저침습형 스마트 니들링 기술 개발

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저침습형 스마트 니들링 기술 개발
제안자 이현기, 임성준
자문교원 이현기, 임성준
연도 2020
타입 A형 과제
코스 장영실
매칭여부 No
참여학생수
소개동영상

제안 배경

◆ 연구의 필요성

가) 현재 약물을 잘못 주입하는 사고들이 많이 일어나고 있음

1) 정확한 부위에 약물주입이 되지 않을 경우  사고가 일어날 가능성이 있음

- 마취용액이 혈관에 주입되는 경우 심장에 영향을 미쳐 부정맥을 유발 가능 - 척추 신경 차단술 시 정확한 위치에 주입 하지 못하고, 신경에 약물이 주입될 경우, 신경 손상 발생 가능성 - 항암 주사가 혈관에 정확하게 주입이 되지 못할 경우 조직 괴사를 일으킴

나) 정확한 biopsy

1) 조직 검사를 위해 정확한 조직을 떼어내기 위한 필요성이 있음
2) 조직 채취 시 주변의 혈관을 손상시킬 시 지혈이 어려움

다) 소아 및 혈관이 잘 보이지 않는 고령의 환자, 만성질환자 등의 혈액 채취 및 척수액 채취 가) 소아: 피하지방이 많아 혈관이 잘 드러나지 않고, 혈관 구경 자체가 작아 혈액 채취에 어려움

1) 노인 및 만성질환자: 정맥의 허탈로 인한 혈관의 부재
2) 기타: 아프리카계, 인도계 환자의 피부색으로 인하여 혈관을 찾기 어려움

라) 초음파로 혈관을 찾기는 쉬우나 needling시 needle이 혈관을 관통해서 지나가거나 고령이나 혈압이 낮은 환자의 경우 혈관이 수축되어 정맥혈 확보가 초음파를 사용하여도 어려움.


◆ 기존 연구

가) 의료진의 촉진이나 감을 통해 주사 바늘 삽입이 이루어짐.

나) 초음파 probe를 사용하여 주사 바늘 위치 측정 :

  - 초음파를 사용하여 주사 및 생검을 위해 주사 바늘과 조직의 위치를 측정
  - 초음파의 영상 화질이 좋지 않음, 뼈 조직을 투과하기 어려움
  - 혈관의 특성 상 동맥과 정맥에 정확히 도달하였는지 초음파로 확인하기 어려움
  - 병변에 정확하게 도달하였는지 초음파로 확인하기 어려움
  - 2차원 영상으로 인해 바늘의 위치를 초기에 찾기 어려움. 여러번 바늘을 삽입하거나 바늘을 움직여 바늘의 끝단 위치 확인 필요.

다) MRI/CT를 사용하여 주사 바늘 위치 측정 :

  - MRI/CT의 영상을 사용하여 주사 및 생검을 위해 주사 바늘과 조직의 위치를 측정
  - 장비의 사이즈가 커서 다양한 application에 적용하기 어려움
  - MRI의 경우 강력한 자성으로 인하여 도구를 사용하기 어려움 

라) X-ray를 사용하여 주사 바늘 위치 측정 :

  - X-ray의 영상을 사용하여 주사 및 생검을 위해 주사 바늘과 조직의 위치를 측정
  - 의사 및 환자의 피폭의 영향이 큼

과제 목표

본 연구에서는 안전한 약물 투여, 채혈, 조직 검사를 위해 실시간으로 바늘 끝단의 위치와 방향을 추적하고, 바늘 끝단의 조직을 정밀하게 측정할 수 있는 이미징 기술을 개발하고자 한다. 이를 위해,

(1) 혈관/병변과 바늘의 끝단을 이미징 할 수 있는 시스템 개발과 함께

(2) 바늘의 정확한 방향을 가이드 해줄 수 있는 네비게이션 시스템을 개발한다.

또한 (3) 바늘의 위치와 이미징을 모두 잘 수행 할 수 있게 하는 전용 바늘을 개발하고자 한다.

과제 내용

가) 혈관/병변과 바늘 끝단을 이미징 해 줄 수 있는 시스템 개발 : 단파적외선 이미징을 이용하는 방법 : 적외선 영역은 근적외선 영역(NIR, 0.75 ~ 1.4 ㎛), 단파적외선 영역(SWIR, 1.4 ~ 3.0 ㎛), 중파적외선 영역(MWIR, 3.0 ~ 8.0 ㎛), 장파적외선 영역(LWIR, 8.0 ~ 15.0 ㎛), 극적외선(FIR, 15.0 ~ 1,000 ㎛) 등 5가지 영역으로 구분이 된다. 이중에서 단파적외선 영역은 가장 최근에 연구가 진행되고 있는 부분이다. 단파적외선 영역은 물체 표면을 깊이 투과하는 특성이 있다. 이런 특성을 이용해서 신경조직 관측과 산업용 코팅막 관측용으로도 사용된다. 또 다른 바이오 응용분야로 아래 그림과 같이 혈관 위치를 찾는 용도로도 사용될 수 있다. 광학적인 scanning 방식을 사용하여 3차원적으로 혈관을 구성할 수 있다. 하지만 아직 투과 깊이가 그리 깊지 않아 얕은 정맥과 동맥을 찾는 용도로 사용 될 수 있을 것으로 보인다.

나) 바늘의 정확한 방향을 가이드해 줄 수 있는 네비게이션 시스템 : 혈관 혹은 병변을 이미징 해줄 수 있는 시스템을 사용하여 바늘의 삽입 타겟 위치와 방향을 결정해 줄 수 있다. 하지만 정확한 방향과 삽입 위치를 잡아 주는 것은 쉽지 않은 작업이다. 이를 위해 주사바늘의 방향과 깊이를 측정해 줄 수 있는 네비게이션 시스템이 필요하다. 바늘을 가이드 할 수 있도록 하는 프로젝션 시스템을 개발하여 사용한다.

다) 바늘의 위치와 이미징을 모두 잘 수행 할 수 있게 하는 전용 바늘 개발 : 양자점(Q-dot) 기반의 바늘 개발 : 단파적외선 기법을 사용할 경우 양자점을 사용하여 바늘에 도포한 후 이미징을 할 경우 더욱 선명하게 바늘의 위치와 구조를 측정할 수 있다.

참고자료

◆ 연구 추진 전략

가) 임상과의 긴밀한 협조를 통한 빠르고 실용적인 연구 진행 : 계명대학교 정형외과 이석중 교수, 경북대학교병원 정형외과 이현주 교수와 긴밀하게 연구 협업할 예정임.

희망학생