KR101443156B1 - 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치 - Google Patents

모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치 Download PDF

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연세대학교 산학협력단
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Abstract

모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치가 개시된다. 상기 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치는 심장의 전기생리학적 특성이 반영된 심방 모델을 구현하는 모델링부; 상기 심방 모델 상에 부정맥 전도 패턴을 구현하는 패턴 구현부; 상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 모의 전극도를 생성하는 모의 전극도 생성부; 상기 모의 전극도를 이용하여 전기신호 맵을 구현하는 매핑부; 상기 전기신호 맵을 이용하여 모의시술부위를 판별하는 분석부 및 상기 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 수행하는 시술부를 포함한다.

Description

모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치{APPARATUS FOR VIRTUAL CATHERTER ABLATION OF ARRHYTHMIAS}
본 발명은 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부정맥을 제거하기 위한 시술 중 하나인 전극도자 절제술을 모의하기 위한 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치에 관한 것이다.
부정맥 전극도자 절제 시술은 심장조직을 소작함으로 전기적 전도를 차단하여 부정맥을 막아주는 치료이다. 부정맥 전극도자 절제 시술을 수행할 때, 심장의 어느 부위에 절제 시술을 하여야 최적의 결과를 도출할 수 있을지 사전에 파악할 수 없는 것이 현실이다. 또한, 절제 시술을 하더라도 부정맥이 재발하는 경우가 빈번하다.
부정맥이 재발하는 가장 큰 원인으로는 심장 전기 파동의 회오리를 일으키는 가장 핵심적인 부분을 절제 하지 못했기 때문이다. 또한, 특정한 부위를 절제했을 경우 부정맥이 중단될 수 있는지를 분석할 수 없기 때문이다.
국내 공개 특허 공보 10-2010-0111234에서는 무차원 변수(Nondimensional Parameter)를 이용하여 부정맥을 일으키는 회오리 발생현상을 예측하고 진단하는 방법 및 장치를 개시하고 있으나, 부정맥의 발생 원인인 심장 전기 파동의 회오리를 일으키는 가장 핵심적인 부분이 어느 부위인지, 또한 절제 시술을 행할 경우 부정맥이 치료되는지 여부는 알 수 없는 관계로, 절제 시술을 행하더라도 효율적인 치료가 되지 않고 재발하는 경우가 빈번하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부정맥의 발생 원인인 전기 파동 회오리를 판별하기 위한 전기신호 맵 유도를 위해 모의 전극을 이용하여 전극도를 비침습적으로 생성할 수 있으며, 이를 통하여 고주파 전극 도자 절제술을 수행하기 위한 위치 정보를 제공하고 시술시 환자의 심장에서 나타나는 전기생리학적 활동을 예측하여 그 결과를 예측, 진단할 수 있는 모의 부정맥 전극도자 절제 장치를 제공하는데 있다.
또한, 부정맥을 일으키는 전기 파동 회오리를 판별하여 가상의 심방 모델상에 모의 절제 시술을 수행하여 모의 절제 시술의 결과를 판단하고, 부정맥이 중단될 때까지 모의 절제 시술을 반복적으로 수행함으로써 실제 전극도자 절제술 시행 전 결과를 진단, 예측할 수 있는 모의 부정맥 전극도자 절제 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면 심장의 전기생리학적 특성이 반영된 심방 모델을 구현하는 모델링부; 상기 심방 모델 상에 부정맥 전도 패턴을 구현하는 패턴 구현부; 상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 모의 전극도를 생성하는 모의 전극도 생성부; 상기 모의 전극도를 이용하여 전기신호 맵을 구현하는 매핑부; 상기 전기신호 맵을 이용하여 모의시술부위를 판별하는 분석부 및 상기 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 수행하는 시술부를 포함하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치를 제공한다.
상기 모의 전극도 생성부는 단면적이 조절되는 모의전극을 이용하여 상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 단극성 전극도를 생성하고, 상기 단극성 전극도를 이용하여 모의 전극도를 생성할 수 있다.
상기 모의전극은 제1전극 및 제2전극을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모의 전극도 생성부는 하기의 식에 따라 상기 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
Figure 112013030027538-pat00001
(S1: 전극 단면적. S2: 단위 셀 단면적, x0: x축상에서 모의 전극의 팁 위치, k: x축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, y0: y축상에서 모의 전극의 팁 위치, l: y축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, V: 활동 전위)
상기 모의 전극도 생성부는 상기 제1전극의 단극성 전극도와 상기 제2전극의 단극성 전극도의 차를 이용하여 상기 모의 전극도를 생성할 수 있다.
상기 모의 전극도에서 일정 주파수 범위 내의 신호만을 필터링 하기 위한 필터링부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 필터링부는 30 내지 300Hz의 주파수 범위내의 신호만을 필터링 할 수 있다.
상기 전기신호 맵은 CFAE 맵 및 DF 맵 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
상기 모의 전극도자 절제 시술에 의하여 부정맥의 제거 여부를 판단하는 시술 판단부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 시술 판단부가 상기 부정맥이 제거되지 않은 것으로 판단한 경우 상기 분석부를 제어하여 반복적으로 상기 모의시술부위를 판별하게 하고, 상기 분석부에서 반복적으로 판별한 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 반복 수행하도록 상기 시술부를 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 모의 부정맥 전극도자 절제 장치는 부정맥의 발생 원인인 전기 파동 회오리를 판별하기 위한 전기신호 맵 유도를 위해 모의 전극을 이용하여 전극도를 비침습적으로 생성할 수 있으며, 이를 통하여 고주파 전극 도자 절제술을 수행하기 위한 위치 정보를 제공하고 시술시 환자의 심장에서 나타나는 전기생리학적 활동을 예측하여 그 결과를 예측, 진단할 수 있다.
또한, 부정맥을 일으키는 전기 파동 회오리를 판별하여 가상의 심방 모델상에 모의 절제 시술을 수행하여 모의 절제 시술의 결과를 판단하고, 부정맥이 중단될 때까지 모의 절제 시술을 반복적으로 수행함으로써 실제 전극도자 절제술 시행 전 결과를 진단, 예측할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치의 블록도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따라 구현한 정상 상태의 심방 모델,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극의 개념도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극 단면적의 크기에 대한 개념도,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극의 배치도,
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 단극성 전극도,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도,
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모의 전극의 배치도,
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단극성 전극도,
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도,
도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모의 전극의 배치도,
도13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단극성 전극도,
도14는 본 발명의 일실시예에 따라 생성된 모의 전극도,
도15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 생성된 모의 전극도,
도16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 생성된 모의 전극도
도17은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 전기신호 맵,
도18은 부정맥이 발생한 심방의 임의의 지점에서의 심전도 및
도19는 본 발명의 일실시예에 따른 모의 절제 시술에 의하여 부정맥이 제거된 경우의 심전도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치에 대한 블록도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치는 심장의 전기생리학적 특성이 반영된 심방 모델을 구현하는 모델링부(10), 상기 심방 모델 상에 부정맥 전도 패턴을 구현하는 패턴 구현부(20), 상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 모의 전극도를 생성하는 모의 전극도 생성부(30), 상기 모의 전극도에서 일정 주파수 범위 내의 신호만을 필터링 하기 위한 필터링부(40), 상기 모의 전극도를 이용하여 전기신호 맵을 구현하는 매핑부(50), 상기 전기신호 맵을 이용하여 모의시술부위를 판별하는 분석부(60), 상기 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 수행하는 시술부(70), 상기 모의 전극도자 절제 시술에 의하여 부정맥의 제거 여부를 판단하는 시술 판단부(80) 및 시술 판단부(80)가 부정맥이 제거되지 않은 것으로 판단한 경우 분석부(60)를 제어하여 반복적으로 상기 모의시술부위를 판별하게 하고, 분석부(60)에서 반복적으로 판별한 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 반복 수행하도록 시술부(70)를 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 모델링부(10)는 CT/MRI와 같은 의료영상장비에서 얻어지는 영상 자료를 이용하여 심방 모델을 재연한다. 심방 모델은 복수개의 심방 단층 이미지를 촬영한 후 상기 복수개의 단층 이미지를 통합함으로써 심방 모델을 재연할 수 있다.
모델링부(10)는 재현된 심방 모델에 심장전기생리학적 모델을 이용하여 심장세포를 가상으로 해부학적 구조와 결합하여 가상 심장의 전기활동을 생성하여 심장의 전기생리학적 특성이 반영된 심방 모델을 구현할 수 있다.
패턴 구현부(20)는 모델링부(10)에서 구현한 심방 모델상에 부정맥 전도 패턴을 구현한다.
심장은 동방결절에서 시작되는 전기적 자극이 심방근을 거쳐서 방실결절에 도달하고 방실결절에서 시작된 자극은 히스속과 퍼킨스 섬유를 거쳐 심실근에 도착하게 된다. 예를 들어 패턴 구현부(20)는 이러한 심장 생리 기전을 바탕으로 유한요소법을 이용하여 정상적인 경우 심장 조직에서의 전기전도 수치를 해석하고, 도 2에서 보는 바와 같이 그 결과를 시간 순서에 따라 이미지로 구현함으로써 정상 상태에서의 심방의 전도 패턴을 구현할 수 있다. 이후에 심방 조직 모든 부분에 이상 자극을 가하고 각각의 부분에 대하여 전기적 파동의 전파 패턴을 구현함으로써 소망하는 부정맥 전도 패턴을 구현할 수 있다.
심방 조직 모델을 재연하고, 유한 요소법을 활용하여 심방의 전도 패턴을 구현하는 방법은 논문 "Shim et al. Prog Biophys Mol Biol, 2008. (21))에 기재되어 있으며 여기에서 참조로 원용한다.
모의 전극도 생성부(30)는 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 모의 전극도를 생성할 수 있다.
모의 전극도 생성부(30)는 단면적이 조절되는 모의전극을 이용하여 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 단극성 전극도를 생성하고, 단극성 전극도를 이용하여 모의 전극도를 생성할 수 있다.
도3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극은 제1전극(31) 및 제2전극(32)을 포함하여 구성될 수 있다.
모의 전극의 단면적은 전극의 접촉 상태에 따라 임의로 단면적(D)이 조절될 수 있다. 도 4를 참조하면, 모의 전극의 단면적(D)은 3가지 상태로 구분할 수 있다. (a)의 경우는 모의 전극의 전극 접촉상태가 양호한 경우를 나타내며 이러한 경우에는 전극의 단면적(D)을 가장 크게 조절하는 것이 바람직하다. (b)의 경우는 모의 전극의 전극 접촉상태가 대체적으로 양호한 경우를 나타내며 이러한 경우에는 전극의 단면적(D)을 중간 단계로 설정하는 것이 바람직하다. (c)의 경우는 모의 전극의 전극 접촉상태가 양호하지 않은 경우를 나타내며 이러한 경우에는 전극의 단면적을 가장 작게 설정하는 것임 바람직하다.
모의 전극의 단면적은 본 발명의 일실시예에 따라 모의 부정맥 전극도자 절제 시술을 시행하는 환자에 따라 외부의 설정에 의하여 맞춤형으로 조절될 수 있다.
모의 전극도 생성부(30)는 접촉상태에 따라 단면적이 조절되는 모의전극을 이용하여 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
심방 모델로부터 활동 전위를 산출하는 방법은 예를 들면, tenTusscher 모델을 사용하는 심실 세포 모델과, DiFrancesco와 Noble 모델을 기반으로 하며 부분적으로 LMCG 모델로 이루어진 Nygren 모델을 사용하는 심방 모델을 이용하여 산출할 수 있다. 심방 모델을 이용하여 활동 전위를 산출하는 방법은 상기 방법 이외에도 공지된 다른 기술들을 이용할 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 본 발명의 논지를 흐릴수도 있으므로 생략하기로 한다.
모의 전극도 생성부(30)는 하기의 식에 따라 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
Figure 112013030027538-pat00002
(S1: 전극 단면적. S2: 단위 셀 단면적, x0: x축상에서 모의 전극의 팁 위치, k: x축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, y0: y축상에서 모의 전극의 팁 위치, l: y축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, V: 활동 전위)
이하 도5 내지 도13을 참조하여 환자 맞춤형으로 설정된 모의 전극의 전극 접촉 상태에 따라 단극성 전극도를 생성하는 과정을 설명하기로 한다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모의 전극의 배치도, 도7은 본 발명의 일실시예에 따른 단극성 전극도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서는 모의 전극의 전극 접촉이 양호한 경우 모의 전극의 단면적을 2mm로 설정하고 있으며 제1전극(31)의 길이와 제2전극(32)의 길이는 각각 2mm, 3.5mm이다. 모의 전극을 이용하여 모의 전극도를 생성하기 위한 심장의 면적은
Figure 112013030027538-pat00003
이고, 단위 셀의 면적은
Figure 112013030027538-pat00004
이며, 따라서
Figure 112013030027538-pat00005
개의 단위 셀이 분포하고 있다.
도6을 참조하면 제1전극(31)의 한 모서리가 (500, 500)의 영역에 위치하고 모의 전극의 제2전극(32)이 위쪽에 위치하고 있다면 모의 전극도 생성부(30)에 의하여 제1전극(31)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00006
이고, 제2전극(32)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00007
로 산출될 수 있다.
모의 전극도 생성부(30)는 상기 과정을 통하여 도 7에서 보는 바와 같이 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모의 전극의 배치도, 도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단극성 전극도이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 모의 전극의 전극 접촉이 대체적으로 양호한 경우 모의 전극의 단면적을 1mm로 설정하고 있으며 제1전극(31)의 길이와 제2전극(32)의 길이는 각각 2mm, 3.5mm이다. 모의 전극을 이용하여 모의 전극도를 생성하기 위한 심장의 면적은
Figure 112013030027538-pat00008
이고, 단위 셀의 면적은
Figure 112013030027538-pat00009
이며, 따라서
Figure 112013030027538-pat00010
개의 단위 셀이 분포하고 있다.
도 9를 참조하면 제1전극(31)의 한 모서리가 (500, 500)의 영역에 위치하고 모의 전극의 제2전극(32) 전극이 위쪽에 위치하고 있다면 모의 전극도 생성부(30)에 의하여 제1전극(31)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00011
이고, 제2전극(32)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00012
로 산출될 수 있다.
모의 전극도 생성부(30)는 상기 과정을 통하여 도 10에서 보는 바와 같이 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모의 전극의 단면적 설정도이고, 도 12는은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모의 전극의 배치도, 도13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단극성 전극도이다.
도11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 모의 전극의 전극 접촉이 양호하지 않은 경우 모의 전극의 단면적을 0.25mm로 설정하고 있으며 제1전극(31)의 길이와 제2전극(32)의 길이는 각각 2mm, 3.5mm이다. 모의 전극을 이용하여 모의 전극도를 생성하기 위한 심장의 면적은
Figure 112013030027538-pat00013
이고, 단위 셀의 면적은
Figure 112013030027538-pat00014
이며, 따라서
Figure 112013030027538-pat00015
개의 단위 셀이 분포하고 있다.
도 12를 참조하면 제1전극(31)의 한 모서리가 (500, 500)의 영역에 위치하고 모의 전극의 제2전극(32)이 위쪽에 위치하고 있다면 모의 전극도 생성부(30)에 의하여 제1전극(31)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00016
이고, 제2전극(32)의 단극성 전극도는
Figure 112013030027538-pat00017
로 산출될 수 있다.
모의 전극도 생성부(30)는 상기 과정을 통하여 도 13에서 보는 바와 같이 단극성 전극도를 생성할 수 있다.
다음으로, 모의 전극도 생성부(30)(12)는 제1전극(31)의 단극성 전극도와 제2전극(32)의 단극성 전극도의 차를 이용하여 모의 전극도를 산출할 수 있다.
도5 내지 도13을 통하여 설명한 단극성 전극도를 이용하여 모의 전극도를 생성하는 과정을 일례로 설명하기로 한다.
도14는 본 발명의 일실시예에 따라 생성된 모의 전극도이다. 본 발명의 일실시예에 따라 모의 전극도 생성부(30)는 모의 전극의 전극 접촉 상태가 양호한 경우 산출된 제1단극성 전극도와 제2단극성 전극도간의 차를 통하여 모의 전극도를 하기의 식(2)에 의하여 산출할 수 있다.
Figure 112013030027538-pat00018
식(2)
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 생성된 모의 전극도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 모의 전극도 생성부(30)는 모의 전극의 전극 접촉 상태가 대체적으로 양호한 경우 산출된 제1단극성 전극도와 제2단극성 전극도간의 차를 통하여 모의 전극도를 하기의 식(3)에 의하여 산출할 수 있다.
Figure 112013030027538-pat00019
식(3)
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 생성된 모의 전극도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 모의 전극도 생성부(30)는 모의 전극의 전극 접촉 상태가 양호하지 않은 경우 산출된 제1단극성 전극도와 제2단극성 전극도간의 차를 통하여 모의 전극도를 하기의 식(4)에 의하여 산출할 수 있다.
Figure 112013030027538-pat00020
식(4)
필터링부(40)는 모의 전극도에서 일정 주파수 범위 내의 신호만을 필터링하여 출력할 수 있다. 필터링부(40)는 예를 들면 30 내지 500Hz 주파수 범위내의 신호만을 필터링하여 출력할 수 있으며, 바람직하게는30 내지 300Hz의 주파수 범위내의 신호만을 필터링하여 출력할 수 있다.
매핑부(50)는 CFAE(complex fractionated atrial electrogram)맵 및 DF(dominant frequency)맵 중 적어도 하나로 구성되는 전기신호 맵을 구현할 수 있다.
CFAE맵의 경우, 매핑부(50)는 모의전극도의 영점(zero crossing)을 차분을 통하여 검출하고, 일정 영역내에서 영점의 기울기가 양(+)에서 음(-)으로 변하는 지점만을 후보지점으로 선출한다. 매핑부(50)는 선출된 후보지점의 평균 주기(cycle length)를 산출하여 심방 모델상에 투영하여 CFAE맵을 구현할 수 있다.
DF맵의 경우, 매핑부(50)는 모의 전극도의 전력 스펙트럼을 산출하고, 산출된 전력 스펙트럼상에서 일정 주파수 범위내의 피크치 중 가장 큰 값을 주진동수(dominant frequency)로 선정한다. 매핑부(50)는 선정된 주진동수를 심방 모델상에 투영하여 DF맵을 구현할 수 있다.
그러나 매핑부(50)는 이에 국한되지 않고 전극도자 절제술을 시행하기 위하여 일반적으로 수행되는 지도화 시스템(mapping system)기법을 이용하여 CFAE맵 및 DF맵을 구현할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
분석부(60)는 전기신호 맵을 이용하여 모의시술부위를 판별할 수 있다. 모의시술부위는 부정맥의 발생 원인인 심장 전기 파동의 회오리를 일으키는 핵심 부위로서, 모의 전극도자 절제 시술이 시행되어야 할 부분을 의미한다.
분석부(60)는 예를 들면, CFAE맵 상의 주기가 가장 짧게 나타난 부위를 모의시술부위로 판별할 수 있다.
또는, 분석부(60)는 예를 들면 DF맵 상의 주진동수가 가장 크게 나타난 부위를 모의시술부위로 판별할 수 있다.
또는, 분석부(60)는 예를 들면 CFAE맵 상의 주기가 가장 짧게 나타남과 동시에DF맵 상의 주진동수가 가장 크게 나타난 부위를 모의시술부위로 판별할 수 있다.
도17은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 전기신호 맵이다.
도17을 참조하면, (A)는 DF맵으로 좌상대정맥(LSVC, Left Superior Vena Cava)상에 주진동수가 가장 크게 나타난 보라색 부분을 확인할 수 있다.
(B)는 CFAE맵으로 DF맵과 동일한 부위에 주기가 가장 짧게 나타난 하얀색 부분을 확인할 수 있다.
따라서, 분석부(60)는 (A)의 보라색 부위와 (B)의 하얀색 부위가 겹치는 부위를 모의시술부위로 판별할 수 있다.
시술부(70)는 분석부(60)에서 판별한 모의시술부위에 대한 모의 절제 시술을 시행할 수 있다. 시술부(70)는 전기 신호맵을 이용하여 전기 파동 회오리의 핵심부위에서 발생되는 전기 신호가 심장의 다른 부위로 전파되지 않도록 전기적으로 격리시키는 시술을 시행한다.
시술부(70)는 예를 들면, 심방 모델상에서 모의시술부위의 전기적 전도를 차단하는 방법을 통하여 모의 전극도자 절제 시술을 수행할 수 있다.
시술 판단부(80)는 시술부(70)가 모의 전극도자 절제 시술을 시행하면 정상 상태에서의 심방의 전도 패턴과 비교하여 부정맥의 제거 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(90)는 시술부(70)의 모의 전극도자 절제 시술이 시행된 이후의 심전도를 정상 상태에서의 심방 전도 패턴과 비교하여 부정맥 제거 여부를 판단할 수 있다.
제어부(90)는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치의 동작이 순차적으로 수행될 수 있도록 제어하고, 시술부(70)의 모의 전극도자 절제 시술 결과에 따라 전체의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(90)는 시술 판단부(80)의 부정맥 제거 여부 판단 결과에 따라 부정맥이 제거되지 않은 것으로 판단한 경우 분석부(60)를 제어하여 반복적으로 상기 모의시술부위를 판별하게 하고, 분석부(60)에서 반복적으로 판별한 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 반복 수행하도록 시술부(70)를 제어할 수 있다.
제어부(90)는 모의 전극도자 절제 시술 결과 부정맥이 제거되지 않은 것으로 판단되는 경우에는 반복적인 모의 전극도자 절제 시술이 시행되도록 제어함으로써 정확한 시술 결과를 얻어낼 수 있다.
도18은 부정맥이 발생한 경우의 심전도를 기록한 것이고, 도 19는 시술부(70)에서 모의시술부위에 대한 모의 전극도자 절제 시술을 시행한 경우의 심전도를 기록한 것이다.
도19에서 보는 바와 같이 부정맥을 일으키는 모의시술부위를 전기적으로 격리시키면 더 이상 전기 신호가 전달되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서 모의 전극도자 절제 시술로 인하여 부정맥 현상이 더 이상 발생하지 않는다면 제어부(90)는 종료 신호를 생성하지만, 그렇지 않은 경우 분석부(60)가 반복적으로 모의시술부위를 분석하도록 하고, 시술부(70)는 다른 모의시술부위에 대하여 재차 모의 전극도자 절제 시술을 시행하게 한다. 이와 같은 반복적인 시술로 부정맥 현상이 제거되는 경우 제어부(90)는 종료 신호를 발생하게 된다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 모델링부
20: 패턴 구현부
30: 모의 전극도 생성부
40: 필터링부
50: 매핑부
60: 분석부
70: 시술부
80: 시술 판단부
100: 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치

Claims (10)

  1. 심장의 전기생리학적 특성이 반영된 심방 모델을 구현하는 모델링부;
    상기 심방 모델 상에 부정맥 전도 패턴을 구현하는 패턴 구현부;
    상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 모의 전극도를 생성하는 모의 전극도 생성부;
    상기 모의 전극도를 이용하여 전기신호 맵을 구현하는 매핑부;
    상기 전기신호 맵을 이용하여 모의시술부위를 판별하는 분석부 및
    상기 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 수행하는 시술부를 포함하며,
    상기 모의 전극도 생성부는 단면적이 조절되는 모의전극을 이용하여 상기 부정맥 전도 패턴이 구현된 심방 모델로부터 산출된 활동 전위에 따른 단극성 전극도를 생성하고, 상기 단극성 전극도를 이용하여 모의 전극도를 생성하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모의전극은 제1전극 및 제2전극을 포함하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모의 전극도 생성부는 하기의 식에 따라 상기 단극성 전극도를 생성하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
    Figure 112014051159033-pat00021

    (S1: 전극 단면적. S2: 단위 셀 단면적, x0: x축상에서 모의 전극의 팁 위치, k: x축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, y0: y축상에서 모의 전극의 팁 위치, l: y축상에서 모의 전극이 차지하는 셀의 개수, V: 활동 전위)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모의 전극도 생성부는 상기 제1전극의 단극성 전극도와 상기 제2전극의 단극성 전극도의 차를 이용하여 상기 모의 전극도를 생성하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모의 전극도에서 일정 주파수 범위 내의 신호만을 필터링 하기 위한 필터링부를 더 포함하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터링부는 30 내지 300Hz의 주파수 범위내의 신호만을 필터링 하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기신호 맵은 CFAE 맵 및 DF 맵 중 적어도 하나로 구성되는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모의 전극도자 절제 시술에 의하여 부정맥의 제거 여부를 판단하는 시술 판단부를 더 포함하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시술 판단부가 상기 부정맥이 제거되지 않은 것으로 판단한 경우 상기 분석부를 제어하여 반복적으로 상기 모의시술부위를 판별하게 하고, 상기 분석부에서 반복적으로 판별한 모의시술부위에 모의 전극도자 절제 시술을 반복 수행하도록 상기 시술부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 모의 부정맥 전극도자 절제 시술 장치.
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