KR101476906B1 - 망막 허혈 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 망막 허혈 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 망막 허혈 측정 방법은, 피검자의 안저에 빛을 조사하는 단계; 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 단계; 상기 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 단계; 상기 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 단계; 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 단계; 및 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.

Description

망막 허혈 측정 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING ISCHEMIA MEASURING}
본 발명은 비침습적 망막 허혈 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
당뇨성 망막병증, 삼출성 노화 관련 황반 변성 (ARMD), 조숙 망막병증 (ROP) 및 혈관 폐색을 포함한 망막의 혈관 질환은 시력 손상 및 실명의 주요 원인이다. 이러한 질환 그룹은, 병적 안구 혈관신생을 예방하거나 완화할 새로운 치료 양태를 동정하기 위한 집중적인 연구 대상이다. 예를 들어, 당뇨성 망막병증을 살펴보면, 당뇨가 진행함에 따라, 망막의 모세혈관의 변형이 나타나게 되고, 종국에는 모세혈관의 탈락과 이로 인한 허혈의 진행과 이에 대한 반응으로서의 신생혈관의 발생, 세포외액의 유출, 섬유화 등의 일련의 과정을 거쳐 실명에 이르게 된다.
현재 망막의 허혈을 측정할 수 있는 방법은, 형광 안저 촬영에 의한 모세혈관의 탈락을 관찰하는 것이 유일하나, 이는 망막의 허혈의 면적을 계측가능할 뿐, 허혈의 정도를 측정하는 것은 불가능하다. 또한 그 외에 침습적이고, 드물게 과민반응을 유발하며, 심한 경우 피검자의 사망을 유발할 수 있어 검사의 가장 큰 제한점으로 지적된다. 따라서, 망막의 허혈을 측정하기 위한 개선된 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 비침습적으로 망막의 허혈을 측정하고, 안저 혈관 상태를 정량화할 수 있는 안전한 망막 허혈 측정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 망막 허혈 측정 방법은, 피검자의 안저에 빛을 조사하는 단계; 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 단계; 상기 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 단계; 상기 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 단계; 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 단계; 및 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 허혈 여부를 확인한 후에 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시하는 단계;를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 빛은 적색광 및 적외광을 조사하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 빛은 650 내지 670 nm의 파장을 가지는 적색광 및 900 내지 940 nm 파장을 가지는 적외광인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 빛은, 발광 다이오드(Light Emitted Diode; LED), 레이저 다이오드(Laser Diode; LD) 및 램프(lamp)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 광원으로 하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부의 확인은, 상기 수용된 빛을 스펙트럼 분해하여 흡광도 차이를 산출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 산소포화도의 계산은, 피검자의 안저 모세혈관의 맥동 성분의 비를 이용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 망막 허혈 맵의 작성은, 각 지점의 적혈구가 갖는 산화 헴(oxygenated heme)과 탈산화 헴(deoxygenated heme)의 비율을 의사 색체(pseudo-color)를 통한 이미지화에 의하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제2 측면에 따른 망막 허혈 측정 장치는, 피검자의 안저에 빛을 조사하는 광조사부; 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 수광부; 상기 수광부로 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 흡광도 측정부; 상기 흡광도 측정부에서 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부; 상기 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부로부터 입력되는 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 산소포화도 산출부; 및 상기 산소포화도 산출부로부터 입력되는 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 허혈 측정부;를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 허혈 측정부로부터 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 망막 허혈 측정 방법 및 장치는, 비침습적이고, 짧은 시간에 망막의 허혈 정도를 계측할 수 있는 의료기기 개발로 임상에서 적용될 수 있다. 그리고, 신체에서 유일하게 동맥과 정맥이 모두 관찰 가능한 망막의 허혈 정도를 계측함으로써 전신의 허혈 상태를 예측하는 바이오마커(biomarker)로서 적용이 가능할 수 있다. 또한, 망막의 허혈 부위를 정확하게 구분할 수 있는 기술의 개발로 정상조직을 보존하고 허혈 부위만 한정해서 치료할 수 있는 표적치료에 응용할 수 있으며, 망막혈관의 순환상태를 조기에 쉽게 파악할 수 있어 망막질환의 발생원인, 시기 등 병태생리 규명에 기여할 수 있다. 흡광도 차이를 이용하는 방법은 보다 긴 파장을 이용하기 때문에 백내장 등 매체 혼탁이 있는 환자에게 적용하기 유용하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 허혈 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 망막 허혈 측정 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허혈 맵 이미지 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 망막 허혈 측정 방법 및 장치에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 허혈 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 발명의 제1 측면에 따른 망막 허혈 측정 방법은, 피검자의 안저에 빛을 조사하는 단계(S110); 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 단계(S120); 상기 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 단계(S130); 상기 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 단계(S140); 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 단계(S150); 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 단계(S160);를 포함한다. 본 발명의 일측에 있어서, 상기 허혈 여부를 확인한 후에 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시하는 단계(S170);를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 망막 허혈 측정 방법은 다음과 같이 수행된다.
먼저, 피검자의 안저에 빛을 조사한다(S110).
본 발명의 일측에 있어서, 상기 빛은 산화헤모글로빈(oxygenated hemoglobin, HbO2) 및 탈산화헤모글로빈(deoxygenated hemoglobin, Hb) 사이의 흡광도 차이가 큰 적색광과 적색광과 반대의 특성을 갖는 적외광을 조사하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 적색광은 650 내지 670 nm 파장을 가지는 것일 수 있고, 적외광은 900 내지 940 nm 파장을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일측에 있어서, 상기 빛은, 발광 다이오드(Light Emitted Diode; LED), 레이저 다이오드(Laser Diode; LD) 및 램프(lamp)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 광원으로 하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용한다(S120).
조사된 빛은 안저의 동맥 헤모글로빈뿐만 아니라 피부, 연질 조직, 정맥과 모세혈관들 내의 혈액 성분들에 의하여 산란되고 반사되어 나온다. 이렇게 산란되어 반사된 빛을 수용한다.
이어서, 상기 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정한다(S130).
산화헤모글로빈(oxygenated hemoglobin, HbO2) 및 탈산화헤모글로빈(deoxygenated hemoglobin, Hb) 사이의 흡광도를 계측한다. 산화헤모글로빈(HbO2)은 산소와 결합되어 밝은 붉은색으로 보이고, 탈산화헤모글로빈(Hb)은 산소를 잃어버려 색상이 어둡게 보인다. 적색광이 산화헤모글로빈을 통과할 때 투과율은 높고 흡수율은 낮으며, 적외광이 통과할 때 투과율은 낮고 흡수율은 높다. 또한, 적색광이 탈산화헤모글로빈을 통과할 때 투과율은 낮고 흡수율은 높으며, 적외광이 통과할 때 투과율은 높고 흡수율은 낮아진다.
이어서, 상기 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인한다(S140).
상기 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부의 확인은, 상기 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부의 확인은, 상기 수용된 빛을 스펙트럼 분해하여 흡광도 차이를 산출하는 것이다.
이어서, 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산한다(S150).
“산소포화도”란 총 헤모글로빈 농도에 대하여 산소와 결합한 산화 헤모글로빈 농도의 백분율로 체내 세포의 기능이 정상적으로 유지되기 위한 산소가 혈액 속에 포화되어 있는 양을 정량적으로 나타낸 것으로서, 저산소증, 신생아 모니터링, 응급의학 등 임상 분야에서 중요 파라미터로 사용된다.
상기 산소포화도의 계산은, 피검자의 안저 모세혈관의 맥동 성분의 비를 이용하는 것일 수 있다. 피검자의 안저에 적색광 및 적외광을 투과시켜 동맥혈의 맥동 성분에 대한 파장별 흡광도를 구하고 그 값의 비로써 산소포화도를 결정할 수 있다.
산소포화도는 Beer-Lambert 법칙을 이용하여 계산할 수 있다. 이 법칙에 따라 흡광도는 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013024373805-pat00001
상기 식에서, E: 흡광도, C: 물질의 농도, ε: 흡광 계수, D: 두께를 나타낸다. 두께가 D인 균일한 물질에 입사광(Iinput)을 투과시켰을 때 투과된 광을 투과광(Itrans)라고 한다면, 상기 식과 같은 관계식이 성립한다. 이는 광 산란이 없고 동종의 흡광물의 경우 적용하는데, 순수 조직에서의 투과광과 혈액에서의 투과광을 비교하여 흡광 계수를 구하게 된다.
서로 다른 파장을 갖는 두 광원을 이용할 때는 하기 수학식 2와 같은 식을 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013024373805-pat00002
즉, 안저는 혈액과 혈액을 제외한 조직의 혼합물로 구성되어 있으므로, 전체 흡광도는 각 성분의 광학적 흡수도와 같게 되며, 흡광도의 변화는 하기 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112013024373805-pat00003
이때 흡광계수와 흡광도의 변화량의 관계는 하기 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure 112013024373805-pat00004
이처럼, Beer-Lambert의 법칙을 이용하면 맥동성분이 있는 혈관 조직의 광도(optical density)의 변화를 알아낼 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 산소포화도를 계산한다.
이어서, 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인한다(S160).
상기 허혈 여부의 확인은, 동맥혈의 산소포화도 100, 정맥혈의 산소포화도 60, 모세혈관의 산소포화도 정상 기준값을 기초로하여 망막 각 지점의 산소포화도를 각 지점의 색상으로 분포도를 만들어 이미지화하는 것이다.
이어서, 상기 허혈 여부를 확인한 후에 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시한다(S170).
상기 망막 허혈 맵의 작성은, 각 지점의 적혈구가 갖는 산화 헴(oxygenated heme)과 탈산화 헴(deoxygenated heme)의 비율로 나타나게 되는데, 이를 의사 색체(pseudo-color)를 통해 이미지화하여, 망막 허혈 맵을 구현할 수 있다. 의사 색체 처리를 위해서는 소프트웨어적 처리가 필요하며, 이를 위해 소프트웨어를 통한 이미지의 자동 계측 및 정렬을 이용할 수 있다. 따라서, 망막 허혈 맵 내에 관찰되는 망막 허혈 분포 데이터를 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 망막 허혈 측정 장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 망막 허혈 측정 장치는 광조사부(10), 수광부(20), 흡광도 측정부(30), 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부(40), 산소포화도 산출부(50) 및 허혈 측정부(60)를 포함하며, 디스플레이부(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 광조사부(10)는, 피검자의 안저에 빛을 조사한다.
상기 수광부(20)는, 상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용한다.
상기 흡광도 측정부(30)는 상기 수광부로 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정한다.
상기 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부(40)는, 상기 수광부(20)로 수용된 빛을 라만 분광법에 의해 분석하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인한다.
상기 산소포화도 산출부(50), 상기 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부(40)로부터 입력되는 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산한다.
상기 허혈 측정부(60)는, 상기 산소포화도 산출부(50)로부터 입력되는 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인한다.
상기 디스플레이부(70)는, 상기 허혈 측정부(60)로부터 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허헐 맵을 작성하여 개시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허혈 맵 이미지 사진이다. 도 3에서 알 수 있듯이 이미지를 통하여 허혈 여부를 직접적으로 간명하게 확인할 수 있어, 망막 허혈, 망막 염증, 망막 부종, 견인 망막 박리, 견인 망막병증, 유리체 출혈 및 견인 황반병증을 예방하거나 감소시키고 치료에 효과적으로 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 허혈 측정 방법 및 장치에 의해, 비침습적이고, 짧은 시간에 망막의 허혈 정도를 계측할 수 있는 의료기기 개발로 임상에서 적용될 수 있다. 그리고, 신체에서 유일하게 동맥과 정맥이 모두 관찰 가능한 망막의 허혈 정도를 계측함으로써 전신의 허혈 상태를 예측하는 바이오마커(biomarker)로서 적용이 가능할 수 있다. 또한, 망막의 허혈부위를 정확하게 구분할 수 있는 기술의 개발로 정상조직을 보존하고 허혈부위만 한정해서 치료할 수 있는 표적치료에 응용할 수 있으며, 망막혈관의 순환상태를 조기에 쉽게 파악할 수 있어 망막질환의 발생원인, 시기 등 병태생리 규명에 기여할 수 있다. 흡광도 차이를 이용하는 방법은 보다 긴 파장을 이용하기 때문에 백내장 등 매체 혼탁이 있는 환자에게 적용하기 유용하다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 피검자의 안저에 빛을 조사하는 단계;
    상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 단계;
    상기 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 단계;
    상기 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 단계;
    상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 단계; 및
    상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 빛은 650 내지 670 nm의 파장을 가지는 적색광 및 900 내지 940 nm 파장을 가지는 적외광인 것이고,
    상기 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부의 확인은, 상기 수용된 빛을 스펙트럼 분해하여 흡광도 차이를 산출하는 것인,
    망막 허혈 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 허혈 여부를 확인한 후에 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시하는 단계;
    를 더 포함하는 것인, 망막 허혈 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빛은 적색광 및 적외광을 조사하는 것인, 망막 허혈 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빛은, 발광 다이오드(Light Emitted Diode; LED), 레이저 다이오드(Laser Diode; LD) 및 램프(lamp)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 광원으로 하는 것인, 망막 허혈 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산소포화도의 계산은, 피검자의 안저 모세혈관의 맥동 성분의 비를 이용하는 것인, 망막 허혈 측정 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 망막 허혈 맵의 작성은, 각 지점의 적혈구가 갖는 산화 헴(oxygenated heme)과 탈산화 헴(deoxygenated heme)의 비율을 의사 색체(pseudo-color)를 통한 이미지화에 의하는 것인, 망막 허혈 측정 방법.
  9. 피검자의 안저에 빛을 조사하는 광조사부;
    상기 피검자의 안저 모세혈관으로부터 반사된 빛을 수용하는 수광부;
    상기 수광부로 수용된 빛에 대한 흡광도 차이를 측정하는 흡광도 측정부;
    상기 흡광도 측정부에서 측정된 흡광도 차이를 이용하여 피검자의 안저 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부를 확인하는 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부;
    상기 산소결합 헤모글로빈 농도 산출부로부터 입력되는 상기 산소결합 헤모글로빈 농도를 이용하여 산소포화도를 계산하는 산소포화도 산출부; 및
    상기 산소포화도 산출부로부터 입력되는 상기 산소포화도를 이용하여 허혈 여부를 확인하는 허혈 측정부;
    를 포함하고,
    상기 빛은 650 내지 670 nm의 파장을 가지는 적색광 및 900 내지 940 nm 파장을 가지는 적외광인 것이고,
    상기 모세혈관의 헤모글로빈의 산소 결합 여부의 확인은, 상기 수용된 빛을 스펙트럼 분해하여 흡광도 차이를 산출하는 것인,
    망막 허혈 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 허혈 측정부로부터 입력되는 데이터를 이용하여 망막 허혈 맵을 작성하여 개시하는 디스플레이부;를 더 포함하는, 망막 허혈 측정 장치.
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