연구내용

본 연구에서는 관상동맥 혈관 환경의 제시와 guidewire의 이동을 모사할 수 있는 수학적 모델링을 통해 관상동맥 질환의 진단 및 치료를 위한 상호반응형 수치 시뮬레이션을 개발한다. 영상장비로부터 획득한 혈관 데이터를 기반으로 수학적으로 구성된 혈관 모델은 혈류순환계 모델로부터 혈류를 유도하여 실제 혈관 환경과 유사한 환경을 제공한다. 또한 철선의 고유특성(모양, 강도, 토크, 탄성)에 기반한 guidewire 모델은 조작부의 축방향 상하이동 및 회전 조작에 대해 나타나는 반응을 정확히 모사하여 혈관과의 상호작용을 통해 임상표적으로 이동한다. 개발된 모델은 외부 입력을 통해 시뮬레이션에 결과가 반영되는 인터페이스를 이용해 상호반응형 모델로 개발되며 전문의의 조작을 통해 모델을 평가받고 guidewire가 임상표적까지 이동경로에 놓인 혈관에 최소한의 스트레스를 가하면서 이동하기 위한 경로를 학습하며 이를 기반으로 자율이동 시뮬레이션 알고리듬을 구현한다.

활용방안

• 기술적 측면
  - 개발된 혈관 모델은 환자 맞춤형 모델로, 환자의 데이터로부터 기반으로 한 협착을 일으키는 병변부위의 위치를 자동으로 추정하고 혈관의 기능 평가를 통해 조기진단율을 높일 수 있다.
  - 개발된 혈관 모델로부터 혈관 성형술 및 카테터, 스텐트 등의 시술 결과를 미리 시행해 봄으로써 결과를 예측하고 수술 및 시술의 계획을 수립하는 데 활용할 수 있다.
  - 혈관 상황에 맞는 guidewire의 팁 부분의 디자인과 강도, 토크 탄성등의 여러특성을 설정하여 수술 성공 확률을 높일 수 있다.
  - Guidewire의 조작 신호와 경로를 파악하여 데이터베이스를 구축함으로써 자동화 알고리듬을 구축하고 이는 자동화 장비에 탑재 할 수 있는 근간이 된다.
• 경제적 측면
  - Guidewire를 통한 시술 환경을 수치적 시뮬레이션으로 대체함으로써 임상실험의 실습 비용을 절감할 수 있다.
  - 수학적 모델을 통한 혈관의 기능적 평가로 인해 불필요한 시술에 따른 기회비용을 절감할 수 있다.
• 사회적 측면 - 시술의 사전 계획 수립으로 시술시간의 단축을 도모하여 시술 중 환자의 고통을 줄여줄 수 있다.
  - 혈관 환경과 guidewire의 상호작용으로 인해 생기는 혈관의 스트레스를 최소화 함으로써 guidewire의 조작중 생기는 혈관파열 등에 의한 의료 사고를 줄일 수 있다.
  - 수치 시뮬레이션을 통한 관상동맥 질환의 진단은 고령화된 사회 상황에 부합하며, 대도시나 농촌 지역등 의료기술의 상대적 차이 없이 진료를 받을 수 있는 기회를 제공한다.

의료수학연구부이완호

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