KR100434003B1 - 질병진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 폐로부터 배출되는 호기(呼氣)중의 하나이상의 가스의 조성 및 이러한 가스의 조성의 변화속도를 측정하기 위한 측정수단, 및 이러한 측정결과를 참고용 데이타와 비교하고 환자의 건강 상태를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 처리수단을 포함하는 질병 진단 시스템에 관한 것이다.

Description

질병 진단 시스템

본 발명은 환자가 배출하는 가스의 조성 및 그 조성의 변화 속도를 측정하고 모니터링함으로써 질병을 진단하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 폐 질환을 진단하는 시스템에 관한 것이다.

폐 질환을 진단하는 시스템은 특정한 질병, 특히 천식의 유행으로 인해 중요해지고 있다. 이는 전세계적으로 대기중에 공해 및 독성 물질이 방출됨으로써 공기의 오염이 증가되기 때문인 것으로 생각된다. 천식은 역사적으로 다른 폐 질환과 비교하여 진단하기가 어려운데 그 이유는 천식에 대한 객관적인 진단기준이 없기 때문이다. 천식 발작 동안에, 염증성 반응에 의해 수종 및 기관지 경련이 유발되어 산소를 흡수하는 폐의 기능이 약화된다. 이러한 특성들이 매우 가변적이고 일시적이기 때문에, 천식을 진단하거나 그의 중증도를 판단하는 것이 어려울 수 있다.

일반적으로, 천식의 중증도를 측정하기 위해서 피이크 유량계(peak flow meter)를 사용한다. 이는 기관지 경련동안에 감소되는 환자의 폐로부터의 피이크 호기 유속을 측정하기 위해서 사용한다. 그러나, 이러한 피이크 유량계는 정밀도가 떨어지고; 환자가 어리거나 쇼크 또는 혼수상태로 진정하고 있을 경우 환자로부터 협조를 얻기가 어렵고; 폐로부터 공기를 강제로 배출시킬 경우, 기관지 경련이 더욱 심해질 수 있고; 천식환자를 연속적으로 모니터링하기가 어렵고; 약물처방 및 질병의 진단을 통합하는데 있어서 제한적이라는 결점을 갖는다.

이러한 문제들 몇몇은 카프노그래피(capnography) 기술을 사용함으로써 극복할 수 있는데, 이러한 카프노그래피의 곡선(카프노그램)은 배출된 호기 샘플중에서 이산화탄소의 분압을 연속적으로 기록함으로써 얻는다. 정상적인 카프노그램은, 시간 (t)에 대해서, 흡기 (I) 및 호기 (E)동안에 이산화탄소의 양을 기록한 제 1 도에 나타낸 실질적인 사각의 파형을 갖는다. 호기상 동안에 카프노그램 곡선의 형태, 특히 카프노그램의 기울기로 나타낸 이산화탄소량의 변화 속도(특히 화살표 "A" 사이의 부근에서)는 환자 폐의 건강 여부 또는 천식의 발생 여부 및 중증도를 양호하게 나타낼 수 있다. 카프노그래피는 특히 천식에 기인하는 주요 증상인 환기/관류 불일치 정도를 나타내는 기술이다.

현재 사용되고 있는 약물처방과 치료법은 그것이 정확하게 사용될 경우, 몇가지 형태의 폐 질환을 치료하는데 만족스럽다. 그러나, 특정한 상태는 효과적으로 치료하지 못할 수 있다. 천식의 치료에 있어서, 다양한 약학적 치료법 및 식이요법으로 가장 해로운 천식 발작을 제외한 모든 증상들을 치료할 수 있다. 그러나, 이러한 천식을 앓는 활자들은 종종 통증이 현저하게 나타나거나 실질적인 기관지 경련을 경험할 때까지 진행되는 증상의 중증도를 인식하지 못한다. 콘트리뷰팅 팩터(contributing factor)는 천식을 정확하게 진단할 수 없기 때문에, 일반적으로 사용할 수 있는 시험 및 모니터 장치로는 부적합하다.

본 발명에 따라, 환자의 폐로부터 배출되는 호기 유동중의 하나 이상의 가스 조성 및 이러한 가스 조성의 변화 속도를 측정하는 측정 수단 및 측정된 데이타를 기준 데이타와 비교하여 환자의 건강상태를 나타내는 신호 표시를 발생시키기 위한 처리 수단을 포함하는 질병 진단 시스템이 제공된다.

특정한 상황에서, 환자로부터 배출되는 1 회 이상의 호기중의 가스의 조성의 변화 속도의 측정치를, 예를 들면, 각각의 호흡 주기에서 집단을 기준으로 하거나 개체를 기준으로 하여 정규화시키는 것이 유리할 수도 있다.

가스 조성의 변화 속도의 측정치를 정규화시키거나 시키지 않거나에 상관없이, 이러한 측정은 예를 들면, 다음과 같이 수행할 수 있다:

ⅰ) 제 1 도에 나타낸 카프노그램 곡선, 특히 화살표 "A"사이의 영역뿐만 아니라 곡선의 다른 부분에서의 접선의 기울기를 측정하고/하거나;

ⅱ) 곡선아래의 전체 부피 또는 부분적인 부피를 측정하고/하거나;

ⅲ) 다른 척도를 측정하고 기울기, 부피 또는 다른 척도사이의 상관관계를 구하고/구하거나;

ⅳ) 푸리에(fourier) 변환에 의해서 곡선의 형태를 분석한다.

본 발명의 진단 시스템은 다양한 질병을 진단하는데 사용할 수 있는데, 여기서, 호기중의 상이한 가스를 측정한다. 예를 들면,

ⅰ) 천식 및 만성 폐색성 기도 질환(폐의 증상), 당뇨병 및 심혈관 질환의 기관 손상(전신 증상)에 대해 이산화탄소의 농도/그의 변화 속도를 측정하고;

ⅱ) 천식과 섬유성 폐포염(폐의 증상) 및 빈혈(전신 증상)에 대해 산소의 농도/그의 변화 속도를 측정하고;

ⅲ) 다양한 폐 질환 및 선택성 환기/관류 불일치 상태에 대해 질소 농도/그의 변화 속도를 측정하고;

ⅳ) 폐에서의 염증 활성을 나타내기 위한 산화질소의 농도/그의 변화 속도를 측정한다.

그러나, 이러한 시스템은 상기된 폐의 증상에 관한 폐 질환을 진단하는 시스템으로서 사용하는 것이 가장 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 환자의 폐로부터 배출되는 호기의 속도를 측정하기 위한 제 1 성분, 이러한 호기중의 가스의 조성을 측정하기 위한 제 2 성분, 가스의 조성의 변화 속도를 측정하기 위한 제 3 성분, 및 상기 3 가지 성분으로부터 수집된 결과(신호)를 기준 데이타, 예를 들면, 룩업-테이블(look-up table)과 비교하고 환자의 건강상태를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 처리 수단을 포함하는 질병진단 시스템이 제공된다.

본 발명의 중요한 부분으로서, 측정된 성분들의 결과(또는 신호)는 호기중에 가장 광범위한 양태의 가스의 조성과 변화 속도에서 측정되고 기준 데이타와 비교된다. "기준 데이타"란 상기 처리 수단을 사용함으로써 측정된 성분을 비교하여 환자의 건강을 판단하는데 사용할 수 있는 임의의 형태, 그래프 또는 다른 수단을 의미한다.

예를 들면, 이러한 기준 데이타는 정상적인 건강한 사람으로부터 통계적으로 얻은 형태일 수도 있다. 또다른 경우에 있어서, 이들은 특히 특정한 환자의 건강의 변화를 확인하기 위해서 동일한 환자로부터 이전에 얻은 것들을 기본으로 할 수도 있다.

본 발명에 따른 질병 진단 시스템은 바람직하게는 전자적 측정 및 비교 수단, 특히 질병을 앓고 있는 환자 또는 잠재적인 환자의 정상적인 호흡 주기에서 호기중의 가스의 조성을 측정하고 처리하는 수단들에 의해 신호를 발생시킴으로써, 유속의 측정값을 연속적으로 기록하고, 분석하고, 비교하고, 사용자에게 알려주는 측정 및 비교 수단을 포함하고/하거나, 적절한 치료방법을 알려준다. 따라서, 이러한 질병 진단 시스템은 흡기 및 호기 가스의 유속, 조성, 및 조성의 변화 속도를 모니터링하는(예를 들면, 폐에 대해)인텔리전트 다중 측정계이다.

이러한 시스템은 또한 그의 기능을 환자의 상태에 따라 조절하기 위해서 기존의 데이타와 개개의 환자의 임상적인 측정치들을 참작할 수 있도록 프로그램화시킬 수 있다.

상기 처리 수단에 의해서 발생된 신호는 임의의 편리한 방법, 예를 들면, 디지탈 프린터-아웃(print-out) 또는 출력(read-out), 컬러 코드화된 도표, 청취가능한 수단과 같은 임의의 통상적인 방법으로 시스템의 사용자에게 전해질 수 있다. 신호들을 자동적으로 중앙처리장치에 전달하는 수단도 또한 포함될 수도 있다. 이러한 처리 수단은 또한 그에 의해서 발생된 신호에 따라 환자에게 약물을 처방할 수 있도록 약물 처방 수단과 함께 작동하도록 적용될 수도 있다.

가스 조성과 그의 변화 속도의 측정결과를 기준 데이타와 비교할 경우, 경우에 따라서, 예를 들면, 주위대기중의 오존 또는 다른 독성 가스량, 측정년도와 측정일과 같은 환자와 직접 연관되지 않은 외부 요인들을 고려할 수도 있다.

이는 환자로 하여금 정상적인(또는 비정상적인) 주위 환경에 존재하는 오염물을 함유하지 않는 공지된 조성의 가스 혼합물을 호흡하도록 하고 호기된 가스중에서 조성의 변화를 모니터링함으로써 더욱 특정하게 수행할 수 있다. 이는 광범위한 지리학적 영역을 통해 더욱 적절하게 비교할 수 있다.

시간 인자가 관계될 경우, 이러한 시스템은 유용하게 달력/시간 기능을 포함할 수 있다.

특정한 경우에 있어서, 예를 들면, 천식의 경우 피이크 유량계를 사용하여 보다 정교하지 못한 방법으로 환자의 상태를 초기에 측정하는 초기 시험 수단을 본 발명의 시스템에 포함시켜, 정교하지 못한 이러한 초기 시험 수단이 적절하게 질병을 진단하지 못할 경우에만 본 발명의 시스템을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 동일하게, 이러한 보다 정교하지 못한 방법을 본 발명의 시스템과 함께 사용함으로써 본 발명의 시스템으로부터 얻을 수 있는 데이타외에 여분의 정보 또는 데이타를 제공할 수도 있다.

본 발명을 더욱 명확하게 이해하기 위해서, 단지 예시를 목적으로 첨부된 제 2 도를 참고로 하여 설명한다. 제 2 도는 본 발명에 따른 폐 질환 진단 시스템의하나의 실시양태를 나타낸다.

제 2 도에서, 환자의 폐로부터 호기되는 가스 및 폐로 흡기되는 가스를 모니터링하고 이로부터 얻어진 결과를 기준 데이타와 비교하기 위한 폐 질환 진단 시스템 (10) 을 나타낸다.

이러한 시스템 (10)은 환자의 입과 코위에 착용되는 마스크(11), 하우징(housing) (12) 및 배출관 (13) 을 포함한다. 하우징 (12)는 마스크 (11) 과 연통된 상부 통로 (14) 및 배출관 (13) 을 포함하고 가스가 마스크 (11) 과 통로 (14) 의 접촉면 및 배출관 (13) 과 통로(14) 의 접촉면으로부터 새어나가는 것을 방지하기 위해서 통로 (14) 의 마주보는 말단에 밀봉 (15) 및 (16) 이 제공된다. 통로 (14) 에는 통로(14) 중의 하나 이상의 가스의 조성을 나타내는 제 1 신호 및 가스 또는 가스들의 조성의 변화 속도를 나타내는 제 2 신호를 발생시키기 위한 감지 요소 (17) 이 제공된다.

본 발명의 실시양태에서, 이산화탄소와 관련된 데이타가 측정되지만, 산소, 질소 또는 산화 질소과 같은 다른 가스에 관련된 데이타도 동일하게 측정될 수도 있다.

하우징 (12) 는 또한 제 1 및 제 2 신호를 기준 데이타, 즉 건강한 사람에게서 호기되는 가스의 조성과 이러한 조성의 변화 속도를 나타내는 정상적인 신호와 비교하고, 시스템에 공급되거나 입력되는 기준 데이타와 비교하여 환자의 폐의 건강 상태를 나타내는 또다른 신호를 발생시키기 위한 처리 수단 (18)을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 초기 신호는 통로 (14)를 통과하는 가스의 유속을 나타내는 감지 요소 (17) 중 하나에 의해서 발생될 수도 있고, 이러한 신호들은 또한 기준 데이타와 비교하여 환자의 폐의 상태에 대한 정보를 추가로 제공한다.

하우징 (12)에는 또한 부가적인 신호들에 해당되는 것으로 시각적이고 청취가능한 정보들을 제공하기 위한 디스플레이 (19)와 오디오 수단 (20), 신호들을 원거리, 예를 들면, 병원 컴퓨터로 전달하는 코넥터 (22) 를 포함하는 접속회로 (21), 및 배터리 (23) 이 제공된다. 원거리로 전달되는 신호는 필요에 따라서 추가의 컴퓨터 분석을 위해서 자성 매체상에 기록될 수 있도록 실시간으로 전자 포맷될 수도 있다.

배출관 (13) 은 약물 치료 수단(도시되지 않음)에 연결될 수도 있다. 환자가 약물 치료를 필요로 한다는 것을 나타내는 신호에 반응하여, 이러한 신호는 접속 회로 (21)을 통해서 처리 수단 (18)로부터 약물 치료 수단로 전달되고, 약물 치료 수단은 배출관 (13), 통로 (14) 및 마스크 (11) 을 통해서 환자에게 요구되는 약물 치료를 제공한다.

제 2 도에 나타낸 형태의 시스템의 사용시, 이러한 시스템은 감지 요소 (17) 에 의해서 감지되는 조성 및 조성의 변화 속도(본 발명의 실시예에서는 가스중의 이산화탄소 함량에 대해서 측정함)를 반복적으로 측정할 수 있다.

대개의 경우, 시스템중에 공급되거나 저장된 기준 데이타와 비교하여, 이산화탄소 조성의 신속한 변화는 환자의 폐가 건강하다는 것을 나타내지만, 느린 변화는 약물치료가 필요할 수도 있다는 것을 나타낸다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명의 시스템은 또한 호기된 가스의 유속을 나타내는 초기 신호를 발생시키기 위한 감지 수단, 및 이러한 초기 신호를 기준 데이타와 비교하기 위한 수단을 가질 수도 있다.

이러한 바람직한 실시양태에서, 이러한 시스템은 가스의 유속에 따라서, 특히 기준 데이타와 비교하여 높거나 낮게 간주되는지에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.

유속이 높을 경우(이는 대체로 양호한 것으로 간주된다), 본 발명의 시스템은 예를 들면, 피이크 유량계와 같이 호기 가스의 피이크 유동을 측정하기 위한 보조 장치를 사용할 수 있는데, 그값은 정상적인 피이크 유동과 비교되고 발생되는 신호는 검사한 환자의 폐가 건강한지 또는 약물 치료가 요구되는 지를 나타내는데 사용된다. 이러한 신호는 그 신호를 해석하는 시스템의 형태에 따라 변할 수 있다.

유속이 낮을 경우,이러한 시스템은 제 2 도에서 나타낸 장치를 사용할 수 있는데, 여기서 기준 데이타와 비교되는 호기된 가스의 성분들 중 하나의 성분의 조성과 그의 변화 속도는 환자의 폐가 건강한지 아닌지를 나타내는 신호를 발생시킨다. 일반적으로, 변화 속도가 빠른 것은 폐가 건강하다는 것을 나타내고, 느린 것은 약물 치료가 필요할 수 있다는 것을 나타내며, 일반적으로 호기된 가스 성분의 조성과 그의 변화 속도는 반복하여 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 가스를 강제로 호기시키거나 또는 환자의 협조를 필요로 하지 않고 폐의 건강상태를 효율적으로 모니터링하는 휴대용 폐질환 진단 시스템을 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이러한 시스템에는 처리 수단 (18)로부터 출력을 조절하기 위해서 조절용 패널이 제공되어, 이러한 시스템에 의해 제공된 정보를 선택적으로 조절할 수 있다. 이러한 방법에서, 하나의 부류의 사용자가 그의 일부만을 사용할 수 있거나, 다른 정보 또는 그 이상의 정보는 또 다른 사용자 부류가 사용할 수 있도록, 정보가 조정될 수도 있다.

이러한 시스템은, 폐 진단 데이터를 천식 발작의 발전가능성을 기록하고 알려주기 위해서 폐 진단 데이터가 조건화 확률 방정식에서 사용될 수 있도록 폐 진단 데이타를 기록하도록 배열되어 있다.

이러한 시스템은 흡입되는 가스를 기록하고 모니터링하여, 천식 발작의 가능성을 증가시킬 수 있는 공기 품질에 대해 악영향을 미칠 수 있는지 여부에 따라 환자에게 알려줄 수 있다.

이러한 시스템은 폐 또는 신체의 다른 부분/기관을 모니터링 하기 위한 다른 모니터링 수단, 예를 들면, 전반적으로 환자에게 개선된 진단 성능을 제공하는 폐활량측정계 또는 펄스 산소농도계와 함께 사용할 수도 있다.

제 1 도는 환자의 폐로부터 배출되는 호기(呼氣)중의 이산화탄소의 양을 나타내는 카프노그래프(capnograph)이다.

제 2 도는 본 발명에 따른 폐 질병 진단 시스템의 하나의 실시양태이다.

Claims (9)

1. 환자로부터 배출된 호기 유동을 위한 배출관(13); 환자의 폐로부터 배출되는 호기 유동내 1종 이상의 가스의 조성을 나타내는 제 1 신호 및 가스 조성의 변화 속도를 나타내는 제 2 신호를 발생시키는 감지 요소(17); 및 상기 제 1 신호 및 제 2 신호를 기준 데이터와 비교하여 환자의 건강 상태를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 처리 수단(18)을 포함하는 질병 진단 시스템에 있어서,

   호기 유속을 나타내는 초기 신호를 발생시키는 추가의 감지 요소(17)를 포함하고, 상기 처리 수단(18)이 발생된 초기 신호를 추가의 기준 데이터와 비교할 수 있도록 배열됨을 특징으로 하는 질병 진단 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   환자 집단을 기준으로 하거나 개별적인 환자를 기준으로 하여, 각각의 호흡 주기에서 환자로부터 배출된 1회 이상의 호기중의 가스 조성의 변화 속도 측정치를 시간축에 대해 정규화시키는 질병 진단 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   천식, 만성 폐색성 기도 질환, 및 당뇨병 및 심혈관 질환에 있어서 기관손상을 진단하기 위해서 이산화탄소의 농도와 그의 변화 속도를 측정하는데 사용되는 질병 진단 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   천식, 섬유성 폐포염 및 빈혈을 진단하기 위해서 산소의 농도와 그의 변화 속도를 측정하는데 사용되는 질병 진단 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   다양한 환기/관류 불일치 상태를 진단하기 위해서 질소의 농도와 그의 변화 속도를 측정하는데 사용되는 질병 진단 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   발병 환자 또는 잠재적인 발병 환자의 정상적인 호흡 주기에서 호기중의 가스의 조성을, 측정 수단 및 처리 수단에 의한 신호 발생을 통해, 연속적으로 유동의 측정결과를 기록하고, 분석하고 비교하고 이를 사용자에게 알려주는 전자적 측정 및 비교 수단을 포함하는 질병 진단 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   적절한 치료법을 추가로 알려주는 질병 진단 시스템.
8. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,

   처리 수단(18)에 의해서 발생된 신호에 따라 환자를 약물치료할 수 있도록처리 수단을 약물치료 수단과 함께 작동시킬 수 있는 질병 진단 시스템.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   환경 오염물을 함유하지 않는 공지 조성의 가스 혼합물을 환자에게 흡입하게 하는 수단 및 상기 환자로부터 배출된 가스 중의 조성의 변화를 모니터링하는 수단을 갖는 질병 진단 시스템.