KR101094793B1

KR101094793B1 - 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 방법

Info

Publication number: KR101094793B1
Application number: KR1020100067405A
Authority: KR
Inventors: 이종민; 이나희; 도영해; 박철우; 장용민
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2011-12-16

Abstract

본 발명은 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)를 기초로 한 새로운 공식을 이용하여 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압을 측정하는 방법 및 그 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 협착에 의한 혈류에너지의 감소정도를 가장 잘 반영하는 협압차이를 비침습적으로 신뢰도 높게 측정할 수 있다. 이러한 협착 전후단의 차압 측정 방법은 말초조직의 허혈성 질병을 예측하거나 진단하는데 효과적으로 이용될 수 있다.

Description

협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 방법 {Method for measuring the pressure difference of fluid in the stenotic tube between pre-stenosis and post-stenosis}

본 발명은 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)를 기초로 한 새로운 공식을 이용하여 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압을 측정하는 방법 및 그 측정장치에 관한 것이다.

인체의 각 조직은 혈액으로부터 산소와 영양분을 공급받는다. 혈액의 공급은 동맥을 통하여 이루어 지며 조직으로부터 혈액의 회수는 정맥을 통하여 이루어 진다. 이러한 혈액의 흐름, 즉 혈류는 심장과 혈관의 특성에 의해 유지된다. 조직으로의 혈액공급이 불충분할 경우 해당 조직의 기능은 저하되어 해당 기관의 역할 또한 부적절해 지고 병적상태가 발생하게 된다. 예를 들어, 심장의 심근조직에 혈액공급이 원활하지 못한 경우 허혈성심근증이 발생하고 심하면 사망에 이르게 된다. 신경계의 뇌조직에 혈액공급이 불충분할 경우 뇌경색이 발생하게 된다. 다양한 원인에 의해 사지 동맥을 통한 혈액공급이 불충분할 경우는 말단부위의 허혈성변화가 발생하여 심한 경우 말단부위를 절단하기에 이른다.

동맥을 통한 혈류의 감소 정도를 정확히 파악하는 기술은 말초조직의 허혈성 질병을 예측하거나 진단할 수 있게 해 준다. 의학계에서는 혈류의 정상/비정상 상태를 파악하기 위한 혈류표지자들을 발굴하여 활용하고 있으며 다양한 검사기법들도 개발되고 있다. 유용한 혈류표지자로는 혈류속도, 혈류량, 혈관내 압력(혈압 또는 병변 전후 혈압차이), 등이 있다. 또한 간접적으로 혈류의 저하를 유추 하기 위한 방법으로 혈관내경의 감소를 측정하기도 한다.

이러한 방법들 중 가장 신뢰할 수 있는 방법은 혈관강 내에서 직접 압력을 측정하여 병변 전후의 압력감소 정도를 파악하는 방법이다. 즉 압력차이를 측정함으로써 병변이 혈류에 대한 유동저항으로 얼마나 심각한 역할을 하는지 알 수 있으며 적극적 치료가 필요한 지를 판단할 수 있다. 그러나 혈압차이를 측정하기 위해서는 동맥을 천자하는 침습적 시술이 필요하다. 따라서 침습적 시술을 하더라도 정보의 획득이 꼭 필요한 환자군에 대해 제한적으로 적용되고 있다.

많은 사람들을 대상으로 시행할 수 있는 비침습적 혈류표지자 검사 기법들은 꾸준히 연구되고 있다. 그 중 혈관협착 정도를 수치적으로 측정하여 50%이상의 내경감소 또는 75%이상의 단면적 감소를 중대한 혈류장애로 가정하는 기법이 널리 활용되고 있다. 그러나 단순한 협착의 정도 파악은 간이적이고 간접적인 표지자이며 혈류에너지 감소를 유추하는 데 그친다고 할 수 있다.

현재 많이 이용되고 있는 혈압차 계산법은 협착혈관을 지나는 혈류의 에너지 보존법칙 (베르누이 정리)에 기반 하고 있는 단순 베르누이 공식을 이용하는 방법이다. 그러나 이 방법은 협착 전후의 에너지 차이를 반영한다기 보다는 협착 전단부와 협착부 사이의 운동에너지 차이만을 보여주게 되므로 이론적 배경에서 오류가 있다고 하겠다. 임상적 측면에서 협착에 의한 혈류에너지의 감소를 잘 반영해 준다고 보고되고 있으나 그 학문적 근거에 오류가 있다고 하겠다. 이 방법은 혈류에너지의 감약정도를 간접적으로 예측하는 방법이라고는 할 수 있겠다.

본 발명자들은 혈류에너지의 감약정도를 가장 잘 반영하는 혈압차이를 비침습적으로 신뢰도 높게 측정하는 방법을 연구하였다. 혈류에너지 감약에 영향을 미치는 다양한 인자들을 종합적으로 동시에 고려하고 분석하여 간접적이긴 하나 비침습적으로 혈압차이를 계산할 수 있는 기법을 개발하였다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 협착관내 유동에서 협착구간 전후의 압력의 차이를 계산하는 공식을 이용하여 협착 전후단의 협압차이를 비침습적으로 측정하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 비침습적 측정 방법을 이용한 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정 방법을 제공한다:

a) 협착의 크기(D)를 측정하는 단계;

b) 협착의 길이(L)을 측정하는 단계;

c) 유동의 속도(V)를 측정하는 단계; 및

d) 하기 공식을 이용하여 협착 전후단의 차압(ΔP)를 계산하는 단계:

ΔP = the pressure drop (mmH₂O)

D = the degree of stenosis (%)

L = the length of stenosis (cm)

V = the velocity of flow (cm/s)

본 발명의 차압 측정방법에서는, 압력의 변화에 가장 큰 영향을 준다고 보여지는 협착의 크기와 길이 및 속도를 변수로 하여 차압계를 이용하여 직접 차압을 측정하였다. 협착의 크기(D)는 혈관단면에 대한 협착부위 넓이 백분율을 의미하며, 협착의 길이(L)는 협착구간의 길이를 의미하며, 유동의 속도(V)는 협착전단의 속도 를 의미한다. 획득된 data 분석을 통하여 stenosis 정도변수(D)에 대하여 exponential equation으로, 길이변수(L)에 대하여 linear equation으로 fitting equation을 찾았다. 이에 속도변수(V)로 각 equation들의 연관관계를 fitting시킴으로써 stenosis정도와 길이, 속도 세 변수에 대한 함수로 표현하였다.

본 발명의 차압 측정방법에 있어서, 상기 협착관은 혈류가 감소되는 혈관 협착부위인 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 차압 측정방법에 있어서, 상기 방법은 협착에 의한 혈류에너지의 감소정도를 반영하는 협압차이를 비침습적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 차압 측정방법에 있어서, 상기 방법은 말초조직의 허혈성 질병을 예측하거나 진단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법을 제공한다. 혈관의 협착에 의해 유발되는 허혈성 질병의 예로서는 심근경색, 협심증, 괴사등을 들 수 있다.

본 발명의 차압 측정방법에 있어서, 상기 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)는 영상촬영장치에 의해 얻은 협착부위의 영상으로부터 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 영상촬영장치는 인체내부를 촬영할 수 있는 의료용 MRI, CT, 초음파 촬영 장치 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 MRI 촬영으로 획득된 영상파일로부터 소프트웨어 프로그램을 이용하여 정보를 얻을 수 있다. D,L,V는 MRI 뿐만아니라 CT나 초음파 촬영을 통해서도 구할 수 있으며, D,L은 MRI과 CT에서 V는 MRI과 도플러초음파를 이용해서 구할 수 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정장치를 제공한다:

혈관 협착부위를 촬영하기 위한 MRI 장치;

상기 MRI 장치로 촬영된 영상으로부터 협착의 크기(D) 및 협착의 길이(L)를 측정하기 위한 수단;

상기 MRI 장치로 촬영된 영상으로부터 유동의 속도(V)을 측정하기 위한 수단; 및

상기 측정된 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)를 기초로 하기 공식을 이용하여 협착 전후단의 차압(ΔP)를 계산하기 위한 컴퓨터:

ΔP = the pressure drop (mmH2O)

D = the degree of stenosis (%)

L = the length of stenosis (cm)

V = the velocity of flow (cm/s).

본 발명자들은, 본 발명에 따른 차압측정 방법의 공식을 검증하기 위하여 MRI촬영을 통해 협착 부위와 전, 후단의 영상을 획득하고 동시에 차압을 측정 하였다. 영상으로부터 얻어진 속도data를 실험을 통해 얻은 차압공식과 단순 베르누이 공식에 대입하여 차압 값을 계산하고 계산된 차압을 실제 측정된 차압 값과 비교하였다.

MRI 촬영을 한 실험에서 얻은 속도 data를 본 연구에서 도출한 공식과 단순 베르누이 공식에 적용하여 차압을 계산하였고, 각각의 차압 값과 실제 측정 데이터와의 상관관계를 분석하였다. 본 발명에 따른 공식은 Rsquare 0.99이상, 단순 베르누이 공식은 Rsquare 0.88로 만든 공식이 실제 차압 값을 더 잘 반영한다고 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 공식은 협착의 정도, 길이와 속도를 고려하여 다양한 협착구간에서 실제 값에 가까운 차압을 계산할 수 있어서, 혈류에 적용하여 임상에서 사용하는 종래 공식보다 실제 값에 가까운 차압 값을 구하여 혈류유동해석의 신뢰성을 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 협착관내 유동에서 협착구간 전후의 압력의 차이를 계산하는 공식을 이용하여 협착의 정도, 길이와 속도를 고려하여 다양한 협착구간에서 실제 값에 가까운 차압을 계산할 수 있으며, 협착에 의한 혈류에너지의 감소정도를 가장 잘 반영하는 협압차이를 비침습적으로 신뢰도 높게 측정할 수 있다. 이러한 협착 전후단의 차압 측정 방법은 말초조직의 허혈성 질병을 예측하거나 진단하는데 효과적으로 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 차압 측정 방법의 Flow chart를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 협착모형을 이용한 실험장치이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 촬영한 MRI 영상 사진예이다.
도 4는 본 발명에 따른 공식(도 4a)과 단순 베르누이 공식(도 4b)으로 계산된 차압이 통계적으로 얼마나 실제 값을 잘 반영하는지를 비교한 그래프이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

실시예 1:

본 발명의 차압 측정 장치의 적용가능성을 실험하기 위하여 협착모형을 이용하여 도 2와 같은 실험장치를 제작하였다. 협착모형에서 협착부위의 크기와 길이를 10%1cm, 20%2cm, 30%3cm, 40%4cm, 50%5cm,60%6cm로 설정하고 펌프로 물의 속도를 4단계로 조정하여 흘려보냈다. 각각의 경우에 대하여 MR 촬영을 하여 협착 전단의 영상을 얻었다. 협착전단, 10%1cm협착부 및 60%6cm협착부의 MRI 사진을 도 3에 나타내었다. 소프트웨어 프로그램인 Cine-tool을 이용하여 영상으로 부터 속도 값을 구하였다. 설정된 D,L값과 얻어진 V값을 본 발명의 공식에 대입하여 차압 값을 계산하였다.

비교예 1:

실시예 1과 같은 방법으로 협착부를 촬영하여 영상을 얻고 속도를 구하였다. 협착부속도 V 값을 단순 베르누이 공식(ΔP=4V²)에 대입하여 차압 값을 계산하였다.

실험예 1:

MR 촬영 시 협착 전후단에 차압계를 연결하여 실시간으로 차압을 측정하였다. 실제 측정된 차압과 본 발명의 공식을 이용하여 계산된 차압값, 실제 차압과 단순베르누이공식으로 계산된 차압값의 linear correlation에서의 R²값을 비교하여 두 공식으로 계산된 차압이 통계적으로 얼마나 실제 값을 잘 반영하는지를 비교하였다. 그 결과, 도 4에 보여지듯이, 본 발명에 따른 공식은 Rsquare 0.9952, 단순 베르누이 공식은 Rsquare 0.8828로 본 발명에 따른 공식이 실제 차압 값을 더 잘 반영한다는 것을 알 수 있다.

Claims

하기 단계들을 포함하는 협착관내 유동(flow)에서 협착 전후단의 차압 측정 방법:
a) 협착의 크기(D)를 측정하는 단계;
b) 협착의 길이(L)을 측정하는 단계;
c) 유동의 속도(V)를 측정하는 단계; 및
d) 하기 공식을 이용하여 협착 전후단의 차압(ΔP)를 계산하는 단계:

ΔP = the pressure drop (mmH2O)
D (협착의 크기) = 비협착관의 단면적에 대한 협착부위의 단면적 (%)
L (협착의 길이) = 협착구간의 길이 (cm)
V (유동의 속도) = 협착전단의 유동속도 (cm/s).
제1항에 있어서, 상기 협착관은 비협착 혈관에 비해 혈류가 감소되는 혈관 협착부위인 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 협착에 의한 혈류에너지의 감소정도를 반영하는 협압차이를 비침습적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 말초조직의 허혈성 질병을 예측하거나 진단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)는 영상촬영장치에 의해 얻은 협착부위의 영상으로부터 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 협착 전후단의 차압 측정 방법.
다음을 포함하는 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정장치:
혈관 협착부위를 촬영하기 위한 영상촬영장치;
상기 영상촬영장치로 촬영된 영상으로부터 협착의 크기(D) 및 협착의 길이(L)를 측정하기 위한 수단;
상기 영상촬영장치로 촬영된 영상으로부터 유동의 속도(V)을 측정하기 위한 수단; 및
상기 측정된 협착의 크기(D), 협착의 길이(L), 및 유동의 속도(V)를 기초로 하기 공식을 이용하여 협착 전후단의 차압(ΔP)를 계산하기 위한 컴퓨터:

ΔP = the pressure drop (mmH2O)
D = the degree of stenosis (%)
L = the length of stenosis (cm)
V = the velocity of flow (cm/s).
제6항에 있어서, 상기 영상촬영장치는 MRI, CT, 또는 초음파 촬영장치인 것을 특징으로 하는 협착관내 유동에서 협착 전후단의 차압 측정장치.