초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
폐쇄성 수면무호흡증(obstructive sleep apnea, OSA) 환자에서 자연수면상태에서 발생하는 상기도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 기기를 개발하고 이를 임상적으로 검증하고자 하였음.
- 상기도 도전율 단층 영상 시스템(electrical impedance tomography, EIT) 개발
- 정상인 대상 해부학적 검증(EIT 및 MRI 동시 측정 실험)
- 건강 피험자 및 OSA 환자 대상 임상시험 시행

□ 연구개발성과
1. 상기도 EIT 검사

□ 연구의 목적 및 내용
폐쇄성 수면무호흡증(obstructive sleep apnea, OSA) 환자에서 자연수면상태에서 발생하는 상기도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 기기를 개발하고 이를 임상적으로 검증하고자 하였음.
- 상기도 도전율 단층 영상 시스템(electrical impedance tomography, EIT) 개발
- 정상인 대상 해부학적 검증(EIT 및 MRI 동시 측정 실험)
- 건강 피험자 및 OSA 환자 대상 임상시험 시행

□ 연구개발성과
1. 상기도 EIT 검사 프로토콜 확립
- 표면전극 부착 위치: 아랫입술과 턱 끝의 중간지점과 유양돌기 아래 2cm 지점을 연결하는 가상의 평면 (전극 부착 후 MRI 촬영으로 위치 검증)
- 3D 스캐너 촬영: 전극이 부착된 형태를 획득하여 측정된 도전율값을 이용한 상기도 EIT 영상 복원의 정확도를 향상시킴
- 상기도 EIT 시스템 시제품 개발
2. 상기도 EIT 검사의 해부학적 검증
- 건강 피험자를 대상으로 상기도 MRI와 EIT의 동시측정
- 정상 호흡 시와 연하 시 MRI에서 확인되는 상기도의 해부학적 변화가 EIT 영상에서도 확인됨
3. 복원 영상 정밀도 개선을 위한 알고리즘 개발
- 상기도 EIT 영상에 후처리 기법 적용
- 수면시 발생하는 움직임의 아티팩트를 제거하기 위한 알고리즘 설계
- 상기도의 폐쇄성 유무를 검출하기 위한 도전율 영상 복원 알고리즘 설계
4. 상기도 EIT 검사의 유효성과 안전성 검증
- 건강 피험자 7명과 OSA 환자 10명을 대상으로 수면다원검사(polysomnography,PSG)와 상기도 EIT를 동시에 측정함
- PSG에서 측정되는 폐쇄성 저호흡 및 무호흡 구간에서 상기도 EIT의 유의한 변화를 확인함
- 중추성 무호흡과 폐쇄성 무호흡 간에 차이가 남을 확인함
- 17명 피험자 모두에서 EIT 검사에 따른 이상기기반응은 발생하지 않음

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
1. EIT는 자연수면 중 상기도 폐쇄 양상을 측정할 수 있는 최초의 검사법으로 향후 폐쇄 양상에 따른 OSA 환자별 맞춤 치료의 적용에 활용될 수 있음.
2. 비싸고 번거로운 PSG를 대체하여 국내외에서 활발히 사용되고 있는 간이형 수면검사(예. Watch PAT)가 가진 한계인 중추성 무호흡과 폐쇄성 무호흡을 구별하지 못하는 점을 보완할 수 있을 것으로 예상됨
3. PSG와 EIT를 접목하여 기존의 PSG만으로는 얻을 수 없었던 추가적인 정보를 제공함으로 환자 치료 및 상담에 활용할 수 있을 것으로 기대됨

( 출처: 국문 요약문 4p )

Abstract ▼

□ Purpose&Contents
To develop and confirm the efficacy of a real-time monitoring device for detection of the upper airway patency during natural sleep in patients with obstructive sleep apnea (OSA)
- The development of the electrical impedance tomography (EIT) system for upper airway measureme

□ Purpose&Contents
To develop and confirm the efficacy of a real-time monitoring device for detection of the upper airway patency during natural sleep in patients with obstructive sleep apnea (OSA)
- The development of the electrical impedance tomography (EIT) system for upper airway measurement
- Anatomical validation of the upper airway EIT by concurrent EIT and MRI measurement in healthy subjects
- Clinical trials on healthy subjects and OSA patients

□ Results
1. Establishment of the protocol for the upper airway EIT
- Determination of the landmark for attachment of the surface electrode: Imaginary planes between the midpoint of mentum and lower lip and the point 2 cm inferior to the mastoid process (The retroglossal airway space in MRI was well correlated with the plane of attached electrodes)
- A 3D scanner: acquisition of the boundary shape of attached electrodes to enhance the accuracy of reconstructed EIT images
- development of the upper airway EIT system prototype
2. Anatomical validation of the upper airway EIT
- Concurrent EIT and MRI measurement in healthy subjects using MR-compatible elctrodes
- Anatomical changes identified in MRI from normal respiration to swallowing were also demonstrated in the EIT images
3. Development of image reconstruction algorithm to enhance the accuracy
- Postprocessing of EIT images of the upper airway
- An algorithm for removal of motion artifact occuring during sleep
- An image reconstruction algorithm to detect upper airway closure
4. Evaluation of the efficacy and safety of the upper airway EIT
- Concurrent polysomnography (PSG) and EIT were performed for seven healthy subjects and ten OSA patients
- Significant changes in the EIT images were identified during the obstructive hypopnea or apnea events scored in PSG
- Significant differences of EIT data between during central apnea and obstructive one
- No adverse device effects of the upper airway EIT system in all 17 subjects

□ Expected Contribution
1. Individualized treatment of OSA can be achieved using the upper airway EIT which is the 1^st monitoring device which may differentiate the upper airway obstruction pattern
2. A critical disadvantage of portable sleep monitoring device (eg. WatchPAT), i.e. incapability of differentiating central versus obstructive apnea, might be overcome with the aid of the upper airway EIT
3. By combining the PSG and EIT, additional useful information on OSA patients could be provided, which can be utilized in the treatment and counselling of the patients

( 출처: SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 가. 연구개발 목적 ... 7
• 나. 연구개발의 필요성 ... 7
• 다. 연구개발 범위 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 가. 상기도 EIT의 검사 프로토콜 확립 및 환자 임상시험용 시스템 제작 ... 9
• 나. 상기도 도전율 단층 영상법(EIT)의 해부학적 검증 ... 15
• 다. 복원 영상 정밀도 개선을 위한 알고리즘 개발 ... 16
• 라. 상기도 도전율 단층 영상법(EIT)의 안정성과 유효성 검증 위한 임상시험 시행 ... 19
• 라. 정량적 연구 개발 성과 ... 21
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 22
• 가. 목표달성도 ... 22
• 나. 관련분야 기여도 ... 22
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 23
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 23
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 23
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 23
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 23
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 24
• 11. 기타사항 ... 24
• 12. 참고문헌 ... 24
• [별첨4] 실적 증빙자료 ... 25
• [별첨5] 기타 첨부서류 ... 38
• 끝페이지 ... 45