KR101109738B1 - 심장 부정맥 진단방법 및 그 진단장치 - Google Patents

Abstract

심장 부정맥 진단방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단방법은 (a) 심장의 치수를 측정하는 단계; (b) 심장의 전기파동의 주파수를 측정하는 단계; (c) 심장의 전기파동 전도속도를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 (a), (b) 및 (c)단계에서 측정된 값들을 이용하여 심장의 부정맥 여부를 판단하는 단계;를 구비한다. 본 발명에 따르면, 무차원 변수를 이용하여 부정맥을 일으키는 회오리 발생현상을 예측하고 진단함으로써 부정맥으로 사망 또는 뇌사할 가능성이 있는 환자들을 스크리닝하여 이들의 사망률을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

Description

심장 부정맥 진단방법 및 그 진단장치{Method and device for diagnosing arrhythmia}

본 발명은 심장 부정맥 진단방법 및 그 진단장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 세동이나 빈맥 등과 같은 심장 부정맥을 진단하기 위한 심장 부정맥 진단방법 및 그 진단장치에 관한 것이다.

심장의 혈액 박출 활동은 심장의 수축과 확장의 반복에 의해서 이루어진다. 이 때, 심장의 수축은 심근세포에 가해지는 전기적 자극 및 이로 인한 전기적인 흥분현상으로 인하여 일어난다. 심장 세포에 전기적 흥분이 일어나면 세포 내 칼슘농도가 변하고, 이것은 세포 내에 있는 수축기구들을 가동시켜 기계적인 수축현상을 만들어 낸다. 심장에는 이런 전기자극을 만들어내는 자극 생성조직 (pacemaker)와 자극 전도조직(심근세포)이 있다. 자극 생성조직에서 규칙적으로 1분에 60~100회의 전기자극이 만들어지고, 이 자극이 심근 세포에 정상적으로 전달되면 심장의 수축과 확장이 반복되면서 혈액이 신체 각 조직으로 공급된다. 심장에서는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 전기자극 또는 전기전도가 규칙적이지 못하고 느리거나(서맥) 빨라지거나(빈맥) 혹은 불규칙하게 잔 떨림이 생길(세동) 수가 있는데 이를 부정맥이라고 한다. 현재로서는 부정맥의 진단법이 없으며, 심장병 환자의 경우에는 부정맥 가능성이 높을 것이라 추측을 하는 정도이다.

부정맥의 경우에는 대부분 발병 후에 발견을 하고, 치료를 하고 있는 실정이다. 현재 세계인구의 0.7% 가 부정맥을 겪고 있으며 매년 72만 명의 부정맥 환자가 생기고 있다. 부정맥 치료의 시장은 미국에서만 현재 180억 달러를 초과하며, 계속해서 성장하고 있는 추세이다. 통계에 따르면 심장병 환자의 약 55%가 결국에는 부정맥으로 죽는다. 심장이 정상적으로 혈액을 박출하여 인체에 순환시키기 위해서는 반드시 만족해야 할 두 가지 조건이 있다. 첫째, 심장 세포들간에는 수축시 동시성(synchronization)을 유지해야 한다. 심장 세포들이 모두 일제히 동시에 수축해야만 심장 안에 담겨진 피를 강한 힘으로 밀어낼 수 있다. 심장이 동시에 수축하기 위해서는 심장 세포들의 전기적 흥분이 거의 동시에 일어나야 한다. 둘째, 심실이 수축 후 충분한 휴지기를 가져야 한다는 것이다. 심실 수축 후 심실에 있는 혈액 양은 매우 작은데, 이 상태에서 수축을 할 경우 매우 작은 분량의 혈액만이 전신을 순환하고, 필연적으로 조직에서 산소가 부족해지는 허혈 현상을 야기하게 된다.

이러한 이유로 심장의 수축 이후 어느 정도 충분한 휴지기를 가져서 폐로부터 심장으로 충분한 피가 채워질 수 있어야 한다. 이를 위해서는 심장세포가 전기적으로 흥분하여 수축한 이후, 충분한 전기적 휴지기를 가져야 한다. 이상과 같이 볼 때 정상적 심장 기능의 주요한 전제조건은 바로 심장 세포들 간의 동시성과 충분한 휴지기의 존재이다. 부정맥에는 여러 종류가 있지만 생명과 관련하여 심각한 것들은 주로 심장조직에서의 회오리 현상으로 인한 것이다. 심장에서 하나의 중심을 가진 전기파동 회오리가 발생하여 지속될 경우에는 심장조직을 이루는 심장 세포들이 휴지기 없이 연속적으로 전기적 흥분을 일으키게 된다. 즉 회오리가 생길 경우, 심장 세포들이 전기적 휴지기 없이 지속적으로 끊임없이 흥분하며 이로 인하여 심장 박동이 매우 빨라지게 되는데 이것을 빈맥(tachycardia)이라고 한다. 그리고 이러한 하나의 전기파동 회오리가 어떠한 원인으로 인하여 여러 개의 작은 회오리들로 쪼개지게 되면, 심장 조직들간 전기적 흥분의 동시성마저도 깨어지게 된다. 이것이 바로 심장마비 과정에서 일어나는 세동(fibrillation)현상이다. 이 세동을 즉각적으로 멈춰주지 못하면 바로 사망에 이르게 된다. 요약하면, 세동이 생기면 심장 리듬이 빨라서 휴지기가 없어짐은 물론 심장 세포들 간의 동시성이 깨어지게 된다. 따라서 혈액을 박출할 수가 없는 상태가 되며 이것이 지속될 경우 즉각적인 뇌사현상 및 사망을 초래한다.

지금까지 수많은 연구에도 불구하고 아직까지 이러한 심장에서의 회오리 발생 및 여러 개의 회오리로 쪼개지는 현상에 대한 진단 근거는 없는 실정이다.

특히, 현재 당뇨병, 신장질환, 관상동맥 질환, 암 등 많은 질병들을 진단하기 위한 진단검사 항목들이 있지만, 부정맥을 진단하고 예측할 수 있는 진단항목들은 전무한 실정이다. 실제로 매우 건강해 보임에도 불구하고, 심각한 부정맥에 걸리는 반면에, 심장이 병적으로 크게 늘어나 있음에도 매우 건강한 맥박을 보여주는 경우도 허다하다. 이는 빈맥이나 세동 등과 같은 심각한 부정맥은 매우 불규칙하고 예측하기 힘들다는 것을 보여준다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무차원 변수(Nondimensional Parameter)를 이용하여 부정맥을 일으키는 회오리 발생현상을 예측하고 진단함으로써 부정맥으로 사망 또는 뇌사할 가능성이 있는 환자들을 스크리닝하여 이들의 사망률을 획기적으로 줄일 수 있는 심장 부정맥 진단방법 및 그 진단장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단방법은 (a) 심장의 치수를 측정하는 단계; (b) 상기 심장의 전기파동의 주파수를 측정하는 단계; (c) 상기 심장의 전기파동 전도속도를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 (a), (b) 및 (c)단계에서 측정된 값들을 이용하여 상기 심장의 부정맥 여부를 판단하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단장치는 인체의 심장의 치수를 측정하는 제1측정부; 상기 심장의 전기파동의 주파수를 측정하는 제2측정부; 상기 심장의 전기파동 전도속도를 측정하는 제3측정부; 및 상기 제1측정부, 제2측정부 및 제3측정부에서 측정된 값들을 기초로 정해진 무차원수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단장치는 외부 장치와의 데이터 통신을 위한 인터페이스부; 상기 인터페이스부를 통해 입력된 인체의 심장의 치수, 상기 심장의 전기파동의 주파수 및 상기 심장의 전기파동 전도속도를 기초로 미리 정해진 무차원 수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단장치는 인체의 심장의 치수를 측정하는 제1측정부; 상기 심장을 측정하여 ECG신호를 출력하는 제2측정부; 및 상기 ECG신호를 이용하여 상기 심장의 전기파동의 주파수를 연산하며, 상기 ECG신호를 이용하거나 상기 ECG신호 및 심장의 치수를 함께 이용하여 상기 심장의 전기파동의 전도속도를 연산하며, 상기 심장의 치수, 심장의 전기파동의 주파수 및 심장의 전기파동의 전도속도를 기초로 정해진 무차원 수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값이상인지를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 심장 부정맥 진단장치는 외부 장치와의 데이터 통신을 위한 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부를 통해 입력된 심장의 ECG신호를 이용하여 상기 심장의 전기파동의 주파수를 연산하며, 상기 인터페이스부를 통해 입력된 상기 ECG신호를 이용하거나 상기 ECG신호 및 심장의 치수를 함께 이용하여 상기 심장의 전기파동의 전도속도를 연산하며, 상기 심장의 치수, 심장의 전기파동의 주파수 및 심장의 전기파동의 전도속도를 기초로 정해진 무차원수를 연산하고, 연산된 값이 정해진 값 이상인지를 판단하는 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 무차원 변수(Nondimensional Parameter)를 이용하여 부정맥을 일으키는 회오리 발생현상을 예측하고 진단함으로써 부정맥으로 사망 또는 뇌사할 가능성이 있는 환자들을 스크리닝하여 이들의 사망률을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1은 부정맥에서 발견되는 빈맥 및 세동 현상을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 심장 조직의 2차원 가상심장 모델에 있어서 S1 파동에 대한 S2 파동의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 2차원 가상심장 모델에서 [Sh]=200, 400, 600인 경우에 활동전압의 전파 경향을 시간 경과에 따라 비교한 도면이다.
도 3은 2차원 가상심장 모델에서 [Sh]=200, 400, 600인 경우에 활동전압의 전파 경향을 시간 경과에 따라 비교한 도면이다.
도 4는 2차원 가상심장 모델에서 [Sh]=800, 1000, 2000인 경우에 활동전압의 전파 경향을 시간 경과에 따라 비교한 도면이다.
도 5는 불안정 세포조직을 가진 2차원 가상심장 모델에서 [Sh]=300, 800, 1000인 경우에 활동전압의 전파 경향을 시간 경과에 따라 비교한 도면이다.
도 6은 빈맥이 발생되는 조건이 인가되고 동일한 시간이 경과된 후의 정상세포모델 및 교란 세포모델 이미지를 각각 대응되게 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도이다.

무차원수 유도

심장 조직에서 활동전압(전기적 흥분에 대응됨)의 전도현상을 기술하는 지배방정식은 하기 수학식 1과 같이 표현된다. <수학식 1>은 심장 세포들의 전기적 활동상황을 종합하여 조직 차원에서 전기적 파동 현상을 기술하는 방정식이다.

<수학식 1>에서, V는 심근세포의 막간 전압(mV)이고, I_ion 은 심근세포의 막간 전류의 합으로서 단위 면적당 흐르는 전류(pA/cm²)이며, I_stim 은 외부에서 주어지는 자극전류이며, C_m은 세포막의 커패시터 성분으로서 단위면적당 용량(pF/cm²)이며, ρ는 세포의 저항율(Ωcm)이며, S는 세포의 표면적 대 부피 비(cm^-1)이며, ∇는 공간 도함수를 나타내는 기호이다. <수학식 1>의 좌변 항은 심실조직의 특정 위치에서 전기전압의 시간적 변화를 나타내며, 우변의 첫 번째 항은 조직을 이루는 심장 세포에서 발생하는 전기적 흥분으로 인해 발생하는 원천 항이다. 우변의 두 번째 항은 전기적 파동의 확산 항이다. 이것은 매우 일반적인 반응-확산(reaction-diffusion) 형식의 편미분방정식이다.

또한, D는 전도계수로서 D=1/(ρSC_m)이며, 이것은 전기전도 확산계수를 의미한다. <수학식 1>과 같은 지배방정식에서 실질적인 경계조건 및 초기조건을 부여하여 계산을 하게 되면, 심장에서의 활동전압 전파 현상을 정량적으로 계산할 수가 있다. <수학식 1>에서 각 항의 주된 차원은 V/t(속도/시간) 이다.

심장 조직에서의 전기적 파동전도의 분석을 위해서는, <수학식 1>의 방정식을 아래 <수학식 2>와 같이 무차원 방정식으로 전환한다. 일반적으로 다수의 변수에 의존적인 물리적 현상을 소수의 복합적 변수 문제로 축소하기 위해서는 무차원화가 필요하다. 이러한 무차원화를 통하여 과연 그 현상이 어떠한 물리적 계로 단순화될 수 있는지를 알 수 있다. 즉 편미분 방정식 <수학식 1>을 무차원화 할 경우, 각 항의 계수로서 나타나는 무차원수가 바로 그 방정식이 기술하는 물리적 현상을 규정하는 대표적 변수가 된다. 따라서 심장 전기파동 전도를 기술하는 방정식에 있어서도 무차원화를 통해 계수로서 무차원수를 얻을 수 있다. 그리고 이 무차원수는 심장 전기파동 전도라는 물리적 현상의 생성 및 변이 등을 결정하는 매우 중요한 판단 준거가 될 것이다.

일반적인 무차원화 과정을 <수학식 1>에 적용하면, <수학식 2>와 같은 무차원 방정식이 얻어지며, Sh라는 한 개의 무차원수가 발견된다.

<수학식 2>에서,

로써 무차원화 된 변수들이다.

는 특성 전압이고, L은 심장의 특성 길이(심장 표면적의 제곱근 또는 심장 체적의 세제곱근)이며, T 는 특성시간으로서 L/v로 표현되며, v는 활동전압의 전도속도 (cm/s)이다. 따라서, T 는 전기적 펄스가 조직의 크기 L까지 도달하는데 걸리는 시간이 된다.

는 특성 전류로서

로 표현된다. 여기서, l은 단위 심근세포의 길이이고, A_s는 심근세포의 표면적이며, A는 심근세포의 단면적이다.

<수학식 2>에서, 무차원 지배방정식의 파라미터로는 심수(shim number)인 [Sh]가 있으며, 심수는 아래 <수학식 3>과 같이 표현된다.

<수학식 3>에서, f는 심장 전기파동의 주파수이며, L은 심장의 치수로서 특성 길이를 의미하며, CV는 전도속도로서 D/L로 정의된다.

심수의 물리적 의미는 다음과 같다.

심수가 커지면 파동의 관성이 커져서 회오리가 생길 확률이 높으며, 심수가 작아지면 전기파동이 저변으로 골고루 퍼지려하기 때문에 방향성이 떨어지고 이에 따라 파동 안정성이 높아진다.

무차원수의 부정맥 진단 활용 방법

심장 전기파동의 지배방정식이 <수학식 1>이고, 이것을 무차원화 할 경우 무차원 방정식인 <수학식 2>에서는 무차원수 [Sh]가 유도된다. 따라서 심장 전기파동은 근본적으로 무차원수 [Sh]에 따라서 결정되며, 심장병리적 re현상도 이에 좌우될 것이다. 즉 심각한 부정맥 증상인 빈맥, 세동 현상에 대한 위험도 예측 및 진단에 무차원수 [Sh]가 사용될 수 있을 것이다. 또한 부정맥이 아닌 정상적 경우라 할지라도 심장조직의 전기파동 진행이 정상적인지를 예측하고 판단하는 근거로도 활용될 수가 있을 것이다. 즉 노화나 비만 등 여러 요인에 의해 발생되는 초기 심근비대증의 경우에도 무차원수 [Sh]의 변화가 있을 것이며, 이로부터 심근비대 등을 역추론할 수 있을 것이다. 그리고, 부정맥 환자들의 치료효과를 정량화하는데 사용될 수 있다. 즉, 치료 혹은 약물 투여 전후 [Sh]를 비교함으로써 해당 환자의 회복 여부를 정량적으로 판단할 수 있게 된다.

임상에서 환자고유의 [Sh]를 측정한 후, 심장전기의 전파 경향을 예측하여 결과적으로 부정맥을 진단할 수 있다. 만약 심장에서 병리적 현상이 있을 경우, 무차원수 [Sh]이 영향을 받게 될 것이다. 예를 들어 심장병에 동반되는 심근비대 현상은 병적인 경우에는 전기적인 전도성이 매우 떨어지는 fibroblast라는 연결조직들이 많이 생기게 된다. 따라서 이러한 조직들이 있을 경우에는 부정맥 발생 가능성이 매우 높아지게 된다. 즉, 심수에서 전도속도 v가 영향을 미치게 되고 이로 인하여 이 수가 변하게 된다. 즉 부정맥 발생과 심수는 밀접히 연관되어 있다.

심수에서 전도속도 및 확산계수는 ECG 또는 카테터 삽입 방법 등에 의해서 측정될 수 있으며, 조직 특성길이 L이나 세포 특성길이 l은 CT, 초음파 등의 영상장치 또는 전자현미경 사진 자료 판독으로 결정할 수 있다.

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예비적 고찰

여기에서는 간단하게 심장표면 조직을 2차원적으로 단순화하여 논의를 진행하였다. 물론 실제 심근의 경우, 3차원적인 특성과 조직 전도성의 이방성이 있지만, 2차원적인 분석 역시 심장병 분석을 위한 모델로서 보편적으로 활용되고 있다. 본 연구에서는 아래 <참고문헌>에 나온 것처럼 2차원적인 조직을 대상으로 분석을 수행하였다. 여기에서 논의의 초점은 과연 심장조직에서 심수에 따라서 심근조직 상에서 빈맥이나 세동 형성이 변화하였는지를 분석하는 것이다.

<참고문헌>

ten Tusscher, K.H., D. Noble, P.J. Noble, and A.V. Panfilov, A model for human ventricular tissue . Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2004. 286(4): p. H1573-89.

가상심장은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 사각 형태로 모델링되며, 평면파(planar wave)인 S1 파동이 왼쪽에서 오른쪽으로 전도되며, 외부의 교란에 따른 S2 파동이 나선형 형태(rentrant spiral wave)로 S1 파동에 영향을 미쳐 재분극 파동(repolarization wave)을 발생시킨다.

심수에 따른 2차원 가상심장의 전도 경향은 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다. 도 3를 참고하면, [Sh]=200,400 및 600인 가상심장에는, 외부 교란에 따른 파동을 인가하여 빈맥이 쉽게 발생하는 조건을 부여하더라도 일정 시간이 경과된 후에는 외부 교란 파동에 의한 영향이 모두 사라지는 점을 확인할 수 있다. 그러나, 도 4을 참고하면, [Sh]=800,1000 및 2000인 가상심장에는, 외부 교란에 따른 파동을 인가하여 빈맥이 쉽게 발생하는 조건을 부여하면 일정 시간이 경과하더라도 외부 교란 파동에 의한 영향이 사지지지 않고 빈맥이 발생하는 점을 확인할 수 있다. 또한, 도 5를 참고하면, [Sh]=300,800 및 1000이며 이온전류의 교란이 가미된 불안정한 세포(cellular instability)를 가지는 가상심장에는, 외부 교란에 따른 파동의 인가시 서로 다른 결과를 얻을 수 있다. 즉, [Sh]=300인 가상심장은 950ms의 시간 경과시 정상상태로 복귀하나, [Sh]=800인 가상심장은 15000ms의 시간이 경과하더라도 정상상태로 복귀하지 못하고 빈맥이 발생하며, [Sh]=1000인 가상심장에서는 2000ms의 시간 경과시 빈맥이 쉽게 유도되며 시간이 더 흘러 20000ms의 시간이 경과하면 더 심각한 세동으로까지 발전하는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 바로 환자 고유의 심수 [Sh]를 이용하여 부정맥의 발생을 예측할 수 있다는 점을 시사한다. 이와 같은 시뮬레이션 결과들을 놓고 볼 때, 빈맥 및 세동 생성 및 유지에 대한 진단 인자로서 심수 [Sh]가 결정적이라는 사실을 알 수 있다.

그리고, 도 6에는 빈맥이 발생되는 조건이 인가되고 동일한 시간이 경과된 후의 정상세포모델 및 교란 세포모델 이미지가 각각 대응되게 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 심수 [Sh]가 동일하더라도 정상세포모델인지 또는 교란된 세포모델인지에 따라 빈맥이나 세동이 발생 가능성을 확연히 달라지는 점을 확인할 수 있다. 그리고, 심수가 증가하면 할수록 빈맥이나 세동의 발생 가능성이 높아지는 점도 알 수 있다.

참고로, 도 3 내지 도 6의 이미지에 나타난 색은 세포막의 전압분포를 나타내며, 빨간색이 흡분한 것을 나타내며 파란색은 휴지기를 나타낸다.

상술한 바와 같이 무차원수 [Sh]는 부정맥 진단에 매우 중요한 파라미터이며, 이하에서는 무차원수 [Sh]를 이용하여 부정맥을 진단하는 장치 및 그 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도이고, 도 8은 도 7에 도시된 부정맥 진단장치를 이용하여 부정맥을 진단하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 심장 부정맥 진단장치는 제1측정부(10)와, 제2측정부(20)와, 제3측정부(30)와, 저장부(40)와, 표시부(50)와, 판단부(60)를 구비한다.

제1측정부(10)는 심장의 치수(L)를 측정한다. 심장 치수(L)는 전기파동이 심장을 지나가는 대체적인 길이 경로의 길이에 해당하며, 심장의 크기에 비례한다. 이러한 심장 치수(L)는 심장의 특성 길이라고도 불리운다.

제1측정부(10)는 심장초음파장치와 동일하게 구성되거나 심장초음파장치와 유사하게 구성되어 심장의 치수를 측정한다. 제1측정부(10)는 심장의 치수를 그대로 측정할 수도 있으며 경우에 따라서는 심장의 체적을 측정할 수 있다. 제1측정부(10)가 심장의 체적을 측정하는 경우에는, 심장 치수(L)는 <수학식 4>에서와 같이 측정된 체적의 세제곱근으로 연산되며, 이러한 연산과정은 제1측정부(10)에 의해 이루어진다.

여기서, L은 심장 치수이고, l은 제1측정부(10)가 측정한 심장 치수 또는 심장 길이이며, V는 제1측정부(10)가 측정한 심장 부피이다.

제2측정부(20)는 심장의 전기파동의 주파수(f)를 측정한다. 제2측정부(20)는 ECG(electrocardiogram) 신호를 출력하는 심전도측정장치와 동일하게 구성되거나 심전도측정장치와 유사하게 구성되어 심장 전기파동의 주파수를 측정한다. ECG신호에는 R파 및 R파 간의 시간간격이 포함되어 있으며, <수학식 5>에서와 같이 이러한 시간간격의 역수가 바로 심장 전기파동의 주파수에 해당한다. 그리고, <수학식 5>에 따른 연산은 제2측정부(20)에 의해 이루어진다.

여기서, RR interval은 ECG 신호에 포함된 R파 및 R파 간의 시간간격이다.

제3측정부(30)는 심장의 전기파동 전도속도(CV)를 측정한다. 심장의 전기파동 전도속도는 ECG 신호 또는 ECG 신호 및 심장의 치수를 이용하여 다음과 같이 연산된다.

먼저, 심실에서의 전기파동 전도속도를 구하는 경우에는, <수학식 6>이 활용된다.

여기서, QRS 및 RS는 각각 ECG 신호에 포함된 QRS의 간격 및 RS의 간격이며, CV는 심실에서의 전기파동 전도속도(CV)이다.

다음으로, 심방에서의 전기파동 전도속도를 구하는 경우에는, <수학식 7>이 사용된다.

여기서, L은 심장 치수이며, P는 ECG 신호에 포함된 P파의 폭이다.

제3측정부(30)는 심장초음파장치 및 심전도측정장치의 구성을 모두 가지도록 구성되어 측정된 ECG신호 및 심장크기를 이용하여 심장의 전기파동 전도속도를 연산하여 출력하도록 구성된다.

저장부(40)에는 부정맥 여부를 판단하기 위한 기준값이 저장된다. 기준값은 무차원수 [Sh]와의 대소 비교에 사용된다. 기준값은 다양하게 설정될 수 있으나 본 실시예에서는 800 내지 1200 범위 또는 800 내지 1200 범위 중의 특정한 값으로 설정된다. 그리고, 기준값은 사용자에 의해 변경되어 저장되는 것이 가능하다. 한편, 기준값은 환자의 나이, 성별, 건강의 양호 정도, 식습관, 체중, 키 등 다양한 인자에 따라 변경될 수 있다.

표시부(50)는 부정맥 진단장치의 작동상태를 표시한다. 표시부(50)는 LCD로 구성되어 무차원수 [Sh]나 부정맥의 여부 등이 표시될 수 있다. 또한, 표시부(50)는 녹색 LED 또는 적색 LED로 구성되어, 부정맥 판단시에는 적색 LED가 켜지고, 부정맥이 아닌것으로 판단되는 경우에는 녹색 LED가 발광하도록 할 수 있다.

판단부(60)는 제1측정부(10), 제2측정부(20) 및 제3측정부(30)로부터 입력되는 심장의 치수, 심장의 전기파동의 주파수 및 심장의 전기파동 전도속도를 기초로 심장의 부정맥 여부를 판단하며, 판단결과에 대응되는 제어신호를 표시부(50)에 출력한다.

먼저, 판단부(60)는 하기 <수학식 8>에 따라 무차원수 [Sh]를 계산한다.

여기서, [Sh]는 무차원수이며, f는 심장 전기파동의 주파수이며, L은 심장 치수이며, CV는 심장 전기파동 전도속도이다.

그 후, 판단부(60)는 계산된 무차원수 [Sh]가 저장부(40)에 저장된 기준값과 비교하여 계산값된 [Sh]가 더 크면 심장이 부정맥이라 판단하며 그렇지 않으면 부정맥이 아니라 판단한다.

그리고, 판단부(60)는 판단결과에 대응되는 제어신호를 표시부에 출력하며, 이에 따라 표시부(50)에는 부정맥 여부가 표시된다.

도 8에는 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 부정맥 진단장치에 있어서, 제2측정부(20a)는 심전도측정장치로 구성되며 이에 따라 심장 측정에 따른 ECG신호를 출력한다. 그리고, 제1측정부(10)는 앞선 실시예에서와 마찬가지로 심장의 치수를 측정한다. 물론, 심장의 치수 대신 심장의 부피가 측정될 수 있으며 심장의 부피가 측정되는 경우에는 심장 치수는 제1측정부(10)의 자체 연산과정을 통해 얻어지거나 판단부(60a)에서 연산되어 얻어진다.

판단부(60a)는 심장의 크기 및 ECG신호를 입력받고 이를 이용하여 심장의 전기파동 주파수 및 전도속도를 연산하며 연산 결과를 토대로 무차원수 [Sh]를 연산한다. 그리고, 연산된 결과를 기준값과 비교하여 부정맥 여부를 판단한다.

도 9에는 본 발명에 따른 또 다른 형태의 심장 부정맥 진단장치의 개략적인 블록도가 도시되어 있다.

도 9를 참고하면, 본 실시예의 심장 부정맥 진단장치는 인터페이스부(70)와, 저장부(40)와, 표시부(50)와, 판단부(60b)를 구비한다.

인터페이스부(70)는 외부 장치, 즉 심장초음파장치 및 심전도측정장치와의 유무선 데이터 통신을 위해 구비된다. 심장초음파장치에서 측정된 심장 치수 및 심전도측정장치에서 측정된 ECG신호(또는 ECG신호 상의 RR Interval, QRS간격, RS간격 및 P파의 폭)는 인터페이스부(70)를 통해 입력된다.

판단부(60b)는 앞선 실시예에서와 마찬가지로 인터페이스부(70)를 통해 입력된 값들을 이용하여 무차원수 [Sh]를 연산하고 연산된 [Sh]를 저장부에 저장된 기준값과 비교하여 부정맥 여부를 판단한다. 그리고, 판단부(60)는 판단결과가 표시부에 표시되도록 제어신호를 출력한다.

물론, 경우에 따라서는 인터페이스부(70)를 통해 심장의 크기, 심장의 전기파동의 주파수 및 전도속도가 입력되도록 구성할 수도 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

10...제1측정부 20,20a...제2측정부
30,30a...제3측정부 40...저장부
50...표시부 60,60a,60b...판단부
70...인터페이스부

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8. 인체의 심장의 표면적의 제곱근 또는 체적의 세제곱근을 포함하는 심장 치수를 측정하는 제1측정부;
   상기 심장의 전기파동의 주파수를 측정하는 제2측정부;
   상기 심장의 전기파동 전도속도를 측정하는 제3측정부; 및
   상기 제1측정부, 제2측정부 및 제3측정부에서 측정된 값들로 정해진 무차원수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지 여부를 판단하는 판단부;를포함하는 것을 특징으로 하는 심장부정맥 진단장치.
9. 외부 장치와의 데이터 통신을 위한 인터페이스부;
   상기 인터페이스부를 통해 입력된 인체의 심장의 표면적의 제곱근 또는 체적의 세제곱근을 포함하는 심장의 치수, 상기 심장의 전기파동의 주파수 및 상기 심장의 전기파동 전도속도를 기초로 정해진 무차원수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지 여부를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.
10. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 정해진 무차원수는 하기의 수학식 8인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치;
    <수학식 8>
    

    

    
    상기 수학식 8에서, Sh는 무차원수이며, f는 심장 전기파동의 주파수이며, L은 심장 치수이며, CV는 심장 전기파동 전도속도임.
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13. 제10항에 있어서,
    상기 심장의 전기파동의 주파수는 ECG(electrocardiogram) 신호를 이용하여 측정되며,
    상기 심장의 전기파동 전도속도는 ECG 신호 또는 ECG 신호 및 심장의 치수를 함께 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 심장의 치수는 하기 수학식 4에 의해 연산되며,
    상기 심장 전기파동의 주파수는 하기 수학식 5에 의해 연산되며,
    상기 심장의 전기파동 전도속도는 하기 수학식 6 또는 7에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치;
    <수학식 4>
    

    

    
    <수학식 5>
    

    

    
    <수학식 6>
    

    

    
    <수학식 7>
    

    

    
    상기 수학식 4 내지 7에서, l은 심장 길이, V는 심장 부피이며, RR interval은 ECG 신호에 포함된 R파 및 R파 간의 시간간격이며, QRS 및 RS는 각각 ECG 신호에 포함된 QRS의 간격 및 RS의 간격이며, P는 ECG 신호에 포함된 P파의 폭이며, 수학식 6 및 7은 각각 심실 및 심방에 대해 적용됨.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 정해진 값은 상기 무차원수 Sh가 800 내지 1200보다 범위인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.
16. 인체의 심장의 표면적의 제곱근 또는 체적의 세제곱근을 포함하는 심장 치수를 측정하는 제1측정부;
    상기 심장을 측정하여 ECG신호를 출력하는 제2측정부; 및
    상기 ECG신호를 이용하여 상기 심장의 전기파동의 주파수를 연산하며, 상기 ECG신호를 이용하거나 상기 ECG신호 및 심장의 치수를 함께 이용하여 상기 심장의 전기파동의 전도속도를 연산하며, 상기 심장의 치수, 심장의 전기파동의 주파수 및 심장의 전기파동의 전도속도를 기초로 정해진 무차원 수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지 여부를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.
17. 외부 장치와의 데이터 통신을 위한 인터페이스부; 및
    상기 인터페이스부를 통해 입력된 인체의 심장의 표면적의 제곱근 또는 체적의 세제곱근을 포함하는 심장의 치수 및 심장의 ECG신호를 이용하여 상기 심장의 전기파동의 주파수를 연산하며, 상기 인터페이스부를 통해 입력된 상기 ECG신호를 이용하거나 상기 ECG신호 및 심장의 치수를 함께 이용하여 상기 심장의 전기파동의 전도속도를 연산하며, 상기 심장의 치수, 심장의 전기파동의 주파수 및 심장의 전기파동의 전도속도를 기초로 정해진 무차원수를 연산하고, 연산된 무차원수가 정해진 값 이상인지 여부를 판단하는 판단부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.
18. 제16항 또는 제18항에 있어서,
    상기 정해진 무차원수는 하기의 수학식 8인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치;
    <수학식 8>
    

    

    
    상기 수학식 8에서, Sh는 무차원수이며, f는 심장 전기파동의 주파수이며, L은 심장 치수이며, CV는 심장 전기파동 전도속도임.
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21. 제18항에 있어서,
    상기 심장 전기파동의 주파수는 하기 수학식 5에 의해 연산되며,
    상기 심장의 전기파동 전도속도는 하기 수학식 6 또는 7에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치;
    <수학식 5>
    

    

    
    <수학식 6>
    

    

    
    <수학식 7>
    

    

    
    상기 수학식 5 내지 7에서, RR interval은 상기 ECG 신호에 포함된 R파 및 R파 간의 시간간격이며, QRS 및 RS는 각각 상기 ECG 신호에 포함된 QRS의 간격 및 RS의 간격이며, P는 상기 ECG 신호에 포함된 P파의 폭이며, 수학식 6 및 7은 각각 심실 및 심방에 대해 적용됨.
22. 제 21항에 있어서,
    상기 정해진 값은 상기 무차원수 Sh가 800 내지 1200보다 범위인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 진단장치.

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