KR101150380B1 - 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치는 전극을 통해 약한 교류 전류를 인체에 흐르게 하는 동시에 약한 교류 전류를 공급받는 외과수술용 니들을 해당 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위에 선택적으로 침투시켜 각 생체 부위에 함유된 도체성질을 갖는 수분과 전해질량에 따라 가변되는 전압을 통해 위상각을 갖는 주파수로 표시하여 니들이 침투된 생체 부위를 주파수로 식별할 수 있도록 포함한다.

생체전기, 외과, 니들, 전류, 위상각

Description

생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치{APPARATUS FOR MEASURING THE BIOELECTRICAL IMPEDANCE OFA LIVING BODY}

본 발명은 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외과 수술용 니들이 생체 부위 중 해당 부위에 침투할 경우 이를 외부로 출력 및 표시하여 체내의 약액 주입 또는 체내의 유동액의 추출을 위한 시술을 안정적으로 수행할 수 있도록 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치에 관한 것이다.

체지방 측정기는 주로 지방의 높은 전기 저항을 이용한 것이다. 단백질, 지방 등 우리 몸에 있는 여러 성분은 저마다 저항값이 다르다. 우리 몸의 70%를 차지하는 물은 전기가 잘 흐른다. 그러나 지방은 이온이나 전자등이 통과하기 어려워 전기가 잘 흐르지 않는다.

체지방 측정기는 아주 약한 전기를 몸에 흘려 보내 몸의 저항값을 측정하고 여기에서 체지방을 계산한다. 저항값이 높을수록 체지방이 많다. 이런 방법을 ‘생 체 전기저항법(바이오 임피던스법)’이라고 한다. 정교한 체지방 측정기는 상반신과 하반신의 체지방, 팔과 다리의 체지방 등 부위별로 체지방을 측정해 준다.

체지방을 측정하는 제품중에는 다른 원리를 이용한 것도 있다.

집게로 배를 집어 지방의 두께를 측정하는 피지후법(칼리퍼법), 초음파나 적외선을 지방에 쏜 뒤 반사된 전파의 스펙트럼을 분석해 체지방의 양을 측정하는 방법이 있다.

체지방을 빼는데는 달리고 걷는 유산소 운동이 가장 좋다. 러닝머신 위를 달리고 있으면 자신이 달린 거리, 소모한 칼로리양, 맥박수 등이 나온다. 운동하면서 소모한 칼로리양은 자신이 달린 거리와 체중을 고려해 계산된다. 맥박수는 심장이 뛸 때마다 심장에서 나온 전기 신호를 이용해 손바닥 등에서 측정한다.

도 1은 상기 방법에 따른 인체의 모형화를 도시한 것으로 이는 부위별 임피던스를 방정식을 통해 간접적으로 산출하는 것이 아니라 매 측정 시 각 부위별 임피던스를 직접 측정하는 것이다.

일반적으로 임피던스를 측정하는 방법은 알고 있는 크기의 전류를 흘려주고 원하는 부위에서 전압을 측정하여 옴의 법칙에 의하여 임피던스를 구하게 되는데 이러한 장치는 전극(1~8)과 임피던스측정회로, 전자스위치, 앰프, A/D변환기 및 중앙제어부로 구성된다.

종래의 부위별 측정은 이러한 전류의 전극과 전압의 전극이 항상 동일한 말단 부위에 위치하였으나 제안된 방법에서 전극의 배치가 측정 부위에 따라 자유롭게 설정된다.

가령, 오른팔의 임피던스(Zra)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 오른손의 다른 전극(2)과 왼손 전극(4)은 전압단자에 연결되어 전류가 흐르는 부위와 전압 측정이 이루어 지는 부위가 동시에 존재하는 오른팔 부위에서의 임피던스 측정이 가능하다.

몸통의 임피던스(Zt)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 왼손 전극(4)과 왼발 전극(8)은 전압단자에 연결된다. 오른다리 임피던스(Zrl)의 경우, 오른손전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류 단자에 연결되고, 오른발의 다른 전극(6)과 왼발 전극(8)은 전압 단자에 연결된다.

왼팔과 왼다리는 각각 상기 오른팔과 오른다리의 임피던스 측정과 좌우를 바꾸어 측정 가능하다. 이러한 방법은 기본적으로 전압 강하가 실제 전류가 흐르는 곳에서만 발생한다는 이론을 근거로 하고 있다.

이러한 부위별 임피던스 측정 방법은 연립방정식의 해법 과정에서 발생하는 불필요한 오차의 전파가 일어나지 않으며, 원하는 부위만을 별도로 직접 측정함으로써 호흡, 심장박동 등으로 상대적으로 측정이 어려운 몸통 부위도 중점을 두고 정밀하게 측정할 수 있다.

가령, 오른팔의 임피던스(Zra)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 오른손의 다른 전극(2)과 왼손 전극(4)은 전압단자에 연결되어 전류가 흐르는 부위와 전압 측정이 이루어 지는 부위가 동시에 존재하는 오른팔 부위에서의 임피던스 측정이 가능하다.

몸통의 임피던스(Zt)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 왼손 전극(4)과 왼발 전극(8)은 전압단자에 연결된다.

오른다리 임피던스(Zrl)의 경우, 오른손전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류 단자에 연결되고, 오른발의 다른 전극(6)과 왼발 전극(8)은 전압 단자에 연결된다.

왼팔과 왼다리는 각각 상기 오른팔과 오른다리의 임피던스 측정과 좌우를 바꾸어 측정 가능하다.

이러한 방법은 기본적으로 전압 강하가 실제 전류가 흐르는 곳에서만 발생한다는 이론을 근거로 하고 있다. 이러한 부위별 임피던스 측정 방법은 연립방정식의 해법 과정에서 발생하는 불필요한 오차의 전파가 일어나지 않으며, 원하는 부위만을 별도로 직접 측정함으로써 호흡, 심장박동 등으로 상대적으로 측정이 어려운 몸통 부위도 중점을 두고 정밀하게 측정할 수 있다.

이러한, 생체전기저항법은 체지방측정기를 통해 기본적인 신체 성분 분석(Body Composition Analysis)에만 적용되었을 뿐 이 외에 의료시술에 대한 적용이 전무한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 외과 수술용 니들을 생체 부위 중 해당 부위에 동종조직 또는 이종조직에 침투시켜 인체를 제지방조직과 지방조직으로 이분하여 도체로 이용함으로써, 체내의 피부층, 근육층, 지방층, 신경, 혈관 및 체내 유동액에 함유된 수분과 전해질량에 따라 위상각을 주파수로 표시하여 니들을 통해 안전하게 시술용 약액을 해당 부위에 침투시키거나, 해당 부위에 존재하는 유동액을 외부로 추출할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치는 전극을 통해 약한 전류를 인체에 흐르게 하는 동시에 전극으로 부터 약한 전류를 공급받는 외과수술용 탐침니들을 해당 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위에 선택적으로 침투시켜 각 생체 부위에 함유된 도체성질을 갖는 수분과 전해질량에 따라 이종 조직끼리 가변되는 전압을 통해 위상각을 갖는 주파수로 표시하여 탐침니들이 침투된 생체 부위를 주파수로 식별할 수 있도록 포함한다.

본 발명에 따르면, 약한 전류를 공급받는 외과수술용 니들을 한 쌍으로 구비하되, 상기 외과수술용 니들은 전류니들과 탐침니들로 마련한 다음 상기 전류니들은 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 먼저 침투시킨 후 주사액 주입과 생체 유동액의 추출 기능을 하는 탐침니들을 국소 생체부위에 침투시 전류니들과 동일한 생체 부위에 위치되면 도체성질을 갖는 동종 조직의 동일한 수분과 전해질량에 의해 동일 전압을 갖게 되는 생체 각 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수를 외부로 표시되도록 포함한다.

본 발명에 따르면, 교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부와, 상기 교류신호 발생부를 통해 교류전류를 전달받으며, 신체 피부에 접촉되는 하나 이상의 전극과, 약액을 체내에 침투시키거나, 체내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자를 형성시켜 상기 전극으로 부터 교류신호를 입력받을 수 있도록 하는 탐침니들과, 전극과 탐침니들 사이의 전압을 측정하기 위한 전압신호 검출부와, 측정된 전압의 위상차를 측정하기 위한 위상 신호 검출부와, 상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부와, 상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하는 표시부로 포함한다.

본 발명에 따르면, 교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부와, 상기 교류신호 발생부를 통해 교류전류를 전달받으며, 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 침투되는 전류니들과, 약액을 체내에 침투시키거나, 체내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자를 형성시켜 상기 전류니들을 통해 약한 교류신호를 입력받으며 국소 생체부위에 침투되는 탐침니들과, 생체에서 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치한 전류니들과 탐침니들이 위치시 동일 전압인지 측정하는 전압신호 검출부와, 측정된 전압의 위상차를 측정하는 위상 신호 검출부와, 상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부와, 상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하여 전류니들과 탐침니들이 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 침투하여 동일 전압을 갖으면 생체 해당 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수로 표시되도록 하는 표시부로 구성한다.

본 발명에 따르면, 상기 전압신호 검출부에서 발생한 전류값 및 측정된 전압값을 증폭하기 위한 신호 증폭기를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 니들이 침투될 대상 생체 부위인 피부, 근육, 지방, 혈관 및 신경에 해당되는 선택키가 마련된 입력부가 마련되고, 상기 입력부의 선택키가 입력되고 난 후 인체에 니들의 전류단자가 해당 생체부위에 침투되면, 경고음을 외부로 발생시킬 수 있도록 구성한다.

본 발명에 따르면, 상기 전극과 한 쌍의 니들에는 직류 또는 교류의 전류를 선택하여 적용될 수 있도록 구성한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치는 종래의 니들을 통한 외과적 수술이 시술자의 경험에 의해 생체내 니들의 침투 상태를 간접적으로 추측할 수 밖에 없어 시술자의 숙련도에 의해 의료시술의 안전성이 결정되는 문제점이 있었으나, 본 발명은 생체에 전기를 흐름시켜 니들이 생체 조직에 침투된 상태를 정확하게 파악할 수 있다.

즉, 생체에 약한 전류를 흐르게 하는 동시에 전류를 제공받는 외과 수술용 니들을 해당 생체부위인 피부, 근육, 지방, 혈관 및 신경에 침투시켜 생체전기 저항값으로부터 체수분량 및 전해질량에 따라 가변되는 전압 값을 통해 위상각을 갖는 주파수로 표시하도록 함으로써, 생체 내 해당부위에 니들이 정확하게 침투될 수 있도록 하여 외과적 수술의 안전성을 보장받을 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치는 생체 전기를 이용한 외과 수술용 니들이 생체 내에 해당 부위에 침투되었을 경우 외부로 경고음을 발생시켜 외과용 의료시술의 편의성을 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 생체 전기를 이용한 외과 수술용 니들은 피검자들에게 불편함을 덜어 주고 나아가서는 개인 안에서 변동이 적고 체지방량이나 체수분량 및 체내의 혈액량과 척추의 척수 등 유동액량을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.

도 1은 일반적인 인체성분 측정장치의 전극접촉 위치 및 인체의 임피던스모형을 보여주는 도면이고, 도 2는 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectric Impedance Analysis)의 원리를 나타낸 도면이며, 도 3은 임피던스와 저항, 리엑턴스, 위상각 간의 기하학적인 관계를 나타낸 도면이고, 도 4a는 본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치의 제1실시예를 나타낸 구성도이며, 도 4b는 본 발명의 생체전 기를 이용한 외과수술용 니들장치의 제2실시예를 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들을 나타낸 부분 확대 단면도이다.

먼저, 인체는 체수분, 단백질, 체지방, 무기질이 일정한 비율로 상호간에 균형을 이루고 있다. 신체 성분 분석(Body Composition Analysis)은 이러한 인체의 각 성분을 분석하여 우리 몸의 각종 질환을 미리 진단하고 예방하기 위한 필수 건강검진이다.

통상적으로 신체 성분분석을 하기 위한 많은 방법 중에 생체전기저항법(Bioelectrial Impedance Analysis)이 주로 이용되고 있다.

상기 생체전기저항법의 원리는 유기체에 전류를 흘렸을 때의 전도에 기초를 두고 있다.

즉, 인체를 제지방조직과 지방조직으로 이분하여 도체로 생각하면 인체에서 전도는 도체에 포함되는 수분과 그 속에 용해해 있는 전해질량에 비례한다.

따라서 수분과 전해질로 구성되어 있는 제지방 조직은 수분을 포함하지 않는 지방조직에 비하여 전도율이 크고 저항율이 작아 전류가 흐르기 쉽다.

여기에서 일정한 주파수를 사용하여 도체의 조성이 균일하다고 가정하면 저항값은 도체의 길이에 비례하고 횡단면적에 역비례한다. 체수분량은 도체의 길이와 저항값이 측정되면 추정할 수 있다.

본 발명은 상기 생체전기저항법을 기초로 하여 탐침니들 130b을 통해 인체의 각 부위(피부, 지방, 근육, 혈관)에 정확하게 주사액을 투여하거나 인체의 혈액 또는 척추 등에 존재하는 유동액을 추출할 때 탐침니들 130b이 투여 부위 또는 유동 액 추출부위에 정확하게 침투되도록 하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명에서 이용되는 전류는 직류 또는 교류 전류를 선택하여 적용할 수 있으나, 본 발명에서는 교류 전류에 대한 실시예로 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치의 제1실시예는 전극 120을 통해 약한 교류 전류를 인체에 흐르게 하는 동시에 전극으로 부터 약한 교류 전류를 공급받는 외과수술용 탐침니들 130b을 해당 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위에 선택적으로 침투시켜 각 생체 부위에 함유된 도체성질을 갖는 수분과 전해질량에 따라 이종 조직끼리 가변되는 전압을 통해 위상각을 갖는 주파수로 표시하여 탐침니들 130b이 침투된 생체 부위를 주파수로 식별할 수 있도록 포함한다.

도 4a에서 도시한 바와 같이, 제1실시예에 대한 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치는

교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부 110, 상기 교류신호 발생부 110를 통해 교류전류를 전달받으며, 신체의 피부에 접촉되는 하나 이상의 전극 120과, 약액을 생체 내에 침투시키거나 생체 내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자 131를 형성시켜 상기 교류신호 발생부 110로 부터 교류신호를 입력받을 수 있도록 하는 탐침니들 130b과, 상기 전극 120과 전류단자 131 사이의 전압을 측정하기 위한 전압신호 검출부 140와, 측정된 전압의 위상차를 측정하기 위한 위상 신호 검출부 150와, 상기 위상신호 검출부 150을 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부 180 와, 상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하는 표시부 160로 이루어진다.

또한, 본 발명의 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치의 제2실시예는 상기 교류신호 발생부를 통해 약한 교류 전류를 공급받는 외과수술용 니들을 한 쌍으로 구비하되, 상기 외과수술용 니들은 전류니들 130a과 탐침니들 130b로 구성된다.

상기 전류니들 130a은 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 먼저 침투시킨 후 주사액 주입과 생체 유동액의 추출 기능을 하는 탐침니들 130b을 국소 생체 부위에 침투시 전류니들 130a과 동일한 생체 부위에 침투되면 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 동종조직 의 생체부위에 의해 동일 전압을 갖아 생체 각 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수로 표시되도록 한다.

도 4b에서 도시한 바와 같이, 상기의 따른 제2실시예 따른 구체적인 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치는 교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부 110와, 상기 교류신호 발생부 110를 통해 교류전류를 전달받으며, 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 침투되는 전류니들 130a과, 약액을 체내에 침투시키거나, 체내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자 131를 형성시켜 상기 전류니들 130a을 통해 약한 교류신호를 입력받으며 국소 생체부위에 침투되는 탐침니들 130b과, 생체에서 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치한 전류니들 130a과 탐침니들 130b이 동일 전압인지 측정하는 전압신호 검출부 140와, 측정된 전압의 위상차를 측정하는 위상 신호 검출부와, 상기 위상신호 검 출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부와, 상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하여 전류니들 130a과 탐침니들 130b이 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치하여 동일 전압을 갖으면 생체 각 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수로 표시되도록 한다.

상기 교류신호 발생부 110는 800μA의 정전류원을 발생시켜 제1실시예의 전극으로 약한 교류 신호를 인가하고, 제2실시예의 경우에는 전류니들 130a로 약한 교류신호를 인가시킨다.

상기 제1실시예의 전극 120은 인체에 약한 교류신호를 인가하기 위한 수단으로써, 그 종류로는 각각 분리된 한 쌍의 전원공급과 측정 전극 120으로 구성하는 4전극과 공급 및 측정 전극 120이 일체형으로 구성된 한 쌍의 전극 120으로 구성하는 2전극 두가지로 적용될 수 있다.

본 발명에서 2전극은 접촉저항에 의해 정확도가 떨어지는 단점이 있어 주로 4전극을 적용한다.

상기 전극 120은 부위별 측정과 정확성을 증가시키기 위하여 각기 다른 통전 경로로 전류를 인가하여 수 회 측정한 후 1회의 체성분 분석 결과를 산출하는 방법을 사용한다. 이때는 필요한 측정 경로에 미리 4개 또는 12개의 전극 120을 부착한 다음 측정할 때 입,출력점 각각 2개씩, 4개의 전극 120만 통전시키고 나머지 단전시키기를 선택 경로에 따라 되풀이한다.

따라서 본 발명에서는 전극 120의 개수에 상관없이 측정은 4전극으로 설명하기로 한다.

체성분 분석에 이용되는 전극 120은 접착형으로 적용되며, 전극 120에는 젤의 사용정도, 인체의 굴곡 및 피부 건조소, 부착위치, 전극 120 자체의 전도성에 따라 분석 값에 영향을 주기 때문에 접촉전극 120은 쥐거나 밟거나 닿게 하여 측정하도록 한다.

따라서, 인체의 양 손, 발 전극 2개씩, 총 8개의 전극 120을 이용한 4전극 으로 분석하여 체성분을 부위별로 측정하며, 이때, 전극 120의 전도성 난조로 인한 재측정의 문제는 발생하지 않는다.

그리고, 제1실시예 및 제2실시예에 적용되는 탐침니들 130b은 체내에 침투되어 피부층, 근육층, 지방층, 신경, 혈관에 위치되면 시술용 주사액을 해당 부위에 침투시키거나, 해당 부위에 존재하는 유동액을 외부로 추출할 수 있도록 사용하는 의료기구이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 탐침니들 130b은 주사기 형태를 갖으며, 상기 주사기의 입구 단부에 전류단자 131를 형성시키고, 전류선(미도시)을 통해 상기 교류신호 발생부 110로 부터 약한 교류신호를 입력할 수 있도록 구성된다.

상기 탐침니들 130b은 후술될 전압신호 검출부 140와 위상신호 검출부 150 및 제어부 180를 통해 탐침니들 130b의 입구 단부가 생체내 각 부위인 피부층, 근육층, 지방층, 신경, 혈관 및 체내 유동액 중 어느 부위에 침투되었는지 확인할 수 있다.

여기서, 제1실시예의 전극 120과 탐침니들 130b 및 제2실시예의 전류니들 130a과 탐침니들 130b은 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectric Impedance Analysis)의 원리를 통해 부위별 체내에서 침투된 경로의 탐침이 가능하다.

즉, 유기체에 약한 교류 전류(50KHz, 800μA)를 흘렸을 때의 전도에 기초한다.

다시 말해, 인체를 전도성이 높은 조직인 생체 제지방과 낮은 조직인 지방으로 이분하여 인체에서 전도는 도체에 포함되는 수분과 그 속에 속해 있는 전해질량에 비례한다.

따라서 수분과 전해질로 구성되어 있는 제지방은 수분을 포함하지 않는 지방조직에 비하여 전도율이 크고 저항율이 작아 전류가 흐리기 쉽다는 원리를 이용하여 인체를 통과한 전류의 전압 강하량과 위상각을 측정한 후, 옴의 법칙(V=IR)으로 저항을 계산하고 리액턴스와 임피던스를 각각 산출하여 체성분을 분석한다.

여기서, 저항(Resistance. R)은, 전류의 흐름에 대한 도체의 순수한 저항이며, 역수로서 전류를 전달하는 물체의 능력을 말한다. 오옴의 법칙(Ohm's law)에서 저항( R)은 전류(I)에 대한 전압(V)의 비율로서 R=V/I로 나타낸다. 생물도체에 있어서 전류는 주로 이온에 의해 반송되며 전도율, 즉 전도되는 전기의 양은 단위체적(V)당 이온수(Ni)에 비례한다.

또한, 리액턴스(Reactance. Xc)는, 전기용량 또는 정전용량의 역수로 콘덴서에 의해 순간적으로 전압을 축적하는 능력이며, 회로에 흐르는 정현파 교류에 대하여 그 전압과 전류 사이에 진폭변화와 함께 위상차를 생기게 하는 작용을 한다. 이는 세포막 인터페이스(조직계면), 비이온화 조직에 의해 만들어지는 여러 가지 종류의 분극 프로세서와 관련이 있다.

아울러, 도 3에서 도시한 바와 같이, 위상각(α)은 저항에 대한 리액턴스의 비율의 역정접각으로 정전욜량이 전류에서 시간적 지연을 초래하여 위상의 변화를 일으킨다. 리액턴스와 위상각의 대부분의 생물 도체에 있어서 적은 값으로 나타나지만 신체조성의 평가에서는 중요한 요소가 된다.

제1실시예는 이종의 조직에 전류를 흘러보내도록 인체의 피부에 장착되는 전극과, 신체 조직내에 침투하는 탐침니들 130b을 통해 생체전기 임피던스 분석 및 위상각 연산이 전압신호 검출부 140 및 위상신호 검출부 150를 통해 이루어지며, 제어부 180를 통해 위의 연산된 데이터가 위상각을 갖는 주파수로 연산되어 표시부 160를 통해 외부로 출력된다.

상기 전압신호 검출부 140는 인체를 통과한 교류 신호를 증폭하여 위상 신호 검출부 150에 보내고 또한 교류 신호를 직류 성분으로 변환해서 마이크로프로세서의 A/D 변환기에 입력하여 직류 전압을 측정한다.

여기서, 전압신호 검출부 140는 인체를 통과한 교류 신호를 증폭하기 위한 증폭기 170를 포함한다.

그리고 위상신호 검출부 150는 상기 전압신호 검출부 140의 전압신호와 탐침니들 130b의 전류단자 131 신호간의 위상차를 측정한 다음 제어부로 신호를 인가한다.

이후, 제어부 180는 상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환한다.

이때, 생체내 피부층, 근육층, 지방층, 혈관 및 신경 및 체내 유동액이 존재 하는 각 부위는 도체 성질을 갖는 수분과 전해질량이 각기 다르기 때문에 전극과 탐침니들 130b이 생체내 이종 조직 내에 침투되었을 때 위상각을 갖는 주파수가 변환되어 시술자는 피검자 생체 내에 탐침니들 130b이 침투된 탐침 위치를 보다 정확하게 식별할 수 있다.

또한, 제2실시예의 경우 동종의 조직에 전류를 흘러보내도록 생체 조직 내에 전류니들 130a과 탐침니들 130b을 통해 생체전기 임피던스 분석 및 위상각 연산은 전압신호 검출부 140 및 위상신호 검출부 150를 통해 이루어지며, 제어부 180를 통해 위의 연산된 데이터가 위상각을 갖는 주파수로 연산되어 표시부 160를 통해 출력된다.

상기 전압신호 검출부 140는 인체를 통과한 교류 신호를 증폭하여 위상 신호 검출부 150에 보내고 또한 교류 신호를 직류 성분으로 변환해서 마이크로프로세서의 A/D 변환기에 입력하여 직류 전압을 측정함으로써, 생체에서 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치한 전류니들 130a과 탐침니들 130b이 동일 전압인지 측정한다.

여기서, 전압신호 검출부 140는 인체를 통과한 교류 신호를 증폭하기 위한 증폭기 170를 포함한다.

그리고 위상신호 검출부 150는 상기 전압신호 검출부 140의 전압신호와 탐침니들 130b의 전류단자 131 신호간의 위상차를 측정한 다음 제어부로 신호를 인가한다.

이후, 제어부 180는 상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환한다.

다음으로 표시부를 통하여 상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하여 전류니들 130a과 탐침니들 130b이 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치하여 동일 전압을 갖으면 생체 각 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수로 표시되도록 하여 피검자 생체 내에 탐침니들 130b이 침투된 탐침 위치를 보다 정확하게 식별할 수 있다.

이렇게, 제1실시예와 제2실시예는 체내의 피부, 근육, 지방, 혈관, 신경 및 체내의 유동액이 존재하는 각각의 생체 부위에 침투되는 탐침니들 130b의 탐침 상황에 맞추어 변환되는 주파수를 식별하여 탐침니들 130b의 생체내 침투 위치를 파악 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 생체 전기를 이용한 외과 수술용 니들 장치 100는 인체에 고통을 주지 않는 약한 교류 전류를 흐르게 하는 동시에 외과수술용 탐침니들 130b을 동종조직 또는 이종조직끼리 전류를 공급하여 해당 생체부위인 피부, 근육, 지방, 혈관 및 신경에 투입되는 탐침 정도에 따라 생체전기 저항값으로부터 체수분량을 추정하여 그 값을 위상각을 갖는 주파수로 표시하도록 한다.

이렇게, 생체내 부위에 탐침니들 130b이 정확하게 침투될 수 있도록 함으로써, 생체 각 부위에 정확하게 주사액 주입하거나 또는 생체내 유동액을 추출할 수 있도록 하여 보다 안정적인 외과적 수술의 보장받을 수 있도록 한다.

또한, 피검자들에게 불편감을 덜어 주고 나아가서는 개인 안에서 변동이 적고 체지방량이나 체수분량 및 체내의 혈액량과 척추의 척수 등 유동액량을 측정할 수 있다.

그 밖에 생체내 각 부위에 탐침니들 130b이 침투될 때 가변되는 주파수 확인을 통해 탐침니들 130b의 탐침 위치를 확인하는 방법 이외에 시술자가 직접 해당 생체내 각 부위를 선택하면 탐침니들 130b이 위치되었을 때 이를 외부로 알리는 방법도 병행될 수 있다.

이는, 생체내 부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관 및 신경 및 체내 유동액의 부위의 고유 주파수가 제어부에 입력되어 있고, 시술자는 선택키가 마련된 입력부를 통해 해당 부위의 선택키를 입력하면 탐침니들 130b이 생체내에 침투될 때 생체내 각 부위의 고유주파수와 일치되는 주파수가 발생할 경우 스피커를 통해 외부로 경고음발생시킬 수 있도록 한다.

결국, 기존 시술자의 경험에 의한 탐침니들 130b의 탐침 방법에서 벗어나 정확한 탐침니들 130b의 탐침 상황을 외부로 알림으로써, 탐침니들 130b의 탐침 오차에 대한 변동이 적어 더욱 안전한 의료시술을 보장받을 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 일반적인 인체성분 측정장치의 전극접촉 위치 및 인체의 임피던스모형을 보여주는 도면.

도 2는 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectric Impedance Analysis)의 원리를 나타낸 도면.

도 3은 임피던스와 저항, 리엑턴스, 위상각 간의 기하학적인 관계를 나타낸 도면.

도 4a는 본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치의 제1실시예를 나타낸 구성도.

도 4b는 본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치의 제2실시예를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명의 생체전기를 이용한 외과수술용 니들을 나타낸 부분 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 니들 장치 110 : 교류신호 발생부

120 : 전극 130a : 전류니들

130b : 탐침니들 131 : 전류단자

140 : 전압신호 검출부 150 : 위상신호 검출부

160 : 표시부 170 : 증폭기

180 : 제어부 190 : 입력부

Claims (7)

1. 전극을 통해 전류를 인체에 흐르게 하는 동시에 전극으로 부터 전류를 공급받는 외과수술용 탐침니들을 해당 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위에 선택적으로 침투시켜 각 생체 부위에 함유된 도체성질을 갖는 수분과 전해질량에 따라 이종 조직끼리 가변되는 전압을 통해 위상각을 갖는 주파수로 표시하여 탐침니들이 침투된 생체 부위를 주파수로 식별할 수 있도록 포함한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치.
2. 전류를 공급받는 외과수술용 니들을 한 쌍으로 구비하되, 상기 외과수술용 니들은 전류니들과 탐침니들로 마련한 다음 상기 전류니들은 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 먼저 침투시킨 후 주사액 주입과 생체 유동액의 추출 기능을 하는 탐침니들을 국소 생체부위에 침투시 전류니들과 동일한 생체 부위에 위치되면 도체성질을 갖는 동종 조직의 동일한 수분과 전해질량에 의해 동일 전압을 갖게 되는 생체 각 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수를 외부로 표시되도록 포함한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치.
3. 제 1항에 있어서,

   교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부와,

   상기 교류신호 발생부를 통해 교류전류를 전달받으며, 신체 피부에 접촉되는 하나 이상의 전극과,

   약액을 체내에 침투시키거나, 체내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자를 형성시켜 상기 전극으로 부터 교류신호를 입력받을 수 있도록 하는 탐침니들과,

   전극과 탐침니들 사이의 전압을 측정하기 위한 전압신호 검출부와,

   측정된 전압의 위상차를 측정하기 위한 위상 신호 검출부와,

   상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부와,

   상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하는 표시부로 포함한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치.
4. 제 2항에 있어서,

   교류 전류를 생성하는 교류신호 발생부와,

   상기 교류신호 발생부를 통해 교류전류를 전달받으며, 생체부위인 피부층, 근육층, 지방층, 혈관, 신경 및 체내 유동액 부위 중 해당 생체부위에 침투되는 전류니들과,

   약액을 체내에 침투시키거나, 체내의 유동액을 추출할 수 있도록 주사기 형태를 갖도록 하되, 주사기 입구 단부에 전류단자를 형성시켜 상기 전류니들을 통해 교류신호를 입력받으며 국소 생체부위에 침투되는 탐침니들과,

   생체에서 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 위치한 전류니들과 탐침니들이 위치시 동일 전압인지 측정하는 전압신호 검출부와,

   측정된 전압의 위상차를 측정하는 위상 신호 검출부와,

   상기 위상신호 검출부를 통해 검출된 위상차를 연산하여 위상각을 갖는 주파수로 변환하는 제어부와,

   상기 위상각을 갖는 주파수를 외부로 출력하여 전류니들과 탐침니들이 도체성질을 갖는 수분과 전해질량이 동일한 생체부위에 침투하여 동일 전압을 갖으면 생체 해당 부위의 고유 위상각을 갖는 주파수로 표시되도록 하는 표시부로 구성한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과 수술용 니들장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 전압신호 검출부에서 발생한 전류값 및 측정된 전압값을 증폭하기 위한 신호 증폭기를 더 포함한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치.
6. 제 3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 니들이 침투될 대상 생체 부위인 피부, 근육, 지방, 혈관 및 신경에 해당되는 선택키가 마련된 입력부가 마련되고, 상기 입력부의 선택키가 입력되고 난 후 인체에 니들의 전류단자가 해당 생체부위에 침투되면, 경고음을 외부로 발생시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전극과 한 쌍의 니들에는 직류 또는 교류의 전류를 선택하여 적용될 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 생체전기를 이용한 외과수술용 니들장치.

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