Implementation and Evaluation of the LUTS Diagnosis System Using FPGA

FPGA를 이용한 LUTS 진단 시스템 구현 및 평가

The purpose of urodynamic investigation is to determine information on the function of the urinary system. One of the most frequently used measurement procedures in urodynamics is filling and voiding cystometry using invasive method. But in this method transurethral catheter is use and it makes patients uncomfortable. The aim of this study was to implement the system that could evaluate the function of urinary tract with noninvasive and comfortable method. Therefor in this study, a sensor and measuring system were implemented to measure uroflow, urophonography and noninvasive bladder pressure signal during urination for diagnosing the LUTS(lower urinary tract symptoms) using noninvasive method. The implemented system compose of the sensor parts, signal conditioning parts, system control parts using FPGA and PC monitoring program. For the evaluation of the implemented system, the simulation of system's control part was performed and the model system for the lower urinary system was designed. From the evaluation of the model system, the mean error rate of the uroflow measurement part was 1.08% and coefficient of variation was 1,48. And the mean error rate of the noninvasive bladder pressure measurement part was 2.41% and coefficient of variation was 2.81. urophongraphy signal analysis was accomplished in a time domain and frequency domain. Average RMS power was used in a time domain analysis, and MF was used in a frequency domain analysis. From the evaluation of the model system average RMS power and MF was dependent on the occlusion degree significantly and median frequency range of $60{\sim}160Hz$ was correlated with the occlusion.

요역동학검사는 하부요로계의 이상증상을 진단하기위하여 수행된다. 일반적으로 임상에서 행해지는 요역동학검사에서는 침습적인 방법으로 방광을 채운 후 배뇨하는 절차를 거친다. 하지만 이러한 방법은 카테터를 삽입해야하므로 환자에게 고통을 수반하게 한다. 본 연구에서는 비침습적이고 보다 편리한 방법으로 하부요로계의 기능을 평가할 수 있는 시스템을 구현하고자 하였다. 비침습적인 방법으로 하부요로증상(lower urinary tract symptoms, LUTS)의 진단을 위하여 배뇨시 요속, 요류음, 비침습적 방광내압을 측정할 수 있는 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 센서부, 신호처리부, FPGA를 이용한 시스템 제어부 그리고 PC모니터링 프로그램으로 구성하였다. 그리고 구현된 계측시스템의 평가를 위하여 FPGA 시스템 제이부의 시뮬레이션을 수행하였고 인체의 하부요로계를 모식화한 실험장치를 구현하였다. 실험장치를 이용한 측정부의 평가결과 요속측정부의 평균에러율이 1.08%, 계수변화율이 1.48로 평가되었다. 그리고 비침습적 방광내압부는 평균에러율이 2.41%, 계수변화율이 2.81로 나타났다. 요류음신호의 시간영역과 주파수영역에서의 분석위해 평균실효치전력(average RMS power)과 주파수영역에서의 중심주파수(median frequency, MF)를 분석하였으며, 그 결과 $60{\sim}160Hz$의 중심주파수대에서 폐색을 가장 잘 반영하였다.