림프부종 진단 장치- 국내 등록
림프계(lymphatics)는 림프관(lymph vessel)과 림프절(lymph node), 그리고 림프구를 생산하는 면역기관으로 구성된 대표적인 인체의 순환/면역계로 몸의 수분 균형을 유지하고 각종 질병원으로부터 몸을 지키는 중요한 역할을 담당하고 있다.
림프관에서는 혈관계에서 누수 되어 세포 간질에 남아있는 하루 약 3~5 리터(전체 체수분의 약 5%)의 세포간질액을 다시 혈류로 이동시키고, 순환 과정에서 체액은 림프절에서 필터링 되며 면역 기능을 수행한다.
림프부종은 선천적, 혹은 후천적인 원인으로 림프 순환의 장애가 발생하고, 림프액이 조직에 역류, 저류 되는 질환을 말한다(그림1).
선천적인 원인인 일차성 림프부종은 희귀 질환으로 대부분은 후천적인 원인으로 발생하는 이차성 림프부종이며, 이차성 림프부종에서도 암 치료의 후유증으로 발생하는 것이 다수를 차지한다. 가장 많은 수를 차지하는 유방암 관련 이차성 림프부종의 경우 유방암 치료 환자의 최대 50%가 이를 겪는 것으로 보고되고 있다.
▲그림 1. 림프부종 환자의 (a) 환부 단면 및 (b) 림프부종에 의한 봉와직염
현대에서는 기대 수명의 증가로 암 환자의 숫자가 지속해서 늘어나고 있으며, 표준치료의 확립으로 치료 후 생존률도 높아지고 있으므로 림프부종의 환자 또한 지속해서 증가할 것으로 예측된다(그림2).
특히나 암 생존률이 높은 선진국을 중심으로 암 치료의 패러다임이 단순한 생존에서 생존 이후 삶의 질로 이동하면서 림프부종 진단/치료 기술의 사회적 요구는 높아 질 것이다.
림프부종의 특성상 비가역적인 조직 변형이 가속화되기 때문에 후기로 갈수록 치료가 힘들어지고 치료 이후에도 재발이 자주 일어나는 난치성 질환이므로 조직 변형 전에 조기에 림프부종을 진단할 수 있는 기술은 임상 현장에서 미충족 의료 수요로 남아 있다.
림프부종 환자에 대한 효과적인 치료법 개발을 위한 기술적 측면에서도 림프부종에 대한 조기 정밀 진단 기술은 가장 중요한 선행 조건이다.
▲그림 2. 2015~2020년 림프부종 관련 코드(유방암절제후림프부종증후군/I972, 달리 분류되지 않은 림프부종/I890) 심사 환자 수 합계 및 예측 (출처: 건강보험심사평가원)
현재 림프부종 진단은 비해부학적 방법으로 전통적인 기준측정법인 혈량측정법과 줄자를 이용한 사지둘레측정법, LED 광을 이용한하여 사지 둘레를 측정하는 perometer, 생체 저항을 이용한 생체 내부 구성 측정법, 영상장치를 이용한 3D 스캐닝 부피 측정법 등이 있다(그림 3).
혈량측정법은 감염의 위험과 환자의 불편함으로 임상에서는 거의 사용되고 있지 않으며, perometer는 몇몇 기관에서 사용되고 있으나 여전히 기술적 한계점이 많으면서도 비용이 높게 형성되어 있다. 사용의 간편성과 비용 측면에서 사지둘레측정법을 가장 많이 사용하고 있으나 정확도가 높지 않고 측정시간이 오래 걸려 새로운 기술의 개발이 지속해서 요구되고 있다. 이에 따라 영상장치를 이용한 사지 둘레 측정법이나 생체 저항(임피던스) 측정법 등이 개발되고 있으나 아직 개발단계에 머물고 있는 실정이다.
비해부학적인 방법은 상대적으로 해부학적 진단법(CT, MRI, 초음파를 이용한 신체 단면 확인 및 림프관 조영술을 이용한 림프시스템 관찰)에 비해 림프부종 진단에 대한 특이도가 상대적으로 낮으나 환자의 거부감이 낮고 비교적 낮은 비용으로 진단할 수 있으므로 환자의 높은 참여를 유도하고 빈도 높게 관찰하여 조기 진단 시스템을 구축하는데 유리하다.
▲그림 3. 현재까지 알려진 림프부종 진단 기술의 장점 및 단점
본 발명은 현재의 림프부종 진단 기술의 한계를 극복하고자 비해부학적인 진단에서 얻을 수 있는 정보를 유기적으로 분석하여 복합 생체정보(사지둘레, 사지 부피 영상, 생체 저항)를 통해 임상에서 림프부종을 조기에 정밀하게 진단할수 있는 림프부종 진단기기에 관한 것이다.
본 발명의 기기는 상지와 하지를 나누어 환자의 생체정보를 측정하며 이러한 데이터를 동시에 수집하여 복합적인 진단 기준을 통해 정밀하게 질병 여부와 진행 정도를 파악할 수 있다.
그림4, 그림 5와 같이 기기 내부에는 광학적 측정 영역(둘레 및 부피 측정)과 전극을 이용한 접촉식 생체 저항(임피던스) 측정 영역이 존재하여 환자의 생체정보를 실시간으로 동시에 측정 가능하다.
접촉되는 전극을 고정하는 형태는 광학 검출에 사용되는 영역 스펙트럼의 흡수도가 낮은 물질을 사용하여 서로 간섭 없도록 설계하였다.
이러한 광학적 측정 영역과 전극 측정 영역은 일정한 간격으로 여러 개 기기내 위치하며 각 구간별 정보를 독립해서 얻을 수 있다.
▲그림 4. 본 발명 기기의 생체 저항(임피던스) 측정 방법
▲그림 5. 본 발명 기기의 광학적 부피 측정 방법
본 발명 기기는 구체적으로 사지 둘레 및 부피 영상 측정 방법으로 환자 사지를 중심으로 회전하는 레이저 및 스캐닝 카메라를 통해 사지 둘레 측정(사지의 단면 형태가 타원임을 가정), 카메라를 이용한 부피 측정을 동시에 수행한다(그림6).
이러한 정보를 바탕으로 림프부종을 진단하는 진단기준으로 정상부위와 비정상부위가 둘레의 경우 1cm이상 차이가 날 경우 림프부종 의심으로 진단하며, 부피 변화 및 생체 저항(임피던스)값은 정상값에서 3표준편차 이상 차이가 날 경우 림프부종 의심으로 진단한다(그림7).
▲그림 6. 본 발명 기기의 부피 근사 및 환산 방법
▲그림 7. 본 발명 기기의 진단 기준
림프부종의 효과적인 치료를 위해서는 조기 정밀 진단이 중요하다. 현재의 측정 장비 및 방법은 각각의 생체정보를 단편적으로 측정하여 복합적인 정보를 얻을 수 없으며, 신뢰도 높은 데이터를 제공하지 못하므로 객관적인 지표를 제시하지 못한다.
부피 측정의 경우 림프부종에 의한 외적인 변형을 확인할 수 있으며, 전극에 의한 생체 저항(임피던스)은 체내 성분을 분석하여 간질액의 증가 여부를 확인할 수 있으므로 본 발명의 기기는 체내외의 정보를 유기적으로 동시에 분석 가능하다. 복합적인 데이터를 실시간으로 동시에 측정은 다중적 기준을 통해 림프부종의 정밀 진단을 수행할 수 있으며 이를 통해 객관적인 환자의 정보를 확보하고 효과적인 림프부종 진단을 할 수 있다.
본 발명은 한국연구재단 중견연구자지원 사업 “암 수술 후 발생하는 이차성 림프부종 치료를 위한 림프 그래프트 연구”(No. NRF-2019R1A2C1009055)의 지원으로 진행되었다.
※ 전재용 교수는 2012년부터 우리 병원 재활의학과, 의공학연구소 중재의학연구개발센터 및 암병원 암환자라이프케어센터 책임교수로 재직 중이다.
현재 울산대학교 재활의학과 교수로 림프질환 연구 및 암재활 연구에 매진하고 있으며, 국책과제 수행을 통해 아직까지 미지의 영역인 림프계에 대한 이해의 폭을 넓히고 림프질환 환자의 효과적인 치료/진단 기술 개발을 위해 노력하고 있다.