초음파 응답특성 분석에 의한 위장 경화 진단 시스템에 관한 연구

Abstract

[한글]현대인들은 불규칙한 식습관, 과도한 스트레스, 운동부족 등으로 명치끝이 답답하거나 음식이 잘 내려가지 않으며, 팽만감, 배변장애, 역류 등의 증상을 호소하는 기능성 위장 장애(functional gastrointestinal disorder)로 많은 고통을 받고 있다.이러한 기능성 장애는 구조적, 생화학적인 원인보다 생리적인 기능 장애에 기인되므로, X-Ray 검사, 혈액검사나 내시경 검사와 같은 구조적, 생화학적 원인 규명을 위하여 개발된 기존의 진단 기술로는 기능성 위장 장애를 진단하는데 있어 한계점을 보이고 있다.이러한 기능성 위장 장애에 대한 정확한 진단 기술의 부재로 인해 초기 치료에 있어서 어려움을 겪고 있으며, 이러한 현실은 환자의 상태를 만성 질환으로 악화시킬 수 있다. 따라서 기능성 위장 장애의 기전과 진단하는 방법에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.본 논문에서는 한의학적인 가설에 바탕을 두어 기능성 위장 장애가 위장의 경화에 의해 발생한다고 가정하고 이러한 조직의 경화 현상을 객관적으로 측정하기 위해 초음파 센서를 이용하여 조직 간의 임피던스 차이에 따라 반사되는 신호를 분석해서 위장 부위의 경화를 진단하려고 한다. 설계된 초음파 위장 경화 진단 시스템은 펄스-에코법으로 인체 내부에서 반사되어 돌아오는 반사 신호의 진폭을 분석하고, 깊이에 따른 신호감쇠 보상을 위해 TGC를 사용하였으며 시편 실험을 통해 설계된 시스템의 성능을 검증받았다. 설계된 초음파 시스템을 이용하여 응답신호를 분석한 결과 정상인과 기능성 위장장애를 앓고 있는 피검자에게 있어서 유의한 차이가 있다는 것이 확인 되었다. 반사 신호의 진폭이 정상인보다 기능성 위장장애 환자에게서 크게 나타났으며 이는 기능성 위장장애로 고통 받는 사람의 위장이 정상인보다 더 단단해 진다는 것을 의미한다.본 연구에서는, 임상 실험을 통해 설계된 초음파 위장 경화 진단기의 신뢰성과 유효성을 확인할 수 있었으며, 경화도 진단에 있어서 초음파 진동자를 이용한 진단 기술을 개발하였다.

[영문]Functional gastrointestinal disorders affect millions of people spread all age regardless of race and sex. There are, however, rare diagnostic methods for the functional gastrointestinal disorders because functional disorders show no evidence of organic and physical causes. Our research group identified recently that the gastrointestinal tract in the patients with the functional gastrointestinal disorders becomes more rigid than healthy people when palpating the abdominal regions overlaying the gastrointestinal tract. Aim of this study is, therefore, to develop a diagnostic system for the functional gastrointestinal disorders based on ultrasound technique, which can quantify the characteristic above related to the rigidity of the gastrointestinal tract.Ultrasound system was designed. The system consisted of transmitter, ultrasonic transducer, receiver, TGC, and CPLD, and verified via a phantom test. For the phantom test, ten soft-tissue specimens were harvested from porcine. Five of them were then treated chemically to mimic a rigid condition of gastrointestinal tract, which was induced by functional gastrointestinal disorders. Additionally, the specimens were tested mechanically to identify if the mimic was reasonable. The customized ultrasound system was finally verified through application to human subjects with/without functional gastrointestinal disorders (Normal and Patient Groups).It was identified from the mechanical test that the chemically treated specimens were more rigid than normal specimen. This finding was favorably compared with the result obtained from the phantom test. The phantom test also showed that ultrasound system well described the specimen geometric characteristics and detected an alteration in the specimens. The maximum amplitude of the ultrasonic reflective signal in the rigid specimens (0.2±0.1Vp-p) at the interface between the fat and muscle layers was explicitly higher than that in the normal specimens (0.1±0.0Vp-p). Clinical tests using our customized ultrasound system for human subject showed that the maximum amplitudes of the ultrasonic reflective signals near to the gastrointestinal tract for the patient group(0.6Vp-p) were generally higher than those in normal group (0.4Vp-p). These results suggest that newly designed diagnostic system based on ultrasound technique may diagnose enough the functional gastrointestinal disorders.