KR101471598B1 - 압력측정방법 및 압력측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압력측정방법은, 제 1 임피던스를 측정하는 것; 외부장치를 내부장치로 접근시켜서 제 2 임피던스를 측정하는 것; 상기 제 2 임피던스에서 상기 제 1 임피던스를 감산하여 반사임피던스를 구하는 것; 상호 인덕턴스의 영향이 배제되는 인자로부터 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나를 구하는 것; 및 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나로서 구하여진 값으로서 생체압력을 알아내는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 측정압력의 정확도향상, 시간장소의 불문, 측정방법의 간소화에 의해서 압력측정장치의 보급을 한층 더 확대시킬 수 있다. 아울러, 심혈관질환으로 이미 스텐트를 시술받은 환자는 스텐트가 막힐 수 있는 두려움에서 완전히 해방될 수 있을 것이다.

Description

압력측정방법 및 압력측정장치{PRESSURE MEASUREMENT METHOD AND PRESSURE MEASUREMENT APPARATUS}

본 발명은 압력측정방법 및 압력측정장치에 관한 것이다. 상세하게는 생체 내 여러곳의 압력을 측정하는 장치이다. 더욱 상세하게는 생체내에서 다양한 액체의 압력변화를 측정할 수 있는 장치로서, 혈관의 압력을 측정할 수 있는 압력측정방법 및 압력측정장치에 관한 것이다.

생체 내의 압력을 측정하는 장치의 기본적인 형태로는, 생체 내에 삽입되어 압력을 측정할 수 있는 내부장치와, 상기 내부장치와 소정의 전기적 결합을 통하여 연결되고 상기 내부장치의 측정결과를 감지하는 외부장치가 포함되는 형태이다. 그 작용은, 상기 외부장치를 상기 내부장치로 접근시켜서, 생체압력의 변화에 따른 상기 내부장치의 물리적 변화를 감지한다. 그리고, 상기 외부장치는 그 물리적 변화량을 압력변화량으로 환산하는 과정을 거친다.

상기 압력측정장치의 대표적인 적용예는 등록특허 10-1096533 생체용 무선 유량센서 구조물 및 유량센서 제조방법이 제시되어 있다. 상기 등록특허에 따르면, 압력측정장치가 심혈관에 길이 방향으로 설치된 다음에, 압력측정장치의 상류측과 하류측의 압력을 측정하고, 그 압력차이를 이용하여 혈류량을 파악하도록 한다.

상기 압력측정장치가 압력을 측정하는 방법으로는 공개특허 10-2007-0106225 접촉식 정전용량 압력센서가 있다. 본 압력측정장치에는 생체의 압력변화에 따라서 커패시턴스가 변하도록 하고, 그 커패시턴스의 변화량을 측정하여 생체의 압력변화를 감지하도록 한다.

그러나, 상기 외부장치가 상기 내부장치로 접근하여 커패시턴스를 측정하는 때에는, 상기 내부장치와 상기 외부장치와의 거리에 따라서 커패시턴스가 변하는 문제점이 있다. 이에 따라, 측정되는 생체내부의 압력이 측정때마다 달라지는 문제점이 있다. 더 상세하게 설명하면, 상기 내부장치와 상기 외부장치는 서로 간에 인덕턴스로 전자기적으로 연결되는데, 한 쌍인 인덕터 간의 상호 인덕턴스가 인덕터의 거리에 따라서 달라지게 되고, 생체내부 압력의 정확한 측정에 문제점을 일으키게 된다. 이들 문제는 정확한 생체압력의 측정이 요구되는 환자의 경우에는 심각한 문제를 일으킬 수 있다.

상기되는 문제점을 해결하기 위하여 내부장치의 커패시터를 더 크게 만들거나, 사용자가 제품의 사용설명서에 따라서 정확하게 주어지는 거리에 외부장치를 놓은 다음에 측정을 해야 하는 불편함이 발생한다. 이와 같은 해결책을 강구하더라도, 인체와 혈관은 근본적으로 소정 정도의 움직임과 위치변화를 가지고 있으므로, 생체압력의 정확한 측정은 어려운 것이 현실이다.

1. 등록특허 10-1096533 생체용 무선 유량센서 구조물 및 유량센서 제조방법의 식별번호 16과 17 및 도 1 2. 공개특허 10-2007-0106225 접촉식 정전용량 압력센서의 전문

본 발명은 상기되는 사정을 감안하여 제안되는 것으로서, 종래기술에서 제안되는 문제점을 해결하여, 측정되는 생체압력치의 정확도를 한층 더 높일 수 있는 압력측정장치 및 압력측정방법을 제안한다. 또한, 혈관질환 환자와 같이 언제어디서라도 정확한 압력측정이 요구되는 경우에 적용가능한 압력측정장치 및 압력측정방법을 제안한다. 또한, 측정거리에 대한 과도한 제한요건이 없이 사용자가 간단하고 편리하게 사용할 수 있는 압력측정장치 및 압력측정방법을 제안한다.

본 발명에 따른 압력측정방법은, 제 1 임피던스를 측정하는 것; 외부장치를 내부장치로 접근시켜서 제 2 임피던스를 측정하는 것; 상기 제 2 임피던스에서 상기 제 1 임피던스를 감산하여 반사임피던스를 구하는 것; 상호 인덕턴스의 영향이 배제되는 인자로부터 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나를 구하는 것; 및 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나로서 구하여진 값으로서 생체압력을 알아내는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 내부장치와 외부장치의 거리에 관계없이 정확한 압력을 구할 수 있다.

여기서, 상기 인자는 상기 반사임피던스의 실수값과 허수값의 비로 주어질 수 있고, 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나는, 커패시턴스로 주어질 수 있다. 이는 하나의 바람직한 예로서, 상호인덕턴스의 영향을 배제시킬 수 있다.

또한, 상기 인자로부터 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나를 구하는 것은, 주파수를 일정하게 하고서 구하는 것, 및 상기 인자를 일정하게 하고서 구하는 것 중의 적어도 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 임피던스는, 상기 외부장치가 상기 내부장치로부터 충분히 떨어진 위치에서 측정되는 값일 수 있다.

본 발명에서는, 상기되는 압력측정방법을 이용하는 압력측정장치를 권리로 청구한다. 이에 따르면, 심장병 등의 혈관질환이 있는 사람은 시간장소의 제약이 없이 언제어디서라도 현재의 혈류상태를 확인할 수 있어서 환자는 불안감에서 해방될 수 있다.

본 발명에 따르면, 생체내부 압력측정의 정확도 향상, 장소와 시간에 구애없는 정확한 측정값 보장, 측정방법에 대한 제한없이 간단하게 사용할 수 있는 것 등의 장점을 기대할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 압력측정장치의 구성을 설명하는 도면.
도 2는 실시예에 따른 압력측정방법의 흐름도.
도 3은 X인자를 이용하고 주파수를 일정하게 한 상태에서 커패시턴스 값을 얻는 방법을 예시하는 도면.
도 4는 주파수를 이용하고 X인자를 일정하게 한 상태에서 커패시턴스 값을 얻는 방법을 예시하는 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 사상은 이하의 구체적인 실시예에 제한되지 아니하며, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 다른 실시예를 만들어낼 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 일 예로, 본 발명의 사상은 특허청구범위를 기준으로 해석될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 압력측정장치의 구성을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 압력측정장치에는 생체에 삽입되는 내부장치(2)와, 상기 내부장치(2)와 연동하는 외부장치(1)가 제공된다.

상기 내부장치(2)에는 인덕터 Li이 마련되고, 상기 외부장치에는 인덕터 Le가 마련된다. 서로 접근한 상태에서 상기 인덕터 Le에 전류가 흐르면 인덕터 Li에도 상호유도작용에 의해서 전류가 흐르게 된다. 따라서, 내부장치(2)에는 별도의 전원이 없더라도 외부장치(1)로부터 공급되는 에너지를 사용할 수도 있다.

상기 내부장치(2)에는, 생체의 어느 지점의 압력을 측정할 수 있는 커패시터 Cm과, 인덕터 Li과, 저항 Ri가 마련된다. 상기 커패시터Cm와 상기 인덕터 Li와 저항 Ri은 회로를 구성한다. 상기 외부장치(1)는 사용자가 핸드핼드 할 수 있도록 마련될 수 있는 구성으로서, 전원 Vs와, 저항 Rs과, 인덕터 Le가 마련된다. 상기 전원 Vs와 저항 Rs과 인덕터 Le는 회로를 구성한다. 상기 인덕터 Li과 상기 인덕터 Le가 서로 접근하고 전원 Vs에 전원이 인가되는 경우-즉, 측정을 위하여 외부장치가 내부장치로 접근하는 경우에-에 서로 상호유도작용을 일으킨다.

상기 외부장치(1)는 하드웨어로서 주요구성부품만을 제시하는 것으로서, 그 외에 디스플레이, 제어 CPU, 입출력장치, 메모리 등은 기존의 다른 부품과 마찬가지로 포함되어 있을 수 있다. 상기 커패시터 Cm은 생체 내부의 압력에 따라서 커패시터의 양 극간의 간극이 달라져서 커패시턴스가 달라지는 것을 이용하여, 결국 생체압력에 따라서 커패시턴스가 달라진다. 구체적인 구성은 특허문헌 2에 개시되는 기술을 적용할 수 있고, 그 외의 다른 구체적인 구성을 이용하는 것을 배제하지 않는다. 그 외에 구체적인 제시되지 아니한 상기 압력측정장치의 구성은 종래의 다양한 물품을 참조할 수도 있다.

실시예에서는 이하의 압력측정방법을 이용하는 것을 일 특징으로 한다. 실시예에 따른 압력측정방법을 설명한다. 상기 압력측정방법은 압력의 측정시에 상기 외부장치(1)와 상기 내부장치(2)의 거리의 차이에 따라서 발생할 수 있는 측정오차를 없애는 방법을 고민한 발명자의 오랜 노력의 결과물로서, 그 결과만을 보고 판단하지 말아야 할 것이다.

도 2는 실시예에 따른 압력측정방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 상기 외부장치(1)에 전원을 인가하여, 외부의 어떠한 방해물이 없는 자유공간에서 자유 임피던스 Z_in,1를 측정한다(S1). 이때 자유임피던스는, Z_in,1는 jωLe로 표시할 수 있다. 그리고, 상기 자유공간으로서의 환경은 사용자가 위치하는 곳과 근접하는 곳으로서 상기 내부장치(2)와 충분히 떨어져서 상기 내부장치(2)의 영향을 받지 않는 위치를 상정할 수 있다.

다음으로는 상기 외부장치(1)를 상기 내부장치(2)로 접근하여 다시 전원을 인가하여 상기 내부장치(2)의 근처에서 임피던스를 측정한다(S2). 이때의 임피던스는 자유임피던스와 반사임피던스의 합으로서 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.

여기서,jωLe은 자유임피던스이고, Zr은 반사임피던스이다.

상기 내부장치(2)에 기인하는 반사임피던스를 구한다(S3). 반사임피던스는, 자유공간에서의 임피던스 측정값과, 내부장치와 외부장치가 근접한 때의 임피던스 측정값의 차로서 이하의 수학식 2와 같이 표시된다.

상기 수학식 2에서 M은 상호유도작용에 의한 상호 인덕턴스로서, 하기되는 수학식 3과 같이 표시된다.

여기서 K는 커플링 상수로서 0보다 크거나 같고 1보다 작거나 같은 값으로서, 거리에 따라서 변하는 값이다.

본 발명자는 상기 상호 인덕턴스가, 외부장치와 내부장치의 거리의 차에 따라서 측정되는 커패시턴스가 달라지는 주요한 원인이 되는 것으로 파악할 수 있었다. 이에, 발명자는 거리에 따라 변화하는 상호 인덕턴스 M을 소거시키면서, X인자를 제시할 수 있음을 확인하였다. 상기 X인자는 상기 반사임피던스의 실수값과 허수값의 비로서 하기되는 수학식 4와 같이 표시할 수 있다.

상기 수학식 4를 참조하면, 상호 인덕턴스 M은 소거된 상태인 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이를 커패시턴스 값을 중심으로 고쳐쓰면, 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 4와 수학식 4를 참조하면, 결국, 측정이 가능한 상기 X인자의 값을 근거로 하여 커패시턴스 값을 얻을 수 있다(S4).

이후에는 상기 내부장치(2)에 설치되어있는 커패시터의 커패시턴스 값의 변화에 따라서 생체압력을 측정해 낼 수 있다. 이때, 커패시터 Cm의 측정값에 따른 생체압력의 측정값은, 상기 외부장치(1)의 메모리에 미리 저장되어 있을 수 있고, 다수의 실험에 따라서 테이블화되어 있을 수도 있고, 수학식의 형태로서 메모리에 저장되어 있을 수도 있다.

상기 커패시턴스 값을 얻는 단계(S4)를 더 상세하게 설명한다.

도 3은 X인자를 이용하고 주파수를 일정하게 한 상태에서 커패시턴스 값을 얻는 방법을 예시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 인덕터 Li는 600nH이고, 저항 Ri는 1ohm이고. 주파수 ω는 1GHz로 할 때, X인자의 값에 따라서 커패시턴스 값이 결정되는 알 수 있다. 상세하게 설명하면, 도 3에서 우하향곡선으로 제시되는 세 개의 곡선은 임피던스 Li와 저항 Ri는 일정하다고 할 때, 커패시턴스 값이 일정할 때 주파수의 변화에 따라서 X인자의 값의 변화상태를 나타낸다. 따라서, 주파수가 1GHz라고 할 때, X인자가 커짐에 따라서 커패시턴스 값이 작아지는 것을 볼 수 있다. 다른 조건이 일정할 때 X인자와 커패시턴스 값과의 관계는, 경험치로서 미리 테이블화되어 메모리에 저장되어 있을 수도 있고, 엄정하게 구하여진 함수로서 메모리에 저장되어 있을 수도 있다. 어떠한 경우이든 X인자를 획득하는 것에 의해서 커패시턴스 값을 얻을 수 있는 것은 명확하게 이해할 수 있다.

상기되는 결과로서, 커패시턴스 값을 구하고, 그 뒤에 생체내부의 압력을 알아내는 단계(S5)로 이행할 수 있다.

도 4는 주파수를 이용하고 X인자를 일정하게 한 상태에서 커패시턴스 값을 얻는 방법을 예시하는 도면이다. 이하의 실험 및 도면에서는 X인자의 일정한 값으로서 0을 예시한다.

도 4를 참조하면, 인덕터 Li는 600nH이고, 저항 Ri는 1ohm이고, 도면의 형식은 도 3과 마찬가지이다. 커패시턴스 값을 획득하는 과정을 조금더 상세하게 설명하면, X인자가 영이 될 때의 주파수 ω를 구할 수 있다. 예를 들어 임의의 주파수를 인가한 후에 현재의 X인자 값을 구하여, 주파수 ω를 역추적을 해 가는 방법을 수행할 수 있다. 상기 X인자 값이 0이 되는 경우의 주파수를 획득하여, 테이블에서 커패시턴스 값을 얻을 수 있다.

한편, 상기 실시예들은 커패시턴스의 변화값과 생체압력의 변화값을 상호 연계하여 커패시턴스 값의 변화를 측정하여 생체압력값을 측정하는 과정을 제시하고 있다. 그러나 본 발명은 그와 같은 경우에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 생체압력에 따라서 인덕턴스가 변하거나, 커패시턴스와 인덕턴스가 함께 변하는 경우에도 생체압력값을 측정해 낼 수 있다.

예를 들어, 실시예에서의 커패시턴스를 제공하는 커패시터의 어느 한 판을 나선형태로 제공하는 경우에는, 생체압력에 따라서 커패시턴스와 인덕턴스가 함께 변할 수 있다. 마찬가지로. 혈관 주변을 인덕터로 권선하는 경우에는 생체압력에 따라서 인덕터의 형태가 변하여 인덕턴스 만이 변할 수 있다. 어느 경우에나, X인자에 따라서 거리에 무관한 값의 측정이 가능할 수 있고, 각 수동소자의 값에 따른 생체압력의 변화는 경험치 또는 엄정한 함수의 형태로 메모리에 미리 저장되어 있을 수 있다.

본 발명의 사상은 측정압력의 정확도향상, 시간장소의 불문, 측정방법의 간소화에 의해서 압력측정장치의 보급을 한층 더 확대시킬 수 있다. 아울러, 심혈관질환으로 이미 스텐트를 시술받은 환자는 스텐트가 막힐 수 있는 두려움에서 완전히 해방될 수 있을 것이다.

1: 외부장치
2: 내부장치

Claims (6)

1. 제 1 임피던스를 측정하는 것;
   외부장치를 내부장치로 접근시켜서 제 2 임피던스를 측정하는 것;
   상기 제 2 임피던스에서 상기 제 1 임피던스를 감산하여 반사임피던스를 구하는 것;
   상호 인덕턴스의 영향이 배제되는 인자로부터 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나를 구하는 것; 및
   상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나로서 구하여진 값으로서 생체압력을 알아내는 압력측정방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 인자는 상기 반사임피던스의 실수값과 허수값의 비로 주어지는 압력측정방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나는, 커패시턴스 인 압력측정방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 인자로부터 상기 내부장치의 커패시턴스 또는 인덕턴스 중의 적어도 하나를 구하는 것은,
   주파수를 일정하게 하고서 구하는 것, 및 상기 인자를 일정하게 하고서 구하는 것 중의 적어도 어느 하나의 방법을 활용하는 압력측정방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 임피던스는, 상기 외부장치가 상기 내부장치로부터 떨어진 위치에서 측정되는 압력측정방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항의 압력측정방법을 이용하는 압력측정장치.

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