KR102421884B1

KR102421884B1 - 전기 임피던스 단층촬영을 이용한 혈류역학 변수 산출 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102421884B1
Application number: KR1020200077738A
Authority: KR
Inventors: 장극영; 위헌; 준 장
Original assignee: 주식회사 바이랩
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2022-07-19
Also published as: JP2023550671A; JP7420419B2; CN115666378A; WO2021261721A1; US20230337921A1; KR20220000143A; EP4173560A1

Abstract

EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기(cardiac cycle) 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계, 상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하는 단계 - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 -, 및 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전기 임피던스 단층촬영을 이용한 혈류역학 변수 산출 방법 및 장치{Method and Apparatus for Determining Hemodynamic Parameters Using Electrical Impedance Tomography}

본 발명은 의용 공학 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 피검자에 대한 혈류역학 변수를 비침습적으로 모니터링하는 기술에 관한 것이다.

폐동맥 (pulmonary artery)은 심장의 우심실과 폐를 연결하는 동맥으로 인체 표면에서 접근이 어렵다. 따라서 폐동맥압력(pulmonary artery pressure: PAP)을 측정하기 위해서는 중심 정맥을 거쳐서 심장의 우심방(right atrium)과 우심실(right ventricle)을 지나서 폐동맥에 카테터(catheter)를 삽입하는 침습적(invasive) 방법을 사용한다. 이 경우에는 Swan-Ganz 카테터를 가장 많이 사용하는데 우심방과 우심실을 지나가는 Swan-Ganz 카테터 시술에는 숙련된 임상의가 필요하며 성공적으로 카테터 삽입을 하더라도 심장에 부담을 주어서 여러 부작용이 발생하는 것으로 알려져 있다.

비침습적 방법으로 PAP를 측정하면 이러한 문제를 해결할 수 있으므로 많은 연구가 진행되었다. 특히 심초음파(echocardiography)를 이용한 다양한 방법들이 제안되었다. 그러나 심초음파는 사용자가 수동으로 초음파 프로브를 피부에 접촉하여 측정하므로 사용자의 숙련도에 따라 결과가 변동하고 동일 사용자가 반복 측정할 때의 변동 또한 크다. 그리고 연속 측정이 어려워서 모니터링 용도로의 사용은 매우 불편하다.

이러한 문제를 해결하기 위해 미국공개특허 제2016-0310016호(2016.10.27) “혈류역학 모니터링을 위한 방법 및 시스템(Method and system for monitoring hemodynamics)” 및 미국등록특허 제9384549호(2016.07.05) “단층촬영 데이터를 처리하기 위한 디바이스 및 방법(Device and method for processing tomographic data)”와 같이, 전기 임피던스 단층촬영(electrical impedance tomography: EIT) 기술을 사용해 PAP를 포함한 혈류역학 모니터링 방법에 대한 많은 연구가 수행되었다. 인체의 가슴에서 EIT 데이터를 측정하면 여기에는 폐의 호흡에 대한 신호와 심장의 혈류에 대한 신호가 혼합되어 있다. 통상 호흡 신호의 크기는 혈류 신호의 10배 이상이어서 혈류 신호를 추출하는 것이 매우 어렵다. 또한 혈류는 호흡에 비해 빠르게 변하므로 EIT 데이터 수집 속도를 높여야 한다.

혈류역학 모니터링의 난제 중 하나는 비침습적으로 PAP를 측정하는 것이다. 비침습적으로 PAP를 측정하는 몇몇 기존 기술이 알려져 있는데 이들 기술은 모두 PAP 측정에 있어서 오차를 발생시키는 것으로 평가되고 있다. 혈류역학 분야의 알려진 지식에 의하면, PAP는 심장의 우심실이 수축해서 혈액을 폐동맥으로 보내는 시간인 우심방분출시간(right ventricular ejection time: RVET), 폐에 혈액이 공급되는 폐관류시간(pulmonary perfusion time: PPT), 심실의 일회박출량(stroke volume: SV), 일회박출량 변화량(DSV) 등에 의해 결정되나, 기존 기술은 이를 고려하고 있지 못하기 때문이다.

본 발명의 과제는 전기 임피던스 단층촬영을 이용하여 혈류역학 변수를 비침습적으로 모니터링하는 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 측면에서, EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기(cardiac cycle) 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계, 상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하는 단계 - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 -, 및 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기(cardiac cycle) 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계는, 상기 피검자의 가슴에 복수의 전극을 부착하여 상기 피검자의 가슴 부분에 대한 임피던스(impedance) 데이터를 획득하는 단계 및 상기 임피던스 데이터로부터 상기 EIT 영상들을 복원하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하는 단계 - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 - 는, 상기 EIT 영상들에서 상기 심장에 해당하는 영역을 제1 관심 영역(ROI: region of interest)으로 지정하고 상기 제1 관심 영역에서 상기 제1 화소를 선택하고, 상기 EIT 영상들에서 상기 폐에 해당하는 영역을 제2 관심 영역으로 지정하고 상기 제2 관심 영역에서 상기 제2 화소를 선택하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점은 심실 박출 시간(ventricular ejection time)이며, 상기 제2 시점은 폐 관류 시간(pulmonary perfusion time)이다.

일 실시예에서, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계는, 상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값 및 상기 최대값을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제2 화소의 값들은 두 개 이상의 피크 패턴을 보이며, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계는, 상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값, 상기 최대값, 상기 두 개 이상의 피크 패턴 중 상기 최대값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 상기 제2 화소의 피크 값들 및 상기 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 화소의 값들은 두 개 이상의 피크 패턴을 보이며, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계는, 상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값, 상기 최대값, 상기 두 개 이상의 피크 패턴 중 상기 최소값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 상기 제1 화소의 피크 값들 및 상기 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계는, 상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 피검자의 심전도(ECG: electrocardiography), 상기 피검자의 혈압(blood pressure), 상기 피검자의 광용적맥파(PPG: photoplethysmography) 및 상기 피검자의 심탄도(SCG: seismocardiography)를 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 산출된 폐동맥 압력을 이용하여 폐순환계저항(PVR: pulmonary vascular resistance)을 산출하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 최소값 및 상기 제1 시점을 기초로 심근수축도(contractility)를 산출하는 단계를 포함한다.

다른 측면에서, EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 복수의 심주기 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계, 상기 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별하는 단계 - 상기 제1 시점은 상기 제2 시점 보다 상기 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞섬 -, 및 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은 이완기말(end diastole) 시점이며, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피(EDVV: end-diastolic ventricular volume) 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 산출된 이완기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량(SV: stroke volume) 변화량을 이용하여 심근수축도를 산출하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은 수축기말(end systole) 시점이며, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피(ESVV: end-systolic ventricular volume) 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계는, 상기 산출된 수축기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량 변화량을 이용하여 박출률(EF: ejection fraction)을 산출하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 측면에서, EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는, EIT 영상들을 저장하는 저장부 - 상기 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 영상들임 -, 및 상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하고 - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 -, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점은 심실 박출 시간이며, 상기 제2 시점은 폐 관류 시간이다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성된다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값 및 상기 최대값을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성된다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 최소값 및 상기 제1 시점을 기초로 심근수축도를 산출하도록 더 구성된다.

또 다른 측면에서, EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는, EIT 영상들을 저장하는 저장부 - 상기 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 복수의 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 영상들임 -, 및 상기 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별하고 - 상기 제1 시점은 상기 제2 시점 보다 상기 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞섬 -, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은 이완기말 시점이며, 상기 제어부는, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피 변화량을 산출하도록 더 구성된다

일 실시예에서, 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은 수축기말 시점이며, 상기 제어부는, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피 변화량을 산출하도록 더 구성된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전기 임피던스 단층촬영을 이용하여 혈류역학 변수를 비침습적으로 모니터링할 수 있는 기술적 효과가 있다.

도 1은 EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하기 위한 장치의 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2(a)는 피검자의 가슴 부분을 대상으로 획득된 EIT 영상의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2(b)는 피검자의 가슴 부분을 대상으로 획득된 EIT 영상의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 피검자의 한 심주기 동안에 걸쳐 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들이 이산적 시점들에 따라 변하는 패턴을 예시하기 위한 도면이다.
도 4는 복수의 심주기 동안에 걸쳐 심실 박출 시간(TD_H), 폐 관류 시간(TD_L), 평균 통과 시간(MTT) 및 폐동맥 압력(PAP)의 시간에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 피검자의 두 심주기 동안에 걸쳐 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들이 이산적 시점들에 따라 변하는 패턴을 예시하기 위한 도면이다.
도 6은 EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 제2 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점들과 특징들 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성이 배제되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미할 수 있다.

덧붙여, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하기 위한 장치의 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 입력 인터페이스(110), 제어부(120), 저장부(130) 및 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 저장부(130)는 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 획득된 EIT 영상들을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장된 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 피검자의 한 심주기(Cardiac Cycle) 내의 이산적 시점들(discrete points in time)에서 획득된 영상들일 수 있다. 일 실시예에서, 저장된 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 피검자의 복수의 심주기 동안의 이산적 시점들에서 획득된 영상들일 수 있다. 저장된 EIT 영상들은 피검자의 가슴에 복수의 전극을 부착하여 피검자의 가슴 부분에 대한 임피던스(impedance) 데이터를 획득하고 획득된 임피던스 데이터를 복원함으로써 획득될 수 있다. 피검자의 가슴 부분을 대상으로 획득된 EIT 영상의 실시예들을 도시한 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 저장된 EIT 영상들은 폐(lung)를 나타내는 영상 영역(210) 및 심장(heart)을 나타내는 영상 영역(220)을 포함할 수 있다. 피검자의 심주기는 피검자에 대해 획득된 심전도(ECG: electrocardiography) 파형에서 R 파들(R waves) 간의 주기를 측정함으로써 결정될 수 있다. EIT 영상들이 획득되는 이산적 시점들 간의 주기는 시스템 해상도에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 초당 100장의 EIT 영상이 획득되는 시스템의 경우 시스템 해상도는 10ms로서 10ms 마다 1장의 EIT 영상이 획득되므로, EIT 영상들이 획득되는 이산적 시점들 간의 주기는 10ms가 될 수 있다.

저장부(130)는 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행함에 따른 중간 결과의 영상 데이터, 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행함으로써 얻어진, 결과 영상 데이터, 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리 및/또는 연산 처리를 수행하는데 필요한 변수값들, 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따라 EIT 영상들로부터 선택된 화소 데이터들 및 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따른 연산 처리를 수행함으로써 얻어진 연산 처리 결과 값들을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 저장부(130)는 EIT 영상들을 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 형식 또는 일반적인 이미지 파일 형식(BMP, JPEG, TIFF 등)으로 저장할 수 있다. 저장부(130)는 제어부(120)의 구현에 필요한 소프트웨어/펌웨어 등을 더 저장할 수 있다. 저장부(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드(MultiMedia Card: MMC), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD(Secure Digital) 카드 또는 XD(eXtream Digital) 카드 등), RAM(Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광 디스크 중 어느 하나의 저장 매체로 구현될 수 있으나, 당업자라면 저장부(130)의 구현 형태가 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다.

입력 인터페이스(110)는 개시된 기술의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리 및/또는 연산 처리를 수행하기 위하여 사용자 명령을 입력하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 모듈로 구성될 수 있다. 입력 인터페이스(110)는 필요한 다양한 명령을 제어부(120)로 입력하거나, EIT 영상 획득 장치에 의해 획득된 EIT 영상 데이터 등의 다양한 영상 데이터를 저장부(130)로 입력하거나, 디스플레이된 영상의 일부 또는 전부를 지시하여 이에 따른 다양한 영상 처리를 수행하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 입력 인터페이스(110)는 또한 EIT 영상에서 특정 영역을 관심 영역(ROI: region of interest)으로 지정하고 지정된 관심 영역 내의 임의의 지점을 선택하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 입력 인터페이스(110)는 컴퓨터의 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 터치패드(touchpad), 마우스(mouse) 등을 포함할 수 있으나, 입력 인터페이스의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 입력 인터페이스(110)는 전술한 입력 장치들을 이용하여 제어 가능한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 포함할 수도 있다. 디스플레이부(140)는 개시된 기술의 다양한 실시예에 따라 다양한 영상들 및/또는 다양한 데이터를 시각적으로 디스플레이하기 위한 것으로, LCD 디스플레이, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이, CRT 디스플레이 등의 다양한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.

제어부(120)는 복수의 이산적 시점들에서 각각 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 EIT 영상들에서 심장을 나타내는 영역(220)을 제1 관심 영역(225)으로 지정하고 제1 관심 영역(225)에서 제1 화소(227)를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 EIT 영상들에서 폐를 나타내는 영역(210)을 제2 관심 영역(215)으로 지정하고 제2 관심 영역(215)에서 제2 화소(217)를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 에지 검출 알고리즘(edge detection algorithm), 영상 분할 알고리즘(image segmentation algorithm) 등의 알고리즘을 이용하여 제어부(120)가 제1 관심 영역(225) 및 제2 관심 영역(215)을 지정할 수 있으나, 제1 관심 영역(225) 및 제2 관심 영역(215)을 지정하는 방식이 이에 제한되는 것이 아님을 인식하여야 한다. 예컨대, 사용자가 입력인터페이스(110)를 이용하여 제1 관심 영역(225) 및 제2 관심 영역(215)을 수동으로 지정하는 것도 가능하다. 여기서 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들은 모두 EIT 영상들이 획득된 이산적 시점들과 연관된다. 이러한 연관 관계에 의해, 예컨대 제1 화소(227)의 첫 번째 값은 15ms에서 획득된 EIT 영상으로부터 선택된 제1 화소(227)의 값이고, 제1 화소(227)의 두 번째 값은 25ms에서 획득된 EIT 영상으로부터 선택된 제1 화소(227)의 값이 되는 것과 같이, 제1 화소의 값들이 획득된 시점들을 알 수 있게 된다. 마찬가지로 동 연관 관계에 의해 제2 화소(217)의 값들이 획득된 시점들도 알 수 있게 된다.

도 3은 피검자의 한 심주기 동안에 걸쳐 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들이 이산적 시점들에 따라 변하는 패턴을 예시하기 위한 도면이다.

도 3에서 종축은 화소 값을 나타내고 횡축은 시간, 즉 이산적 시점들을 나타낸다. 도 3에서 아래 쪽의 화소 값의 변화는 제1 화소(227)의 값들의 변화를 나타내고, 위 쪽의 화소 값의 변화는 제2 화소(217)의 값들의 변화를 나타낸다. 도 3에서는 도시의 편의상 화소 값들을 연속된 파형으로 나타내었으나, 이 화소 값들은 이산적 시점들에서의 이산적 값들인 것으로 이해되어야 한다. 도시된 실시예에서는 돼지를 피검체로 하여 획득한 EIT 영상들에서의 제1 화소(227)의 값들의 변화와 제2 화소(217)의 값들의 변화를 돼지의 심주기인 800ms 동안 나타낸 것이다. 도 3에서 화소의 값들은 0에서 1 사이의 값들로 스케일링된 값들이다. 또한 도 3에서 0 ms에서의 화소 값을 0으로 나타내었는데, 이는 ECG 파형에서 R 파가 발생하는 시점(심주기의 시작 시점 또는 심장이 수축을 시작하는 시점)을 0 ms로 가정하고 이 때의 제1 화소(227)의 값과 제2 화소(217)의 값이 모두 기준값인 0인 것으로 가정한 바탕 위에서 시간이 지남에 따라 제1 화소(227)의 값과 제2 화소(217)의 값이 기준값에 비해 얼마나 변화하였는지를 판별해 보기 위함이다.

도 3의 파형을 정성적으로 분석해 보면, 아래 쪽의 제1 화소(227)의 변화는 심장의 부피(volume), 즉 심장에 남아 있는 혈액의 양의 변화를 나타내는 것인데, 제1 화소(227)의 값이 마이너스 쪽으로 증가함에 따라 심장이 수축되어 혈액이 심장으로부터 폐동맥을 거쳐 폐로 흘러가는 것을 나타낸다. 이러한 과정을 심실 박출(ventricular ejection)이라고 하고, 제1 화소(227)의 값이 최소값이 되는 시점을 심실 박출 시간(ventricular ejection time, TD_H) 또는 수축기말(end systole) 시점이라고 한다. 이 시점을 기준으로 하여 그 이후에는 심장이 더 이상 수축되는 것을 멈추고 심장에 다시 혈액이 늘어나게 된다. 도시된 바와 같이, 이 시점 이후로 제1 화소(227)의 값은 다시 0으로 접근하여 플러스 값을 취하게 된다. 한편, 위 쪽의 제2 화소(217)의 변화는 폐의 부피, 즉 폐에 남아 있는 혈액의 양의 변화를 나타내는 것인데, 제2 화소(217)의 값이 플러스 쪽으로 증가함에 따라 혈액이 심장에서 박출되어 폐로 흘러 들어오는 것을 나타낸다. 이러한 과정을 폐 관류(pulmonary perfusion)라고 하고, 제2 화소(217)의 값이 최대값이 되는 시점, 즉 심장이 수축되어 혈액이 폐동맥을 통해 폐로 공급됨에 따라 폐에 있는 혈액의 양이 최대가 되는 시점을 폐 관류 시간(TD_L)이라고 한다. 도시된 실시예에서는 제2 화소(217)의 값이 단조함수로 증가하는 것으로 나타내었으나, 다른 실시예에서는 제2 화소(217)의 값이 증가하다가 줄어들고 또 다시 증가하다가 줄어들고 또 다시 증가하여 마침내 최대값에 이르는 식으로 복수의 피크 패턴을 보일 수 있다. 제2 화소(217)의 값이 증가하다가 줄어드는 것은 심장이 수축되어 혈액이 폐동맥을 통해 폐로 들어 오다가 혈액이 역류하여 다시 심장으로 들어가는 현상에 의해 설명될 수 있다. 도 3에서 폐 관류 시간(TD_L)과 심실 박출 시간(TD_H)의 차이를 평균 통과 시간(MTT: mean transit time)이라 부르는데, 이 시간은 심장에서 혈액이 나오는 것은 중지되었는데 이미 나온 혈액이 폐로 흘러 들어가는 시간을 의미한다.

다시 도 1의 제어부(120)의 설명으로 돌아와서, 제어부(120)는 식별된 제1 화소(227)의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학(hemodynamic) 변수를 산출하도록 더 구성될 수 있다. 여기서 최소값과 최대값은 절대적인 기준에서의 최소값과 최대값뿐만 아니라 최소값과 최대값으로부터 어느 정도의 오차 범위에 들어오는 값들을 모두 포괄하는 것으로 이해되고 해석되어야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 시점은 심실 박출 시간(TD_H)이며 제2 시점은 폐 관류 시간(TD_L)일 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 제1 시점 및 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하도록 더 구성된다. 제어부(120)는 제1 시점 및 제2 시점을 변수로 하는 함수로서 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 제1 시점 및 제2 시점의 선형 조합(linear combination)으로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 이러한 실시예에서, 선형 조합을 위한 제1 시점 및 제2 시점에 대한 계수들은 보정(calibration) 절차를 거쳐 결정될 수 있다. EIT 영상들을 획득할 때 이와 동시에 침습적 방법으로 폐동맥 압력을 측정하고, 최소자승법(Least Square Method)을 적용하여 선형조합으로 표현된 폐동맥 압력과 침습적 방법으로 측정된 폐동맥 압력 간의 오차의 제곱을 최소화하는 방향으로 제1 시점 및 제2 시점에 대한 계수들을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 제2 시점에서 제1 시점을 뺀 값(이 경우 제2 시점에 대한 계수는 1이고 제1 시점에 대한 계수는 - 1임), 즉 평균 통과 시간(MTT)을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 구성될 수 있다. 복수의 심주기 동안에 걸쳐 심실 박출 시간(TD_H), 폐 관류 시간(TD_L), 평균 통과 시간(MTT) 및 폐동맥 압력(PAP)의 시간에 따른 변화를 나타낸 도면인 도 4를 참조하면, 평균 통과 시간(MTT: TD_L - TD_H)의 파형이 폐동맥 압력(PAP)의 파형을 근접하게 따라가는 것을 확인할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(120)는 제1 시점, 제2 시점, 제1 화소(227)의 값들 중 최소값 및 제2 화소(217)의 값들 중 최대값을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성될 수 있다. 전술한 실시예에서와 유사하게, 제어부(120)는 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값 및 위 최대값의 선형 조합으로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 이러한 실시예에서도, 최소자승법을 적용하여 선형조합으로 표현된 폐동맥 압력과 침습적 방법으로 측정된 폐동맥 압력 간의 오차의 제곱을 최소화하는 방향으로 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값 및 위 최대값에 대한 계수들을 산출할 수 있다. 제어부(120)는, 제2 화소(217)의 값들이 두 개 이상의 피크 패턴을 보이는 경우, 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 위 두 개 이상의 피크 패턴 중 위 최대값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 제2 화소(217)의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성될 수 있다. 이 경우도 제어부(120)는 전술한 실시예에서와 마찬가지로 최소자승법을 적용하여 선형조합으로 표현된 폐동맥 압력과 침습적 방법으로 측정된 폐동맥 압력 간의 오차의 제곱을 최소화하는 방향으로 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 제2 화소(217)의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들에 대한 계수들을 산출할 수 있다. 제어부(120)는, 제1 화소(227)의 값들이 두 개 이상의 피크 패턴을 보이는 경우, 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 위 두 개 이상의 피크 패턴 중 위 최소값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 제1 화소(227)의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성될 수 있다. 이 경우도 제어부(120)는 전술한 실시예에서와 마찬가지로 최소자승법을 적용하여 선형조합으로 표현된 폐동맥 압력과 침습적 방법으로 측정된 폐동맥 압력 간의 오차의 제곱을 최소화하는 방향으로 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 제1 화소(217)의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들에 대한 계수들을 산출할 수 있다. 제어부(120)는 제1 시점, 제2 시점, 피검자의 심전도, 피검자의 혈압(blood pressure), 피검자의 광용적맥파(PPG: photoplethysmography) 및 피검자의 심탄도(SCG: seismocardiography)를 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성될 수 있다. 폐동맥 압력을 산출함에 있어 여러 종류의 데이터를 복합적으로 반영할수록 더 정확한 폐동맥 압력 산출값을 얻는 것이 가능해진다. 제어부(120)는 산출된 폐동맥 압력을 이용하여 폐순환계저항(PVR: pulmonary vascular resistance)을 산출하도록 더 구성될 수 있다. 제어부(120)는 위 최소값 및 제1 시점, 즉 심실 박출 시간(TD_H)을 기초로 심장이 얼마나 수축할 수 있는지를 나타내는 척도인 심근수축도(contractility)를 산출하도록 더 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 위 최소값을 제1 시점의 값으로 나눈 값을 기초로 심근수축도를 산출하도록 구성된다.

제어부(120)는 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별하도록 더 구성될 수 있다. 여기서 제1 시점은 제2 시점 보다 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞선다. 제어부(120)는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하도록 더 구성될 수 있다. 피검자의 두 심주기 동안에 걸쳐 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들이 이산적 시점들에 따라 변하는 패턴을 예시하기 위한 도면인 도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 제1 시점 및 제2 시점은 기호(T1_1 및 T2_1)로 나타낸 이완기말(end diastole) 시점이다. 알려진 바와 같이, 이완기말 시점은 심장에 혈액이 제일 많이 찼을 때의 시점으로서, ECG 파형에서 R 파가 발생하는 시점으로부터 약 100ms 이전의 시점 또는 P 파가 끝나는 시점이다. 이러한 실시예에서 제어부(120)는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피(EDVV: end-diastolic ventricular volume) 변화량을 산출하도록 더 구성된다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 산출된 이완기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량(SV: stroke volume) 변화량을 이용하여 심근수축도를 산출하도록 더 구성된다. 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 제1 시점 및 제2 시점은 기호(T1_2 및 T2_2)로 나타낸 수축기말(end systole) 시점이다. 전술한 바와 같이, 수축기말 시점은 심실 박출 시간(TD_H)에 해당하는 시점으로서, 심장에서 혈액이 제일 많이 빠져 나갔을 때의 시간, 즉 심실의 수축이 멈추는 시간을 의미한다. 이러한 실시예에서 제어부(120)는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피(ESVV: end-systolic ventricular volume) 변화량을 산출하도록 더 구성된다. 일 실시예에서, 제어부(120)는 산출된 수축기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량 변화량을 이용하여 박출률(EF: ejection fraction)을 산출하도록 더 구성된다.

제어부(120)는, 하드웨어적 측면에서 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processors: DSPs), 디지털 신호 처리 소자(Digital Signal Processing Devices: DSPDs), 프로그램 가능 논리 소자(Programmable Logic Devices: PLDs), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Arrays: FPGAs), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서 (microprocessors) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(120)는 또한 전술한 하드웨어 플랫폼(platform) 상에서 실행 가능한 펌웨어(firmware)/소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 이 경우, 펌웨어/소프트웨어 모듈은 적절한 프로그램(program) 언어로 쓰여진 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 애플리케이션(software applications)에 의해 구현될 수 있다.

도 6은 EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 제1 실시예를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 방법은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 피검자의 심주기 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계(S605)로부터 시작된다. 일 실시예에서, EIT 영상들은 피검자의 가슴에 복수의 전극을 부착하여 피검자의 가슴 부분에 대한 임피던스 데이터를 획득하고 획득된 임피던스 데이터를 복원함으로써 획득될 수 있다. 단계(S610)에서는 복수의 이산적 시점들에서 각각 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별한다. 본 단계에서는 EIT 영상들에서 심장을 나타내는 영역(220)을 제1 관심 영역(225)으로 지정하고 제1 관심 영역(225)에서 제1 화소(227)를 선택하고, EIT 영상들에서 폐를 나타내는 영역(210)을 제2 관심 영역(215)으로 지정하고 제2 관심 영역(215)에서 제2 화소(217)를 선택할 수 있다. 여기서 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들은 모두 EIT 영상들이 획득된 이산적 시점들과 연관된다. 단계(S615)에서는 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출한다. 일 실시예에서, 제1 시점은 심실 박출 시간이며, 제2 시점은 폐 관류 시간이다. 본 단계에서는 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값 및 위 최대값을 기초로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 제2 화소의 값들이 두 개 이상의 피크 패턴을 보이는 경우 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 위 두 개 이상의 피크 패턴 중 위 최대값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 제2 화소의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 제1 화소의 값들이 두 개 이상의 피크 패턴을 보이는 경우 제1 시점, 제2 시점, 위 최소값, 위 최대값, 위 두 개 이상의 피크 패턴 중 위 최소값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 제1 화소의 피크 값들 및 이 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 제1 시점, 제2 시점, 피검자의 심전도, 피검자의 혈압, 피검자의 광용적맥파 및 피검자의 심탄도를 기초로 폐동맥 압력을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 산출된 폐동맥 압력을 이용하여 폐순환계저항을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 또한 위 최소값 및 제1 시점을 기초로 심근수축도를 산출할 수 있다.

도 7은 EIT에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학 변수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 제2 실시예를 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 방법은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 피검자의 복수의 심주기 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계(S705)로부터 시작된다. 단계(S710)에서는 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별한다. 여기서 제1 시점은 제2 시점 보다 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞선다. 단계(S715)에서는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출한다. 일 실시예에서 제1 시점 및 제2 시점은 이완기말 시점이며, 이러한 실시예에서 본 단계에서는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피 변화량을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 산출된 이완기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량 변화량을 이용하여 심근수축도를 산출할 수 있다. 일 실시예에서 제1 시점 및 제2 시점은 수축기말 시점이며, 이러한 실시예에서 본 단계에서는 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피 변화량을 산출할 수 있다. 본 단계에서는 또한 산출된 수축기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량 변화량을 이용하여 박출률을 산출할 수 있다.

이상의 설명에 있어서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 접속되거나 결합된다는 기재의 의미는 당해 구성 요소가 그 다른 구성 요소에 직접적으로 접속되거나 결합된다는 의미뿐만 아니라 이들이 그 사이에 개재된 하나 또는 그 이상의 타 구성 요소를 통해 접속되거나 결합될 수 있다는 의미를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이외에도 구성 요소들 간의 관계를 기술하기 위한 용어들(예컨대, '간에', '사이에' 등)도 유사한 의미로 해석되어야 한다.

본원에 개시된 실시예들에 있어서, 도시된 구성 요소들의 배치는 발명이 구현되는 환경 또는 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 일부 구성 요소가 생략되거나 몇몇 구성 요소들이 통합되어 하나로 실시될 수 있다. 또한 일부 구성 요소들의 배치 순서 및 연결이 변경될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예들은 첨부하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이고, 이러한 변형 실시예들이 본 발명의 기술적 사상이나 범위와 별개로 이해되어져서는 아니 될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 오직 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: 혈류역학 변수 산출 장치
110: 입력 인터페이스
120: 제어부
130: 저장부
140: 디스플레이부
TD_H: 심실 박출 시간
TD_L: 폐 관류 시간
MTT: 평균 통과 시간
T1_1, T2_1: 이완기말 시점
T1_2, T2_2: 수축기말 시점

Claims

EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하는 혈류역학 변수 산출 장치에서 상기 혈류역학 변수를 산출하는 방법으로서,
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기(cardiac cycle) 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계;
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하는 단계; - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 -, 및
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 EIT 영상들을 획득하는 단계는,
상기 피검자의 가슴에 복수의 전극을 부착하여 상기 피검자의 가슴 부분에 대한 임피던스(impedance) 데이터를 획득하는 단계; 및
상기 임피던스 데이터로부터 상기 EIT 영상들을 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 화소의 값들 및 제2 화소의 값들을 식별하는 단계는,
상기 EIT 영상들에서 상기 심장에 해당하는 영역을 제1 관심 영역(ROI: region of interest)으로 지정하고 상기 제1 관심 영역에서 상기 제1 화소를 선택하고, 상기 EIT 영상들에서 상기 폐에 해당하는 영역을 제2 관심 영역으로 지정하고 상기 제2 관심 영역에서 상기 제2 화소를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 시점은, 심실 박출 시간(ventricular ejection time)이며,
상기 제2 시점은, 폐 관류 시간(pulmonary perfusion time)인 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력(PAP: pulmonary artery pressure)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계는,
상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값 및 상기 최대값을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 화소의 값들은, 두 개 이상의 피크 패턴을 보이며,
상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계는,
상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값, 상기 최대값, 상기 두 개 이상의 피크 패턴 중 상기 최대값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 상기 제2 화소의 피크 값들 및 상기 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 화소의 값들은, 두 개 이상의 피크 패턴을 보이며,
상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계는,
상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값, 상기 최대값, 상기 두 개 이상의 피크 패턴 중 상기 최소값과 관련된 피크 패턴을 제외한 나머지 피크 패턴들에서의 상기 제1 화소의 피크 값들 및 상기 피크 값들과 연관된 시점들을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계는,
상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 피검자의 심전도(ECG: electrocardiography), 상기 피검자의 혈압(blood pressure), 상기 피검자의 광용적맥파(PPG: photoplethysmography) 및 상기 피검자의 심탄도(SCG: seismocardiography)를 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 산출된 폐동맥 압력을 이용하여 폐순환계저항(PVR: pulmonary vascular resistance)을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 최소값 및 상기 제1 시점을 기초로 심근수축도(contractility)를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하는 혈류역학 변수 산출 장치에서 상기 혈류역학 변수를 산출하는 방법으로서,
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 복수의 심주기 내의 이산적 시점들에서의 EIT 영상들을 획득하는 단계;
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 상기 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별하는 단계; - 상기 제1 시점은 상기 제2 시점 보다 상기 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞섬 -, 및
상기 혈류역학 변수 산출 장치에서, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은, 이완기말(end diastole) 시점이며,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피(EDVV: end-diastolic ventricular volume) 변화량을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 산출된 이완기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량(SV: stroke volume) 변화량을 이용하여 심근수축도를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은, 수축기말(end systole) 시점이며,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피(ESVV: end-systolic ventricular volume) 변화량을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 혈류역학 변수를 산출하는 단계는,
상기 산출된 수축기말심실부피 변화량 및 심주기 간의 일회 박출량 변화량을 이용하여 박출률(EF: ejection fraction)을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 방법.
EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하기 위한 장치로서,
EIT 영상들을 저장하는 저장부; - 상기 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 영상들임 -, 및
상기 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 제1 화소의 값들 및 폐에 해당하는 영역에서의 제2 화소의 값들을 식별하고 - 상기 제1 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관되며, 상기 제2 화소의 값들은 상기 이산적 시점들과 각각 연관됨 -, 상기 식별된 제1 화소의 값들 중 최소값과 연관된 제1 시점 및 상기 식별된 제2 화소의 값들 중 최대값과 연관된 제2 시점을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하도록 구성된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 시점은, 심실 박출 시간이며,
상기 제2 시점은, 폐 관류 시간인 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점을 기초로 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 시점, 상기 제2 시점, 상기 최소값 및 상기 최대값을 기초로 상기 폐동맥 압력을 산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최소값 및 상기 제1 시점을 기초로 심근수축도를 산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
EIT(Electrical Impedance Tomography)에 기반하여 피검자에 대한 혈류역학(hemodynamics) 변수를 산출하기 위한 장치로서,
EIT 영상들을 저장하는 저장부; - 상기 EIT 영상들은 피검자의 가슴 부분을 대상으로 하여 상기 피검자의 복수의 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 영상들임 -, 및
상기 복수의 심주기 중 제1 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 복수의 심주기 중 제2 심주기 내의 이산적 시점들에서 획득된 EIT 영상들에서 심장에 해당하는 영역에서의 화소의 값들 중 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 식별하고 - 상기 제1 시점은 상기 제2 시점 보다 상기 심주기에 해당하는 시간만큼 시간상으로 앞섬 -, 상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 적어도 하나의 혈류역학 변수를 산출하도록 구성된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 22에 있어서,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은, 이완기말 시점이며,
상기 제어부는,
상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 이완기말심실부피 변화량을 산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.
청구항 22에 있어서,
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점은, 수축기말 시점이며,
상기 제어부는,
상기 제1 시점에 해당하는 화소의 값 및 상기 제2 시점에 해당하는 화소의 값을 기초로 수축기말심실부피 변화량을 산출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 혈류역학 변수 산출 장치.