KR100579936B1 - 뇌혈관의 파라메타 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항혈류도와 압력맥파도, 심전도, 및 혈압을 측정하여 이를 통해 뇌혈관의 혈관별 혈관순응성과 혈류저항을 얻을 수 있도록 한 뇌혈관의 혈류역학적인 파라메타 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 심전도, 혈압, 압력맥파도, 및 뇌혈류도 신호를 측정하는 제1단계, 측정된 생체신호로 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 산출하는 제2단계, 상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 이용하여 혈류량과 혈압을 산출하는 제3단계 및 상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성, 혈류저항, 혈류량, 및 혈압을 이용하여 전,중,후 대뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
뇌혈관, 파라메타, 혈관순응성, 혈류저항, 혈류량, 뇌혈관모형화 회로

Description

뇌혈관의 파라메타 측정 장치 및 방법{An apparatus measuring parameter of cerebrovascular and method thereof}
도 1 은 동맥계의 압력맥파곡선을 나타낸 그래프.
도 2 는 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 시스템의 블록 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 시스템의 생체신호 접수회로 계통도.
도 4 는 도 3 의 신호 처리부의 블록 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 처리 구성도.
도 6 은 뇌혈관계의 일반구조를 나타낸 도면.
도 7 은 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 일반적인 제1뇌혈관 모형화 회로도.
도 8 은 일반적인 윌리스환 등가회로도.
도 9 는 본 발명에 따른 윌리스환을 점으로 가정한 경우 윌리스환 등가회로도.
도 10 은 본 발명에 따른 뇌혈관 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 제 2뇌혈류관모형화 회로도.
<주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 압력맥파 센서 20 : 심전도유도전극
30 : 뇌혈류도유도 전극 40 : 혈압계
60 : 주처리부 70 : 키입력부
80 : 영상처리부 90 : 프린터출력부
100 : 생체신호 수신부 110 : 압력맥파도신호 수신부
120 : 심전도신호 수신부 130 : 뇌혈류도신호 수신부
140 : 혈압신호 수신부 150 : 신호처리부
151 : 다중신호 선택기 152 : 절연증폭기
153 : 증폭도조절기 154 : 표본유지기
155 : A/D 변환기 156 : 주처리기
157 : 통신기
본 발명은 뇌혈관의 기능상태 지표를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저항혈류도와 압력맥파도, 심전도, 및 혈압을 측정하여 이를 통해 뇌혈관의 혈관별 혈관순응성과 혈류저항을 얻을 수 있도록 한 뇌혈관의 파라메타 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
뇌혈관의 기능상태를 정량적으로 평가하는 것은 뇌혈전, 뇌출혈을 비롯한 뇌혈관질병들을 제때에 예방하고 과학적으로 치료하기 위한 선결조건이다.
지금까지 나온 뇌혈관상태측정기로서는 혈관조영기, MRI-A, 초음파 혈류 측정체계가 있다.
먼저, 혈관조영기는 혈관자체의 병적변화를 직관적으로 관찰할 수 있다는 장점은 있으나 조영제 주입을 위한 혈관 침습적인 조작이 필수적이고 장치 및 조작이 복잡하여 비용의 부담이 있었다.
MRI-A는 혈관조영기의 결함을 극복한 체계이지만 제작원가가 비싸고 진단비용이 비싸며 설치면적이 크므로 특정한 병동에서만 이용할 수 있다는 결함이 있었다.
초음파 혈류 측정체계(ultrasonic Quantitative Flow Measurement System:QFM) 는 적은 비용으로 경동맥과 뇌동맥계의 혈관상태를 비침습적으로 정량적으로 측정할 수 있는 장치이다.
혈관의 기능상태를 평가하자면 혈관으로 흐르는 혈액흐름량이나 혈관벽에 작용하는 혈압과 같은 혈액흐름 상태와 관련한 정보보다는 혈관 그 자체의 재질적 상태를 반영하는 혈관순응성이나 혈류저항 등의 정보를 아는 것이 필요하다.
참고로, 혈관의 순응성이란 혈관에 작용하는 혈압에 대한 혈관의 부피변화율을 말한다.
QFM에서는 경동맥으로 흐르는 혈액의 혈액흐름속도, 경동맥의 혈관직경을 직접 측정하여 경동맥으로 흐르는 혈액흐름량과 혈류저항을 정량적으로 구할 수 있다.
즉
Figure 112004056336102-pat00001
Figure 112004056336102-pat00002
여기서 Q : 혈류량
V : 혈액흐름 속도
S : 경동맥혈관의 단면적
D : 경동맥혈관의 직경
RC : 경동맥혈관의 혈류저항
L : 경동맥혈관의 혈관길이
μ :혈액의 점도
이다.
한편, QFM에서는 경동맥의 압력맥파를 측정하여 경동맥혈관의 순응성을 얻어낸다.
즉
Figure 112004056336102-pat00003
Figure 112004056336102-pat00004
여기서 Q :혈류량
P :혈압
V :단위길이의 혈관용적
CC:경동맥의 혈관순응성
이다.
또한 QFM에서는 뇌혈관계를 하나의 탄성강으로 보고 뇌혈관계를 특징짓는 관로 저항RT, 말초저항RP와 뇌내 말초혈관의 순응성CP를 구한다.
QFM은 지금까지 유일하게 나온 뇌혈관지표측정체계이다.
하지만 QFM은 측정한 수치들의 오차가 커서 측정정확성을 보증할 수 없다는 결함을 가지고 있다. 그것은 QFM에서 혈관에 대한 초음파 입사각도의 차이에 의한 측정오차(수직면 오차)는 없앴으나 혈관주행과 초음파 탐촉자와의 위치관계에 따르는 측정오차(수평면 오차)는 없애지 못했기 때문이다.
또한, 좌우경동맥에서 측정한 혈류량을 윌리스 환(Circle of Willis)으로 들어가는 총 혈류량이라고 가정함으로써 뇌혈관모형에 대한 입구자료의 정확성이 떨어지기 때문이다.
한편 QFM에서는 뇌혈관별로 진단 파라메터를 구하지 못하고 전체 뇌혈관 가지들을 하나의 탄성강으로 보고 뇌혈관모형을 고찰하였다. 결국 뇌혈관의 임상에서 가장 중요한 문제인 혈관별 측정과 진단이 불가능하다.
QFM의 결함을 극복하자면 측정의 재현성 문제, 뇌혈관별 파라메타 결정방법 을 확립하여야 한다.
혈관의 순응성을 측정하자면 혈압변화에 따르는 혈관의 부피변화율을 측정하여야 한다.
저항혈류도는 혈류도 전극을 반드시 혈관주행에 일치시키지 않아도 혈관의 부피변화율을 재현성 있게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
저항혈류도는 혈관의 부피변화율을 전기완전저항변화율에 의하여 간접적으로 측정한다.
이미 저항혈류도를 이용하여 동맥계의 총혈관 순응성을 측정하는 방법이 제기되여 있다.
여기서는 가슴에 저항혈류도를 적용하여 혈류도파형을 얻고 쿠비체크공식(Kubieck's formula)을 비롯한 일련의 공식들을 이용하여 심박출량(SV)을 결정한다.
다음 공식
Figure 112004056336102-pat00005
을 이용하여 동맥계의 총혈관순응성을 계산한다.
여기서
Figure 112004056336102-pat00006
: 수축기에서 도 1 에 도시된 압력맥파곡선P(t)와 정맥압Pv사이의 면적
Figure 112004056336102-pat00007
:확장기에서 압력맥파곡선와 정맥압사이의 면적
Ts : 심장의 수축기
T : 심장주기
Ps* : 압력맥파곡선에서 시각Ts 에서의 혈압
Pd : 확장기혈압
이 공식을 뇌혈관들에 적용하자면 뇌혈관별로 흐르는 혈액흐름량(윗 식에서 Sv에 대응함)을 알아야 한다.
그런데 저항혈류도를 뇌혈관에 적용하는 경우 뇌혈관으로 흐르는 혈액흐름량을 정량적으로 평가할 수 없다.
이는 대혈관계와 뇌혈관계에서 혈액흐름상 차이가 존재하기 때문이다.
대혈관계에서는 대혈관으로 들어오는 혈액흐름(심장에서 나오는 혈액)이 심장수축기에만 존재하고 확장기에는 존재하지 않는다.
한편 뇌혈관계에서는 심장주기의 전 기간에 걸쳐 혈액이 들어온다. 바로 이런 차이로 하여 뇌혈관계에서는 쿠비체크공식(Kubieck's formula)을 적용 할 수 없다. 그러므로 위에서 소개한 혈관순응성 계산방법을 뇌혈관가지들에는 적용할 수 없다.
한편 뇌혈관모형화 및 모형의 정당성을 주장하는 자료들은 수많이 제기되고 있으나 뇌혈관모형의 매개 정수들을 구하는 방법들은 지금까지 구체적으로 소개된 것이 없었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저항혈류도와 압력맥파도, 심전도, 및 혈압을 측정하여 이를 통해 뇌혈관의 혈관별 혈관순응성과 혈류저항을 얻을 수 있도록 한 뇌혈관의 파라메타 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 뇌혈관의 혈류역학적인 파라메타를 얻어 뇌혈관질병의 발생위험성을 조기에 진단할 수 있도록 하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 구성은 다음과 같다. 본 발명의 뇌혈관 파라메타 측정 장치는 뇌혈관의 각종 지표를 얻을 수 있도록 하는 측정 장치에 있어서, 심전도, 혈압, 압력맥파도, 및 뇌혈류도 신호로 이루어진 생체신호를 측정하는 생체신호 센서 및 전극부, 상기 생체신호 센서 및 전극부로부터 상기 생체신호를 수신하여 증폭 및 A/D 변환하는 신호처리부를 구비한 생체신호 수신부, 사용자의 제어명령에 따라 상기 생체신호 수신부로 제어신호를 전달함과 더불어, 상기 생체신호 수신부로부터 입력되는 생체신호를 통해 뇌혈관의 혈관순응성 및 혈류저항을 산출하여 상기 뇌혈관 지표를 얻을 수 있도록 하는 주처리부; 및 상기 주처리부로부터 전달되는 혈관순응성 및 혈류저항과 상기 뇌혈관 지표를 출력하는 출력부와 사용자의 제어 명령을 키입력하여 상기 주처리부로 전달하는 키입력부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 뇌혈관의 파라메타 측정 방법은 뇌혈관의 각종 지표를 얻을 수 있도록 하는 측정 방법에 있어서, 심전도, 혈압, 압력맥파도, 및 뇌혈류도 신호로 이루어진 생체신호를 측정하는 제1단계, 상기 측정된 생체신호로 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 산출하는 제2단계, 상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 이용하여 혈류량과 혈압을 산출하는 제3단계, 및 상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성, 혈류저항, 혈류량, 및 혈압을 이용하여 전,중,후 대뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
삭제
도 2 는 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 시스템의 블록 구성도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 시스템의 생체신호 접수회로 계통도이며, 도 4 는 도 3 의 신호 처리부의 블록 구성도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 처리 구성도이며, 도 6 은 뇌혈관계의 일반구조를 나타낸 도면이며, 도 7 은 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 일반적인 제1뇌혈관 모형화 회로도이며, 도 8 은 본 발명에 따른 윌리스환 등가회로도이며, 도 9 는 본 발명에 따른 윌리스환을 점으로 가정한 경우 윌리스환 등가회로도이며, 도 10 은 본 발명에 따른 뇌혈관 혈류역학적 파라메타 측정 방법에 따른 제2뇌혈류관모형화 회로도이다.
본 발명에 따른 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 장치는 도 2 에 도시된 바와 같이, 크게 압력맥파센서(10), 심전도유도 전극(20), 뇌혈류도 유도 전극(30), 혈압계(40)로 이루어진 생체신호 센서 및 전극부(10,20,30,40)와 생체신호 수신부(100), 주처리부(60), 키입력부(70), 및 영상처리부(80)와 프린터 출력부 (90)와 같은 출력부로 이루어진다.
먼저, 압력맥파센서(10)는 경동맥의 혈류 변화에 따라 피부의 유동을 측정하여 압력의 변화형태로 변환하고, 이 압력의 변화를 전기적 신호로 변환시켜 압력맥파도(Arterial Pressure Graph;APG)를 얻을 수 있도록 한다. 압력맥파도는 좌,우 경동맥(common carotid artery)과 후경골동맥(posterior tibial artery)에서 측정되어 맥파의 주기와 혈관 탄성도를 분석하는 데 사용된다.
심전도유도 전극(20)은 심장을 뛰게 하는 전기 신호를 사지전극을 이용하여 측정하는 것으로써, 심전도(Electro Cardio Graph;ECG)를 얻을 수 있도록 한다. 측정위치는 오른쪽 팔과 다리, 왼쪽 팔과 다리이다. 즉, 오른쪽 다리의 전압을 기준으로 각각의 사지 전극에서의 전압변화율을 측정하여 인체에 흐르는 전기적 신호를 측정한다. 이를 통해, 후경골동맥의 압력맥파와 함께 대동맥에서의 전파속도를 알 수 있고, 신체의 전반적인 기능 및 혈액순환을 알 수 있다.
뇌혈류도유도 전극(30)은 고주파를 이용하여 혈류량의 변화에 의한 임피던스의 변화(ΔZ)를 통해 뇌혈류도(Rheoencephalography;REG)를 얻는 것으로서, 경동맥과 추골동맥을 측정한다. 여기서, 경동맥에 설치되는 뇌혈류도 유도 전극(30)의 측정위치는 입구전극으로 눈썹 위의 활차상동맥(supratrochlear artery)과 쇄골하(sub clavicle) 부위에 설치되고, 출구전극으로 유양돌기(mastoid process)와 경동맥 부위에 설치된다. 또한, 추골동맥에 설치되는 뇌혈류도유도 전극(30)의 측정위치는 입구전극으로 제2경추 부위와 어깨 위에 설치되고 출구전극으로 제2경추와 제5경추 사이에 5cm 간격으로 실치된다. 즉, 총 4개의 전극에서 2개의 신호출력과 2개의 신호입력을 통해 혈관의 저항을 측정하는데, 35KHz ±5KHz의 신호를 인체의 혈관에 흘려보내 혈관을 지나면서 변화하는 전압을 증폭하여 크기를 측정하는 것으로 맥파가 흐르지 않을 때의 전압을 기준으로 정하고 맥파가 흐를 때 변화하는 전압의 크기를 통해 혈관의 저항을 측정한다. 이를 통해 혈관의 순응성을 얻을 수 있다.
혈압계(40)는 상완에 압력을 가하여 최고압력과 최저압력의 수치를 읽어 들여 혈압(Non Invasive Blood Pressure;NIBP)을 측정한다. 혈압을 측정하고자하는 경우 커프에 가해지는 압력변화에 따른 맥파 측정을 통해 혈압을 측정하며 측정된 혈압 즉 커프의 압력은 압력센서를 통해 전기적인 전압변화로 나타난다. 한편, 후경골동맥 측정시엔 커프에 가해진 압력에 의해 후경골동맥의 맥파가 커프에 전달되고 전달된 압력변화를 압력센서를 통해 전기적 신호로 변환하여 맥파전달속도를 측정한다. 이를 통해 혈관의 순응성을 얻을 수 있다.
다음으로 생체신호 수신부(100)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기한 생체신호 센서 및 전극부(10,20,30,40)로부터 입력되는 압력맥파도신호, 심전도신호, 뇌혈류도신호, 및 혈압신호를 각각 수신하는 압력맥파도신호 수신부(110), 심전도신호 수신부(120), 뇌혈류도신호 수신부(130), 및 혈압신호 수신부(140)와 이들로부터 입력되는 각 생체신호를 수신하여 처리하는 신호 처리부(150)로 이루어진다.
도 4 에 도시된 신호 처리부(150)는 상기한 생체신호를 처리하여 주처리부(60)로 전달하는 것으로서, 다중신호 선택기(151), 절연 증폭기(152), 증폭도 조절기(153), 표본 유지기(154), A/D 변환기(155), 각종 제어신호를 발생시키는 주처리기(156), 및 통신기(157)로 이루어진다.
다중신호 선택기(Multiplewer;MUX)(151)는 생체신호를 수신하여 주처리기(156)의 제어에 따라 선택적으로 전달하는 것으로서, 심전도유도 전극(20)으로부터 전달되는 심전도신호(TP1,TP2,TP3), 압력맥파센서(10)로부터 전달되는 압력맥파도신호(APG), 뇌혈류도유도 전극(30)으로부터 전달되는 저항혈류도신호(ZO,dZ), 혈압계(40)로부터 전달되는 혈압신호(NIBP), 및 시험신호(TST)를 주처리기(156)로부터 전달되는 선택신호에 따라 절연 증폭기(152)로 선택적으로 연결한다.
절연증폭기(152)는 환자의 접지준위에 기준한 상기한 생체신호를 접지준위에 기준한 신호로 변환증폭하고, 증폭도 조절기(153)는 매 입력되는 상기한 생체신호의 증폭도를 주처리기(156)로부터 전달되는 증폭도조절신호에 따라 조절한다.
또한, 표본 유지기(154)와 A/D 변환기(155)는 증폭도 조절기(153)에 의해 증폭된 생체신호를 주처리기(156)의 표본유지신호와 A/D 변환신호에 따라 A/D 변환시켜 이 생체신호를 주처리기(156)로 전달한다.
주처리기(156)는 신호처리부(150)를 전체적으로 제어함과 더불어 주처리부(60)와의 통신을 매개하는 것으로서, 주처리부(60)로부터 전달되는 제어명령에 따라 상기한 각종 제어신호 선택신호, 증폭도조절신호, 표본유지신호, A/D변환신호를 다중신호선택기(151), 증폭도조절기(153), 표본유지기(154), A/D 변환기(155)로 전달하고, A/D 변환기(155)로부터 전달된 생체신호를 주처리부(60)에 전달한다.
통신기(157)는 주처리기(156)와 주처리부(60)와의 통신을 매개하는 것으로서, 예를 들어 주처리부(60)에서 전달되는 명령신호를 주처리기(156)로 전달하고, 주처리기(156)로부터 전달되는 생체신호를 주처리부(60)로 전달한다.
다음으로 주처리부(60)는 뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 시스템을 전체적으로 제어하는 것으로서, 상기한 통신기(157)를 통해 입력된 각종 생체신호를 통해 뇌혈관의 순응성, 및 혈류저항을 산출함과 더불어, 후술한 키입력부(70)를 통해 입력되는 사용자의 명령신호를 수신하여 주처리기(156) 또는 영상처리부(70)나 프린터 출력부(80)와 같은 출력부로 전달한다.
주처리부(60)는 통신기(157)을 통해 주처리부(156)로부터 전달되는 상기한 생체신호들을 분석하여 심박출량, 순환기계통의 총 혈류저항, 대동맥혈관의 순응성, 및 맥파전파속도 등을 산출한다.
즉, 주처리부(60)는 압력맥파도, 심전도를 이용하여 대동맥혈관에서의 맥파전파속도를 구하고, 이 맥파전파속도로부터 경동맥과 추골동맥에서의 맥파전파속도를 구한다. 다음 혈관에서 맥파전파속도와 순응성, 및 혈류저항 사이의 관계식을 통해 경동맥과 추골동맥에서의 혈류저항을 구한다.
이와 같이, 경동맥과 추골동맥에서의 혈류저항을 구하면 이를 통해 뇌혈관계의 입구자료인 혈액흐름량과 혈압을 산출한다.
다음 뇌혈관계를 전,중대뇌부분과 후대뇌부분으로 분리하고 좌측계와 우측계로 분리하여 얻어진 개량된 뇌혈관 모형에 해당한 모형화방정식을 세우고, 이와 함께 모든 혈관별 예를 들어 전대뇌혈관, 중대뇌혈관, 후대뇌혈관에서 성립하는 혈류저항분포법칙에 해당한 방정식을 세운 후, 모든 혈관에서 혈관순응성과 혈류저항, 및 맥파전파속도 사이에 성립하는 관계식을 세운다.
이와 같이 얻은 뇌혈관 모형의 입구자료들과 방정식들을 연립하여 풀어 모 든 혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 구한다. 이에 대해서는 후술한다.
영상처리부(70)와 프린터 출력부(80)는 상기한 생체신호를 통한 뇌혈관의 순응성 및 혈류저항을 화면 또는 종이에 출력한다.
다음으로, 상기한 구성을 통한 뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 방법을 상세하게 설명한다.
뇌혈관의 혈류역학적 파라메타 측정 방법은 크게, 경동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S10)와, 추골동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S20), 혈류량 및 혈압 산출단계(S30), 전,중,후 대뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항 산출단계(S40)로 이루어진다
우선, 뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하기 전에 환자자료 관리 단계를 수행하는데, 이는 사용자가 키입력부(70)를 통해 주처리부(60)에 환자의 이름, 성별, 생년월일, 혈압 등 개인정보자료를 입력하여 병력서를 작성하는 단계이다.
최초, 경동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S10)이다.
참고로, 경동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S10)는 추골동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S20)와 동일하므로 경동맥 혈관순응성 및 혈류저항 산출단계(S10)를 예로 하여 설명한다.
이 단계(S10)는 생체신호를 수신하는 생체신호 수신단계와 수신된 생체신호를 통해 경동맥 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 단계로 이루어지는데, 생체신호 수신단계는 압력맥파 센서(10), 심전도유도 전극(20), 뇌혈류도유도 전극(30), 혈 압계(40)로부터 전달되는 각각 좌,우 경동맥과 후경골동맥에서의 압력맥파도 신호, 심전도유도 신호, 뇌혈류도유도 신호, 혈압신호를 생체신호 수신부(100)의 각 수신부(110,120,130,140)에서 수신하고, 신호 처리부(150)을 통해 상기한 바와 같이 선택적으로 전달되어 증폭 및 A/D 변환되고, 이 변환된 생체신호를 통신기(157)을 통해 주처리부(60)로 전달한다.
따라서, 생체신호 센서 및 전극부(10,20,30,40)로부터 생체신호를 수신하는 단계로서, 주처리부(60)는 생체신호 수신부(100)의 주처리기(156)에 제어명령을 전달하여 주처리기(156)가 다중신호 선택기(151)로 선택신호를 전달하도록 한다. 이에 따라 상기한 생체신호 중 경동맥의 뇌혈류도신호와 압력맥파신호, 및 심전도신호를 절연증폭기(152)로 전달하게 된다. 이 압력맥파도신호와 뇌혈류도신호 및 심전도신호는 증폭도 조절기(153)를 통해 증폭도가 조절되어 표본유지기(154)와 A/D변환기(155)를 통해 A/D 변환된 후, 주처리기(126)로 전달된다. 주처리기(126)는 이 생체신호를 통신기(157)를 통해 주처리부(60)로 전달한다.
이와 같이, 압력맥파도신호와 뇌혈류도신호, 및 심전도신호가 전달되면, 주처리부(60)는 경동맥과 추골동맥의 혈관 순응성을 산출하는 단계(S10,S20)를 수행한다.
참고로, 혈관 순응성과 혈류저항은 일반적으로 다음과 같이 구할 수 있다.
먼저, 혈관 순응성이란 혈관에 가해지는 압력에 대한 혈관의 부피변화율로서, 저항혈류도에서는 혈관부피의 상대적 변화 즉, △V/V 가 완전저항의 상대적 변화 △Z/Z로 측정된다.
그러므로 혈관에서의 압력변화를 상기한 압력맥파센서로 검출하고 혈관의 부피변화를 저항혈류도에 의하여 간접적으로 측정한다면 단위혈압변화에 대한 부피변화율 즉, 혈관의 순응성을 얻을 수 있다.
그 공식은 다음과 같다. 혈관순응성 C는
Figure 112004056336102-pat00008
여기서 K':비례계수, L:혈류도 측정전극사이에 놓이는 혈관의 길이,
Ps:그 혈관에서 측정한 심장수축기시 혈압, Pd: 그 혈관에서 측정한 심장확장기시 혈압, Zo:측정한 완전저항의 직류분,
Figure 112004056336102-pat00009
는 확장기,수축기때 측정된 완전저항값이다.
이와 같이, 혈관순응성을 구하면 다음으로 혈류저항을 구한다. 혈류저항을 구하기 위해 우선 맥파전파속도를 산출한다.
대동맥에서의 맥파전파속도를 구한 후엔, 상기한 맥파전파속도와 혈관순응성, 및 혈류저항 사이의 관계식을 이용하여 얻을 수 있다.
그 관계식은 다음과 같다. 혈류저항R*은
Figure 112004056336102-pat00010
여기서 R*는 단위길이당 혈류저항, C*는 단위길이당 혈관순응성, μ는 혈액의 점도, ρ는 혈액의 밀도, α는 맥파전파속도이다.
이를 참조하여, 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성과 혈류저항을 산출한다.
뇌혈관계의 일반구조를 나타낸 도 6 와 뇌혈관계의 전기적 등가회로를 나타낸 도 7 를 참조하여 뇌혈관계의 입구자료인 혈액흐름량과 혈압을 산출한다.
도 7 의 윈케셀(Wind Kessel)모형을 이용한 제1뇌혈관모형화는 혈관가지를 하나의 탄성강으로 고찰하는 모형이다. 뇌혈관계는 도 6 에 도시된 바와 같이, 경동맥가지, 전대뇌동맥가지, 중대뇌동맥가지, 후대뇌동맥가지, 추골 및 뇌저동맥가지로 이루어져 있으므로, 매개 동맥가지에 윈케셀 모형을 대응시키면 도 7 와 같은 제1뇌혈관모형화 회로를 얻는다.
여기서, C,R,P 에 붙어 있는 첨수의 표시를 보면 1 은 좌측, 2는 우측, m 은 중대뇌, c 는 경동맥, v 는 추골동맥, a 는 전대뇌동맥, p 는 후대뇌동맥, b 는 뇌기저동맥, pc 는 후대뇌교통동맥, ac 는 전대뇌교통동맥이다.
또한, Q1 은 좌측 내경동맥으로 흐르는 혈류량이고, Q2 는 우측 내경동맥으로 흐르는 혈류량이며, Q3 는 좌측 추골동맥으로 흐르는 혈류량이며, Q4 는 우측 추골동맥으로 흐르는 혈류량이다.
전대뇌동맥과 후대뇌동맥은 앞단이 월리스환 부문과 후단이 기본 혈관가지인 바 전자를1, 후자를2 라고 한다. 실례로 전대뇌동맥의 월리스환 부문의 좌측저항이라면Ra11라고 쓴다.
이러한 제1뇌혈관모형화를 해석하기 위해 방정식을 세우면 유한 개의 방정식이 얻어지고 이 방정식을 풀기 위해서는 방정식의 개수와 미지수의 개수가 동일하여야 하나, 경동맥과 추골동맥에서의 측정한 자료를 통해서는 미지수의 개수가 방정식의 개수보다 많기 때문에 해석이 불가능하다.
이에 따라, 본 발명은 우선 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성, 및 혈류저항을 산출한다.
먼저, 경추동맥의 혈관순응성은 상기한 혈관순응성을 구하는 수학식(1)에 의하여 L = 5cm 인 경동맥 가지의 혈관순응성CL 을 구한다. 이에 따라 단위길이당 경동맥 혈관의 순응성은
Figure 112004056336102-pat00011
이다.
한편, 경동맥 혈관의 평균길이LC = 20cm 이므로 경동맥혈관의 총 순응성은
Figure 112004056336102-pat00012
로 구할수 있다.
이와 같이 경동맥의 혈관순응성을 산출하면 다음으로 혈류저항 및 혈압 산출단계(S30)을 수행한다.
우선 혈류저항은 상기한 혈류저항 구하는 수학식은
Figure 112004056336102-pat00013
이므로, 이 수학식 3에서 구한 C* 을 대입하여 R*를 구하고 LC를 곱하여 경동맥가지의 총혈류저항을 구한다.
여기서, 맥파전파속도 α는 뇌혈류도유도전극(30)을 내경동맥의 혈관주행을 따라 설치하고 저항혈류도를 측정한 후 경동맥압을 압력맥파센서(10)로 측정하면 얻을 수 있다.
한편, 추골동맥계의 혈관순응성과 혈류저항도 경동맥의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 방법으로 산출(S20)한다.
이와 같이, 경동맥계와 추골동맥계의 혈관순응성과 혈류저항을 산출단계(S10,20)한 후에는, 경동맥 혈관의 혈류량을 산출하는 단계(S30)을 수행한다.
일반적으로 윌리스환은 뇌혈관계의 어느 한 부위에서 병변이 발생한 경우 부행로를 형성해주는 역할을 수행한다.
여기서, 윌리스환을 하나의 점으로 가정하면 부행로를 형성해주는 윌리스환의 역할을 하는 것으로 볼 수 있다. 이 경우 뇌혈류량 계산에서 일정한 오차는 동반하지만 기본적으로 뇌혈관계의 혈류량 관계를 알 수 있다.
한편, 윌리스환을 하나의 점으로 가정하는 것은 다음과 같이 증명된다.
도 8 에 도시된 윌리스환의 등가회로에 있어서, RL5이나 RL3이 QL5이나 QL3에 미치는 영향은 다음과 같다.
이하 기술될 윌리스환의 각 파라메타는 다음의 표 3과 같다.
윌리스환 파라메타 정의
기호 내 용 기호 내 용
QL 좌측내경동맥 혈류량(internal carotid artery) QR 우측내경동맥 혈류량(internal carotid artery)
QL1 좌측근위 후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(proximal posterior cerebral artery) QR1 우측근위 후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(proximal posterior cerebral artery)
QL2 좌측후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(posterior cerebral artery) QR2 우측후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(posterior cerebral artery)
QL3 좌측후교통동맥으로 흐르는 혈류량(posterior communicating artery) QR3 우측후교통동맥으로 흐르는 혈류량(posterior communicating artery)
QL4 좌측중대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(middle cerebral artery) QR4 우측중대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(middle cerebral artery)
QL5 좌측근위전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(proximal anterior cerebral artery) QR5 우측근위전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(proximal anterior cerebral artery)
QL6 좌측전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(anterior cerebral artery) QR6 우측전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량(anterior cerebral artery)
Qcom 전교통동맥으로 흐르는 혈류량(anterior communicating artery) QB 뇌저동맥으로 흐르는 혈류량(basilar artery)
RL1 좌측근위 후대뇌동맥의 저항 RR1 우측근위 후대뇌동맥의 저항
RL2 좌측후대뇌동맥의 저항 RR2 우측후대뇌동맥의 저항
RL3 좌측후교통동맥의 저항 RR3 우측후교통동맥의 저항
RL4 좌측중대뇌동맥의 저항 RR4 우측중대뇌동맥의 저항
RL5 좌측근위전대뇌동맥의 저항 RR5 우측근위전대뇌동맥의 저항
RL6 좌측전대뇌동맥의 저항 RR6 우측전대뇌동맥의 저항
Rcom 전교통동맥의 저항
PL 좌측내경동맥 혈압 PR 우측내경동맥 혈압
PAL 좌측전대뇌동맥 혈압 PAR 우측전대뇌동맥 혈압
PPL 좌측후대뇌동맥 혈압 PPR 우측후대뇌동맥 혈압
PB 뇌저동맥 혈압
간단히, Qcom = QL1 = 0 이라고 하자.
그러면,
Figure 112004056336102-pat00014
Figure 112004056336102-pat00015
그런데 RL5 << RL6 , RL3 << RL2 이므로 위의 수학식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112004056336102-pat00016
이 결과는 윌리스환을 점으로 가정한 경우의 계산결과와 동일하다.
그러므로 윌리스환을 점으로 가정하여 뇌혈관계의 지표들을 근사 계산할 수 있게 된다. 윌리스환을 점으로 가정한 경우 뇌혈관계는 도 9 에 도시된 바와 같이, 등가화 시킬 수 있다.
도 9 에서 R 은 윌리스환을 점으로 고찰한 경우 뇌혈관계의 총 혈류저항이 다.
만일 P1=P2이라고 가정하면(이러한 가정은 충분히 세울 수 있음) 다음의 관계식이 성립한다.
Figure 112004056336102-pat00017
여기서, Q1, Q2은 한 심동주기에서의 입구혈류량이다.
한편 혈류저항을 구하는 수학식(2)
Figure 112004056336102-pat00018
에 따라서,
Figure 112004056336102-pat00019
이다. 상기한 수학식(9)와 (10)을 나누면,
Figure 112004056336102-pat00020
을 얻는다.
한편 경동맥의 단면적이 80~90% 줄어들어도 경동맥으로 흘러들어가는 혈류량에는 변화가 없으므로, 이에 근거하여 경동맥으로 흘러들어가는 혈류량은
Figure 112004056336102-pat00021
으로 계산할 수 있다. 여기서 Sv는 심박출량, Kc는 비례상수이다.
한편,
Figure 112004056336102-pat00022
이므로 수학식(11),(12),(13)를 이용하여 Q1,Q2를 구할수 있다.
Figure 112004056336102-pat00023
Q1 마찬가지 방법으로 Q2,Q3도 구할수 있다.
한편, 제1뇌혈관모형화회로의 기본방정식에 들어가는 좌측경동맥계입구혈류량 Qc1 과 우측경동맥계입구혈류량 Qc2, 좌측추골동맥계입구혈류량 Qv1, 및 우측추골동맥계입구혈류량 Qv2 로 들어가는 혈류량은 시간 t에 관한 함수이므로, 상기한 바와 같이 구한 Q1, Q2, Q3, Q4로부터 Qc1,Qc2,Qv1,Qv2 를 구한다.
여기서, 상기 경동맥계c 와 추골동맥계 v로 들어가는 혈류량은 총심박출량에 의하여 뇌혈관계로 들어가는 총 입구혈류량을 계산한 후, 경동맥계 c와 추골동맥계 v 의 혈액흐름 분포법칙에 따라 산출되고, 경동맥계 c 의 좌측경동맥계입구혈류량 Qc1 과 우측경동맥계입구혈류량 Qc2 는 혈관순응성비에 의하여 산출되며, 추골동맥계 v 의 좌측추골동맥계입구혈류량 Qv1 와 우측추골동맥계입구혈류량 Qv2 는 혈관 순응성비에 의하여 산출된다.
Qc1,Qc2,Qv1,Qv2 의 산출과정은 다음과 같다.
우선, 경동맥 혈관과 그 뒤단 즉 뇌수전체의 혈관계를 하나의 탄성강으로 고찰하면
Qc1를 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112004056336102-pat00024
여기서 R1은 경동맥 후단으로부터 모세혈관까지의 총 혈관저항이고, PV는 정맥압이다.
수학식(15)의 양변을 한 심동주기 T에 관하여 적분하면,
Figure 112004056336102-pat00025
Figure 112004056336102-pat00026
여기서
Figure 112004056336102-pat00027
이다.
결국 수학식(17)에서 As,Ad,Q1 는 이미 산출된 값이므로, R1을 구할 수 있다.
한편 C = dV/dP 이므로 수학식(15)는 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112004056336102-pat00028
결국 위에서 구한 CC1,R1를 수학식(18)에 대입하면 시간에 따르는 경동맥 입구 혈류량 Qc1을 구할 수 있다.
마찬가지 방법으로 Qc2,Qv1,Qv2를 구한다.
하지만, 상기한 제1뇌혈관모형화 회로는 미지수의 개수가 방정식의 개수보다 더 많으므로 전,중,후대뇌동맥의 혈관순응성과 혈류량을 구할 수는 없다.
다음은 전,중,후 대뇌동맥의 혈관순응성과 혈류저항 산출단계(S40)이다.
뇌혈관계에 따라서 상기한 제1뇌혈관모형화 회로를 다음과 같이 분리하여 도 10 에 도시된 제2뇌혈관모형화 회로를 얻을 수 있다.
도 6 을 참조하면 윌리스환에서 전교통동맥양단의 혈압은 거의 같으므로 전교통동맥으로는 혈액흐름이 거의 진행되지 않는다고 볼 수 있으며, 따라서 뇌혈관 모형을 좌측계와 우측계로 분리할 수 있다.
한편, 후교통동맥의 앞부분(중대뇌동맥과 접하는 부분)의 혈압과 후교통동맥의 뒤부분(후대뇌동맥과 접하는 부분)의 혈압을 비교하면 경동맥계와, 추골동맥계가 폐색되지 않는 한 거의 같다.
그러므로 좌측계와 우측계를 전대뇌동맥 부분과 중대뇌동맥 부분, 및 후대뇌동맥 부분으로 분리할 수 있다.
첫번째로, 경동맥계와 추골동맥계의 분리이다.
도 7 에 도시된 PPL은 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112004056336102-pat00029
여기서
Figure 112004056336102-pat00030
이다.
도 5의 YL2, YL2, YL2 은 YL2<<YL3<<Y L1 이다.
그러므로 수학식(19)는 다음과 같이 쓸 수 있다.
PPL=PB
이것은
Figure 112004056336102-pat00031
즉 경동맥계와 추골동맥계를 분리하였을 때의 결과와 일치한다.
즉 경동맥계와 추골동맥계는 분리가 가능함을 알 수 있다.
두번째로, 좌측경동맥계와 우측경동맥계의 분리이다.
먼저, 전대뇌교통동맥으로 흐르는 혈류량을 계산하기 위해, 교통동맥이 연결되지 않은 상태에서의 혈압,를 구하면 다음과 같다.
그러면
Figure 112004056336102-pat00032
그런데, RL5 << RL6, RR5 << RR6 이므로,
Figure 112004056336102-pat00033
,
Figure 112004056336102-pat00034
한편,
Figure 112004056336102-pat00035
이므로,
Figure 112004056336102-pat00036
이 된다.
그러므로 교통동맥이 연결되였다 하더라도 교통동맥으로는 혈액이 흐르지 못하게 되며 이것은 좌측경동맥계와 우측경동맥계를 분리할 수 있다는 것을 보여준다.
도 10 은 상기한 바에 따라서 얻어진 제2뇌혈관모형화 회로도이다.
상기한 제1뇌혈관모형화 회로에서 모형화 회로에서 RC1.CC1.RC2,CC2,RV1,CV1,RV2,C V2 은 이미 구하였다.
한편 앞에서 구한 R1,R2,R3,R4를 제2뇌혈관모형화 회로에 적용하면 다음의 관계식이 성립한다.
Figure 112004056336102-pat00037
Figure 112004056336102-pat00038
Figure 112004056336102-pat00039
Figure 112004056336102-pat00040
한편 도 10 의 A,B,C,D점에서의 혈압P 와, 혈류량Q 를 구하면
Figure 112004056336102-pat00041
Figure 112004056336102-pat00042
Figure 112004056336102-pat00043
Figure 112004056336102-pat00044
Figure 112004056336102-pat00045
Figure 112004056336102-pat00046
Figure 112004056336102-pat00047
Figure 112004056336102-pat00048
또한,
Figure 112004056336102-pat00049
Figure 112004056336102-pat00050
Figure 112004056336102-pat00051
Figure 112004056336102-pat00052
Figure 112004056336102-pat00053
Figure 112004056336102-pat00054
여기에서 수학식(20),(24),(25),(32),(33),(34)는 좌측 전대뇌,중대뇌에 관한 방정식들이고 수학식(21),(26),(27),(35),(36),(37)은 우측 전대뇌, 중대뇌에 관한 방정식들이다.
한편, 이 방정식들을 풀자면 미지수 개수와 방정식 개수가 같아야 한다.
즉, 좌측 전대뇌, 중대뇌에 관한 방정식만을 본다면 미지수는 Ra11, Ra12, Rm11, Rm12, Ca1, Cm1, PF(t), PE(t)로서 8개, 방정식개수는 4개이므로 방정식 개수가 4개 부족하다. 따라서, 부족한 4개의 방정식들을 표 1 의 매개 혈관가지들에서의 혈류저항분포를 통해 얻는다.
다음 표 1 은 순환기계통의 혈류저항이다.
순환기계통의 혈류저항
혈관명 혈류저항(%) 혈관명 혈류저항(%)
주동맥 4 소정맥 4
대동맥 5 말초정맥 0.3
주요동맥분지 10 주요정맥분지 0.7
말초분지 6 대정맥 0.5
소동맥 41 공정맥 1.5
모세혈관 27
동맥 + 모세혈관 93 전부정맥 7
중대뇌동맥, 전대뇌동맥가지들의 시작부위혈관들은 위의 표 1에서 주요동맥분지에 속한다.
도 10 에서 Rm11, Ra11를 중대뇌동맥,전대뇌동맥의 (주요동맥분지과 말초분지)의 저항으로 고찰한다면, Rm12, Ra12은 중대뇌동맥,전대뇌동맥의 (소동맥과 모세혈관)의 저항이다.
이에 따라,
Figure 112004056336102-pat00055
Figure 112004056336102-pat00056
이 성립해야 한다.
한편 수학식(5)를 고려하면
Figure 112004056336102-pat00057
Figure 112004056336102-pat00058
이 성립한다.
여기서 는 μ혈액의 점도, A 는 혈관의 단면적, ρ는 혈액의 밀도, α는 맥파전파속도이며, Ka, Km 은 실험적으로 얻은 비례계수들이다.
우측 전대뇌, 중대뇌, 추골동맥계에 대해서도 마찬가지 방법으로 고찰할 수 있다.
그러므로 위에서 얻은 방정식들을 풀면 뇌혈관계를 반영하는 지표들을 얻을 수 있다.
즉, 다음과 같은 뇌혈관지표 측정에 사용되는 파라메타를 구할 수 있다.
혈관순응성(Cnew)을 이용하여,
Pd : 확장기혈압 ( 혈압계로써 측정)
Pss : 요동혈압 (경동맥파로부터 얻는다.즉 경동맥파의 절흔점에서의 혈압)
Ptop: 임계혈압(혈압계로 측정된 혈압과 경동맥파신호로부터 얻는 혈압)
As : 수축기면적 (경동맥파의 수축부분)
Ad : 확장기면적 (경동맥파의 확장기부분)
Pba : 평균혈압(수축기혈압및 확장기혈압)
Ts : 수축시간( 경동맥파의 파형분석)
Td : 확장시간( 경동맥파의 파형분석)
Z0 : 완전저항(경동맥 혈류도및 추골동맥혈류도)
△Z: 저항의 변화량(경동맥 혈류도및 추골동맥혈류도)를 얻을 수 있고,
혈류저항(R=84 : Rt=68 의 비율, 뇌혈관모형화에서 나온 비율)을 통해서,
Cnew : 상기한 Cnew 를 통해 파악할 수 있으며,
PTV : 맥파전파속도(경동맥파와 후경골동맥파로부터)를 얻을 수 있으며,
혈류량(Q)을 통해서,
Sv : 심박출량 (경동맥파의 수축부문으로부터)
R : R, Rt 를 참조하여 얻을 수 있다.
아울러, 이러한 뇌혈관 지표를 아래 표 2 의 진단코드표에 적용하여 해석함으로써 뇌혈관의 뇌혈관에 관련된 질병 및 뇌질환 발생 위험성을 파악할 수 있다.
Figure 112006007362716-pat00101
이러한 진단코드표를 이용하여 각 환자의 증상을 파악하는 방법은 다음과 같다.
삭제
지표값은 기준값을 측정값으로 나눈 것을 의미하고, O는 측정지표를 만족하는 경우, X는 측정지표를 만족해도 되고 만족하지 않아도 되는 경우를 의미한다.
예를 들어, 상기한 진단코드표에서,
환자의 수축기 혈압이 180인 경우, 측정지표에서 "180~"에 해당하는 값들을 본다.
Cnew의 지표값이 0.55이면 "180~"의 "Cnew : ~0.61"에 해당되어 "O"이고, Rt와 R의 지표값이 2.0인 경우는 "180~"의 "Rt, R : 1.9~"에 해당되어 "O"이다.
따라서 이 환자는 "뇌혈전"으로 진단을 내릴 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 저항혈류도와 압력맥파도, 심전도, 및 혈압을 측정하여 이를 통해 뇌혈관의 혈관별 혈관순응성과 혈류저항을 얻어 뇌혈관질병의 발생위험성을 조기에 진단할 수 있다.
또한, 중대뇌, 전대뇌, 후대뇌동맥 등 영역별로 순응성과 저항, 및 혈류량을 산출할 수 있고, 추골동맥측정까지 진행하여 뇌혈관 모형의 타당성을 높일 수 있으며, 비침습적으로 뇌혈관의 지표를 계측하므로 인체에 손상을 가하지 않을 수 있다.
아울러, 저항 혈류도 전극을 이용하므로 뇌혈관의 파라메타 측정 장치의 제 조단가를 줄일 수 있다.

Claims (20)

  1. 뇌혈관의 각종 지표를 얻을 수 있도록 하는 측정 장치에 있어서,
    심전도, 혈압, 압력맥파도, 및 뇌혈류도 신호로 이루어진 생체신호를 측정하는 생체신호 센서 및 전극부;
    상기 생체신호 센서 및 전극부로부터 상기 생체신호를 수신하여 증폭 및 A/D 변환하는 신호 처리부를 구비하는 생체신호 수신부;
    사용자의 제어명령에 따라 상기 생체신호 수신부로 제어신호를 전달함과 더불어, 상기 생체신호 수신부로부터 입력되는 생체신호를 통해 뇌혈관의 혈관순응성 및 혈류저항을 산출하여 상기 뇌혈관 지표를 얻을 수 있도록 하는 주처리부; 및
    상기 주처리부로부터 전달되는 혈관순응성 및 혈류저항과 상기 뇌혈관 지표를 출력하는 출력부와 사용자의 제어 명령을 키입력하여 상기 주처리부로 전달하는 키입력부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 생체신호 센서 및 전극부는
    좌,우 경동맥(common carotid artery)과 후경골동맥(posterior tibial artery)에서 측정되어 맥파의 주기와 혈관 탄성도를 얻을 수 있도록 하는 압력맥파센서;와
    오른쪽 팔과 다리, 왼쪽 팔과 다리에서 측정되어 후경골동맥의 압력맥파와 함께 대동맥에서의 전파속도를 알 수 있고, 신체의 전반적인 기능 및 혈액순환상태를 얻을 수 있도록 하는 심전도유도 전극;
    경동맥의 입구전극으로 눈썹 위의 활차상동맥(supratrochlear artery)과 쇄골하(sub clavicle) 부위에 설치되고 출구전극으로 유양돌기(mastoid process)와 경동맥 부위에 설치되며, 추골동맥의 입구전극으로 제2경추 부위와 어깨 위에 설치되고 출구전극으로 제2경추와 제5경추 사이에 일정 간격으로 실치되어 혈관의 순응성을 얻을 수 있도록 하는 뇌혈류도 유도 전극; 및
    왼쪽팔에 설치되어 상완에 압력을 가하여 최고압력과 최저 압력의 수치를 읽어와 혈압을 측정하는 혈압계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 생체신호 수신부의 신호 처리부는
    상기 생체신호 센서 및 전극부로부터 전달되는 생체신호를 선택적으로 전달하는 다중신호 선택기;
    상기 다중신호 선택기로부터 전달되는 생체신호를 증폭하는 절연증폭기;
    상기 절연증폭기의 증폭도를 조절하는 증폭도 조절기;
    상기 증폭도 조절기로부터 전달되는 생체신호를 표본유지 및 A/D 변환하는 표본 유지기 및 A/D 변환기;
    상기 주처리부의 제어신호에 따라 상기 신호 처리부를 전체적으로 제어함과 더불어 상기 A/D 변환된 생체신호를 수신하는 통신기를 통해 상기 주처리부로 전달 하는 주처리기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 장치.
  4. 뇌혈관의 각종 지표를 얻을 수 있도록 하는 측정 방법에 있어서,
    심전도, 혈압, 압력맥파도, 및 뇌혈류도 신호로 이루어진 생체신호를 측정하는 제1단계;
    상기 측정된 생체신호로 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 산출하는 제2단계;
    상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성 및 혈류저항을 이용하여 혈류량과 혈압을 산출하는 제3단계; 및
    상기 경동맥과 추골동맥의 혈관순응성, 혈류저항, 혈류량, 및 혈압을 이용하여 전,중,후 대뇌혈관의 혈관순응성과 혈류저항을 산출하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2단계의 혈관순응성은 다음과 같은 수학식, 즉
    Figure 112006011870186-pat00060
    에 따라 정의되며,
    여기서 K' :비례계수, L:혈류도 측정전극사이에 놓이는 혈관의 길이, Ps:그 혈관에서 측정한 심장수축기시 혈압, Pd: 그 혈관에서 측정한 심장확장기시 혈압, Zo:측정한 완전저항의 직류분,
    Figure 112006011870186-pat00061
    : Zd,Zs는 확장기, 수축기때 측정된 완전저항값인 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 L 은 5cm 로서, 상기 혈관순응성은 다음과 같은 식, 즉,
    Figure 112004056336102-pat00062
    이 되고, 경동맥 혈관의 평균길이 LC = 20cm 이므로 경동맥혈관의 총 순응성은
    Figure 112004056336102-pat00063
    로 정의되는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2단계의 혈류저항은 압력맥파도, 심전도를 이용하여 대동맥혈관에서의 맥파전파속도를 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 혈류저항은 혈관의 단위길이당 혈관순응성과 맥파전파속도를 넣어 산출되는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제2단계의 혈류저항은 다음과 같은 수학식, 즉
    Figure 112006011870186-pat00064
    에 따라 정의되고,
    Figure 112006011870186-pat00065
    은 단위길이당 혈류저항, C*는 단위길이당 혈관순응성, μ는 혈액의 점도, ρ는 혈액의 밀도, α는 맥파전파속도인 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제3,4단계는 윈케셀(kessel of wind) 모형을 이용한 뇌혈관 모형화 회로에서 미지수의 개수와 방정식의 개수를 일치시키는 상기 방정식을 풀이하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 제3,4단계의 상기 경동맥계c 와 추골동맥계 v로 들어가는 혈류량은
    총심박출량에 의하여 뇌혈관계로 들어가는 총 입구혈류량을 계산한 후, 경동맥계 c와 추골동맥계 v 의 혈액흐름 분포법칙에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 경동맥계 c 의 좌측경동맥계입구혈류량 Qc1 과 우측경동맥계입구혈류량 Qc2 는 혈관순응성비에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 추골동맥계 v 의 좌측추골동맥계입구혈류량 Qv1 와 우측추골동맥계입구혈류량 Qv2 는 혈관순응성비에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 좌측경동맥계입구혈류량 Qc1 과 우측경동맥계입구혈류량 Qc2, 좌측추골동맥계입구혈류량 Qv1, 및 우측추골동맥계입구혈류량 Qv2 로 들어가는 혈류량은,
    윌리스환의 등가회로에서, Qcom = QL1 = 0 이라고 하면,
    Figure 112006007362716-pat00066
    Figure 112006007362716-pat00067
    로 정의되므로 상기 윌리스환을 점으로 가정하여,
    P1=P2 라고 하면,
    Figure 112006007362716-pat00068
    로 정의되고, 상기 Q1과 동일한 방법으로 Q2,Q3,Q4가 정의 되는 한편,
    Qc1, Qc2, Qv1, 및 Qv2 는 상기 Q1,Q2,Q3,Q4 의 시간 t 에 대한 함수이므로, 다음과 같은 수학식, 즉
    여기서 R1 은 경동맥 후단으로부터 모세혈관까지의 총 혈관저항, Pv는 정맥압이고,
    식의 양변을 한 심동주기 T에 관하여 적분하면,
    Figure 112006007362716-pat00070
    으로,
    Figure 112006007362716-pat00071
    Figure 112006007362716-pat00072
    으로 정의되고,
    Figure 112006007362716-pat00073
    이므로, R1을 산출함과 더불어, C = dV/dP 이므로, Qc1은 다음과 같은 수학식, 즉
    Figure 112006007362716-pat00074
    로 정의되고, 상기 CC1, R1 을 대입하여 시간에 따르는 경동맥 입구 혈류량 Qc1 을 산출하며, 상기 Qc1과 동일한 방법으로 Qc2, Qv1, Qv2 가 정의되며,
    Qcom은 전교통동맥으로 흐르는 혈류량, QL1은 좌측근위 후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량, QL2는 좌측후대뇌동맥으로 흐르는 혈류량, QL3는 좌측후교통동맥으로 흐르는 혈류량, QL4는 좌측중대뇌동맥으로 흐르는 혈류량, QL5는 좌측근위 전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량, QL6는 좌측전대뇌동맥으로 흐르는 혈류량인 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제3,4단계의 좌측경동맥계 Q1 에 걸리는 혈압은
    좌측경동맥계 Q1 에서 측정된 압력맥파곡선에서 최대점을 압력을 팔에서 측정한 수축기 혈압 Ps에 대응시키고, 최소점의 압력을 확장기 혈압 Pd에 대응시킨 후, 상기 압력맥파곡선의 매개점에 혈압값을 대응시켜 좌측경동맥계 Q1에 걸리는 혈압 P(t)를 결정하는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 제3,4단계의 우측경동맥계 Q2 에 걸리는 혈압은
    우측경동맥계 Q2 에서 측정된 압력맥파곡선에서 최대점을 압력을 팔에서 측 정한 수축기 혈압 Ps에 대응시키고, 최소점의 압력을 확장기 혈압 Pd에 대응시킨 후, 상기 압력맥파곡선의 매개점에 혈압값을 대응시켜 우측경동맥계 Q2에 걸리는 혈압 P(t)를 결정하는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미지수의 개수와 방정식의 개수를 일치시키는 과정은,
    Figure 112004056336102-pat00075
    로 정의되고,
    Figure 112004056336102-pat00076
    이고 YL1, YL2, YL3 은 YL2 << YL3 << Y L1 이므로 PPL=PB 로 정의되고
    Figure 112004056336102-pat00077
    로 정의되어 경동맥계와 추골동맥계를 분리하는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 미지수의 개수와 방정식의 개수를 일치시키는 과정은
    전대뇌교통동맥으로 흐르는 혈류량을 계산하기 위해, 교통동맥이 연결되지 않은 상태에서의 혈압PAL,PAR을 구하면,
    Figure 112004056336102-pat00078
    이고,
    Figure 112004056336102-pat00079
    이며,
    Figure 112004056336102-pat00080
    이므로,
    Figure 112004056336102-pat00081
    , 로 정의되고, 한편
    Figure 112004056336102-pat00082
    이므로
    Figure 112004056336102-pat00083
    로 정의되어 좌측경동맥계와 우측경동맥계로 분리되는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 미지수의 개수와 방정식의 개수를 일치시키는 것은 혈류저항 분포법칙, 혈관에서의 순응성과 혈류저항 사이의 관계식을 이용하여 방정식을 보충하는 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 방정식은 중대뇌동맥, 전대뇌동맥가지에 있어,
    중대뇌동맥, 전대뇌동맥가지의 시작부위혈관들이 주요동맥분지에 속하므로 Rm11,Ra11 를 중대뇌동맥, 전대뇌동맥의 주요동맥분지과 말초분지의 저항으로 가정하면 Rm12,Ra12은 중대뇌동맥,전대뇌동맥의 소동맥과 모세혈관의 저항이므로,
    Rm11:Rm12 = 16:68 이고, Ra11:Ra12 = 16:68 의 관계가 성립하고,
    이에 따라,
    Figure 112006007362716-pat00084
    과,
    Figure 112006007362716-pat00085
    이 성립하며,
    여기서, μ는 혈액의 점도, A는 혈관의 단면적, ρ는 혈액의 밀도, α는 맥파전파속도이며, Ka, Km은 실험적으로 얻은 비례계수인 한편,
    우측 전대뇌, 중대뇌, 추골동맥계도 상기 중대뇌동맥, 전대뇌동맥가지의 방법과 동일한 것을 특징으로 하는 뇌혈관의 파라메타 측정 방법.
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