KR20190045569A

KR20190045569A - 카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20190045569A
Application number: KR1020170138317A
Authority: KR
Inventors: 공재성; 최해룡; 정의성
Original assignee: 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-05-03
Also published as: KR102117370B1

Abstract

카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치는 UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impluse) 신호를 발생하고 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호제어부; 신호제어부와 연결되어 UWB 신호를 전송하는 가이드와이어(Guide Wire); 카테터 내에서 가이드와이어 팁에 연결되며 UWB 신호를 외부 방사하는 송신안테나; 송신안테나로부터 방사된 UWB 신호를 수신하는 수신안테나; 및 방사된 UWB 신호와 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 카테터 팁과 수신안테나 사이의 상대 거리를 산출하는 연산부;를 포함한다.

Description

카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법{Apparatus for tracking position of catheter tip and method thereof}

본 발명은 카테터 팁 위치추적에 관한 것으로, 특히, UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impulse) 신호를 이용하여 인체에 삽입되는 카테터 팁과 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하여 카테터 팁의 위치를 추적할 수 있는 카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC; Peripherally Inserted Central Catheters)는 말초혈관을 통해 정맥에 삽입되는 카테터로서 불량한 혈관 상태에서 정맥로 확보가 요구되고, 수혈 및 정기적 채혈이 필요한 당뇨환자, 암환자 장기입원 환자, 고령 환자들이 수액주사를 맞을 경우, 단 1회의 시술로 6개월 이상 지속가능한 중심정맥관 시술에 사용되는 것이다.

이러한 말초혈관 정맥 삽입 카테터는 수혈 또는 채혈을 위해 정맥을 통하여 심장까지 삽입되어야 하므로 카테터가 정맥을 통해 삽입되는 과정에서 카테터의 말단 위치를 확인해야 한다.

이와 같이 카테터의 위치 확인을 위한 방안이 여러 가지로 시도되고 있으나, 위치 확인의 정확성 및 환자에게 악영향을 미치지 않도록 하기 위한 안정성을 보장하면서도 저렴한 비용으로 제공되는 방안이 요구되고 있다.

KR

2016-002088

A

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 카테터의 위치를 정확하게 실시간으로 추적하고 환자에 대한 피폭 위험성을 방지하면서도 저비용으로 구현할 수 있는 카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impluse) 신호를 발생하고 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호제어부; 상기 신호제어부와 연결되어 상기 UWB 신호를 전송하는 가이드와이어(Guide Wire); 상기 카테터 내에서 가이드와이어 팁에 연결되며 상기 UWB 신호를 외부 방사하는 송신안테나; 상기 송신안테나로부터 방사된 UWB 신호를 수신하는 수신안테나; 및 상기 방사된 UWB 신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대 거리를 산출하는 연산부;를 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 연산부는, 상기 방사되는 UWB 신호를 정규화한 표준신호를 발생하는 표준신호 발생부; 상기 표준신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산하는 상호상관 연산부; 상기 상호상관성 연산의 결과 최대값을 산출하는 최대값 산출부; 상기 산출된 최대값을 역수 연산하는 역수 연산부; 및 상기 연산된 역수를 기초로 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 거리 산출부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 거리 산출부는 상기 연산된 역수에 스케일링 팩터를 승산하여 상기 상대거리를 산출할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 장치는 상기 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거하는 전처리부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 장치는 상기 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하는 전처리부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 송신안테나는 복수의 카테터 팁에 구비되고, 상기 수신안테나는 상기 송신안테나에 대응하여 복수 개로 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드와이어는 실드(shield) 케이블 형태로 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 송신안테나는 상기 가이드와이어의 말단에서 실드가 되지 않은 도전성 와이어일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 송신안테나는 상기 실드가 되지 않은 영역에 안테나 패턴이 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수신안테나는 점, 선 어레이 또는 면 어레이로 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 장치는 상기 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impluse) 신호를 발생시키는 단계; 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC; Peripherally Inserted Central Catheters)의 팁(tip)에 구비되고 상기 카테터 내에서 가이드와이어로 연결되는 송신안테나를 통하여 상기 UWB 신호를 외부 방사하는 단계; 상기 송신안테나로부터 방사된 UWB 신호를 수신안테나를 통하여 수신하는 단계; 및 상기 방사된 UWB 신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 단계;를 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법이 제공된다.

일 실시예에서, 상기 상대거리를 산출하는 단계는, 상기 방사되는 UWB 신호를 정규화한 표준신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산하는 단계; 상기 상호상관성 연산의 결과 최대값을 산출하는 단계; 상기 산출된 최대값을 역수 연산하는 단계; 및 상기 연산된 역수를 기초로 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상대거리를 산출하는 단계는 상기 연산된 역수에 스케일링 팩터로 승산하여 상기 상대거리를 산출할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 방법은 상기 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 방법은 상기 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 카테터 팁 위치추적 방법은 상기 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치 및 그 방법은 UWB 신호를 이용하여 카테터 팁의 위치를 추적함으로써, 환자에 대한 피폭 위험성을 방지하고, 위치 정밀도를 향상시키면서도 저비용으로 카테터 팁의 위치를 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 본 발명은 RF 방식으로 비교적 간단한 구성에 의해 구현함으로써 추가적인 장비를 구비할 필요가 없고 사용자의 숙련도를 요구하지 않으므로 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 3은 도 1에서 방사신호와 수신신호의 일례를 나타낸 도면,
도 4는 도 2에서 송신안테나의 일례를 나타낸 사시도,
도 5는 도 2에서 수신안테나의 일례를 나타낸 사시도,
도 6은 도 2에서 연산부의 세부 구성을 나타낸 블록도,
도 7은 도 2에서 디스플레이부의 일례를 나타낸 화면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 블록도, 및 도 3은 도 1에서 방사신호와 수신신호의 일례를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 신호제어부(110), 및 연산부(130)를 포함한다.

이러한 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 삽입 위치(Ep)로부터 정맥(11)을 통하여 심장(12)까지 삽입하는 말초혈관 정맥 삽입 카테터에 구비되어 카테터의 말단 위치를 추적하기 위한 것으로, 송신안테나(112)가 카테터의 말단에 구비되어 카테터 내에 삽입되는 가이드와이어(102)를 통하여 UWB 신호를 방사하고, 수신안테나(122)가 방사된 UWB 신호를 수신할 수 있다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, UWB 신호가 하나의 임펄스 형태로 방사되면, 수신되는 UWB 신호는 전파 경로 상에 존재하는 인체의 심장(12)이나 뼈 등을 관통하면서 시간지연 및 감쇄되어 여러 개의 신호 형태를 갖는다.

이때, 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 방사된 UWB 신호와 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 이용하여 카테터 팁 위치를 추적할 수 있다.

이와 같이, 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 UWB 신호의 펄스를 방출하고 이를 검출함으로써, 간단한 구성에 의해 저렴한 비용으로 제공할 수 있다.

아울러, 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 UWB 신호가 매우 짧은 파장을 갖기 때문에 위치 추적에 있어서 위치 분해능(resolution)이 높으므로 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에 고주파 신호를 이용하므로 검출속도를 향상시킬 수 있다.

더욱이, 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 RF 신호를 사용하므로 X-ray나 초음파에 비하여 피폭 위험성이 매우 낮으므로 환자 및 시술자에 대한 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 카테터의 말단에 송신안테나(112)를 구비하고 외부에서 수신안테나(122)를 통하여 신호를 검출하므로, 숙련되지 않은 운영자에 의해서도 사용이 가능하며, 추가적인 장비가 필요 없음으로 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

신호제어부(110)는 UWB 신호를 발생시킬 수 있다. 여기서, UWB 신호는 수 ㎓ 대역의 RF 신호이다. 이러한 신호제어부(110)는 UWB 신호를 정해진 주기에 따른 임펄스 신호로 발생할 수 있다. 이때, 신호제어부(110)는 방사된 UWB 신호에 대하여 일정값 이상의 크기를 갖는 UWB 신호가 수신될 수 있는 충분한 주기로 임펄스를 발생할 수 있다.

이러한 신호제어부(110)는 가이드와이어(102)를 통하여 송신안테나(112)에 연결될 수 있다.

여기서, 가이드와이어(102)는 실드(shield) 케이블 형태로 이루어질 수 있다. 일례로, 가이드와이어(102)는 도전성 물질로 이루어진 전송선을 중심으로 외부에 전자차폐 기능을 가질 수 있도록 접지에 연결된 도전 물질로 감싸진 형태로 이루어질 수 있다.

이때, 신호제어부(110)는 가이드와이어(102)를 연결하기 위한 송신 포트(114)로서, 실드 케이블을 연결하기 위한 연결 포트가 구비될 수 있다.

송신안테나(112)는 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC)의 팁(tip)에 구비되고 카테터 내에서 가이드와이어(102)로 연결되어 UWB 신호를 외부 방사할 수 있다.

도 4는 도 2에서 송신안테나의 일례를 나타낸 사시도이다.

도 4를 참조하면, 송신안테나(112)는 가이드와이어(102)의 말단에서 실드된 영역(112a)과 실드가 되지 않은 영역(112b)을 포함할 수 있다.

여기서, 송신안테나(112)는 실드가 되지 않은 영역(112b)에 복수의 안테나 패턴이 구비될 수 있다. 일례로, 상기 안테나 패턴은 도전성 와이어의 외주면을 따라 복수의 턴(turn)으로 구비될 수 있다. 이에 의해 송신안테나(112)는 UWB 신호의 방사 효율을 향상시킬 수 있다.

선택적으로, 송신안테나(112)는 별도로 구비되지 않고 가이드와이어(102)의 일단으로 구비될 수 있다. 즉, 송신안테나(112)는 가이드와이어(102)의 말단에서 실드가 되지 않은 도전성 와이어일 수 있다.

여기서, 가이드와이어(102)는 중간 중역의 일부에서 실드 피복을 제거하여 송신안테나로 사용할 수도 있다. 이에 의해, 가이드와이어(102)의 중간을 송신안테나와 같이 신호를 방사할 수 있으므로, 수신안테나(122)를 이용하여 가이드와이어(102)의 중간 위치를 확인할 수도 있다.

이러한 송신안테나(112)는 가이드와이어(102)가 정맥(11)을 통해 용이하게 삽입될 수 있도록 직선 또는 곡선 형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 송신안테나(112)는 복수의 카테터 팁에 구비될 수 있다. 이때, 수신안테나(122)는 송신안테나(112)에 대응하여 복수 개로 구비될 수 있다.

또한, 신호제어부(110)는 송신안테나(112)로부터 방사된 UWB 신호를 수신안테나(122)를 통하여 수신하고 수신된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.

또한, 신호제어부(110)는 가이드와이어(102)와 유사하게 실드 케이블로 수신안테나(122)와 연결될 수 있다.

이러한 신호제어부(110)는 수신안테나(122)와 연결하기 위한 수신 포트(124)로서, 실드 케이블을 연결하기 위한 연결 포트가 구비될 수 있다.

도 5는 도 2에서 수신안테나의 일례를 나타낸 사시도이다.

수신안테나(122)는 비도전성 시트(122a) 상에 도전성 패턴(122b)이 구비된 것일 수 있다. 도 5에서, 수신안테나(122)는 나선형의 패턴(122b)을 갖는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않는다.

일례로, 수신안테나(122)는 점, 선 어레이 또는 면 어레이로 이루어질 수 있다. 즉, 수신안테나(122)는 선 형태의 일차원 배열된 복수의 안테나 또는 면 형태의 이차원 배열된 복수의 안테나일 수 있다. 이러한 배열 구조는 검출 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 송신안테나(112)가 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC)의 팁(tip)에 구비되고, 수신안테나(122)가 인체의 외부에서 수신안테나(122)에 배치되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 반대로 구비될 수 있다. 즉, 수신안테나가 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC)의 팁(tip)에 구비되고, 송신안테나가 인체의 외부에 배치될 수 있다.

연산부(130)는 송신안테나(112)를 통하여 방사된 UWB 신호와 수신안테나(122)를 통하여 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 카테터 팁과 수신안테나(122) 사이의 상대거리를 산출할 수 있다.

또한, 연산부(130)는 입력부(150)를 통한 사용자 조작에 따라 신호제어부(110)의 동작을 제어하고, 후술하는 바와 같은 디스플레이부(140)를 통하여 산출된 상대거리를 디스플레이하도록 제어할 수 있다.

이러한 연산부(130)는 자체 연산 가능한 마이크로컨트롤러(MCU)로 구현될 수 있으며, 후술하는 바와 같은 카테터 팁 위치추적 방법에 따른 소프트웨어가 실행될 수 있다.

도 6은 도 2에서 연산부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.

연산부(130)는 전처리부(132), 표준신호 발생부(134), 상호상관성 연산부(136), 최대값 산출부(137), 역수 연산부(138) 및 거리 산출부(139)를 포함할 수 있다.

전처리부(132)는 신호제어부(110)에서 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거할 수 있다. 이러한 전처리부(132)는 저역통과필터(LPF)로 구성될 수 있다. 일례로, 전처리부(132)는 수신된 UWB 신호에서 평균값 감산, 시간 상에서 주변 신호와의 평균 등에 의해 잡음을 제거할 수 있다.

또한, 전처리부(132)는 상대 거리 연산의 효율을 증가하기 위하여 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하여 신호를 변형할 수 있다. 표준신호 발생부(134)는 신호제어부(110)에서 방사된 UWB 신호를 정규화한 표준신호를 발생할 수 있다. 여기서, 표준신호는 송신안테나(112)에서 외부로 방사되는 원형의 신호일 수 있다. 이때, 표준신호 발생부(134)는 방사된 UWB 신호의 최대값을 1로 정규화할 수 있다.

한편, 표준신호 발생부(134)는 신호제어부(110)에서 발생된 신호를 이용하여 표준신호를 발생할 수도 있다.

표준신호 발생부(134)에서 발생된 표준신호는 전처리부(132)에서 적용된 연산이 동일하게 적용될 수 있다.

상호상관성 연산부(136)는 표준신호 발생부(134)에서 발생된 표준신호와 신호제어부(110)에서 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산할 수 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 방사된 임펄스 UWB 신호는 인체의 혈관, 피부조직, 장기 등에 의해 시간지연 및 신호 감쇄된 UWB 신호로 수신된다. 이때, 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 거리가 가까울수록 신호의 강도는 강해지고, 왜곡의 정도는 작아지므로, 상호상관성 연산에 의해 두 신호 사이의 상관성을 연산할 수 있다.

최대값 산출부(137)는 상호상관성 연산부(136)에 의한 연산 결과 중에서 최대값을 산출할 수 있다. 여기서, 상호상관성 연산의 최대값은 인체에 의한 반사, 회절 등의 이차적인 효과가 가장 작은 값으로 송신안테나(112)로부터 수신안테나(122)로 직접 전달된 신호에 의한 상호상관성 연산값이다.

즉, 인체에 의한 반사 또는 회절 등으로 수신된 UWB 신호는 송신안테나(112)로부터 수신안테나(122)까지의 거리가 멀어지므로 신호 강도가 약해지고 왜곡도 많이 발생한다.

결국, 상호상관성 연산의 최대값은 송신안테나(112)로부터 수신안테나(122)로 실질적으로 직접 전달되는 UWB 신호에 대한 강도 및 왜곡의 정도를 수치적으로 나타난 값일 수 있다.

역수 연산부(138)는 최대값 산출부(137)에서 산출된 최대값을 역수 연산할 수 있다. 여기서, 상호상관성 연산의 최대값은 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 거리에 반비례하므로, 역수 연산부(138)는 상대거리 연산을 위해 거리와 비례하는 형태로 변환할 수 있다.

거리 산출부(139)는 역수 연산부(138)에서 연산된 역수를 기초로 카테터 팁과 수신안테나(122) 사이의 상대거리를 산출할 수 있다.

여기서, 거리 산출부(139)는 산출된 거리에 대한 사용자의 이해의 편의성을 위해 역수 연산부(138)에서 연산된 역수에 스케일링 팩터를 승산하여 상대거리를 산출할 수 있다. 이러한 스케일링 팩터는 역수 연산부(138)의 연산 결과를 사용자가 친숙한 실제 거리단위, 예를 들면, ㎝ 단위로 환산하기 위한 값일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 디스플레이부(140) 및 입력부(150)를 더 포함할 수 있다.

도 7은 도 2에서 디스플레이부의 일례를 나타낸 화면이다.

디스플레이부(140)는 거리 산출부(139)에서 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이할 수 있다.

도 7을 참조하면, 수신안테나(122)를 송신안테나(112)를 중심으로 전후 좌우 이동하였을 때 안테나 중심에서 팁 간의 거리가 가까울수록 작은 값을 멀어질수록 높은 값을 나타낼 수 있다.

이와 같이, 시간에 따른 상대거리 그래프를 디스플레이함으로써, 송신안테나(112)와 수신안테나(122) 사이의 상대거리를 확인하여 수신안테나(122)가 송신안테나(112)와의 거리가 가장 가까운 곳의 위치를 실시간으로 육안으로 확인할 수 있다.

선택적으로, 디스플레이부(140)는 밝기 조절가능한 LED 조명을 더 포함할 수 있다. 이때, LED 조명은 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 사이의 거리에 따라 밝기를 조절함으로써 상대거리를 육안으로 확인할 수 있다.

또한, LED 조명을 대신하여 스피커를 부가하여, 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 상대거리에 따라 소리의 간격 또는 고저를 조정함으로써, 상대거리를 용이하게 확인할 수 있다.

한편, 복수의 수신안테나(122)를 이차원으로 배열하여 가이드와이어(102)의 팁 위치를 검출하는 경우, 복수의 수신안테나(122) 각각에서 산출되는 상대거리를 기초로 가장 작은 값이 산출되는 수신안테나(122)의 위치를 통하여 카테터 팁의 위치를 검출할 수도 있다. 여기서, 수신안테나(122)의 밀도는 카테터 팁의 위치 검출을 위한 정밀도와 연관이 있다.

입력부(150)는 사용자에 의해 조작되는 것으로서 마우스 또는 키보드일 수 있다. 이러한 입력부(150)는 신호제어부(110)에서 UWB 신호의 발생 또는 디스플레이부(140)의 디스플레이 형태를 선택하기 위한 사용자 선택이 입력될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해 카테터 팁 위치추적 장치(100)는 환자에 대한 피폭 위험성을 방지하고, 위치 정밀도를 향상시키면서도 저비용으로 카테터 팁의 위치를 용이하게 파악할 수 있으며, 추가적인 장비를 구비할 필요가 없고 사용자의 숙련도를 요구하지 않으므로 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 팁 위치추적 방법의 순서도이다.

카테터 팁 위치추적 방법(200)은 UWB 신호를 발생 및 수신하는 단계(S210), 수신된 UWB 신호를 전처리하는 단계(S220), 표준신호와 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산하는 단계(S230), 최대값을 산출하는 단계(S240), 최대값의 역수를 연산하는 단계(S250), 상대거리를 산출하는 단계(S260) 및 산출된 상대거리를 디스플레이하는 단계(S270)를 포함한다.

보다 상세히 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저, UWB 임펄스 신호를 발생하여 말초혈관 정맥 삽입 카테터의 말단에서 방사하고, 인체 외부에서 UWB 신호를 수신할 수 있다(단계 S210).

보다 상세하게는, 수 ㎓ 대역의 RF 신호인 UWB 임펄스 신호를 정해진 주기에 따라 발생할 수 있다. 이때, 방사된 UWB 신호에 대하여 일정값 이상의 크기를 갖는 UWB 신호가 수신될 수 있는 충분한 강도로 임펄스를 발생할 수 있다.

여기서, UWB 임펄스 신호는 가이드와이어(102)를 경유하여 연결된 송신안테나(112)를 통하여 방사할 수 있다. 이때, 송신안테나(112)는 말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC)의 팁에 구비되고 카테터 내에서 가이드와이어(102)로 연결될 수 있다.

다음으로, 송신안테나(112)를 통하여 방사된 UWB 신호를 인체의 외부에 배치된 수신안테나(122)를 통하여 수신할 수 있다.

다음으로, 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거할 수 있다(S220). 이때, 저역통과필터(LPF)로 잡음을 제거할 수 있다(단계 S220). 일례로, 수신된 UWB 신호에서 평균값 감산, 시간 상에서 주변 신호와의 평균 등에 의해 잡음을 제거할 수 있다.

또한, 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하여 신호를 변형할 수 있다.

다음으로, 방사된 UWB 신호를 정규화한 표준신호와 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산할 수 있다(단계 S230). 여기서, 표준신호는 송신안테나(112)에서 외부로 방사되는 원형의 신호로서, 방사된 UWB 신호를 정규화한 것일 수 있다. 일례로, 방사된 UWB 신호의 최대값을 1로 정규화할 수 있다.

이때, 표준신호는 송신안테나(112)로부터 방사될 신호를 이용하여 정규화한 것일 수 있다.

다음으로, 이와 같은 표준신호와 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산할 수 있다. 여기서, 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 거리가 가까울수록 신호의 강도는 강해지고, 왜곡의 정도는 작아지므로, 상호상관성 연산에 의해 두 신호 사이의 상관성을 연산할 수 있다.

다음으로, 상호상관성 연산의 결과 중에서 최대값을 산출할 수 있다(단계 S240). 여기서, 상호상관성 연산의 최대값은 인체에 의한 반사, 회절 등의 이차적인 효과가 가장 작은 값으로 송신안테나(112)로부터 수신안테나(122)로 직접 전달된 신호에 의한 상호상관성 연산값이다.

즉, 상호상관성 연산의 최대값은 송신안테나(112)로부터 수신안테나(122)로 실질적으로 직접 전달되는 UWB 신호에 대한 강도 및 왜곡의 정도를 수치적으로 나타난 값일 수 있다.

다음으로, 산출된 최대값을 역수 연산할 수 있다(단계 S250). 여기서, 상호상관성 연산의 최대값은 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 거리에 반비례하므로, 역수 연산부(138)는 상대거리 연산을 위해 거리와 비례하는 형태로 변환할 수 있다.

다음으로, 연산된 역수를 기초로 카테터 팁과 수신안테나(122) 사이의 상대거리를 산출할 수 있다(단계 S260). 이때, 산출된 거리에 대한 사용자의 이해의 편의성을 위해 연산된 역수에 스케일링 팩터를 승산하여 상기 상대거리를 산출할 수 있다.

다음으로, 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이할 수 있다(단계 S270).

이때, 시간에 따른 상대거리 그래프를 디스플레이함으로써, 송신안테나(112)와 수신안테나(122) 사이의 상대거리를 확인하여 수신안테나(122)가 송신안테나(112)와의 거리가 가장 가까운 곳의 위치를 실시간으로 육안으로 확인할 수 있다.

선택적으로, 밝기 조절가능한 LED 조명을 이용하여 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 사이의 거리에 따라 밝기를 조절함으로써 상대거리를 육안으로 확인할 수 있다.

또한, LED 조명을 대신하여 스피커를 이용하여, 송신안테나(112)와 수신안테나(122)의 상대거리에 따라 소리의 간격 또는 고저를 조정함으로써, 상대거리를 용이하게 확인할 수 있다.

이와 같은 방법에 의해 카테터 팁 위치추적 방법(200)은 환자에 대한 피폭 위험성을 방지하고, 위치 정밀도를 향상시키면서도 저비용으로 카테터 팁의 위치를 용이하게 파악할 수 있으며, 추가적인 장비를 구비할 필요가 없고 사용자의 숙련도를 요구하지 않으므로 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 방법들은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 카테터 팁 위치추적 장치(100)에 의해 구현될 수 있고, 특히, 이러한 단계들을 수행하는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.

이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100 : 카테터 팁 위치추적 장치 110 : 신호연산부
112 ; 송신안테나 114 : 송신 포트
122 : 수신안테나 124 : 수신 포트
130 : 연산부
132 : 전처리부 134 : 표준신호 발생부
136 : 상호상관성 연산부 137 : 역수 연산부
139 : 거리 산출부 140 : 디스플레이부
150 : 입력부

Claims

UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impluse) 신호를 발생하고 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호제어부;
상기 신호제어부와 연결되어 상기 UWB 신호를 전송하는 가이드와이어(Guide Wire);
상기 카테터 내에서 가이드와이어 팁에 연결되며 상기 UWB 신호를 외부 방사하는 송신안테나;
상기 송신안테나로부터 방사된 UWB 신호를 수신하는 수신안테나; 및
상기 방사된 UWB 신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대 거리를 산출하는 연산부;를 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 방사되는 UWB 신호를 정규화한 표준신호를 발생하는 표준신호 발생부;
상기 표준신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산하는 상호상관 연산부;
상기 상호상관성 연산의 결과 최대값을 산출하는 최대값 산출부;
상기 산출된 최대값을 역수 연산하는 역수 연산부; 및
상기 연산된 역수를 기초로 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치.
제2항에 있어서,
상기 거리 산출부는 상기 연산된 역수에 스케일링 팩터를 승산하여 상기 상대거리를 산출하는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거하는 전처리부를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하는 전처리부를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 송신안테나는 복수의 카테터 팁에 구비되고,
상기 수신안테나는 상기 송신안테나에 대응하여 복수 개로 구비되는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드와이어는 실드(shield) 케이블 형태로 이루어진 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 송신안테나는 상기 가이드와이어의 말단에서 실드가 되지 않은 도전성 와이어인 카테터 팁 위치추적 장치.
제6항에 있어서,
상기 송신안테나는 상기 실드가 되지 않은 영역에 안테나 패턴이 구비되는 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 수신안테나는 점, 선 어레이 또는 면 어레이로 이루어진 카테터 팁 위치추적 장치.
제1항에 있어서,
상기 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 장치.
UWB(Ultra Wide Band) 임펄스(Impluse) 신호를 발생시키는 단계;
말초혈관 정맥 삽입 카테터(PICC; Peripherally Inserted Central Catheters)의 팁(tip)에 구비되고 상기 카테터 내에서 가이드와이어로 연결되는 송신안테나를 통하여 상기 UWB 신호를 외부 방사하는 단계;
상기 송신안테나로부터 방사된 UWB 신호를 수신안테나를 통하여 수신하는 단계; 및
상기 방사된 UWB 신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성(cross correlation)을 통하여 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 단계;를 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법.
제12항에 있어서,
상기 상대거리를 산출하는 단계는,
상기 방사되는 UWB 신호를 정규화한 표준신호와 상기 수신된 UWB 신호의 상호상관성을 연산하는 단계;
상기 상호상관성 연산의 결과 최대값을 산출하는 단계;
상기 산출된 최대값을 역수 연산하는 단계; 및
상기 연산된 역수를 기초로 상기 카테터 팁과 상기 수신안테나 사이의 상대거리를 산출하는 단계;를 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법.
제13항에 있어서,
상기 상대거리를 산출하는 단계는 상기 연산된 역수에 스케일링 팩터를 승산하여 상기 상대거리를 산출하는 카테터 팁 위치추적 방법.
제12항에 있어서,
상기 수신된 UWB 신호로부터 잡음을 제거하는 전처리 단계를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법.
제12항에 있어서,
상기 수신된 UWB 신호로부터 절대값 연산, 힐버트 연산, 제곱연산 및 상기 연산의 조합 연산 중 적어도 하나를 수행하는 전처리 단계를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법.
제12항에 있어서,
상기 산출된 상대거리를 실시간으로 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 카테터 팁 위치추적 방법.