KR100669531B1 - 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기 - Google Patents
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Abstract
Description
도 1b는 도 1a에 도시된 송신부청진기의 개략적 구성도,
도 1c는 도 1a에 도시된 수신부청진기의 개략적 구성도,
도 1d는 도 1a에 도시된 생체신호 분석프로그램의 예시도,
도 2는 도 1a에 도시된 수신부청진기의 세부 구성도,
도 3은 도 1a에 도시된 생체신호 분석프로그램의 세부 예시도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 무선 디지털청진기에 따른 파형도,
도 5는 진단소프트웨어의 결과에 의해 나타낸 임상병명 파형과 스펙트로그램 화면도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
A : 송신부청진기 1 : 집음기 및 마이크로폰
20 : 증폭기 21 : 저역통과필터
22 : 인코더 23 : 변조기
24 : 발진기 25 : 대역통과필터
3 : 송신안테나 B : 수신부청진기
4 : 수신안테나 5 : UHF수신부
6 : A/D컨버터 7 : APU(오디오처리유닛)
8 : USB포트 9 : PC(퍼스널컴퓨터)
10 : D/A컨버터 11 : 증폭기
12 : 음성출력수단 C : 생체신호 분석프로그램
1819년 라에네크가 발명한 전통적인 아날로그 청진기는 흉부음 탐지부와, 이어피스부(earpiece)와, 상기 흉부음 탐지부와 이어피스부를 연결하는 튜브를 포함한 청진기이다.
그러므로 의사들의 노하우가 없는 젊은 의사의 경우에는 진료의 객관성을 기대하기가 어렵다.
바람직하게는 상기 송신부청진기의 저역통과필터와 변조기 사이에 인코더를 더 부가하여 저역통과필터를 통과한 신호를 암호화하여 인접한 다른 신호와의 혼선을 방지하도록 구성하며, 상기 수신부청진기의 UHF수신부에 암호화된 신호를 원신호로 다시 복원하는 디코더를 더 부가한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신부청진기는, 상기 오디오처리유닛으로부터 출력되는 흉부음 데이터를 제공받아 아날로그신호로 변환하는 D/A컨버터; 상기 컨버터를 통해 출력되는 신호 중 일정 저주파수 대역의 신호를 통과하는 필터; 상기 필터를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 음성으로 출력하는 음성출력수단;을 더 포함하며, 상기 수신부청진기의 UHF수신부는, 상기 수신안테나에 수신된 흉부음을 검출하는 신호검출회로와, 상기 신호검출회로에서 출력된 신호를 일정 주파수대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 대역통과필터와, 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기를 증폭된 신호를 중간주파수로 변환한 후 원신호로 복조하는 복조기와, 상기 복조기에서 출력된 신호를 제공받아 고주파 노이즈를 제거하는 저역통과필터, 및 상기 저역통과필터를 통과한 신호를 증폭하여 A/D컨버터로 출력하는 증폭기,로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수신부청진기의 USB 포트에 퍼스널컴퓨터의 접속이 가능하며, 상기 퍼스널컴퓨터는 수신부청진기로부터 흉부음 데이터의 수집 및 일괄 관리가 가능하되, USB포트를 통해 전달된 흉부음 데이터를 해닝윈도우(Hanning Window)를 통과시켜 필요한 최소의 데이터를 만들고, 상기 데이터를 급속푸리에변환과 대수에너지교차율을 포함한 생체신호분석프로그램에 의해 각 흉부음에 대한 대수에너지교율을 분석하여 디스플레이에 표시하도록 구성되어 있고, 상기 퍼스널컴퓨터는 수신부청진기로부터 전송된 혈압, 체온, 호흡음을 USB포트를 통해 제공받아 소정의 수치알고리즘을 포함한 생체신호분석프로그램을 통해 각각의 수치를 디스플레이에 표시하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 송신부청진기(A)는, 도 1b에 도시된 바와 같이 인체의 흉부에서 발생되는 소리를 집음하는 집음기를 통해 집음한 음압을 전기신호로 변환시키는 마이크로폰(1)과, 상기 마이크로폰(1)을 거친 미약한 전기음향신호를 증폭시키는 증폭기(20)와, 상기 증폭기(20)에서 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 저역통과필터(21)와, 상기 저역통과필터(21)를 통과한 신호를 암호화하여 인접한 다른 신호(한 공간 안에 복수개의 무선 디지털청진기가 사용될 수 있음)와의 혼선을 방지하는 인코더(22)와, 상기 인코더(22)를 통해 출력된 흉부음 신호를 고주파수로 변조하는 변조기(23)와, 상기 변조기를 통해 변조된 신호를 발진기(24)와 대역통과필터(25) 및 송신안테나(3)를 통해 무선으로 송신하는 UHF송신부(24,25,3)와, 작동에 필요한 전원을 상기 제반회로에 공급하는 전원부로 이루어져 있다.
상기 송신부청진기(A)의 전원부는, 충전이 가능한 충전지(28)와, 상기 충전지(28)의 잔여 용량을 검출하여 소정의 기준전압과 비교 판단한 후 표시 제어하는 전원상태표시회로(29) 및 상기 전원상태표시회로(29)의 검출 결과에 따라 충전지의 충전 또는 방전 상태를 각각 표시하는 방전램프(30) 및 충전램프(31)로 이루어져 있다.
또한, 수신부청진기(B)는 도 1c와 같이, 송신부청진기(A)에서 전송된 신호를 수신하는 수신안테나(4)와, 상기 수신안테나(4)를 통해 수신한 신호를 중간주파수로 변환한 후 원래의 신호로 복조하는 UHF수신부(5)와, 상기 UHF수신부(5)로부터 출력되는 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(6)와, 상기 A/D컨버터(6)로부터 출력되는 신호를 흉부음 신호(디지털신호의 형태를 취함)로 변환하는 APU(Audio Processing Unit)(7), 및 상기 APU(7)로부터 출력되는 흉부음 신호를 PC(Personal Computer)(9)로 전달하는 USB포트(8)로 이루어져 있다.
또한, 상기 수신부청진기(B)는, 상기 APU(7)로부터 출력되는 흉부음 신호를 제공받아 아날로그신호로 변환하는 D/A컨버터(10)와, 상기 D/A컨버터를 통해 출력되는 신호 중 일정 저주파수 대역의 신호를 증폭하는 증폭기(11), 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 음성으로 출력하는 스피커 또는 이어폰과 같은 음성출력수단(12)을 더 포함하고 있다.
그리고, 상기 수신부청진기(B)의 UHF수신부(5)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 수신안테나(4)에 수신된 흉부음(신호)을 검출하는 신호검출회로(32)와, 상기 신호검출회로(32)에서 출력된 신호를 일정 주파수대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 대역통과필터(33)와, 상기 대역통과필터(33)를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기(34)와, 상기 증폭기(34)를 증폭된 신호를 중간주파수로 변환한 후 원신호로 복조하는 복조기(35∼39)와, 상기 복조기에서 출력된 신호를 제공받아 고주파 노이즈를 제거하는 저역통과필터(40)와, 상기 저역통과필터(40)를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기(41) 등으로 구성되어 있다.
물론, 상기 수신부청진기(B)의 복조기(35~39)는 인코더(22)(도 1b 참조)에 의해 암호화된 신호를 원신호로 다시 복원하는 디코더(39)를 더 구비하고 있고, 상기 수신부청진기(B)에 USB포트(8)를 더 부가하여 PC(9)의 접속이 가능하도록 구성하는 것이 더 바람직하다.
상기 PC(9)는, 도 3에 도시된 바와 같이 생체신호분석 프로그램(C)으로 수신부청진기(B)로부터 수집한 흉부음 데이터의 처리 및 표시가 가능한데, USB포트를 통해 전달된 데이터(17)를 해닝윈도우(Hanning Window)(45)를 통과시켜 필요한 최소의 데이터를 만들고, 상기 데이터를 급속푸리에변환(FFT)과 대수에너지교차율(LCR)을 포함한 생체신호 분석알고리즘(46)에 의해 각 흉부음에 대한 대수에너지교율을 분석하여 디스플레이(19)에 표시하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 PC(9)는 수신부청진기(B)로부터 전송된 혈압(14), 체온(15), 호흡음(16)과 같은 데이터(17)를 USB포트(8)를 통해 제공받아 소정의 수치표시 알고리즘(47)을 포함한 생체신호 분석프로그램을 통해 각각의 수치를 디스플레이(19)에 표시하도록 구성되어 있다. 여기서 상기 디스플레이(19)는 터치스크린(touch screen)으로 구성하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 도 1b의 송신부청진기(A)에 나타난 바와 같이 흉부에서 나오는 소리를 집음하는 집음기와 집음된 음향에너지에 대한 음압을 전기 음향신호로 변환시켜주는 마이크로폰(1)과 상기 마이크로폰(1)을 통해 검출된 미약한 신호를 증폭시켜 주는 증폭기(20)와, 상기 증폭기(20)에서 증폭된 신호 중에서 흉부음이 아닌 신호를 차단주파수 1KHz이하로 차단하여 필터링하는 저역통과필터(21)를 통과한다. 여기서 1KHz 이하의 차단주파수는 생체신호(vital sign)가 1KHz 이하의 주파수를 갖는다는 특성에 기인한다.
그리고, 저역통과필터(21)를 통과한 신호를 인코더(22)를 통해 암호화한다. 암호화하는 이유는 무선통신에서 동일 대역의 주파수를 사용할 때 근접한 사용자가 있을 경우 함께 사용하면 혼선이 일어나지만, 인코더(22)를 사용하면 함께 사용해도 혼선이 일어나지 않기 때문이다.
상기 인코더(22)에서 암호한 신호를 UHF 주파수(대략 400MHz대역)로 변조하고 발진기(24)를 통해 톱니파 발진시키고 UHF 대역의 대역통과필터(25)를 거쳐 흉부음을 송신안테나(3)를 통해 전송하게 된다.
상기 송신부청진기(A)에 작동에 필요한 전원을 공급하고 충전하기 위해, 상용전원(26)을 충전회로(27)를 통하여 충전지(28)를 충전하고, 충전전지(28)의 상태표시회로(29)를 통해 방전상태일 때는 방전램프(30)의 적색 발광다이오드(LED)를 켜지게 하고, 완전 충전되었을 경우는 그 충전상태를 표시하기 위해 충전램프(31)의 녹색 발광다이오드(LED)가 켜지도록 되어 있다.
본 발명에 의한 상기 송신부청진기(A)에서 집음기를 구비한 마이크로폰(1), 저역통과필터(21)와 인코더(22)에 의해 흉부에서 집음된 흉부음을 그대로 변조하고 전송하기 때문에 다수의 사용자가 동일 대역의 주파수를 이용하더라도 혼선되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 기존의 아날로그 청진기의 역할을 충분히 할 수 있고 무선으로 송신되기 때문에 기존의 아날로그 청진기의 튜브에 의한 진료에 방해받는 일이 전혀 없다.
도 2에 도시된 수신부청진기(B)는 환자와 의사가 함께 송신부청진기(A)에서 전송된 흉부음을 들을 수 있다. 또한 청진기에 대한 교육을 목적으로 하는 경우, 교육자가 송신부청진기(A)를 통해 집음한 환자의 흉부음을 수신부청진기(B)를 통해 다수의 피교육자가 청취할 수 있는 장점이 있다.
상기 수신부청진기(B)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 송신부청진기(A)에서 전송한 흉부음을 수신부청진기(B)의 수신안테나(4)에 수신된다. 수신된 흉부음은 신호검출회로(32)에서 검출되고, 이 신호는 함께 들어온 고주파성분(잡음)을 추출하기 위해 대역통과필터(33)를 통과하여 송신부청진기(A)에서 차단했던 1KHz 내의 흉부음을 걸러낸다. 이 흉부음의 신호는 아주 미약한 신호이므로 전치증폭기(pre-amp)로서의 증폭기(34)와 2차 중간주파 증폭기(35)를 통하여 신호를 증폭한 다음, 1차 톱니파발진기(37), 2차 발진기(38)를 1차 믹서기(36)와, 디코더(39)를 통하여 신호를 복원한다. 이 신호를 다시 저역통과필터(40)를 통과시켜 고주파와 잡음을 제거하고 증폭기(41)를 통하여 다시 증폭한다.
이와 같이 복잡한 시스템을 통과시키는 과정은 송신부청진기(A)에서 보내진 흉부음 신호를 의사가 들을 수 있는 아날로그 청진기와 똑같은 가청주파수의 신호를 왜곡없이 수신해야 하기 때문이다. 이와 같이 원래의 신호(흉부음)를 그대로 재생하기 위하여 시스템의 전달 특성을 좋게 하기 위한 과정이 선행되도록 설계를 고려한 것이다.
상기 과정에서 추출된 신호를 A/D컨버터(6)를 통과시켜 디지털신호로 변환한다. 상기 디지털신호는 APU(Audio Processing Unit; 7)에 전달되고 이곳에서 오디오제어와 스트림인터페이스(Audio Control/ Stream Interface; 43)와 USB포트(8)를 통해 USB전송로(43)에 전송된다. 그러면 PC(9)에 기 설치된 생체신호 분석프로그램(C)에 의해 흉부음 데이터는 저장되고 동시에 환자의 인적사항에 대한 총괄적인 임상데이터와 의사소견이 함께 기록된다.
그리고, 의사와 환자 또는 피교육자가 환자의 흉부음을 동시에 듣기를 원하거나, 진료하면서 동시에 흉부음을 모니터하려면 APU(7)에서 바로 D/A컨버터(10)를 통하여 필터(44)를 통과시키고, 잡음과 고주파성분이 제거된 신호를 다시 증폭하여 스피커나 이어폰 등의 음성출력수단(12)으로 모니터할 수 있다.
도 3는 PC에 기 설치된 생체신호 분석프로그램의 구조를 도시한 것으로, 송신부청진기(A)에서 송신되고 수신부청진기(B)에서 수신된 청진(흉부)음(13)은 USB포트를 통하여 PC(9)에 전달된다. PC(9)는 전송된 데이터를 해닝윈도우(Hanning Window; 45)를 통과시켜 필요한 최소의 데이터를 만들고 이 데이터를 생체신호 분석알고리즘(46)을 통해 흉부음에 대한 대수에너지교차율을 디스플레이(19)에 표시한다.
또한 의사가 진료할 때 기본적인 혈압(14), 체온(15), 호흡음(16)의 데이터(17)를 USB포트로 통과시키고, 여기서 나타나는 각각의 수치값(혈압(고, 저혈압수치), 체온, 호흡음)을 수치표시 알고리즘(47)을 통과하여 디스플레이(19)에 표시한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 무선 디지털청진기를 이용하여 실제 정상인과 비정상인의 흉부음에 대한 데이터베이스 파형(DB Wave Sound)을 각각 나타낸 것이고, 도 5는 스펙트로그램(Spectrogram)을 생체신호 분석프로그램에 의해 나타낸 것이다.
즉, 도 4a는 정상인의 정상 호흡음을 받은 파형으로 깨끗한 형태의 파형을 보이고 있고, 도 4b는 비정상인의 비정상 호흡음으로 천식 환자의 파형을 나타내고 있으며, 도 4c는 가벼운 천식(mild asthma) 상태를 나타내고 있고, 도 4d는 보통의 천식(moderate asthma) 상태를 나타내고 있다.
도 5의 화면을 통해 소프트웨어를 살펴보면, ①은 흉부음을 녹음하는 단자이고, ②은 흉부음을 재생하는 단자이고, ③은 흉부음의 녹음이나 재생에 대한 멈춤단자이고, ④는 흉부음의 데이터베이스를 불러오기 위한 열기 단자이고, ⑤는 흉부음의 내용을 저장하기 위한 단자이고, ⑥은 흉부음의 데이터베이스를 다른 이름으로 저장하기 위한 단자이고, ⑦은 환자의 체온을 표시하는 창이고, ⑧은 환자의 혈압의 최고치와 최저치를 표시하는 창이고, ⑨는 환자의 맥박수를 표시하는 창이고, ⑩은 진단알고리즘인 LCR값을 표시하는 창(이 수치에 의해 기관지염, 폐렴, 천식을 구별함)이고, ⑪은 흉부음을 녹음할 때 녹음레벨을 표시하는 창이고, ⑫는 흉부음을 데이터에서 부르거나 진단할 때 표시되는 스펙트로그램(주파수는 1KHz와 2KHz로 표시함)으로 표시하는 것이고, ⑬은 흉부음을 데이터베이스에서 부르거나 진단할 때 표시되는 원음파형이고, ⑭는 흉부음을 진단할 때 표시되는 전반적인 흉부음의 길이이고, ⑮은 의사가 데이터베이스에 있는 파형을 보고 이 부분이 문제가 있다고 할때 그 구간에 대해 자세히 보고자 할 경우 사용한다.
따라서, 본 발명에 의한 USB를 이용한 무선 디지털 청진기는 생체신호(vital sign)를 무선으로 송수신하며, 특히 생체신호 분석프로그램을 기반으로 집음기 및 마이크로폰을 통해 취득한 흉부음을 시각적으로 보여주는 디스플레이(통상 LCD)와 이어폰 또는 스피커 등의 음성출력수단으로 청음할 수 있고, 또한 생체신호 분석프로그램은 흉부음을 디지털데이터로 저장할 수 있다. 또한 생체신호 분석프로그램은 진료환자의 인적사항과 의사의 임상기록을 저장할 수 있는 기능이 포함되어 있다.
그리고 이 데이터는 데이터베이스(DB)와 생체신호 분석프로그램과 진단데이터베이스와 연계하여 최적의 진단명을 제공할 수 있고, 여기에서 사용하는 DB를 이용하여 의사들의 객관적인 진료와 데이터 통계처리에 의한 진단 노하우를 축적하여 고부가 가치가 있는 무선디지털 청진기를 구성할 수가 있고, 상기 USB를 이용한 무선디지털청진기는 송신부청진기의 암호화와 수신부청진기의 복호화시스템으로 같은 주파수대의 진료에 대한 혼선이나, 잡음에 강한 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 기존의 진료방식인 환자와 의사간의 면대면 진단때 보다 흉부음 데이터베이스와, 진단소프트웨어에 의해 진단을 하면 객관적이고 서로 신뢰할 수 있는 진단을 할 수 있게 된다.
Claims (15)
- 인체의 흉부에서 발생되는 소리를 집음하는 집음기를 통해 집음한 음압을 전기신호로 변환시키는 마이크로폰(1); 상기 마이크로폰을 거친 미약한 전기음향신호를 증폭시키는 증폭기(20); 상기 증폭기에서 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수 대역의 신호를 통과시키는 저역통과필터(21); 상기 저역통과필터를 통과한 신호를 암호화하여 인접한 다른 신호화의 혼선을 방지하는 인코더(22); 상기 인코더를 통해 출력된 흉부음 신호를 고주파수로 변조하는 변조기(23)와 발진기(24)와 대역통과필터(25) 및 송신안테나(3)로 구성되어 상기 흉부음 신호를 무선으로 송신하는 UHF송신부; 및 상기 구성요소의 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원부; 를 구비한 송신부청진기(A) 및상기 송신부청진기에서 전송된 흉부음 신호를 수신하는 수신안테나(4); 상기 수신안테나를 통해 수신한 신호를 중간주파수로 변환하고 암호화된 신호를 복원하여 원래의 신호로 복조하는 UHF수신부(5); 상기 UHF수신부로부터 출력되는 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(6); 상기 A/D컨버터로부터 출력되는 디지털신호를 흉부음 신호로 변환하는 APU(Audio Processing Unit)(7); 상기 APU로부터 출력되는 흉부음 신호를 PC(Personal Computer)(9)로 전달하는 USB포트(8); 를 구비한 수신부청진기(B)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 수신부청진기(B)는,상기 APU(Audio Processing Unit)(7)로부터 출력되는 흉부음 신호를 제공받아 아날로그 신호로 변환하는 D/A컨버터(10); 상기 D/A컨버터를 통해 출력되는 신호 중 일정 저주파수 대역의 신호를 통과시키는 필터(44); 상기 필터를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기(11); 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 음성으로 출력하는 음성출력수단(12); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 제 1 항에 있어서,상기 UHF수신부(5)는, 상기 수신안테나(4)에 수신된 흉부음을 검출하는 신호검출회로(32); 상기 신호검출회로에서 출력된 신호 중 일정 주파수대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 대역통과필터(33); 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 증폭하는 증폭기(34); 상기 증폭기를 통해 증폭된 신호를 중간주파수로 변환한 후 원신호로 복조하는 복조기; 상기 복조기에서 출력된 신호를 제공받아 고주파 노이즈를 제거하는 저역통과필터(40), 및 상기 저역통과필터를 통과한 신호를 증폭하여 A/D컨버터로 출력하는 증폭기(41); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 PC(Personal Computer)(9)는, 수신부청진기(B)로부터 흉부음 신호의 수집 및 일괄 관리가 가능하되, USB포트(8)를 통해 전달된 흉부음 신호를 해닝윈도우(Hanning Window)를 통과시켜 필요한 최소의 데이터를 만들고, 상기 데이터를 급속푸리에변환(FFT)과 대수에너지교차율을 포함한 생체신호 분석프로그램의 생체신호 분석알고리즘(46)에 의해 각 흉부음에 대한 대수에너지교율(LCR)을 분석하여 디스플레이(19)에 표시하며,상기 USB포트(8)로부터 전송된 혈압, 체온, 호흡음을 상기 생체신호 분석프로그램의 수치표시 알고리즘(47)을 통해 각각의 수치를 상기 디스플레이(19)에 표시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 디스플레이(19)는, 터치스크린(touch screen)인 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 제 1 항에 있어서,상기 송신부청진기(A)의 전원부는, 충전회로(27); 충전이 가능한 충전지(28); 상기 충전지의 잔여 용량을 검출하여 소정의 기준전압과 비교 판단하는 전원상태표시회로(29); 및 상기 전원상태표시회로의 검출 결과에 따라 충전지의 충전 또는 방전 상태를 각각 표시하는 방전램프(30); 및 충전램프(31); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 제 1 항에 있어서,상기 송신부청진기(A)와 수신부청진기(B)의 송수신 주파수 대역은 UHF 대역인 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
- 제 5 항에 있어서,상기 복조기는, 암호화된 신호를 원신호로 복원하는 디코더(39); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유에스비포트를 이용한 무선 디지털청진기.
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