선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 전극 삽입법은 복잡하고 정밀한 수술적 방법이 요구되며, 전극의 크기가 작아야 하고 노이즈에 강한 전류 증폭기가 있어 야한다. 본 논문에서는자기 치료기의 성능을 간편하게 측정하기 위한 방법을 제안한다. ROI 내에 일정한 간격으로 측정 센서를 배치한 센서 시스템으로 자속밀도와 유도전압을 측정하기 때문에 움직임에 의한 오차를 줄일 수 있고 측정 해상도를 향상시킬 수 있다.
- 본 논문에서 요실금 치료용 자기 자극기의 간편화된 성능측정 방법을 제안하였다. 자기 자극기의 주요 성능지수로 자속밀도와 전류밀도를 선정하고 이를 측정하기 위한 3차원의 고정형 센서 시스템을 구현하였다.
제안 방법
- ROI 내에 일정한 간격으로 측정 센서를 배치한 센서 시스템으로 자속밀도와 유도전압을 측정하기 때문에 움직임에 의한 오차를 줄일 수 있고 측정 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한 측정한 유도전압과 생체의 전도도를 이용하여 인체조직에 유도된 전류밀도를 계산하고 인체에 야기될 수 있는 안전성 문제를 고찰하였다.
- 하나의 측정 센서를 움직 이면서 측정 함으로써 발생하는 오차와부정확성, 낮은 해상도 등을 극복하기 위하여 3차원의 ROI 공간에 고정형 픽업코일을 매트릭스 형태로 배치하여 자계 측정용 센서 시스템을 구현하였다. ROI는 요실금 환자가 자기 자극기의 의자에 앉았을 때 골반저근이 포함되는 가로, 세로, 높이를 각각 21 cm, 21 cm, 12 cm로 하였다.
- 따라서, ROI 내에 총294의 픽업코일이 7 X 7 X 6의 매트릭스를 구성하고 있다. 3차원의 매트릭스 구조로 픽 업코일을 고정시키기 위하여 PCB(printed circuit board) 기판을 설계하였으며, 각 레이어는 아크릴 구조물에 장착하였다. 하나의 픽업 코일은 증폭기 없이 바로 오실로스코프나 AD(analog to digital) 컨버터에 연결하여 측정 할 수 있도록 턴수를 충분히 하였다.
- 반면에 턴 수를 너무 많이 하면 픽업코일의 단면적이 넓어져 정확도가 떨어질 수 있고PCB 기판에 장착하기가 어렵다. 여러 번의 기초실험과 시행 착오를 통해 원형 픽 업 코일의 지 름을 15mm, 턴수를 50 턴으로 결정하였으며, 이때 구리선은 지름 0.17 mm의 본딩선(bonding wire)을사용하였다. 50 턴의 픽업코일 단면은 10 x 5의 구조로 이루어졌으며, 본딩 후 단면의 크기는 2 mm X 0.
- 대표적인 방법으로 인체의 대용으로 소금물을 사용하는 방법이 있다[21]. 소금의 농도를 조절하여 전도도(conductivity)를 인체와 유사하게 맞춘 후 소금물에 측정 용 프로브를 담가 전류를 측정한다. 본 연구에서는 전극의 삽입 이나 소금물을 사용하지 않고 기존에 알려진 인체조직의 전도도를 이용하여 유도전류를 추정 하였다.
- 소금의 농도를 조절하여 전도도(conductivity)를 인체와 유사하게 맞춘 후 소금물에 측정 용 프로브를 담가 전류를 측정한다. 본 연구에서는 전극의 삽입 이나 소금물을 사용하지 않고 기존에 알려진 인체조직의 전도도를 이용하여 유도전류를 추정 하였다. 더욱이 요실금 치료에 사용되는 자기 자극은 그림 4와 같이 대부분 원형적으로 대칭을 이루는 전류를 유도하기 때문에 간단한 계산에 의하여 유도전류를 계산할 수 있다.
- 요실금 치료용 자기 자극기의 자계에 의해 발생하는 인체 내의 유도전류를 측정하기 위하여 3차원 ROI 공간에 그림 5와 같은 동심원 모양의 픽업코일로 이루어진 유도전류 측정용 센서 시스템을 구현하였다. R이는 자속밀도 측정 용 센서 와 마찬가지로 가로, 세로, 높이를 각각 21 cm, 21 cm, 12 cm로 하여 자극대상인 골반저근을 포함하도록 하였다.
- R이는 자속밀도 측정 용 센서 와 마찬가지로 가로, 세로, 높이를 각각 21 cm, 21 cm, 12 cm로 하여 자극대상인 골반저근을 포함하도록 하였다. 3차원 구조도 자속밀도 센서 와 같이 6개의 레이 어로 구성 하였으며, 레이 어간의 간격은 2 cm로 하였다.
- R이는 자속밀도 측정 용 센서 와 마찬가지로 가로, 세로, 높이를 각각 21 cm, 21 cm, 12 cm로 하여 자극대상인 골반저근을 포함하도록 하였다. 3차원 구조도 자속밀도 센서 와 같이 6개의 레이 어로 구성 하였으며, 레이 어간의 간격은 2 cm로 하였다. 하나의 레이어에는 레이어의 중심점을 원의 중심으로 공유하는 7 개의 동심원 구조의 픽업코일을 배치하였다.
- ROI 내에는 7 X 6 구조의 총42개의 픽업코일이 위치하고 있다. 픽업코일을고정시키기위하여 그림 6과 같이 PCB를 설계하였으며 각 레이어는 아크릴구조물에 장착하였다. 픽업코일은 지 름이 15 mm부터 195 mm까지 30 mm 간격으로 배치되었으며 자속밀도 측정용에 비하여 상대적으로 지름이 크기 때문에 턴수를 작게 하여도 증폭기 없이 유도전압을 측정 할 수 있다.
- 이는자극의 대상과위치에 따라받는자극의 절대값이 다르기 때문에 혼란을 피하기 위한 것이다. 의자에 장착되어 있는 자극 코일은 위치를 파악하기 어 렵 기 때문에 의 자외 부로 노출시 켜 자극 코일로부터 센서의 위치를 측정하였다. 그림 7 (a)는 Bx 성분, (b)는 By 성분, (c)는 Bz 성분을 나타낸다.
- 레이 어별로 각각의 값들을 spline 보간법으로 연결하였다. 레이어 1부터 레이어 6까지의 각 레이어는 자극 코일로부터 z 방향으로2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm 떨어진 아크릴 지지대에 고정시켰다. x = 0의 yz 면에서 측정한 By 값도 그림 8 (a)와 유사한 형태로 나타난다.
- 자기 요실금 치료기의 성능 측정 방법을 간편하고 정확하게 하기 위하여 PCB의 기판 위에 픽업코일을 배치하거나 패턴 선으로 센서를 구현하였다. 하나의 픽업코일을 움직이면서 측정하는 실험은 시간이 오래 소요될 뿐만 아니라 이 동할 때 오차가 발생할 가능성이 높다.
- 하나의 픽업코일을 움직이면서 측정하는 실험은 시간이 오래 소요될 뿐만 아니라 이 동할 때 오차가 발생할 가능성이 높다. 본 연구에서 구현한 고정형 3차원 픽업코일 시스템은 이러한 단점을 보완해준다. 고정형 다채널 센서 시스템을 고속 다채널 AD 컨버터를 통하여 컴퓨터와 연결하면 고속측정을 할 수 있다.
- 픽 업 코일로 획 득한 신호가 매우 작을 때는 필터 링 으로 외부 노이즈를 줄이고 증폭기를 사용해 신호의 크기를 증가시켜야 한다. 본 연구에서 구현한 다채널 센서 시스템의 해상도와 픽업 코일 크기는 시행착오를 거쳐 실험적으로 정한 것으로 증폭 없이 측정할 수 있을정도의 신호를출력해 주는 픽업코일의 크기를 유지하면서 동시에 자속밀도 및 유도전류의 측정 에 하자가 없을 정도의 해상도를 갖도록 선정 하였다. 또한, 이와 같은 측정 시 스템의 정확성 검증을위하여 복수의 다른측정방법으로측정하여 비교하는 것이 필요하나 아직 다른 적합한 측정방법이 없는 실정이다.
- 제안하였다. 자기 자극기의 주요 성능지수로 자속밀도와 전류밀도를 선정하고 이를 측정하기 위한 3차원의 고정형 센서 시스템을 구현하였다. 구현한 센서 시스템은 증폭기가 필요 없도록 설계하였으며 ROI 내에 3차원 매트릭스 구조의 고정형 픽업 코일로 구성되어 있으므로움직임에 의한오차를감소시킬 수 있다.
- 자기 자극기의 주요 성능지수로 자속밀도와 전류밀도를 선정하고 이를 측정하기 위한 3차원의 고정형 센서 시스템을 구현하였다. 구현한 센서 시스템은 증폭기가 필요 없도록 설계하였으며 ROI 내에 3차원 매트릭스 구조의 고정형 픽업 코일로 구성되어 있으므로움직임에 의한오차를감소시킬 수 있다. 요실금 치료용 자기 자극기의 안전성 측면에서 자극 작용과 열 작용에 대하여 고찰하였으며, 심장의 위치에서 추정된 자계와 전류밀도는 모두 안전기 준 이 하의 값을 가졌다.
대상 데이터
- 측정된 자계는 자속밀도를 말하는 것이며, 인체의 조직은 자기적으로 투명 하고 공기와 유사한 투자율을 가지고 있기 때문에 치료환경에서 환자가 자극코일이 장착된 의자에 앉아서 치료를 받고 있을 때 자속밀도를 공기 중에서 측정한 자속밀도로 대신할 수 있다. 본 연구에서 이용한 자기 요실금 치료기는 식품의 약품안전청의 허가를 받고 상업적으로 판매되고 있는 Bio Con-ZOOQmi(엠큐브테크놀로지 , 한국)을 이 용하였으며 , 자극코일은 의자에 장착되는 원형 공심코일을사용하였다.
- ROI는 요실금 환자가 자기 자극기의 의자에 앉았을 때 골반저근이 포함되는 가로, 세로, 높이를 각각 21 cm, 21 cm, 12 cm로 하였다. 3차원 구조는 6개의 레이어로 구성하였으며, 레이어간의 간격은2 cm이다. 하나의 레이어에는7 X 7 구조로 된 49개의 픽업 코일이 가로 세 로 각각 3 cm 간격 으로 배 치되 어 있다.
- 자기자극은 그림 2와 같이 시간적으로 변하는 정현함수 형태의 자극이 이루어지며 자극기 시스템의 LC 공진주파수에 의해 1 주기의 시간과 최대자계까지의 상승시간이 결정된다. 본 실험에서 사용한 자기 자극기의 시스템 주기는 약 400 ps 이었으며 최대자계까지의 상승시간은 100 us, 자극의 세기는 100 %를 사용하였다. 일반적으로 자기 자극기는 자극의 세기를 절대값이 아닌 상대 값으로 표시하기 때문에 퍼센트 단위로 표시한다.
- 그림 9. 3차원 유도전류 측정용센서 시스템의 여섯 개의 레이어로 측정한 유도전류.
이론/모형
- 그림 7 (a)는 Bx 성분, (b)는 By 성분, (c)는 Bz 성분을 나타낸다. 각 방향별로 픽업코일은 서로 직각을 이루며 자극코일의 위 방향을z, 오른 쪽을X, 앞 쪽을y 로 하였으며 Matlab(MathWorks, USA)의 spline 보간법으로 그래 프의해 상도를 높였다. Bx 와 % 는 중심 으로부터 횡 축으로 약 5 cm 떨어진 곳에서 0.
- (b) 는같은면에 있는7x6의 # 측정용픽업코일로측정한 #최대값을 표시 한 것이다. 레이 어별로 각각의 값들을 spline 보간법으로 연결하였다. 레이어 1부터 레이어 6까지의 각 레이어는 자극 코일로부터 z 방향으로2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm 떨어진 아크릴 지지대에 고정시켰다.
- 그림 10은 자극코일의 수직 방향인 z 방향으로 거리 가 증가함에 따라본 연구에서 측정한 최대 자속밀도 3max 와 심장이 위치 할 것으로 가정 한 20 cm까지 의 계산된 3m ax 를 나타낸다. 3m ax 의 계산은 지수함수 curve-fitting 방법을 이용하였다. z = 20 cm에서 순시 최대 자속밀도는 약 17 G로 계산되어 100 ps 동안의 자계 변화율로 환산하면 17 T/s가 된다.
- 자기 요실금 치료기의 주요자극 대상인 근육에 대하여 자극코일에서 떨어진 위치별로 전류밀도를 계산하여 표 1에 나타내었다. 자기자극이 심근에 어느 정도 영향을 주는지 알아보기 위하여 의자의 자극코일 위 20 cm에서의 전류밀도를 계산하였으며 , 여기서 전기 전도도는 참고문헌에서 발췌하였으며 [31-33], 20 cm에서의 계산은 지수함수 curve-fitting 방법을 이용하였다. Reilly의 연구에 의하면[34], 지름이 20, 10, 5 iim인 신경섬유의 여기 문턱치(excitation eshold)는 각각 0.
성능/효과
- 전기 또는 자기자극 요법과 운동 요법을 병행하여 치료 했을 경우 더 좋은 치료효과를 보인다[8-11]. 두 치료법을 결합한 병행치료는 운동 요법의 낮은 치료율을 보완해주고, 치료기의 자 극 요법에 의한 치료효과가 시간이 경과함에 따라 감소하는 현상을 완화해준다.
- 구현한 센서 시스템은 증폭기가 필요 없도록 설계하였으며 ROI 내에 3차원 매트릭스 구조의 고정형 픽업 코일로 구성되어 있으므로움직임에 의한오차를감소시킬 수 있다. 요실금 치료용 자기 자극기의 안전성 측면에서 자극 작용과 열 작용에 대하여 고찰하였으며, 심장의 위치에서 추정된 자계와 전류밀도는 모두 안전기 준 이 하의 값을 가졌다. 본 논문의 간편화된 성 능 측정 방법은 요실금 치료기뿐만 아니라 자기 신경 자극기나 TMS(transcranial magnetic stimulator) 등의 자기자극 기술을 이용하는 의료기기 성능평가 방법에도 사용될 것으로 기대된다.
후속연구
- 또한, 이와 같은 측정 시 스템의 정확성 검증을위하여 복수의 다른측정방법으로측정하여 비교하는 것이 필요하나 아직 다른 적합한 측정방법이 없는 실정이다. 향후, 비교 가능한 다른 측정법과의 정확성 검증 연구가 필요하다.
- 요실금 치료용 자기 자극기의 안전성 측면에서 자극 작용과 열 작용에 대하여 고찰하였으며, 심장의 위치에서 추정된 자계와 전류밀도는 모두 안전기 준 이 하의 값을 가졌다. 본 논문의 간편화된 성 능 측정 방법은 요실금 치료기뿐만 아니라 자기 신경 자극기나 TMS(transcranial magnetic stimulator) 등의 자기자극 기술을 이용하는 의료기기 성능평가 방법에도 사용될 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.