생체계측 및 의료기기 (2004, 3rd quarter) 의과대학 의학공학교실 김 덕 원 교수 의과대학 종합관 501호 361-5402 (kdw@yumc.yonsei.ac.kr)

최신 진단장비 1. 중앙검사기기 2. 방사선 진단기기 3. 핵의학 검사기기 기타 적외선 전신 체열촬영기(DITI) Audiometer 내시경(Endoscope) 초음파 영상진단기 2. 방사선 진단기기 X선장치의 구성 일반 촬영장치 Computed Radiography (CR) 투시 촬영장치 혈관조영 촬영장치(Angiography) Computed Tomography (CT) Magnetic Resonance Imaging (MRI) 3. 핵의학 검사기기 Gamma Camera SPECT Positron Emission computed Tomography (PET) 기타 Video motion analyser

1. 중앙 검사기기

DITI (Digital Infrared Thermal Imaging) 인체에서 방출되는 적외선을 감지하여 동통부위나 질병부위를 칼러 영상으로 표시 열해상도: 0.1도 Plank 법칙: 흑체의 온도가 결정되면 그 것에 대응한 파장이 정해짐 피부의 방사율이 0.99 이므로 흑체로 볼 수 있음 Wien 법칙에 의해 37도 체온에서는 적외선 방사 에너지가 최대로 되는 파장은 9.35um 디스크, 요통, 염좌 등의 통증 부위의 온도변화 확인 촬영하기 전 수분에 걸쳐서 환자는 촬영부위가 열적 평형에 다다르도록 옷을 벗거나 안정을 취해야 하며, 촬영실 또한 통풍구 없이 온도 변화가 없어야 함 유방암의 조기진단, 수술전후 비교, 치료효과 판정

전형적인 임상 thermography 영상

Reynaud 증상을 보이는 환자의 냉수부하 후의 온도가 원래로 돌아오는 것을 시간에 따라 촬영한 것 냉수부하전 10C 5분 냉수부하직후 SA_26011- SA_26006 냉수부하후 3분경과 냉수부하후 6분경과 SA_26012- SA_26011 Reynaud 증상을 보이는 환자의 냉수부하 후의 온도가 원래로 돌아오는 것을 시간에 따라 촬영한 것

내시경 수술을 하지 않고 신체 내에 가는 관(광섬유)을 넣어서 들여다보며 검사하거나 치료하는 장치 내시경 (Endoscope)을 사용하여 직접 내부 장기를 관찰하고 조직학적 진단 종류 광학 내시경 전자 내시경 스테레오 내시경 레이저 내시경 초음파 내시경 캡슐형 내시경 적용 분야 구강, 후두, 식도, 위, 십이지장, 대장, 직장, 췌 ·담관 조영술, 담도경, 복강, 구강, 후두, 요관, 방광, 자궁, 관절 등 진단 분야와 함께 치료기기가 복합되어 치료기기로도 많이 쓰임 (Minimally Invasive Surgery)

[구 성 ] 반도체 영상소자(CCD) 광원 (텅스텐, Xe)으로 구성 TV monitor

내시경을 이용하여 조기위암을 치료하는 그림(내시경을 이용한 점막절제술) 2채널 scope를 사용하여 병변부에 생리식염수를 주입하여 융기하는 부분을 파지겸자와 고주파 절단기를 함께 조작하여 절제한다.

올림푸스 비디오스코프 시스템 “EVIS 240”

내시경 비디오 스코프로 얻은 영상. 디지털 처리로 고해상도, 선명색 재현, 콘트라스트 조절 등을 통해 최적의 내시경 영상을 얻을 수 있다.

                           캡슐형 내시경

초음파(Ultrasound) 영상진단기 인체 내부에 짧은 초음파 펄스를 보내어 조직의 경계면으로 부터 되돌아 오는 반사파를 재구성하여 인체 내부의 움직이는 기관과 혈류 등을 관측 비교적 짧은 시간에 방사선 노출 없이 비관혈적으로 측정 모드: A(amplitude), M(motion), B(brightness) mode

초음파로 본 위장 초음파로 본 간장

의료용 감시장치 환자감시장치 (patient monitor) : 혈압, 호흡, 체온, 심전도, 산소포화도 등 Telemetry : Holter monitor, Radio pill Fetal monitor : 태아의 심박, 산모의 진통/자궁수축 감시

청력검사기 (Audiometer) 청력상실의 정도와 난청의 형태 검사 공기전도 검사: 외이도를 통하여 250-8000Hz의 단일 주파수를 0.5초 동안 자극 골전도 검사: 진동 트랜스듀서를 귀 뒤의 유양돌기에 놓고 250-4000Hz로 자극하여 음파가 두개골에 의해 내이에 전도되는 현상을 이용한 검사 임피던스 검사: 고막이 경화되거나 기능이 나쁘면 음이 고막에 의해 반사 되여 음이 전달되지 않음

방사선 진단기기

X선 촬영장치 X선 장치의 구성: X-ray tube, filter, collimator, grid, screen, Image intensifier

일반 촬영장치

CR(Computed Radiography) X선 영상 디지털화 CR(Computed Radiography) 기존의 필름/스크린 방식 대신에 검사부위를 디지털 신호로 변환하여 1회 촬영으로 골부에서 연부까지 광범위한 부분을 확인 빠르고 정확한 진단이 가능 고도의 영상처리 기술, 농도보정방법 등을 이용하여 일정하게 고화질의 영상을 얻을 수 있다 (아나로그 영상은 영상처리 불가능).

투시 촬영장치(Fluoroscopy) R&F(radiography & fluoroscopy) sys. 식도, 위, 십이지장, 소장, 대장 등의 소화기촬영 Barium의 조영제 사용하여 contrast 향상

혈관조영장치(Angiographic system) 혈류 및 혈관의 상태나 심장판막의 움직임 등을 조영제를 이용하여 촬영 영화처럼 동영상을 보여주므로 x선 피폭량이 큼 동시 2방향(정면, 측면) 촬영 다양한 각도에서 촬영 가능 (C-arm, U-arm)

CT (Computed Tomography) X 선 발생장치를 회전시켜 인체의 횡단면을 촬영 컴퓨터가 수학적인 연산방식을 이용하여 영상을 재구성 인체 조직을 선명하게 나타낼 뿐만 아니라 동일한 조직 내에서도 정상 조직과 병변 조직을 구분 제 1 세대 : 단층 영상을 얻기 위하여 한쌍의 X 선 빔 소스와 마주보고 있는 검출기를 회전 (0도-180도) 시킴, 영상 1 슬라이스당 약 20분 소요 제 2 세대 : 하나의 부채꼴 X선 빔 소스와 여러 개의 linear array 검출기(5개-30개)로 측정, 주화 횟수 및 시간 단축, 산량 증가 제 3 세대 : 제 2 세대보다 빔 소스의 선폭 증가, curvelinear array 검출기로 상의 재구성 질이 좋아 짐. Predetector collimation과 precollimation으로 환자에게 받은 피폭선량과 산량선량 감소 제 4 세대 : X선의 폭이 모두 피사체를 포함하게 하며, 약 1,000개의 circular array 검출기 사용 Multi slice CT Spiral CT (or helical CT) Multi slice spiral CT

IMATRON electron beam CT system Focus coil Deflection coils Detector ring/amplifier Data acquisition system Tungsten target ring Translating couch Scanning electron beam Electron gun IMATRON electron beam CT system

환자를 일정속도로 이동시켜 연속적인 스캔할 때 나선형태로 촬영하여 한 폭 범위의 데이터를 1도씩 찍는다. X선 CT 환자를 일정속도로 이동시켜 연속적인 스캔할 때 나선형태로 촬영하여 한 폭 범위의 데이터를 1도씩 찍는다.

㈜ 도시바 CT Scanner “Aquilion”

흉복부에서 골반까지의 3D 영상. 스캔 속도는 0.5초, 촬영 슬라이스 두께는 5mm X 4 이다.

MRI(Magnetic Resonance Imaging) 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 이용하여 조직 구성 단위인 원자의 핵에서 방출되는 공명 에너지를 영상화 인체 각 부위별로 정상조직과 병변 조직간의 구분이 뚜렷하며, 각종 장기 및 혈관계 질환 진단에 도움 장점 방사선을 사용하지 않음 어떤 단면이든 영상화 가능 연부 조직의 해상도가 CT보다 좋음 조영제 사용없이 혈관계 영상 획득 가능 Bone artifact가 없고 motion artifact가 적다 골수에 예민 조직 형태에 따른 정량적 분석을 통해 혈류, 대사 상태 짐작 단점 영상화 기법이 어렵고 복잡 고가 및 설치의 어려움 검사시간이 길어 중환자에게 적용하기 어려움 공간 해상도는 CT보다 나쁨 경골과 석회화 구분이 어려움 환자에게 부착된 금속 물질이 있으면 검사의 방해뿐만 아니라 위험 초래

㈜ 히타치메디코가 만든 오픈 MRI 장치 “AIRIS II”

오픈 MRI에서 병변부의 뇌영상을 관찰하고 치료하는 것이 가능.

MRI 소뇌 변성증의 T1 강조영상 요추 추문판 헤르니아의 T1 강조 영상

MRI 뇌의 혈관망 두부의 MRI 영상

핵의학 검사기기

Gamma camera 방사선 동위원소를 tracer로 사용하여 인체의 장기 및 조직 세포단위에 대한 형태학적인 정보, 생물학적 기능 정보를 얻음 인체의 생리 및 병리현상 연구 및 분자수준의 정보를 생체해석에 응용 체내의 방사성 동위원소에서 방출되는 극미량의 방사능(감마선)을 검출 감마선 에너지  전기 에너지

Cross-sectional view of a gamma camera (From G. J. Hine, ed Cross-sectional view of a gamma camera (From G. J. Hine, ed., Instrumentation in Nuclear Medicine, New York Academic, 1967.)

Gramma-cammera images of an anterior view of the right lobe of a patient's liver. A colloid labeled with radioactive technetium(Te99m was swept from the blood stream by normal liver tissue. Left: conventional analog image. Right: Digitized version of the same data.

SPECT (Single photon emission CT) 인체에 방사선 핵종(Tc-99m, I-123 등)을 정맥 주사한 후 표적장기에 집적된 단일광자로부터 방출되는 감마선으로 단층영상을 회득 Tc-99m, I-123 등의 반감기는 수 시간-수일로 길다 조직 내로 들어가는 추적자를 이용하여 생리, 생화학적인 과정을 측정 (심근 영상, 뇌혈류 영상, 세포의 생사나 대사의 활성도 측정) 해상력은 떨어지나 높은 대조도로 작은 종양의 조기발견 가능 관상동맥 질환, 심근경색 진단, 허혈성 뇌혈관 질환, 치매의 감별 진단

PET(Positron Emission Tomography) C11, F18, N13, O15 등의 핵종을 추적자로 사용하며 이 들 핵종은 양전자를 방출함 이 들 핵종의 반감기는 2분-2시간으로 매우 짧아 병원 내 cyclotron이 있어야 함 포도당, 단백질, 호르몬 등의 농도를 영상화 뇌질환, 심장질환, 종양 진단에 유용

PET의 원리 지멘스사의 Positron CT장치 “ECAT ART”

PET 결장암이 폐장에 전이된 PET 영상

PET 폐암환자의 PET 영상

기 타

Video motion analyzer 인체의 관절 각 부분에 마커를 부착 마커의 이동을 여러 대의 비디오로 관측하여, 이를 공간상의 좌표로 재구성 보행분석, 동작분석, virtual reality 등에 사용