KR0136977B1 - 레이저도플러혈류검출장치 - Google Patents
레이저도플러혈류검출장치Info
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Abstract
본 발명은 피부조직내 모세혈관의 혈액순환을 진단하는 레이저도플러혈류검출장치에 관한 것으로서, 특히 검출신호에 포함되어 있는 레이저자체의 고유한 잡음을 완벽하게 제거하고 광산란 및 반사율에 따른 측정오차를 자동적으로 제거하는 레이저도 플러혈류검출장치에 관한 것이다.
본 발명의 레이저도플러혈류장치는 레이저광원이 광섬유(1)를 통하여 피부조직 및 기준부 광감지소자(PD2)에 연결되어 있고, 측정부 광감지소자(PD1)가 광섬유(1)를 통하여 피부조직에 연결되어 있으며, 상기 기준부 광감지소자(PD2)에는 기준부 증폭기(IC3)가, 측정부 광감지소자(PD1)에는 측정부 증폭기(IC1)가 각각 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기(IC3)출력단에는 기준부적분기와 차동증폭기(IC4)가, 측정부 증폭기(IC1)출력단에는 측정부 적분기와 차동증폭기(IC4)가 각각 병렬로 연결되어 있으며, 상기 기준부 적분기 및 측정부 적분기 출력단에는 비교기(IC2)가 연결되어 있고, 상기 비교기(IC2)에는 자동이득조절기가 연결되어 있으며, 상기 자동이득조절기 출력단은 측정부 증폭기(IC1)에 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기(IC4) 및 측정부 증폭기(IC1)에 연결되어 있는 상기 차동 증폭기(IC4) 출력단에 여과 및 증폭기, 실효치 연산부, 그리고 레코더가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
[도면의 간단한 설명]
제1도는 종래 일반적인 레이저도플러혈류검출장치의 블록도,
제2도는 레이저 자체의 잡음제거를 위한 차동장치가 구성되어 있는 종래 레이저 도플러혈류검출장치의 블록도
제3도는 제2도의 'A'부의 확대사시도,
제4도는 본 발명의 레이저도플러혈류검출장치의 블록도,
제5도는 본 발명의 레이저도플러혈류검출장치의 부분회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1,1' : 광섬유,PD1: 측정부 광감지소자,
PD2: 기준부 광감지소자,IC1: 측정부 증폭기,
IC2: 비교기,IC3: 기준부 증폭기,
IC4: 차동 증폭기,LED : 발광다이오드,
CdS Cell : 저항변환소자,VR1, VR2: 가변저항기
[발명의 상세한 설명]
발명의 분야
본 발명은 피부조직내 모세혈관의 혈액순환을 진단하는 레이저도플러혈류검출장치에 관한 것으로서, 특히 검출신호에 포하되어 있는 레이저자체의 고유한 잡음을 완벽하게 제거하고 광산란 및 반사율에 따른 측정오차를 자동적으로 제거하여 명료한 혈류신호를 검출하는 레이저도플러혈류검출장치에 관한 것이다.
발명의 배경
종래 미국, 일본 등의 일부 선진국에서는 인체피부조직내 모세혈관의 혈액순환을 진단하기 위하여 레이저도플러혈류장치를 사용하여 왔는데, 이 장치의 혈류검출원리는 다음과 같다.
레이저광원에서 단일파장의 단색광인 레이저광을 인체피부조직에 투사해주면 피부조직내 모세혈관의 유동체인 적혈구에 부딛히고는 도플러효과에 의해 파장이 다소 변화하여서 되돌아오게 된다.
이때 원래의 파장과 동일한 광선(피부조직세포등의 비유동체로부터의 반사광)이 혼합되면 간섭현상이 일어나서 빛의 맥놀이가 발생한다.
이것을 광감지소자로 검출하면 직류와 교류가 중첩된 형태의 전기신호를 얻을 수 있는데, 이때의 교류신호의 진폭 및 주파수는 적혈구의 분포 및 혈류속도에 비례하는 함수관계를 갖게되고 직류와 교류의 신호의 비로는 레이저광을 투사한 피부조직중의 혈액분포량을 추정할 수 있게 된다.
제1도는 상술한 바와 같은 원리로 혈류를 검출하는 종래 일반적인 레이저도플러 혈류검출장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
레이저광원이 광섬유(1)를 통하여 레이저광을 피부조직에 송신하여 주고 광감지소자가 역시 광섬유(1)을 통하여 피부조직으로부터의 반사광을 수신하여 전기적인 신호로 변환해 주며 여과 및 증폭기에서는 이 신호를 여과하고 증폭해 준다.
이때 광감지소자에서는 교류성분(모세혈관의 유동체인 적혈구로부터의 반사광)만을 취하여 신호처리를 할 수 있으나 광원의 광도변화, 측정부위, 피부색 등에 따라 반사율이 다르고 따라서 수신되는 광신호가 대폭달라지게 되어서 검출신호는 피부조직내의 실제혈류와는 커다란 차이를 보이며 상당한 오차를 일으키기 때문에 규준화연산을 위하여 직류성분(피부세포등의 비유동체로부터의 반사광)도 함께 취한다.
제산기에서는 직류신호에 대한 교류신호의 비를 계산하여 상기한 규준화연산을 행한다.
제산기에서 규준화된 신호는 여과 및 증폭기에서 다시 여과되고 증폭되어 실효치 연산부로 보내지며 실효치연산부에서는 이 신호의 실효치를 계산하여 레코더로 보내고 레코더에서는 혈류량과 비례한 수치로 변화하여 기록한다.
그러나 전술한 종래의 일반적인 레이저도플러혈류장치는 레이저자체의 고유한 잡음을 제거해주지 못하는 문제점이 있어서 제2도에 도시된 바와 같은 대칭형차동장치가 구성되어 있는 레이저도플러혈류검출
장치가 제안되었다.
이 장치는 광의 송수신에 제3도에 도시된 바와 같은 3중 또는 5중의 다발형태의 광섬유(1')를 특수제작하여 사용하고 전술한 종래의 일반적인 레이저도플러혈류검출 장치를 이중으로 사용하였다.
즉, 2계통(채널1, 채널2)의 신호를 각각 검출하고 동일성분의 잡음을 차동증폭기로써 상쇄시킨후 혈류신호의 출력을 얻었다.
이때 혈류신호는 동일성분이 되지 않으므로 증폭되어 나타난다.
그러나 상술한 방법은 수신용광섬유의 갯수만큼 검출포인트가 넓어지므로 출력신호가 모호하게 나타날 우려가 있었다.
즉, 명료도가 저하된 신호로서 다음 단계의 신호처리가 어려워지고 측정오차가 증가하는 문제점이 있다.
또한 검출포인트마다 국부적으로 작으나마 반사율의 차이가 생길수 있으므로 잡음의 제거가 완전히 이루어지지 못하고 잡음제거를 위하여 레이저송수신부에 다중의 광섬유를 필요로 하나 이러한 것은 특수제작 이외에는 조달이 불가능하며 국내에서는 사실상 입수가 곤란한 문제점이 있었다.
발명의 목적
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 레이저도플러혈류검출장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저자체의 고유한 잡음을 완벽히 제거해주고 광산란 및 반사율에 따른 측정오차를 자동으로 제거하여 명료한 혈류신호를 검출하는 레이저도플러혈류검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
발명의 요약
본 발명의 레이저도츨러혈류검출장치는 상기 목적을 달성하도록 레이저광원이 광섬유를 통하여 피부조직 및 기준부 광감지소자에 연결되어 있고, 측정부 광감지소자가 광섬유를 통하여 피부조직에 연결되어 있으며, 상기 기준부 광감지소자에는 기준부 증폭기가, 측정부 광감지소자에는 측정부 증폭기가 각각 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기 출력단에는 기준부적분기와 차동증폭기가, 측정부 증폭기 출력단에는 측정부 적분기와 차동증폭기가 각각 병렬로 연결되어 있으며, 상기 기준부 적분기 및 측정부 적분기에는 비교기와 자동이득조절기가 직렬로 연결되어 있으며, 상기 자동이득조절기 출력단은 측정부 증폭기에 연결되어 있고, 상기 차동 증폭기에는 여과 및 증폭기, 실효치 연산부, 그리고 레코더가 직렬로 연결되어
있는 것을 특징으로 한다.
발명의 구체적 실시예에 대한 설명
이하 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 레이저도플러혈류검출장치는 제4도에 도시된 바와 같이, 레이저광원이 광섬유(1)를 통하여 피부조직 및 기준부 광감지소자에 연결되어 있고, 측정부광감지소자가 광섬유(1)를 통하여 피부조직에 연결되어 있으며, 상기 기준부 광감지소자에는 기준부증폭기가, 상기 측정부광감지소자에는 측정부 증폭기가 각각 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기 출력단에는 기준부 적분기와 차동증폭기가, 상기 측정부 증폭기에는 측정부 적분기와 차동증폭기가 각각 병렬로 연결되어 있으며, 상기 기준부적분기 및 측정부적분기에는 비교기가 연결되어 있고, 상기 비교기에는 자동이득 조절기가 연결 되어 있으며, 상기 자동이득조절기 출력단은 측정부 증폭기에 연결되어 있으며, 상기 측정부 증폭기 및 기준부증폭기에 연결되어 있는 상기 차동증폭기 출력단에는 종래와 같이 여과 및 증폭기, 실효치연산부, 그리고 레코더가 직렬로 연결되어 있다.
상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 레이저도플러혈류검출장치의 작용에 대해서 설명하기로 한다.
레이저광원에서 투사해준 레이저광은 광섬유(1)를 통해 두갈래로 분기되어 기준부 광감지소자 및 피부조직으로 각각 송신된다.
기준부 광감지소자에서는 수신된 레이저광을 전기적 신호로 변환하고, 기준부 증폭기에서는 이 신호를 증폭하여(직류+레이저잡음)의 신호를 출력한다.
한편 측정부 광감지소자는 피부조직으로부터의 반사광을 광섬유(1)를 통해 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 측정부 증폭기에서는 상기신호를 증폭하여(직류+레이저잡음+혈류신호)의 신호를 출력한다.
이때 직류는 피부조직 등의 비유동체로부터의 반사광에 대한 신호이고 혈류신호는 모세혈관내 유동체인 적혈구로부터의 반사광에 대한 신호를 의미한다.
상기 측정부증폭기의 출력은 측정부적분기에, 기준부 증폭기의 출력은 기준부 적분기에 각각 입력되고, 상기 측정부적분기 및 기준부적분기에서는 이들 신호의 평균 값을 계산하여 비교기로 그 값을 각각 출력한다.
비교기의 출력은 자동이득조절기에 입력되고 자동이득조절기의 출력은 측정부 증폭기에 입력되어 측정부증폭기출력의 평균치가 기준부증폭기출력의 평균치와 동일해질때까지 측정부증폭기의 이득을 조절한다.
따라서 기준부증폭기출력의 평균치는 항상 불변이므로 측정부증폭기출력 역시 불변하도록 제어된다. 즉, 피부조직으로부터의 반사광의 세기에 상관없이 항상 일정한 출력레벨로 자동조절되며 이는 기준부증폭기 출력레벨과 동일한 레벨로 맞추어져 있는 것이다. 따라서 측정하고자 하는 피부의 색이 어두운 경우에는 반사광의 세기가 약하고 측정부광감지소자의 전기신호 역시 작아져서 이때의 신호중의 직류성분(피부조직 등의 비유동체로부터의 반사광) 및 교류성분(모세혈관의 유동체인 적혈구로부터의 반사광)은 같은 비율로 작게 나타나며, 이때의 측정부증폭기는 자동이득조절기에 의해 이득이 증가하여 기준부증폭기의 출력레벨만큼 신호를 확대하고, 반면 피부의 색이 밝은 경우는 이와 반대의 작용를 하여 측정부증폭기의 출력신호를 억제한다.
한편 기준부증폭기 및 측정부증폭기의 출력은 차동증폭기에 입력되고 차동증폭기에서는 이들 출력에 포함되어 있는 동일레벨, 동일위상의 레이저광원 고유의 잡음을 상쇄시키고 실제 혈류와 관계되는 신호성분만을 증폭하여 출력한다.
여과 및 증폭기에서는 차동증폭기의 출력을 여과하여 증폭하고, 실효치연산부에서는 이 여과되고 증폭된 신호의 실효치를 계산하며, 레코더에서는 혈류량과 비례한 수치로 변환하여 기록해준다.
제5도는 전술한 바와 같은 본 발명의 레이저도플러혈류검출장치의 부분회로도이다. 광송수신용 광섬유(1)로는 이중평행선을 사용하여 하나는 광송신용으로 다른 하나는 광수신용으로 사용한다.
광감지소자(PD1, PD2)로는 저잡음, 동일특성의 포토다이오드(Photo Diode)를 사용하며, 자동이득조절기로는 발광다이오드(LED)와 저항변환 소자인 유화카드뮴셀(CdS Cell)을 결합한 소자를 이용하였다.
피부조직과 광섬유(1), 광섬유(1)와 광감지소자(PD1, PD2), 그리고 발광다이오드(LED)와 저항변환소자(CdS Cell)의 연결은 모두 광결합으로 되어 있다.
레이저광은 레이저광원으로부터 방출되어 두갈래의 광섬유(1)로 유도된다.
기준부 광감지소자(PD2)는 광원과 직결되어 있으므로 항상 일정한 광량이 조사되고 이를 증폭한 기준부증폭기(IC3)의 출력에는 항상 일정한 직류 및 잡음에 해당하는 전압이 얻어진다.
기준부 증폭기(IC3)에 연결되어 있는 가변저항기(VR1)은 기준부증폭기(IC3) 출력값의 레벨조정용이며 최종 출력의 레벨범위를 결정하는 역할도 한다.
이 레벨조절방법으로는 가변저항항기(VR1)를 이용하는 것이외에 기준부증폭기(IC3)측의 광로의 투과율을 기계적으로 조절하는 것으로도 가능하다
한편 피부조직에서 반사된 광은 측정부 광감지소자(PD1) 및 측정부 증폭기(IC1)에 의해 직류, 잡음 및 혈류신호가 중첩된 전압이 얻어진다.
측정부증폭기(IC1) 및 기준부증폭기(IC2)의 출력은 각각 적분되어 비교기(IC2)로 인가되는데, 적분방법은 π형 평활회로에 의해 신호의 평균값인 직류성분만 추출한다.
가변저항기(VR2)는 비교기(IC2)의 불균형을 보상하기 위한 밸런스조정용이며, 비교기(IC2)에 연결되어 있는 용량기는 시정수를 보정하여 과도특성을 안정시키기 위한 것이다.
비교기(IC3)의 출력은 발광다이오드(LED)를 구동, 광량을 조절함으로써 측정부증폭기(IC1)에 연결되어 있는 저항변환소자(CdS Cell)의 저항치를 변화시킨다. 이것으로써 측정부증폭기(IC1)의 이득이 자동조절된다.
한편 측정부증폭기(IC1) 및 기준부증폭기(IC3)의 출력의 일부는 각각 콘덴서결합을 통해 직류성분을 제외한 잡음 및 혈류신호만이 차동증폭기(IC4)로 인가된다.
여기에서 동위상, 동레벨의 잡음성분은 상세되고 혈류신호만 증폭되어 출력에 나타난다.
본 발명의 레이저도플러혈류검출장치는 전술한 바와 같이 측정부증폭기(IC1) 및 기준부증폭기(IC3)출력의 평균치만을 추출하여 비교한 후 측정부증폭기(IC1)의 출력을 제어함으로써 광반사율의 변화에 따른 측정오차를 자동적으로 보정하여 자동으로 규준화를 실행하기 때문에 종래와 같이 규준화연산을 위한 별도의 회로가 필요 없고 자동 규준화를 행함으로써 두 경로의 레이저잡음을 균일화하여 차동증폭기(IC4)에서 잡음을 상쇄시켜 주기 때문에 잡음을 완벽히 제거해주어 최종출력신호를 매우 명료하게 해주는 매우 훌륭한 잇점이 있다.
또한 광송수신용 광섬유(1)로는 이중평행선을 채용하였기 때문에 종래 제2도 및 제3도에 도시된 3중 또는 5중의 다발형태의 광섬유(1')를 특수제작하여 사용하였던 것과는 달리 국내에서 비교적 쉽게 구입할 수 있어 편리하고 생산비가 절감되는 등의 잇점이 있다.
Claims (3)
- 피부조직내 모세혈관의 혈액순환을 진단하는 레이저도플러혈류검출장치에 있어서, 레이저광원이 광섬유(1)를 통하여 피부조직 및 기준부 광감지소자(PD2)에 연결되어 있고, 측정부 광감지소자(PD1)가 광섬유(1)를 통하여 피부조직에 연결되어 있으며, 상기 기준부 광감지소자(PD2)에는 기준부 증폭기(IC3)가, 측정부 광감지소자(PD1)에는 측정부 증폭기(ID1)가 각각 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기(IC3)출력단에는 기준부적분기와 차동증폭기(IC4)가, 측정부 증폭기(IC1) 출력단에는 측정부 적분기와 차동증폭기(IC4)가 각각 병렬로 연결되어 있으며, 상기 기준부 적분기 및 측정부 적분기 출력단에는 비교기(IC2)에 연결되어 있고, 상기 비교기(IC2)에는 자동이득조절기가 연결되어 있으며, 상기 자동이득조절기 출력단은 측정부 증폭기(IC1)에 연결되어 있고, 상기 기준부 증폭기(IC3) 및 측정부 증폭기(IC1)에 연결되어 있는 상기 차동 증폭기(IC4)출력단에 여과 및 증폭기, 실효치 연산부, 그리고 레코더가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저도플러혈류검출장치
- 제1항에 있어서, 자동이득조절기는 발광다이오드(RED)와 저항변환소자인 유화카드뮴셀(CdS Cell)이 광결합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저도플러혈류 검출장치.
- 제1항에 있어서, 반사율 차이에 따른 측정오차를 제거하기 위하여 측정부 증폭기(IC1)의 출력을 기준부 증폭기(IC3)출력레벨에 맞게 제어함으로써 자동규준화를 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저도플러혈류검출장치
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101123179B1 (ko) * | 2004-04-29 | 2012-03-19 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 혈류 검출을 위한 장치 및 방법 |
-
1994
- 1994-04-04 KR KR1019940007120A patent/KR0136977B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101123179B1 (ko) * | 2004-04-29 | 2012-03-19 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 혈류 검출을 위한 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950029755A (ko) | 1995-11-24 |
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