KR101032479B1 - 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 인체 내의 말초 조직의 혈류를 절대적 수치로 측정함으로써 정기적인 검진으로 하지의 혈류 저하 정도를 진단 및 예방할 수 있는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치는 일정 파장의 빛을 조사하는 발광장치와 외부 빛의 투과를 방지하는 하우징이 포함된 누광 방지부와, 상기 발광장치에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 필터와 상기 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 광 탐지기가 포함된 데이터 획득부와, 상기 광 탐지기의 신호로 동맥으로 들어오는 ICG 농도인 AIF(Arterial Input Function)와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점에 속하는 점을 AIF 대표점으로 결정하는 결정 수단과 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류 정도(perfusion rate)를 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부 및 상기 데이터 처리부의 관류 정도(perfusion rate)를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
ICG 농도, AIF 대표점, 형광 세기, 관류 정도(perfusion rate)

Description

수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법{MEASUREMENT APPARATUS FOR PERFUSION RATE IN PERIPHERAL TISSUE AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서 생체 내로 혈관 조영제를 주사하고 그 농도의 변화를 탐지한 후 이를 수학적 모델에 의해 분석하여 조직 관류를 측정하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
최근 고령화로 인해 혈액 관류 이상과 관련된 질병 유발율이 증가하고 있다. 특히, 당뇨 및 고혈압 환자들에게는 합병증으로 인해 하지 혈류 저하가 발생되고 있으며, 이로 인해 통증과, 심한 경우 조직 괴사가 유발되고 있다.
신체의 각 부분으로의 원활한 혈액의 흐름은 신체 조직의 정상적 활동에 필요하고, 이에 따라, 조직으로의 혈액 순환 정도를 정량적으로 측정하는 일은 필수적인 일이다.
혈관의 해부학적 구조를 조영하는 방법으로 X-Ray 혈관 조영술(X-ray angiography)이 있다. 상기 X-Ray 혈관 조영술(X-ray angiography)은 혈관 조영제를 이용하여 엑스레이 영상을 보여주되, 이는 혈액의 실제 흐름을 보여주는 것이 아니라 혈관의 내경 구조를 보여주는 구조적인 영상 기법이다. 따라서, 이 방법으로는 임상에서 정확한 조직 관류를 측정할 수 없다.
또한, 혈액 순환을 정량적으로 측정하기 위해 혈액이 흐르는 속도에 의존하는 레이저 도플러(Laser Doppler) 방법이 주요하게 사용되고 있다.
상기 레이저 도플러(Laser Doppler) 방법은 피부 표면의 혈액 흐름의 속도로 인한 레이저의 산란되는 정도를 측정하는 방법으로 혈액의 흐름이 정상의 20% 미만으로 떨어졌을 경우 민감도가 낮아 혈류가 저하된 상태에서 변화 정도를 측정하기에 부적합하고, 질병의 조기 진단 및 예후의 관찰에 부적합하다.
혈관의 구조적 영상 기법인 인도시아닌 그린(Indocyanine Green,ICG)을 이용한 혈관 조영술은 이미 안전성을 입증받아 이식된 피부의 혈관 형성이나 당뇨 환자의 안구 신생 혈관 정도의 측정에 임상적으로 사용되고 있으나, 반감기가 3 내지 5분으로 짧아 혈관조영술을 위한 조영제로는 사용이 제한적이었다.
따라서, 본 출원인은 상기의 문제점을 해결하기 위해 인도시아닌 그린(Indocyanine Green,ICG) 이라는 조영제를 이용하여 혈류 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발하였고, 이를 동물 모델에서 검증하였다.
그러나, 사람과 쥐의 신체적 차이에 의해 동물 모델에서 검증된 결과는 곧바로 사람에게 적용할 수 없으며, 따라서, 사람에서의 혈류 정도를 측정하기 위해 기존에 개발된 모델을 수정 및 확장할 필요가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 인체 내의 말초 조직의 혈류를 절대적 수치로 측정함으로써 정기적인 검진으로 하지의 혈류 저하 정도를 진단 및 예방할 수 있고, 약물 처방 및 약물에 의한 반응 정도를 개인적으로 진단함으로서 맞춤 치료법 개발에 응용할 수 있는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 의료 기기 시장의 활성화 및 기술 이전 등으로 인한 경제 사회적 이익을 창출할 수 있고, 새로운 혈류 측정 기술을 이용하여 말초 조직의 혈류 측정 기술을 향상시킬 수 있으며, 혈류 증진을 유도하는 약물 개발에 도움을 주는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치는 일정 파장의 빛을 조사하는 발광장치와 외부 빛의 투과를 방지하는 하우징이 포함된 누광 방지부와, 상기 발광장치에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 필터와 상기 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 광 탐지기가 포함된 데이터 획득부와, 상기 광 탐지기의 신호로 동맥으로 들어오는 ICG 농도인 AIF(Arterial Input Function)와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점에 속하는 점을 AIF 대표점으로 결정하는 결정 수단과 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류 정도(perfusion rate)를 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부 및 상기 데이터 처리부의 관류 정도(perfusion rate)를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AIF 대표점은 관류 정도(perfusion rate)가 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타난다.
또한, 상기 AIF(Arterial Input Function)는 하기 수학식으로 모델링된다.
Figure 112009041375913-pat00001
이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function)이고, r 은 관측되는 recirculation curve의 개수, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도이며, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심이다. 또한, m 은 recirculation 의 시간 간격이고, s 는 recirculation 에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다.
또한, 상기 AIF에 의해 실제로 관측되는 형광 세기는 하기 수학식으로 모델 링된다.
Figure 112009041375913-pat00002
Figure 112009041375913-pat00003
또한, 상기 미분방정식의 해에 의해 관측되는 형광 세기는 하기 수학식으로 모델링된다.
Figure 112009041375913-pat00004
Figure 112009041375913-pat00005
Figure 112009041375913-pat00006
이때, I(t)는 시간에 따른 형광 세기, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 %/min 으로 나타내는 상수이다.
또한, 본 발명에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법은 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 ICG 농도를 탐지하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화하고 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 제 2단계와, 상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점을 AIF 대표점으로 결정하는 제 3단계 및 상기 AIF 대표점으로부터 관 류 정도(perfusion rate)를 산출하는 제 4단계를 포함할 수 있다.
Figure 112009041375913-pat00007
이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function)이고, r 은 관측되는 recirculation curve의 개수이며, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도이다. 또한, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심이고, m 은 recirculation 의 시간 간격이며, s 는 recirculation 에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법에 의하면 인체 내의 말초 조직의 혈류를 절대적 수치로 측정함으로서 정기적인 검진으로 하지의 혈류 저하 정도를 진단 및 예방할 수 있다.
본 발명의 다른 효과는, 약물 처방 및 약물에 의한 반응 정도를 개인적으로 진단함으로서 맞춤 치료법 개발에 응용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 효과는, 임상에서 진단 기기로의 활용도가 높으며 의료 기기 시장의 활성화 및 기술 이전 등으로 인한 경제 사회적 이익이 창출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 효과는, 새로운 혈류 측정 기술을 이용하여 세계적인 원천 기술 특허 획득 및 말초 조직의 혈류 측정 기술 향상에 계기가 될 수 있으며, 혈류 증진을 유도하는 약물 개발에 도움을 줄 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법의 블록도이며, 도 3은 각 시간에 따른 AIF 대표점들의 intensity를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 정상인과 환자에서의 AIF를 이용하여 AIF를 시뮬레이션하고 관류 정도(perfusion rate)를 구한 예를 나타내는 도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 누광 방지부(100)와, 데이터 획득부(200)와, 데이터 처리부(300) 및 출력부(400)를 포함한다.
상기 누광 방지부(100)는 발광장치(110)와, 하우징(120)을 포함한다.
상기 발광장치(110)는 인도시아닌 그린(Indocyanin Green,ICG)을 주사한 인 체에 일정 파장의 빛을 조사한다. 이로 인해 인체 내의 ICG는 활성화되고, 조직으로부터의 형광 신호가 관찰될 수 있다.
상기 발광장치(110)의 일정 파장은 750㎚ 내지 780㎚ 사이의 파장으로 인체의 하지에 조사되는데, 상기 파장의 근적외선은 ICG 주입에 따른 형광 관찰을 위하여 조사되며, 광원으로는 상기 파장을 가지는 발광 다이오드나 레이저가 이용될 수 있다.
상기 하우징(120)은 외부 빛의 투과를 방지하도록 상기 발광장치(110)와 인체의 하지를 감싸도록 구비된다.
한편, 상기 누광 방지부(100)는 상기 ICG의 농도가 감소됨에 따라 연속적으로 영상을 얻을 수 있도록, 생체의 양쪽 하지를 고정시키는 하지 고정부(130)가 더 포함될 수 있다.
상기 데이터 획득부(200)는 필터(210)와, 광 탐지기(220)를 포함한다.
상기 필터(210)는 대역 통과 필터로 이루어지며, 상기 발광장치(110)에서 조사된 빛으로 인하여 인체에서 발생되는 형광 신호를 입력받기 위하여, 일정 파장의 빛만 통과시키는데, 상기 광원에 의하여 인체에서 나오는 형광 신호 중 800㎚ 내지 850㎚ 사이의 근적외선 파장만을 통과시키도록 구비된다.
상기 광 탐지기(220)는 CCD 카메라(Charge-Coupled Device camera)로 이루어질 수 있다. 상기 CCD 카메라는 상기 대역 통과 필터를 통과한 빛을 감지하여 디지털 신호로 변환시키는데, 전하 결합 소자(CCD)를 이용하여 영상을 전기 신호로 변 환함으로써 아날로그 영상을 저장 매체를 이용하여 디지털 데이터로 저장한다.
상기 데이터 처리부(300)는 수치화 수단(310)과, 결정 수단(320)과, 연산 수단(330)을 포함한다.
상기 수치화 수단(310)은 상기 광 탐지기(220)의 신호로 동맥으로 들어오는 ICG 농도인 AIF(Arterial Input Function)와, 시간에 따른 형광 세기를 처리한다.
상기 수치화 수단(310)에 의한 사람에서의 ICG 동역학은 하기의 과정에 의해 모델링된다.
Figure 112009041375913-pat00008
Figure 112009041375913-pat00009
여기서 Ii는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function,AIF)로 실험 결과로부터 유추하며, I0는 조직에서의 ICG의 농도이며, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 %로 나타낸 상수이다. 위의 방정식을 풀면
Figure 112009041375913-pat00010
가 나온다. 관측하는 형광의 세기를 I 라 하면 위의 결과를 이용하여 다음과 같이 모델링한다.
Figure 112009041375913-pat00011
bolus로 ICG를 주입하여도 하지 말단까지 가는 동안 ICG가 혈액내에서 분산되기 때문에 AIF(Arterial Input Function)를 하기의 수학식 4와 같은 Gaussian form 그래프의 선형 결합으로 모델링한다.
Figure 112009041375913-pat00012
여기서 r 은 관측되는 recirculation curve 의 개수이고, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도이며, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심이다. 또한, m 은 recirculation의 시간 간격이고, s 는 recirculation 에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다.
상기 결정 수단(320)은 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정한다.
이때, 상기 AIF(Arterial Input Function)는 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점, 즉, CT의 영향이 가장 적을 것으로 판단되는 점들을 선별한 후, 그것으로부터 찾을 수 있다.
상기 AIF 대표점은 혈류량이 많아 intensity가 강하게 나타나고, 관류 정도(perfusion rate)가 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타나는 조직을 의미한다.
상기 연산 수단(330)은 상기 결정 수단(320)의 출력된 데이터로 관류 정도(perfusion rate)를 산출하며, 산출된 관류 정도(perfusion rate)를 출력부(400)로 전달한다.
상기 출력부(400)는 관류 정도(perfusion rate)를 영상적으로 출력한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1단계(S10)와, 제 2단계(S20)와, 제 3단계(S30)와, 제 4단계(S40)를 포함한다.
상기 제 1단계(S10)는 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 ICG 농도를 탐지하는 단계이다.
상기 제 1단계(S10)에서는 인체 내의 ICG 역학을 측정하기 위하여 정맥 주사를 통해 ICG를 주입하고, 빛을 조사하여 시간 경과에 따른 조직 내의 ICG 농도 변화를 광 탐지기에 의해 탐지한다.
상기 제 2단계(S20)는 상기 제 1단계(S10)에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화한다.
Figure 112009041375913-pat00013
이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function,AIF)이고, r 은 관측되는 recirculation curve 의 개수이며, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도이다. 또한, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심이고, m 은 recirculation의 시간 간격이며, s 는 recirculation에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다.
또한, 상기 제 2단계(S20)는 하기 수학식을 이용하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한다.
Figure 112009041375913-pat00014
Figure 112009041375913-pat00015
Figure 112009041375913-pat00016
이때, I(t)은 시간에 따른 형광 세기이고, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 % 로 나타낸 상수이다.
상기 제 3단계(S30)는 상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 단계이다.
상기 AIF 대표점은 혈류량이 많아 intensity가 강하게 나타나고, 관류 정도(perfusion rate)가 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타나는 조직을 의미한다.
도 3은 각 시간에 따른 AIF 대표점들의 intensity를 나타내는 그래프로, 검은색은 AIF 점들의 time series intensity이며, 붉은색은 각 시간에서 AIF 대표점들의 intensity의 평균값이다. 이때, 붉은색이 조직의 AIF(Arterial Input Function)로 간주된다.
상기 제 4단계(S40)는 상기 AIF 대표점으로부터 관류 정도(perfusion rate)를 산출하는 단계이다.
Figure 112009041375913-pat00017
Figure 112009041375913-pat00018
상기 AIF의 dynamics를 만족시키는 가장 적당한 dynamics를 시뮬레이션하면서 각 수식의 파라메터(α, β, m, d, r, p)를 구한다. 이 과정에서 AIF 지점에서의 real input function 이 추정되며 p 가 구해진다.
상기 real input function 이란 실제로 타겟지점으로 들어가는 혈액내의 시간에 따른 ICG intensity의 변화를 의미한다. CCD를 통해 관찰되는 ICG intensity의 변화는 타겟지점의 input 뿐만 아니라 output, 즉 정맥으로 퍼져나가는 패턴도 동시에 같이 측정되는 것으로서 순수한 AIF로 볼 수 없다.
따라서 본 시뮬레이션을 통해, 관찰하는 조직의 순수한 input function을 추출해내고 이를 통해서 p를 구하게 된다. 그림 4a는 정상인의 AIF로부터 real input function을 추출하고 (blue line), p 를 계산한 예이며 그림 4b 는 환자로부터 AIF와 p를 계산한 예이다.
정상인의 p(perfusion rate)는 35%/min 이상을 보이며 환자의 경우 25 %/min을 보여 그 중간 값을 border line으로 잡을 수 있다. 또한 m (real AIF(blue line)에서 두 peak 사이의 거리)는 정상인의 경우 50 이상, 환자의 경우 40 이하의 값을 보여 50 이상의 m 을 보이는 경우 두개의 peak는 recirculation을 나타내며, m 이 50보다 작을 경우 이는 recirculation이 아닌 input 되는 혈관 경로의 이상(경화)으로 우회로(collateral vessles)등을 통해 돌아들어오는 혈액 순환이 있음을 의미한다. 또 PVD 환자에 있어서, d의 값이 높으면 collateral이 많이 발달했음을 의미한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치 및 측정방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법의 블록도.
도 3은 각 시간에 따른 AIF 대표점들의 intensity를 나타내는 그래프.
도 4a는 정상인에서 AIF 위치와 dynamics, simulation된 input function 과 p를 포함한 여러 파라메터를 구한 예를 보여주는 도.
A: AIF 대표점(red spots).
B: AIF 대표점에서의 시간에 따른 ICG dynamcis.
C: ICG dynamics simulation. Red line, experimental dynamics; Black line, fitted dynamics; Blue line, fitted real input dynamics.
D. fitting을 통해 구한 파라메터값
도 4b는 PVD 환자에서 AIF 위치와 dynamics, simulation된 input function 과 p를 포함한 여러 파라메터를 구한 예 및 CT- angiogram 을 보여주는 도.
A. AIF 대표점(red spots).
B. AIF 대표점에서의 시간에 따른 ICG dynamcis.
C. ICG dynamics simulation. Red line, experimental dynamics; Black line, fitted dynamics; Blue line, fitted real input dynamics.
D. fitting을 통해 구한 파라메터값.
E. CT angiogram. White arrow는 동맥경화 부분을 표시함.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100:누광 방지부 110:발광장치
120:하우징 130:하지 고정부
200:데이터 획득부 210:필터
220:광 탐지기 300:데이터 처리부
310:수치화 수단 320:결정 수단
330:연산 수단 400:출력부
S10:제 1단계 S20:제 2단계
S30:제 3단계 S40:제 4단계

Claims (5)

  1. 일정 파장의 빛을 조사하는 발광장치와, 외부 빛의 투과를 방지하는 하우징이 포함된 누광 방지부;
    상기 발광장치에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 필터와, 상기 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 광 탐지기가 포함된 데이터 획득부;
    상기 광 탐지기의 신호로 동맥으로 들어오는 ICG 농도인 AIF(Arterial Input Function)와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과, 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점을 AIF 대표점으로 결정하는 결정 수단과, 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류 정도(perfusion rate)를 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부; 및
    상기 데이터 처리부의 관류 정도(perfusion rate)를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 AIF 대표점은 관류 정도(perfusion rate)가 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타나는 것을 특징으로 하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 AIF(Arterial Input Function)는 하기 수학식
    Figure 112009041375913-pat00019
    으로 모델링되는 것을 특징으로 하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치.
    [이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function), r 은 관측되는 recirculation curve의 개수, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심, m은 recirculation 의 시간 간격, s 는 recirculation 에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다]
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 형광 세기는 하기 수학식
    Figure 112009041375913-pat00020
    에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정장치.
    [이때, I(t)는 시간에 따른 형광 세기, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 %/min 으로 나타내는 상수이다]
  5. 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 ICG 농도를 탐지하는 제 1단계;
    상기 제 1단계에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화하고 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 제 2단계;
    상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류 정도(perfusion rate)를 측정하는 표준척도로 하지 말단 중 동맥이 가장 뚜렷이 보이는 점을 AIF 대표점으로 결정하는 제 3단계; 및
    상기 AIF 대표점으로부터 관류 정도(perfusion rate)를 산출하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수학적 모델에 기반한 말초조직 관류 정도 측정방법.
    Figure 112009041375913-pat00021
    [이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도(Arterial Input Function), r 은 관측되는 recirculation curve의 개수, alpha는 ICG dilution curve가 옆으로 퍼지는 정도, beta는 첫 번째 circulation curve의 중심, m은 recirculation 의 시간 간격, s 는 recirculation 에 의해 dilution curve가 퍼지는 정도의 변화를 나타내는 값이다]
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KR100818669B1 (ko) 2007-03-09 2008-04-02 한국과학기술원 하지 관류정도 측정장치
KR20080032916A (ko) * 2006-10-11 2008-04-16 한국과학기술원 인도시아닌 그린 혈중 농도 역학을 이용한 조직 관류 분석장치 및 그를 이용한 조직 관류 분석방법
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KR20100047451A (ko) * 2008-10-29 2010-05-10 한국과학기술원 관류 정도 분석 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080032916A (ko) * 2006-10-11 2008-04-16 한국과학기술원 인도시아닌 그린 혈중 농도 역학을 이용한 조직 관류 분석장치 및 그를 이용한 조직 관류 분석방법
KR100818669B1 (ko) 2007-03-09 2008-04-02 한국과학기술원 하지 관류정도 측정장치
KR20090131825A (ko) * 2008-06-19 2009-12-30 한국과학기술원 수학적 모델에 기반한 약물동역학적 혈관 특성 추출 장치및 방법
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