KR100669532B1

KR100669532B1 - 유에스비디지털청진기

Info

Publication number: KR100669532B1
Application number: KR1020050024678A
Authority: KR
Inventors: 박기영
Original assignee: 썬메디텍 (주)
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2007-01-15
Also published as: CN101146482A; KR20060102758A

Abstract

본 발명은 디지털 청진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수집된 흉부음을 증폭 및 필터링하여, 유에스비포트를 통해 생체신호분석알고리즘에 의해 흉부음의 파형을 저장하고 들을 수 있는 유에스비디지털청진기에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 유에스비디지털청진기는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 집음기로 이루어진 입력부; 상기 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기, 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터, 상기 초저역통과필터를 통해 출력된 생체신호를 증폭하는 제 2 증폭기, 상기와 같이 증폭된 생체신호를 소정의 필터를 통해 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 오디오유닛부로 이루어진 제어부; 상기 π필터&역 L형필터를 통해 출력된 신호를 음향신호로 출력하는 이어폰 또는 스피커로 이루어지는 출력부; 로 이루어진 것을 특징으로 하여, 진단시 흉부음 데이터베이스와 진단소스트웨어에 근거한 임상데이터와 처방전을 발행하기 때문에 신뢰성 있는 진단이 가능한 효과를 제공한다.

청진기, 디지털청진기, 흉부음, 생체신호, 유에스비

Description

유에스비디지털청진기{USB DIGITAL STETHOSCOPE}

도 1은 본 발명에 따른 제 1실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도,

도 2는 본 발명에 따른 제 2실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도,

도 3은 본 발명에 따른 제 3실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도,

도 4는 본 발명에 따른 생체신호분석프로그램의 진행을 나타낸 블록도,

도 5는 본 발명에 따른 유에스비디지털청진기의 시스템블록도내의 π필터와 역 L형 필터를 나타낸 회로도,

도 6은 본 발명에 따른 유에스비디지털청진기의 시스템블록도내의 샘플과 호울드에 대해 설명한 신호표시도,

도 7은 본 발명에 따른 생체신호분석과 진단프로그램을 캡춰한 화면,

도 7a내지 도 7d는 생체진단프로그램을 이용하여 검출한 임상진단그래프를 캡춰한 화면이다.

본 발명은 디지털 청진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수집된 흉부음을 증폭 및 필터링하여, 유에스비포트를 통해 생체신호분석알고리즘에 의해 흉부음의 파형을 저장하거나 출력하여 청취할 수 있는 유에스비디지털청진기에 관한 것이다.

1819년 라에네크가 발명한 전통적인 아날로그 청진기는 흉부음 탐지부와 이어피스부(earpiece)와 상기 흉부음 탐지부와 이어피스부를 연결하는튜부를 포함한 청진기이다.

상기 기계식으로 이루어진 청진기는 현재까지 의료현장에서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 전자식 청진기(아날로그 증폭방식)로 전환되고 있는 추세이다.

상기와 같이 구성된 청진기는 장시간 진료업무를 행할 때, 진료의사들의 청각장애 및 통증은 심각한 수준에 이른다. 이로 인해 진료의사들의 귀에 대한 통증으로 인해 환자를 진료하는데 문제점이 상당 수 발생하여 오진료의 원인으로까지 이어지는 문제점이 있었다.

한편 기존의 아날로그 청진기와 최근의 전자식 청진기는 흉부음을 감지하는데 있어서, 의사 혼자만이 청취하고 또한 의사 개인의 주관적인 판단으로 인해 오진율이 비교적 높은 편이며, 청진기를 통해 들리는 소리도 환자자신과 보호자는 듣지 못해 일방적인 진료가 행해지는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 아날로그 청진기는 아날로그 방식으로 인해 진료데이터를 데이터베이스로 저장하기가 불가능하였고, 따라서 원격 전송이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 집음된 생체신호를 USB를 통하여 저장하고, 재생할 수 있는 유에스비디지털청진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 진료데이터를 디지털신호로 변환하여 데이터베이스화시켜, 원격 전송이 가능한 유에스비디지털청진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 진료시 흉부음 데이터베이스와 진단소프트웨어에 의해 객관적이며 신뢰성있는 진단을 하기 위한 유에스비디지털청진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 청진기의 사용으로 인한 의사들의 청각장애 및 통증을 극복하고자 하는 유에스비디지털청진기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 유에스비디지털청진기는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 집음기로 이루어진 입력부;

상기 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기; 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터; 상기 초저역통과필터를 통해 출력된 생체신호를 증폭하는 제 2 증폭기; 상기와 같이 증폭된 생체신호를 소정 의 필터를 통해 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 오디오유닛부; 로 이루어진 제어부;

상기 오디오유닛부를 통해 출력된 신호를 음향신호로 출력하는 이어폰 또는 스피커로 이루어지는 출력부; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 초저역통과필터의 주파수는 1.0KHz로 설정하고, 샘플링회로의 주파수를 2.0KHz이상으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오디오유닛부는 증폭기로부터 흉부음을 검출하는 신호검출회로; 상기 신호검출회로로부터 출력된 신호를 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 π필터&역 L형필터;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 유에스비디지털청진기는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 집음기로 이루어진 입력부;

상기 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기; 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터; 상기 초저역통과필터를 통해 출력된 생체신호를 자동이득조절기로 전송하기 위한 신호입력 인터페이스; 상기 신호입력 인터페이스를 통해 전송된 생체신호를 원(original)신호에 근접한 상태로 유지 또는 제어하는 자동이득조절기; 상기 자동이득조절기로부터 출력된 신호를 샘플링(sampling)하거나 호울딩(holding)하기 위한 샘플&호울드 회로; 상기 샘플링 또는 호울딩된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 인코딩/디코 딩, 볼륨조절, 음성 검출, 잡음조절 기능을하고, 신호 압축 및 복원 기능을 하는 디지털 신호처리부; 상기 디지털신호처리부의 출력을 아날로그신호로 변환하여 출력하는 D/A컨버터; 상기 D/A컨버터 출력의 진폭(Amplitude)을 제어하는 신호조절볼륨기; 로 이루어진 제어부;

상기 신호조절볼륨기의 출력을 음성신호로 출력하는 음성출력부; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 또한, 상기 음성출력부는 이어폰 또는 스피커인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 관점에 따른 유에스비디지털청진기는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 집음기로 이루어진 입력부;

상기 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기; 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터; 상기 초저역통과필터를 통해 출력된 생체신호를 자동이득조절기로 전송하기 위한 신호입력 인터페이스; 상기 신호입력 인터페이스를 통해 전송된 생체신호를 원(original)신호에 근접한 상태로 유지 또는 제어하는 자동이득조절기; 상기 자동이득조절기로부터 출력된 신호를 샘플링(sampling)하거나 호울딩(holding)하기 위한 샘플&호울드 회로; 상기 샘플링 또는 호울딩된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 인코딩/디코딩, 볼륨조절, 음성 검출, 잡음조절 기능을하고, 신호 압축 및 복원 기능을 하는 디지털 신호처리부; 로 이루어진 제어부;

상기 제어부에서 출력되는 신호를 퍼스널컴퓨터로 소정의 형태로 입력하기 위한 유에스비포트; 상기 유에스비포트를 통해 입력된 신호를 소정의 알고리즘에 의해 진단, 분석하는 퍼스널컴퓨터; 로 이루어진 출력부; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 오디오유닛부는 증폭기로부터 흉부음을 검출하는 신호검출회로; 상기 신호검출회로로부터 출력된 신호를 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 π필터&역 L형필터;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유에스비포트를 통하여 신호를 DOWN STREEM, UP STREEM, 16BIT MONO STREEM, 24BIT STREO STREEM 중의 어느 한 형태로 입출력하는 신호전송형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유에스비포트와 접속되는 퍼스널컴퓨터는 상기 집음기를 통해 생체신호인 혈압, 체온, 호읍음 또는 산소포화도(SpO₂) 중 어느 하나 이상을 수신받아 흉부음신호의 수집 및 일괄관리가 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 퍼스널컴퓨터에 흉부음신호를 이용하여 필요데이터를 생성하는 해닝윈도우(Hanning Window)부; 생체신호에 대한 진단 또는 분석하기 위한 급속푸리에변환부와 대수에너지교차율 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급속푸리에변환부와 대수에너지교차율 산출부에 생체신호진단알고리즘(LCR알고리즘)이 포함되어, 각 흉부음에 대한 대수에너지교차율을 분석하여 퍼스널컴퓨터의 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 퍼스널컴퓨터의 모니터는 터치스크린인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 관점에 따른 유에스비디지털청진기는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 제어부로 전송가능한 기능을 갖는 집음부;

상기 집음부로부터 전송받은 신호를 증폭, 소정의 주파수에 대하여 필터링, 변환 및 컨트롤하여 출력부로 전송 가능한 기능을 갖는 제어부;

상기 제어부로부터 출력된 신호를 디스플레이 하거나, 소정의 알고리즘에 의해 진단, 분석 가능한 기능을 갖는 출력부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도이다. 도시된 바와 같이, 집음기(110), 증폭기(210, amplifier), 초저역통과필터(220, LPF), 증폭기(230), 오디오유닛부(240), 이어폰 또는 스피커(310)로 구성된다.

입력부(100)는 인체에서 발생되는 생체신호(thoracic signal)를 집음하여 전기신호로 변환시키는 기능을 하는 집음기(110)인 것이 바람직하다. 더욱이 바람직 하게는 인체의 흉부에서 발생되는 소리 또는, 생체신호(thoracic signal)를 집음하여 상기 증폭기(210)로 전송하는 기능을 한다.

제어부는(200)는 상기 집음기(110)로부터 전송된 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기(210)와 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터(220)와 상기 초저역통과필터(220)로부터 출력된 생체신호를 증폭하는 제 2 증폭기, 상기와 같이 증폭되어 출력되는 생체신호를 소정의 필터를 통해 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 잡음을 제거하는 오디오유닛부(240)로 이루어지는 것이 바람직하며, 아울러 상기 초저역통과필터(220)는 1.0KHz로 설정되어 1.0KHz 이하의 주파수를 차단하게 된다. 그리고, 상기 오디오유닛부(240)는 신호검출회로(242)와 π필터&역 L형필터(241)로 구성되며, 상기 π필터&역L형필터(241)는 생체신호가 초저역통과필터(220)를 통과하여 출력된 신호에서 일부 새어나오는 고주파신호를 제거하며, 상기 고주파신호가 생체신호의 원(original)신호를 변형되는 것을 보호하는 기능을 한다.

출력부(300)는 상기와 같이 오디오유닛부(240)로부터 출력된 신호를 음향신호로 출력가능한 이어폰 또는 스피커(310)인 것이 바람직하다.

상기 π형필터는 흉부음신호가 초저역통과필터(220)를 통과하여 출력된 신호에서 일부 새어 나오는 고주파신호를 제거하게 되며, 상기 고주파신호가 흉부음의 원(original)신호를 변형시키므로 π형필터에서, 고주파 성분을 제거한 후, 역 L형필터에서, 고주파성분을 이중으로 제거하여 원(original)신호를 재생하며, 상기 π형필터와 역 L형필터는 도 5에 도시된 바와같이 L(coil)과 C(capacitor)로 구성된 회로인 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 제 2실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도이다. 도시된 바와 같이, 집음기(110), 증폭기(410), 초저역통과필터(420), 신호입력 인터페이스(430), 자동이득조절기(440), 샘플&호울드회로(450), A/D컨버터(460), 디지털신호처리부(470), D/A컨버터(480), 신호조절볼륨(490), 음성출력수단(510)으로 구성된다.

입력부(100)는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 기능을 하는 집음기(110)인 것이 바람직하다. 더욱이 바람직하게는 인체의 흉부에서 발생되는 소리 또는, 생체신호(thoracic signal)를 집음하여 상기 증폭기(410)로 전송하는 기능을 한다.

제어부(400)는 상기 집음기(110)로부터 전송된 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기(410)와 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터(420)와 상기 초저역통과필터(420)를 통해 출력된 생체신호를 자동이득조절기(440)로 전송하기 위한 신호입력 인터페이스(430)와 상기 신호입력 인터페이스를 통해 전송된 생체신호를 원(original)신호에 근접한 상태로 유지 또는 제어하는 자동이득조절기(440)와 상기 자동이득조절기(440)로부터 출력된 신호를 샘플링(sampling)하거나 호울딩(holding)하기 위한 샘플&호울드 회로(450)와 상기 샘플링 또는 호울딩된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(460)와 인코딩/디코딩, 볼륨조절, 음성 검출, 잡음조절 기능을 하고, 신호 압축 및 복원 기능을 하는 디지털신호처리부(470)와 상기 디지털신호처리부의 출력을 아날로그신호로 변환하여 출력하는 D/A컨버터(480)와 상기 D/A컨버터(480) 출력의 진폭(Amplitude)을 제어하는 신호조절볼륨기(490)로 이루어진다.

아울러, 상기 A/D컨버터(460)와 D/A컨버터(480)는 THD(Total Harmonic Distortion) 0.01(%), SNR(Signal Noise Ratio) 96(dB)이상의 성능을 가지는 것이 바람직하며, 상기 THD(Total Harmonic Distortion)는 흉부음의 원신호에 대한 재생율이 0.01(%)이하의 정확한 재생율을 나타내고, SNR(Signal Noise Ratio)을 96(dB)이상으로 설정한 것은 흉부음 신호와 잡음의 분리도 비율을 약 100,000 대 1로 정밀히하여 최상의 분리도를 나타내는 수치이다.

상기 신호조절볼륨(490)은 상기 D/A컨버터(480;DAC)에서 출력된 아날로그 신호를 스피커나 이어폰으로 왜곡(Distortion)되지 않은 흉부음을 듣기 위해 전단(pre-stage)에서 바이어스를 설정하는 모듈로써, 증폭된 흉부음(Analog Signal)을 가변저항에 의해 흉부음의 진폭(Amplitude)크기만 조정하고 주파수(Frequency)는 유지시키고 증폭된 신호를 조절하는 기능을 한다.

상기 자동이득조절기(440)는 증폭도가 미약한 신호에 대해서는 크게 증폭하고, 신호가 강한 신호는 작게 증폭하여 항시 일정한 신호로 입력되도록 하는 회로이다. 그리고 샘플&호울드회로(450)는 도 6에 도시한 바와 같이 흉부음 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위해 비트(bit)로 변화할때 불연속시간(non-continuous)에 데이터를 만들어 내기 위해 2.0KHz 이상의 주파수를 갖는 샘플링 회로를 통해 샘플링(sampling)을 하고, 상기 디지털 신호를 잡아 그 값을 유지시키는 호울딩(holding)을 하게 된다.

출력부(500)는 상기와 같이 신호조절볼륨(490)으로부터 출력된 신호를 음향신호로 출력가능한 음성출력수단(510)인 이어폰 또는 스피커인 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 제 3실시예로 유에스비디지털청진기의 시스템블록도이다. 도시된 바와 같이, 집음기(110), 증폭기(610), 초저역통과필터(620), 신호입력 인터페이스(630), 자동이득조절기(640), 샘플&호울드(650), A/D컨버터(660), 디지털신호처리부(670), 유에스비포트(710), PC(720)로 구성된다.

입력부(100)는 인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 기능을 하는 집음기(110)인 것이 바람직하다. 더욱이 바람직하게는 인체의 흉부에서 발생되는 소리 또는, 생체신호(thoracic signal)를 집음하여 상기 증폭기(610)로 전송하는 기능을 한다.

제어부(600)는 상기 집음기(110)로부터 전송된 전기음향신호를 증폭시키는 증폭기(610)와 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터(620)와 상기 초저역통과필터(620)를 통해 출력된 생체신호를 자동이득조절기(640)로 전송하기 위한 신호입력 인터페이스(630)와 상기 신호입력 인터페이스를 통해 전송된 생체신호를 원(original)신호에 근접한 상태로 유지 또는 제어하는 자동이득조절기(640)와 상기 자동이득조절기(640)로부터 출력된 신호를 샘플링(sampling)하거나 호울딩(holding)하기 위한 샘플&호울드 회로(650)와 상기 샘플링 또는 호울딩된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(660)와 인 코딩/디코딩, 신호 압축 및 복원 기능을 하는 디지털신호처리부(670)로 이루어진다.

출력부(700)는 상기 디지털신호처리부(670)로 출력되는 신호를 PC(720)로 소정의 형태로 데이터를 입력하기 위한 유에스비포트(710)와 상기 유에스비포트(710)를 통해 입력된 신호를 소정의 알고리즘에 의해 진단, 분석하는 PC(720)로 구성된다.

아울러, 상기 디지털신호처리부(670)에 전송된 신호는 유에스비포트(710)에 의해 PC(720)에 내장된 별도의 보조기억장치인 ROM과 RAM에 버퍼링(BUFFERING)시키거나, 상기 신호를 상기 PC(720)에 저장된 생체신호진단, 분석프로그램에 입력하여 액정화면에 표시한다.

또한, 상기 유에스비포트(710)를 통한 흉부음 디지털신호는 상기 PC(720)에 DOWN & UP STREEM, 16BIT MONO STREEM, 24BIT STREEM 형태로 수신 또는 전송하는 것이 바람직하며, 표본화률(6.4 ~ 48KHz) 변화가 가능하며, 상기 유에스비포트(710)를 이용하지 않을 경우에는 충전이 가능한 별도의 충전지를 이용하며, 상기 충전지는 상기 유에스비포트(710)를 사용하는 동안 충전이 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치전원은 유에스비포트에서 공급되는 전원을 사용하므로 별도의 전원이 필요치 않으며, 평시에는 내장된 충전전지(3.6V Ni-cd)를 충전하지만, 유에스비디지털청진기와 기존의 아날로그청진기와 같이 사용하고자 할 때는 별도로 내장된 충전전지(3.6V Ni-cd)를 이용하여 아날로그 청진기와 같은 형태로 사용하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 생체신호진단, 분석프로그램의 진행을 나타낸 블록도이다. 우선 생체신호분석의 진행은 집음기(110)로부터 수신한 흉부청진음, 혈압, 체온, 호흡음, 산소포화도 등의 생체신호는 유에스비포트(710)를 통하여 PC(720)에 전달된다.

상기 PC(720)에는 생체진단알고리즘이 설치되어 있어, 집음기(110,도 1,2,3도시)로부터 수집된 흉부음데이터의 처리과정 및 표시가 가능하며, 유에스비포트(710)를 통해 전송받은 생체신호를 급속푸리에변환부(FFT)와 대수에너지교차율(LCR)산출부(713)에 포함된 소정의 생체신호분석알고리즘에 의해 각 생체신호에 대한 대수에너지교차율을 분석하여 모니터(714)에 표시한다.

상기 모니터(714)에서 나타내는 모든 수치 값과 프로그램의 동작상태는 모니터(730)에 디스플레이되고, 상기 모니터(714)는 터치스크린(Touch Screen)으로 되어 있고 쉽게 동작시킬 수가 있기 때문에 진료시 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

흉부음 신호의 특징을 추출하기 위해서는 신호의 분석을 통하여 음향학적 매개변수들이 필요되며, 흉부음 신호는 시간에 따라 연속적으로 입력되는 아날로그 흉부음 정보이다. 상기 아날로그 흉부음 정보를 디지털화 하는 작업이 필요하며, 하드웨어적인 자원의 한계를 극복하기 위해서는 흉부음 정보가 손실되지 않는 범위에서 압축하는 과정이 필요하게 된다. 흉부음 정보의 압축이란 신호가 지니는 리던 던시(redundancy)정보를 제거하여 저장하는 것으로, 흉부음 정보를 인식하기 위해 아무런 제어없이 흉부음 신호를 인식기에 입력하는 경우, 많은 리던던시로 이루어져 있는 데이터를 처리하기 위한 인식기 자원의 낭비가 발생된다. 따라서, 이와 같은 인식기 자원의 낭비를 줄이기 위해서 입력되는 음성에 대해서 정해진 폭의 분석 구간을 정의(구간정의 때 해닝윈도우가 최적)하고 이 구간에서의 음성의 특징을 분석하여 분석된 결과를 이용하거나 활용하게 된다.

대수에너지교차율은 상기 PC(700)에 내장된 대수에너지교차율 산출부(720)에서는 아래와 같은 수학식 1을 이용하여 산출하게 된다.

상기 TH는 임계치(Threshold Value)이며 입력값의 특성과 다양한 실험결과에 의해 결정되기도 하며, 문턱치를 결정하는 것과 계산량이 커다란 난제이기 때문에 본 발명에서는 TH값이 항상 일정하지 않다라는 가정을 하고, 입력신호의 특성에 따라 변화하는 것을 관측하여 입력신호의 특성을 평균적으로 사용하여 결정한다. 즉 입력되는 변수에 의해 임계치가 결정되는 것이다. 따라서, 신호 검출을 위해 경험적으로 사용되는 임계치는 고정적이므로 상황에 따라 변화되는 임계치를 결정하며, 음성 데이터를 FFT하여 20Hz~4KHz까지의 에너지의 합과 LCR 그리고 에너지의 연속적인 증가 여부들을 사용하여 생체신호구간을 검출하게 된다.

한편, 생체신호진단의 진행은 집음기(110)로부터 수신한 흉부청진음, 혈압, 체온, 호흡음, 산소포화도 등의 생체신호는 유에스비포트(710)를 통하여 PC(720)에 전달된다.

상기 PC(720)에는 생체진단알고리즘이 설치되어 있어, 집음기(110)로부터 수집된 흉부음데이터의 처리과정 및 표시가 가능하며, 유에스비포트(710)를 통해 전송받은 생체신호를 해닝윈도우(711;Hanning Window)를 통과시켜 진단, 분석에 필요한 소정의 데이터를 생성하게 된다.

상기 PC(720)에 전송된 생체신호는 급속푸리에변환부(FFT)와 대수에너지교차율(LCR)산출부(713)에 포함된 소정의 생체신호분석알고리즘에 의해 각 생체신호에 대한 대수에너지교차율을 분석하여 모니터(714)에 표시한다.

상기 모니터(714)에서 나타내는 모든 수치 값과 프로그램의 동작상태는 모니터(714)에 디스플레이되고, 상기 모니터(714)는 터치스크린(Touch Screen)으로 되어 있고 쉽게 동작시킬 수가 있기 때문에 진료시 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 PC(720)는 유에스비포트(710)를 통해 전송된 흉부청진음, 혈압, 체온, 호흡음, 산소포화도 등과 같은 생체신호를 제공받아 소정의 혈압, 체온, 호흡음 등의 수치표시알고리즘(715)을 통해 생체신호를 분석하여 각각의 수치를 터치 스크린이 가능한 모니터(714)에 표시하는 것도 가능하다.

이와 같이, 진단, 또는 분석된 디지털 데이터신호를 상기 PC(720)또는 별도의 퍼스널컴퓨터로 전송하여 임상데이터로 저장하고 흉부신호를 눈으로 보고 의사의 소견이 함께 기록되어 활용하는 것이 바람직하다.

이로 인해 기존의 아날로그 청진기의 큰 단점인 데이터의 손실과 의사 개인의 주관적인 소견만으로 환자의 병명이나 증상이 판단되어지는 점을 방지 할 수도 있는 효과가 제공된다.

도 7은 본 발명에 따른 생체신호분석과 진단프로그램을 캡춰한 화면으로 도 7을 참조하여 각 부분의 기능을 설명하면, ①은 흉부음을 녹음하는 버튼, ②는 흉부음을 재생하는 버튼, ③은 흉부음의 녹음이나 재생에 대한 멈춤버튼, ④는 흉부음의 데이터베이스를 불러오기 위한 열기버튼, ⑤는 흉부음의 내용을 저장하기 위한 저장버튼, ⑥은 흉부음의 데이터베이스를 다른 이름으로 저장하기 위한 버튼, ⑦은 환자의 체온을 표시하는 창, ⑧은 환자의 혈압의 최고치와 최저치를 표시하는 창, ⑨는 환자의 맥박수를 표시하는 창, ⑩은 진단알고리즘인 LCR값을 표시하는 창(LCR값에 의해 기관지염, 폐렴, 천식을 구별함), ⑪은 흉부음을 녹음할 때 녹음레벨을 표시하는 창, ⑫는 흉부음을 데이터에서 부르거나 진단할 때 표시되는 스펙트로그램(주파수는0~1.0KHz와 1.0~2.0KHz로 표시함)으로 표시하는 것이고, ⑬은 ⑭에서 표시된 흉부음을 원음의 지정된구간(⑮)을 확대하여 표시되는 원음파형이며, ⑭는 흉부음을 데이터베이스에서 부르거나 진단할 때 표시되는(녹음된) 전반적인 흉 부음의 길이이다.

상기 ⑫, ⑭에 대한 예시도는 도 7a내지 도 7d에 상기 생체진단프로그램(알고리즘)을 이용하여 검출한 임상진단그래프로 생체신호에 따른 파형과 스펙트로그램을를 캡춰한 화면이다.

도 7a는 정상인의 Normal 호흡음을 받은 파형으로 깨끗한 형태의 파형을 보이고 있고, 도 7b는 비정상인의 abnormal 호흡음으로 천식 환자의 파형을을 나타내고 있으며, 도 7c는 mild asthma(초기 천식) 상태를 나타내고 있고, 도 7d는 moderate asthma(보통 천식) 상태를 나타내고 있슴을 확인 할 수 있다.

⑮는 전체파형의 일부 구간으로, 의사가 데이터베이스에 있는 파형을 보고 이 부분이 문제가 있다고 할 때 그 구간에 대해 세부분석이 가능하다.

본 발명은 상기와 같은 다양한 실시예 이외에도 의사와 환자 또는 피교육자가 환자의 흉부음을 동시에 듣기를 원하거나, 진료하면서 동시에 흉부음을 디스플레이하려면 유에스비포트(710, 도 3도시)에서 바로 D/A컨버터(480;DAC, 도 2도시)를 통하여 신호크기가 조절가능한 신호조절볼륨(490, 도 2도시)을 통과하여, 음성출력수단인(510) 스피커나 이어폰으로 출력할 수도 있다.

따라서, 본 발명에 의한 유에스비디지털청진기는 생체신호(thoracic signal)를 수집하여, 특히 유에스비를 통한 생체신호진단프로그램에 의해 집음기에 의한 흉부음을 귀와 눈으로 확인할 수 있도록 보여주는 액정디스플레이(LCD)와 소리(Earphone/Speaker)로 들을 수 있고, 또한 생체신호진단알고리즘에 의해 흉부음을 디지털데이터로 저장할 수 있고, 또한 진료환자의 인적사항과 의사의 임상기록을 저장할 수 있는 기능이 포함되어 있다.

그리고, 상기 디지털데이터는 데이터베이스와 생체신호분석알고리즘과 별도의 진단데이터베이스와 연계하여 최적의 진단명을 제공할 수 있고, 상기 데이터베이스를 이용하여 의사들의 객관적인 진료와 데이터 통계처리에 의한 진단이 가능하여 고부가가치가 있는 유에스비를 이용한 디지털청진기 시스템을 구현할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 유에스비디지털청진기를 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명은 기존의 아날로그 청진기를 사용하는 경우 사용자에게 유발되는 신체적인 고통을 극복할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 진찰시 흉부음을 환자와 보호자간 함께 보고 들을 수 있기 때문에 객관적인 진료가 가능한 효과를 제공한다.

또한, 진단시 흉부음 데이터베이스와 진단소스트웨어에 근거한 임상데이터와 처방전을 발행하기 때문에 신뢰성 있는 진단이 가능한 효과를 제공한다.

그리고, 흉부음데이터베이스를 의사들간에 공유할 수 있기 때문에 의료의 질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 환자의 사후관리 및 치료에 대해 다양한 형태의 정보로써 제공할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

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디지털청진기에 있어서,

인체에서 발생되는 생체신호를 집음하여 전기신호로 변환시키는 집음기로 이루어진 입력부;

상기 전기음향신호를 증폭시키는 제 1 증폭기; 상기 증폭된 전기음향신호 중 소정 주파수대역의 신호를 통과시키는 초저역통과필터; 상기 초저역통과필터를 통해 출력된 생체신호를 자동이득조절기로 전송하기 위한 신호입력 인터페이스; 상기 신호입력 인터페이스를 통해 전송된 생체신호의 원(original)신호가 변형되지 않도록 유지 또는 제어하는 자동이득조절기; 상기 자동이득조절기로부터 출력된 신호를 샘플링(sampling)하거나 호울딩(holding)하기 위한 샘플&호울드 회로; 상기 샘플링 또는 호울딩된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 인코딩/디코딩, 신호 압축 및 복원 기능을 하는 디지털 신호처리부; 로 이루어진 제어부;

상기 제어부에서 출력되는 신호를 퍼스널컴퓨터로 입력하기 위한 유에스비포트; 상기 유에스비포트와 접속되어, 상기 집음기를 통해 생체신호인 혈압, 체온, 호읍음 또는 산소포화도(SpO₂) 중 어느 하나 이상을 수신받아 흉부음신호를 수집 및 일괄관리하며, 상기 흉부음신호를 이용하여 필요데이터를 생성하는 해닝윈도우(Hanning Window)부 및 생체신호에 대한 진단 또는 분석하기 위한 급속푸리에변환부와 대수에너지교차율 산출부를 포함하는 퍼스널컴퓨터; 로 이루어진 출력부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 유에스비디지털청진기.
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청구항 3항에 있어서,

상기 유에스비포트를 통하여 신호를 다운 스트림(DOWN STREEM), 업 스트림(UP STREEM), 16비트 모노 스트림(16BIT MONO STREEM), 24비트 스트레오 스트림(24BIT STREO STREEM) 중의 어느 한 형태로 입출력하는 신호전송형태인 것을 특징으로 하는 유에스비디지털청진기.
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청구항 3항에 있어서,

상기 급속푸리에변환부와 대수에너지교차율 산출부에 생체신호진단알고리즘(LCR알고리즘)이 포함되어, 각 흉부음에 대한 대수에너지교차율을 분석하여 퍼스널컴퓨터의 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 유에스비디지털청진기.
청구항 3항에 있어서,

상기 퍼스널컴퓨터의 모니터는 터치스크린인 것을 특징으로 하는 유에스비를 이용한 디지털청진기.