초록 ▼

□ 연구개요
뇌혈관 질환은 잠재된 위험성이 갑작스런 상황에 발생하여 뇌졸중, 뇌경색과 같은 치명적인 상황에 이르게 함. 주로 운동이나 스트레스와 같은 외부적인 상황에 따라 발생하는데 이를 조기에 예방하기 위하여 임상에서는 뇌혈관 기능을 평가하는 예비능 측정을 시행함. 하지만 측정 대상인 환자에게 CO₂ 주입 또는 약물투여를 해야 하며, 고가의 검사비용도 단점으로 지목됨. 본 연구는 이와 같은 뇌혈류예비능을 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측할 수 있는 기술을 개발하였음. 이 기술은 환자맞춤형 뇌혈관 3차원 유한요소 해석 모델과 뇌 말초

□ 연구개요
뇌혈관 질환은 잠재된 위험성이 갑작스런 상황에 발생하여 뇌졸중, 뇌경색과 같은 치명적인 상황에 이르게 함. 주로 운동이나 스트레스와 같은 외부적인 상황에 따라 발생하는데 이를 조기에 예방하기 위하여 임상에서는 뇌혈관 기능을 평가하는 예비능 측정을 시행함. 하지만 측정 대상인 환자에게 CO₂ 주입 또는 약물투여를 해야 하며, 고가의 검사비용도 단점으로 지목됨. 본 연구는 이와 같은 뇌혈류예비능을 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측할 수 있는 기술을 개발하였음. 이 기술은 환자맞춤형 뇌혈관 3차원 유한요소 해석 모델과 뇌 말초혈관/정맥계/뇌척수액 등의 유체시스템에 대한 Lumped parameter model(LPM) 모델을 결합한 새로운 뇌혈류 시뮬레이션 모델 개발을 통해 뇌혈관 예비능을 예측할 수 있는 시스템을 개발하였음. 이 시스템에서는 환자의 비침습적인 의료영상데이터 및 혈압 등의 생리데이터만으로 뇌혈관 질환의 위험성을 조기에 진단할 수 있는 의학적 인자(뇌혈류예비능)를 예측하며, 이를 기초로 의사가 환자의 뇌혈관질환에 선제적으로 대응할 수 있는 근거자료를 제공함. 또한 본 연구에서 는 Virtual stenosis method(가상협착법)라는 새로운 방법을 개발하였고, 이를 통하여 향후 협착발생이 예상되는 뇌동맥의 위험지역을 예측할 수 있는 임상적인 인자를 제시하였음. 향후, 이 인자의 검증을 위한 추가적인 임상연구가 필요할 것으로 사료됨.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 환자 영상 데이터로부터 3차원 모델 형상화 기술 >
- MRA(Magnetic Resonance Angiography) 환자영상데이터를 바탕으로 3차원 뇌혈관 구조의 형상화 기술 및 이를 통한 3차원 시뮬레이션 모델 구축
< 뇌혈관의 혈류해석 기법정립 >
- 뇌혈류 해석을 위한 Navier-Stokes equation의 CFD 코드 개발
- 비침습 임상 데이터를 기반으로 유도된 3차원 모델에 대한 경계조건 부여 방법 확립
- 환자 고유의 대뇌동맥 길이에 근거한 혈류분배율 이론 정립
- 뇌말초혈관 및 뇌정맥의 집중식 파라미터 모델 개발
- 뇌정맥에서 FSI (Fluid-structure Interaction) 모델 개발 및 뇌정맥 혈류 해석
< 뇌혈관 예비능 index 정립 >
- 뇌혈류 예비능을 계산하기 위한 hyperemic condition을 수치적으로 가능하게 하는 LPM 기반 계산 방법 확립
- 뇌혈류해석 기법에 기반하여 hyperemic 상태의 각 주요동맥 부위별 예비능 계산방법 개발
< 가상협착법 방법론 확립 >
- 협착 구조의 다양성을 반영하기 위해 뇌동맥 특정부위의 협착률에 따른 가상 모델 구축
- 협착률에 따라 혈관에 걸리는 전단응력/혈압변화 상관관계 그래프 작성
- 이 그래프의 기울기를 기반으로 뇌혈관 stenosis의 위험도를 평가하는 시스템 개발

□ 연구개발결과의 중요성
현재 의료영상기법만을 사용하는 뇌혈관 예비능 측정을 보다 신속하고 경제적인 방법으로 대체할 수 있는 혁신적 방법으로 생각됨. 그리고 향후 공학적 관점으로 뇌과학 연구에 접근함에 기초연구로서의 기반이 될 것임.
외과적 수술 혹은 침습적 진단에 앞선 선행적 모니터링 역할을 담당하여 시술에 도움을 주고 의료사고의 위험을 크게 방지해 줄 것임.
또한, 뇌 혈류역학 시뮬레이션 모델을 통한 뇌혈관 예비능 예측은 새로운 신산업을 창출할 것으로 예측됨. 최첨단 의료 영상 기술과 multi-scale 시뮬레이션을 연계한 뇌혈류해석 소프트웨어를 개발하며 이를 활용함으로서 국가적으로 많은 일자리를 창출할 가능성이 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. 의료영상 데이터를 이용한 3차원 뇌혈관모델 생성 ... 5
• 2.2. 뇌혈관 혈류 해석을 위한 CFD 모델 및 LPM 기법 정립 ... 5
• 2.3. 뇌정맥 혈류역학 시뮬레이션 수행 ... 10
• 2.4. 뇌혈관 예비능 index 정립 및 임상검증 ... 13
• 2.5. 가상협착법을 활용한 뇌동맥 병변 예후 예측 기술 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 37