KR100438140B1 - 자기적 방법에 의한 맥박 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기적 방법에 의한 맥박 측정기에 관한 것으로서, 거대 자기 임피던스 특성을 갖는 자기 소자를 맥박 측정 부위에 설치하고, 이 자기 소자를 이용하여 맥박의 역학적인 힘에 의해 가변되는 자기 특성 변화를 교류저항 측정용 피드백 회로에 제공하여 전기 시그날을 얻어 맥박을 측정할 수 있게 함으로써, 미세한 역학적인 힘(맥박이 약한 환자의 경우)이 자기 소자에 전달되어 자기특성이 미세하게 변화되어도 거대 자기 임피던스(GMI) 효과에 의한 소자의 교류저항(임피던스)이 민감하게 변하게 되어, 1) 미세한 맥박이 역학적인 힘(자기 특성 변화)으로 전달되는 경우에도 자기 소자의 거대 자기 임피던스 특성을 이용하여 얻어진 자기 특성 변화를 다시 피드백 회로를 통해 전기 시그날로 변환되어 맥박을 측정할 수 있으며, 2) 특히, 임피던스 밸브형 GMI 특성을 이용하여 GMI율이 급격하게 변하는 지점을 동작점으로 하여 아주 미세한 자기 변화에 대해서도 측정이 가능할 뿐만 아니라 맥박 측정에 대한 정확도를 한층 높여 주는 효과가 있는 자기적 방법에 의한 맥박 측정기를 제공하는데 있다.

Description

자기적 방법에 의한 맥박 측정기{Blood pulse measurement by magnetic method}

본 발명은 자기적 방법에 의한 맥박 측정기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 거대 자기 임피던스 특성을 갖는 자기 소자를 이용하여 맥압에 의해 생기는 역학적인 힘에 의한 자기 특성 변화에 의해 소자에 자기장 변화를 주는 것과 같은 역할을 하여 이로부터 소자 내의 자기 특성 변화를 얻고, 이 자기 특성 변화를 교류저항 측정용 전자회로(피드백 회로)를 통해 전기 시그날로 감지하여 맥박을 측정할 수 있는 자기적 방법에 의한 맥박 측정기에 관한 것이다.

일반적으로 동양권에서 행해지는 진료는 크게 양의와 한의로 나뉘어서 이루어지고 있다.

근래에 들어서는 서양에서도 한의에 대한 진료 효능을 일부 인정하면서 양의에 한의를 접목시켜 진료하는 치료 방법이 큰 성과를 거두고 있는 것으로 알려지고 있다.

이러한 한의는 주로 환자의 질환을 진료하는데 있어서 손목의 맥을 짚어 보고 병명 등을 진찰하는 방법이 많이 적용되고 있으며, 보통 손목에서 3곳의 맥을 동시에 짚어 보고 그들의 상관 관계를 따져서 환자의 병명이나 이에 대한 진료책을 제시하게 된다.

손목 부분의 맥을 짚어 그 맥박을 통해 환자를 진료하기 위해 현재 알려져있는 맥 측정기는 주로 압력센서나 카페시터를 손목 부분에 부착하고서 그 맥박수를 재서 측정하는 방법이 가장 많이 이용되고 있다.

그러나, 기존의 맥 측정기는 손목의 혈관을 통과하는 혈압을 압력센서를 통한 진동수 등을 통해 맥박수를 측정하기 때문에 맥을 정확하게 측정하기 어려울 뿐만 아니라 정확도가 떨어지게 되고, 특히 맥박이 전체적으로 약하게 뛰는 환자의 경우 맥 측정이 제대로 이루어지지 않아 진료 및 처방을 제대로 할 수 없게 되어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 거대 자기 임피던스(GMI) 특성을 갖는 자기 소자를 맥박 측정 부위에 설치하고, 이 자기 소자를 이용하여 맥박의 역학적인 힘에 의해 가변되는 자기 특성 변화를 교류저항 측정용 피드백 회로에 제공하여 전기 시그날을 얻고 이로부터 맥박을 측정할 수 있게 함으로써, 미세한 역학적인 힘(맥박이 약한 환자의 경우)이 자기 소자에 전달되어 자기특성이 미세하게 변화되더라도 GMI 효과에 의해 소자의 교류저항(임피던스)이 민감하게 변하게 되므로 이를 다시 전기적 시그날로 변환하여 맥박을 측정할 수 있게 함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있는 자기적 방법에 의한 맥박 측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

1) 미세한 맥박이 역학적인 힘(자기장 변화)으로 전달되는 경우에도 자기 소자의 거대 자기 임피던스 특성을 이용하여 미세한 자기 특성 변화를 얻을 수 있으며, 이렇게 얻어진 자기특성 변화는 다시 피드백 회로를 통해 전기 시그날로 변환되어 맥박을 측정할 수 있게 된다.

2) 특히, 임피던스 밸브형 GMI 특성을 이용하여 GMI율이 급격하게 변하는 지점을 동작점으로 하여 아주 미세한 자기 변화에 대해서도 측정이 가능할 뿐만 아니라 맥박 측정에 대한 정확도를 한층 높여 주게 된다.

도 1a와 1b는 본 발명에 따르는 자기 소자를 이용해서 얻을 수 있는 거대 자기 임피던스를 나타내는 것으로,

(1a)는 임피던스 밸브형 GMI 그래프,

(1b)는 일반적인 형태의 GMI 그래프,

도 2는 본 발명에 따르는 맥박 측정기의 일 구현예를 보여주는 구성도,

도 3a와 도 3b는 각각 본 발명에 따르는 맥박 측정기를 이용해서 29세와 40세인 성인의 맥박을 측정한 결과를 보여주는 그래프,도 4는 본 발명에 따르는 자기 소자의 자기적 특성이 변화는 관계를 보여주는 그래프,도 5는 본 발명에 따르는 피드백 회로가 소자 동작점을 고정시키는 관계에 대한 일 구현예를 보여주는 개략도,도 6은 도2에서 자기 소자의 일 구현예를 보여주는 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자기 소자 20 : 피드백 회로30 : 바이어스 필드 코일 40a,40b,50a,50b : 전극 단자60 : 케이스 70 : 패드

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 거대 자기 임피던스(GMI) 특성을 갖는 자기 소자(10)를 이용하여 맥박에 의해 발생되는 자기장 변화와 같은 역학적인 힘으로부터 자기 특성 변화를 얻고, 이 자기특성 변화를 피드백 회로(20)를 통해 전기적인 시그날로 변환시켜 맥박을 측정할 수 있게 한 것이다.

여기서, 상기 자기 소자(10)는 거대 자기 임피던스(GMI) 특성을 갖는 재질로 이루어진 것으로, Co계 비정질로 제작된 리본 또는 와이어나 연자성체로 된 자성 박막, 미세 자성 와이어 및 자성 결정체 등을 사용하여 제작하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 자기 소자(10)는 상술한 것 이외에도 후술하게 될 임피던스 밸브형 GMI 특성이나 일반적인 거대 자기 임피던스(GMI) 특성을 가지면서 자기장 변화에 대한 감응도가 큰 거대 교류자기 저항 효과를 나타내는 물질이라면 어떤 것을 사용하더라도 상관이 없다.

상기 거대 자기 임피던스(GMI) 현상은 연자성체(자성박막, 비정질 리본, 미세 자성 와이어, 자성 결정체 등)에서 외부의 자기장 변화에 의해 임피던스가 변하는 현상으로 이러한 현상에 대해서는 현재 대학이나 연구소에서 이미 활발하게 연구가 진행되어 이미 잘 알려져 있다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따르는 자기 소자를 이용해서 얻을 수 있는 거대 자기 임피던스를 나타내는 것으로, (1b)는 일반적인 형태의 GMI 그래프를 나타낸다.

이미 잘 알려져 있는 바와 같이 GMI 현상은 상술한 여러가지 연자성체 뿐만 아니라 자기장 감응도가 큰 자성체를 이용하여 외부의 자기장 변화에 반응하는 현상으로, GMI변화율은 다음 식(1)과 같이 계산하게 된다.

[식 1]

이러한 GMI 변화율은, 일반 GMI 특성을 나타내는 첨부도면 도 1b에서 도시한 바와 같이 1㎒에서 약 100%의 변화율을 보여주게 되고, 임피던스 GMI 변화율은 첨부도면 도 1a에서 도시한 바와 같이 1㎒에서 약 100∼500%의 변화율을 보여 주게 된다.

여기서, 임피던스 밸브형 GMI 현상은 상술한 자기 소자(10)에 사용되는 각종 자성체, 예를 들면 자성박막, 비정질 리본, 미세 자성 와이어 및 자성결정체 등과 같은 자성체를 공기나 특정가스(불활성 가스를 제외한) 상태에서 열처리를 하여 자성체의 표면에 강자성층을 형성시켜 줌으로써, 서로 자화 방향이 다른 강자성층과 연자성층 간의 교환 결합력 특성을 이용하는 것으로서, 본 발명의 맥박 측정기 뿐만 아니라 자기장 감응도를 이용할 수 있는 의료기기나 정보기록매체의 자기 헤드 또는 각종 자기센서 등에 응용하여 사용할 수 있게 된다.예를 들면, 상기 비정질 자성체는 225℃의 큐리 온도를 갖고, 550℃의 결정화 온도를 갖게 되는데, 따라서 약 300℃ 이상에서 2시간 이상 열처리를 하게 되면 표면으로부터 약 500∼900Å 사이에 결정층이 형성되게 되며, 이러한 결정층은 열처리시 가해준 자기장의 방향으로 강한 이방성을 가지게 되는 한편, 표면으로부터 위의 500∼900Å 사이를 제외한 나머지 부분은 비정질상으로 남게 되고, 열처리시에는 인가한 자기장 방향으로 자화방향을 갖게 되지만, 큐리 온도 이하로 낮추게 되면 다시 원래 가지고 있던 자화방향으로 돌아가게 되고, 약 500∼900Å 사이의 결정층은 결정화가 되면서 큐리 온도가 높아지게 된다.따라서, 상기 임피던스 밸브형 GMI 현상은 자화방향이 다른 2개의 강자성층과 연자성층이 서로 결합할 때 이방성이 큰 층이 상대적으로 약한 층을 구속하여 자기특성을 변화시키는 교환 결합력 특성을 이용한 것이다.

이와 같이 상기 자성체에 가해지는 열처리는 300∼400℃에서 자기장을 1∼3Oe 인가하면서 공기중에서 2∼8시간 열처리하여 이루어진 것으로, 연자성체의 표면에 강자성체를 형성시켜 상술한 교환 결합 특성을 얻게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 거대 자기 임피던스 특성을 이용한 맥 파형 측정기에서는 100㎑∼10㎒ 영역의 주파수를 이용하는 것이 바람직한데, 이는 약 1MHz 부근에서 GMI가 가장 크게 나타나기 때문에 자기 변화에 대해 가장 민감한 부분에서 맥박을 측정하게 되는 것이다.

이와 같이 이루어진 자기 소자(10)는 맥을 측정하기 위한 위치, 예를 들면 손목에서 맥박을 측정하기 위한 위치에 부착하여 사용하게 되며, 맥박에 의해 발생되는 역학적인 힘을 받아 자기 소자(10)의 자기적 특성이 변하게 되고, 이때의 자기 소자(10)의 자기 특성 변화로서 상기 피드백 회로(20)에 입력신호로 입력되게 된다.예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 임피던스 효과는 주로 결정질 리본, 와이어 및 박막 등과 같은 고투자율의 연자성 특성이 뛰어난 재료에서 주로 나타나는 현상으로 외부 자기장의 변화에 따라 자성체의 교류저항(임피던스)이 민감하게 변하는 현상으로서, 자기 임피던스(Z)는 비결정질 리본으로 이루어진 자기 소자(10), 즉 자성체에서 Ms가 자성체 내부의 자화값, Hk가 자성체의 자기 임피던스 현상을 측정하기 위해 인가한 전류에 의해 형성되는 자성체의 이방성 자기장, Hex가 외부 자기장(Magnetic field), θ가 자화 방향 각도, 그리고 θk가 이방성 방향 각도로 정의되는 한편, 투자율은 비경질 리본으로 이루어진 자성체의 길이방향에 수직한 방향의 자화값(Ms)에 대한 투자율 성분으로 나타내어지며, 따라서 외부 자기장(Hex)이 자성체의 축방향으로 변화를 하게 되면 자화값(Ms) 방향도 외부 자기장에 따라 변하게 되고, 이로 인하여 투자율도 변하게 되며, 이렇게 투자율이 변하면 자성체의 자기 임피던스(Z)도 변하게 된다.위와 같이 자기 소자의 자기 특성이 변하게 되면 이것이 피드백 회로에 입력신호로 입력되는데, 그 방법을 살펴보면 다음과 같다.상기 피드백 회로(20)는 임피던스 밸브형 소자가 외부 자기장 변화에 가장 민감한 부분에서 동작할 수 있도록 소자의 동작점을 도 1a에서와 같이 화살표 위치에서 고정시켜주기 위한 일종의 전자회로로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 안쪽 2개의 전극단자(50a,50b)에서 자기 임피던스 변화에 비례하는 검출전압(V)을 측정하고, 상기 검출전압은 증폭기(Pre. Amp.)를 거쳐서 미세전압을 증폭시킨 후 Diff. Amp를 통해 자기장 변화를 감지하게 되며, 이렇게 감지된 검출신호는 게인 엠프(Gain Amp.)를 통해 자기장의 변화량에 비례하는 전류를 발생시켜 바이어스 필드 코일(30)로 보내어 임피던스 소자의 동작점을 고정시켜주게 되는 것이다.

이렇게 상기 피드백 회로(20)는 임피던스 밸브형 소자가 외부 자기장 변화에 가장 민감한 부분에서 동작할 수 있도록 소자의 동작점을 고정시켜 주기 위한 역할을 하게 되며, 이는 상기 동작점이 외부 자기장, 예를 들면 지구의 자기장 변화에 대해 너무 민감하게 변하기 때문에 동작점을 고정할 수 있도록 하기 위한 것이다.즉, 본 발명에서 제공하는 거대 자기 임피던스 특성에서 자기 변화에 가장 민감한 부분에서 동작점을 고정시켜주기 위해서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 자기소자(10), 즉 자성체의 외주에 소정 턴수의 DC 바이어스 필드(bias field) 코일(30)을 권취하고 코일에 외부 자기장 변화에 따른 일정한 전류를 인가함으로써 구현될 수 있다.여기서, 지표상에서 관측된 지구 자기장은 크기와 방향이 지표상의 서로 다른 지점 및 주위 공간에 따라 민감하게 변하며, 그 차이를 자력계 등을 통해 측정할 수 있게 된다.상기 거대 자기 임피던스 특성을 이용한 맥 파형 측정기에서는 자기 변화에 대한 가장 민감한 부분에서 맥압을 측정하게 되는데, 이러한 지구 자기장의 영향은 맥압을 측정하는데 위치 및 주위 공간에 따라 다른 결과를 보여줄 수 있다.따라서, 거대 자기 임피던스 특성에서 자기 변화에 가장 민감한 부분을 고정시켜주어야 하므로, 피드백 회로를 통해 동작점을 고정시키는 것이 필요하게 되고, 이러한 거대 자기 임피던스의 동작점은 위에서 언급한 바 있듯이 자성체의 외주에 소정 턴수의 DC 바이어스 필드 코일을 권취하고 코일에 일정한 전류를 인가하여 고정시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르는 맥박 측정기를 통해 맥박을 측정하는 경우 미세한 맥박에 대해서 첨부도면 도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이 GMI 변화에 의한 전기 신호로 얻을 수 있게 되는 것이다.예를 들면, 본 발명에서 이용하고 있는 거대 자기 임피던스 현상은 외부 자기장에 의하여 자성체의 교류 전기저항(임피던스)이 변화하는 것에 기초를 두고 있는데, 여기서 자기변형(Magnetostriction)은 자성체에 자기장을 인가하면 자성체의 길이가 변화하는 현상으로 이것은 본 발명에서 제공하는 자성체에도 해당되는 현상이다.또한, 이러한 현상은 가역적인 것으로 자성체의 길이를 인위적으로 변화시키면 또한 자성체 내부의 특성이 외부에서 자기장을 가한 것과 같이 변하게 되며, 따라서 본 발명에서 제공하는 자성체를 맥박을 측정할 부위에 접촉하게 되면 맥압에 의하여 자성체에는 역학적인 힘이 가해지고 자성체의 길이를 변화시켜서 자성체 내부에는 외부에서 자기장을 인가한 것과 같은 특성의 변화를 가져오게 된다.그러므로, 본 발명의 맥박 측정기는 거대 자기 임피던스 현상에 의하여 맥압에 의한 역학적인 힘을 받은 자성체의 교류 전기저항이 변하게 되는 동작원리를 이용하여 맥박신호를 전기적인 신호로 얻어 맥박을 측정할 수 있게 된다.도 6은 본 발명에 따른 자기 소자의 일 구현예를 보여주는 구성도이다.케이스(60)의 저면은 맥박 측정부위에 접촉되는 부분으로서 패드(70)로 되어 있고, 그 바로 안쪽에 자성체인 자기 소자(10)가 배치되어 맥압에 의한 역학적인 힘을 받을 수 있게 된다.자성체에는 길이방향으로 차례대로 4개의 전극단자(40a),(50a),(50b),(40b)가 형성되어 있다.따라서, 바깥쪽 2개의 전극단자(40a),(40b)에 교류전류(I)를 인가하고, 안쪽 2개의 전극단자(50a),(50b)에 자기 임피던스 변화에 비례하는 검출전압(V)을 검출하면 맥박을 검출할 수 있게 된다.따라서, 환자의 맥박 측정 개소에 GMI 특성을 갖는 자기 소자를 밀착시키고, 이때의 자기 소자를 통해 맥박에 의해 발생된 역학적인 히을 거대 자기 임피던스로 소자의 자기 특성변화값을 얻어 피드백 회로를 통해 자기적 특성이 순간적으로 변하는 전기적 신호를 얻고 이로부터 맥박을 측정할 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 거대 자기 임피던스 특성을 갖는 자기 소자를 맥박 측정 위치에 부착하고, 맥박에 의해 생기는 역학적인 힘에 의해 자기 소자의 자기장 변화를 소자의 자기 특성 변화로 얻어 이를 피드백 회로를 통해 전기 시그날로 바꿔 맥을 측정할 수 있게 함으로써, 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

1) 맥박이 약한 환자의 경우라도 미세한 자기장 변화를 일으키게 되고 이를 자기 소자가 감지하여 소자의 자기 특성 변화를 생성하고, 이 시그날을 통해 맥박을 측정할 수 있으며 뿐만 아니라 밸브형 임피던스 GMI를 이용해서 보다 정확한 맥박 측정이 가능하게 되어 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

2) 또한, 밸브형 임피던스 GMI 특성을 갖는 자기 소자는 맥박 측정기 뿐만 아니라 미세한 자기장 변화를 필요로 하는 각종 의료기기 뿐만 아니라 정보 기록매체의 자기 헤드 또는 자기 센서 등으로 적용이 가능하게 된다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 맥박 측정기에 있어서,

   ⒜ 피검자의 맥박 측정부위에 접촉되는 패드;

   ⒝ 상기 패드에 내장되며, 100㎑∼10㎒ 영역의 거대 자기 임피던스(GMI) 효과를 갖도록 자기장이 1e∼30e 인가된 공기 분위기 하에서 Co계의 비정질 자성체를 온도 300℃∼400℃ 범위로 2∼8시간 열처리하여 표면으로부터 500Å∼900Å까지는 강자성층이 나머지 부분은 연자성층이 되게 한 자기소자;

   ⒞ 지구 자기장의 영향을 방지하기 위해 상기 자기소자의 외측에 소정 회수로 둘러 감은 DC 바이어스 필드 코일; 및

   ⒟ 상기 자기 소자(10)에 교류전류를 인가하는 2개의 전극단자(40a),(40b)와, 자기 소자의 자기 임피던스 변화에 따른 검출전압을 검출하는 2개의 전극단자(50a),(50b)와, 상기 검출전압을 증폭하는 증폭기(Pre. Amp.)와, 상기 증폭기에서 증폭된 검출전압으로부터 자기장의 변화에 따른 검출신호를 생성하는 증폭기(Diff. Amp.)와, 상기 검출신호로부터 자기장의 변화량에 비례하는 전류가 발생되도록 하여 상기 DC 바이어스 필드 코일(30)로 보내는 게인 엠프(Gain Amp.)를 포함하는 피드백 회로;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 자기적 방법에 의한 맥박 측정기.