KR100949457B1 - 촬상소자를 이용한 맥진센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CCD 등 고체 촬상소자를 센싱 소자로 이용한 맥진센서에 관한 것으로, 맥파 측정을 위한 맥진 센서에 있어서, 상기 맥파를 측정하고자 하는 위치의 피부에 접촉되는 투명한 공기주머니와; 상기 공기주머니의 상부에 구비된 촬상소자를 포함하여 구성된 것으로 하여, 매우 저렴한 비용으로 대면적 고해상도 3차원 맥진기 구현이 가능하게 되었고, 이로써, 전통적인 맥진법에서 관찰되는 맥의 모든 특성을 계측할 수 있게 되었으며, 최적 맥진 부위를 찾기 위한 일체의 조작이 필요 없고, 종래 고체 압력센서가 주는 측정시의 통증이나 불쾌감도 원천적으로 없앨 수 있게 된 효과가 있다.

기낭, 공기주머니, 촬상소자, 맥진센서, 맥진기

Description

촬상소자를 이용한 맥진센서{PULSIMETER SENSOR USING IMAGE DEVICE}

본 발명은 맥진기에 사용되는 맥진센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CCD(Charge Coupled Device) 등 고체 촬상소자를 센싱 소자로 이용한 맥진센서에 관한 것이다.

맥진기는 요골동맥의 박동을 기록하는 기기로서, 주로 한의학의 증(證)을 진단하거나 심혈관계 또는 심박동을 통해 추정할 수 있는 자율신경 질환 및 혈액과 맥 관계에 영향을 미치는 몇 가지 건강상의 문제를 진단하는데 사용되는, 한의 진단에서 매우 중요한 의료기기이다.

요골동맥은, 도 1과 같이, 1회 박동 주기 동안 맥관이 3차원적인 운동을 하게 되므로, 도 2와 같이, 시간적인 특성뿐만 아니라 공간적인 특성을 갖고 있다.

그런데, 지금까지 개발된 종래 맥진기는 주로 압전소자를 사용하여 맥압의 시간당 변화량만을 측정할 수 있는 것이어서, 맥의 공간적 특성을 측정할 수 없는 문제점이 있어 왔다.

도 3에서 보여주는 바와 같이, 전통적인 맥진에서 구분하고 있는 28종 맥상 (脈象) 중 시간적 특성으로 완전하게 계측할 수 있는 맥상은 전통적인 맥상의 1/4에 지나지 않으며, 측정할 수 있는 맥상은 7종(遲脈, 數脈, 滑脈, 澁脈, 促脈, 結脈, 代脈)에 불과하다.

또한, 상기 종래 맥진기는 센서 집적도 한계, 측정시간의 과다 소요, 동(動)잡음 민감, 측정시 통증 유발 등의 문제점도 갖고 있다.

상기 종래 압전 소자를 이용한 맥진기의 문제점을 극복하고자, 현대의학에서 비교적 널리 쓰이고 있는 광센서나 임피던스 센서를 사용하는 경우, 개발자 백희수(白熙洙)의 이름을 빌려 이른바 '희수식 맥진기'라고 불리고 있는 것 등이 있으나, 이들은 모두 임상적 단계에 불과하고 전통적 맥진을 대체하기 어렵다고 보는 것이 당업계의 일반적인 시각이다.

이에, 본 발명자들은 맥의 공간적인 특성도 감지할 수 있게 함으로써, 전통적인 맥진을 대체할 수 있는 맥진센서로 대한민국 특허 제730385호(자성박막을 이용한 맥진센서)를 개발한 바 있다(도 4).

그러나, 상기 자성박막을 이용한 맥진센서로, 최적측정점 탐색이 불필요하고, 전통적인 맥상을 빠짐없이 유효 촉지길이인 맥장의 즉시 계측으로 맥관의 요동 중에도 맥폭(FWHM=Full Width Half Maximum) 측정이 가능하여 실용적 수준의 맥폭 계측 오차를 줄이기 위해선, 도 5에서 확인되는 바와 같이, 단위 길이당 측정 센서수가 많이 필요하게 되어, 기기 제작이 복잡해지며, 제작 원가가 높다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 센서로는 대면적 고해상도 3차원 맥진 특성을 측정하기 어려운 문제점을 해결하고자, 다양한 신호원 측정이 가능하고 맥의 시간적 특성뿐만 아니라 공간적인 특성을 모두 파악할 수 있으며 대면적 고해상도 3차원 맥진기 구현이 가능한 촬상 소자를 이용한 맥진센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 촬상소자를 이용한 맥진센서는, 맥파 측정을 위한 맥진 센서에 있어서, 상기 맥파를 측정하고자 하는 위치의 피부에 접촉되는 투명한 공기주머니와; 상기 공기주머니의 상부에 구비된 촬상소자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 투명한 공기주머니와 촬상소자의 구성에 의하여, 매우 저렴한 비용으로 대면적 고해상도 3차원 맥진기 구현이 가능하게 되었고, 이로써, 전통적인 맥진법에서 관찰되는 맥의 모든 특성을 계측할 수 있게 되었으며, 최적 맥진 부위를 찾기 위한 일체의 조작이 필요 없고, 종래 고체 압력센서가 주는 측정시의 통증이나 불쾌감도 원천적으로 없앨 수 있게 되었다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명 한다.

본 발명에 의한 촬상소자를 이용한 맥진센서는 기본적으로, 도 6과 같이, 맥파 측정을 위한 맥진 센서에 있어서, 상기 맥파를 측정하고자 하는 위치의 피부에 접촉되는 투명한 공기주머니(40)와; 상기 공기주머니의 상부에 구비된 촬상소자(50)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 공기주머니의 일측 또는 상기 공기주머니와 상기 촬상소자 사이에는, 도 7과 같이, 압력 조절장치(60)를 더 구비하여, 이를 통해 공기주머니에 공기를 주입하고, 공기주머니의 공기압 조절로 부, 중, 침 상태의 전통적 맥진을 측정할 수 있는 장점도 있다.

특히, 상기 부, 중, 침 상태의 전통적 맥진을 보다 효과적으로 측정하기 위해서는 상기 촬상소자 또는 상기 공기주머니가 팔찌 형상과 같은 환형의 지지대 내측에 부착되도록 하여 상기 압력 조절장치에 의하여 주입된 공기압이 각 측정마다 달라지게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기주머니의 일측에는 2개 이상의 측정점들이 일정거리 이격된 상태로 인쇄된 것을 사용함으로써, 각 측정점들의 변위를 상기 촬상소자가 실시간으로 인지할 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 촬상소자는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(Contact Image Sensor)로 구성된 하나 이상의 소형 카메라 장치인 것으로 하고, 상기 촬상소자의 내측 또는 상기 지지대의 일측에는 상기 촬상소자가 획득하여 처리된 영상신호 데이터를 외부로 전송 또는 출력하는 데이터 출력장치를 더 포함하는 것이 바 람직하다.

여기서 사용되는 상기 CCD나 CIS로 구성된 소형 카메라 장치 및 상기 데이터 출력장치는 공지된 기술을 이용하면 되므로, 이에 관한 상세한 설명을 생략한다.

다음, 상기 구성에 의한 맥진센서의 동작 및 맥진 측정 가능성을 살펴보기 위하여, 보다 구체적인 실시예를 들어 설명한다.

먼저, 도 7과 같이, 소정의 지지대(70)에 소형 CCD 카메라(50)를 공기주머니(40) 중앙 위에 위치하도록 부착하고, 공기주머니(40)인 고무풍선 아래 내부에는 네임 펜으로 48개의 측정점들(42)을 2개의 축방향으로 각각 일정거리 떨어지게 표시하여 요골 동백 운동시 각 측정점들이 움직이도록 하였다.

본 실시예에서 상기 측정점들은 각 측정점들이 최대 변위를 얻기 위해 CCD 카메라 렌즈와 약 30도 기울어진 곳에 위치하도록 하였으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

따라서, 도 8에서 보여주는 바와 같이, 기울어진 각도로 획득된 영상은 이진화 시킨 다음, 상기 이미지를 마치 위에서 바라본 이미지로 변형시켜, 중심좌표를 계산하고, 측정점 별로 변위 d의 변동을 기록할 수 있게 측정점별 변위 계산을 하였다.

또한, 최소운동점으로부터 -250열과 +30행 이동한 가상의 기준점과 최소운동점을 참조점으로 하여 측정점 변위를 컬러 화소로 택하여 새로운 압력분포를 영상으로 도시하였다. 즉, 흑백의 이진 이미지 신호를 컬러 이미지로 전환하였다.

본 실시예를 통하여 공기주머니(기낭) 하부에 요골동맥의 박동 및 가장 큰 압력이 미치는 지점에서 횡축 방향의 운동이 존재함을 확인할 수 있었다.

도 8의 압력분포 중 ③인 위치에서 26 프레임당 측정점의 맥상 변위 분석결과는 도 9와 같이 얻었다. 도 9는 요골동맥의 가로지르는 방향을 따라 움직이는 2차원 맥상 신호를 화소로 전환시킨 측정점 변위도로, 이는 맥파 1주기, 약 0.7 초 동안의 변화를 프레임간 변화를 통해 분석한 것인데, 이로써 맥의 시간당 변화를 분석할 수 있었다.

또한, 본 실시예의 결과로 한 측정점에서 얻어진 맥파신호의 예는, 도 10과 같이, 매우 재현성 있게 나타났다. 이것은 약 0.7 초의 주기를 갖는 전형적인 맥파 신호임을 알 수 있다.

그리고, 맥의 공간적 특성을 분석하기 위하여, 33 ms의 시간 프레임에서 얻어진 맥 파형을 제1프레임에서 제11프레임까지 상세 분석을 시도하였다. 그 결과 도 11과 같은 결과를 얻었다. 본 실시예를 통하여, 도 11과 같이, 맥진 파형의 맥폭에 대한 맥상 계측으로 맥의 공간적 특성 즉, 맥의 대소는 물론 맥의 깊이도 알아낼 수 있었다. 이로써, 종래 기술로는 결코 쉽지 않은 모든 맥을 완벽히 구별해 낼 수 있는 가능성을 시사해 주고 있다.

한편, 최근에는 맥파의 전파 속도를 이용한 노화 평가가 이미 광범위하게 이루어지고 있는데, 맥파전달속도(pulse wave velocity, PWV)는 맥파가 혈관을 이동하는 속도로서, 도 12와 같이, 정상인에서 약 7~9 m/sec 정도이다. 이것은 혈관벽의 탄성도를 나타내는 지표이며 혈관벽이 경화될수록 맥파전달속도가 증가한다.

혈관이 노화가 진행됨에 따라 맥파전달속도도 증가 되므로 단순히 나이와의 상관관계보다 혈관의 경화에 의한 각종 혈관계 질환의 발병 가능성과의 관련이 깊다. 이른바 '혈관 나이'를 계산하는 지표로 흔히 사용되고 있으므로, 한의학적 맥진 소견 역시 노화와 밀접한 관련을 갖는 것으로 알려져 있다.

예를 들어, 연령 증가에 따라 활맥(滑脈)의 비율은 감소하고 현맥(弦脈)의 비율은 증가되는 외에도 연령 증가에 따라 삽맥(澁脈), 세맥(細脈)이 증가하는 경향이 있다.

인간에 의해 수행되는 전통적인 맥진 방법에서 측정하는 맥 박동의 주요 요소는 맥동의 힘, 맥동의 주기, 맥의 팽창과 수축의 빠르기, 맥의 촉지 깊이, 맥의 폭, 그리고 맥의 유효한 촉지 길이 등 이상 6종의 요소라고 할 수 있다.

이 가운데 맥동의 주기와 팽창/수축의 빠르기 및 맥동의 힘은 종래의 맥진기를 통해 측정이 가능하였으나, 맥의 촉지 깊이 및 맥의 폭, 맥의 유효 촉지 길이 등과 같은 맥동의 공간적 속성은 측정할 수 없었다.

그러나, 본 실시예에 따른 결과인 도 9 내지 도 11을 통해 후자도 가능함을 입증하였다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시할 수 있는바, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 요골동맥의 1회 박동 주기 동안에 맥관의 3차원적인 운동을 나타낸 개념도이다.

도 2는 맥의 속성 중 종래 맥진기로 측정할 수 있는 것과 그렇지 않은 것을 보여주는 비교도이다.

도 3은 전통 맥진법에 의하여 진단되는 맥상의 특성을 나타내는 도면이다.

도 4는 대한민국 특허 제730385호(자성박막을 이용한 맥진센서)의 맥진 센서 단면을 나타낸 도면이다.

도 5는 맥폭 계측 오차를 줄이기 위한 고해상도 센싱 방법을 보여주는 개념도이다.

도 6은 본 발명의 구성을 일시예로 보여주는 개념도이다.

도 7은 도 6을 구체화한 일 실시예를 보여주는 모형 사진 및 요부 확대 사진이다.

도 8은 도 7에 의한 모형으로 획득한 영상신호를 처리하여 압력분포도까지 얻는 과정을 보여주는 신호처리 흐름도이다.

도 9는 요골동맥의 가로지르는 방향을 따라 움직이는 2차원 맥상 신호를 화소로 전환시킨 측정점의 변위도이다.

도 10은 도 8의 압력분포도 중 특정 측정점에서 얻어진 맥파신호를 보여주는 도면이다.

도 11은 도 7에 의한 모형으로 얻은 맥의 공간적 신호 계측 결과를 보여주는 도면이다.

도 12는 연령 증가에 따른 맥파전달속도의 변동을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 공기주머니 50 : 촬상소자

60 : 압력조절장치 70 : 지지대

Claims (7)

1. 맥파 측정을 위한 맥진 센서에 있어서,

   상기 맥파를 측정하고자 하는 위치의 피부에 접촉되는 투명한 공기주머니와;

   상기 공기주머니의 상부에 구비된 촬상소자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기주머니의 일측 또는 상기 공기주머니와 상기 촬상소자 사이에는 압력 조절장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 촬상소자는 소정의 지지대에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 지지대는 팔찌 형상인 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센 서.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공기주머니의 일측에는 2개 이상의 측정점들이 일정거리 이격된 상태로 인쇄된 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 촬상소자는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(Contact Image Sensor)로 구성된 하나 이상의 소형 카메라 장치인 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 촬상소자의 내측 또는 상기 지지대의 일측에는 상기 촬상소자가 획득하여 처리된 영상신호 데이터를 외부로 전송 또는 출력하는 데이터 출력장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상소자를 이용한 맥진센서.

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