KR100490461B1 - 청진기 - Google Patents

Abstract

정확한 진단을 가능하게 하는 간편한 상시-휴대형 청진기. 조사/수광 섬유 (11) 는, 뇌 순환 혈류의 변화를 측정하기 위해, 환부에 근-적외선을 비침습적으로 조사하기 위한 탐침부로서 기능한다. 상기 변화는 뇌 기능의 변화를 진찰하는 음 펄스 변조로서 청진된다. 예를 들어, λ= 760, 800, 830 인 3 파장의 광선 빔이 반도체 레이저 광원 (22) 으로부터 환부에 작용하며, 상기 환부로부터의 반사 정보가 제어장치 (22) 에 의해 처리되고, 피치 및 음량이 일정한 음의 주파수의 변화를 리시버 (32) 로부터 의사가 그의 귀를 통해 청진함으로써 진단을 할 수 있다.

Description

청진기 {STETHOSCOPE}

본 발명은 치료 현장에서 의사에 의해 사용되는 도구인 청진기에 관한 것이다.

근-적외선을 이용하여 생체의 헤모글로빈에 관한 정보를 얻는 기술은 익히 공지되어 있다 (통상적으로, 그러한 기술들은 통칭하여 "근-적외선 분광학 (NIRS)" 으로 불린다).

널리 이용되는 산소농도 측정기는 근-적외선 분광학의 한가지 적용예이다. 근래에는, 뇌 순환 혈류의 변화를 이용하여 뇌 기능을 비침습적 (noninvasively) 으로 감지하기 위한 기능적 영상 (functional imaging) 이 널리 주목되고 있다. 이러한 기술은, 예를 들어, O¹⁵ 로 표시된 물을 이용한 양전자 단층법 (PET), 및 데옥시 헤모글로빈의 자화율 효과를 이용한 자기 공명 영상 (BOLD-fMRI) 에서 널리 이용되어 왔다. 근-적외선을 이용하는 기능적 영상 기술 (광 CT 로 불림) 의 개발이 추구되어 왔는데, 그것은 상기 기능적 영상은 근적외선을 이용하여 헤모글로빈 정보를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 기능적 영상 기술이 확립되었다고 말할 수는 없다.

진단 장치 및 도구들은 다음과 같은 세개의 카테고리로 분류된다.

(1) 상기 PET 및 MRI 와 연결되어 사용되는 것과 같은 대형 장치로서, 피검자가 상기 장치의 설치 장소로 가서 검사를 받는 장치.

(2) 침대 옆 또는 응급차 내에 놓이거나, 또는 환자 위치로 이동되는 운반 가능한 장치인 심전도, 뇌파, 또는 산소 농도 측정기와 같은 소형 장치.

(3) 의료인이 개인적으로 항상 휴대하는 청진기와 같은 도구.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 청진기의 개략적 구성도이다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 청진기의 블럭선도이다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 청진기의 탐침부의 조사/수광 섬유의 구성도이다.

도 4 는 고차원 뇌 활동에 의한 활성의 예를 도시하는 그래프이다.

지금까지, 청진기는 상기 카테고리 (3) 에 분류되는 유일한 유용한 도구이다. 한편, 상기 카테고리 (2) 에서, 상기 근-적외선을 이용하는 산소 농도 측정기와 같은 장치들이 개발되었다. 광 CT 의 발상은 상기 카테고리 (1) 또는 (2) 에 속한다.

전술한 바에 따라, 본 발명의 목적은, 정확한 진단을 가능하게 하는 간편한 상시-휴대형 청진기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음 사항을 제공한다.

〔1〕조사 및 수광 섬유를 가지며, 환부에 근-적외선을 비침습적으로 조사하기 위한 탐침부; 리드 와이어를 통해 상기 탐침부에 연결되며, 상기 조사 섬유에 연결된 반도체 레이저 광원, 상기 수광 섬유에 연결된 광 검출기, 상기 탐침부로부터의 출력 정보에 기초하여 뇌 순환 혈류의 변화를 감지하기 위한 제어기, 및 상기 뇌 순환 혈류의 변화를 음 펄스로 변환하기 위한 음원 장치를 포함하는 제어장치; 및 상기 제어장치의 음원 장치에 연결된 한쌍의 리드 와이어 및 리시버를 포함하는 청진기로서, 상기 음원 장치로부터의 음 펄스를 기초로 청진하여, 뇌 기능의 변화를 진찰하는 청진기.

〔2〕상기 〔1〕에 있어서, 상기 근-적외선이 2 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.

〔3〕상기 〔1〕에 있어서, 상기 근-적외선이 3 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.

〔4〕상기 〔3〕에 있어서, 상기 근-적외선이 760 ㎚, 800 ㎚, 및 830 ㎚ 의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.

〔5〕상기 〔1〕에 있어서, 상기 뇌 순환 혈류의 변화는, 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 (rSO₂) 의 변화인 것을 특징으로 하는 청진기.

본 발명은, 환부에 근-적외선을 비침습적으로 조사하여, 예를 들어, 뇌 순환 혈류의 변화를 감지하는 "기능적 청진기" 를 제공할 수 있다. 상기 변화는 뇌 기능의 변화를 검사하기 위한 음 펄스 변조로서 청진된다. 더욱 상세하게는, 반도체 레이저 광원에 의해 발생된 λ= 760, 800, 830 nm인 3 파장의 광선 빔이 환부에 가해져, 반사 정보의 변화는 일정한 피치 및 음량을 갖는 음의 펄스 주파수의 변화로 전환되어, 의사로 하여금 청진을 수행할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 실시형태가 상세히 설명된다.

본 발명의 청진기는, 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 (국소 산소 (O₂) 포화도 (rSO₂)) 를 탐지하고 음 정보의 형태로 상기 변화를 출력한다. 본 발명의 청진기는 통상의 청진기와 결합될 수 있으며 그리하여 "고성능 청진기" 를 구성할 수 있다.

본 발명의 청진기는, 뇌 기능에 의한 국소적 활성을 확인할 수 있는 "기능적 청진기" 로서 주로 이용된다. 그러나, t-HB 또는 rSO₂ 변화의 탐지가 유용한 모든 의학 분야에서 상기 청진기는 이용될 수 있다. 또한, 고전적인 청진기의 경우처럼, 비록 고전적인 청진기가 단지 "소리" 만을 감지하는 도구임에도 의사들이 수년에 걸쳐 다수의 응용을 개발하였던 것과 같이, 운반가능한 도구인 본 발명의 청진기는 현단계로서는 인식되어질 수 없는 분야에까지 적용될 수 있으리라 기대된다.

근-적외선 분광학은, 생체 조직이 그 구성물질에 특유한 광 흡수율을 보인다는 현상에 기초한 기술이다. 인체 조직에 응용할 경우, 물분자 또는 C-H 결합에 의해 거의 영향을 받지 않는 690㎚ 내지 880㎚ 의 파장 영역을 갖는 광을 이용하는 것이 특히 효과적이다. 이러한 범위 (근-적외선 영역) 의 광은 피부로부터 수 센티미터 깊은 지점에까지 도달할 수 있다. 이것은 두개골에 의해 둘러싸인 머리부 (뇌) 의 경우에도 마찬가지이다. 생체 내의 특정 물질은 그것의 산소 포화도에 따라 광 흡수율의 변화가 매우 달라지는 특성이 있으므로, 이러한 특성은 산소 포화도의 정량화를 가능하게 한다. 그러한 물질의 대표적인 예로는 헤모글로빈, 미오글로빈, 및 시토크롬 aa3 를 포함한다. 이론적으로, 이러한 물질의 정확한 해석은 가능하다. 그러나, 원칙적으로 본 발명은 정확한 정량성 없는 헤모글로빈의 분석에 중점을 두었다.

본 발명에 대한 다음과 같은 설명은 헤모글로빈에 한정된다.

조사 광의 반사를 감지함으로써 탐지되는 실제적인 광 흡수율은 검사 대상인 조직 내의 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 및 헤모글로빈의 산소 포화도에 따라 변화한다. 따라서, 단일 파장에서 광흡수율을 탐지하여, 전체 헤모글로빈 또는 산소 포화도가 변화하는지를 판단할 수 없다. 전술한 바에 따라, 광흡수율은 두개 이상의 다른 파장을 이용함으로써 탐지되며, 전체 헤모글로빈 및 산소 포화도 모두가 측정된다. 실제적으로, 3 파장을 이용함으로써 보다 정확한 수치가 계산될 수 있다. 그러나, 만족스러운 결과는 2 파장을 이용할 경우에 얻어지며, 몇몇의 경우 2 파장을 이용하는 것이 3 파장을 이용하는 것보다 바람직하다. 아래에서, 3 파장이 이용될 경우의 계산식을 참조하여 실시예가 설명될 것이다.

본 발명의 한가지 중요한 응용예는 "뇌 기능" 을 판정하는 것이다. 뇌속에서 뇌 기능은 국부적인 방식으로 존재한다. 즉, 특정 기능은 뇌의 특정 부위에 할당된다. 사용되는 뇌의 상기 특정 부위에서는, 다양한 신진대사 변화 (즉, 혈류량의 상승 또는 포도당 소비의 상승) 가 발생한다. 특정한 활동에 기인하여 뇌의 특정 부위에서 발생하는 상기 신진대사의 변화는 통칭하여 "활성" 으로 불린다.

도 4 는, 고차원 뇌 활동을 수반하는 활성의 예를 도시한다. 상기 예는, 그래프 과제를 수행하는 환자의 배측방 (dorsolateral) 전두엽 (DLPF) 부분 내의 헤모글로빈의 산소 포화도 (rSO₂) 의 변화를 근 적외선 분광학을 이용하여 탐지함으로써 얻어질 수 있다. 상기 그래프는, 상기 활성에 의해 뇌의 특정 부위가 활동하며 rSO₂ 가 상승한다는 것을 보여준다. 도 4 에서, 화살표 (시작, 멈춤) 사이의 주기동안 환자는 상기 과제를 수행하며, rSO₂ 의 실제 수치는 다소의 간격을 두고 증가 및 감소한다.

본 발명에 따른 청진기를 사용함으로써, 환자의 옆에서 음을 청진하여 상기 활성을 판정할 수 있다.

즉, 2 파장 또는 3 파장의 근-적외선이 뇌에 조사되고, 뇌로부터 반사된 광이 감지되어 개략적으로 상기 흡수율이 측정되며, 상기 정확한 흡수양은 얻어지지 않는다. 상기 개략적으로 측정된 흡수율은 음원장치에 의해 음으로 전환되어 상기 청진기를 이용하여 진단할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 구체적 예가 설명된다.

여기서는 다음과 같은 근사적 표현으로 얻어질 수 있는 전체 헤모글로빈의 변화가 고려된다 (3 파장이 이용될 경우 다른 방법이 이용될 수도 있다).

Δt - Hb = 1.6 ㆍ ΔA₇₈₀ - 5.8 ㆍ ΔA₈₀₀ + 4.2 ㆍ ΔA₈₃₀.

유사하게, rSO₂ 의 변화는 다음과 같은 근사적 표현에 의해 얻어진다.

ΔrSO₂ = (-3.0 ㆍ ΔA₈₀₀ + 3.0 ㆍ ΔA₈₃₀)

/ (1.6 ㆍ ΔA₇₈₀ - 2.8 ㆍ ΔA₈₀₀ + 1.2 ㆍ ΔA₈₃₀)

상기 표현에서, 상기 하첨자 각각은 상응하는 근-적외선의 파장 (㎚) 을 나타낸다. 전환 스위치에 의한 전환에 의해, 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 (rSO₂) 가 선택적으로 측정될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 청진기의 개략적 구성도이다. 도 2 는 상기 청진기의 블럭선도이다. 도 3 은 상기 청진기의 탐침부의 조사/수광 섬유의 구성도이다.

도면에서, 도면번호 11 은 탐침부로서 기능하는 조사/수광 섬유를 나타낸다. 도면번호 12 및 13 은 각각 광 증폭기를 나타내며, 도면번호 15 는 리드 와이어를 나타내며, 도면번호 21 은 제어장치를 나타낸다. 도면번호 22 는 반도체 레이저 광원을 나타내며, 도면번호 23 은 교정 제어 장치를 나타내며, 도면번호 24 는 광 검출기를 나타낸다. 도면번호 25 는 정보 처리 장치 (IC) 를 나타내며, 도면번호 26 은 음원장치를 나타내고, 도면번호 27 은 전환스위치를 나타낸다. 상기 전환 스위치 (27) 를 이용함으로써, 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 (rSO₂) 중 하나가, 탐지될 수치로서 선택된다. 도면에서, 전원은 생략되었다. 도면번호 31 은 상기 음원 장치 (26) 에 연결된 리드 와이어를 나타내며, 도면번호 32 는 의사가 음을 청진하기 위해 사용하는 리시버를 나타낸다.

도 3 에 도시되는 바와 같이, 상기 청진기의 탐침부로서 기능하는 상기 조사/수광 섬유는, 조사 섬유가 중앙부에 배치되고 수광 섬유가 상기 조사 섬유 주변부에 배치되는 구조이다.

상기 청진기를 이용한 진단 방법은 다음과 같이 수행된다. 즉, 3 파장 (λ = 760, 800, 830 ㎚) 의 광이 환부에 조사되며, 상기 제어장치 (21) 가 상기 반사 정보의 변화를 출력한다. 상기 음원 장치 (26) 는 상기 변화를 일정한 피치 및 음량을 가지는 음의 펄스 주파수로 변환시킨다. 의사가 상기 리시버 (32) 로부터 청진한다.

상기 음원장치 (26) 의 구체적 작용이 설명된다.

도 4 는 rSO₂ 신호의 변화를 그래프의 형태로 표시한다. 본 발명에서, 이러한 변화 (실제로는, t-Hb 와 rSO₂ 중 선택된 하나의 변화) 는 음의 형태 (통상적인 청진기의 다이어프램 유형 및 벨 유형 사이의 변환과 유사함) 로 나타내어 진다.

통상적으로, 측정된 수치의 증가 및 감소를 음을 통해 나타내기 위해 다음과 같은 방법이 이용된다.

(1) 음량 증가.

(2) 음의 피치 증가

그러나 양방법 모두 감지하기가 어렵다.

그래서, 본 발명에서는, 측정된 수치의 증가 및 감소를 특정 음의 펄스 주파수의 변화로 전환한다. 즉, "진폭 변조" 신호를 "주파수-변조" 신호로 전환한다. 즉, 특정 음의 펄스 주파수는, 측정된 수치에 따라 다음과 같이 (Pi 는 음 나타낸다) 변화된다 (Pi 는 음을 나타낸다).

Pi Pi Pi Pi

Pi Pi Pi Pi Pi Pi Pi

이러한 경우, 후자는 측정된 수치가 증가되었음을 나타낸다.

의료관계자의 심리적 분해능 (resolution) 을 고려하여, 상기 음원장치 (26) 는 종래의 산소 농도 측정기 등에서 사용되는 음을 출력하지 않고, 일정한 피치 및 굴곡을 가지는 음 (생리학적으로 활동 전위에 대응하는 소리) 을 출력한다. t-Hb 또는 rSO₂ 의 변화는 (뉴런 발화빈도 (neuron firing rate) 의 경우와 같이) 음의 펄스 주파수의 변화로 전환되고, 의사는 상기 음을 들어 상기 변화를 감지한다.

상기된 바와 같이, 본 발명의 청진기는 유용하며, 상시-휴대형 도구이며, 고전적인 청진기의 발명 이래로 의사 또는 다른 의료관계자들에게 소개되지 않았다. 단지 음 정보만을 전달하는 고전적인 청진기가 의학분야에서 차지하는 역할과 전통적인 청진기가 여전히 진단을 위해 사용되는 가장 중요한 도구인 점을 고려할 때 본 발명의 중요성은 주목할 만하다.

본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 취지에 기초하여 다수의 변형 및 수정이 가능하며, 그러한 것들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

상세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 정확한 진단을 가능하게 하는 간편한 상시-휴대형 청진기를 제공할 수 있다.

본 발명은 의학적 청진 장치 분야에 적합하며, 사용자로 하여금 뇌 기능에 의한 국소적 활성을 침대 옆에서 측정하게 할 수 있는 기능적 청진기에 적용될 수 있다.

Claims (5)

1. (a) 조사 및 수광 섬유를 가지며, 환부에 근-적외선을 비침습적으로 조사하기 위한 탐침부;

   (b) 리드 와이어를 통해 상기 탐침부에 연결되며, 상기 조사 섬유에 연결된 반도체 레이저 광원, 상기 수광 섬유에 연결된 광 검출기, 상기 탐침부로부터의 출력 정보에 기초하여 뇌 순환 혈류의 변화를 감지함과 동시에, 상기 뇌 순환 혈류의 변화를 음 펄스로 변환하기 위한 음원 장치를 포함하는 제어장치; 및

   (c) 상기 제어장치의 음원 장치에 연결된 한쌍의 리드 와이어 및 리시버를 포함하고,

   (d) 상기 음원 장치로부터의 음 펄스를 기초로 청진하여, 뇌 기능의 변화를 진찰하는 청진기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 근-적외선이 2 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 근-적외선이 3 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 근-적외선이 760 ㎚, 800 ㎚, 및 830 ㎚ 의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 청진기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 뇌 순환 혈류의 변화는, 전체 헤모글로빈 (t-Hb) 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 (rSO₂) 의 변화인 것을 특징으로 하는 청진기.