for a user may be used to model a cardiac motion of the user.

생성 과정(110)에서 생성된 3차원의 심장 형상 모델에는 다른 장기와는 다른, 심장 운동에서 고려되어야 할 물리적 특성이 반영될 수 있다. 심장 운동에 있어 고려해야 할 물리적 특성을 '심장 운동의 물리적 특성'이라 부를 수 있다. The three-dimensional heart shape model generated in the generation process 110 may reflect physical characteristics that are different from other organs and to be considered in cardiac motion. The physical characteristics to be considered in cardio exercise can be called'physical characteristics of cardiac exercise'.

다른 장기와 달리, 심장은 심근(myocardium)이라는 근육으로 이루어져 있고, 심근을 구성하는 섬유의 방향성(fiber orientation)에 따라 물리적 특성이 달라질 수 있다. 다른 장기와 구별될 수 있는 심장의 특징에 대하여는 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴본다.Unlike other organs, the heart is made up of a muscle called myocardium, and physical properties may vary depending on the fiber orientation of the fibers constituting the heart muscle. The characteristics of the heart that can be distinguished from other organs will be described in detail with reference to FIG. 3.

심장 운동의 물리적 특성들은 파라미터화 될 수 있다. 따라서, 일실시예에서는 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 모델링 과정(110)에서 모델링된 3차원 심장 형상에 적용하여 심장 형상 모델에 심장의 동작 특성 등이 반영될 수 있도록 한다. 이때, 각 파라미터들을 해당 사용자에 맞도록 조절해 주는 과정은 후술하는 최적화(Optimization) 과정(150)에서 수행될 수 있다. The physical properties of cardio exercise can be parameterized. Accordingly, in an embodiment, a parameter capable of reflecting the physical characteristics of cardiac motion is applied to the 3D heart shape modeled in the modeling process 110 so that the motion characteristics of the heart can be reflected in the cardiac shape model. In this case, the process of adjusting each parameter to suit the user may be performed in an optimization process 150 to be described later.

생성 과정(110)에서 사용자에 대한 3차원 심장 형상 모델이 생성되면, 모델링 장치는 3차원 심장 형상 모델을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링할 수 있다(120).When a 3D heart shape model is generated for the user in the generation process 110, the modeling device may model the user's cardio movement using the 3D heart shape model (120 ).

모델링 과정(120)에서, 모델링 장치는 사용자의 심장에 대한 이종 영상들(different kinds of images) 간의 융합을 통해 경계 조건(boundary condition)을 도출하고, 경계 조건을 이용하여 모델링을 수행할 수 있다. 여기서, 이종 영상들은 사용자의 심장에 대한 3차원적 구조 및 심장의 움직임을 파악할 수 있는 서로 다른 종류의 영상을 의미한다. 이종 영상은 예를 들어, CT 영상과 심초음파 영상일 수 있다. In the modeling process 120, the modeling apparatus may derive a boundary condition through fusion between different kinds of images of the user's heart, and perform modeling using the boundary condition. Here, the heterogeneous images mean different types of images capable of grasping the three-dimensional structure of the user's heart and the movement of the heart. The heterogeneous image may be, for example, a CT image and an echocardiographic image.

경계 조건은 서로 융합되는 2개의 서로 다른 영상들의 경계 영역 혹은 경계 지점들을 처리하는 방법에 관한 것이다. 이종 영상 간의 융합 및 이를 통한 경계 조건의 도출은 도 5를 참조하여 설명한다. The boundary condition relates to a method of processing boundary regions or boundary points of two different images that are fused to each other. Fusion between heterogeneous images and derivation of boundary conditions through them will be described with reference to FIG. 5.

모델링 장치는 심장 운동의 모델링의 결과로 얻은 심근의 움직임 정보를 평가(Evaluation)할 수 있다(130).The modeling apparatus may evaluate the motion information of the myocardium obtained as a result of modeling the cardiac motion (130).

평가 과정(130)에서, 모델링 장치는 모델링 과정(120)을 통해 얻는 심근의 움직임 정보에 대한 검증 및 평가를 수행할 수 있다. 평가 과정(130)은 심장의 물리적 특성을 반영한 파라미터 값이 해당 사용자의 심근의 움직임 정보를 제대로 반영하는지를 평가하는 것이다. In the evaluation process 130, the modeling device may verify and evaluate the motion information of the myocardium obtained through the modeling process 120. The evaluation process 130 is to evaluate whether the parameter value reflecting the physical characteristics of the heart properly reflects the motion information of the user's myocardium.

모델링 장치는 평가 결과가 일정한 값에 수렴(converge)하는지를 판단한다(140).The modeling device determines whether the evaluation result converges to a constant value (140).

판단 과정(140)에서 평가 결과가 일정한 값에 수렴하는 것으로 판단되면, 모델링 장치는 모델링 과정(120)을 통해 얻는 심근의 움직임 정보를 이용하여 사용자의 심장 질환을 진단할 수 있다(160). If it is determined in the determination process 140 that the evaluation result converges to a certain value, the modeling apparatus may diagnose a heart disease of the user using the motion information of the myocardium obtained through the modeling process 120 (160 ).

판단 과정(140)에서 평가 결과가 일정한 값에 수렴하지 않는 것으로 판단되면, 모델링 장치는 평가 과정(130)에서의 검증 및 평가 결과를 이용하여 개인별 물리적 특성을 반영하는 파라미터를 최적화(Optimization)할 수 있다(150). 최적화 과정(150)은 예를 들어, 심초음파 영상로부터 얻은 심장의 움직임 정보 등을 이용하여 앞선 모델링 과정(110)에서 선정된 파라미터를 사용자에 맞게 최적화하는 과정으로 볼 수 있다. If it is determined in the determination process 140 that the evaluation result does not converge to a certain value, the modeling device may optimize a parameter that reflects individual physical characteristics by using the verification and evaluation results in the evaluation process 130. There is (150). The optimization process 150 may be viewed as a process of optimizing a parameter selected in the modeling process 110 for a user by using, for example, heart motion information obtained from an echocardiographic image.

일실시예에서는 상술한 모델링 과정(120)부터 최적화 과정(150)까지를 반복하여 수행함으로써 사용자의 심장 전체에 대한 움직임 정보(예를 들어, 스트레인 분포)를 획득하여 심장 운동 이상에 따른 심장 질환의 진단에 활용할 수 있다.
In one embodiment, by repeatedly performing the above-described modeling process 120 to the optimization process 150, motion information (for example, strain distribution) for the entire user's heart is obtained, Can be used for diagnosis.

도 2는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법의 플로우 차트이다. 2 is a flow chart of a method for modeling cardiac exercise according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 모델링 장치는 사용자의 CT 영상에 기초하여 사용자에 특화된 3차원 심장 형상 모델을 생성할 수 있다(210). 3차원 심장 형상 모델은 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상에 기초하여 생성될 수 있다. 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상은 CT 영상을 포함할 수 있다. 모델링 장치가 3차원 심장 형상 모델을 생성하는 방법은 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. Referring to FIG. 2, the modeling apparatus according to an embodiment may generate a user-specific 3D heart shape model based on a user's CT image (210). The 3D heart shape model may be generated based on a 2D image or a 3D image captured by the user. A 2D image or a 3D image photographing a user may include a CT image. A method of generating a 3D heart shape model by the modeling apparatus will be described in detail with reference to FIG. 4.

모델링 장치는, 단계(210)에서 생성한 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다(220). 단계(220)에서, 모델링 장치는 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하고, 선정된 파라미터를 이용하여 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다. 이때, 심장 운동의 물리적 특성은 심장 근육의 섬유 방향성(fiber orientation), 심장 근육의 패시브 스트레스(passive stress), 심장 근육의 액티브 스트레스(active stress) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The modeling apparatus may apply physical characteristics of cardiac motion to the cardiac shape model generated in operation 210 (220 ). In step 220, the modeling apparatus may select a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardiac exercise, and apply the physical characteristics of the cardiac exercise to the heart shape model by using the selected parameter. In this case, the physical characteristics of the cardiac exercise may include at least one of a fiber orientation of a cardiac muscle, a passive stress of a cardiac muscle, and an active stress of a cardiac muscle.

모델링 장치는, 동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득할 수 있다(230).The modeling apparatus may acquire a plurality of echocardiographic images according to time changes in order to acquire a dynamic image (230 ).

모델링 장치는, 단계(210)에서 생성된 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 단계(230)에서 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출할 수 있다(240). 여기서, 경계 조건은 사용자의 심장 운동을 모델링 하기 위해 210에서 생성된 3차원 심장 형상 모델에 적용될 수 있다. The modeling apparatus may derive a boundary condition by fusing the 3D heart shape model to which the physical characteristics generated in step 210 is applied and a plurality of echocardiographic images acquired in step 230 (240). . Here, the boundary condition may be applied to the 3D heart shape model generated in 210 to model the user's cardiac motion.

모델링 장치가 사용자의 이종 영상들, 예를 들어, 3차원 심장 형상 모델과 단계 230에서 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하는 방법 및 경계 조건을 도출하는 방법은 도 5 및 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다. A method of fusing the user's heterogeneous images, for example, a 3D heart shape model and a plurality of echocardiographic images acquired in step 230, and a method of deriving a boundary condition, are detailed with reference to FIGS. 5 and 6. Explained as.

모델링 장치는, 단계(240)에서 도출된 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링할 수 있다(250).The modeling apparatus may model the user's cardiac motion by using the boundary condition derived in step 240 (250 ).

모델링 장치는 단계(250)에서 얻은 모델링 결과를 이용하여 심장 질환을 진단할 수 있다(260). 모델링 장치는 모델링 결과를 통해 사용자의 심근 스트레인의 분포를 얻고, 이를 이용하여 심장 진단을 수행할 수 있다. 모델링 장치가 심장 질환을 진단하는 구체적인 방법은 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
The modeling device may diagnose a heart disease using the modeling result obtained in step 250 (260 ). The modeling device may obtain a distribution of the user's myocardial strain through the modeling result, and may perform cardiac diagnosis using this. A specific method of diagnosing a heart disease by the modeling device will be described in detail with reference to FIG. 8.

도 3은 일실시예에서 모델링 하고자 하는 심장 운동의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining characteristics of cardiac exercise to be modeled in an embodiment.

도 3을 참조하면, 심장 운동에서 고려되어야 할 물리적 특성이 도시되어 있다. 심장 운동에 있어 고려해야 할 물리적 특성을 '심장 운동의 물리적 특성'이라 부를 수 있다. Referring to FIG. 3, physical characteristics to be considered in cardiac exercise are shown. The physical characteristics to be considered in cardio exercise can be called'physical characteristics of cardiac exercise'.

다른 장기와 달리 심장은 심근(myocardium)이라는 근육으로 이루어져 있고, 심근을 구성하는 섬유(310)의 방향성(fiber orientation)에 따라 물리적 특성이 달라질 수 있다. 특히, 심장은 좌, 우 심방 및 심실을 통해 혈액이 흘러가는 과정에서의 심근의 움직임 혹은 섬유(310)의 방향성을 파악해야 하므로 일반적인 장기와는 다르게 고려해야 할 사항들이 발생할 수 있다. Unlike other organs, the heart is composed of a muscle called myocardium, and physical properties may vary according to the fiber orientation of the fibers 310 constituting the myocardium. In particular, since the heart needs to grasp the movement of the myocardium or the direction of the fibers 310 in the process of blood flowing through the left, right atrium and ventricle, items to be considered different from general organs may occur.

따라서, 일실시예에서는 이러한 섬유(310)의 방향성이 고려될 수 있도록 심장을 3 개의 레이어(3-layer)로 나누고, 각 레이어에 대하여 3차원 메쉬(mesh)를 구성하여 3차원의 심장 형상을 모델링할 수 있다. 일실시예에 따라 생성되는 3차원의 심장 형상 모델은 도 4를 참조할 수 있다. Therefore, in one embodiment, the heart is divided into three layers so that the orientation of the fibers 310 can be taken into account, and a three-dimensional mesh is formed for each layer to form a three-dimensional heart shape. Can be modeled. A three-dimensional heart shape model generated according to an embodiment may be referred to FIG. 4.

이 밖에도, 심장 운동의 물리적 특성으로는 심근에 외력이 작용할 때 심근 내부에서 발생하는 밀거나 당기는 힘인 패시브 스트레스(passive stress)와 외력이 없이 심근 내부에서 작용하는 힘인 액티브 스트레스(active stress) 등을 일 예로 들 수 있다. In addition, the physical characteristics of cardiac exercise include passive stress, a force that pushes or pulls inside the heart muscle when an external force acts on the heart muscle, and active stress, a force that acts inside the heart muscle without external force. For example.

이와 같은 심장 운동의 물리적 특성들은 파라미터화 될 수 있다. 따라서, 일실시예에서는 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 모델링 과정(110)에서 모델링된 3차원 심장 형상에 적용함으로써 심장 형상 모델에 심장의 동작 특성이 반영될 수 있도록 한다.
These physical properties of cardio exercise can be parameterized. Accordingly, in an embodiment, a parameter capable of reflecting the physical characteristics of cardiac motion is applied to the 3D heart shape modeled in the modeling process 110 so that the motion characteristics of the heart can be reflected in the heart shape model.

도 4는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 생성되는 3차원 심장 형상 모델을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating a 3D heart shape model generated in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.

도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 모델링 장치는 대상 장기인 심장을 2D로 촬영한 복수개의 영상을 이용하여 생성된 3D 볼륨(Volume) 형태의 의료 영상(410)을 이용하여 3차원의 심장 형상 모델(430)을 생성할 수 있다. 이때, 3D 볼륨(Volume) 형태의 의료 영상(410)은 예를 들어, 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging; MRI) 및 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography; CT) 영상 등으로부터 생성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the modeling apparatus according to an embodiment uses a 3D volume-type medical image 410 generated using a plurality of 2D images of a target organ, a heart. A shape model 430 may be generated. In this case, the medical image 410 in the form of a 3D volume may be generated from, for example, magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) images.

심장 형상 모델은 사용자에 대한 의료 영상(410)에서 마스킹(masking)된 심장 영역을 이용하여 사용자에 특화된 3차원 형상 모델로 생성될 수 있다. 이때, 모델링 장치는 미리 구성된 템플릿(template) 장기의 볼륨 메쉬 모델을 이용하여 사용자의 심장 형상의 특징을 반영할 수도 있다. 템플릿(template) 장기는 해당 대상 장기의 일반적인 형상의 3차원 모델이다.The heart shape model may be generated as a user-specific 3D shape model by using a heart region masked in the medical image 410 of the user. In this case, the modeling device may reflect the characteristics of the user's heart shape by using a volume mesh model of a pre-configured template organ. The template organ is a three-dimensional model of the general shape of the target organ.

일실시예에 따른 모델링 장치는 3D 볼륨(Volume) 형태의 의료 영상(410)으로부터 표면 메쉬(surface mesh)를 구성한 후, 상술한 바와 같이 심근 섬유의 방향성이 고려될 수 있도록 심장을 안쪽 레이어(endo layer) (431), 가운데 레이어(mid layer)(433), 바깥쪽 레이어(epi layer)(435)의 3 개의 레이어(3-layer)를 가진 3차원 형상 모델로 구성할 수 있다. 이때, 3개의 레이어들을 포함하는 3차원 메쉬(3D mesh)로 구성된 심장 형상 모델(430)에서 각 레이어마다의 움직임은 서로 다를 수 있다.
The modeling apparatus according to an embodiment constructs a surface mesh from the medical image 410 in the form of a 3D volume, and then puts the heart into an inner layer so that the directionality of the myocardial fibers can be considered as described above. layer) 431, the middle layer 433, and the outer layer (epi layer) 435 can be composed of a three-dimensional shape model having three layers (3-layer). In this case, in the heart shape model 430 composed of a 3D mesh including three layers, movements of each layer may be different.

도 5는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 이용되는 이종 영상들 간의 영상 융합을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram illustrating image fusion between heterogeneous images used in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.

도 5를 참조하면, 사용자의 심장에 대한 CT 영상(510)과 심초음파 영상(530)이 도시된다. CT 영상(510)은 사용자의 심장에 대한 3차원적인 형상은 파악할 수 있지만, 심장의 움직임을 파악할 수는 없다. 또한, 심초음파 영상(530)은 심장의 움직임은 파악할 수 있지만, 심장의 3차원적 형상을 파악할 수는 없다. 따라서, 일실시예에서는 서로 다른 이종 영상을 융합하여 경계 조건을 도출함으로써 심장의 형상상의 특징 및 움직임 상의 특징들이 모델링 시에 반영될 수 있도록 한다. Referring to FIG. 5, a CT image 510 and an echocardiographic image 530 of a user's heart are shown. The CT image 510 can grasp a three-dimensional shape of the user's heart, but cannot grasp the movement of the heart. In addition, although the echocardiographic image 530 can grasp the movement of the heart, it cannot grasp the three-dimensional shape of the heart. Accordingly, in an embodiment, by fusion of different heterogeneous images to derive a boundary condition, features of the shape of the heart and features of the movement can be reflected during modeling.

모델링 장치는 CT 영상(510)과 심초음파 영상(530) 각각에서의 특징점(Feature point)들을 추출하고, CT 영상(510)에서의 특징점들과 심초음파 영상(530)의 특징점들을 매칭(matching)시킴으로써 CT 영상(510)과 심초음파 영상(530)을 융합할 수 있다. 모델링 장치는 심초음파 영상(530)에서 특징점들의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, CT 영상(510)으로부터 얻은 3차원 심장 형상 모델과 심초음파 영상의 융합을 수행할 수 있다. 모델링 장치는 융합된 3차원 심장 형상 모델과 심초음파 영상을 이용하여 변위 경계 조건을 탐색할 수 있다. The modeling apparatus extracts feature points from each of the CT image 510 and the echocardiography image 530, and matches the feature points of the CT image 510 with the feature points of the echocardiography image 530 By doing so, the CT image 510 and the echocardiographic image 530 may be fused. The modeling apparatus may perform fusion of the 3D heart shape model obtained from the CT image 510 and the echocardiographic image in consideration of the position change of the feature points in the echocardiography image 530 over time. The modeling apparatus may search for a displacement boundary condition using a fused 3D heart shape model and an echocardiographic image.

여기서, 경계 조건은 서로 융합되는 2개의 서로 다른 영상들의 경계 영역 혹은 경계 지점들을 처리하기 위한 것이다. 경계 조건은 변위 경계 조건 및 하중 경계 조건으로 구분될 수 있다. 변위 경계 조건은 예를 들어, 심초음파 영상에서 심장의 각 특징점이 횡경막 위를 슬라이딩(sliging)하는 경우에 어떻게 움직이는지를 나타낼 수 있다. 다시 말해, 변위 경계 조건은 심근의 각 위치가 물리적으로 어떻게 변화하는지를 나타낼 수 있다. 하중 경계 조건은 심장 내부의 심근 각 부분에 가해지는 힘(혹은 압력)이다. 하중 경계 조건은 도 6의 그래프와 같이 심장이 주기적으로 운동하는 경우, 시간의 흐름에 따라 심근에 주어지는 힘의 변화로 나타낼 수 있다. 변위 경계 조건은 'Essential Boundary Condition'으로, 하중 경계 조건은 'Natural Boundary Condition'으로도 부를 수 있다.
Here, the boundary condition is for processing boundary areas or boundary points of two different images fused to each other. Boundary conditions can be divided into displacement boundary conditions and load boundary conditions. The displacement boundary condition may indicate how each feature point of the heart in an echocardiographic image moves when it slides over the diaphragm. In other words, the displacement boundary condition may indicate how each position of the myocardium changes physically. The load boundary condition is the force (or pressure) applied to each part of the myocardium inside the heart. The load boundary condition may be expressed as a change in force applied to the myocardium over time when the heart is periodically exercising as shown in the graph of FIG. 6. The displacement boundary condition can also be called'Essential Boundary Condition', and the load boundary condition can also be called'Natural Boundary Condition'.

도 6은 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 시간의 흐름에 따라 심근에 주어지는 힘의 변화에 따른 하중 경계 조건을 나타낸 그래프이다.
6 is a graph showing a load boundary condition according to a change in a force applied to the myocardium over time in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.

도 7은 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 방법에서 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a method of evaluating motion information of a myocardium acquired as a result of modeling in a method of modeling cardiac motion according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 일실시예에 따른 모델링 장치는 스페클 트래킹 에코(Speckle Tracking Echo(STE)) 기법을 이용하여 심초음파 영상으로부터 2차원 단면의 스트레인(Strain)을 얻을 수 있다. 스페클 트래킹 에코(Speckle Tracking Echo(STE)) 기법은 심초음파 영상에서의 스페클(speckle)들의 움직임을 추적함으로써 심장의 구조물들이 심장의 운동 주기 동안에 어떻게 변형되는지를 파악할 수 있도록 한다. Referring to FIG. 7, the modeling apparatus according to an embodiment may obtain a strain of a two-dimensional cross section from an echocardiographic image using a speckle tracking echo (STE) technique. The Speckle Tracking Echo (STE) technique tracks the movement of speckles in an echocardiographic image, allowing you to understand how the structures of the heart deform during the exercise cycle of the heart.

이때, 2차원 단면의 스트레인(Strain)에서 길이 방향의 스트레인(Longitudinal strain)(L)(710)은 다른 방향들(반경방향(Radial)(R), 원주방향(Circumferencial))에 대한 스트레인들에 비해 비교적 정확한 값을 얻을 수 있다. At this time, the strain in the longitudinal direction (L) 710 in the strain of the two-dimensional cross-section is applied to the strains in different directions (radial (R), circumferencial). Compared to this, relatively accurate values can be obtained.

따라서, 일실시예에서는 심근의 움직임 정보에 대한 평가 과정에서 모델링 과정을 통해 얻는 심근의 움직임 정보(길이 방향의 심근의 움직임 정보)와 길이 방향의 스트레인(Longitudinal strain)(L)(710)을 비교하여 평가를 수행할 수 있다. 이 밖에도, 모델링 장치는 심장(혹은 심근)의 특징점(feature point)으로부터 파악되는 심장 전체의 운동 정보와 심근의 움직임 정보를 비교하여 평가를 수행할 수도 있다. Accordingly, in an embodiment, in the process of evaluating the motion information of the myocardium, the motion information of the myocardium obtained through the modeling process (motion information of the myocardium in the longitudinal direction) and the longitudinal strain (L) 710 are compared. You can do the evaluation. In addition, the modeling apparatus may perform an evaluation by comparing the motion information of the whole heart and motion information of the myocardium, which is determined from the feature points of the heart (or myocardium).

이와 같이 검증 및 평가에 활용되는 길이 방향의 스트레인(Longitudinal strain) 등을 '레퍼런스 스트레인(reference strain)'이라 부를 수 있다.
In this way, a strain in the longitudinal direction used for verification and evaluation may be called a'reference strain'.

도 8은 도 2에서 심장 운동을 모델링 하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 8 is a flow chart showing a method of modeling cardiac exercise in FIG. 2.

도 8을 참조하면, 일실시예에 따른 모델링 장치는 단계(240)에서의 모델링 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)할 수 있다(810). 심근의 움직임 정보는 심근의 스트레인(strain) 분포 및 심근의 스트레스(stress)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the modeling apparatus according to an embodiment may evaluate motion information of the myocardium obtained as a result of the modeling in step 240 (810 ). The motion information of the myocardium may include a strain distribution of the myocardium and a stress of the myocardium.

단계(810)에서, 모델링 장치는 레퍼런스 스트레인(reference strain)을 이용하여 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)할 수 있다. 레퍼런스 스트레인(reference strain)은 예를 들어, 2 차원 심초음파 영상로부터 얻은 심장의 움직임 정보(예를 들어, 길이 방향의 스트레인(Longitudinal strain))를 포함할 수 있다. In step 810, the modeling device may evaluate the motion information of the myocardium using a reference strain. The reference strain may include, for example, heart motion information (eg, a longitudinal strain) obtained from a two-dimensional echocardiographic image.

모델링 장치는 단계(810)의 평가 결과를 이용하여 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 선정된 파라미터를 최적화할 수 있다(820). 여기서, 파라미터는 전술한 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터이다. 단계(820)에서, 모델링 장치는 파라미터가 레퍼런스 스트레인에 미치는 영향을 분석하고, 분석 결과를 이용하여 파라미터를 최적화할 수 있다. The modeling apparatus may optimize the selected parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardio exercise by using the evaluation result of step 810 (820 ). Here, the parameter is a parameter that can reflect the physical characteristics of the aforementioned cardiac exercise. In step 820, the modeling apparatus may analyze the effect of the parameter on the reference strain, and optimize the parameter using the analysis result.

일실시예에서는 단계(240)에서의 모델링의 결과를 이용하여, 3차원 심장 형상 모델의 생성 시에 심장 운동의 물리적 특성을 적용한 파라미터가 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 최적화할 수 있다. In an embodiment, using the result of the modeling in step 240, a parameter to which a physical characteristic of a cardiac exercise is applied may be optimized to reflect the physical characteristic of a user's cardiac exercise when a 3D heart shape model is generated.

모델링 장치는 단계(820)에서 최적화된 파라미터를 이용하여 심장 전체에 대한 심근의 움직임 정보의 분포를 획득할 수 있다(830).The modeling apparatus may obtain a distribution of motion information of the myocardium for the entire heart by using the parameter optimized in step 820 (830 ).

모델링 장치는 단계(830)에서 획득한 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 심장 질환을 진단할 수 있다(840).
The modeling device may diagnose a heart disease using the distribution of the motion information of the myocardium acquired in step 830 (step 830).

도 9는 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치의 블록도이다. 9 is a block diagram of an apparatus for modeling cardiac motion according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치(이하, 모델링 장치)(900)는 적용부(910), 획득부(920), 도출부(930), 모델링부(940) 및 진단부(950)를 포함한다. Referring to FIG. 9, an apparatus for modeling cardiac motion according to an embodiment (hereinafter, a modeling apparatus) 900 includes an application unit 910, an acquisition unit 920, a derivation unit 930, and a modeling unit 940. And a diagnosis unit 950.

적용부(910)는 사용자에 특화된 3차원 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다. 여기서, '심장 운동의 물리적 특성'은 심장 운동에 있어 고려해야 할 물리적 특성을 의미하며, 심장 근육의 섬유 방향성(fiber orientation), 심장 근육의 패시브 스트레스(passive stress), 심장 근육의 액티브 스트레스(active stress) 등을 일 예로 들 수 있다. 심장 운동의 물리적 특성은 파라미터화 될 수 있다. The application unit 910 may apply physical characteristics of cardiac motion to a 3D cardiac shape model specialized for a user. Here,'physical characteristics of cardiac exercise' refers to physical characteristics to be considered in cardiac exercise, and fiber orientation of the heart muscle, passive stress of the heart muscle, and active stress of the heart muscle. ) And the like may be given as an example. The physical properties of cardio exercise can be parameterized.

적용부(910)는 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하고, 선정된 파라미터를 이용하여 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다. The application unit 910 may select a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardiac exercise, and may apply the physical characteristics of the cardiac exercise to the heart shape model by using the selected parameter.

획득부(920)는 동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득할 수 있다.도출부(930)는 심장 운동의 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출할 수 있다. 경계 조건은 서로 융합되는 2개의 서로 다른 영상들의 경계 영역 혹은 경계 지점들을 처리하는 방법에 관한 것이다. 경계 조건은 변위 경계 조건 및 하중 경계 조건으로 구분될 수 있다. 변위 경계 조건은 예를 들어, 심초음파 영상에서 심장의 각 특징점이 횡경막 위를 슬라이딩(sliding)하는 경우에 어떻게 움직이는지, 다시 말해, 심근의 각 위치가 물리적으로 어떻게 변화하는지를 나타내는 변위에 대한 경계 조건이고, 하중 경계 조건은 심장 내부의 심근 각 부분에 가해지는 힘에 대한 경계 조건이다. The acquisition unit 920 may acquire a plurality of echocardiographic images according to time changes in order to acquire a dynamic image. The guidance unit 930 includes a 3D heart shape model to which the physical characteristics of cardiac motion are applied and the acquired plurality of A boundary condition can be derived by fusing the two echocardiographic images. The boundary condition relates to a method of processing boundary regions or boundary points of two different images that are fused to each other. Boundary conditions can be divided into displacement boundary conditions and load boundary conditions. The displacement boundary condition is, for example, a boundary condition for displacement that indicates how each feature point of the heart in an echocardiographic image moves when it slides on the diaphragm, that is, how each position of the myocardium changes physically. And the load boundary condition is a boundary condition for the force applied to each part of the myocardium inside the heart.

모델링부(940)는 도출부(930)에서 도출된 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 할 수 있다. The modeling unit 940 may model a user's cardiac motion by using the boundary condition derived from the deriving unit 930.

진단부(95)는 모델링부(940)의 모델링의 결과를 이용하여 심장 질환을 진단할 수 있다. 진단부(940)가 모델링 결과를 이용하여 심장 질환을 진단하는 구체적인 방법은 전술한 도 8의 설명을 참조한다.
The diagnosis unit 95 may diagnose a heart disease using the result of modeling by the modeling unit 940. For a detailed method of diagnosing a heart disease by the diagnosis unit 940 using the modeling result, refer to the description of FIG. 8 described above.

도 10은 다른 실시예에 따른 심장 운동을 모델링 하는 장치의 블록도이다.10 is a block diagram of an apparatus for modeling cardiac motion according to another embodiment.

도 10을 참조하면, 일실시예에 따른 모델링 장치(1000)는 생성부(1010), 적용부(1020), 획득부(1030), 도출부(1040), 모델링부(1050), 및 진단부(1060)를 포함한다. Referring to FIG. 10, a modeling apparatus 1000 according to an embodiment includes a generator 1010, an application unit 1020, an acquisition unit 1030, a derivation unit 1040, a modeling unit 1050, and a diagnosis unit. (1060).

생성부(1010)는, 사용자의 CT 영상에 기초하여 사용자에 특화된 3차원 심장 형상 모델을 생성할 수 있다. The generator 1010 may generate a user-specific 3D heart shape model based on the user's CT image.

적용부(1020)는, 생성부(1010)에서 생성된, 사용자에 특화된 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용할 수 있다.The application unit 1020 may apply the physical characteristics of the cardiac exercise to the user-specific heart shape model generated by the generation unit 1010.

획득부(1030)는 동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득할 수 있다.The acquisition unit 1030 may acquire a plurality of echocardiographic images according to time changes in order to acquire a dynamic image.

도출부(1040)는 심장 운동의 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출할 수 있다.The derivation unit 1040 may derive a boundary condition by fusing a 3D cardiac shape model to which a physical characteristic of cardiac motion is applied and a plurality of acquired echocardiographic images.

도출부(1040)는, 사용자의 3차원 심장 형상 모델과 사용자의 심초음파 영상을 융합하는 융합부(1045)를 포함할 수 있다. 융합부(1045)는 사용자의 심초음파 영상에서 특징점(Feature point)의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, 3차원 심장 형상 모델과 심초음파 영상을 융합할 수 있다. The derivation unit 1040 may include a fusion unit 1045 for fusing the user's 3D heart shape model and the user's echocardiographic image. The fusion unit 1045 may fuse the 3D heart shape model and the echocardiographic image in consideration of a position change of a feature point in the user's echocardiographic image over time.

모델링부(1050)는 도출부(1040)에서 도출된 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 할 수 있다. The modeling unit 1050 may model a user's cardiac motion using the boundary condition derived from the deriving unit 1040.

진단부(1060)는 모델링부(1050)의 모델링의 결과를 이용하여 심장 질환을 진단할 수 있다. 진단부(1060)는 평가부(1061), 최적화부(1062) 및 획득부(1063)를 포함할 수 있다. The diagnosis unit 1060 may diagnose a heart disease using a result of modeling by the modeling unit 1050. The diagnosis unit 1060 may include an evaluation unit 1061, an optimization unit 1062, and an acquisition unit 1063.

평가부(1061)는 모델링부(1040)의 모델링 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)할 수 있다. 진단부(1060)는 평가부(1061)의 평가 결과를 이용하여, 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 파라미터를 최적화할 수 있다.The evaluation unit 1061 may evaluate the motion information of the myocardium acquired as a result of modeling by the modeling unit 1040. The diagnosis unit 1060 may optimize a parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardiac exercise using the evaluation result of the evaluation unit 1061.

최적화부(1062)는 모델링부(1050)의 모델링의 결과를 이용하여, 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 파라미터를 최적화할 수 있다. 최적화부(1062)는 모델링의 결과에 따라 주요 파라미터들의 민감도(sensitivity)를 분석하여 파라미터들을 갱신(update)함으로서 파라미터가 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 최적화할 수 있다. The optimizer 1062 may optimize a parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardiac exercise using the result of modeling by the modeling unit 1050. The optimizer 1062 may optimize the parameters to reflect the physical characteristics of the user's cardio exercise by analyzing the sensitivity of the main parameters according to the modeling result and updating the parameters.

획득부(1063)는 최적화부(1062)에서 최적화된 주요 파라미터를 이용하여 사용자의 심장 전체에 대한 심근의 움직임 정보의 분포를 획득할 수 있다. 진단부(1050)는 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 심장 질환을 진단할 수 있다.
The acquisition unit 1063 may acquire a distribution of motion information of the myocardium for the entire heart of the user by using the main parameters optimized by the optimizer 1062. The diagnosis unit 1050 may diagnose a heart disease by using the distribution of motion information of the myocardium.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It can be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to behave as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

900: 모델링 장치
910: 적용부
920: 획득부
930: 도출부
940: 모델링부
950: 진단부
900: modeling device
910: application part
920: acquisition unit
930: lead part
940: modeling unit
950: diagnostic unit

Claims (21)

3차원 심장 형상 모델을 생성하는 단계;
상기 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계;
동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득하는 단계;
상기 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 상기 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출하는 단계; 및
상기 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 단계
를 포함하고,
상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계는
상기 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하는 단계; 및
상기 선정된 파라미터를 이용하여 상기 심장 형상 모델에 상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 단계
를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
Generating a three-dimensional heart shape model;
Applying physical characteristics of cardiac motion to the cardiac shape model;
Acquiring a plurality of echocardiographic images according to time changes in order to acquire a dynamic image;
Deriving a boundary condition by fusing the 3D heart shape model to which the physical characteristics are applied and the acquired plurality of echocardiographic images; And
Modeling a user's cardio exercise using the boundary condition
Including,
The step of applying the physical properties of the cardiac exercise
Selecting a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardiac exercise; And
Applying physical characteristics of the cardiac motion to the cardiac shape model using the selected parameter
Containing, a method of modeling cardio exercise.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 3차원 심장 형상 모델은,
상기 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상에 기초하여 생성되는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 1,
The three-dimensional heart shape model,
A method of modeling cardiac motion, which is generated based on a 2D image or a 3D image captured by the user.
제3항에 있어서,
상기 사용자를 촬영한 2차원 영상 또는 3차원 영상은 CT 영상을 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 3,
A method of modeling cardiac motion, wherein the 2D image or the 3D image photographed by the user includes a CT image.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 심장 운동의 물리적 특성은,
심장 근육의 섬유 방향성(fiber orientation), 상기 심장 근육의 패시브 스트레스(passive stress), 상기 심장 근육의 액티브 스트레스(active stress) 중 적어도 하나를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 1,
The physical properties of the cardiac exercise,
A method of modeling cardiac motion, comprising at least one of fiber orientation of the heart muscle, passive stress of the heart muscle, and active stress of the heart muscle.
제1항에 있어서,
상기 경계 조건을 도출하는 단계는,
상기 복수 개의 심초음파 영상들에서 특징점(Feature point)의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, 상기 3차원 심장 형상 모델과 상기 심초음파 영상들을 융합하는 단계
를 포함하는 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 1,
The step of deriving the boundary condition,
Fusing the 3D cardiac shape model and the echocardiographic images in consideration of a position change of a feature point in the plurality of echocardiographic images over time
A method for modeling cardio exercise comprising a.
제7항에 있어서,
상기 경계 조건을 도출하는 단계는,
상기 융합된 3차원 심장 형상 모델과 심초음파 영상들을 이용하여 상기 경계 조건 중 변위 경계 조건을 탐색하는 단계
를 포함하는 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 7,
The step of deriving the boundary condition,
Searching for a displacement boundary condition among the boundary conditions using the fused 3D heart shape model and echocardiographic images.
A method for modeling cardio exercise comprising a.
제1항에 있어서,
상기 경계 조건은,
변위 경계 조건 및 하중 경계 조건을 포함하는,
심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 1,
The boundary condition is,
Including displacement boundary conditions and load boundary conditions,
How to model cardio exercise.
제1항에 있어서,
상기 모델링 결과를 이용하여 심장 질환을 진단하는 단계
를 더 포함하고,
상기 심장 질환을 진단하는 단계는,
상기 모델링의 결과를 이용하여, 상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 단계;
상기 최적화된 파라미터를 이용하여 심근의 움직임 정보의 분포를 획득하는 단계; 및
상기 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 상기 심장 질환을 진단하는 단계
를 포함하는 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 1,
Diagnosing a heart disease using the modeling result
Including more,
Diagnosing the heart disease,
Optimizing the selected parameter by using the modeling result;
Obtaining a distribution of motion information of a myocardium using the optimized parameter; And
Diagnosing the heart disease using the distribution of the motion information of the myocardium
A method for modeling cardio exercise comprising a.
제10항에 있어서,
상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 단계는,
상기 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계; 및
상기 평가 결과를 이용하여, 상기 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 상기 선정된 파라미터를 최적화하는 단계
를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 10,
The step of optimizing the selected parameter,
Evaluating the motion information of the myocardium acquired as a result of the modeling; And
Optimizing the selected parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardio exercise using the evaluation result
Containing, a method of modeling cardio exercise.
제11항에 있어서,
상기 심근의 움직임 정보는,
상기 심근의 스트레인(strain) 분포 및 상기 심근의 스트레스(stress)를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 11,
The myocardial motion information,
A method for modeling cardiac exercise, including the myocardial strain distribution and the myocardial stress.
제11항에 있어서,
상기 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계는,
레퍼런스 스트레인(reference strain)을 이용하여 상기 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 단계
를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 11,
The step of evaluating the motion information of the myocardium,
Evaluating the motion information of the myocardium using a reference strain
Containing, a method of modeling cardio exercise.
제13항에 있어서,
상기 레퍼런스 스트레인은,
상기 복수 개의 심초음파 영상들로부터 얻은 심장의 움직임 정보를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 13,
The reference strain,
A method of modeling cardiac motion, comprising heart motion information obtained from the plurality of echocardiographic images.
제13항에 있어서,
상기 최적화하는 단계는,
상기 파라미터가 상기 레퍼런스 스트레인에 미치는 영향을 분석하는 단계; 및
상기 분석 결과를 이용하여 상기 파라미터를 최적화하는 단계
를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 방법.
The method of claim 13,
The step of optimizing,
Analyzing the effect of the parameter on the reference strain; And
Optimizing the parameter using the analysis result
Containing, a method of modeling cardio exercise.
제1항, 제3항 내지 제4항 및 제6항 내지 제15항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium on which a program for executing the method of any one of claims 1, 3 to 4, and 6 to 15 is recorded. 3차원 심장 형상 모델에 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는 적용부;
동적인 영상의 취득을 위하여 시간 변화에 따른 복수 개의 심초음파 영상들을 획득하는 획득부;
상기 물리적 특성이 적용된 3차원 심장 형상 모델과 상기 획득된 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하여 경계 조건(boundary condition)을 도출하는 도출부; 및
상기 경계 조건을 이용하여 사용자의 심장 운동을 모델링 하는 모델링부
를 포함하고,
상기 적용부는,
상기 심장 운동의 물리적 특성을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하고, 상기 선정된 파라미터를 이용하여 상기 심장 형상 모델에 상기 심장 운동의 물리적 특성을 적용하는, 심장 운동을 모델링 하는 장치.
An application unit for applying physical characteristics of cardiac motion to the 3D cardiac shape model;
An acquisition unit for acquiring a plurality of echocardiographic images according to a time change to acquire a dynamic image;
A derivation unit for deriving a boundary condition by fusing the 3D heart shape model to which the physical characteristics are applied and the plurality of acquired echocardiographic images; And
Modeling unit for modeling the user's cardio exercise using the boundary condition
Including,
The application unit,
An apparatus for modeling cardiac motion, which selects a parameter that can reflect the physical characteristics of the cardiac exercise and applies the physical characteristics of the cardiac exercise to the heart shape model by using the selected parameter.
삭제delete 제17항에 있어서,
상기 도출부는,
상기 복수 개의 심초음파 영상들에서 특징점(Feature point)의 시간에 따른 위치 변화를 고려하여, 상기 3차원 심장 형상 모델과 상기 복수 개의 심초음파 영상들을 융합하는 융합부
를 포함하는, 심장 운동을 모델링 하는 장치.
The method of claim 17,
The lead-out unit,
A fusion unit that fuses the 3D heart shape model and the plurality of echocardiographic images in consideration of a position change of a feature point in the plurality of echocardiographic images over time
Containing, an apparatus for modeling cardiac motion.
제17항에 있어서,
상기 모델링의 결과를 이용하여 심장 질환을 진단하는 진단부
를 더 포함하고,
상기 진단부는,
상기 모델링의 결과를 이용하여, 상기 선정된 파라미터를 최적화 하는 최적화부; 및
상기 최적화된 파라미터를 이용하여 심근의 움직임 정보의 분포를 획득하는 획득부
를 포함하고,
상기 심근의 움직임 정보의 분포를 이용하여 상기 심장 질환을 진단하는, 심장 운동을 모델링 하는 장치.
The method of claim 17,
Diagnosis unit for diagnosing heart disease using the result of the modeling
Including more,
The diagnostic unit,
An optimization unit that optimizes the selected parameter by using the modeling result; And
An acquisition unit that acquires a distribution of motion information of the myocardium using the optimized parameter
Including,
A device for modeling cardiac movement, diagnosing the heart disease by using the distribution of the movement information of the myocardium.
제20항에 있어서,
상기 진단부는
상기 모델링의 결과로 획득한 심근의 움직임 정보를 평가(evaluation)하는 평가부
를 더 포함하고,
상기 평가 결과를 이용하여, 상기 사용자의 심장 운동의 물리적 특성을 반영하도록 상기 파라미터를 최적화하는, 심장 운동을 모델링 하는 장치.
The method of claim 20,
The diagnosis unit
An evaluation unit evaluating the motion information of the myocardium acquired as a result of the modeling
Including more,
Using the evaluation result, the device for modeling cardiac motion, optimizing the parameter to reflect the physical characteristics of the user's cardiac motion.
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