KR102146953B1 - 혈류 및 혈관상태 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혈류 및 혈관상태 측정장치에 관한 것으로서, 초음파를 발생하는 초음파 센서 모듈; 상기 초음파 센서 모듈이 착탈되며 상기 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤이 교체가능하게 수용되는 수용홈이 형성된 센서 케이싱과, 상기 센서 케이싱을 지지하며 피검사자의 피부에 부착되는 접착 패드를 포함하며, 혈류 상태를 측정하는 카트리지부; 및 상기 초음파 센서 모듈과 유선 또는 무선으로 접속되어, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 출력하는 본체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

혈류 및 혈관상태 측정장치{BLOOD FLOW AND BLOOD VESSEL MEASURING APPARATUS}

본 발명은 혈류측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 병원뿐만 아니라 가정에서도 피검사자가 신체의 원하는 위치에 간편하게 부착한 상태에서 혈류와 혈관상태수치를 측정할 수 있는 혈류측정장치 및 혈류 및 혈관벽 두께등의 측정 결과를 기반으로 혈류 변화와 혈관 협착도와 혈관 탄성을 예측하여 제공하는 장치에 관한 것이다.

인구의 고령화 및 생활습관병에 의한 혈관 질환이 증가하고 있고, 이로 인한 사회적 및 경제적 부담이 급증하고 있는 실정이다. 특히, 혈압은 하루 중 다이나믹하게 변하며, 혈압의 변동성이 클수록 뇌졸중 발생 가능성이 높은 것으로 알려져 있다.

혈류 역시 혈압과 마찬가지로 측정 시 변동성을 보이며, 뇌 혈관의 auto-regulation으로 인해 혈압이 뇌로 가는 혈류를 모두 반영할 수 없다. 특히, 뇌혈관 질환 및 혈관 질병을 갖고 있는 환자의 경우, 병원 진료실에서의 혈압뿐만 아니라 가정에서 지속적으로 측정한 가정 혈압이 매우 중요하다.

따라서, 근래에는 혈관의 질병 진단을 위해 혈관 내 혈류 속도 및 협착도 측정이 널리 활용되고 있다.

이러한 혈류 속도 및 협착도 측정으로서 혈관 내의 혈류의 속도 검출에 도플러 효과를 이용하는 초음파 진단장치가 널리 사용되고 있다. 종래의 도플러 초음파 센서를 기반으로 혈관 상태를 측정하는 초음파 진단장치는 다양한 혈역학적 평가는 가능하지만, 현재의 병원 내 대형장비를 통한 짧은 시간, 통제된 환경에서 측정한 혈류 및 혈관 상태 정보로는 혈관 건강을 연속적으로 모니터링하는데 있어서 한계가 있다.

또한, IT 기술의 발전에 힘입어 건강에 대한 관심이 더욱 증가 되어, 외부 헬스케어 센터와 연결하여 의료기기나 생체정보센서를 이용하여 사용자의 건강상태를 댁내나 이동 중에 측정하고 측정정보를 원격으로 전송하는 홈 헬스케어 서비스가 점차 홈 네트워크 및 이동 환경에서 새로운 서비스로 부각되고 있다.

또한, 사회적으로 인구 노령화가 지속되어 실버산업이 발전할 것으로 예상되며, 독신자의 비율이 사회 전체적으로 크게 증가하면서, 환자 이외에도 노약자, 장애인, 독거인 등의 건강을 증진하고, 질병을 예방하며 관리에 활용할 수 있어서 홈 헬스케어 서비스는 각광을 받고 있다.

최근 기술이 발전함에 따라 간단한 생체데이터를 획득하여 외부로 전송하는 헬스케어 디바이스뿐만 아니라, 의료 진단까지 어느 정도 수행할 수 있는 헬스케어 디바이스들이 등장하고 있다.

이에, 본 출원인은 병원뿐만 아니라 가정 및 이동 중에서도 피검사자가 신체의 원하는 위치에 간편하게 부착하여, 지속적으로 혈류 및 혈관 상태를 연속적으로 측정하고 모니터링할 수 있는 새로운 혈류 및 혈관 측정장치를 개발하기에 이르렀다.

국내등록특허공보 제10-1837592호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 병원뿐만 아니라 가정 및 이동중에서도 피검사자가 신체의 원하는 위치에 간편하게 부착하여, 연속적인 혈류 및 혈관 상태 정보를 획득하고, 단순 측정치 모니터링을 벗어나 질병의 유무 및 발생 가능성을 예측 제시해줄 수 있으며, 혈관 건강을 관리하여 의료비의 절감을 도모할 수 있는 혈류 및 혈관 측정장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 초음파를 발생하는 초음파 센서 모듈; 상기 초음파 센서 모듈이 착탈되며 상기 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤이 교체가능하게 수용되는 수용홈이 형성된 센서 케이싱과, 상기 센서 케이싱을 지지하며 피검사자의 다양한 신체 부위에 맞게 피부에 부착되는 접착 패드를 포함하며, 혈류 및 혈관 상태를 측정하는 카트리지부; 및 상기 초음파 센서 모듈과 유선 또는 무선으로 접속되어, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 출력하는 본체부를 포함하는, 혈류 및 혈관 측정장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 센서 케이싱은 양측이 개구된 속이 빈 통 형상을 가지고, 상기 카트리지부는, 상기 센서 케이싱의 일측 개구에 착탈가능하게 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤의 오염을 방지하는 보호 커버; 및 상기 센서 케이싱의 타측 개구에 기밀을 유지하며 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤을 통과하는 초음파가 투과되는 투명 필름을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 접착 패드의 일측에는 피검사자의 피부에 접착되는 접착면이 형성되고, 상기 접착면에는 상기 접착면의 오염을 방지하기 위한 이형지가 분리가능하게 적층될 수 있다.

상기 센서 케이싱은 난반사성 재질로 이루어질 수 있다.

상기 본체부는, 일 실시예로서, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 및 혈관상태 측정 데이터를 외부 서버 또는 컴퓨팅 장치에 전송하고, 상기 외부 서버 또는 상기 컴퓨팅 장치로부터 혈류 및 혈관상태 이상 예측에 대한 분석 결과를 획득하여 출력할 수 있다.

상기 본체부는, 다른 실시예로서, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터에 의거하여 혈류를 분석하고, 혈류 이상에 대한 분석 결과를 출력할 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 초음파 센서 모듈이 착탈되며 상기 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤이 교체가능하게 수용되는 수용홈이 형성된 센서 케이싱; 및 상기 센서 케이싱을 지지하며 피검사자의 피부에 부착되는 다양한 형태의 접착 패드를 포함하는, 카트리지부에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 센서 케이싱은 양측이 개구된 속이 빈 통 형상을 가지고, 상기 센서 케이싱의 일측 개구에 착탈가능하게 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤의 오염을 방지하는 보호 커버; 및 상기 센서 케이싱의 타측 개구에 기밀을 유지하며 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤을 통과하는 초음파가 투과되는 투명 필름을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 전술한 혈류 및 혈관 측정장치; 및 상기 혈류 및 혈관 측정장치로부터 전송되는 혈류신호 및 혈관상태 정보로 피검사자의 특정 시간 이후의 혈류 및 혈관상태 이상을 예측한 분석 결과를 산출하는 외부 서버를 포함하는, 혈류 및 혈관 측정시스템에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 외부 서버는 혈류 및 혈관상태 이상을 예측하는 심층신경망 기반의 분석모델을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 병원뿐만 아니라 가정 및 이동 중에서도 피검사자가 신체의 원하는 위치에 간편하게 부착하여, 연속적인 혈류 및 혈관상태 정보를 획득하고, 단순 측정치 모니터링을 벗어나 질병의 유무 및 발생 가능성을 예측 제시해줄 수 있으며, 혈관 건강을 관리하여 의료비의 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 카트리지부의 사시도,
도 3은 초음파 센서 모듈이 포함된 도 2의 분해 사시도,
도 4는 도 1의 혈류 및 혈관상태 측정장치의 카트리지부를 피검사자의 피부에 부착한 상태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 카트리지부의 사시도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 카트리지부의 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 본체부의 회로 구성도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치의 본체부를 통해 획득하는 혈류 및 혈관상태 데이터를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 혈류음파신호는, 혈관에 대해 입력되는 입력음파가 혈류의 상태가 반영되어 반사된 신호를 의미한다. 예를 들어, 혈류음파신호는, 특정한 신체부위의 혈관에 대해 초음파를 제공하면, 혈관에 반사되면서 혈류 흐름의 영향을 받아 도플러 효과가 적용된 음파신호일 수 있다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류측정장치가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류측정장치(1a)는 초음파 센서 모듈(10)과, 혈류 및 혈관상태를 측정하는 카트리지부(20)와, 카트리지부(20)에서 측정된 혈류 측정 데이터를 출력하는 본체부(50)를 포함한다.

초음파 센서 모듈(10)은 초음파를 발생한다.

초음파 센서 모듈(10)은 혈류에 따른 주파수 변화 원리에 기초하여 혈류 변화 및 혈관 탄성도, 혈관벽 두께를 측정하는 도플러 초음파 센서로 마련될 수 있다.

도플러 초음파 센서로 이루어진 초음파 센서 모듈(10)은 인체 내에 초음파를 입사시키고 반사된 신호를 획득하기 위한 도플러 초음파 프로브를 포함한다.

이에 따라, 도플러 초음파 프로브에서 일정 주파수의 초음파가 발생되면, 상기 주파수의 초음파는 인체 내부의 적혈구와 같은 목표물로 입사되고, 목표물에서 반사된 신호는 도플러 초음파 프로브를 통해 획득한 혈류 측정 데이터를 본체부(50)로 전송한다.

한편, 도플러 초음파 센서는 다양한 혈역학적 평가에 활용되는 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 도플러 초음파 센서는 파형도플러(spectral Doppler) 초음파 검사 방식을 이용하여 혈류 상태에 대한 다양한 데이터를 획득할 수 있다. 파형 도플러 검사는 연속파(continuous wave)를 사용하는 방식, 일정한 간격을 두고 초음파를 끊어서 보내는 펄스파(pulsed wave) 사용 방식 등을 적용할 수 있다. 특히, 연속파 방식은 한 단면에 한 개의 혈관만 존재하는 부위에 유용하게 사용될 수 있다.

이러한 파형도플러 검사로서 알 수 있는 것은 혈류의 존재 유무 및 혈류량 뿐 아니라 혈관벽 여부, 혈류의 수축기 최고속도(peak systolic velocity), 이완기 최저속도(end diastolic velocity), 가속시간(acceleration time), 감속시간(deceleration time)등을 알 수 있고, 이러한 정보를 바탕으로 저항지수(Resistive Index), 박동지수(Pulsatility Index), 가속시간지수(Acceleration Time Index), 심박수(heart rate) 등을 측정하여 혈류역동(hemodynamics)에 관한 많은 정보를 파악할 수 있다.

카트리지부(20)는 도플러 초음파 센서가 결합되어 피검사자 피부의 혈류를 측정하고자 하는 정확한 위치에 부착 또는 고정하며, 음파를 피부 내부로 정확하게 전달되도록 하는 역할을 수행한다. 카트리지부(20)는 피검사자의 피부(100) 특정한 위치에 고정적으로 부착되어 도플러 초음파 센서에 의해 연속적으로 혈류상태를 측정할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

일실시예로, 카트리지부(20)는 센서 케이싱(21)과, 센서 케이싱(21)을 지지하며 피검사자의 피부(100)에 부착되는 접착 패드(41a)를 포함한다.

센서 케이싱(21)은 내부에 수용홈(25)을 형성하며, 양측이 개구된 속이 빈 원통 형상을 가진다. 센서 케이싱(21)의 내경은 초음파 센서 모듈(10)이 센서 케이싱(21)과 끼움 결합되는 직경의 크기를 가질 수 있다.

수용홈(25)에는 초음파 센서 모듈(10)이 착탈된다. 초음파 센서 모듈(10)은 센서 케이싱(21)의 일측 개구를 통해 수용홈(25)에 장착 예컨대, 끼움 결합된다.

또한, 수용홈(25)에는 초음파 센서 모듈(10)로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤(31)이 교체가능하게 수용된다. 젤(31)은, 도플러 초음파 센서로부터 제공된 음파가 피부까지 잘 전달되도록 하는 매질로서, 수용홈(25)에 수용되는 젤(31)과 수용홈(25)에 장착되는 초음파 센서 모듈(10) 사이에 공기층이 형성되지 않도록 하여 음향 노이즈가 중간에 생성되는 것을 방지하며, 소정의 두께를 가진다. 이에, 혈류 측정시 유효한 혈류 측정 데이터를 얻을 수 있게 된다.

일실시예로, 젤(31)은, 형상을 유지하여 젤(31)의 교체시 회수가 가능하도록, 반고상의 형태를 가질 수 있다. 젤은 별도로 제공됨에 따라 센서 케이싱과 별도로 교체될 수도 있고, 센서 케이싱 내에 구비된 상태로 함께 교체되도록 제공될 수 있다.

또한, 젤은 수용성이므로 시간이 지남에 따라 변형이 예컨대, 워터 젤(water gel)화 하여 특정 시간 간격으로 교체해야 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류측정장치(1a)의 센서 케이싱(21)은 초음파 센서 모듈(10)이 장착되기에 앞서, 수용홈(25)에 젤(31)이 수용된 채로 제공될 수 있다. 이에 따라, 센서 케이싱(21)의 일측 개구에는 보호 커버(33)가 착탈가능하게 마련된다. 이를 통해, 센서 케이싱(21)은 보호 커버(33)을 제거함에 따라 도플러 초음파 센서 모듈(10)에 간편하게 교체하여 결합할 수 있다.

보호 커버(33)는 일정 두께의 시트 형상을 가진다. 보호 커버(33)는 센서 케이싱(21)의 일측 개구에 장착되어, 수용홈(25)에 수용된 젤(31)의 오염을 방지한다. 또한, 보호 커버(33)는 센서 케이싱(21)의 일측 개구로부터 분리되면, 센서 케이싱(21)의 일측 개구가 개방되고, 이에 초음파 센서 모듈(10)은 센서 케이싱(21)의 일측 개구를 통해 센서 케이싱(21)에 끼움 결합되며 장착된다.

또한, 센서 케이싱(21)의 타측 개구에는 투명 필름(35)이 장착되어 있다. 투명 필름(35)은 일정 두께의 시트 형상을 가진다. 투명 필름(35)은, 수용홈(25)에 수용된 젤(31)이 피검사자의 피부(100)를 향해 흘러나오지 않도록, 센서 케이싱(21)의 저부에 기밀을 유지하며 장착되어, 센서 케이싱(21)의 타측 개구를 차폐한다. 즉, 센서 케이싱(21)의 수용홈(25)이 홀로 형성되는 경우, 투명필름(35)이 타측 개구에 부착됨에 따라 초음파가 신체 내부로 진행하는 것에 영향을 미치지 않으면서 수용된 젤(31)이 흘러나오는 것을 방지한다. 수용홈(25)에 수용된 젤(31)과 투명 필름(35) 사이에는 공기층이 형성되지 않도록 투명 필름(35)은 젤(31)을 밀착 지지한다. 이에 의해, 혈류 측정시 유효한 혈류 및 혈관상태 측정 데이터를 얻을 수 있게 된다.

이러한 투명 필름(35)은 수용홈(25)에 수용된 젤(31)을 통과하는 초음파가 투과되는 소재로 이루어진다. 한편, 센서 케이싱(21)에는 타측 개구의 둘레를 따라 센서 케이싱(21)의 반경방향으로 일정의 폭으로 돌출된 플랜지(27)가 마련되어 있다. 플랜지(27)는 접착 패드(41a)에 접착되며, 이에 센서 케이싱(21)은 접착 패드(41a)에 지지된다.

신체 부착 부위에 따라 센서케이싱(21)과 플랜지(27)사이는 표본 용적 (sample volume)을 혈류에 평행하게 하기 위해 초음파 센서 모듈(10)의 입사각을 유지할 수 있는 내부 구조를 가질수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술한다.

접착 패드(41a)는 초음파 센서 모듈이 결합되는 센서 케이싱(21)을 혈류 측정을 하고자 하는 특정한 신체부위에 부착하는 역할을 수행한다. 접착 패드(41a)는 일정 두께의 시트 형상을 가지며, 센서 케이싱(21)을 지지하며 피검사자의 피부(100)에 부착된다.

접착 패드(41a)의 중앙 영역에는 센서 케이싱(21)이 삽입 결합되는 삽입공(43)이 관통 형성되어 있다. 이를 통해, 초음파 모듈(10)에서 제공되는 초음파가 젤(31)을 통과한 후 바로 신체 내부로 제공되도록, 투명 필름(35)이 피부 표면에 바로 접촉되게 한다.

접착 패드(41a)의 일측에는 피검사자의 피부(100)에 접착되는 접착면이 형성되어 있다. 접착면에는, 접착 패드(41a)가 요동하지 않고 피부(100)에 접착되도록 일정의 접착 강도를 가지며, 인체에 무해한 접착제가 도포되어 있다.

이와 같이, 접착 패드(41a)가 요동하지 않고 피검사자의 피부(100)에 접착됨에 따라, 초음파 센서 모듈(10)이 장착된 센서 케이싱(21)이 움직임이지 않게 되어, 측정된 혈류 측정 데이터의 신뢰성이 향상된다.

한편, 접착 패드(41a)의 접착면에는 접착면의 오염을 방지하기 위한 이형지(45)가 분리가능하게 적층될 수 있다.

접착 패드(41a)의 접착면에 이형지(45)를 적층함에 따라, 접착면이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 본 실시예에서의 접착 패드(41a)는 마치 나비 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 접착 패드는 도 5에 도시된 바와 같이 타원형의 형상을 갖거나, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 'X'자 형상을 가질 수 있으며, 접착 패드의 형상은 이에 한정되지 않고, 혈류를 측정하고자 하는 피부(100)의 곡률에 대응하여 다양한 형상과 초음파 센서 모듈(10)의 입사각을 유지하는 내부구조를 가질 수도 있다.

일 예로, 본 실시예에서와 같이 나비 형상을 갖는 접착 패드(41a)는 목 부위에 부착이 가능한 형태로서, 센서 위치는 좁고 부착 부분은 넓은 형상을 가진다. 또한, 한 손으로 측정 위치 파악 후 다른 손으로 이형지(45)를 제거하여 피부(100)에 고정할 수 있다.

도 5에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈류측정장치(1b)에서 타원형의 형상을 갖는 접착 패드(41b)는 목부위 등에 부착 가능한 심플한 구조로서, 선 측정 위치 파악 후 피부(100)에 접착하여 사용한다.

도 6에서와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 혈류측정장치(1c)에서 'X'자 형상을 갖는 접착 패드(41c)는 손등 등 굴곡이 많은 부위에 부착 가능한 형상으로 접착 부위를 극대화하여 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류측정장치(1a)의 카트리지부(20)는 본체부(50)에 연결되는 도플러 센서 모듈로부터 분리가 가능하여 카트리지부(20)만 용이하게 교체할 수 있다. 카트리지부(20)에서도 젤(31)과 센서 케이싱(21)은 일회용으로 초음파 측정 후 교체가 가능하여, 사용상의 감염을 줄이며 위생적으로 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파는 피검사자의 피부에 수직하게 입사되거나, 또는 신체 부위에 따라 피검사자의 피부에 경사지게 입사될 수도 있다. 이를 위해, 센서 케이싱(21)은 혈류 또는 혈관상태 측정이 수행되는 위치에 부합하게 초음파 제공 각도를 설정하는 구조를 구비할 수 있다. 일실시예로, 센서 케이싱(21)은 초음파 모듈이 배치되는 신체 위치에 따라 초음파 제공 각도를 변경할 수 있는 구조를 포함할 수 있다. 즉, 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 피검사자의 피부에 대해 경사지게 입사될 수 있도록, 신체 부위에 맞게 부착 패드를 선택하는 것과 같이, 센서 케이싱은 도시되어 있지 않지만 피검사자의 피부에 대해 각도가 조절되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 다른 일실시예로, 센서 케이싱(21)은 도플러 초음파를 이용하여 혈류 또는 혈관 상태 측정이 수행되는 각각의 신체 부위에 특화된 구조(예를 들어, 각 신체부위 별로 피부면에 대해 특정한 각도로 기울어진 구조)를 가지는 여러 타입이 있을 수 있다. 사용자는 혈류 또는 혈관상태 측정을 위해 초음파 모듈이 배치되는 신체 위치에 따라 적절한 부착패드와 센서케이싱 타입을 선택 및 조합하여 사용할 수 있다.

본체부(50)는 카트리지부(20)에 장착된 초음파 센서 모듈(10)과 유선(60) 또는 무선으로 접속되어, 초음파 센서 모듈(10)로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 출력한다.

본 실시예에서는 본체부(50)와 초음파 센서 모듈(10)가 유선(60)으로 접속되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않고, 본체부(50)와 초음파 센서 모듈(10)은 도시하지 않은 통신모듈을 내부에 구비하여 무선으로 접속될 수도 있다.

본체부(50)는 혈류 측정 결과 또는 혈류 측정 결과를 분석한 혈류 이상 예측 결과를 사용자 또는 피검사자에게 제공하기 위한 디스플레이를 포함한다.

한편, 본체부(50)는 도 7에 도시된 바와 같은 회로 구성도를 포함할 수 있다.

본체부(50)는 초음파 센서 모듈(10)에 초음파 도플러를 발생하는 장착부와, 초음파 센서 모듈(10)로부터 받은 도플러 신호를 증폭, 처리하여 분석하는 제어부와, 본체부(50)에 전원을 공급하는 전원부와, 제어부에 접속된 통신 모듈(communication module)과 연결되어 제어부에서 혈류 측정 결과 또는 혈류 측정 결과를 분석한 혈류 이상 예측 결과를 사용자 또는 피검사자에게 디스플레이하기 위한 디스플레이 통신부를 포함한다.

여기서, 도시되어 있지 않지만, 본체부는 초음파를 제어하는 초음파 제어부와 태블릿 장치로 분리될 수도 있다. 이와 같이 본체부가 초음파 제어부와 태블릿 장치로 분리될 경우, 태블릿 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정정치의 본체부에 크래들 형태로 꽂아져서, 초음파 제어부와 연결될 수도 있다. 이러한 태블릿 장치를 통해 블루투스, USB, WiFi, LTE 연동에 의해 스마트 폰 및 타 의료기기 제품 및 측정 값 연동 로그(체온계, 혈압계, 심전도계, 산소포화도계, 혈당계, 체중계, 체지방계, 콜레스테롤측정기 데이터 연동 지원)를 기반으로 혈관 건강에 영향을 미치는 바이탈 사인(vital sign)을 수집 관리할 수 있게 된다.

본체부(50)는, 일 실시예로서, 초음파 센서 모듈(10)로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 외부 서버(미도시) 또는 스마트 폰 등의 컴퓨팅 장치(미도시)에 전송하고, 컴퓨팅 장치로부터 혈류 이상 예측에 대한 분석 결과를 획득하여 출력한다. 일실시예로, 상기 외부 서버는 혈류 이상을 예측하는 심층신경망 기반의 분석모델을 포함하여, 혈류측정장치(즉, 본체부)로부터 전송되는 혈류신호로 피검사자의 특정 시간 이후의 혈류 이상을 예측한 분석 결과를 산출한다.

또한, 본체부(50)는 다른 실시예로서, 초음파 센서 모듈(10)로부터 측정된 혈류 측정 데이터에 의거하여 혈류를 분석하고, 혈류 이상에 대한 분석 결과(예를 들어, 혈류상태 측정결과 또는 혈류 이상, 혈관벽 두께를 예측한 결과)를 출력할 수도 있다.

한편, 본체부(50)를 통해 도 8에 일 실시예로 도시한 바와 같이, 최대수축기 혈류 속도, 이완기말 혈류 속도, 혈류 평균속도, 맥동지수(혈관의 탄력), 순환 저항, 심박 속도, 혈전/협착 정도, 주변 온도 및 습도, 위치별 뇌졸증 지수 등의 혈류 및 혈관상태 데이터를 산출할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 혈류 및 혈관상태 측정장치(1a)를 이용하여 혈류를 측정하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 센서 케이싱(21)의 보호 커버(33)를 제거한다. 이 때, 센서 케이싱(21)의 수용홈(25)에는 젤(31)이 미리 수용되어 있다.

다음, 초음파 센서 모듈(10)을 센서 케이싱(21)의 일측 개구를 통해 장착하여, 초음파 센서 모듈(10)을 센서 케이싱(21)에 결합한다.

그리고, 혈류 검사를 하고자 하는 혈관의 위치를 파악한다.

혈관의 위치가 파악되면, 접착 패드(41a)의 이형지(45)를 제거하고 피부(100)에 접착 패드(41a)의 접착면을 접착하여, 카트리지부(20)를 피부(100)에 고정한다.

이어서, 초음파 센서 모듈(10)을 통해 해당 혈관의 혈류를 측정하고, 측정된 혈류 측정 데이터는 본체부(50)로 전송된다.

즉, 초음파 센서 모듈(10)에서 일정 주파수의 초음파가 발생되면, 상기 주파수의 초음파는 인체 내부의 적혈구와 같은 목표물로 입사되고, 목표물에서 반사된 신호는 도플러 초음파 프로브를 통해 획득한 혈류 측정 데이터를 본체부(50)로 전송된다.

본체부(50)는 초음파 센서 모듈(10)로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 외부 서버 또는 휴대 단말기에 전송하고, 외부 서버 또는 휴대 단말기는 목표물의 이동에 의한 수신 신호의 주파수 편이를 검출하여 목표물인 적혈구의 속도를 결정하고, 혈류 이상 여부에 대해 분석한다.

그리고, 본체부(50)는 외부 서버 또는 휴대 단말기로부터 혈류 이상에 대한 분석 결과를 획득하여 혈류분석서버에 제공하고, 혈류분석서버로부터 질병의 유무 및 발생 가능성 등의 예측 결과를 수신하여 피검사자에게 알려준다.

여기서, 본체부(50)는 초음파 센서 모듈(10)로부터 제공된 혈류 측정 데이터를 외부 서버 또는 휴대 단말기, 혈류분석서버에 제공하지 않을 수 있다. 이 경우, 본체부(50)는 초음파 센서 모듈(10)로부터 제공된 혈류 측정 데이터에 의거하여, 적혈구와 같은 목표물의 이동에 의한 수신 신호의 주파수 편이를 검출하여 목표물의 속도를 결정하여 혈류를 분석한 후, 혈류 이상에 대한 분석 결과를 출력할 수도 있다.

한편, 이러한 일련의 혈류 측정이 완료되면, 피부(100)로부터 카트리지부(20)를 분리한다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치(1a)를 이용한 혈류의 측정이 완료된다.

한편, 혈류의 측정이 완료되면, 피부(100)로부터 분리된 카트리지부(20)로부터 접착 패드(41a)를 분리하여 폐기한다. 한편, 본 발명에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치(1a)는 카트리지부(20)가 본체부(50)와 분리가 가능하므로, 카트리지부(20)만 예컨대, 젤(31)과 센서 케이싱(21)을 교체하여 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 병원뿐만 아니라 가정에서도 피검사자가 신체의 원하는 위치 예컨대, 목 경동맥뿐만 아니라 머리, 다리(하지정맥)에 간편하게 부착하여, 연속적인 혈류 정보 이외에 혈관 상태 정보 예컨대, 혈관 탄성(경직도) 및 혈관벽 두께 측정을 통해 협착도를 획득할 수 있고, 단순 측정치 모니터링을 벗어나 질병의 유무 및 발생 가능성을 예측 제시해줄 수 있으며, 혈관 건강을 관리하여 의료비의 절감을 도모할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치는 다양한 수술 또는 시술(예를 들어, Cardiopulmonary bypass 사용하는 수술, Bench chair position으로 수술) 시에 지속적인 혈류 모니터링, 에크모(Extracorporeal membrane oxygenation; ECMO) 를 사용하거나 바이탈 신호가 불안정한 중환자의 지속적인 혈류 모니터링에 이용될 수 있다. 특히, 경동맥뿐만 아니라 하지동맥 초음파, 투석용 동정맥루 초음파에도 활용이 가능하다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치는 기립경 검사(Head-up Tilt Test) 시에 혈류 변화를 측정하여 기립성 저혈압 등을 진단할 때 이용될 수 있고, 가정에서 뇌졸중 등을 예측하는 용도로 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 혈류 및 혈관상태 측정장치는 수술/시술 중, 수술 후 또는 평소에 색전증 발생을 진단 또는 예측하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 혈류상태 분석시스템은, 분석서버 및 클라이언트 장치;를 포함한다.

분석서버(100)는 하나 이상의 컴퓨터로 구성되어 심층신경망을 형성하여 혈류음파신호를 분석하는 역할을 수행한다.

본 발명의 실시예들에 따른 심층신경망(Deep Neural Network; DNN)은, 하나 이상의 컴퓨터 내에 하나 이상의 레이어(Layer)를 구축하여 복수의 데이터를 바탕으로 판단을 수행하는 시스템 또는 네트워크를 의미한다. 예를 들어, 심층신경망은 컨볼루션 풀링 층(Convolutional Pooling Layer), 로컬 접속 층(a locally-connected layer) 및 완전 연결 층(fully-connected layer)을 포함하는 층들의 세트로 구현될 수 있다. 컨볼루션 풀링 층 또는 로컬 접속 층은 영상 내 특징들을 추출하도록 구성될 수 있다. 완전 연결 층은 영상의 특징 간의 상관 관계를 결정할 수 있다. 일부 실시 예에서, 심층신경망의 전체적인 구조는 컨볼루션 풀링 층에 로컬 접속 층이 이어지고, 로컬 접속 층에 완전 연결 층이 이러지는 형태로 이루어질 수 있다. 심층신경망은 다양한 판단기준(즉, 파라미터(Parameter))를 포함할 수 있고, 입력되는 영상 분석을 통해 새로운 판단기준(즉, 파라미터)를 추가할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 심층신경망은, 도 2에서와 같이, 영상분석에 적합한 콘볼루셔널 신경망이라고 부르는 구조로서, 주어진 영상 데이터들로부터 가장 분별력(Discriminative Power)가 큰 특징을 스스로 학습하는 특징 추출층(Feature Extraction Layer)와 추출된 특징을 기반으로 가장 높은 예측 성능을 내도록 예측 모델을 학습하는 예측층(Prediction Layer)이 통합된 구조로 구성될 수 있다.

특징 추출층은 영상의 각 영역에 대해 복수의 필터를 적용하여 특징 지도(Feature Map)를 만들어 내는 콘볼루션 층(Convolution Layer)과 특징 지도를 공간적으로 통합함으로써 위치나 회전의 변화에 불변하는 특징을 추출할 수 있도록 하는 통합층(Pooling Layer)을 번갈아 수 차례 반복하는 구조로 형성될 수 있다. 이를 통해, 점, 선, 면 등의 낮은 수준의 특징에서부터 복잡하고 의미 있는 높은 수준의 특징까지 다양한 수준의 특징을 추출해낼 수 있다.

콘볼루션 층은 입력 영상의 각 패치에 대하여 필 터와 국지 수용장(Local Receptive Field)의 내적에 비선형 활성 함수(Activation Function)을 취함으로 서 특징지도(Feature Map)을 구하게 되는데, 다른 네트워크 구조와 비교하여, CNN은 희소한 연결성 (Sparse Connectivity)과 공유된 가중치(Shared Weights)를 가진 필터를 사용하는 특징이 있다. 이러한 연결구조는 학습할 모수의 개수를 줄여주고, 역전파 알고리즘을 통한 학습을 효율적으로 만들어 결과적으로 예측 성능을 향상 시킨다.

통합 층(Pooling Layer 또는 Sub-sampling Layer)은 이전 콘볼루션 층에서 구해진 특징 지도의 지역 정보를 활용하여 새로운 특징 지도를 생성한다. 일반적으로 통합 층에 의해 새로 생성된 특징지도는 원래의 특징 지도보다 작은 크기로 줄어드는데, 대표적인 통합 방법으로는 특징 지도 내 해당 영역의 최대값을 선택하는 최대 통합(Max Pooling)과 특징 지도 내 해당 영역의 평균값을 구하는 평균 통합(Average Pooling) 등이 있다. 통합 층의 특징지도는 일반적으로 이전 층의 특징 지도보다 입력 영상에 존재하는 임의의 구조나 패턴의 위치에 영향을 적게 받을 수 있다. 즉, 통합층은 입력 영상 혹은 이전 특징 지도에서의 노이즈나 왜곡과 같은 지역적 변화에 보다 강인한 특징을 추출할 수 있게 되고, 이러한 특징은 분류 성능에 중요한 역할을 할 수 있다. 또 다른 통합 층의 역할은, 깊은 구조상에서 상위의 학습 층으로 올라갈수록 더 넓은 영역의 특징을 반영할 수 있게 하는 것으로서, 특징 추출 층이 쌓이면서, 하위 층에서는 지역적인 특징을 반영하고 상위 층으로 올라 갈수록 보다 추상적인 전체 영상의 특징을 반영하는 특징 생성할 수 있다.

이와 같이, 콘볼루션 층과 통합 층의 반복을 통해 최종적으로 추출된 특징은 다중 신경망(MLP: Multi-layer Perception)이나 서포트 벡터 머신(SVM: Support Vector Machine)과 같은 분류 모델이 완전 연결 층(Fully-connected Layer)의 형태로 결합되어 분류 모델 학습 및 예측에 사용될 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예들에 따른 심층신경망의 구조는 이에 한정되지 아니하고, 다양한 구조의 신경망으로 형성될 수 있다.

클라이언트는 사용자의 혈류음파신호를 측정하는 장치(예를 들어, 혈류 및 혈관상태 측정장치) 또는 분석서버의 혈류상태 분석결과를 제공하는 장치(예를 들어, 디스플레이를 구비한 혈류 및 혈관상태 측정장치 또는 디스플레이를 구비한 이동단말기)를 포함할 수 있다. 일실시예로, 클라이언트가 혈류 및 혈관상태 측정장치인 경우, 혈류 및 혈관상태 측정장치가 획득한 혈류신호를 무선통신을 통해 분석서버로 전송하고, 분석서버로부터 학습모델에 혈류신호를 입력하여 산출한 분석결과를 수신하여 화면상에 제공할 수 있다. 혈류 및 혈관상태 측정장치에 대한 기설명된 상세한 설명은 생략한다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1a,1b,1c: 혈류 및 혈관상태 측정장치
10: 초음파 센서 모듈
20: 카트리지부
21: 센서 케이싱
25: 수용홈
31: 젤
33: 보호 커버
35: 투명 필름
41a,41b,41c: 접착 패드
45: 이형지
50: 본체부

Claims (10)

1. 초음파를 발생하는 초음파 센서 모듈;
   상기 초음파 센서 모듈이 착탈되며 상기 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤이 교체가능하게 수용되는 수용홈이 형성된 센서 케이싱과, 상기 센서 케이싱을 지지하며 피검사자의 피부에 부착되는 접착 패드를 포함하며, 혈류 상태를 측정하는 카트리지부; 및
   상기 초음파 센서 모듈과 유선 또는 무선으로 접속되어, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 출력하는 본체부를 포함하며,
   상기 센서 케이싱은 양측이 개구된 속이 빈 통 형상을 가지고,
   상기 카트리지부는,
   상기 센서 케이싱의 일측 개구에 착탈가능하게 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤의 오염을 방지하는 보호 커버; 및
   상기 센서 케이싱의 타측 개구에 기밀을 유지하며 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤을 통과하는 초음파가 투과되는 투명 필름을 더 포함하는, 혈류 및 혈관상태 측정장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 접착 패드의 일측에는 피검사자의 피부에 접착되는 접착면이 형성되고, 상기 접착면에는 상기 접착면의 오염을 방지하기 위한 이형지가 분리가능하게 적층된, 혈류 및 혈관상태 측정장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 센서 케이싱은 난반사성 재질로 이루어진, 혈류 및 혈관상태 측정장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 본체부는, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터를 외부 서버 또는 컴퓨팅 장치에 전송하고, 상기 외부 서버 또는 상기 컴퓨팅 장치로부터 혈류 이상 예측에 대한 분석 결과를 획득하여 출력하는, 혈류 및 혈관상태 측정장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 본체부는, 상기 초음파 센서 모듈로부터 측정된 혈류 측정 데이터에 의거하여 혈류를 분석하고, 혈류 이상에 대한 분석 결과를 출력하는, 혈류 및 혈관상태 측정장치.
7. 양측이 개구된 속이 빈 통 형상을 가지고, 초음파 센서 모듈이 착탈되며 상기 초음파 센서 모듈로부터 발생한 초음파가 통과하는 젤이 교체가능하게 수용되는 수용홈이 형성된 센서 케이싱;
   상기 센서 케이싱을 지지하며 피검사자의 피부에 부착되는 접착 패드;
   상기 센서 케이싱의 일측 개구에 착탈가능하게 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤의 오염을 방지하는 보호 커버; 및
   상기 센서 케이싱의 타측 개구에 기밀을 유지하며 마련되어, 상기 수용홈에 수용된 상기 젤을 통과하는 초음파가 투과되는 투명 필름을 포함하는, 카트리지부.
8. 삭제
9. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 혈류 및 혈관상태 측정장치; 및
   상기 혈류 및 혈관상태 측정장치로부터 전송되는 혈류신호로 피검사자의 특정 시간 이후의 혈류 이상을 예측한 분석 결과를 산출하는 외부 서버를 포함하는, 혈류측정시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 외부 서버는 혈류 이상을 예측하는 심층신경망 기반의 분석모델을 포함하는, 혈류측정시스템.

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