200 60.54 0.52
400 60.36 0.86
600 60.25 1.1
800 60.19 1.28
1000 60.48 1.42
1200 60.60 1.54
Fig.4-21Changeoffrequencyrangeaccordingtodensity
Table4-7Frequencyrangeaccordingtodensity Density
(kg/m3)
Frequency (MHz)
200 1.97
400 1.67
600 1.36
800 1.27
1000 1.21
1200 1.17
1400 1.13
제 5장 초점영역 온도 제어
제 1절 On/Off제어에 의한 터널링 실험
앞 절에서는 각각 다른 성질을 갖는 접촉매질을 사용하여 초음파의 전달 특성에 대 하여 연구하였다.초점거리,전압 및 노출시간에 따라 CaCO3의 변형 크기와 초점영 역에서의 온도분포의 차이가 발생하였다.너무 높은 온도 상승은 치료 부위뿐 아니라 주변 조직까지 영향을 미치게 된다.따라서 HIFU를 이용한 치료 시 초점영역 내에서 의 과도한 온도 상승은 반드시 해결 되어야 한다.본 실험에서는 초음파의 온오프 제 어를 통하여 초음파의 전달 특성과 초점영역 내의 온도를 측정하였다.휴식시간(rest time)을 통해 지속적은 온도 상승을 억제함으로써 초점영역 내의 온도 제어가 가능하 다.
초음파 신호의 온오프 제어를 위해서 LabVIEW를 사용하였다.앞선 실험과 마찬가 지로 주파수는 1.1MHz,사인파 신호를 주기 위해서 PCI-5402보드를 사용하였으며 각 온오프 비에 따른 초음파 전달 특성 및 온도를 측정하였다.
초음파의 총 노출시간은 각 실험에 대하여 30초로 동일하며,agargel과 생체조직 팬텀을 접촉매질로 사용하였다.생체조직 팬텀으로는 돼지 대퇴부 부위를 약 30mm 정도 두께로 잘라 사용하였다.Fig.5-1에 초음파에 의해 변형된 CaCO3를 나타내었 다.Table5-1과 같이 각 조건에 대해 CaCO3의 구멍 크기는 직경 3∼4mm,깊이 0.4
∼0.5mm로 연속파로 실험하였을 때와 큰 차이를 보이지 않았다.터널링 깊이는 스테 이지의 z축 이동을 통해 조절할 수 있는 부분으로 온오프 제어를 통해서도 CTO 조 직을 괴사하기 위한 충분한 강도를 얻을 수 있다.
Fig.5-1HoleshapeofCaCO3accordingtoon/offratio
Table5-1Holesizeaccordingtoon/offratio
Size
On/Off ratio Diameter Depth
25% 3mm 0.4mm
50% 3mm 0.4mm
75% 4mm 0.5mm
100% 4.4mm 0.88mm
제 2절 On/Off제어에 의한 온도 측정
온도는 Fig.5-2와 같이 각 조건에 대해 10초 간격으로 초기 온도부터 30초간 측정 하였으며,Table5-2와 같이 온오프비가 낮을수록 초점영역에서의 온도가 낮게 측정 되었다.Fig.5-3과 같이 처음 10초간 초음파를 조사하였을 때 온도 증가량이 가장 높 고,그 이후로는 비교적 낮아졌으며 온오프 비 75%에서는 25%,50%,보다 초기에 온 도가 급격히 증가하였다.Fig.5-4는 접촉매질로 agargel과 생체조직 팬텀을 사용하 여 측정된 온도와 온오프 제어를 통한 온도를 비교한 그래프로 변형된 크기는 비슷하 며,온도 증가량은 온오프 제어를 하지 않았을 경우에는 최고온도가 약 100℃까지 상 승하는 반면 온오프 제어를 한 경우에는 최고온도가 약 46℃정도로 측정되었다.50∼
60℃에서는 수 분 이내,60∼100℃에서 수 초 내에 즉시 조직손상이 발생한다.온오프 제어를 통하여 초음파를 조사 한다면 지속적인 온도 상승으로 인하여 주변 조직에 손 상을 주지 않고 안전하게 CTO를 괴사할 수 있다.
0s 10s
20s 30s
(a)25%
0s 10s
0s 10s
20s 30s
(c)75%
Fig.5-2Temperaturedistributionaccordingtoon/offratiointhefocalregion
Table5-2Temperaturechangeaccordingtoon/offratio
Fig.5-3Temperatureincreaseaccordingtotime
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Temperature(?)
25%
50%
75%
100%
제 6장 결 론
본 논문에서는 체외에서 고강도 초음파를 집속시켜 효과적으로 CTO 조직을 괴사 하기 위하여 이론적인 해석 및 음향 해석을 하였다.이를 바탕으로 HIFU 기초실험 장치를 사용하여 CaCO3의 성분을 가진 분필에 초음파를 집속시켜 초음파의 전달 특 성에 대해 연구하였다.일반적인 CTO 치료는 약물을 이용한 치료방법,경피적 경혈 관 확장술의 방법,카테터를 이용한 치료방법들이 있다.그러나 이러한 치료방법들은 혈전용해제를 주입해야하는 번거로움과 투입된 혈전용해제로 인한 부작용의 우려도 있다.이러한 문제들을 해결하기 위해서 HIFU 시스템을 이용하여 인체 외부에서 비 침습적으로 초음파를 집속시켜 효과적으로 CTO 조직을 괴사할 수 있도록 접촉매질, 초점거리,전압 등의 변화에 따른 초음파의 전달 특성에 대하여 해석 및 실험하였다.
초음파의 온오프 제어를 통하여 집속 초음파에 의해 영향을 받는 초점영역에서의 과 도한 온도 증가를 방지함으로써 HIFU 치료 시 안전성을 높일 수 있다.또한,CTO 팬텀의 밀도 변화에 따른 초음파 전달 특성 및 주파수 대역을 구하였다.각 밀도에 맞는 주파수 대역을 사용함으로써 효과적인 CTO 조직 괴사가 이루어질 수 있다.
1.HIFU 기술 개발 현황 및 동향을 파악하고,CTO를 제거하기 위해서 고강도 초 음파 에너지를 집속시키는 시스템을 개발하였다.기존의 치료방법과는 다르게 비침 습적인 방법으로 CTO 치료에 적용이 가능하다.
2.주로 조직 파괴용으로 사용되는 1.1MHz를 사용하여 CTO 팬텀의 표면에 고강도 집속초음파를 조사하여 초점부근의 음향 해석과 CTO 팬텀의 변형 형상을 알아보는 실험을 하였다.결과 한 가지의 접촉매질을 사용했을 때,두 가지의 접촉매질 사용했 을 때보다 초점에서 받는 압력이 높았고 변형도 크게 나타났다.
는데 온오프 제어 시 최대 50℃까지 온도를 줄일 수 있다.
4.CTO 팬텀의 밀도 변화에 따라 초음파를 집속했을 때 어떠한 차이를 보이는지를 평가하는 기초실험을 수행하였다.실험을 통해 CTO팬텀인 L-PLA의 표면 변화를 관찰 할 수 있었다.결과 평균 너비가 약 0.5mm로 CaCO3를 사용하였을 때 보다 낮은 변형 을 보였다.CaCO3와 L-PLA의 밀도를 각각 측정하여 이를 바탕으로 음향 해석과 각 밀도에 따른 주파수를 구했다.결과 L-PLA를 사용할 경우 트랜스듀서의 구동 주파 수가 1.97MHz일 때,CaCO3와 같은 결과를 얻을 수 있다.각 밀도에 따른 주파수 대 역은 HIFU를 사용하여 치료할 때 유용하다.
참 고 문 헌
1.J.H.Mieres,“Review of the American Heart Association’s guideline for cardiovasculardiseasepreventioninwomen”,Heart,vol.92,pp.10-13,2006.
2.“HeartDiseaseandStrokeStatistics”,AmericanHeartAssociation& American StrokeAssociation,2007.
3.M.H.Kim,D.M.Chun,J.C.Yeo,Y.S.Hong,J.B.Park,S.H.Ahn,J.H.Park, S.H.Ryu,C.S.Lee.,“StudyonDrillToolsforChronicTotalOcclusion(CTO) RemovalinCoronaryArtery”,KSPE,pp.253-254.2008.
4.PieterC.Smitset.al.,“LaserAngioplastyversusBalloonAngioplasty:theNeed forImaging”, Lasersinmedicalscience,1991.
5.Woo,J.,Noh,S.,Park,M.,Min,H.,Park,J.andChoi,H.,“Theimplementation ofTMM testphantom forevaluatingthethermalperformanceinhighintensity focusedultrasoundsystem”,ConferenceonInformationandControlSystem,pp.
484-485,2008.
6.WuF,WangZB,ChenWZ,“Extracorporealhighintensityfocusedultrasound ablation in the treatmentof1038 patientwith solid carcinomas in china”, UltrasonicsSonochemistry,pp.149-154,2004.
7.FryWJ,MosbergWH,BarnardJW.,“Productionoffocaldestructivelesionsin thecentralnervoussystem withultrasound“,pp.471-478,1954.
8.G.terhaar,“Highintensityultrasound”,Semin.Laparosc.Surg.,Vol.8,pp.77-89, 2001.
9.식품의약품안전청,“고강도집속형 초음파수술기(HIFU)평가 가이드라인”,2009.
10.대한비뇨기과학회지,“국내에서 개발 중인 고강도 집속형 초음파(HIFU)치료기의 시험 효과”,1999.08.
11.산업자원부,“강력집속 초음파를 이용한 암 치료장비 개발에 관한 연구기획”,2007.