KR101051406B1 - 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 평상시와 혈관 확장 후의 조직 관류를 계산한 후, 두 개의 관류를 비교하여 혈류량의 증가값을 계산함으로써 혈관 내피세포의 기능을 진단할 수 있는 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치는 하우징과 상기 하우징 내부에 ICG가 주입된 생체에 일정 파장의 빛을 조사하는 광원이 포함된 누광 방지부와, 상기 ICG 및 광원에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 대역 통과 필터와 상기 대역 통과 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 이미지 센서가 포함된 데이터 획득부와, 상기 이미지 센서의 전기적 신호로 ICG 농도인 AIF와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율을 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 결정 수단과 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류율을 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부 및 상기 데이터 처리부의 관류율을 출력하는 데이터 출력부를 포함하되, 상기 누광 방지부에 생체의 손등 또는 손바닥을 고정하는 손안착대가 포함되어 손등이나 손바닥 전체에서 ICG 영상을 얻을 수 있거나, 특정 손가락의 끝 부분에서만 ICG 영상을 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
혈관 내피세포, 손안착대, ICG 농도, AIF 대표점, 관류율, 혈류량
Description
본 발명은 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서 일정 시간 동안 촬영된 근적외선 영상을 전용 알고리즘을 적용하여 관류율을 계산하고 혈관 내피세포의 기능을 검사하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
내피세포의 기능장애는 동맥경화증이나, 동맥경화증의 위험인자인 고지혈증, 고혈압, 흡연, 당뇨, 에스트로겐의 결핍 등과 같은 상황에서도 관찰되는 것으로 내피세포의 기능장애는 동맥경화증의 발병 및 임상증상 발현에 중요한 원인으로 연구되고 있다.
종래, 내피세포의 기능을 진단하는 방법은 체외(in vitro) 진단법과, 체내(in vivo) 진단법으로 구분될 수 있다.
먼저, 체외(in vitro) 진단법은 검사자의 혈액 샘플을 채취하여 혈액내 질소 산화물(Nitrogen Oxide,NO)과, L-arginine 및 내피세포 유래 과분극 인자(EDHF,endothelium-derived hyperpolarizing factor)의 농도를 측정하여 내피세포의 기능을 측정하는 방법이다.
혈류의 증가로 쉬어 스트레스(sheer stress)가 증가되면, 내피성 산화질소 합성(eNOS,endothelial nitric oxide synthase) 효소에 의해 내피세포 내에 NO 생성이 증가되고, 증가된 NO에 의해 평활근의 확장(hyperpolarize)이 유도되어 혈관이 확장된다.
한편, 최근의 연구로, 상기 EDHF(endothelium-derived hyperpolarizing factor)가 혈관 확장에 관여하는 것으로 알려져 있는데, 내피세포의 기능이 정상인 정상인의 경우, 혈액 내에 NO의 농도와, NO의 전구체인 L-arginine 및 EDHF(endothelium-derived hyperpolarizing factor)의 농도는 비정상인인 경우보다 높으며, 또한, 쉬어 스트레스(sheer stress)의 증가에 따른 혈액내의 NO 증가량은 정상인에게서 높다.
혈액내에서 상기 물질들의 양이 내피세포의 기능과 밀접한 관계가 있으나, 실제로 이 물질들이 혈관의 확장을 어느 정도 유도하는 지 검사해야 하므로, 상기 체외(in vitro) 진단법은 후술할 체내(in vivo) 진단법과 동시에 시행되어야 한다.
상기 체내(in vivo) 진단법은 침습적 진단법과 비침습적 진단법으로 구분될 수 있다.
상기 침습적 진단법의 일 방법인 압력 전달계 혈량측정법(Strain gauge plethysmography)은 먼저, 상완 동맥 및 정맥의 혈압량을 측정하고, 국소마취 후, 폴리에틸렌 도관을 상완동맥 또는 정맥에 삽입하며, 혈압기 낭대를 도관 삽입 위치보다 위에서 40mmHg로 정맥의 흐름을 차단하며 평상시의 팔의 volume을 측정한다.
그 후, 아세틸 콜린을 혈관 내로 주입하고, volume을 측정하여 volume의 변화로부터 팔의 혈류량(fore-arm blood flow)을 계산한다.
또한, 최대 혈관 확장 정도의 비교 검사로 니트로글리세린을 주입하고 같은 방법으로 volume을 측정하여 계산된 혈류량으로 내피세포의 기능을 검사한다.
상기 압력 전달계 혈량측정법(Strain gauge plethysmography)은 국소 마취를 필요로 하는 침습적 방법으로 임상에서 잘 쓰이고 있지 않다.
상기 침습적 진단법의 다른 방법인 정맥 혈량측정법(plethysmography)과 doppler flow wire를 이용한 관상동맥 혈류측정 및 정량적 혈관조영술은 정확한 내피세포 기능 측정을 위해서 관상동맥의 혈류와 내경을 혈관 조영술과 doppler flow wire를 이용하되 실시간으로 모니터하여 심장 외막 대동맥의 내피세포 기능을 측정함과 동시에 plethysmography를 통해서 말초조직 혈관의 내피세포기능을 측정한다.
또한, 정맥에서 혈액샘플을 채취하여 혈액내의 NO 및 EDHF 농도를 검사한다.
상기 관상동맥 혈류측정 및 정량적 혈관조영술은 정확한 검사 결과를 얻을 수 있다고 하나, 검사 과정이 복잡하고, 침습적이어서 일반적으로 내피검사를 위한 스크리닝 방법으로 이용되기 어려운 문제점이 있다.
상기 비침습적 진단법의 일 방법인 혈류 매개 혈관 확장 반응(FMD,flow mediated dilation), 즉, 상완동맥 초음파(brachial artery ultrasound)라고도 하는 이 방법은 초음파 탐촉자로 상완동맥의 기본 혈관 직경을 측정하고 혈류 속도를 pulsed wave doppler를 이용하여 측정한 후, 혈압기 낭대를 5분간 200mmHg의 압력으로 조여 충혈을 유도한 후, 다시 같은 동맥 위치에서 혈류 속도 및 혈관 직경을 측정하는 방법이다.
최대 혈관 확장 정도의 비교 검사로 평활근 세포의 확장을 직접 유도하는 니트로글리세린(glyceryl trinitrate 0.4mg)을 설하 투여하고, 3분 후에 같은 방법으로 같은 위치의 동맥의 직경과 혈류 속도를 측정한다.
측정된 혈류 속도와 혈관 내경으로 혈류량을 계산하여 충혈시 및 니트로글리세린 투여 후에 혈류량과 기본 혈류량의 비교를 통해 내피세포의 기능을 검사한다.
상기 FMD는 검사시에 계속 초음파로 같은 위치의 혈관을 찾아 내경과 혈류속도를 측정해야 하는 등 검사자의 측정기술이 요구되며, 여러 검사자의 검사결과가 일치하기 어려운 등 검사방법에 한계가 있어 임상에서 진단 결과의 활용도가 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 평상시와 혈관 확장 후의 조직 관류를 계산한 후, 두 개의 관류를 비교하여 혈류량의 증가값을 계산함으로써 혈관 내피세포의 기능을 진단할 수 있는 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치는 하우징과 상기 하우징 내부에 ICG가 주입된 생체에 일정 파장의 빛을 조사하는 광원이 포함된 누광 방지부와, 상기 ICG 및 광원에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 대역 통과 필터와 상기 대역 통과 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 이미지 센서가 포함된 데이터 획득부와, 상기 이미지 센서의 전기적 신호로 ICG 농도인 AIF와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율을 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 결정 수단과 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류율을 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부 및 상기 데이터 처리부의 관류율을 출력하는 데이터 출력부를 포함하되, 상기 누광 방지부에 생체의 손등 또는 손바닥을 고정하는 손안착대가 포함되어 손등이나 손바닥 전체에서 ICG 영상을 얻을 수 있거나, 특정 손가락의 끝 부분에서만 ICG 영상을 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누광 방지부는 외부 빛의 투과를 방지하는 차광용 암막이 더 포 함될 수 있다.
또한, 상기 광원은 700 내지 800 nm의 파장을 가지는 레이저 또는 상기 파장 영역의 대역 통과 필터를 가지는 백색 광원 및 발광 다이오드일 수 있다.
또한, 상기 데이터 출력부는 상기 관류율에 따라 기 정해진 색을 지정하여 영역별로 채색하여 관류율을 영상적으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 AIF 대표점은 관류율이 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타날 수 있다.
또한, 상기 AIF는 하기 수학식
으로 모델링될 수 있다.
[이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도, 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]
또한, 상기 형광 세기는 하기 수학식
에 의해 구해질 수 있다.
[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 혈관 내피세포 기능 측정 방법은 휴식 후 생체 내로 ICG를 주입하고 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 1관류율을 산출하는 제 1관류율 측정단계와, 혈관을 확장한 후 생체 내로 ICG를 주입하고 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 2관류율을 산출하는 제 2관류율 측정단계 및 상기 제 1관류율과 제 2관류율을 비교하여 혈류량의 증가값을 계산한 후 혈관 내피세포 기능을 분석하는 혈관 내피세포 기능 분석단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1관류율 측정단계 및 제 2관류율 측정단계는 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 손등 또는 손바닥의 전체 또는 일부의 ICG 농도를 탐지하는 ICG 농도 탐지공정과, 상기 ICG 농도 탐지공정에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화하고 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 형광 세기 처리공정과, 상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율를 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 AIF 대표점 결정공정 및 상기 AIF 대표점으로부터 관류율을 산출하는 관류율 산출공정을 포함할 수 있다.
[이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도, 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]
또한, 상기 제 2관류율 측정단계는 혈압기 낭대로 압력을 가해서 질소 산화물(Nitrogen Oxide,NO) 의존성 혈관 확장을 유도한 후, 상기 제 2관류율을 산출할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법에 의하면 평상시와 혈관 확장 후의 조직 관류를 계산한 후, 두 개의 관류를 비교하여 혈류량의 증가값을 계산함으로써 혈관 내피세포의 기능을 진단할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 현재의 기술로 사전 진단이 불가능한 당뇨병 및 고혈압 환자의 내피세포 기능저하를 조기 진단함으로써 질병의 징후를 미리 파악하여 환자에게 적절한 치료 수단의 기회를 제공할 수 있는 효과가 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 혈관 내피세포 기능 측정 장치를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 누광 방지부(100)와, 데이터 획득부(200)와, 데이터 처리부(300) 및 데이터 출력부(400)를 포함한다.
상기 누광 방지부(100)는 광원(110)과, 하우징(120) 및 손안착대(130)를 포함한다.
상기 광원(110)는 인도시아닌 그린(Indocyanin Green,ICG)이 주입된 생체, 구체적으로 손등 또는 손바닥에 일정 파장의 빛을 조사한다.
이로 인해, 인체 내의 ICG는 활성화되고, 조직으로부터의 형광 신호가 관찰될 수 있다.
상기 광원(110)은 700㎚ 내지 800㎚ 사이의 파장으로 조사되는데, 상기 파장의 근적외선은 ICG 주입에 따른 형광 관찰을 위하여 조사되며, 이때, 상기 광원 은(110) 상기 파장을 가지는 레이저 또는 상기 파장 영역의 대역 통과 필터를 가지는 백색 광원 및 발광 다이오드일 수 있다.
상기 하우징(120)은 상기 광원(110)과 손안착대(130)를 커버하며, 외부 빛의 투과를 방지한다.
상기 손안착대(130)는 상기 하우징(120) 내부에 구비되며, 생체의 손등 또는 손바닥을 고정한다.
상기 손안착대(130)는 상기 ICG의 농도가 감소됨에 따라 연속적으로 영상을 얻을 수 있도록 상기 생체의 양쪽 손을 고정시키도록 형성될 수 있고, 이에 따라, 손등이나 손바닥 전체에서 ICG 영상을 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 손안착대는(130) 생체의 양 손이 고정될 수 있는 일정 폭 및 일정 높이를 가지는 손고정대(미도시)와 생체의 손을 올려놓을 수 있는 손플레이트(미도시)가 포함되어 구성될 수 있다.
한편, 상기 누광 방지부(100)는 상기 하우징(120) 내부에 상기 손안착대(130)를 포함하지 않을 수 있으며, 이 경우에는 손등이나 손바닥 전체가 아닌 특정 손가락의 끝 부분에서만 ICG 영상을 얻을 수 있다.
또한, 상기 누광 방지부(100)는 외부 빛의 투과를 방지하는 차광용 암 막(140)이 더 포함될 수 있다.
따라서, 상기 누광 방지부(100)는 상기 하우징(120)에 의해 1차적으로 외부 빛의 투과가 방지되며, 상기 차광용 암막(140)에 의해 2차적으로 외부 빛의 투과가 방지된다.
상기 데이터 획득부(200)는 대역 통과 필터(210)와, 이미지 센서(220)를 포함한다.
상기 대역 통과 필터(210)는 상기 광원(110)에서 조사된 빛으로 인하여 인체에서 발생되는 형광 신호를 입력받기 위하여, 일정 파장의 빛만 통과시키는데, 상기 광원(110)에 의하여 인체에서 나오는 형광 신호 중 700㎚ 내지 800㎚ 사이의 근적외선 파장만을 통과시키도록 구비된다.
상기 이미지 센서(220)는 CCD 카메라(Charge-Coupled Device camera)로 이루어질 수 있다. 상기 CCD 카메라는 상기 대역 통과 필터(210)를 통과한 형광 신호를 탐지하여 디지털 신호로 변환시키는데, 전하 결합 소자(CCD)를 이용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 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 이미지 센서(220)의 전기적 신호로 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.
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
가 나온다. 관측하는 형광의 세기를 I 라 하면 위의 결과를 이용하여 다음과 같이 모델링한다.
bolus로 ICG를 주입하여도 손 말단까지 가는 동안 ICG가 혈액내에서 분산되기 때문에 AIF(Arterial Input Function)를 하기의 수학식 4와 같은 Gaussian form 그래프의 선형 결합으로 모델링한다.
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 율(perfusion rate)을 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정한다.
이때, 상기 AIF(Arterial Input Function)는 손 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, 관류율(perfusion rate)이 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 관류율(perfusion rate)을 산출하며, 산출된 관류율(perfusion rate)을 상기 데이터 출력부(400)로 전달한다.
상기 데이터 출력부(400)는 관류율(perfusion rate)을 영상적으로 출력한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법의 다이어그램이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법 중 제 1관류율 측정단계 및 제 2관류율 측정단계의 다이어그램이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1관류율 측정단계(S10)와, 제 2관류율 측정단계(S20) 및 혈관 내피세포 기능 분석단계(S30)를 포함한다.
상기 제 1관류율 측정단계(S10)는 휴식 후, 생체 내로 ICG를 주입하고 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 1관류율을 산출하는 단계이다.
상기 제 1관류율 측정단계(S10)는 도 4에 도시된 바와 같이, ICG 농도 탐지공정(S11)과, 형광 세기 처리공정(S12)과, AIF 대표점 결정공정(S13) 및 관류율 산출공정(S14)을 포함한다.
상기 ICG 농도 탐지공정(S11)은 휴식 후, 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 손등 또는 손바닥의 전체 또는 일부의 ICG 농도를 탐지하는 공정이다.
상기 ICG 농도 탐지공정(S11)에서는 인체 내의 ICG 역학을 측정하기 위하여 ICG를 주입하고, 빛을 조사하여 시간 경과에 따른 조직 내의 ICG 농도 변화를 이미지 센서(220)에 의해 탐지한다.
상기 형광 세기 처리공정(S12)은 ICG 농도 탐지공정에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화한다.
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 형광 세기 처리공정(S12)은 하기 수학식을 이용하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한다.
이때, I(t)은 시간에 따른 형광 세기이고, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 % 로 나타낸 상수이다.
상기 AIF 대표점 결정공정(S13)은 상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율을 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 공정이다.
상기 AIF 대표점은 혈류량이 많아 intensity가 강하게 나타나고, 관류율(perfusion rate)이 높아 intensity의 변화가 높으며, 혈류의 흐름이 빨라 최대점이 빠른 시간에 나타나는 조직을 의미한다.
상기 관류율 산출공정(S14)은 상기 AIF 대표점으로부터 관류율을 산출하는 공정이다.
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 output도 동시에 같이 측정되는 것으로서 순수한 AIF로 볼 수 없다.
따라서 본 시뮬레이션을 통해, 관찰하는 조직의 순수한 input function을 추출해내고 이를 통해서 p를 구하게 된다.
상기 제 2관류율 측정단계(S20)는 혈관을 확장한 후, 생체 내로 ICG를 주입하고 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 2관류율을 산출하는 단계이다.
이때, 상기 제 2관류율 측정단계(S20)는 혈압기 낭대로 압력을 가해서 질소 산화물(Nitrogen Oxide,NO) 의존성 혈관 확장을 유도한 후, 상기 제 2관류율을 산출할 수 있다.
상기 제 2관류율 측정단계(S20)는 도 4에 도시된 바와 같이, ICG 농도 탐지공정(S21)과, 형광 세기 처리공정(S22)과, AIF 대표점 결정공정(S23) 및 관류율 산출공정(S24)을 포함한다.
상기 ICG 농도 탐지공정(S21)은 압력을 가해서 혈관을 확장한 후, 생체 내로 ICG를 주사하고 연속적으로 손등 또는 손바닥의 전체 또는 일부의 ICG 농도를 탐지하는 공정으로 상기 제 1관류율 측정단계(S10) 중 ICG 농도 탐지공정(S11)과 그 구성 및 내용이 동일하다.
또한, 상기 형광 세기 처리공정(S22)과, AIF 대표점 결정공정(S23) 및 관류율 산출공정(S24)은 각각 상기 제 1관류율 측정단계(S10) 중 상기 형광 세기 처리 공정(S12)과, AIF 대표점 결정공정(S13) 및 관류율 산출공정(S14)과 그 구성 및 내용이 동일하다.
상기 혈관 내피세포 기능 분석단계(S30)는 상기 제 1관류율과 제 2관류율을 비교하여 혈류량의 증가값을 계산한 후, 혈관 내피세포의 기능을 분석하는 단계이다.
도 5a는 건강인의 기본 혈류맵을 나타내는 도이고, 도 5b는 건강인의 충혈 유도 후의 혈류맵을 나타내는 도이다.
건강인의 휴식 후, 측정된 기본 혈류값은 평균 400%/min인 반면, 충혈(hyperemia) 유도 후, 측정된 혈류값은 평균 550%/min으로 혈류량은 37.5%의 증가를 보였다.
또한, 혈관 내피세포의 기능 측정 결과, 충혈(hyperemia) 유도 후, 상완동맥 혈관의 직경은 8.69%가 증가되어 정상 기준인 5% 보다 크게 증가되었다.
건강인의 기본 혈류맵은 도 5a에 도시된 바와 같으며, 충혈(hyperemia) 유도 후의 혈류맵은 도 5b에 도시된 바와 같다.
도 6a는 당뇨 및 고혈압 환자의 기본 혈류맵을 나타내는 도이고, 도 6b는 당뇨 및 고혈압 환자의 충혈 유도 후의 혈류맵을 나타내는 도이다.
당뇨 및 고혈압 환자의 휴식 후, 측정된 기본 혈류값은 평균 800%/min인 반변, 충혈(hyperemia) 유도 후, 측정된 혈류값은 평균 800%/min으로 혈류량은 0%의 증가를 보였다.
또한, 혈관 내피세포의 기능 측정 결과, 충혈(hyperemia) 유도 후, 상완동맥 혈관의 직경은 3.65%가 증가되어 정상 기준인 5% 보다 작게 증가되었다.
당뇨 및 고혈압 환자의 기본 혈류맵은 도 6a에 도시된 바와 같으며, 충혈(hyperemia) 유도 후의 혈류맵은 도 6b에 도시된 바와 같다.
혈관의 내피세포 기능은 상술한 바와 같이, 기본 혈류값이 높거나 낮은 것에 유의성이 없으며, 단지, 기본 혈류값에 비해 충혈(hyperemia) 유도 후의 변화량의 차이(ratio of rest to hyperemia perfusion rate)가 클수록 좋다.
이상과 같이 본 발명에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치 및 방법을 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 혈관 내피세포 기능 측정 장치를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법의 다이어그램
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내피세포 기능 측정 방법 중 제 1관류율 측정단계 및 제 2관류율 측정단계의 다이어그램
도 5a는 건강인의 기본 혈류맵을 나타내는 도.
도 5b는 건강인의 충혈 유도 후의 혈류맵을 나타내는 도.
도 6a는 당뇨 및 고혈압 환자의 기본 혈류맵을 나타내는 도.
도 6b는 당뇨 및 고혈압 환자의 충혈 유도 후의 혈류맵을 나타내는 도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100:누광 방지부 110:광원
120:하우징 130:손안착대
140:차광용 암막 200:데이터 획득부
210:대역 통과 필터 220:이미지 센서
300:데이터 처리부 310:수치화 수단
320:결정 수단 330:연산 수단
400:데이터 출력부
S10:제 1관류율 측정단계
S11,S21:ICG 농도 탐지공정
S12,S22:형광 세기 처리공정
S13,S23:AIF 대표점 결정공정
S14,S24:관류율 산출공정
S20:제 2관류율 측정단계
S30:혈관 내피세포 기능 분석단계
Claims (10)
- 하우징과, 상기 하우징 내부에 ICG가 포함된 생체에 일정 파장의 빛을 조사하는 광원이 포함된 누광 방지부;상기 ICG 및 광원에 의해 발생된 생체의 형광 신호 중 근적외선 파장만을 통과시키는 대역 통과 필터와, 상기 대역 통과 필터를 통과한 형광 신호를 탐지하는 이미지 센서가 포함된 데이터 획득부;상기 이미지 센서의 전기적 신호로 ICG 농도인 AIF와 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 수치화 수단과, 상기 처리된 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율을 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 결정 수단과, 상기 결정 수단의 출력된 데이터로 관류율을 산출하기 위한 연산 수단이 포함된 데이터 처리부; 및상기 데이터 처리부의 관류율을 출력하는 데이터 출력부를 포함하되,상기 누광 방지부에 생체의 손등 또는 손바닥을 고정하는 손안착대가 포함되어 손등이나 손바닥 전체에서 ICG 영상을 얻을 수 있거나, 특정 손가락의 끝 부분에서만 ICG 영상을 얻을 수 있으며,상기 AIF는 하기 수학식
으로 모델링되는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치.[이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도, 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 값, d는 첫 번째 circulation curve와 두 번째 circulation curve의 높이 차를 나타내는 값이다] - 제 1항에 있어서,상기 누광 방지부는 외부 빛의 투과를 방지하는 차광용 암막이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광원은 700 내지 800 nm의 파장을 가지는 레이저 또는 상기 파장 영역의 대역 통과 필터를 가지는 백색 광원 및 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 데이터 출력부는 상기 관류율에 따라 기 정해진 색을 지정하여 영역별로 채색하여 관류율을 영상적으로 출력할 수 있는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 형광 세기는 하기 수학식
에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 장치.[이때, I(t)는 시간에 따른 형광 세기, p는 측정하고자 하는 조직내의 혈액의 볼륨 중에서 분당 교환되는 혈류량을 %/min 으로 나타내는 상수, d는 첫 번째 circulation curve와 두 번째 circulation curve의 높이 차를 나타내는 값이다] - 휴식 후, 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 1관류율을 산출하는 제 1관류율 측정단계;혈관을 확장한 후, 손등 또는 손바닥으로부터 손 전체 또는 손의 일부에서 ICG 농도를 탐지하여 시간에 따른 형광 세기를 처리한 후 AIF 대표점을 결정하여 제 2관류율을 산출하는 제 2관류율 측정단계; 및상기 제 1관류율과 제 2관류율을 비교하여 혈류량의 증가값을 계산한 후, 혈관 내피세포 기능을 분석하는 혈관 내피세포 기능 분석단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 제 1관류율 측정단계 및 제 2관류율 측정단계는,연속적으로 손등 또는 손바닥의 전체 또는 일부 의 ICG 농도를 탐지하는 ICG 농도 탐지공정;상기 ICG 농도 탐지공정에서 탐지된 연속적인 ICG 농도 변화를 하기 수학식을 이용하여 수치화하고 시간에 따른 형광 세기를 처리하는 형광 세기 처리공정;상기 시간에 따른 형광 세기로부터 관류율를 측정하는 표준척도로 AIF 대표점을 결정하는 AIF 대표점 결정공정; 및상기 AIF 대표점으로부터 관류율을 산출하는 관류율 산출공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 방법.
[이때, AIF(t)는 동맥으로 들어오는 혈액 내의 ICG 농도, 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 값, d는 첫 번째 circulation curve와 두 번째 circulation curve의 높이 차를 나타내는 값이다] - 제 8항에 있어서,상기 제 2관류율 측정단계는,혈압기 낭대로 압력을 가해서 질소 산화물(Nitrogen Oxide,NO) 의존성 혈관 확장을 유도한 후, 상기 제 2관류율을 산출하는 것을 특징으로 하는 혈관 내피세포 기능 측정 방법.
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2009
- 2009-11-02 KR KR1020090105133A patent/KR101051406B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008220926A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Korea Advanced Inst Of Science & Technology | 下肢潅流量測定装置 |
| KR20090110600A (ko) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | 한국과학기술원 | 약물동역학을 이용한 혈관의 기능적 영상화 장치 및 방법 |
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| Publication number | Publication date |
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