[논문]위전도 측정을 위한 전극간 부착거리에 관한 연구

한완택; 송인호; 김인영

doi:10.9718/jber.2009.30.4.341

위전도 측정을 위한 전극간 부착거리에 관한 연구
Influences of Inter-electrode Distance on Electrogastrography Measurements 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.30 no.4, 2009년, pp.341 - 346

한완택 (한양대학교 의용생체공학과) , 송인호 (한양대학교 의용생체공학과) , 김인영 (한양대학교 의용생체공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Cutaneous electrogastrography is the measurement of electrical activity of the stomach on the abdominal surface. The validity of cutaneous electrogastrography is dependent upon the quality of the recording technique. The locations of electrodes are an important issue. We examined the influences of the inter-electrode distance of bipolar leads on electrogastrography measurements. The sensitivity distributions of EGG leads were calculated based on a 2D body fat model and evaluated according to the region of interest sensitivity ratio (ROISR). We simulated the ROISR of the inter-electrode distance in relation to various body fat thicknesses. The distance between the electrodes was proportional to the distance between the ROI and the surface of the abdomen. The results imply that inter-electrode distance can be applied in electrogastrography according to human body fat thickness.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이용하였다. 복부 모델을 통해서 측정감도의 비인 ROISRe 감도의 영역 비교를 하여 단지 신호의 크기가 아니라 신호의 선택도를 높이고자 할 때에 전극간 거리에 끼치는 영향을 확인하고자 하였다.
본 연구에서는 위전도 신호의 측정 시 복부지방층의 두께에 따라 복부체표면에 부착되는 전극간거리의 최적 거리를 계산하였다. 전극간 최적 거리 연구는 컴퓨터 시 뮬레 이션을 통한 결과를 바탕으로 해석한 것이므로, 추후 임상실험을 통해 검증하여야 하는 한계점을 가지고 있다.
본 연구의 목적은 쌍극전극 측정 방법으로 위전도를 측정할 때에 복부지방층의 두께에 따라 위전도 신호의 선택도가 어떻게 변화하는가를 평가하기 위함이다. 이를 수행하기 위해 복부 지방층 모델을 구성 하였고, 유한요소분석을 통해 모델에 분포하는 전자장분포를 계산하였다.
위수축을 검출하기 위해서는 위수축에 상응하는 위 첨 파를 측정하여야 하는데, 이를 달성하기 위하여 선행되어야 하는 것은 품질이 좋은 위전도 파형을 계측하는 것이다[15]. 이를 위하여 본 연구에서는 복부지방층의 두께를고려한 전극간 최적 거리 연구를 수행하였다.

가설 설정

복부체표면에 부착된 전극이 위장막 표면의 전기신호를 포착한다는 가정하에 관심영역의 크기를 결정하였다.

제안 방법

그림 4. IED 40mm를 기준으로 할 때에 상대적인 ROISR의 백분율 비교.
RC)I영역과ROI 이외의 영역으로2개의 영역으로 분리하여 각각의 전류밀도의 비를 계산하여 쌍극전극에 선택도를 판단한다. 이것은 전체의 모델에서 쌍극전극에 미치는 영향도를 판단하는 지표로 사용하게 된다[6-7].
ROI영역이 지방층의 깊이에 따라 달라질 때에 영역 내에 존재하는 전류밀도의 분포의 값으로 쌍극전극에 미치는 영향을 평가하였다.
영역의 전류밀도(current density)를 평가하게 된다. 관심영 역의 실험 인자는 복부모델의 상측 표면을 기준점 으로 하여 관심 영 역의 중심까지 거리이며, 그 깊이에 따라 표면으로부터 10mm에서 70mm 까지 10mm 간격으로각각설정하였다.
그래서, 절연체에 가까운 특성을 가지지 만 피부에 Ag/AgCl 전극이 부착되면 시간이 지남에 따라 전극의 이온이 피부로 이동하게 되고 이들 이온들의 영향에 의해 피부는 원래의 전도율보다 높은 값을 가지게 될 것이므로 피부가 가지고 있는 고유의 전도율은 더 이상 의미가 없게 되며, 피부는 전극의 성질에 좀더 가까워 질 것이다[8]. 그래서, 지방층과 피부층을 구별하지 않고 균질한 매질로 간주하여 단순화된 모델을 제시하였다.
복부지방층 모델에서(그림 1) 전극에 단위 전류인 1A의 전류를 인가하고 이에 상응하는 lead eeld에 의한 전류밀도를 전자장 해석 도구인 FEMLAB을 이용하여 계산하였다. 복부 체표면에 쌍극전극을 부착하여 위 전도를 측정 할때 에 전극간 간격 의 변화에 따라서 전류밀도에 의해 감도가 달라지는 것을 분석하였다.
본 연구에서 위전도 측정시 전극간 거리가 전극에 미치는 영향을 살펴보기 위해서 복부 지방층 모델을제시하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이를 분석하였다.
이를 수행하기 위해 복부 지방층 모델을 구성 하였고, 유한요소분석을 통해 모델에 분포하는 전자장분포를 계산하였다. 부착된 전극에 따른 신호의 선택도를 평가하기 위해 ROISR(region of interest sensitivity ratio) 를 평 가지 표로하예6], 이들지표를 바탕으로복부지방층의 두께에 따른 피부체 표면 전극간 최적 거리 를 확인하였다.
위전도 측정시 지방의 두께에 따라 전극간 길이를 달리하여 측정한다는 문제점을 제시하였고, 지금까지 다른 연구자들의 실험을 통해서 살펴본 전극간 거리는 4cm에서 8cm를 주로 이용하였다. 복부 모델을 통해서 측정감도의 비인 ROISRe 감도의 영역 비교를 하여 단지 신호의 크기가 아니라 신호의 선택도를 높이고자 할 때에 전극간 거리에 끼치는 영향을 확인하고자 하였다.
평가하기 위함이다. 이를 수행하기 위해 복부 지방층 모델을 구성 하였고, 유한요소분석을 통해 모델에 분포하는 전자장분포를 계산하였다. 부착된 전극에 따른 신호의 선택도를 평가하기 위해 ROISR(region of interest sensitivity ratio) 를 평 가지 표로하예6], 이들지표를 바탕으로복부지방층의 두께에 따른 피부체 표면 전극간 최적 거리 를 확인하였다.
측정 전극이 부착되는 복부체표면 직하부의 지 방층의 두께 에 따라서 위전도 신호의 감도가 달라지게 되는 것을 분석하기 위해 RM영역을 설정하였다.

대상 데이터

02Sm-1로 설정하였다. (그림 1) 복부지방 모델은 인체의 복부 CT사진을 참조하였는데, 그 단면이 타원형의 형태가 가장 많았으나 배꼽 부분에서는 평평하여 곡률이 없는 형태가 많아 단순화된 직사각형의 형태를 선정하였다.
쌍극전극은 복부지방모델의 상부표면에 위치하며, 그길이는 심전도 전극의 크기를 고려하여 10mm로 설정 하였다.
전극간 거리 (IED : inter-electrode distance)는 전극의 중심 간 거리이며, 실험인자는 다른 연구자의 전극간 간격을[11-19] 포함한 거리 인 20 mm, 40 mm, 60 mm, 80 mm를 설정하였다.

이론/모형

복부 지방층 모델은 관심영역과 비관심영역의 합으로 이루어 진다. 복부지방모델에서의 감도분포는 McFee와 Johnston이 제안한 방법 인 lead field and reciprocity theorem을 이용하여 Eq.[l] 과같이 쌍극전극으로 측정되는 감도로 계산하였다[10].

성능/효과

달라지는 것을 확인하였다. 그림 4에서 깊이 30mm일 때 전극 간 거리 20mme 전극간 거리 40mm보다 선택도가 10% 우수하며, 전극간 거리 60mm보다 28% 우수한 특성을 보였다. 깊이 50mm 일 때는 전극간 거리가 40mni일때가 우수한 특성을 보이며, 다른 전극간 거리 보다 2% ~ 10% 정도 우수한 특성을 보였다.
그림 4에서 깊이 30mm일 때 전극 간 거리 20mme 전극간 거리 40mm보다 선택도가 10% 우수하며, 전극간 거리 60mm보다 28% 우수한 특성을 보였다. 깊이 50mm 일 때는 전극간 거리가 40mni일때가 우수한 특성을 보이며, 다른 전극간 거리 보다 2% ~ 10% 정도 우수한 특성을 보였다. 이는위전도측정 시 피검자의 복부지방층의 두께에 따라 전극 간 거 리를 다르게 하여 야 한다는 것을 의미하는 것이다.
도구인 FEMLAB을 이용하여 계산하였다. 복부 체표면에 쌍극전극을 부착하여 위 전도를 측정 할때 에 전극간 간격 의 변화에 따라서 전류밀도에 의해 감도가 달라지는 것을 분석하였다. 그림 2에 전극 간격에 따른 전류밀도의 분포의 분석 예를 도시하였다.
이론적 고찰을 통해 Ag/AgCl 전극으로 위전도를 측정 할 때에는 복부지방층의 두께에 따라 최적 전극간 거리가 존재함을 알 수 있었으며, 그 수치를 제시하였다. 그러므로, 위전도를 측정할 시에 복부의 지방층의 두께에 따라 신호의 크기 및 선택도가 달라지므로 전극간 거리 를 고려하여 부착하여 야 보다 정확한 신호를 측정할 수 있다.
컴퓨터 시뮬레이션을통해 전극간거리에 따라서 감도와 선택도가 달라지는 것을 확인하였다. 그림 4에서 깊이 30mm일 때 전극 간 거리 20mme 전극간 거리 40mm보다 선택도가 10% 우수하며, 전극간 거리 60mm보다 28% 우수한 특성을 보였다.

후속연구

또한, 이 연구를바탕으로다른내장기관의 생체신호측정 시에도 응용한다면 품질이 우수한 신호를 측정할 수 있을 것이라 기대된다. 향후 이론적 연구를 보완하는 동물실험과 임상실험이 필요하다고 사료된다.
계산하였다. 전극간 최적 거리 연구는 컴퓨터 시 뮬레 이션을 통한 결과를 바탕으로 해석한 것이므로, 추후 임상실험을 통해 검증하여야 하는 한계점을 가지고 있다. 기존연구에서 피검자의 상태를 고려하지 않은 전극의 부착 방법은 위전도 신호를 부정확하게 측정할 가능성이 있으며, 위전도의 정확한 측정을 위해서는 피검자의 복부 지방층의 두께를 고려하여 전극간 거리를 조절해야 한다는 것이 본 연구에서의 시사점이다.
또한, 이 연구를바탕으로다른내장기관의 생체신호측정 시에도 응용한다면 품질이 우수한 신호를 측정할 수 있을 것이라 기대된다. 향후 이론적 연구를 보완하는 동물실험과 임상실험이 필요하다고 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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