KR101335502B1 - 심장 임펄스를 모니터링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

환자의 심장 운동을 모니터링하기 위한 방법들과 장치가 환자의 인체의 일부에 결합될 수 있는 탐침을 사용한다. 이 탐침은 예를 들어, 환자의 대동맥궁 또는 갑상 연골에 결합될 수 있다. 이 탐침은 환자와 접촉하도록 바이어스된다. 이 탐침은 심장 운동에 의해 야기되는 운동들을 감지한다. 이 장치는 심장 운동에 의해 야기되는 가속들 및 변위들을 표시할 수 있다. 다수의 해부학적 부위들로부터의 파형들이 획득되고, 시간과 진폭상으로 표준화되고, 그리고 결과물인 파형들을 만들기 위해 조합될 수 있다. 파형들을 조합하는 것은 가산과 감산을 포함할 수 있다.

Description

심장 임펄스를 모니터링하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR MONITORING HEART IMPULSES}

관련 출원에 대한 상호참조사항

본 출원은 2005년 8월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제11/207,704호 및 2006년 4월 26일자로 출원된 미국 특허출원 제11/380,409호에 대한 우선권을 주장한다.

기술 분야

본 발명은 심장 운동을 비관혈적으로(non-invasively) 모니터링하기 위한 방법들과 장치에 관한 것이다. 이 방법들과 장치는, 특히, 인간의 심장들의, 심장 기능들을 비관혈적으로 모니터링하기에 유용하나, 이에 한정되지는 않는다.

심장병은 사망의 주된 원인이다. 심장병의 조기 발견을 가능하게 할 방법들과 장치 그리고 심장병들을 진단하기에 유용한 정보를 얻을 수 있는 방법들과 장치가 필요하다.

심장 기능의 비관혈적 모니터링을 위한 종래의 방법들은 다음을 포함한다:

* 기계적 방법, 예를 들어, 경부의 경동맥의 펄스 기록 또는 아펙스 심장 검사법(jugular carotid artery or apex cardiography).

* 전기적 기술들, 예를 들어, 심전도 (ECGs).

* 심장 초음파 검사, 방사선촬영술 및 자기 공명 영상법(MRI)을 포함하는, 영상 기술들.

현존하는 기계적 방법들은, 환자들 사이의 육체적 차이점들 때문에 부정확할 수 있다. 예를 들어, 심장음(heart sounds)의 세기는, 환자들의 지방층 두께의 차이와 같은, 환자들 사이의 생리적 차이점들이 심장음의 세기에 영향을 주기 때문에 심장 기능의 좋은 측정법이 아니다.

전기적 기술들은, 측정된 전기적 신호들을 심장의 수축력과 관련시키기 어려운 단점이 있다. 영상 기술들도 또한 이러한 문제에 처해 있다. 예를 들어, 초음파 심전도는 "박출율(ejection fraction)"로 알려진 비율을 결정한다. 정상적으로 기능을 발휘하는 심장에서, 박출율은, 심장의 수축력과 관련될 수 있다. 그러나, 심장이 정상적으로 기능하지 않으면, 이러한 관련성은 유효하지 못할 수 있다.

상술한 종래 방법들 또는 기술들은 심장 사이클의 등용적성 시기(isovolumic phase)를 정확히 특징지을 수 없다. 등용적성 시기의 특성들은, 관상동맥질환(coronary artery disease)과 다른 심장병들을 식별하는데 있어 중요할 수 있다.

"Pinchak, ESOPHAGEAL ACCELERATION AND THE CARDIOVASCULAR SYSTEM, Journal of Sound and Vibration, 1979, pp. 369-373"는, 청진기내에 소형 가속도 계들(miniature accelerometers)의 사용을 평가한다.

코블란스키(Koblanski)의, 본 명세서의 참고문헌을 이루는, 미국 특허 제5,865,759호에는, 인간의 심장 기능을 평가하기 위한 장치와 방법이 개시되어 있다. 이 장치는, 갑상 연골(갑상선 연골)의 심장 기능에 대한 반응을 감지하기 위하여 기관(trachea)의 반대방향에 목의 갑상 연골에 위치된 감지 메카니즘을 제공한다. 현가 장치(restraining system)를 감지 메카니즘을 제자리에 고정하기 위해 설치한다. 이 장치는, 유용하기는 하나, 다음을 포함하는 여러 단점들을 가지는 것으로 밝혀졌다:

* 이 장치는 환자의 자세에 바람직하지 않게 민감하고;

* 이 장치는 큰-진폭(larger-amplitude)의 심장 운동 바로 뒤에 일어나는 낮은-진폭의 심장 운동들을 정확히 검출하지 못할 수 있으며;

* 신호-대-소음 비율이 바람직하지 않게 낮고;

* 현가 장치를 적절히 조절하는 것이 바람직하지 않게 어려우며; 그리고,

* 이 시스템은 그 구성요소들이 의류, 베개, 턱수염, 지방과다 목 조직, 또는 가슴과 같은 장애물들과 접촉할 경우, 잘못된 결과들을 제공할 수 있다.

심장 운동들을 모니터링하기 위한 실제적인 방법들과 장치가 여전히 필요하다.

발명의 요약

다음의 실시예들과 그 측면들은, 본 발명의 범위를 예시하고 설명하기 위한 것이며 그 범위를 제한하지 않는, 시스템들과 방법들과 관련하여 기술되고 설명되어 있다.

본 발명의 하나의 측면은, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은: 제1 방향으로 환자의 해부학적 구조에 대해 탐침을 편향되게 하는 바이어스력(bias force)을 가하는 단계와; 상기 탐침이 환자의 심장 운동들에 반응하여 상기 바이어스력에 거슬러 이동하게 하는 단계와; 그리고, 상기 탐침의 운동들을 측정하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 측면은, 환자의 심장 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는, 환자의 해부학적 구조에 갖다 대도록 된 하나의 탐침을 포함하여 구성된다. 이 탐침은 환자의 심장 운동들에 반응하여 제1 방향으로 움직일 수 있다. 이 장치는 또한 제1 방향으로의 탐침의 운동들을 감지하기 위하여 연결된 하나의 가속도계를 포함하여 구성될 수 있는, 하나의 운동 센서를 포함하여 구성된다. 하나의 바이어스 메커니즘이 해부학적 구조에 대해 제1 방향으로 탐침을 편향시키기 위해 결합되어 있다.

기계적 운동 증폭기가 탐침과 운동 센서 사이에 구비될 수 있다. 이 기계적 운동 증폭기는, 탐침과 운동 센서 사이에 하나의 회동축을 갖는 하나의 레버를 포함하여 구성될 수 있다. 회동축 또는 운동 센서는, 기계적 운동 증폭기의 눈금을 조절하기 위해 레버를 따라서 이동할 수 있다.

이 장치는, 탐침의 가속과 변위(displacement) 모두의 파형들을 보여주는 표시장치들을 포함하여 구성될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 심장 운동들의 가속과 이동은, 실시간으로 동시에 표시되며, 심장 운동의 여하한 불규칙성들을 검출하기 위해 관찰될 수 있다.

본 발명의 다른 측면들과 본 발명의 여러 예시적인 실시예들의 특성들이, 아래에 기술되어 있으며, 첨부된 도면들에 나타나 있다.

본 발명의 비제한적인 실시예들을 설명하는 도면들 중에서:

도 1은, 앉아있는 환자의 대동맥궁(aortic arch)의 운동을 모니터링하기 위해 결합된 심장 모니터링 장치의 측면도이고;

도 1A는, 도 1의 심장 모니터링 장치의 탐침과 환자의 대동맥궁의 상호작용을 설명하는 개략도이며;

도 2는, 누운 자세에서 환자의 대동맥궁의 운동을 모니터링하기 위해 결합된 도 1의 장치의 탐침을 보여주는 도면이고;

도 3은, 앉아있는 환자의 갑상 연골의 운동들을 측정하기 위해 결합된 도 1의 장치의 측면도이며;

도 4는, 도 3의 심장 모니터링 장치의 탐침과 환자의 갑상 연골의 상호작용을 설명하는 개략도이고;

도 4A, 4B 및 4C는, 각각 환자의 갑상 연골의 운동들을 측정하기 위한 심장 모니터링 장치에 결합되기 위해 사용될 수 있는 탐침의 평면도, 부분단면도 및 측면도이며;

도 5는, 도 1 - 4의 장치의 사시도이고;

도 6 및 7은, 하나의 아래턱 받침대와 하나의 턱 및 헤드 받침대를 구비한, 도 1 - 4의 장치의 부품들의 평면도들이며;

도 8은, 하나의 레버와 그 레버를 회동가능하게 지지하는 하나의 회동가능 지지 부재의 부분 절결 도면이고;

도 8A는, 도 8의 8A-8A 선 단면도이며;

도 9는, 대동맥궁에 결합시키기 위한 레버의 작동부(effort section)에 연결된 하나의 탐침을 갖는, 도 8에 나타나 있는 장치의 구성요소들의 측면도이고;

도 10은, 도 9에 상응하되, 그 탐침이 갑상 연골에 결합시키기 위한 하나의 다른 탐침에 의해 대체되는 구성요소들의 측면도이며;

도 11은, 도 9의 장치의 정면도이고;

도 12는, 하나의 보호 덮개와 하나의 하우징을 구비한, 도 11에 나타나 있는 부품들을 포함하는 장치의 확대 사시도이며;

도 13은, 도 12의 장치의 측면도이고;

도 14는, 환자의 피부와 커플링 접촉하는 도 11과 12의 장치의 대동맥궁 탐침의 하나의 단부의 부분 절결 도면이며;

도 15는, 기계적 및 광학적 운동 증폭 장치들을 포함하는, 도 1 - 4의 장치 의 부품들의 개략도이고;

도 16 및 17은, 두가지의 광학 운동 증폭 장치를 개략적으로 설명하는 도면들이며;

도 18은, 하나의 회동가능 지지 부재의 측면도이고;

도 19는, 도 18의 지지 부재의 하나의 단부를 지지하는 하나의 피벗의 횡단면도이며;

도 20은, 하나의 예시적인 심장 운동 감지 장치의 구성요소들의 블록도이고; 그리고,

도 21은, 본 명세서에 개시된 몇몇 실시예들에 의한 방법들과 장치를 적용함으로써 만들어질 수 있는 유형의 예시적인 심장 운동 파형이다.

상세한 설명

다음의 상세한 설명 전반에 걸친 특정 설명들은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 더 완전한 이해를 제공하기 위해 기술되어 있다. 그러나, 본 발명을 불필요하게 불분명하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려져 있는 요소들은 도시하지 않거나 설명하지 않았을 수 있다. 따라서, 상세한 설명과 도면들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 의미로 받아들여져야 한다.

심장의 가속(acceleration)과 같은, 심장 운동의 측정은, 심장의 상태에 대한 가치있는 해결책을 제공한다. 심장의 운동은, 심장(heart mass)의 운동 량(momentum)의 변화로 인한 힘들에 의해 그리고 심장 사이클의 여러 시기들 동안의 혈액의 박출에 의해 일어난다. 심장 이상들은, 이러한 힘들의 패턴과 진폭을 변화시킬 수 있으며, 그에 따라 진단적 가치(diagnostic value)를 제공한다.

심장은, 모두가 진단적 의의를 가지는 강하고 약한 힘들을 발생시킨다. 본 명세서에 기술된 방법들과 장치는 심장 사이클의 심장 수축 시기와 심장 이완 시기 모두의 측정을 가능하게 한다. 이 장치는, 환자의 심장 사이클의 등용적성 시기(즉, 심장의 판막들이 열리기 전의 심장 수축)를 특징짓는 측정값들을 얻기 위해 적용될 수 있다. 등용적성 수축은, 크기와 지속 기간에 있어서 박출 시기(ejection phase)와 크게 관련되어 있다. 심장 운동을 모니터링함에 의해 얻을 수 있는 가치있는 진단 결과의 하나의 예로서, 낮은 등급 박출과 결합된, 등용적성 시기의 큰 수축력은 대동맥 판막의 협착증이 존재한다는 강력한 표지이다.

본 발명은 환자의 심장 운동들을 모니터링하기 위한 비관혈적 방법들을 제공한다. 이 방법들은, 심장 운동들에 반응하여 움직이는 해부학적 구조(예를 들어, 기관 연골 또는 대동맥궁)에 대해 하나의 탐침을 배치하는 단계를 포함하여 구성된다. 이 탐침은, 해부학적 구조의 심장- 유도 운동들과 일반적으로 평행하는 방향으로 작용하는 바이어스력에 의해 해부학적 구조와 접촉하도록 바이어스된다. 몇몇 실시예들에서, 이 탐침은, 그 운동을 증폭시키는 하나의 기계적 증폭기에 의해 하나의 운동 센서 (예컨대, 가속도계)에 연결되어, 증폭된 운동을 운동 센서에 인가한다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 의한 심장 모니터링 장치(10)를 나타낸 다. 이 장치(10)는, 대동맥궁의 완두동맥 구역(brachiocephalic region)에서 심장의 힘들을 측정하도록 구성된다. 아래에 설명한 바와 같이, 이 장치(10)는, 이와 달리, 기관의 갑상 연골 구역과 같은, 다른 해부학적 구조들에서 심장의 힘을 측정하도록 구성될 수 있다.

대동맥궁은, 이 위치에서의 측정들이 심방 수축을 포함하는 심장 사이클의 모든 시기들에 대한 많은 정보를 제공할 수 있기 때문에, 심장의 힘들을 측정하기에 좋은 곳이다. 대동맥궁에서의 심장의 힘들을 측정하는 것은, 환자가 자연스러운 자세로 누워있는 동안 만족스러운 측정들이 행해질 수 있기 때문에 수술실에서 또한 편리하다. 심장 운동은, 대부분의 포유동물에서 대동맥궁의 완두동맥 구역의 운동을 모니터링함으로써 측정될 수 있다.

이 장치(10)는, 의자(14)에 앉아있는 환자(S)의 가슴의 대동맥궁과 결합되어 있는 관계로 도시되어 있다. 이 장치(10)는 지지 플레이트(18)에 의해 천정(17)에 착설되어 있는 지지 장치(16)에 달려있다. 지지 장치(16)는, 이 장치(10)가 쉽게 조작되어 환자(S)에 대한 위치가 조절되게 한다. 지지 장치(16)는 수술실들에서 또는 치과의사의 진료실들에서 사용되는 유형들의 오버헤드 램프들을 지지하기 위해 사용되는 것과 비슷한 유형의 오버헤드 카트리지 및 회전 메커니즘을 포함하여 구성될 수 있다. 광범위한 적절한 지지 메커니즘들이 잘 알려져 있으며 그에 따라 본 명세서에는 더 상세하게 기술하지 않는다.

이 장치(10)는, 환자의 해부학적 구조에 가해진 심장의 힘들을 감지하기 위해 탐침(20)(도 1A 참조)에 결합될 수 있는 위치로 이동된다. 해부학적 구조는 예 를 들어, 환자(12)의 대동맥궁 또는 갑상 연골을 포함할 수 있다. 도 1, 도 1A 및 도 2는, 환자(12)의 대동맥궁(A)의 운동들을 감지하도록 구성된 것을 보여준다. 대동맥궁(A)은, 환자의 심장(H)의 운동들에 반응하여 움직인다. 도 1A는, 탐침(20)이 환자의 목에 대해 대략 45도의 각도로 경부와 쇄골 절흔 사이의, 심장의 주요 축과 실질적으로 평행한, 환자의 흉골병(manubrium: M)의 우측면 뒤쪽으로 안내될 수 있음을 보여준다. 지지 장치(16)는, 환자(S)에 대해 외부에 있으며, 장치(10)가 설치되어 있는 베이스[예를 들어, 플레이트(18)]에 대한 위치에 탐침(20)을 지지한다.

탐침(20)의 도입을 촉진하기 위하여, 환자의 머리는 오른쪽으로 돌려져 있다. 탐침(20)이 대동맥궁(A)에 인접한 깊이까지 전진하여 기록이 얻어지도록, 환자는 여러번 깊게 숨을 들이마시도록 요청된다. 이것은 일반적으로, 흉골병(M)의 꼭대기 끝머리(top edge) 아래에 약 1½ 인치(약 3¾ cm) 보다 깊은 깊이까지 탐침(20)을 삽입하는 것을 포함한다. 일반적인 성인 환자들에 있어서, 탐침(20)은, 흉골병(M)의 꼭대기 끝머리 아래로 약 2 인치(약 5 cm) 지점에 있을 때, 대동맥궁의 완두동맥 구역에 결합되어 이동할 수 있다. 탐침(20)은, 대동맥궁(A)에 접근함에 따라, 환자의 심장 박동과 함께 주기적인 패턴으로 쌍화살표 방향(21)으로 이동하기 시작할 것이다. 심장 운동 진폭이 최대화될 때까지 감지된 심장 운동들의 진폭들을 모니터링하는 동안 탐침(20)의 위치가 조절될 수 있다.

탐침(20)은 바이어스 메커니즘에 의해 심장(H)을 향해 바이어스된다. 여러 바이어스 메커니즘들을 아래에 기술한다. 바이어스 메커니즘은, 쌍화살표 방향(21)으로 탐침(20)을 따라 연속적인 힘을 가함으로써, 대동맥궁(A)과 함께 움직이도록 탐침(20)을 계속 결합시킨다. 탐침(20)은 대동맥궁(A)의 운동들에 반응하여 쌍화살표 방향(21)으로 움직인다.

턱 및 머리 지지대(23)가 장치(10)의 하우징(24)에 구비되어 있다. 턱 및 머리 지지대(23)는, 탐침(20)이 환자의 대동맥궁의 완두동맥 구역에 결합될 때, 환자의 턱 그리고 환자의 두개골의 베이스와 접촉하도록 조절된다. 환자는, 이 장치(10)가 탐침(20)의 운동들을 모니터링할 때, 턱 및 머리 지지대(23)에 그의 머리를 기댈 수 있다.

도 2는, 틸팅가능 플랫폼(26) 상에서 머리가 오른쪽으로 돌려진 환자(S)에 사용 중인 장치(10)를 보여준다. 탐침(20)은 환자(S)의 대동맥궁에 결합되어 있다. 턱 및 머리 지지대(23)(도 2에 도시되지 않음)는 장치(10)가 환자(S)에 대해 움직이는 것을 방지하기 위해 사용된다. 플랫폼(26)은, 환자의 머리가 다소 아랫방향으로 기울도록 틸팅될 수 있다. 이것은, 탐침(20)과 환자의 대동맥궁 사이의 결합을 좋게 유지하는 것을 돕고, 환자의 혈액 순환에 영향을 줄 수 있는 방식으로 환자의 다리들에 혈액이 울혈되는 것을 또한 방지한다. 도 2에 도시된 자세는 복부 기관들로 하여금 환자의 횡격막을 밀어내게 한다. 이에 따라, 가슴부위 기관들이 밀려서 탐침(20)에 의해 더 쉽게 접근될 수 있도록, 대동맥궁이 흉골병의 꼭대기 끝머리에 더욱 근접하게 움직인다. 도 2에 나타낸 바와 같이 환자가 반듯이 누운 자세를 취하게 하는 것은, 환자가 그 등에 지지되어 있을 수 있기 때문에 다양한 수술실 셋팅을 위해 좋은 배치이다. 환자의 머리는 도시된 대로 오른쪽으로 돌려져야 한다.

폐 저항(Lung resistance)이 심장의 운동에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 폐 저항은 심장의 성능을 결정하기 위해 장치(10)의 사용과 함께 측정되어야 한다. 폐 저항은, 장치(10)에 의해 얻은 측정값들을 해석할 때 고려될 수 있다. 폐 저항은, 장치(10)에 의해 감지된 변위들을 모니터링하면서 환자에게 상당히 재빨리 숨을 쉬도록 요청함으로써 시험될 수 있다. 환자의 호흡들에 상응하는 변위의 진폭이 높을수록, 폐 저항이 더 높은 것으로 평가된다. 이 변위는 전자적으로 감지되어 기록되거나 장치(10)에 구비된 표시장치에 의해 관찰될 수 있다.

도 3과 4는, 환자(S)의 갑상 연골의 심장-유도 운동을 모니터링하도록 구성된 장치(10)를 보여준다. 환자(S)는 높은 발 받침대(29)에 발을 올려 놓은 채로 좌석(28)에 앉는다. 이러한 자세에서, 복부가 어느 정도 압력을 받는다. 환자가 다른 자세로 있는 동안, 갑상선 연골 운동이 또한 측정될 수 있는데, 예를 들어, 갑상 연골의 운동이 모니터링되는 동안 도 2에 나타낸 바와 같이 환자가 틸팅가능 테이블위에 머리를 아래로 한 자세일 수 있다. 하우징(24)의 상단은 환자의 턱과 평행하도록 조절된다. 탐침(20) (도 1 참조)은 탐침(20A)으로 대체되었다. 탐침(20A)은, 환자의 갑상선 연골 절흔(N)에서 환자의 갑상 연골(T)의 꼭대기 끝머리와 맞물린다. 탐침(20A)은, 아래에 설명하는 바와 같은 스프링 또는 다른 바이어스 메커니즘에 의해 환자의 갑상 연골의 상단에 대해 아래방향으로 바이어스된다.

장치(10)가 환자의 갑상 연골의 운동을 모니터링하는 동안, 환자의 아래턱은 하우징(24)의 U-자형 아래턱 받침대(30)에 얹혀져 있다. 아래턱 받침대(30)는 장치(10)가 환자의 대동맥궁의 운동을 모니터링하기 위해 사용될 때, 턱 및 머리 지지대(23)의 사용을 방해하지 않도록 제거가능할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 플 레이트들(31)이 아래턱 받침대(30)의 마주보는 측면들에 회동가능하게 연결된다. 조절 스크류들(32)은 플레이트들(31)의 슬롯들(33)을 통해 나사산이 형성된 하우징(24)과의 연결부에 삽입된다. 아래턱 받침대(30)는 환자의 아래턱과 접촉하도록 조절될 수 있다. 스크류들(32)은 그 다음에 아래턱 받침대(30)가 이동하는 것을 방지하기 위해 조일 수 있다. 스크류들(32)은, 아래턱 받침대(30)를 제거하도록 제거될 수 있다.

도 3에서, 환자의 머리는, 가슴쪽으로 기울여지고, 발들은 환자의 복부내의 압력을 상승시키기 위해 환자의 몸체에 가깝게 올려진다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 환자(12)가 기울여진 테이블위에 머리를 아래로 하고 누워있도록 해도 환자의 갑상 연골의 운동을 또한 측정할 수 있다.

도 4A, 4B 및 4C에 나타낸 바와 같이, 탐침(20A)은 환자의 갑상 연골의 상부 가장자리에 맞닿을 수 있는 하나의 돌기(34)를 가진다. 돌기(34)는, 돌기(44A)가 환자의 갑상선 연골 절흔(N)에 중심을 두게 도와주는 경사지거나 원형인 측면들(34A 및 34B)을 가지는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 돌기(34)는 다소 아랫쪽을 향하는 각도로 경사져 있다. 탐침(20A)은 환자의 갑상 연골의 측면들에 인접한 환자의 목에 결합하는 아암들(36A 및 36B)을 포함할 수 있다. 아암들(36A 및 36B)은 탐침(20A)이 측면-대-측면으로 환자의 갑상 연골상에 중심을 잡도록 도와준다. 아암들(36A 및 36B)은 탄성적일 수 있다. 아암들(36A 및 36B) 및 돌기(34)는 환자의 편안함을 위해 그리고 환자 피부의 염증을 방지하기 위해 탄성재로 코팅될 수 있다. 탐침(20A)은 그것을 환자의 갑상 연골의 상부 가장자리에 결합시키는 다른 구성들을 가질 수 있다.

이 장치(10)가 대동맥궁 또는 갑상 연골 중 어느 하나에서 심장 운동을 측정하기 위해 구성된 것으로 기술되어 있기는 하나, 본 발명에 의한 장치는 이러한 곳들 중의 오직 하나에서 또는 다른 적절한 해부학적 부위에서 특별히 심장 운동을 측정하도록 구성될 수 있다.

도 5는, 본 발명의 특정한 예시적인 실시예에 의한 심장 운동 측정 장치(10)의 구체적 구성들을 보여준다. 하나의 핸들(38)이 하우징(24)에 구비되어 있다. 이 장치(10)는, 핸들(38)를 조작함으로써 원하는 위치로 안내될 수 있다. 하우징(24)은, 원하는 대로 기울여질 수 있도록 하나의 볼 조인트(39)에 의해 지지 장치(16)에 연결된다. 볼 조인트(39)는, 지지 장치(16)에 대해 원하는 위치에 하우징(24)을 고정시키기 위해 하나의 로크 스크류(39A)를 가진다.

하나의 표시장치(40)가 하우징(24)에 또는 다른 편리한 위치에 구비된다. 표시장치(40)는, 이 장치(10)에 의해 측정된 환자의 심장 운동에 관한 정보뿐만 아니라 장치(10)의 상태에 관한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시장치(40)는 환자의 심장의 변위를 시간의 함수로서 보여주는 하나의 파형을 표시할 수 있으며, 그리고 표시장치(40)에 의해 표시되는 위 파형의 변위의 크기 또는 진폭을 표시하기 위한 하나의 변위 크기 표시장치(42)를 포함할 수 있다.

이 장치(10)는 하나의 컴퓨터(44)에 연결될 수 있다. 컴퓨터(44)는 랩탑 컴퓨터, 개인용 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터(44)는 장치(10)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 이 데이터는 심장 운동을 나타내는 데이터 가 포함될 수 있으며, 다른 데이터를 포함할 수 있다. 이 데이터는 컴퓨터(44)에 의해 저장되고, 조작되고, 표시되거나 그와 달리 처리될 수 있다.

도시된 실시예들에서, 탐침(20 또는 20A)은 하우징(24)으로부터 돌출된 하나의 레버(50)의 일단부에 착설된다. 이 장치(10)는 아래에 상세히 설명하는 바와 같이, 스프링과 같은 바이어스 수단을 포함한다. 이 바이어스 수단은 환자의 대동맥궁 또는 환자의 인체의 다른 부분을 향해 탐침을 바이어스시키고 그것에 의해 탐침(20) 및 환자의 인체 사이의 우수한 결합을 유지한다. 탐침(20)의 완두동맥 구역내의 환자의 대동맥궁과의 올바른 결합은 레버(50)의 강한 회동에 의해 표시될 것이다.

이 장치(10)는 레버(50)의 운동을 감지하는 하나의 센서를 포함한다. 환자의 심장 운동들은 환자의 대동맥궁(심장에 바로 연결되어 있음)으로 전달된다. 대동맥궁의 운동들은 탐침(20)에 의해 레버(50)로 전달된다. 그러므로, 레버(50)의 측정된 운동들은 환자의 심장 운동들과 직접적인 상관관계가 있다. 아래에 상세하게 설명하는 바와 같이, 이 장치(10)는 이러한 운동들 및/또는 이러한 운동들로부터 유도된 값들을 기록하고 처리하며 그리고/또는 표시할 수 있다.

도 6 및 7에 나타나 있는 바와 같이, 턱 및 머리 지지대(23)는 하나의 샤프트(57)에 각기 회동가능하게 고정되어 있는 한쌍의 아암들(55)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 샤프트(57)는 하나의 슬리브(59)를 관통해 있다. 아암들(55) 각각의 맞은편에, 자유 단부(60)가 피벗(61)에 의해 하나의 패드(62)에 연결된다. 턱 및 머리 지지대(23)가 사용 중일 때 패드들(62)은 환자에 받쳐져 있다.

하우징(24)에 대해 샤프트(57) 및 아암들(55)을 회동시킴으로써, 턱 및 머리 지지대(23)가, 아암들(55)이 하우징(24) 위에 놓여 있는 도 6의 비동작 위치 그리고 아암들(55)과 그들의 패드들(67)이 레버(50)가 돌출되어 있는 하우징(32)의 단부 아래로 돌출되어 있는 도 7의 동작 위치 사이에서 이동될 수 있다. 턱 및 머리 지지대(23)는 도 1에 그 동작 위치가 나타나 있다.

환자의 갑상 연골의 운동을 측정하려고 하면, 턱 및 머리 지지대(23)를 그 비동작 위치로 이동시키고, 아래턱 지지대(30)를 하우징(24)에 설치하며, 핸들(38)을 조작하여 탐침(20A)을 환자의 갑상 연골의 꼭대기 끝머리와의 접촉점으로 이동시킨 후에, 환자에 고정시키도록 조절될 수 있다. 탐침(20A)과, 환자의 갑상 연골의 올바른 결합은 레버(50)의 눈에 보이는 규칙적인 회동에 의해 표시되는 것이 일반적이다. 아래턱 받침대(30)를 제거하고 턱 및 머리 지지대(23)를 도 7에 나타나 있는 그 동작 위치로 회동시킴으로써 그리고 탐침(20A)을 탐침(20)으로 대체함으로써, 장치(10)는 환자의 대동맥궁에 결합되도록 준비될 수 있다.

도시된 실시예에서, 탐침(20 또는 20A)은 레버(50)의 말단부(69)에 설치된다. 레버(50)는 하우징(24)에 회동가능하게 설치된 지지 부재(70)에 지지되어 있다. 도 18로부터, 지지 부재(70)의 각 단부가, 지지 부재(70)의 일단부의 하나의 핀(72)과 하우징(24)에 지지된 하나의 스크류(74)의 하나의 소켓(73) 사이에 형성된 하나의 회동축 지지대(71)에 굴대설치되어(journalled) 있음을 알 수 있다. 하나의 탐침(예를 들어, 20 또는 20A)은 환자의 심장 운동으로 인해 일어나는 환자 인체의 관련부위의 움직임들에 의해 변위된다. 이러한 운동들은 레버(50)와 지지 부재(70)로 하여금 지지 부재(70)의 길이방향 축 주위를 회동하게 한다.

하나의 가속도계(80)(도 8a)가 U-자형 브래킷(81)에 고정된다. 하나의 록킹 스크류(82)가 브래킷(81)을 해제가능하게 고정하기 위해 그리고 그것과 함께 가속도계(80)가 레버(50)를 따라서 원하는 위치에 설치되어 있다. 가속도계(80)가 레버(50)를 따라 설치된 위치는, 스크류(82)를 풀어줌으로써 그리고 레버(50)를 따라서 원하는 위치에 브래킷(81)을 슬라이딩시킴으로써 조절될 수 있다. 레버(50)가, 탐침(20 또는 20A)이 결합되는 레버(50)의 말단부(69)의 여하한 움직임에 대해서도 기계적 증폭을 제공하는 것을 알 수 있다. 증폭량은 레버(50)를 따라 원하는 위치까지 가속도계를 슬라이딩시킴으로써 조절될 수 있다. 이러한 조절은, 상이한 가속도계들이 동일한 가속에 대해 상이한 전기적 출력들을 산출하는 경향이 있다는 사실을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 가속도계(80)는, 레버(50)의 말단부(69)가 특정 가속으로 인해 움직일 때 원하는 출력을 산출하도록, 레버(50)의 그러한 위치에 설치될 수 있다.

장치(10)는 미리 정해진 가속을 제공하는 하나의 바이브레이터에 레버(50)를 결합시킴으로써 측정될 수 있다. 레버(50)를 따라 설치된 가속도계(80)의 위치는, 가속도계(80)의 출력 신호가 원하는 값을 가질 때까지 조절될 수 있다.

도시된 실시예에서, 레버(50)는 기계적 운동 증폭기의 역할을 한다. 지지 부재(70)는 지렛대 받침의 역할을 한다. 레버(50)와 지지 부재(70)는, 레버(50)의 작동부의 일단부에 설치된, 탐침(20 또는 20A)의 움직임들에 반응하여 회동축 주위를 회동가능하다. 가속도계(80)는 작동부와 반대측의 회동축의 일 측면상의 레버(50) 의 로드부(load section)의 일단부에 설치되어 있다. 회동축은 탐침(20)과 가속도계(80) 사이에 위치된다.

만약 레버(50)의 로드부와 작동부가 길이가 같지 않으면, 가속도계(80)가 위치된 레버(50)의 지점이 탐침(20)이 레버(50)에서 동작하는 지점 보다 많거나 적게 움직일 것이다. 로드부가 작동부 보다 길 때, 환자의 인체의 이동들에 상응하며, 레버(50)가 탐침(20)의 이동을 증폭시킨다. 가속도계에 의한 전기적 신호 출력은, 증폭될 수 있으며 필요에 따라 조절될(condition) 수 있다.

조절가능한 기계적 증폭을 제공하는 것은, 기구상호간의 차이들을 크게 제거하기 위해 사용될 수 있고, 임상 연구의 상이한 센터들에서의 유사한 장치(10) 사이의 데이터 결과들의 비교를 가능하게 한다. 예를 들어, 레버(50)에 의해 제공된 기계적 증폭은, 가속도계에 의한 신호 출력의 전기적 증폭만을 제공하는 장치에 비해 신호-대-노이즈 비율을 개선시키는데 기여할 수 있다.

도 11에 나타나 있는 바와 같이, 탐침(20)은 그 일단에 일반적으로 도면부호 85로 표시되고 두갈래로 나뉘는 하나의 단부를 가지는 하나의 로드(rod)를 포함하여 구성될 수 있다. 단부(85)의 아암들(87)과 나사 결합된 한 쌍의 피벗 핀들(86)은, 레버(50)의 단부(69)의 양측 가장자리(89)에 압입된 뾰족한 단부들(88)을 가진다. 탐침(20)은 그것에 의해 레버(50)에 회동가능하게 결합된다. 탐침(20)의 길이방향 움직임은 레버(50)를 회동시킨다.

도 11 및 12에 나타나 있는 바와 같이, 탐침(20)은 하나의 보호 하우징(90)을 통해 뻗어있다. 하우징(90)의 하나의 고리형 단부(92)는, 예를 들어, 스크류 들(94)이 그 단부(92)를 통해 삽입되어 하우징(93)의 돌출부(95)와 나사 결합을 이룸으로써 하나의 하우징(93)에 해제가능하게 설치된다. 하우징(93)은 하우징(24)에 설치된다. 레버(50)의 단부(69)는, 탐침(20)에 결합되는 하우징(93)의 돌출부(95)내로 뻗어 있다. 제거가능한 보호 덮개(96)가, 두 갈래로 나뉜 단부(85)의 반대편의 탐침(20)의 자유 단부에 설치되어 있다.

도 14에 나타나 있는 바와 같이, 보호 하우징(90)은, 탐침(20)의 첨단부[즉, 보호덮개(sheath)(96)의 첨단부]가 관통하여 돌출되어 있는 열린 하단부(98)를 가진다. 돌출부들(99)이, 단부(98)의 보호덮개(96)의 양측 측면에 구비되어 있다. 돌출부들(lobes)(99)은 선택적으로 탐침(20)의 끝주위에 뻗어있고 탐침(20)으로부터 방사상으로 공간을 두고 떨어져 있는 하나의 링의 부분들일 수 있다. 사용시 환자의 피부(100)가 돌출부들(99)에 걸쳐 펼쳐져 있게 된다. 환자의 대동맥궁의 운동은 환자의 피부(100)를 통해 탐침(20)의 단부까지 전달된다. 이에 답하여, 탐침(20)은 쌍화살표(102)로 표시된 방향으로 왕복운동한다.

한 쌍의 전선들(104A 및 104B)이 가속도계(80)로부터 신호 처리 회로들에 전기적 신호들을 보낸다. 도시된 실시예에서, 전기적 신호들은, 지지 부재(70)를 하우징(24)에 설치되게 하는 피벗 메커니즘들을 통해 운반된다. 도 21은 지지 부재(70)를 더 상세하게 보여준다.

지지 부재(70)는, 전기적으로 부도체이고, 피벗 핀들(72)이 돌출되어 있는 단부 캡들(106A 및 106B)이 양측 단부들에 구비되어 있는 하나의 관형 부재를 포함하여 구성된다. 각 피벗 핀(72)은, 나사산이 형성된 리테이너(108)와 나사 결합된 그러브 스크류(grub screw)(74)에 회동가능하게 수용된다.

가속도계(80)로부터의 하나의 전선(104A)이, 관형 회동 부재(70)의 내부를 따라 전기적으로 전도성인 단부 캡들(106) 중의 첫 번째 하나(106A) 쪽으로 뻗어있다. 각 캡(106A)은, 전선(104A)을 그루브 스크류(72)를 관통하여 전선(111)에 전기적으로 연결하며, 그것에 의해 자유롭게 회동하는 회동 부재(70)의 능력에 영향을 주지 않고 전기적 연결을 제공한다. 전선(111)은 그 신호를 적합한 신호 처리 회로들에 운반하기 위해 연결되어 있다. 이와 유사하게, 전선(104B)은 다른 전기적 전도성 단부 캡(106B)에 의해 신호 처리 회로들에 연결되어 있다. 지지 부재(70) 내에서, 전선들(104A 및 104B)은, 단부 캡(106B)에 연결된, 하나의 관형 전기적-전도성 보호체(shield)(112)의 내부를 따라 뻗어있다.

이 장치(10)는, 심장 운동들을 나타내기 위한 다른 메커니즘들을 제공하는 광학적 운동 증폭기들을 포함하여 구성된다. 이들은 도 15에 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 지지 부재(70)는 하나의 거울(114A)이 달려있는 하나의 받침대(114)를 가지고 있다. 하나의 레이저를 포함하여 구성될 수 있는 하나의 광원(116)이 거울(114A)로 광 빔(117)을 보낸다. 반사된 광 빔은 거울(118)과 회전 거울(119)에 의해, 표시장치(40)의 일부를 형성하는 표시장치 스크린(120)으로 반사된다. 스크린(120)은 고 지속성의 인광체 스크린이다. 스크린(120)상의 광 빔(117)의 형적(trace)은 모니터링된 심장 기능의 변위의 파형을 나타낸다.

제2 거울(115A)이 하나의 받침대(115)에 의해 지지 부재(70)에 설치된다. 하나의 레이저를 포함하여 구성될 수 있는 제2 광원(122)은, 그로부터 광 빔(123)이 포토다이오드 또는 포토트랜지스터와 같은 포토센서(124)상에 반사되는, 거울(115A)로 광 빔(123)을 보낸다. 거울(119)을 회전시키는 모터(125)는, 거울(119)의 회전이 지지 부재(70)의 교번 회동(alternating pivoting movement)과 동기화되도록 적합한 제어장치(121)(도 20 참조)에 의해 포토센서(124)로부터의 전기적 신호에 반응하여 제어된다.

지지 부재(70)는 또한 레이저와 같은 광원(128)으로부터의 광 빔(127)을 표시장치(40)의 일부를 형성하는 스크린(129)상에 반사시키기 위한 거울(126A)을 가지고 있는 하나의 받침대(126)(도 16)를 또한 가질 수 있다. 스크린(129)은 수명이 긴 인광체 스크린이다. 심장 기능의 변위의 크기는 관찰 스크린(129)에 의해 관찰될 수 있다.

도 17에 나타나 있는 바와 같이, 스크린(129)은, 거울(126A)에 의한 빔(127)의 편향(deflection)을 나타내는 디지털 출력을 제공하는, 위치 감지 다이오드 어레이(130)에 의해 대체될 수 있다.

상술한 바와 같이, 바이어스 메커니즘은, 환자의 심장 운동이 탐침으로 하여금, 심장 사이클의 일부분 동안의 바이어스력에 대항하여, 움직이도록 탐침(20 또는 20A)이 환자의 인체의 일부에 대하여 바이어스되는 방향으로 지지 부재(70)가 회동하게 한다. 도시된 실시예에서, 바이어스 메커니즘은 지지 부재(70)에 설치된 하나의 도르래(132)를 포함하여 구성된다. 도르래(132)는, 인장 스프링(134)의 일단부에 코드(133)에 의해 연결된다. 스프링(134)의 맞은편 단부는 도르래(136)에 감겨진 코드(135)에 연결된다. 도르래(136)는, 하우징(24)의 측벽(138)에 굴대설치 되고, 그리고 지지 부재(70)상에 조절가능한 바이어스 토크(bias torque)를 인가하기 위해 디텐트 노브(detent knob)(139)의 회전에 의해 조절가능한, 하나의 샤프트(137)에 설치된다. 이 바이어스는, 탐침을 환자에게 결합시키는 것을 돕기 위해, 탐침(20 또는 20A)으로 하여금 모니터링되고 있는 환자에게 압력을 가하게 한다. 이 노브(139)는 하나의 로크 스크류(140)에 의해 원하는 바이어스력에 상응하는 위치에 해제가능하게 잠겨질 수 있다.

도 20은, 이 장치(10)에 의해 얻은 데이터의 처리를 개략적으로 설명한다. 운동 센서(80)로부터의 신호들은 컴퓨터 시스템(44)에 의해 처리된다. 파형들 또는 진단을 위해 관심있는 다른 정보가, 적절한 데이터 처리 알고리즘들을 실행하는 데이터 처리장치(151)에 의해 신호들로부터 유도될 수 있으며, 컴퓨터(44)의 표시장치일 수 있는 컴퓨터 표시장치(150)상에 표시될 수 있다(도 1). 표시장치(150)는, 예를 들어, 가속 및 변위 파형들 중의 하나 또는 모두의 진폭들의 도식적 및/또는 문자적 표시들 뿐 아니라 표시장치 변위 및 가속 파형들일 수 있다. ECG 파형들과 같은 다른 파형들이 또한 표시장치(150)상에 표시될 수 있다.

전원 공급장치(152)가 장치(10)의 구성요소들에 전력을 공급하기 위해 연결되어 있다. 몇몇 실시예에서, 전원 공급장치(152)는 컴퓨터 시스템(44)의 일부이다. 전원 공급장치(152)는 전원 컨디셔너(power conditioner)(154)를 거쳐 운동 센서(80)로 전력을 공급한다. 운동 센서(80)로부터의 출력 신호는, 적절한 아날로그 신호 조절 및 증폭 회로들에 의해 원하는 대로 조절되고, 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)(153)에서 디지털화된다. 이렇게 디지털화된 신호는, USB 버스(USB bus)와 같은 적절한 데이터 통신 채널에 의해 컴퓨터(44)로 보내진다. 도시된 실시예에서, 신호는 USB 모듈(155), USB 멀티플렉서(156) 및 USB 아이솔레이터(USB isolator)(157)에 의해 컴퓨터(44)로 보내진다.

광원들(116, 122 및 128)도 또한 전원 공급장치(152)에 의해 전력이 공급된다. 위치 감지 다이오드 어레이(130)에 의해 측정된 빔(127)의 편향은, 지지 부재(70)의 각도 변위를 직접 표시하는 하나의 변위 파형으로서 데이터 채널에 의해 [USB 모듈(158)을 거쳐] 컴퓨터(44)로 전달될 수 있다.

광원(128)이 스크린(129) 또는 위치 감지 다이오드 어레이(130)와 함께 사용될 수 있기 때문에, 그것은 도 20에 두가지로 나타나 있다.

하우징(24)은 디지털 마이크로폰(160), 디지털 ECG 장치(161) 및 디지털 호흡 벨트(respiratory belt)(162)와 같은 악세사리들을 연결하기 위한 소켓들(159)을 가진다. 이러한 악세사리들은 도 20에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 장치(10)가 사용중일 때 환자가 모니터링되게 하는 공지된 방식과 관련되어 있다.

도 20은 디지털 마이크로폰(160)으로부터의 신호들을 나타내며, 디지털 ECG 장치(161) 및 디지털 호흡 벨트(162)는 별개의 USB 모듈들(163, 164 및 165)에 각각 연결된다. USB 모듈들(163, 164 및 165)은, USB 멀티플랙스 시스템(156)과 USB 아이솔레이터(157)를 거쳐 컴퓨터(44)로 데이터를 전한다. 도시된 실시예에서, 호흡 벨트(162)는 아날로그 출력 신호를 만들어낸다. 호흡 벨트의 출력은 아날로그-대-디지털 컨버터(166)에 의해 디지털 값들의 스트림으로 변환된다.

도 21은 예시적인 심장 운동 파형들을 보여준다. 커브(202)(실선)는 환자의 대동맥궁에서 감지된 운동의 하나의 예이다. 커브(204)(파선)는 환자의 갑상 연골에서 감지된 운동의 하나의 예이다. 도 21에서, 두 파형들 모두의 진폭들은 각 파형의 최대 및 최소 증폭들을 +1과 -1로 각각 설정함으로써 표준화되어 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에 의한 장치에서, 여러 가지 심장의 파라미터들이 동시에 기록될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 의한 장치는 다음의 일부를 또는 모두를 기록하고 표시할 수 있다:

* 가속,

* 변위,

* ECG,

* 심장음도, 및

* 호흡.

본 명세서에 기술된 예시적인 장치는 여러 방식으로 변경될 수 있다. 다음은, 이 장치가 변경될 수 있는 방식들의 몇몇 비제한적인 예들이다. 다양한 센서들의 몇몇이 지지 부재(70)의 변위를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어:

* 소형 선형 전위차계가 지지 부재(62)에 결합될 수 있고;

* (상술한 것들을 포함하는) 광학적 방법들이 사용될 수 있으며;

* 가속도계(80)의 출력이 통합될 수 있고;

* 회전 엔코더(rotary encoder)가 지지 부재(70)의 각 위치를 측정하기 위해 연결될 있으며;

* 전기용량 센서가 구비될 수 있고; 그리고,

* 기타 등등.

다양한 바이어스 메커니즘들 중의 어느 것이나 환자의 인체에 대해 탐침(20 또는 20A)을 바이어스시키기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어:

* 전자기 메커니즘이 레버(50)에 토크를 인가하기 위해 구비될 수 있고;

* 비틀림 스프링이 지지 부재(70)와 적절한 고정점(anchor point) 사이에 연결될 수 있으며;

* 자기 메커니즘이 레버(50)에 토크를 인가하기 위해 구비될 수 있고;

* 전자기 메커니즘이 탐침(20)에 힘을 인가하기 위해 구비될 수 있으며;

* 탐침(20)에 힘을 인가하기 위해 스프링이 탐침(20)과 적절한 고정점 사이에 연결될 수 있고;

* 자기 메커니즘이 탐침(20)에 힘을 인가하기 위해 구비될 수 있으며; 또는,

* 기타 등등.

다양한 메커니즘들 중의 어느 것이든 탐침(20 또는 20A)의 운동의 기계적 증폭을 제공하기 위해 구비될 수 있다. 예를 들어:

* 탐침이 하나의 캠의 운동을 일으킬 수 있고, 그 캠은 그에 따라, 운동 센서에 의해 감지된 증폭된 운동을 일으킨다.

* 탐침이 운동 센서에 의해 감지된 증폭된 운동을 일으키는 다중-링크 기계 적 연결의 링크들을 이동시킬 수 있다.

* 다른 유형의 운동-증폭 기계적 연결이 탐침을 운동 센서에 연결하기 위해 구비될 수 있다.

이 장치(10)로부터의 데이터는 처리될 수 있고 다양한 다른 방식들로 표시될 수 있다. 데이터 처리는 컴퓨터 시스템(44)에 실행되는 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어:

* 이 장치(10)에 의해 감지된 파형들의 여하한 조합이 함께 표시될 수 있다. 이것은 임상의, 연구자, 또는 다른 관찰자로 하여금 파형들의 특징들 사이의 상관관계들을 관찰할 수 있게 한다.

* 상관관계들이 상이한 파형들 사이에서 컴퓨터계산될 수 있다.

* 평균 변위들, 속도들 및/또는 가속들이 파형에 하나 또는 그보다 많은 선택된 윈도우들을 위해 컴퓨터계산될 수 있다. 그 평균들이 일련의 심장박동들에 대한 파형들에 대해 컴퓨터계산될 수 있다.

* 호흡 또는 환자와 장치(10) 사이의 상대적 운동으로 인한 인위적 산물들(artefacts)이 식별되고 제거되거나 표지될 수 있다.

* 데이터가 실시간으로 표시되고 사후의 표시 및/또는 처리 또는 모두를 위해 저장될 수 있다.

필요하다면, 컴퓨터 시스템(44)과 같은 데이터 처리 장치가 하우징(24)내에 합체될 수 있다.

가속 파형들은 해석하기 어려울 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 가속 및 변위 파형들이 동시에 표시된다. 가속의 방향이, 특히 등용적성 시기 동안에, 변위로부터 결정될 수 있기 때문에, 변위 파형이 가속 파형을 해석하는데 유용하다. 가속의 방향을 아는 것은, 심장의 근육 손상의 표시자인, 기이(paradoxical) 좌심실 운동의 진단에 도움을 줄 수 있다. 기이 좌심실 운동은 심장 사이클의 일부들 동안에(during parts of the heart cycle) 가속의 방향이 정상과 반대되는 때를 나타낸다. 변위 및 가속 파형들의 형상들과 크기들은 좌심실 벽의 탄력성의 정도를 나타낼 수 있다.

상술한, 장치(10)는, 심장의 운동들의 파형들을 상이한 두개의 몸 부위들로부터, 예를 들어, 대동맥궁과 호흡 기관으로부터, 비관혈적으로 얻을 수 있게 한다. ECG 또는 심장음의 기록과 같은 또 다른 신호는, 심장 운동 파형들의 각각과 함께 동시에 획득할 수 있다. 심장 운동 파형들은 ECG 또는 다른 신호를 하나의 페이스 마커(phase marker)로서 사용하여 단일의 결과로서의 파형으로 조합될 수 있으며, 그에 따라 단일 몸 부위로부터 얻을 수 있는 것보다 더 상세한 진단 정보를 제공한다. 이와 달리, 신호 처리 기술들이 2개의 (또는 그보다 많은) 심장 운동 파형들을 동시에 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 두 개의 파형들이 독립적으로 분석될 수 있고 서로 그리고 결과로 얻은 파형과도 비교될 수 있다. 결과로 얻은 파형은, 예를 들어, 두 심장 운동 파형들을 더하거나 뺌에 의해 얻어질 수 있다. 심장 운동 파형들이 그들이 조합되기 전에 진폭과 시간 모두에서 표준화되는 것이 바 람직하다. 장치(10) 또는 컴퓨터(44)는 하나 또는 그보다 많은 파형들을 표시할 수 있다.

표시 또는 분석을 위한 심장 운동 파형을 표준화하는(normalize) 것은, 증폭시키는 단계 및/또는 파형의 최대값 및 최소값이 +1과 -1과 같은 미리 정해진 값들을 가지도록 파형에 하나의 오프셋을 인가하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 다른 적절한 표준화 방법들이 대안으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 파형이 그 평균이 0과 같은 원하는 값을 가지도록 오프셋된 다음 그 최대값(또는 최소값)이 예를 들어 +1 (또는 -1)과 같은 원하는 값을 가지도록 증폭될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 하나의 ECG 파형이 심장 운동을 나타내는 하나의 파형과 함께 표시된다. ECG 파형의 QRS 콤플렉스가 심장 사이클의 등용적성 시기의 시작 전에 짧게 나타나는 것이 일반적이다. 하나의 심장 운동 파형을 하나의 ECG 파형과 함께 고려함으로써 유용한 진단 정보를 얻을 수 있다.

이 장치(10)는 노모그램을 구성함으로써 매우 비용 효과적인 방식으로 박출율을 측정하기 위해 응용될 수 있다. 이것은, 일정 범위의 공지된 박출율들을 갖는 시험대상 환자들에 대한 심장 사이클의 등용적성 시기 및 박출 시기 각각의 동안에 심장 운동의 진폭들에 대한 값들을 얻기 위해 장치(10)를 사용함으로써 행해질 수 있다. 쉬고 있는 건강한 성인들에 있어서, 박출율은 약 67%인 것으로 알려져 있다. 박출율은 환자를 운동시킴으로써 바뀔 수 있다. 또한, 비정상적인 심장을 갖는 환자들은, 67%와 상당히 다른, 휴식중 박출율들을 가질 수 있다. 시험대상 환자들의 박출율은 심장 초음파 검사장치들을 사용하여 측정할 수 있다. 시험대상 환자들은 초음파 심장 검사 방법들에 의해 결정된 바의 17% 내지 57% 의 범위에 있는 박출율들을 갖는 환자들 뿐 아니라 건강한 환자들을 포함하는 것이 바람직하다. 판막 비정상성들이 나타날 때 데이터를 사용하지 않음으로써 에러들을 피할 수 있다. 등용적성 시기의 높은 운동 진폭 값들이 박출 시기의 높은 운동 진폭 값들과 함께 나타날 때 그리고 또 그 반대일 때, 판막 비정상성들을 나타낸다.

대동맥궁, 갑상 연골 또는 두 부위 모두의 운동들을 측정함으로써 취해진 심장 운동 데이터가 노모그램을 구성하기 위해 사용될 수 있다.

등용적성 시기 및 박출 시기 각각의 동안에 시험대상 환자들에 대한 심장 운동의 진폭들에 대한 값들을 측정하기 위해 본 발명의 장치(10)가 사용될 수도 있다. 등용적성 시기 및 박출 시기에서의 심장 운동들의 진폭들이 박출율을 나타내도록 노모그램이 구성될 수 있다. 노모그램의 동등물로서, 적어도 등용적성 시기 및 박출 시기에서의 심장 운동들의 진폭들에 따라 박출율을 예상하는 수학식을 시험대상 환자들로부터의 데이터에 적응시킬 수 있다. 일단 노모그램 또는 수학식이 구성되면, 환자의 심장 사이클의 등용적성 시기 및 박출 시기 동안에 심장 운동의 진폭들을 측정함으로써 그리고 노모그램 또는 수학식에 대한 입력들로서 이 값들을 사용함으로써 환자의 박출율을 얻을 수 있다.

본 명세서에 기술된 장치가 심장 운동들을 감지하기 위해 동시에 사용될 수 있는 둘 또는 그보다 많은 상이한 센서들을 제공하도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 상이한 센서들은 가속 센서 및 변위 센서를 포함할 수 있다. 광학적 유형들을 포함하는 다양한 센서들이 사용될 수 있다. 바이어스 메커니즘에 의해 촉진 되는 탐침(20 또는 20A) 사이의 강한 결합이, 기계적 및 광학적 증폭을 가능하게 하고, 그에 따라, 높은 이득 전자 증폭(electronic amplification)과 높은 이득 전자 증폭에 의해 초래될 수 있는 전기적 소음에 대한 필요성을 감소시키거나 피한다. 본 명세서에 기술된 장치는, 심장의 매우 작으나 임상적으로 중요한 운동들, 예를 들어, 혈액의 심실들로의 수동적 유입으로 인한 운동들의 기록을 가능하게 할 수 있다.

간소화된 장치(10)가 심장 문제들에 대한 스크리닝을 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스크리닝 장치는 가속도계(80)와 그 관련 전자기기들을 구비하지 않을 수 있다. 그러한 장치에서, 빔(127)과 같은 광 빔이 심장 운동에 반응하여 편향되고, 환자의 심장에 관한 정보를 스크린, 전자 표시장치, 또는 그 동등물상에서의 광 빔의 굴절들을 관찰함으로써 얻을 수 있다.

하나의 구성요소[예를 들어, 컴퓨터, 소프트웨어, 프로세서, 어셈블리, 장치, 회로, 커플링 등]가 위에서 언급된 경우, 달리 표시되지 않는 한, 그러한 구성요소에 대한 언급("수단"에 대한 언급 포함)은, 기술된, 구성요소의 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 균등한) 구성요소를 어느 것이든, 그 구성요소의 균등물로서 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 그러한 구성요소는 예를 들어 설명한 본 발명의 실시예들에서의 기능을 수행하는, 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않은 구성요소들을 포함한다.

복수의 예시적인 측면들과 실시예들을 상술하였으나, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 그들의 어떠한 변형, 치환, 추가 및 서브-콤비네이션(sub- combinations)을 생각해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위와 이후 소개될 특허청구범위는 그 진정한 정신 및 범위내에 있는 그러한 모든 변형, 치환, 부가 및 서브-콤비네이션들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (46)

1. 환자의 해부학적 구조에 인접한 환자의 피부에 갖다 대어져, 환자의 심장 운동에 반응하는 제1 방향으로 움직일 수 있는, 탐침;

   상기 탐침과 연결되어 상기 제1 방향으로의 운동들을 감지하는 운동 센서;

   상기 해부학적 구조에 대해 상기 제1 방향으로 상기 탐침을 바이어스시키도록 결합된 바이어스 메커니즘;을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 환자의 외부에 있으며, 본 장치가 설치되는 베이스에 대해 상기 탐침을 고정하는, 지지 메커니즘을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 운동 센서가 가속도계를 포함하는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 가속도계의 출력을 표시하기 위해 연결된 가속 표시장치를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 탐침과 상기 운동 센서 사이에 결합된 기계적 운동 증폭기를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 탐침의 변위를 표시하기 위해 상기 기계적 운동 증폭기에 연결된 변위 표시장치를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 기계적 운동 증폭기가, 회동축 주위를 회동하도록 설치된 레버를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 바이어스 메커니즘이, 상기 레버에 토크를 전하기 위해 결합된 스프링을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
9. 제7항에 있어서, 환자에 대해 상기 탐침을 바이어스시키기 위해 상기 레버에 토크를 인가하기 위한 수단을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 탐침이 회동축 주위를 회동하도록 설치된 레버의 일단부에 있고, 상기 운동 센서가 상기 레버에 구비되며, 그리고 상기 회동축이 상기 일단부와 상기 운동 센서 사이에 있는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 레버가, 본 장치가 설치되는 베이스에 대해 지지 메커니즘에 의해 지지되는 부재에 회동가능하게 결합되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 레버가, 서로 전기적으로 절연되고, 공간을 두고 떨어져 있는 전기-전도성 피벗들에 의해 본 장치에 회동가능하게 장치되고; 그리고 상기 운동 센서가 상기 피벗들을 통해 뻗어있는 전기적 연결부에 의해 신호 처리 회로들에 결합되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 운동 센서가 상기 탐침의 운동의 기계적 증폭량을 변화시키기 위해 레버를 따라서 움직일 수 있는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 탐침이, 본 장치를 환자의 대동맥궁에 결합시키기에 적합한 얇고 길이가 긴(thin elongated) 부재를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 탐침의 자유 단부가 보호체(shield)의 열린 단부를 관통하여 돌출되어 있는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 탐침의 자유 단부의 양측면들에 상기 보호체에 의해 지지된, 한 쌍의 공간적으로 떨어져 있는 돌출부들을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 탐침의 상기 자유 단부가 상기 보호체에 의해 구획되는 링을 거쳐 돌출되어 있으며, 여기서 상기 링이 상기 탐침의 상기 자유 단부로부터 방사상으로 공간을 두고 떨어져 있는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
18. 제14항에 있어서, 상기 탐침이 상기 환자의 대동맥궁의 운동들을 기록하기 위해 결합되어 있는 동안에, 상기 환자의 턱과 머리를 지지하기 위해 상기 환자의 턱과 머리에 고정시킬 수 있는 턱 및 머리 지지대를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 탐침이 상기 환자의 갑상선 연골 절흔에 맞물릴 수 있는 돌출부를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
20. 제19항에 있어서, 단면상으로, 상기 돌출부가, 서로에 대해 경사지고 둥글게 된 하부 표면에 의해 결합되는 측면들을 가지는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
21. 제19항에 있어서, 그 하나가 상기 돌출부의 각 측면상에 배치된 한 쌍의 탄력성 아암들을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
22. 제1항에 있어서, 상기 탐침의 변위를 나타내는 변위 표시장치 그리고 상기 탐침과 상기 변위 표시장치 사이에 광학적 운동 증폭기를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 광학적 운동 증폭기가 지지 부재에 장치된 거울과, 반사 빔을 얻기 위해 상기 거울 위에 광 빔을 보내도록 위치된 광원을 포함하여 구성되며; 상기 변위 표시장치가 반사된 빔의 통로에 있는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
24. 제1항에 있어서, 상기 심장 운동의 진폭을 표시하기 위한 제1 수단과 상기 심장 운동의 변위를 표시하기 위한 제2 수단을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
25. 제1항에 있어서, 하나의 심전도 파형을 발생시키기 위한 심전계와, 상기 심전도 파형과 상기 운동 센서의 출력으로부터 발생된 파형을 저장하기 위한 메모리를 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
26. 제25항에 있어서, 조합된 운동 파형을 얻기 위하여, 상기 운동 센서의 출력으로부터 각기 발생된 제1 및 제2 파형들을 조합하기 위한 수단을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
27. 제1항에 있어서, 상기 환자를 지지하기 위한 것으로서, 환자를 머리가 아래로 놓인 자세로 만들기 위해 틸팅가능한 테이블을 포함하여 구성되는, 환자의 심장의 운동들을 비관혈적으로 모니터링하기 위한 장치.
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