[논문]SQUID를 이용한 심자도 기술의 개발동향

이용호; 권혁찬; 김진목; 김기웅; 유권규; 박용기

SQUID를 이용한 심자도 기술의 개발동향
Review of Magnetocardiography Technology based on SQUIDs 원문보기

Progress in superconductivity, v.13 no.3, 2012년, pp.139 - 145

이용호 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science) , 권혁찬 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science) , 김진목 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science) , 김기웅 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science) , 유권규 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science) , 박용기 (Brain and Cognition Measurement Lab, Korea Research Institute of Standards and Science)

Abstract ▼ AI-Helper

Electric activity of cardiac muscles generates magnetic fields. Magnetocardiography (or MCG) technology, measuring these magnetic signals, can provide useful information for the diagnosis of heart diseases. It is already about 40 years ago that the first measurement of MCG signals was done by D. Cohen using SQUID (superconducting quantum interference device) sensor inside a magnetically shielded room. In the early period of MCG history, bulky point-contact RF-SQUID was used as the magnetic sensor. Thanks to the development of Nb-based Josephson junction technology in mid 1980s and new design of tightly-coupled DC-SQUID, low-noise SQUID sensors could be developed in late 1980s. In around 1990, several groups developed multi-channel MCG systems and started clinical study. However, it is quite recent years that the true usefulness of MCG was verified in clinical practice, for example, in the diagnosis of coronary artery disease. For the practical MCG system, technical elements of MCG system should be optimized in terms of performance, fabrication cost and operation cost. In this review, development history, technical issue, and future development direction of MCG technology are described.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

APF 방식의 DC-SQUID 보다 자속-변환계수를 더 키우고, 제작공정을 간단히 하기 위하여 본 연구팀은 DROS (double relaxation oscillation SQUID) 방식을 개발하여 사용하고 있다. DROS는 DC-SQUID에 비해 약 10배 증가된 변환계수를 얻을 수 있으므로, 전단증폭기를 간단히할 수 있어서 경제적인 다채널 장치에 적합한 방식이라고 할 수 있다 [10].
본 논문에서는 심자도 장치의 원리, 요소기술, 개발의 역사 등 시스템 기술을 중심으로 소개하고자 한다 [7].

대상 데이터

센서는 55채널 자력계로 구성되어 있다. 유럽의료기기 승인 (CE 마크)를 획득하였으며, 현재 2개의 병원에 장치를 판매 설치하였다. 급성심장돌연사의 주요 원인인 심실부정맥 (심실빈맥 및 심실세동)의 조기진단을 위하여 심자도 파형의 QRS-피크에서 파형의 미세한 갈라짐 (QRS-fragmentation)을 분석하여 제세동기 (Implantable Cardioverter Defibrillator: ICD)의 삽입여부를 결정하는 기준으로 사용하려는 연구를 진행하고 있다.
이태리 중동부의 Pescara에 자리잡고 있는 ATB (Advanced Technologies Biomagnetics)사는 MCG와 MEG 장치를 개발하여 사업화하고 있는데, MCG 장치의 센서는 55채널 자력계로 구성되어 있다. 현재 이태리 내의 2개의 병원에 장치를 판매 설치하였다. 이 장치는 자력계를 사용하여 자기차폐실이 두꺼워야 하므로 설치할 수 있는 공간이 건물의 바닥층으로 제한되므로 경제적인 장치라고 보기는 어렵다.

성능/효과

MCG의 여러 활용목적 중에서 현재까지는 관상동맥질환의 진단연구에 초점을 맞추고 있다. BMP가 2011년 9월 Asklepios Klinik Hamburg Harburg에 설치한 이후 약 500명의 환자를 대상으로 분석한 결과 Sensitivity 98 %, Specificity 80~90 % 수준의 정확성을 보이고 있다. 이때 피험자가 관상동맥질환을 가졌는지의 기준 (golden standard)은 혈관조영술로 판정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	심장근육의 반복적인 수축과 이완에 의해 혈액의 펌핑과 같은 기계적 활등은 무엇에 의해 유지되는가?	심장근육의 반복적인 수축과 이완에 의해 혈액의 펌핑이 일어나는데, 이러한 기계적 활동은 심장근육세포의 전기적 활동에 의해 유지된다. 심장근육세포의 이온전기활동에 의해 자기 장이 발생될 것이라는 추측으로 1963년 Baule과 McFee는 페라이트 코어에 구리선을 7백만 번 감은 induction 코일 장치로 MCG 신호를 측정하였다.
	심자도 측정기술은 어떤 장점이 있는가?	심자도 측정기술은 인체에 어떠한 물리적 자극을 가하지 않으면서 심장에서 자연적으로 발생되는 자기장을 측정하므로 완전히 비침습적인 기술이며, 옷을 입고 측정한다. 따라서 여러번 반복측정이 가능하며 특히 태아의 심장기능 진단에 유리한 장점이 있다 [4, 5, 6].
	심장근육세포의 이온전기활동에 의해 자기 장이 발생될 것이라는 추측으로 1963년 Baule과 McFee는 어떤 실험을 하였는가?	심장근육의 반복적인 수축과 이완에 의해 혈액의 펌핑이 일어나는데, 이러한 기계적 활동은 심장근육세포의 전기적 활동에 의해 유지된다. 심장근육세포의 이온전기활동에 의해 자기 장이 발생될 것이라는 추측으로 1963년 Baule과 McFee는 페라이트 코어에 구리선을 7백만 번 감은 induction 코일 장치로 MCG 신호를 측정하였다. 그러나 구리선의 열자기잡음이 커서 양질의 신호를 측정하는 데는 한계가 있었다.

참고문헌 (12)

D. Cohen, E. A. Edelsack and J. E. Zimmerman, "Magnetocardiograms taken inside a shielded room with superconducting point-contact magnetometer", Appl. Phys. Lett., 19, 278 (1970).
I. Tavarozzi, S. Comani, C. Dell Gratta, G. L. Romani, S. Di Luzio, D. Brisinda, S. Gallina, M. Zimarino, R. Fenici, R. De Caterina, "Magnetocardiography: current status and perspectives. Part I: Physical principles and instrumentation", Ital. Heart J., 3, 75-85 (2002).
H. Nowak, "Magnetism in Medicine", ed W. Andra and H. Nowak, Berlin: Wiley, 85-135 (1998).
R. Fenici, D. Brisinda and A. M. Meloni, "Clinical application of magnetocardiography", Expert Rev. Mol. Diagn. 5, 291-313 (2005).

상세보기
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상세보기
J. W. Park and F. Jung, "Qualitative and quantitative description of myocardial ischemia by means of magnetocardiography", Biomed. Technik. 49, 267-273 (2004).
이용호 외, "생체자기신호 측정 및 분석기술 개발에 관한 연구", 한국표준과학연구원보고서, 22-27 (2007).
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D. Drung, "SQUID Sensors: Fundamentals, Fabrication and Applications", ed H. Weinstock, Dordrecht: Kluwer, pp 63-116 (1996).
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상세보기
K. Sternikel and A. I. Braginski, "Biomagnetism using SQUIDs: status and perspectives", Supercond. Sci. Technol., 14, 160-171 (2006).
Y. H. Lee, K. K. Yu, J. M. Kim, H. Kwon and K. Kim, "A 64-channel MCG system having divided gradiometer array inside a low boil-off dewar", Supercond. Sci. Technol., 22, 1-7 (2009).

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