KR20230142892A - 방광 상태를 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

방광 상태를 측정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20230142892A
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Abstract

방광 상태를 측정하는 장치는 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 트랜스듀서 및 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 구하고, 상기 탄성도를 이용하여 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하는 제어부를 포함한다.

Description

방광 상태를 측정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BLADDER STATUS}
본 출원은 방광의 상태를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 비침습방법으로 방광 상태를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 내과적 질환 또는 신경과적 질환으로 소변 기능이 떨어진 경우에, 소변을 본 후에 잔뇨(residual urine)가 남으면 방광염 등 요로감염을 일으킨다. 이에 대해 의료분야에서는 방광 초음파 장비를 통해 혹은 요역동학 검사를 통하여 방광의 기능을 살펴보고 이를 토대로 치료한다.
그러나 현재의 방광 초음파 장비는 방광의 용적만 측정할 수 있어, 실질적으로 방광의 기능을 정확하게 검사하는데 한계가 있다. 또한, 요역동학 검사의 경우엔 환자의 방광내 식염수를 주입하는 침습적인 방법으로 방광 용적 및 압력을 측정할 수 있지만, 구체적으론, 환자의 요도를 통해 관을 삽입하고 관을 통해 방광에 물을 채워 넣어야 하기 때문에 환자로 하여금 수치심, 불편 등을 일으키는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 방광의 기능을 정확히 알기 위해 비침습적으로 방광 상태를 측정할 수 있는 장치 및 방법이 필요한 실정이다.
미국 특허 공개공보 2018-0214122
본 발명의 실시예는 비침습방법으로 방광의 용적 및 압력을 구하여 방광의 상태를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 방광 상태 측정 장치는 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 트랜스듀서; 및 상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 구하고, 상기 탄성도를 이용하여 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방광 상태 측정 장치는 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 트랜스듀서; 및 상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 측정하고, 상기 방광의 탄성도를 이용하여 상기 방광의 유순도(compliance)를 측정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 방광 상태 측정 방법은 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 구하는 단계; 및 상기 탄성도를 이용하여 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비침습방법으로 방광 상태를 측정할 수 있어 사용자나 환자로 하여금 비뇨기학적 검사 환경을 편리하게 개선할 수 있다.
본 출원의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방광 상태를 진단하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브를 이용하여 대상체에 전단파를 발생 및 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 제어부 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부의 화면에 나타난 초음파 영상 및 초음파 탄성 영상을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 의해 측정된 방광의 탄성도(Young's modulus)와 방광 내압(intravesical pressure)의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치로 방광의 상태를 측정한 다양한 영상을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치로 측정한 방광의 탄성도(Young's Modulus)와 방광의 부피에 따른 방광 유순도를 그래프로 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 의해 방광상태를 측정하는 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 ‘부’(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 ‘부’가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 ‘부’가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 '영상'은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 엑스레이 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다. 본 상세한 설명 및 청구범위에서 ‘대상체(object)’는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 "초음파 영상"이란 대상체로 송신되고, 대상체로부터 반사된 초음파 신호에 근거하여 처리된 대상체(object)에 대한 영상을 의미한다.
또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 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 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서, "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.
더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나 지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방광 상태를 진단하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
일 실시예에 따른 장치(1000)는 프로브(100), 초음파 송수신부(110), 제어부(120), 영상 처리부(130), 디스플레이부(140), 메모리부(150), 통신부(160), 및 입력부(170)를 포함할 수 있다.
장치(1000)는 카트형뿐만 아니라 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 장치의 예로는 프로브 및 어플리케이션을 포함하는 영상정보 시스템 뷰어 장치, 스마트 폰(smart phone), 포터블 디바이스, 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
프로브(100)는 초음파 송수신부(110)로부터 인가된 구동신호에 따라 대상체(10)에 초음파 신호를 송출하고, 대상체(10)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 프로브(100)는 하나 이상의 트랜스듀서(Transducer)들을 포함할 수 있고, 트랜스듀서는 전달되는 전기적 시호에 따라 진동하며 음향 에너지인 종파(Longitudinal Wave)나 전단파(Shear Wave) 등을 포함하는 초음파 신호를 발산한다. 또한, 프로브(100)는 장치(1000)와 일체형으로 구현되거나, 장치(1000)와 유무선으로 연결되는 분리형으로 구현될 수 있다. 또한, 장치(1000)는 구현 형태에 따라 하나 또는 복수의 프로브(100)를 구비할 수 있다.
송신부(113)는 프로브(100)에 구동신호를 공급하고, 수신부(115)는 프로브(100)로부터 수신되는 에코신호, 대상체(10, 예, 방광)에서 반사되어 나오는 초음파 신호를 처리한다. 수신부(115)는 내부에 증폭기, 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함하여 프로브(100)로부터 전송되는 아날로그 형태의 신호들을 디지털 신호로 변환 처리하여 제어부(120)으로 전송한다.
제어부(120)는 프로브(100)에 포함되는 복수의 트랜스듀서들의 위치 및 집속점을 고려하여, 디지털 변환된 수신 신호를 합산함으로써, 초음파 데이터를 생성하고, 이를 내부에 저장하거나 메모리부(150)에 저장하도록 장치(1000)를 구성하는 각 구성부를 제어한다.
영상 처리부(130)는 생성된 초음파 데이터를 이용하여, 제어부의 제어하에 영상 처리되어 초음파 영상을 생성한다. 초음파 영상은 A 모드(amplitude mode), B 모드(brightness mode) 및 M 모드(motion mode)에서 대상체를 스캔하여 획득된 그레이 스케일(gray scale)의 영상뿐만 아니라, 도플러 효과(doppler effect)를 이용하여 움직이는 대상체를 표현하는 도플러 영상일 수도 있다. 도플러 영상은, 혈액의 흐름을 나타내는 혈류 도플러 영상 (또는, 컬러 도플러 영상으로도 불림), 조직(tissue)의 움직임을 나타내는 조직 도플러 영상, 또는 대상체의 이동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럴 도플러 영상일 수 있다. 또한, 영상 처리부(130)는 대상체의 볼륨 데이터에 대한 볼륨 렌더링 과정을 거쳐 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있으며, 압력에 따른 대상체(10)의 변형 정도를 영상화한 탄성 영상을 생성할 수 있다. 추가로, 초음파 영상 상에 여러가지 부가정보를 텍스트, 그래픽화하여 표현할 수 있다. 이렇게 생성된 초음파 영상은 메모리부(150)에 저장될 수 있다.
일 실시예로, 디스플레이부(140)는 생성된 초음파 영상 및 장치(1000)에서 처리되는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 장치(1000)는 구현 형태에 따라 하나 또는 복수의 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이부(140)는 터치패널과 결합하여 터치 스크린으로 구현될 수 있다.
일 실시예로, 제어부(120)는 장치(1000)의 전반적인 동작 및 장치(1000)의 내부 구성 요소들 사이의 신호 흐름을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 장치(1000)의 기능을 수행하기 위한 프로그램 또는 데이터를 저장하는 메모리, 및 프로그램 또는 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 입력부(170) 또는 외부 장치로부터 제어신호를 수신하여, 장치(1000)의 동작을 제어할 수 있다.
장치(1000)는 통신부(160)를 포함하며, 통신부(160)를 통해 외부 장치(예를 들면, 서버, 의료 장치, 휴대 장치(스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결할 수 있다.
일 실시예로, 통신부(160)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultrawide band), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로, 유선 통신 모듈은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 개시된 실시예에 의한 유선 통신은 트위스티드 페어 케이블(twisted pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등을 이용할 수 있다.
일 실시예로, 통신부(160)는 외부 장치로부터 제어 신호 및 데이터를 수신하고, 수신된 제어 신호를 제어부(120)에 전달하여 제어부(120)로 하여금 수신된 제어 신호에 따라 초음파 영상장치(100)를 제어하도록 하는 것도 가능하다. 또는, 제어부(120)가 통신부(160)를 통해 외부 장치에 제어 신호를 송신함으로써, 외부 장치를 제어부의 제어신호에 따라 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, 외부 장치는 통신부를 통해 수신된 제어부의 제어 신호에 따라 외부 장치의 데이터를 처리할 수 있다. 외부 장치에는 장치(1000)를 제어할 수 있는 프로그램이 설치될 수 있는 바, 이 프로그램은 제어부(120)의 동작의 일부 또는 전부를 수행하는 명령어를 포함할 수 있다. 프로그램은 외부 장치에 미리 설치될 수도 있고, 외부장치의 사용자가 어플리케이션을 제공하는 서버로부터 프로그램을 다운로드하여 설치하는 것도 가능하다. 어플리케이션을 제공하는 서버에는 해당 프로그램이 저장된 기록매체가 포함될 수 있다.
일 실시예로, 통신부(160)는 의료 영상 정보 시스템(PACS)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을수 있다. 또한, 통신부(160)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
일 실시예로, 통신부(160)는 네트워크를 통해 대상체(10)의 초음파 영상, 초음파 데이터, 도플러 데이터 등 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT 장치, MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 장치에서 촬영한 의료영상 또한 송수신할 수 있다. 또한, 통신부(160)는 대상체(10)의 진단에 활용될 수 있는 환자의 진단 이력이나 치료일정 등에 관한 정보를 서버로부터 수신할 수도 있다. 통신부(160)는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말기와 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
일 실시예로, 메모리부(150)는 장치(1000)를 구동하고 제어하기 위한 다양한 데이터 또는 프로그램, 입/출력되는 초음파 데이터, 획득된 초음파 영상 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(150)는 장치(1000)내에서 수행되는 알고리즘이나 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부(150)는 플래시 메모리, 하드디스크, EEPROM 등 여러가지 종류의 저장매체로 구현될 수 있다.
일 실시예로, 메모리부(150)에는 학습 네트워크 모델이 저장될 수 있다. 학습 네트워크 모델은 인간의 뇌 구조를 컴퓨터 상에서 모의하도록 설계될 수 있다. 예를들어, 학습 네트워크 모델은 인간의 신경망의 뉴런(neuron)을 모의하는, 가중치를 가지는 복수의 네트워크 노드들을 포함할 수 있다. 복수의 네트워크 노드들은 뉴런이 시냅스(synapse)를 통하여 신호를 주고받는 시냅틱(synaptic) 활동을 모의하도록 각각 연결 관계를 형성할 수 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은, 일 예로, 인공 지능 신경망 모델, 또는 신경망 모델에서 발전한 딥 러닝 네트워크 모델을 포함할 수 있다. 딥 러닝 네트워크 모델에서 복수의 네트워크 노드들은 서로 다른 깊이(또는, 레이어)에 위치하면서 컨볼루션(convolution) 연결 관계에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은, 일 예로, 소프트웨어 모듈로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈(예로, 명령어(instruction)를 포함하는 프로그램 모듈)로 구현되는 경우, 학습 네트워크 모델은 컴퓨터로 읽을 수 있는 판독가능한 기록매체(computer readable media)에 저장될 수 있다. 이 경우, 컴퓨터로 읽을 수 있는 판독 가능한 기록매체(computer readable media)는 메모리부(150)의 적어도 일부가 될 수 있다. 다른 예로, 학습 네트워크 모델은 하드웨어 칩 형태로 집적되어 전술한 제어부(120)의 일부가 될 수도 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은 인공 지능(AI; artificial intelligence)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될수도 있고, 또는 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예, GPU)의 일부로 제작되어 제어부로써의 역할을 수행할 수도 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은 소프트웨어 모듈 또는 하드웨어 칩 형태로 제작되어 AI 클라우드 서버에 위치할 수도 있다. 이 경우, 장치(1000)는 초음파 영상을 통신부(160)를 통해 서버로 전송할 수 있다. 서버는 AI 클라우드 서버일 수 있다. 초음파 영상은 예로 소노그래퍼가 프로토콜에 따라 장치(1000)를 조작하여 취득한 영상일 수 있다. AI 클라우드 서버는 장치(1000)로부터 수신된 초음파 영상을 학습 네트워크 모델로 입력하여 상기 초음파 영상을 분석하고, 프로토콜 준수 여부 및 추가 촬영 필요성에 대한 정보를 장치(1000)로 전송할 수 있다.
초음파 영상 분석은 초음파 영상에 나타난 대상체의 특징정보를 추출함으로써 이루어질 수 있고, 대상체의 특징정보는 대상체의 특성 혹은 상태를 알 수 있는 정보, 예를들어, 대상체의 탄성도(Young's Modulus) 혹은 유순도(Compliance) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. AI 클라우드 서버에 위치한 학습 네트워크 모델이 소프트웨어 모듈로 구현되는 경우, 학습 네트워크 모델은 컴퓨터로 읽을 수 있는 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있다. 이 경우, 컴퓨터로 읽을 수 있는 판독 가능한 기록매체는 AI 클라우드 서버의 메모리가 될 수 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은 AI 클라우드 서버에서 생성될 수 있다. AI 클라우드 서버는, 예로, 장치(100)의 제조사의 서버, 관리자의 서버 또는 제조사 또는 관리자가 위탁 또는 임대한 제 3 자의 서버가 될수 있다. AI 클라우드 서버는 학습 네트워크 모델을 생성 또는 업데이트만 하는 서버일 수도 있고, 또는, 장치(1000)로부터 초음파 영상을 수신하고, 학습 네트워크 모델을 이용하여 분석한 결과를 제공하는 서버가 될 수도 있다. AI 클라우드 서버는 학습 데이터를 이용하여 학습 네트워크 모델을 학습시킬 수 있다. 학습 데이터는, 예로, 다양한 환자들의 환자 정보가 될 수 있다. 환자 정보는 환자들의 나이, 성별, 병명 및 그에 따른 의료영상 정보를 포함할 수 있다. 의료 영상 정보는 초음파 영상, 엑스선 영상, MRI 영상 및 CT 영상을 포함할 수 있다. 학습 데이터는 장치(1000)의 제조사 또는 관리자에 의하여 병원 또는 의사로부터 수집될 수도 있고, 또는, 장치(1000)에서 학습 네트워크 모델을 이용하여 획득한 결과가 학습 데이터로 다시 이용될 수도 있다.
일 실시예로, 학습 네트워크 모델은 주기적 또는 비주기적으로 업데이트될 수 있다. 비주기적으로 업데이트되는 경우는, 예로, 관리자의 요청이 있거나 또는 학습 데이터가 일정 용량 이상 수집된 경우가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 학습 네트워크 모델의 생성 과정이 장치(1000)에서 직접 수행될 수도 있다. 즉, 장치(1000)는 학습 네트워크 모델의 학습, 업데이트 및 학습 네트워크 모델을 이용한 초음파 영상 분석까지 수행할 수 있다. 또한, AI 클라우드 서버는 복수의 서버들로 구성될 수 있다. AI 클라우드 서버는 인터넷 환경에서 서로 연결된 다양한 장치(서버, 클라이언트 등)의 리소스를 이용하여 데이터를 저장 및 처리하는 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 학습 네트워크 모델은은 최적의 진단 프로토콜 및 이에 대한 영상을 추정하도록 설정될(configured) 수 있다. 학습 네트워크 모델이 전술한 목적을 가지고 설정된다는 것은, 학습 네트워크 모델이 다양한 사례에 대응 가능한 일반적인 학습 네트워크 모델이 아닌 특정 목적을 위하여 학습되고, 이에 따라 학습 네트워크 모델의 내부가 상기 목적에 맞게 구현된 것을 의미할 수 있다.
입력부(170)는, 장치(1000)를 제어하기 위한 사용자의 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 입력은 버튼, 키 패드, 마우스, 트랙볼, 조그 스위치, 놉(knop) 등을 조작하는 입력, 터치 패드나 터치 스크린을 터치하는 입력, 음성 입력, 모션 입력, 생체 정보 입력(예를 들어, 홍채 인식, 지문 인식 등) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 프로브(100)의 트랜스듀서는 대상체(object)에 초음파를 조사하여 조사 초점으로부터 대상체로 전달되는 전단파를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 전단파를 발생시키기 위해 트랜스듀서로부터 조사되는 초음파는, 일반적인 초음파 영상을 획득하기 위해 조사되는 초음파보다 낮은 주파수를 가질 수 있다. 전단파를 발생시키기 위해 조사 초점에 조사되는 초음파를 이하, "포커스 빔"이라 칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브(100)를 이용하여 대상체(예, 방광)에 전단파를 발생 및 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 대상체(ob)에 포커스 빔을 조사하면, 포커스 지점에서 전단파가 발생하고(a), 조사된 초음파에 대응하는 반사 초음파를 수신하여(b) 이에 대응하는 전기적 신호인, 초음파 탄성 신호를 생성한다. 대상체(ob)는 방광일 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서(111)가 대상체(ob)로부터 반사 초음파를 수신하면, 트랜스듀서(111)를 구성하는 압전 진동자나 박막은 수신된 초음파에 대응하여 진동한다. 트랜스듀서(111)는 압전 진동자나 박막의 진동 주파수에 대응하는 주파수의 교류 전류를 생성하여 초음파를 전기적 신호(즉, 초음파 탄성 신호)로 변환한다. 트랜스듀서(111)는 복수개로 이루어져 트랜스듀서 어레이(112)로 구성될 수 있다.
전단파가 매질을 따라 전달될 경우, 제어부는 전단파의 전파 속도를 측정하여 매질의 전단 탄성 계수를 측정할 수 있고, 전단 탄성 계수로부터 측정된 대상체의 탄성도(Young's Modulus)를 정량적으로 디스플레이를 통해 표시할 수 있다. 바람직하게는 전단 탄성 계수로부터 방광 내벽의 탄성도가 정량적으로 디스플레이를 통해 표시될 수 있다. 이와 같이 대상체의 탄성도를 정량적으로 표시한 영상을 초음파 탄성 영상이라 한다.
트랜스듀서(111)는 이러한 "초음파 탄성 영상"을 획득하기 위해 조사 초점에 포커스 빔을 조사하여, 조사 초점으로부터 대상체(ob)로 전달되는 전단파를 발생시킨다.
초음파 탄성 신호는 영상 처리부(130)에 공급되고, 영상 처리부(130)에 의해 신호 처리되어 초음파 영상 및 초음파 탄성 영상이 생성된다. 생성된 영상들은 메모리부(150)에 저장되고, 저장된 초음파 영상과 초음파 탄성 영상을 사용자가 방광 내부의 구조나 조직의 상태 등을 시각적으로 확인할 수 있도록 디스플레이부(140)에 표시될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 제어부 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 일 실시예 따른 제어부(120)는 부피 측정부(121), 압력 측정부(123) 및 유순도 측정부(125)를 포함할 수 있다. 부피 측정부(121)는 방광의 부피를 측정하기 위한 것으로, 트랜스듀서가 방광의 다수면을 스캔하는 초음파 신호를 발산하고, 다수개의 방광 스캔면에 대한 초음파 신호들을 수신하면, 제어부의 부피 측정부(121)는 수신된 초음파 신호를 이용하여 방광의 부피를 측정할 수 있다. 부피 측정부(121)는 트랜스듀서가 방광내의 소변으로 반사되어 나오는 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파 신호를 이용하여 대상물인 방광의 소변 체적값을 구하고, 이를 이용하여 방광의 부피를 측정할 수 있다. 일 실시에서, 부피 측정부(121)는 방광의 부피를 측정하는데 있어서 상술한 방법이외에도 다양한 방법으로 측정할 수 있다.
압력 측정부(123)는 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하기 위한 것으로, 방광 내압은 앞서 설명한 바와 같이, 트랜스듀서에서 조사한 초음파 신호를 기초하여 얻어진 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 이용하여 측정될 수 있다. 즉, 방광 내압은 방광의 탄성도와 상관관계를 나타낼 수 있는 통계론적 관계식, y= 0.5x + 4.8 (y는 탄성도, x는 방광 내압)을 통해 계산되어 측정 될수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
유순도 측정부(125)는 방광의 유순도(compliance)를 측정하기 위한 것으로, 방광의 유순도는 방광의 정상 기능여부를 측정하기 위한 지표로써, 앞서 측정된 방광의 부피와 방광의 탄성도를 이용하여 방광의 유순도를 측정할 수 있다. 방광의 유순도는 방광 부피에 따라 변하는 디스플레이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치로 방광의 상태를 측정한 영상을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 디스플레이부에 나타나는 영상은 초음파 영상(41)과 초음파 탄성영상(43)을 포함할 수 있다. 영상은 도시된 바와 같이 독립적으로 출력될 수 있지만, 초음파 영상(41)과 초음파 탄성영상(43)은 겹쳐서(overlay) 출력될 수 있다.
출력된 초음파 탄성영상(43)은 미리 설정된 관심점(P)으로부터 설정된 관심 영역(Region of Interest; ROI)을 포함할 수 있다. 미리 설정된 관심점(P)은 메모리부(150)에 미리 저장된 방광(예를들어, 방광의 내벽)의 어느 한 지점의 좌표 정보일 수 있고, 사용자의 조작에 따라 입력부(170)를 통해 입력된 지점일 수 있다.
초음파 탄성영상(43)은 관심영역(ROI)의 각 지점의 탄성도에 따라 미리 설정된 색으로 표현되어 디스플레이 될 수 있다. 예를들어, 도시된 바와 같이, 초음파 탄성영상(43)에서 탄성도가 낮은 지점은 붉게 표현되고, 탄성도가 높은 지점은 푸르게 표현될 수 있다. 미리 설정된 색상은 붉은색, 푸른색으로 한정되지 않고, 사용자의 설정에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 탄성도는 제어부(120)에서 측정된 전단 탄성 계수로 산출될 수 있고, 초음파 탄성영상(43)은 산출된 탄성도에 기초하여 영상처리부(130)에 의해 생성된다.
또한, 초음파 탄성영상(43)은 관심영역의 각 지점의 탄성도가 수치로 디스플레이 될 수 있다. 이 경우, 도시된 바와 같이, 각 지점에서의 최소(Min) 혹은 최대(Max) 탄성도가 수치화되어 나타날 수 있고, 최소 혹은 최대 탄성도의 평균(Mean)값을 나타낼 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 의해 측정된 방광의 탄성도(Young's modulus)와 방광 내압(intravesical pressure)의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 장치에 의해 측정된 방광의 탄성도와 방광 내압간의 통계론적 상관관계를 나타내는 결정계수(R2)가 0.52값을 가져 두 파라미터 간의 상관성이 높음을 알 수 있다. 이에 표시된 바와 같이 방광의 탄성도와 방광 내압간의 통계론적 관계식(y=0.5x+4.8)을 앞서 상술한 바와 같이 구할 수 있다.
이러한 통계론적 관계식은, 장치에 의해 측정되지 않은 방광 내압을 계산하는데 기초가 될 수 있다. 통계론적 관계식은 추가적인 방광의 탄성도와 방광 내압간의 데이터의 분포에 따라 결정계수가 달라질 수 있고, 이에 따라 관계식이 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치로 방광의 상태를 측정한 다양한 영상을 나타낸 도이다. 앞서 도 4에서 설명한 바에 기초하여 볼 때, (a)의 영상에서, 초음파 탄성 영상의 경우, 관심영역(즉, 방광의 내벽)의 탄성도가 낮은 것을 시각적(붉은색)으로 나타낸 것이고, (b)의 영상에서, 초음파 탄성 영상의 경우, 관심영역(즉, 방광의 내벽)의 탄성도가 높은 것을 시각적(푸른색)으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치로 측정한 방광의 탄성도(Young's Modulus)와 방광의 부피에 따른 방광 유순도를 그래프로 나타낸 도이다.
도시된 방광 유순도 그래프는 측정된 방광 유순도가 제어부에 의해 디지털 혹은 이미지 처리되어 나타난 것으로, 이를 통해 방광 상태를 측정할 수 있다. 예를 들어, (a) 그래프는, 방광의 부피가 작거나 큰 경우 (즉, 방광내에 소변이 적은 상태 혹은 소변이 가득 찬 상태) 모두, 방광 유순도(Compliance)가 낮은 것으로, 이런 경우는 방광 상태가 환자군으로 분류될 수 있다. (b) 그래프는, 방광의 부피가 작은 경우(즉, 방광내 소변이 적은 상태), 방광 유순도(Compliance)가 낮고, 방광의 부피가 큰 경우(즉, 방광내 소변이 가득 찬 상태), 방광 유순도(Compliance)가 높은 것으로, 이런 경우는 방광상태가 정상군으로 분류될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 의해 방광상태를 측정하는 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8를 참조하면, 810단계에서, 프로브에서 발산한 초음파를 방광에 조사하고 방광으로부터 반사된 초음파 신호를 수신한다. 수신된 초음파 신호를 이용하여 방광 영상을 생성한다. 이때, 방광 영상은 초음파 영상과 초음파 탄성영상을 포함할 수 있고, 생성된 영상들은 디스플레이부를 통해 디스플레이 될 수 있다.
820단계에서, 사용자의 조작에 의해 초음파 탄성영상에서 방광의 관심영역이 추출되고, 추출된 관심영역에 대한 방광의 탄성도가 디스플레이 될 수 있다. 탄성도는 수신된 초음파 신호의 전단 탄성계수로 산출될 수 있고, 수치화 되거나 미리 설정된 색으로 디스플레이 될 수 있다.
830 단계에서, 측정된 방광의 탄성도를 이용하여 통계식에 기초하여 방광 내압을 측정할 수 있다. 통계식은 앞서 설명한 식을 이용할 수 있다.
840단계에서, 수신된 초음파 신호를 이용하여 방광의 부피를 측정하고, 방광의 부피를 측정하는 방법은 방광에 대해 다수개로 스캔하거나 방광내에 소변의 체적을 이용하여 측정될 수 있지만, 다양한 방법으로 측정될 수 있다.
850단계에서, 측정된 방광 내압과 방광의 부피를 이용하여 방광의 유순도를 측정할 수 있다. 측정된 유순도는 시각적으로 표현되도록 수치화 되어 디스플레이 될 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방광상태 측정방법은 시계열적인 방법으로 해석될 수 있지만, 임의의 단계들은 시간적으로 동시 이루어질 수 있고, 시간적인 순서가 바꾸어 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 초음파 신호를 영상처리하기 위한 영상 처리부나 영상 처리하여 생성된 초음파 영상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이부 없이도, 방광으로부터 수신된 초음파 신호를 이용하여 제어부에 의해 수치적으로 방광의 탄성도나 방광의 부피를 측정하여 방광상태를 측정할 수 있다. 이에 따라 장치는 포터블 디바이스로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 별도의 디바이스를 이용하여 측정된 방광의 부피 데이터를 활용하고, 방광의 탄성도를 측정하여 방광상태를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 대상체(방광)
100: 프로브
110: 초음파 송수신부
113: 송신부
115: 수신부
120: 제어부
130: 영상 처리부
140: 디스플레이부
150: 메모리부
160: 통신부
170: 입력부

Claims (13)

  1. 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 트랜스듀서; 및
    상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 구하고, 상기 탄성도를 이용하여 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하는 제어부
    를 포함하는 방광 상태 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방광 내압은 다음 통계식, y= 0.5x + 4.8 (y는 탄성도, x는 방광 내압)을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 부피(Volume)를 측정하고, 상기 방광의 부피와 상기 방광 내압을 이용하여 상기 방광의 유순도(Compliance)를 측정하는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초음파 탄성 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 방광의 유순도는 상기 제어부에 의해 수치화 되어 상기 디스플레이부를 통해 그래프로 나타나는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 관심영역에 대한 탄성도를 나타내는 초음파 탄성 영상을 생성하는 영상처리부; 및
    상기 초음파 탄성 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방광의 관심영역은 상기 방광의 내벽인 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 탄성 영상은 상기 관심영역의 탄성도에 따라 미리 설정된 색상으로 표현되는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 탄성 영상이 저장되는 메모리부를 더 포함하고,
    상기 메모리부 및 상기 제어부 중 적어도 어느 하나는 학습 네트워크 모델을 포함하고,
    상기 제어부는 학습 네트워크 모델을 이용하여 상기 초음파 탄성 영상에 나타난 상기 방광의 관심영역의 특징정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 특징정보는 상기 방광의 탄성도 혹은 유순도(Compliance)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 장치.
  10. 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 트랜스듀서; 및
    상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 측정하고, 상기 방광의 탄성도를 이용하여 상기 방광의 유순도(Compliance)를 측정하는 제어부
    를 포함하는 방광 상태 측정 장치.
  11. 방광에 초음파 신호를 발산하고, 상기 방광으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 탄성도(Young's Modulus)를 구하는 단계; 및
    상기 탄성도를 이용하여 방광 내압(intravesical pressure)을 측정하는 단계를 포함하는 방광 상태 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방광 내압은 다음 통계식, y= 0.5x + 4.8 (y는 탄성도, x는 방광 내압)을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수신된 초음파 신호를 이용하여 상기 방광의 부피(Volume)를 측정하는 단계;
    상기 방광의 부피와 상기 방광 내압을 이용하여 상기 방광의 유순도(Compliance)를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방광 상태 측정 방법.
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