KR100912115B1

KR100912115B1 - 모의맥파 시뮬레이터

Info

Publication number: KR100912115B1
Application number: KR1020070095462A
Authority: KR
Inventors: 영 허; 김은근; 박미경; 강희정
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-08-13
Also published as: KR20090030121A

Abstract

본 발명은 모의맥파 시뮬레이터에 관한 것으로, 모의맥파 시뮬레이터에 있어서, 왕복운동에 의한 모의혈액의 펌프작용을 하는 모터, 상기 모터를 제어하여 모의심장 박동을 생성하는 박동 발생부, 상기 박동 발생부에 파라미터 입력 및 조정이 가능한 입력 파라미터조정부를 구비하는 모의맥파 시뮬레이터의 인공심장부, 상기 인공심장부와 연결되어 상기 모의 심장박동에 의한 모의혈액을 공급받는 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 모의맥파 시뮬레이터를 이용하는 것에 의해, 사람의 맥파와 유사한 파형을 구현하고, 맥파와 여러 팩터들 간의 상관관계를 분석 및 검증해 내고, 나아가 맥진을 통한 진단의 객관성을 높일 수 있다.

모의맥파, 시뮬레이터, 모의심장, AIx, 맥진

Description

모의맥파 시뮬레이터{Dummy pulse wave simulator}

본 발명은 모의맥파 시뮬레이터에 관한 것으로, 특히 인공심장부를 만들어 인공심장의 펌프율, 스트로크길이, 수축확장비등을 조절하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 혈압은 한마디로 말해서 혈관속을 흐르고 있는 혈액이 혈관 벽에 미치는 압력을 말하며, 맥박은 혈액이 혈관에 부딪치는 일로 인해 나타나는 현상을 말하는데, 한의학에서 맥진은 동맥의 박동상태를 수지로 촉지하여 장부와 경락의 병변을 진찰하는 수단을 말한다.

오랫동안 많은 이론과 임상경험들이 축적되어 있으며, 한방에서 가장 중요시 여기는 진찰방법이다.

하지만, 맥진은 의사의 촉지로 행하여 병변을 주관적으로 판단함으로서 진단결과의 객관성이 부족하다는 단점을 갖고 있다.

이러한 점을 해결하기 위하여 맥진을 정량화하여 시각화, 객관화하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 많은 맥파 검출기가 개발되고 있다.

그럼에도 불구하고 국내의 맥파형성 기전과 맥동의 검출방식 및 해석방법, 생리적 영향인자에 대한 연구, 맥파와 공학적 신호해석 및 임상과의 상호 연계성 등 동일선상에서 수행되는 체계적인 연구가 빈약한 상태이다.

또한 이러한 일 예가 대한민국 등록특허공보 0664682호(2006년12월27일) 등에 개시되어 있다.

즉, 상기 문헌에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 공기의 압력을 발생하는 공기압축기(100), 오일이 담겨있고, 상기 공기압축기(100)로부터 제공된 공압에 의해 오일을 배출관으로 유출하는 오일압력 탱크(120), 상기 오일압력 탱크(120)로부터 유출된 오일을 개폐정도에 따라 압력변화를 인가하여 관로로 배출하는 컨트롤밸브(140), 상기 컨트롤밸브(140)로부터 배출된 압력이 조절된 오일을 이송하는 파이프(150), 상기 파이프(150)의 단부에 연결되어 관로로부터 유출되는 오일의 압력을 해체한 다음 오일압력 탱크로 유입시키는 수조(180), 상기 파이프(150)에 배치되어 파이프내의 압력을 검지하는 압력센서(160), 압력을 발생하기 위한 데이터와 상기 압력센서(160)로부터 검지된 데이터에 의하여 상기 컨트롤밸브(140)를 제어하는 컨트롤러로 구성된다.

여기서, (110)은 축압기, (130)은 배출관, (170)은 실리콘튜브, (180)은 수조, (190)은 순환펌프, (200)은 오일필터, (210)은 신호변환부, (220)은 PC를 나타낸다.

그러나, 상술한 대한민국 등록특허공보 0664682호에 개시된 기술에 있어서, 혈압 시뮬레이터는 실제 우리 인체에서 발생하는 혈압을 실제 혈관내에서와 같이 재현할 수 없다는 구조적인 시스템 구성의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 사람의 맥파와 가장 유사한 맥파를 얻는 모의맥파 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터에 의하면, 사람의 맥파와 유사한 파형을 구현하고, 맥파와 여러 팩터들 간의 상관관계를 분석 및 검증해 내고, 나아가 맥진을 통한 진단의 객관성을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터는 시뮬레이터에 있어서, 모터를 구비 및 제어하여 모의 심장박동을 발생하고 입력 파라미터의 조정이 가능한 모의맥파 시뮬레이터의 인공심장부, 상기 인공심장부와 연결되어 상기 모의 심장박동에 의한 모의 혈액을 공급받는 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하며, 이를 통하여 본 발명의 목적과 특징이 더욱 명확하게 될 것이다.

여기서,도 2는 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 심장부이고, 도 3은 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부이고, 도 4는 도 3의 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부의 Y자 분지관이고, 도 5는 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터에 의한 파형이고, 도 6은 본 발명에 따른 일반적인 요골동맥 맥파의 파형이고, 도 7은 본 발명에 따른 AIx(Augmentation Index)그래프를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 심장부는 사람의 맥파와 가장 유사한 맥파를 얻는 것을 목적으로 하였으며, 실제 사람의 팔과 비슷한 조건으로 제어하여 특히 사람의 요골동맥에서의 맥파와 유사한 파형을 얻을 수 있도록 한다.

이를 위하여 도 2와 같은 심장부 시스템을 구축하였고, 모터의 왕복운동에 의해 인공심장부의 펌프작용을 유도하였고, 또한 컴퓨터 시스템에 의해 모터의 운동을 조절함으로서 인공심장의 펌프률(Pump Rate), 스트로크길이(Stroke Length), 수축/확장비(S/D Ratio)등을 조절하여 원하는 환경을 입력할 수 있게 하였다.

모의맥파 시뮬레이터의 인공심장부는 모터의 왕복운동에 의한 모의혈액의 펌프작용을 하고, 상기 모터, 상기 모터를 제어하여 모의심장 박동을 생성하는 박동 발생부, 상기 박동 발생부에 파라미터 입력 및 조정이 가능한 입력 파라미터조정부를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부는 모의심장의 박동에 의하여 발생되는 진동에 의한 노이즈를 줄이기 위해 고탄력 스펀지를 모의혈관 크기에 맞게 잘라 사용하였으며, 압력계를 설치하여 압력의 변화를 관찰하면서 파형을 측정할 수 있도록 한다.

마지막으로 혈액의 점성을 제어하고, 혈액은 액체성분인 혈장과 유형성분인 혈구(적혈구, 백혈구) 및 혈소판으로 구성되어지며, 이로 인하여 물에 비해 점성이 3배 정도에 이른다.

이에 혈액의 상태와 유사한 환경을 만들기 위하여 글리세린과 물을 혼합하여 점성을 조절하고, 실험적으로 물 : 글리세린 = 2 : 3 의 비율에서 즉, 60% 정도의 점성에서 인간과 가장 유사한 파형을 얻을 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부의 Y자 분지관은 인체의 상지 동맥의 분지와 같은 구조를 가지고 있다.

따라서, 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부도 실리콘을 사용한 Y자 분지관으로 제작되고, Y자 관의 단면적은 하기의 머레이법칙(Murray's Law)에 따른다.

(a/2)³ = (b/2)³ + (c/2)³(a:모혈관 지름, b:작은혈관1 지름, c:작은혈관2 지름)

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모의맥파 시뮬레이터에 의한 파형은 상기와 같은 실험환경 정의를 통하여 최종적으로 모의맥파 시뮬레이터로부터 파형을 얻을 수 있고, 도 5와 도 6은 유사함을 알 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 일반적인 요골동맥 맥파의 파형은 요골동맥에서 얻어지는 인체의 파형이다.

모의맥파 시뮬레이터의 유효성을 판단하기 위하여 SphygmoCor(Actor, Australia)을 사용한 실험을 시행하였다.

SphygmoCor는 요골동맥, 경동맥에서 비 침습적인 방법을 통하여 측정한 맥파 를 분석하여 오그멘테이션 인덱스(AIx : Augmentation Index)등 지표의 분석이 가능하다.

구체적으로 혈관경화의 정도와 큰 상관관계를 갖는다고 알려진 AIx를 비교하고, 즉, 피 시험자로부터 SphygmoCor을 이용하여 AIx, 심장률(Heart Rate), 수축/확장비(S/D ratio)를 측정하고, 비슷한 조건을 모아 모의맥파 시뮬레이터에서 적용하였을때 생성된 맥파의 팩터와 피 시험자의 팩터를 비교하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 AIx(Augmentation Index)그래프를 나타낸 도면은 AP(Augmentation Pressure)와 PP(Pulse Pressure)의 비로 정의되어 진다.

혈관을 타고 나아가는 맥파가 분지점 등에 부딪칠 때 돌아오는 반사파가 형성되고, 이 반사파에 의해 맥파에 굴절이 발생하게 된다.

이러한 원인에 의하여 혈관의 경직 정도에 따라 PWV(Pulse Wave Velocity)가 변하게 되며 이에 의해 돌아오는 반사파의 속도가 달라지게 됨으로써 AIx에 영향을 끼치게 된다.

이는 맥파에 있어서 유효한 팩터로 볼 수 있다.

표 1,2,3은 3명의 피 시험자(54세, 59세, 61세)를 대상으로 측정한 혈압, 키, 몸무게 및 SphygmoCor를 사용하여 심장률(Heart Rate), 탈출구간(Ejection Duration), 수축/확장비(S/D Ratio)등의 자료를 모의맥파 시뮬레이터로 구현시켜서 측정한 AIx는 아래와 같다.

(표 1)피 시험자1

구 분		피 시험자1	시뮬레이터
입력값	수축압력[mmHg]	140	140
	확장압력[mmHg]	84	84
	신장[Cm]	171	171
	체중[Kg]	77	77
측정값	심장률[bpm]	61	62
	탈출구간[%]	30	31
	대동맥 AIx[%]	31	30

(표 2)피 시험자2

구 분		피 시험자1	시뮬레이터
입력값	수축압력[mmHg]	130	130
	확장압력[mmHg]	90	90
	신장[Cm]	165	165
	체중[Kg]	69	69
측정값	심장률[bpm]	55	55
	탈출구간[%]	31	31
	대동맥 AIx[%]	27	26

(표 3)피 시험자3

구 분		피 시험자1	시뮬레이터
입력값	수축압력[mmHg]	135	135
	확장압력[mmHg]	105	105
	신장[Cm]	170	170
	체중[Kg]	74	74
측정값	심장률[bpm]	65	64
	탈출구간[%]	32	31
	대동맥 AIx[%]	29	30

피 시험자 3명에 대한 수축/확장압력, 신장, 체중, 심장률, 탈출구간의 조건하에서 실제 피시험자로부터 측정된 AIx의 값과 모의맥파 시뮬레이터에 의해 구현된 맥파에서의 AIx 값이 유사함을 확인할 수 있다.

본 발명은 인공심장을 이용한 모의맥파 시뮬레이터를 설계하고, 그 결과 사람의 맥파와 유사한 파형을 구현하고, 맥파와 여러 팩터들 간의 상관관계를 분석 및 검증해 낼 수 있으며, 나아가 맥진을 통한 진단의 객관성을 높인다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래에 따른 비례제어밸브와 혼합제어기를 이용한 혈압 시뮬레이터,

도 2는 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 심장부,

도 3은 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부,

도 4는 도 3의 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부의 Y자 분지관,

도 5는 본 발명에 따른 모의맥파 시뮬레이터에 의한 파형,

도 6은 본 발명에 따른 일반적인 요골동맥 맥파의 파형,

도 7은 본 발명에 따른 AIx(Augmentation Index)그래프를 나타낸 도면,

Claims

모의맥파 시뮬레이터에 있어서,

왕복운동에 의한 모의혈액의 펌프작용을 하는 모터,

상기 모터를 제어하여 모의심장 박동을 생성하는 박동 발생부,

상기 박동 발생부에 파라미터 입력 및 조정이 가능한 입력 파라미터조정부를 구비하는 모의맥파 시뮬레이터의 인공심장부,

상기 인공심장부와 연결되어 상기 모의 심장박동에 의한 모의혈액을 공급받는 모의맥파 시뮬레이터의 혈관부로 구성되는 것을 특징으로 하는 모의맥파 시뮬레이터.
제 1항에 있어서,

상기 모의혈액은 물과 글리세린의 혼합비를 2:3의 비율로 하는 것을 특징으로 하는 모의맥파 시뮬레이터.
제 1항에 있어서,

상기 인공심장부의 상기 입력 파라미터는 펌프률(Pump rate), 스트로크 길이(Stroke Length) 또는 수축/확장비중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 모의맥파 시뮬레이터.
제 1항에 있어서,

상기 혈관부는 머레이법칙(Murray's Law)에 따른 Y자 분지관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모의맥파 시뮬레이터.
제 1항에 있어서,

상기 모의맥파 시뮬레이터는 입력값으로 수축압력, 확장압력, 신장 또는 체중중 어느 하나 이상을 포함하고, 측정값은 심장률, 탈출기간 또는 대동맥 오그멘테이션 인덱스중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 모의맥파 시뮬레이터.