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문제 정의
- 따라서 본 연구는 임상에서 사용되는 초음파진단 장비를 이용하여 혈관협착의 올바른 진단을 위한 품질보증에 이용되는 혈관협착 팬텀의 제작하기 위하여 임상에서 쉽게 구할 수 있는 혈관 조영제를 주입하는 자동 주입기를 이용하여 혈관협착을 가지는 팬텀을 직접 제작하고, 혈괸협칙.
- 따라서 본 연구는 임상에서 사용되는 초음파진단장비를 이용하여 혈관협착의 올바른 진단을 위한 품질보증에 이용되는 혈관협착 팬텀의 제작하기 위하여 임상에서 쉽게 구할 수 있는 혈관 조영제를 주입하는 자동 주입기를 이용하여 혈관협착을 가지는 팬텀을 직접 제작하고, 혈관협착의 진단과 괸련된 파워도플러의 파라메타에 따른 영향을 평가하여 혈관협착 진단의 수용성을 평가하고 이에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
- 의 진딘-과 괸련된 파워도플러의 파라메타에 따른 영향을 평가하여 혈관협착 진단의 今용성을 평가하고 이에 따른 기초 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- [14, 16] 실리콘으로 자체 제작한 혈관협착 팬텀에서 정상혈관의 직경 D를 8 mm, 혈관협착 부위의 직경 d를 2.4 mm로 하였을 때 혈관협착의 정도 D—rl 는 S(%) = (—万-■) X 100 에 의해 70%의 혈관협착을 가지도록 제작하였다.
- 또한 감쇠가 0.3 dB/cmMHz, 음속이 1, 540 m/s인 인체 조직과 유사한 음향 특성을 가지는 젤라틴을 이용흐卜 여 실리콘 튜브를 6X10X8 cm로 제작하여 혈관협착 부위를 감싸도록 하였으며, 실리콘 튜브와 아크릴 박스를 고정 시켜주기 위해 혈관협착 팬텀의 양쪽으로 아크릴로 제작한 튜브를 연장하여 실리콘 튜브가 휘는 것을 방지하였다.
- 또한 감쇠가 0.3 dB/cmMHz, 음속이 1,540 m/s인 인체 조직과 유사한 음향 특성을 가지는 젤라틴을 이용하여 실리콘 튜브를 6X10X8 cm로 제작하여 혈관협착 부위를 감싸도록 하였으며, 실리콘 튜브와 아크릴 박스를 고정 시켜주기 위해 혈관협착 팬텀의 양쪽으로 아크릴로 제작한 튜브를 연장하여 실리콘 튜브가 휘는 것을 방지하였다.
- 모조혈액은 혈액과 유사한 점도를 유지 시켜주기 위하여 글리세롤 33 %와 증류수를 혼합하여 제작하였으며, 혈관내의 적혈구를 대신하여 지름 5 µm의 녹말입자를 넣어 인체의 혈관에서 흐르는 혈액과 유사 하도록 만들었다 [16] 또한 모조 혈액이 혈관협착 팬텀으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 3way clamp를 이용하였으며, 모조 혈액 내의 녹말 입자가，침전되지 않도록 저장소에서 교반 시켜주었다.
- 모조혈액은 혈액과 유사한 점도를 유지 시켜주기 위하여 글리세롤 33 %와 증류수를 혼합하여 제작하였으며, 혈관내의 적혈구를 대신하여 지름 5 ㎛의 녹말 입자를 넣어 인체의 혈관에서 흐르는 혈액과 유사 하도록 만들었다 [16] 또한 모조 혈액이 혈관협착 팬텀으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 3way clamp를 이용하였으며, 모조 혈액 내의 녹말 입자가, 침전되지 않도록 저장소에서 교반 시켜주었다.
- 본 실험에서 사용한 조영제 자동주입기 (EmpowerCT, EZEM, USA)는 듀얼 시스템으로 주입 조정 장치에서 일정한 흐름의 데이터를 입력하면 실린지를 통하여 실리콘 튜브로 모조혈액을 흘려보내는 장치이며, 200 mL 실린지는 전자적으로 제어되며 장착되어 있는 소프트웨어를 사용하여 자동 주입기의 실린지에 일정한 모조혈액이 흐르도록 구성하였다. 모조혈액의 유동속도는 도플러 스팩트럼을 이용하여 수축기 최고속도와 이완기 최저속도를 측정하여 펄스가 있는 혈류를 만들었으며, 경동맥과 신동맥의 수축기 최고속도와 이완기 최저속도를 기준으로 0.4-2 m/s로 조정하여 사용하였으며, 4번의 주기 중에서 첫 번째 주기는 실험 시스템을 유지하기 위해 제외 시켰으며, 나머지 2〜4주기에 해당하는 흐름에서 데이터를 수집하도록 하였다. 모조혈액은 혈액과 유사한 점도를 유지 시켜주기 위하여 글리세롤 33 %와 증류수를 혼합하여 제작하였으며, 혈관내의 적혈구를 대신하여 지름 5 µm의 녹말입자를 넣어 인체의 혈관에서 흐르는 혈액과 유사 하도록 만들었다 [16] 또한 모조 혈액이 혈관협착 팬텀으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 3way clamp를 이용하였으며, 모조 혈액 내의 녹말 입자가，침전되지 않도록 저장소에서 교반 시켜주었다.
- 모조혈액의 유동속도는 도플러 스팩트럼을 이용하여 수축기 최고속도와 이완기 최저속도를 측정하여 펄스가 있는 혈류를 만들었으며, 경동맥과 신동맥의 수축기 최고속도와 이완기 최저속도를 기준으로 0.4-2 m/s로 조정하여 사용하였으며, 4번의 주기 중에서 첫 번째 주기는 실험 시스템을 유지하기 위해 제외 시켰으며, 나머지 2〜4주기에 해당하는 흐름에서 데이터를 수집하도록 하였다.
- 본 실험에서 사용한 조영제 자동주입기 (EmpowerCT, EZEM, USA)는 듀얼 시스템으로 주입 조정 장치에서 일정한 흐름의 데이터를 입력하면 실린지를 통하여 실리콘 튜브로 모조혈액을 흘려보내는 장치이며, 200 mL 실린지는 전자적으로 제어되며 장착되어 있는 소프트웨어를 사용하여 자동 주입기의 실린지에 일정한 모조혈액이 흐르도록 구성하였다.
- 본 연구에서 제작한 혈관협착 팬텀을 파워 도플러를 이용하여 기본적으로 평가하여 보았다. 그림 3은 혈관협착 팬텀의 초음파 영상을 나타낸 것으로 혈관협착 팬텀의 직경 측정은 초음파진단장비의 길이 측정 알고리즘을 사용하였으며, 정상혈관은 8 mm, 혈관 협착은 2.
- 본 연구에서 제작한 혈관협착 팬텀을 파워 도플러를 이용하여 기본적으로 평가하여 보았다.
- 본 연구에서는 파워 도플러가 칼라 도플러에 비하여 엘리어싱이 없고 빔의 각도에 영향을 받지 않으며 낮은 혈류 흐름에서도 영상이 개선되는 파워 도플러를 사용하여 제작된 혈관협착 팬텀의 유용성을 초음파 진단장치의 영상 파라메타인 이득 PRF, 필터, 각도 등의 변수를 조절하여 영상을 평가하였다.
- 본 연구에서는 파워 도플러가 칼라 도플러에 비하여 엘리어싱이 없고 빔의 각도에 영향을 받지 않으며 낮은 혈류 흐름에서도 영상이 개선되는 파워 도플러를 사용하여 제작된 혈관협착 팬텀의 유용성을 초음파 진단장치의 영상 파라메타인 이득 PRF, 필터, 각도 등의 변수를 조절하여 영상을 평가하였다.
- 아크릴 박스의 벽은 다중반사 아티팩트를 최소화 할 수 있는 폴리우레탄을 이용하여 흡읍층으로 내벽을 감싸도록 제작하였다.
- 3 dB/cmMHz, 음속이 1,540 m/s인 인체 조직과 유사한 음향 특성을 가지는 젤라틴을 이용하여 실리콘 튜브를 6X10X8 cm로 제작하여 혈관협착 부위를 감싸도록 하였으며, 실리콘 튜브와 아크릴 박스를 고정 시켜주기 위해 혈관협착 팬텀의 양쪽으로 아크릴로 제작한 튜브를 연장하여 실리콘 튜브가 휘는 것을 방지하였다. 아크릴 박스의 벽은 다중반사 아티팩트를 최소화 할 수 있는 폴리우레탄을 이용하여 흡읍층으로 내벽을 감싸도록 제작하였다. [14, 16] 실리콘으로 자체 제작한 혈관협착 팬텀에서 정상혈관의 직경 D를 8 mm, 혈관협착 부위의 직경 d를 2.
- 인체의 약 70%가 수분으로 되어있다는 점을 감안하여 수조 내부에 증류수를 채운 아크릴 박스 (8X11X13 cm)와 혈관협착을 만든 실리콘 튜브로 양측에 직경이 8 mm인 정상혈관과 혈괸협착 부위를 나타내는 가운데에는 직경이 2.4 mm인 혈관협착의 팬텀을 제작하였다.
- 그림 1은 본 실험 에서 제작한 혈관협착 팬텀을 나타낸 것이다. 인체의 약 70%가 수분으로 되어있다는 점을 감안하여 수조 내부에 증류수를 채운 아크릴 박스(8X11X13 cm)와 혈관협착을 만든 실리콘 튜브로 양측에 직경이 8 mm인 정상혈관과 혈관협착 부위를 나타내는 가운데에는 직경이 2.4 mm인 혈관협착의 팬텀을 제작하였다. 또한 감쇠가 0.
- 진단용 초음파 장비의 품질보증을 위한 혈관 협착의 혈류 정보와 협착 정도를 연구하기 위한 팬텀을 임상에서 쉽게 취급하는 자동 주입기를 이용하여 혈관 협착 팬텀을 제작하였으며, 제작된 혈관협착 팬텀의 유용성을 확인하기 위하여 파워도플러 모드에 대한 혈관협착의 정도를 확인하기 위하여 파워도플러에서 제시된 파라메타의 적절한 조정범위를 확인하였다. B-모드를 이용한 초음파 영상으로 정상 혈관의 직경과 협착 혈관의 직경을 측정한 결과 제작된 혈관협착 팬텀의 직경과 일치함을 확인하였다.
- 진단용 초음파 장비의 품질보증을 위한 혈관 협착의 혈류 정보와 협착 정도를 연구하기 위한 팬텀을 임상에서 쉽게 취급하는 자동 주입기를 이용하여 혈관 협착 팬텀을 제작하였으며, 제작된 혈관협착 팬텀의 유용성을 확인하기 위하여 파워도플러 모드에 대한 혈관협착의 정도를 확인하기 위하여 파워도플러에서 제시된 파라메타의 적절한 조정범위를 확인하였다.
- 모조혈액은 혈액과 유사한 점도를 유지 시켜주기 위하여 글리세롤 33 %와 증류수를 혼합하여 제작하였으며, 혈관내의 적혈구를 대신하여 지름 5 µm의 녹말입자를 넣어 인체의 혈관에서 흐르는 혈액과 유사 하도록 만들었다 [16] 또한 모조 혈액이 혈관협착 팬텀으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 3way clamp를 이용하였으며, 모조 혈액 내의 녹말 입자가，침전되지 않도록 저장소에서 교반 시켜주었다. 혈관협착 팬텀 내부의 초음파 영상을 획득하기 위하여 초음파 진단장치 (SA-6000C, medison, korea)의 파워도플러 모드에서 평면형 탐촉자 (HL5-7 : 7.5 MHz)와 곡면형 (C3-7ED : 3.5~5 MHz) 탐촉자를 이용하여 제작된 협착혈류 팬텀의 특성을 조사하고 파워 도플러의 영상 조절 파라메타인 이득, PRF (pulse repetition frequency), 필터, 각도의 변화에 대한 특성 평가를 하였으며, 혈관협착의 영상을 종축과 횡축으로 확인하여 보았다.
성능/효과
- 진단용 초음파 장비의 품질보증을 위한 혈관 협착의 혈류 정보와 협착 정도를 연구하기 위한 팬텀을 임상에서 쉽게 취급하는 자동 주입기를 이용하여 혈관 협착 팬텀을 제작하였으며, 제작된 혈관협착 팬텀의 유용성을 확인하기 위하여 파워도플러 모드에 대한 혈관협착의 정도를 확인하기 위하여 파워도플러에서 제시된 파라메타의 적절한 조정범위를 확인하였다. B-모드를 이용한 초음파 영상으로 정상 혈관의 직경과 협착 혈관의 직경을 측정한 결과 제작된 혈관협착 팬텀의 직경과 일치함을 확인하였다. 또한 파워 도플러 초음파의 이득, PRF, 필터, 각도 등의 파라메타를 이용하여 제작된 팬텀의 유용성을 평가한 결과 이러한 파라메타의 setting 기술이 영상의 질에 영향을 주는 부분을 확인하였다.
- 본 연구에서 제작한 혈관협착 팬텀을 파워 도플러를 이용하여 기본적으로 평가하여 보았다. 그림 3은 혈관협착 팬텀의 초음파 영상을 나타낸 것으로 혈관협착 팬텀의 직경 측정은 초음파진단장비의 길이 측정 알고리즘을 사용하였으며, 정상혈관은 8 mm, 혈관 협착은 2.4 mm의 직경으로 정상적으로 측정되었으며, 조영제 자동 주입기의 시스템을 이용하여 모조혈액의 흐름 속도 정상혈관의 경우 수죽기 최고 속도 1 m/s와 이완기 최저 속도 0,4 m/s의 속도를 나타내었으며, 혈관 협착 부위에서는 수축기 최고 속도가 2 m/s로 나타났다. 또한 혈관협착 팬텀내부를 둘러 싼 흡음층으로 사용된 폴리우레탄은 다중반사 아티팩트를 현저히 줄이는 것으로 나타났다.
- 그림 3은 혈관협착 팬텀의 초음파 영상을 나타낸 것으로 혈관협착 팬텀의 직경 측정은 초음파진단장비의 길이 측정 알고리즘을 사용하였으며, 정상혈관은 8 mm, 혈관 협착은 2.4 mm의 직경으로 정상적으로 측정되었으며, 조영제 자동 주입기의 시스템을 이용하여 모조혈액의 흐름 속도 정상혈관의 경우 수죽기 최고 속도 1 m/s와 이완기 최저 속도 0,4 m/s의 속도를 나타내었으며, 혈관 협착 부위에서는 수축기 최고 속도가 2 m/s로 나타났다.
- B-모드를 이용한 초음파 영상으로 정상 혈관의 직경과 협착 혈관의 직경을 측정한 결과 제작된 혈관협착 팬텀의 직경과 일치함을 확인하였다. 또한 파워 도플러 초음파의 이득, PRF, 필터, 각도 등의 파라메타를 이용하여 제작된 팬텀의 유용성을 평가한 결과 이러한 파라메타의 setting 기술이 영상의 질에 영향을 주는 부분을 확인하였다. 평면형 탐촉자를 사용하여 측정한 결과 최적의 setting은 이득이 30 %, PRF가 1500 Hz이하, 필터가 low 이었으며 종축영상에서 빔의 각도는 영향을 주지 않았다.
- 4 mm의 직경으로 정상적으로 측정되었으며, 조영제 자동 주입기의 시스템을 이용하여 모조혈액의 흐름 속도 정상혈관의 경우 수죽기 최고 속도 1 m/s와 이완기 최저 속도 0,4 m/s의 속도를 나타내었으며, 혈관 협착 부위에서는 수축기 최고 속도가 2 m/s로 나타났다. 또한 혈관협착 팬텀내부를 둘러 싼 흡음층으로 사용된 폴리우레탄은 다중반사 아티팩트를 현저히 줄이는 것으로 나타났다.
- 4 mm의 직경으로 정상적으로 측정되었으며, 조영제 자동 주입기의 시스템을 이용하여 모조혈액의 흐름 속도 정상혈관의 경우 수죽기 최고 속도 1 m/s와 이완기 최저 속도 0,4 m/s의 속도를 나타내었으며, 혈관 협착 부위에서는 수축기 최고 속도가 2 m/s로 나타났다. 또한 혈관협착 팬텀내부를 둘러 싼 흡음층으로 사용된 폴리우레탄은 다중반사 아티팩트를 현저히 줄이는 것으로 나타났다.
- 평면형 탐촉자를 사용하여 측정한 결과 최적의 settinge 이득이 30 %, PRF가 1500 田이하, 필터가 low 이었으며 종축영상에서 빔의 각도는 영향을 주지 않았다.
- 또한 파워 도플러 초음파의 이득, PRF, 필터, 각도 등의 파라메타를 이용하여 제작된 팬텀의 유용성을 평가한 결과 이러한 파라메타의 setting 기술이 영상의 질에 영향을 주는 부분을 확인하였다. 평면형 탐촉자를 사용하여 측정한 결과 최적의 setting은 이득이 30 %, PRF가 1500 Hz이하, 필터가 low 이었으며 종축영상에서 빔의 각도는 영향을 주지 않았다. 혈관협착 팬텀에 대한 횡측 측정이 종축 측정보다 오차가 크게 나타났으며 이것은 횡측 분해능이 종축 분해능 보다 낮기 때문이라 여겨진다.
- 그림 10은 곡면형 탐촉자를 이용하여 이득의 변화에 따른 혈관협착 팬텀의 직경 변화를 나타낸 것이다. 평면형 탐촉자를 이용한 경우와 같이 정상혈관의 경우 이득이 증가 할수록 혈관의 직경은 대체적으로 증가하였으며, 이득이 60 % 이상에서는 허상으로 인하여 혈관의 직경이 급격히 증가하였다. 그림 H은 곡면형 탐촉자를 이용하여 PRF의 변화에 따른 혈관협착 팬텀의 직경 변화를 나타낸 것이다.
- 평면형 탐촉자를 이용한 경우와 같이 정상혈관의 경우 이득이 증가 할수록 혈관의 직경은 대체적으로 증가하였으며, 이득이 60 % 이상에서는 허상으로 인하여 혈관의 직경이 급격히 증가하였다.
- 평면형 탐촉자와 곡면형 탐촉자를 이용하여 측정한 정상 혈관의 직경은 대체적으로 감소되어 측정 되었고, 협착 혈관의 직경은 증가되어 측정 되었다. 이것은 혈류 속도는 협착 부위 전에는 감소하고 협착 부위에서는 증가한다는 이론과 같은 결과를 확인 할 수 있었으며, [17,18]평면형 탐촉자를 이용할 경우 이득이 60 %이상, PRF가 3000 Hz 이상 필터가 max 와 같이 급격한 변화를 제외하고는 각각의 파라메타에 대해 크게 영향을 받지는 않았으며, 곡면형 탐촉자를 이용하는 경우 파라메타의 변동에 혈관의 직경이 증가하거나 감소하는 경향을 보이며, 이득, PRF, 필터 등에 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 평면형 탐촉자와 곡면형 탐촉자를 이용하여 측정한 정상 혈관의 직경은 대체적으로 감소되어 측정 되었고, 협착 혈관의 직경은 증가되어 측정 되었다. 이것은 혈류 속도는 협착 부위 전에는 감소하고 협착 부위에서는 증가한다는 이론과 같은 결과를 확인 할 수 있었으며, [17,18]평면형 탐촉자를 이용할 경우 이득이 60 %이상, PRF가 3000 Hz 이상 필터가 max 와 같이 급격한 변화를 제외하고는 각각의 파라메타에 대해 크게 영향을 받지는 않았으며, 곡면형 탐촉자를 이용하는 경우 파라메타의 변동에 혈관의 직경이 증가하거나 감소하는 경향을 보이며, 이득, PRF, 필터 등에 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 정상혈관의 경우 이득이 증가 할수록 혈관의 직경은 대체적으로 증가하였으며, 이득이 60 % 이상에서는 허상으로 인하여 혈관의 직경이 급격히 증가하였다. 협착이 있는 혈관의 경우 대체적으로 실제보다 혈관의 직경이 크게 나타났으며, 정상혈관과 마찬가지로 이득이 60 % 이상에서 혈관의 직경이 급격히 증가함을 알 수 있었다. 또한 종축영상에서는 혈관의 직경을 종축으로 횡축영상에서는 혈관의 직경을 횡축으로 측정하였으며, 혈관협착팬텀 에 대한 횡측 영상이 종축 영상보다 오차가 크게 나타나는 것은 측정한 횡측 분해능이 종축 분해능 보다 낮기 때문이다.
- 협착이 있는 혈관의 경우 대체적으로 실제보다 혈관의 직경이 크게 나타났으며, 정상혈관과 마찬가지로 이득이 60 % 이상에서 혈관의 직경이 급격히 증가함을 알 수 있었다.
후속연구
- 도플러 초음파 검사는 혈류의 유무뿐만 아니라 혈관의 폐쇄 및 협착 유무, 혈류의 방향, 박동성 및 혈류속도 파형을 분석함으로써 많은 혈류역학적 정보를 제공해 주는 검사 방법으로 도플러 영상을 정확히 분석하기 위해서는 도플러 신호에 영향을 주는 여러 요인들에 대한 이해가 선행되어야 함을 알 수 있었으며, 부적절한 파라메타의 설정이 허상을 유발할 수 있으며 실제 혈류역학적 정보를 왜곡할 수 있으므로 적절한 기기 설정방법을 이해하면 이러한 허상에 의해 유발되는 오진을 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 기존의 유체팬텀이 정상혈관과 협착혈관을 동시에 관측할 수 없는데 비하여 본 연구에서 제작된 혈관협착 팬텀은 정상혈관과 협착혈관을 동시에 관측할 수 있어 혈류의 난류에 관한 정보 획득과 적혈구의 응집 차이와 같은 혈류에 대한 기초연구와 중풍환자 및 동맥경화 환자의 임상적 연구에 유용하게 이용될 것으로 여겨진다.
- 도플러 초음파 검사는 혈류의 유무뿐만 아니라 혈관의 폐쇄 및 협착 유무, 혈류의 방향, 박동성 및 혈류속도 파형을 분석함으로써 많은 혈류역학적 정보를 제공해 주는 검사 방법으로 도플러 영상을 정확히 분석하기 위해서는 도플러 신호에 영향을 주는 여러 요인들에 대한 이해가 선행되어야 함을 알 수 있었으며, 부적절한 파라메타의 설정이 허상을 유발할 수 있으며 실제 혈류역학적 정보를 왜곡할 수 있으므로 적절한 기기 설정방법을 이해하면 이러한 허상에 의해 유발되는 오진을 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 기존의 유체팬텀이 정상혈관과 협착혈관을 동시에 관측할 수 없는데 비하여 본 연구에서 제작된 혈관협착 팬텀은 정상혈관과 협착혈관을 동시에 관측할 수 있어 혈류의 난류에 관한 정보 획득과 적혈구의 응집 차이와 같은 혈류에 대한 기초연구와 중풍환자 및 동맥경화 환자의 임상적 연구에 유용하게 이용될 것으로 여겨진다.
- 본 연구에서 제작한 혈관협착 팬텀은 혈관 협착 진단 및 초음파 진단장비의 품질보증에 유용하게 사용할 수 있으리라 여겨진다.
- 본 연구에서 제작한 혈관협착 팬텀은 혈관 협착 진단 및 초음파 진단장비의 품질보증에 유용하게 사용할 수 있으리라 여겨진다.
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