KR19990024145A - 초음파 요실금 경보 시스템 및 방법 - Google Patents

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    • A61B2018/00523—Treatment of incontinence

Abstract

본 발명은 초음파 요실금 경보 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 전원이 온 된 상태에서 방광의 벽간거리 및 초음파 뇨의 센서부의 동작 시간주기가 설정되면 다음 과정을 수행하고 미설정시에는 디폴트값으로 설정하는 과정과, DC/DC 컨버터부을 통해 인가된 전압을 승압시킨 후 설정된 시간주기로 펄스발생부에서 부펄스를 발생시키는 과정과, 상기 부펄스를 입력받은 초음파 뇨의 센서부에서 방광쪽으로 초음파를 발생하여 송신하는 과정과, 상기의 초음파 송신후 소정 시간동안 수신 대기하는 과정과, 상기 수신대기 과정에서 방광의 전벽 및 후벽에서 반사된 초음파 신호가 다시 수신되면 이를 확인한 후 수신파의 수신을 중단시키는 과정과, 수신된 초음파 신호를 이용해 방광의 벽간 거리를 계산한 후 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 큰지 여부를 확인하여 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 크면 경보하는 과정으로 이루어진다.
본 발명에 의하면 뇨실금증이 있는 환자가 자신의 방광에 뇨가 찼다는 것을 소정 경보 신호를 통해 인식하여 차질없이 배뇨를 할 수 있게 된다.

Description

초음파 요실금 경보 시스템 및 방법
본 발명은 초음파 요실금 경보 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 초음파 뇨의 센서를 인체의 치골결합부에 부착하여 방광의 전벽과 후벽간의 거리를 측정하고, 미리 설정한 기준 거리와 비교하여 측정한 거리가 기준 거리보다 클 경우에 부저 등을 통하여 경보음을 출력시킴으로써 뇨실금증이 있는 환자가 자신의 방광에 뇨가 찼다는 것을 차질없이 미리 인식하여 배뇨할 수 있도록 한 초음파 요실금 경보 시스템 및 방법(Ultrasonic enuresis alarming system and method)에 관한 것이다.
일반적으로, 정상인은 원하는 시간과 장소에서 마음대로 배뇨할 수 있고 필요시에는 참을 수도 있는데 이는 괄약기전을 통한 수의적 조절에 의한 것이다.
이 기전이 외적인 원인에 의해 괄약근에 손상을 받거나 괄약근을 지재하는 신경이 마비되었을 때 불수적으로 오줌이 흘러나오는 현상을 뇨실금이라 부른다.
이러한 뇨실금에는 다음 4가지의 기본적인 형태가 있다.
a. 긴장성 뇨실금(Stress Incontinence): 긴장성 뇨실금은 골반 근육이 손상을 입었을 때 나타나는 뇨실금으로, 운동, 기침, 재채기, 웃음이나 방광에 압력을 주는 어떤 신체의 움직임이 있을 때 발생한다.
b. 절박성 뇨실금(Urge Incontinence): 뇨의가 발생하여 화장실에 가는 동안에 배뇨를 제어하지 못하여 발생하는 것으로, 방광에서 뇌까지의 경로를 따라 지나가는 신경이 손상을 입었을 때 발생하며, 의식적으로 통제할 수 없는 갑작스런 방광의 수축이 야기되어 발생된다.
c. 과잉성 뇨실금(Overflow Incontinence): 자궁 수술 후나 당뇨 또는 말초신경계통의 질환시 방광근육이 늘어나 수축력을 잃어서 방광내의 뇨량이 방광의 저장능력을 넘어서서 저절로 넘쳐 흐르는 뇨실금이다.
d, 수술시 발생하는 뇨실금(Incontinence from Surgery): 자궁 적출술, 제왕 절개, 전립선 절제, 소장이나 직장 수술과 같은 수술시 발생하는 뇨실금이다.
상기와 같은 이유에서 발생되는 뇨실금은 의약이 발달하여 전 인구에 대한 고령자의 비율이 점차 증가됨에 따라 뇨실금 환자의 비율도 더욱 높아질 것으로 추측되며 현재 우리나라에서는 아직 뇨실금 환자에 대한 명확한 통계자료가 나와 있지 않지만 가까운 일본의 1991년도 조사 자료에 의하면 60세 이상의 재택 고령자 에 대해서 뇨실금증이 있는 남자는 전체의 10%, 여성에게는 24% 이상, 합계 약 400만명으로 추정하고 있고, 여기에 중년여성의 복합성 뇨실금과 교통사고 등에 의한 척추 손상, 복부수술 후유증 등을 합치면, 유럽에서와 마찬가지로 전 인구의 5% 전후, 약 600만명이 뇨실금증 환자라고 밝히고 있다.
또한, 이 조사에 의하면 당시 치료를 받고 있던 사람이, 남성에서는 15.1%, 여성에서는 3.3%에 지나지 않았다고 밝히고 있다.
따라서, 재택에서의 대책과 지원 기술의 개발이 필요한 상태인데, 현재의 대표적인 대책중의 하나가 노인용 기저귀를 사용하는 것이다. 이 방법은 매우 손쉽게 이용할 수 있기 때문에 가장 많이 사용되고 있으며, 흡수성이 좋은 실금 대처용 노인용 종이 기저귀도 개발이 요구되고 있다.
그러나, 이 기저귀의 착용은 당사자의 자존심을 상하게 할 우려가 많기 때문에 적극 권장할 수는 없으며, 외출 등 생활범위를 넓히는 경우나 수술 후의 일시용 등으로 한정하는 것이 요구되고 있다.
한편, 뇨실금의 치료 방법으로는 약물요법이나 외과적 요법이외에 자기 자신이 방광을 훈련하거나 골반 근육을 단련하는 것에 의한 방법 등이 있고 이 방법에 의해 뇨실금의 약 80%는 치유 또는 제어가 가능하다고 한다.
이러한 방법들 이외에 특히 야뇨증 환자에 많이 사용되고 있는 치료방법 중의 하나로 Tamura T. 등은 기저귀에 부착된 Electrode를 이용하여 온도나 임피던스의 변화를 측정하여 기준온도나 기준전압 이상일 때 경보를 하는 방법을 사용하였다.
그러나, 이러한 방법들은 모두 실금된 오줌이 Electrode 에 도달하여야만 경보가 작동된다. 즉, 이러한 방법에 의한 경보는 환자가 배뇨를 하기 전에 가동되지 않고, 배뇨가 되어야만 작동한다는 단점이 있다.
현재 이용되고 있는 방법들의 이러한 결점을 보완하고, 환자가 배뇨하기 전에 환자에게 알려서 배뇨하도록 도울 수 있는 뇨의(尿意) 경보 시스템의 개발이 요구되고 있으며 특히, 갑작스런 뇨의가 발생해서 화장실에 갈 시간이 없다는 절박성 뇨실금(Urge Incontinence)에 대하여 미리 경보를 울려서 환자의 배뇨를 도울 수 있는 기능을 갖는 기구의 개발이 절실하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파 뇨의 센서를 인체의 치골결합부에 부착하여 방광의 전벽과 후벽간의 거리를 측정하고, 미리 설정한 기준거리와 비교하여 측정한 거리가 기준거리보다 클 경우에 부저 등을 통하여 경보음을 출력시킴으로써 뇨실금증이 있는 환자가 자신의 방광에 뇨가 찼다는 것을 차질없이 인식하여 배뇨 할 수 있도록 한 초음파 요실금 경보 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술 사상으로서, 각종 소자의 구동을 위해 소정 전압을 제공하는 전원부와, 상기 전원부로부터 입력된 소정 전압을 릴레이를 통해 다시 승압시킨 후 출력하는 DC/DC 컨버터부와, 설정된 시간주기에 따라 마이크로 프로세서로부터 제공되는 신호를 인가받아 소정 전압의 부펄스를 발생시키는 펄스 발생부와, 상기 펄스 발생부로부터 인가된 부펄스를 인가받아 초음파 신호를 발생하여 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 검출하는 초음파 뇨의 센서부와, 상기 초음파 뇨의 센서부에 수신된 수신파 중 주파수가 낮은 잡음들은 제거하고 반사된 초음파 수신신호만을 검출하는 수신신호 필터부와, 상기 수신신호 필터부로부터 검출된 미약한 초음파 수신신호를 고주파 증폭시키는 수신신호 증폭부와, 상기 수신신호 증폭부에서 증폭된 초음파 수신신호를 인가받아 소정의 계산 알고리즘을 거쳐 방광내의 벽간 거리를 계산하는 제어수단과, 상기 제어수단의 계산에 의해 방광의 벽간 거리가 산출되면, 산출된 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량을 디스플레이시키는 디스플레이수단과, 상기 제어수단에 의해 계산된 방광의 벽간 거리가 설정된 기준 거리보다 크면 상기 제어수단의 제어에 의해 작동되는 경보수단으로 구성된 발명이 제시된다.
도 1는 본 발명에 의한 초음파 요실금 경보 시스템을 나타내는 회로도,
도 2은 본 발명에 의한 초음파 요실금 경보 시스템의 각 구성을 나타내는 블록 회로도,
도 3은 본 발명에 사용되는 전원부를 나타내는 회로도,
도 4는 본 발명에 의한 초음파 뇨의 센서부를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 초음파 요실금 경보 방법을 나타내는 흐름도,
도 6는 본 발명에 의한 마이크로 프로세서의 각종 핀을 나타내는 참고도,
도 7은 초음파를 이용한 조직간의 거리측정의 원리를 설명하기 위한 참고도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 마이크로 프로세서 11 : 전원부
12 : DC/DC 컨버터부 13 : 펄스 발생부
14 : 초음파 뇨의 센서부 15 : 수신신호 필터부
16 : 수신신호 증폭부 17 : 5V 레귤레이터 IC
18 : 전압 변환부 19 : 펄스 입력부
20 : 진동자 21 : 음향 정합층
22 : 흡음층 23 : 1차 음향 정합층
24 : 2차 음향 정합층 25 : 10진수 변환디코더
26 : 7-세그먼트 27 : 경보용 LED
28 : 경보용 부저 29 : 쉴드 케이스
30 : 웨지 31 : 쉴드 패드
32 : 저항체 40 : 클락펄스 입력부
41 : 방광의 벽간거리 세트키
이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 초음파 요실금 경보 시스템을 나타내는 회로 블록도이다.
본 발명에 의한 회로 블록도는 마이크로 프로세서(10) 및 각종 소자의 구동을 위해 +9V, +5 및 -5V 등의 전압을 제공하는 전원부(11)와, 상기 전원부(11)에서 제공된 +9V 전압을 릴레이를 통해 다시 60V 전압으로 승압시킨 후 출력하는 DC/DC 컨버터부(12)와, 사용자에 의해 설정된 시간주기에 따라 마이크로 프로세서(10)로부터 제공되는 제어신호를 인가받아 -48V의 부펄스를 발생시키는 펄스 발생부(13)와, 상기 펄스 발생부(13)로부터 인가된 부펄스를 인가받아 초음파 신호를 발생하여 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 검출하는 초음파 뇨의 센서부(14)와, 상기 초음파 뇨의 센서부(14)에 수신된 수신파 중 주파수가 낮은 잡음들은 제거하고 반사된 초음파 수신신호만을 검출하는 수신신호 필터부(15)와, 상기 수신신호 필터부(15)로부터 검출된 미약한 초음파 수신신호를 고주파 증폭시키는 수신신호 증폭부(16)와, 상기 수신신호 증폭부(16)에서 증폭된 초음파 수신신호를 인가받아 소정의 계산 알고리즘을 거쳐 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 계산하는 마이크로 프로세서(10)와, 상기 마이크로 프로세서(10)의 계산에 의해 방광의 벽간 거리가 산출되면, 산출된 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량을 디스플레이시키는 디스플레이수단과, 상기 제어수단에 의해 계산된 방광의 벽간 거리가 설정된 기준 거리보다 크면 상기 제어수단의 제어에 의해 작동되는 경보수단으로 구성된다.
또한, 상기 전원부(11)는 밧데리 전원인 9V 전압을 5V 정전압으로 변환시키는 5V 레귤레이터 IC(17)와, 상기 +5V 전압을 -5V 전압으로 변환시켜 -5V 전원을 만드는 전압 변환부(18)로 구성된다.
또한, 상기 초음파 뇨의 센서부(14)는 상기 펄스 발생부(13)로부터 소정의 부펄스를 입력받는 펄스 입력부(19)와, 초음파를 발생시키는 능동소자인 진동자(20)와, 매질에서 초음파 전달을 용이하게 해주는 음향 정합층(21)과, 초음파 펄스의 길이를 제한하기 위해 주로 후방음을 흡수하는 흡음층(22)으로 이루어지게 된다.
이때, 특히 상기 진동자(20)는 초음파를 발생시킬 수 있도록 수정, 로셀염, 티반산바륨(BaTiO3), PZT 등의 압전물질로 이루어진다.
특히, 상기 음향 정합층(21)은 피부와의 음향 임피던스 차를 감소시켜 상기 진동자에서 발생된 초음파를 효율적으로 조직내로 전달하고 조직으로부터 반사된 초음파를 높은 감도로 수신할 수 있도록 음속 2000(m/s), 밀도 3.425(g/cm3), 두께 222(㎛), 음향 임피던스 6.85(MRayls)를 갖는 1차 음향 정합층(24)과, 음속 2280(m/s), 밀도1.083(g/cm3), 두께 254(㎛), 음향 임피던스 2.47(MRayls)를 갖는 2차 음향 정합층(25)으로 이루어진다.
또한, 상기 음향 정합층(21)의 하측에는 입사각이 15°가 되도록 굴절체인 플랙시글라스(Plexiglass)로 이루어진 웨지(Wedge)가 구비되게 된다.
또한, 상기 디스플레이수단은 상기 마이크로 프로세서(10)로부터 인가받은 2진수 디지털 데이터를 10진수로 변환시키는 10진수 변환디코더(25)와, 상기 10진수 변환디코더(25)로부터 10진수 데이터를 인가받아 디스플레이시키는 7-세그먼트(26)로 구성된다.
또한, 상기 경보수단은 상기 마이크로 프로세서(10)에 의해 계산된 뇨량의 거리가 셋팅된 거리보다 컸을 경우 상기 제어수단의 제어를 받아 발광되는 경보용 LED(27) 및 소정 음을 출력하는 경보용 부저(28)로 구성된다.
도 5는 본 발명에 의한 초음파 요실금 경보방법을 나타내는 흐름도이다.
즉, 본 흐름도는 초기에 전원이 온 되면 방광의 벽간 거리 세트키(41)가 입력되었는지 확인한 후, 입력되었다고 확인되면 입력된 거리를 설정하는 과정(S100, S101, S102)과, 상기 방광의 벽간 거리 설정과정이 완료된후 계속해서 초음파 뇨의 센서부(14)의 동작 시간주기가 설정되었는지 확인하여 설정되었으면 다음 과정을 수행하고 미설정시에는 소정의 디폴트 값으로 방광의 벽간 거리를 설정시키는 과정(S103, S104)과, 소정 전압을 인가하여 DC/DC 컨버터부(12)를 구동시킴으로써 인가된 전압을 승압시키는 과정(S105)과, 상기의 승압된 전압을 인가받은 펄스 발생부(13)에서 설정된 시간주기로 부펄스를 발생시키는 과정(S106)과, 상기의 펄스 발생과정에 발생된 펄스를 인가받은 초음파 뇨의 센서부(14)에 의해 방광쪽으로 초음파가 송신되는 과정(S107)과, 상기의 초음파 송신 개시후 소정 시간동안 수신 대기하는 과정(S108)과, 상기 수신대기 과정에서 방광의 전벽 및 후벽에 도달하여 반사된 초음파 신호가 수신되면 이를 확인한 후 수신파의 수신을 중단시키는 과정(S109, S110)과, 수신된 초음파 에코신호를 이용하여 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 계산한 후 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 큰지 여부를 확인하는 과정(S111, S112)과, 상기 방광의 벽간 거리 계산 결과, 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 크면 경보용 부저(28) 및 LED(27)를 동작시킨 후 계산된 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량을 디스플레이수단으로 디스플레이시키는 과정(S113, S114)으로 이루어진다.
위와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 재택 고령자 또는 뇨실금증이 있는 환자가 자신의 방광에 뇨가 찼다는 것을 차질없이 인식하여 배뇨하고자 하는 경우에 적용하면 바람직하다.
우선, 사용자가 초음파 요실금 경보 시스템의 전원을 온 시키게 되면 도 3에 도시된 바와같이 전원부(11)인 파워 제너레이터가 작동을 시작하게 되는데 상기 파워 제너레이터에는 9V 밧데리가 사용되며 상기 전원부(11)에 의해 9V 밧데리 전원이 9V, +5V 및 -5V 로 전환되게 된다(S100).
이때, 상기 9V 전압은 DC/DC 컨버터부(12)의 전원으로 사용되며, 상기 +5V 전압은 마이크로 프로세서(10) 및 각종 소자의 구동을 담당하고, 상기 +5V 및 -5V는 OP앰프의 전원으로 사용되어진다.
또한, 상기 파워 제너레이터에 의해 +5V 전원이 마이크로 프로세서(10)에 공급되면 상기 마이크로 프로세서(10)가 동작되기 시작한다.
참고적으로, 상기 마이크로 프로세서(10)는 도 6에 도시된 바와같이 시스템을 리셋하는 Reset핀과, DC 60V 전압을 만들기 위한 DC/DC 컨버터부(12)로 소정 펄스를 출력하는 P3.0핀과, 펄스 발생부(13)의 입력단인 Sensor TX단자의 펄스 출력을 제어하는 P3.1핀과, 수신신호 필터부(15)와 수신신호 증폭부(16)를 거쳐 출력된 신호를 입력받는 P3.2핀과, 사용자에 의해 방광의 벽간 거리를 입력받기 위한 P3.3핀과, 상기 P3.3핀에 거리가 입력된 후 입력된 거리를 증가시키기 위한 P3.4핀과, 상기 P3.3핀에 거리가 입력된 후 입력된 거리를 감소시키기 위한 P3.5핀과, 미리 설정된 기준 거리보다 계산된 방광의 벽간 거리가 더 컸을 때 경보용 부저를 구동시키는 P3.7과, 7-세그먼트(26)의 출력을 위한 데이터 핀인 P1.0∼P1.3핀과, 7-세그먼트(26)의 구동을 위한 P1.4∼P1.5핀과, 미리 설정된 기준 거리보다 계산된 방광의 벽간 거리가 더 컸을 때 부저와 함께 경보용 LED(27)를 점멸시키는 P1.6과, 클럭펄스 입력핀 XIN,XOUT와, 전원핀 VCC와, 그라운드 핀 GND을 갖는다.
한편, 상기 마이크로 프로세서(10)가 구동되면 사용자는 방광의 벽간 거리 세트키(40)를 이용하여 자신에 알맞는 거리를 입력시키게 되는데, 이때 상기 마이크로 프로세서(10)는 이를 확인한 후 입력된 거리로 방광의 벽간 거리를 설정하게 된다(S101, S102).
또한, 사용자는 선택적으로 초음파 뇨의 센서부(14)의 동작 시간주기도 클럭펄스 입력부(41)를 통해 설정하게 되는데 이때, 상기 마이크로 프로세서(10)는 이를 확인한 후 사용자에 의한 별도의 입력이 없게 되면 디폴트값으로 상기 초음파 뇨의 센서부 동작 시간주기 및 방광의 벽간 거리를 설정하게 된다(S103, S104).
상기의 설정과정이 완료된 상태에서 상기 마이크로 프로세서(10)가 구동되면 이때, 상기 마이크로 프로세서(10)의 2번 P3.0핀을 통해 Power TX 단자로 제어신호가 출력되면 DC/DC 컨버터부(12)가 구동된다(S105).
즉, 상기 Power TX 단자는 DC/DC 컨버터부(12)의 바이어스 전압이 되며 9V의 전원이 KTC4393 TR의 베이스 단자로 입력되어 상기 KTC4393 TR이 스위칭 온 된다.
상기 KTC4393 TR이 온 됨에 따라 입력된 9V 전압이 릴레이(1.2mH 코일)를 통하여 승압되고 이에 따라 약 60V의 높은 전압이 발생하게 된다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터부(12)에서 승압된 60V 전압은 펄스 발생부(13)에 구비된 2SC1217 TR의 컬렉터에 제공되는데 이때, 상기 펄스 발생부(13)는 제 1,2,3,4NAND 게이트(50,51,52,53)를 갖게 된다.
또한, 상기 펄스 발생부(13)의 제 3NAND 게이트(52)의 한 단자에 마이크로 프로세서(10)의 제어에 의해 Sensor TX 단자를 통해 소정 신호가 인가되면 2N3906 TR이 온 되고 계속해서 상기 2SC1217 TR이 온 되어 소정 펄스가 발생된다.
즉, 사용자가 설정해 놓은 초음파 뇨의 센서부(14)의 동작 시간주기에 따라 상기 마이크로 프로세서(10)의 3번 단자에서 Sensor TX 신호가 발생되며 이 신호가 발생할 때마다 상기 펄스 발생부(13)에서는 -45V 정도의 부펄스가 발생하게 된다(S106).
또한, 상기 펄스 발생부(13)에서 발생된 부펄스는 초음파 뇨의 센서부(14)로 입력되고 이에 따라서 상기 초음파 뇨의 센서부(14)로부터 초음파가 인체의 방광쪽으로 전달된다(S107).
참고적으로, 본 발명에 이용되는 초음파 뇨의 센서부(14)에 대해 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 상기 초음파 뇨의 센서부(14)는 초음파를 발생시키는 능동소자인 진동자(20)와, 매질에서 초음파 전달을 용이하게 해주는 음향 정합층(Matching Layer)(21)과, 초음파 펄스의 길이를 제한하기 위해 주로 후방음을 흡수하는 흡음층(Backing Layer)(22)으로 이루어지게 된다.
도 4의 초음파 뇨의 센서부(14)는 펄스 입력부(19), 쉴드 케이스(Shield Case)(29), 흡음층(Absorbing Layer)(22), 진동자(PZT)(20), 1차 음향 정합층(23), 2차 음향 정합층(24), 웨지(Wedge)(30), 쉴드 패드(Shield Pad)(31)로 구성되는데 그 주요구성을 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 펄스 입력부(19)로 펄스가 입력된 상태에서 상기 쉴드 케이스(29)는 중심 주파수가 2.25MHz이기 때문에 만약 전류의 누설이 있을 경우를 대비하고 외부로부터의 강한 주파수를 받아서 초음파 뇨의 센서부(14)가 오동작되지 않도록 하기 위해서 사용되며 폐놀수지의 일종인 베이클 라이트 합성수지로 이루어져 있다.
또한, 상기 흡음층(22)은 주로 후방음을 흡수하는 역할을 하며 이 층의 음향 임피던스는 압전물질의 임피던스와 유사해야 한다. 그 이유는 압전물질과 흡음층 사이에서 음의 반사가 적어야 하고 흡음층(22)으로 많이 전달되어야 하기 때문이다.
또한, 상기 진동자(20)는 압전물질로 되어 있으며 이러한 압전물질이 압전효과를 일으킬 때 초음파가 발생된다. 참고적으로 압전효과는 어떤 물질에 전압을 가했을 때 용적의 변화를 일으키는 현상을 말한다.
따라서, 상기 진동자(20)는 상기의 압전효과에 의해 초음파를 발생시킬 수 있도록 수정, 로셀염, 티반산바륨(BaTiO3), PZT 등의 압전물질로 이루어진다.
또한, 상기 1차 음향 정합층(23)은 피부와의 음향 임피던스차를 감소시켜서 압전물질에서 발생된 음을 조직내로 효율적으로 전달하고 조직으로부터 반사된 음을 높은 감도로 수신할 수 있도록 한다. 상기 1차 음향 정합층(23)의 음속은 2000(m/s), 밀도는 3.425(g/cm3)이고, 두께는 222(㎛)이며, 음향 임피던스 6.85(MRayls)이다.
또한, 2차 음향 정합층(24)은 초음파가 발생할 때 그 파장이 균등하지 않으므로 음향 정합층을 이중으로 하면 더 효과적이다. 상기 2차 음향 정합층(24)의 음속은 2280(m/s), 밀도는 1.083(g/cm3)이고, 두께는 254(㎛)이며, 음향 임피던스 2.47(MRayls)이다.
또한, 상기 웨지(Wedge)(30)는 입사각이 15°가 되도록 하기 위하여 굴절체로 제작되었다. 이때, 입사각을 15°로 하는 이유는 치골결합부 뒤쪽에 위치된 방광에 뇨가 찰 때 방광의 중앙부위로 초음파를 효과적으로 전달시키기 위해서이다.
한편, 상기 초음파 뇨의 센서부(14)로부터 초음파가 발생되어 송신되면 마이크로 프로세서(10)는 약 1초 동안 수신대기 상태를 유지하게 된다(S108).
이때, 초음파가 방광에 도달된 후 반사되어 다시 초음파 뇨의 센서부(14)에 수신되면 곧바로 수신신호 필터부(15)로 전달되는데 이때, 상기 수신신호 필터부(15)는 로우 패스 필터(Low Pass Filter)로 구성되어 수신파의 파형에서 최대값(Peak Vaule)을 검출하기 위해 수신파의 포락선을 검출하게 된다.
즉, 상기 로우 패스 필터는 초음파 수신신호 중 주파수가 낮은 잡음들을 제거하고 반사된 초음파 신호만을 수신신호 증폭부(16)로 전달한다.
또한, 초음파 뇨의 센서부(14)에서 검출되는 수신파는 수 mV로 매우 미약하기 때문에 고주파 증폭을 통하여 수 V의 신호로 만들기 위해 상기 수신신호 증폭부(16)에서는 상기 수신신호 필터부(15)에서 전달된 초음파 수신신호를 OP앰프 LM393로 증폭하여 마이크로 프로세서(10)의 6번 단자인 Sensor RX 단자로 입력시킨다.
또한, 상기 Sensor RX 단자로 초음파 수신신호를 인가받은 마이크로 프로세서(10)는 수신여부를 확인한 후 초음파신호의 수신을 중단하게 된다(S109, S110).
계속해서 상기 마이크로 프로세서(10)는 소정의 계산 알고리즘을 가지고 방광의 벽간 거리를 계산하게 되며(S111), 그 계산 과정은 다음과 같다.
단계 1: 펄스의 입력 전압과 문턱치의 전압을 비교한다.
단계 2: 입력전압과 문턱치의 전압을 비교하여 입력전압이 문턱값보다 낮아질 때 카운트를 시작하고, 다시 높아질 때 까지의 시간을 측정한다.
단계 3: 카운터에서 계산된 방광의 전벽파와 후벽파 사이의 계측된 시간을 이용하여 다음식에 의거하여 방광의 벽간 거리가 계산된다.
X = 1/2 vt
= 1/2×1540(m/sec)×계측된 시간
여기서, 1540(m/s)는 생체 연부조직의 평균 음속이다.
참고적으로 초음파를 이용한 조직간의 거리측정 원리를 설명하면 다음과 같다.
생체 연부 조직내의 거리를 측정하기 위해 사용되는 초음파 파라메터로서는, 음속이 있는데 도 7에서 생체조직 내에서의 초음파 전파모델을 나타내었다.
도 7에 나타난 바와같이, V1및 V2는 각각 조직1, 조직2에서의 초음파 속도를 말하며, X1과 X2는 각각의 거리를 나타낸다. 조직을 향하여 입사된 초음파 X(t)는 조직 1과 조직 2의 경계면에서 각각 반사되어 조직에 대한 정보를 가지고 되돌아 온다.
이때, 반사파 Y(t)가 각각의 조직을 통과해서 되돌아온 시간은 조직 1이 2(t2-t1)(sec)이고, 조직 2에서는 2(t3-t2)(sec)이다.
따라서, 조직 1 및 조직 2의 두께(거리)는 시작, 거리, 음속의 관계식인 식(1)에 의해 각각 식 (2),(3)으로 나타낼 수 있다.
t = 2x/v t: 시간 x: 거리 v: 음속
X1= 1/2 ×v1×(t2-t1)
X2= 1/2 ×v2×(t3-t2)
여기서, v는 연부 조직인 경우에는 그 평균값이 약 1,540(m/sec)이므로 결국 초음파의 왕복 전파시간(t)을 알면 거리(x)를 측정할 수 있다.
특히, 본 발명에서 대상으로 하는 조직이 방광의 전벽과 후벽 사이에 있는 뇨이므로 액체이다. 더욱이 초음파는 액체에서는 감쇠계수가 거의 0(dB/cm/MHz)에 가깝기 때문에 방광의 전벽과 후벽으로부터 반사되는 에코신호는 비교적 뚜렷하게 검출할 수 있으며, 따라서 뇨량의 시간적 변화를 명확하게 모니터링할 수 있다.
한편, 위와같은 단계를 거쳐 방광의 벽간 거리가 계산되면 상기 마이크로 프로세서(10)는 계산된 방광의 벽간 거리를 미리 설정한 기준 거리와 비교하게 되고(S112) 이때, 계산된 방광의 벽간 거리가 설정된 기준 거리보다 크다고 확인되면 경고용 부저(28)에 제어신호를 보내 경보음을 출력시키는 한편, 경보용 LED(27)도 점등시킴으로써 사용자가 확실하게 자신의 방광에 뇨가 많이 차있는 상태를 인식할 수 있도록 한다(S113).
이때, 상기 경보용 부저(28)의 경보는 예비령과 본령으로 나누어 울려줄 수도 있고, 필요에 따라서는 진동모드로도 바꿀 수 있다.
또한, 상기의 경보와 동시에 상기 마이크로 프로세서(10)는 산출된 방광의 벽간 거리에 의해 계산된 뇨량 데이터를 디지털 2진수 데이터로 처리하여 10진수 변환 디코더(25)에 보내게 되고, 이때, 상기 10진수 변환 디코더(25)는 2진수 데이터를 다시 10진수로 변환시킨 후, 10진수로 변환된 뇨량 데이터를 7-세크먼트(26)로 보내게 된다.
또한, 상기 뇨량 데이터의 출력은 상기 마이크로 프로세서(10)가 TR Q1과 TR Q2을 스위칭하여 제어하게 되는데 상기의 스위칭 제어에 의하여 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량이 각각의 7-세그먼트(26)를 통해 10진수로 디스플레이된다(S114).
또한, 상기 10진수 변환 디코더(25)와 7-세그먼트(26) 사이에는 저항체(32)를 두어 과전압에 의해 7-세그먼트(26)가 손상되지 않도록 하고 있다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 초기에 전원이 온 되면 방광의 벽간 거리 세트키(41)가 입력되었는지 확인한 후 입력된 방광의 벽간 거리를 설정하는 과정(S100, S101, S102)과, 상기의 방광 벽간 거리 설정과정이 완료된 후 초음파 뇨의 센서부(14)의 동작 시간주기가 설정되었는지 확인하여, 설정되었으면 다음 과정을 수행하고 미설정시에는 방광의 벽간거리를 디폴트값으로 설정하는 과정과(S103, S104), 소정 전압을 인가하여 DC/DC 컨버터부(12)를 구동시킴으로써 인가된 전압을 승압시키고, 상기의 승압과정을 거쳐 설정된 시간주기로 펄스 발생부(13)에서 부펄스를 발생시키는 과정(S105, S106)과, 상기의 펄스발생과정에 의해 초음파 뇨의 센서부(14)에서 방광쪽으로 초음파를 송신하는 과정(S107)과, 상기의 초음파 송신 개시후 소정 시간동안 수신 대기하는 과정(S108)과, 상기 수신대기 과정에서 방광에 도달되어 반사된 초음파 신호가 수신되면 이를 확인한 후 수신을 중단시키는 과정(S110)과, 수신된 초음파 신호에 의해 방광의 벽간 거리를 계산하여 현재 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 벽간 거리보다 큰지 여부를 확인하는 방광의 벽간거리 계산과정(S111)과, 상기의 방광 벽간거리 계산결과, 현재 계산된 방광의 벽간거리가 미리 설정된 기준 거리보다 크면 이를 확인한 후 경보용 부저(28) 및 LED(27)를 동작시키고 검출된 방광의 벽간 거리에 따라 계산된 뇨량을 7-세그먼트(26)로 디스플레이시키는 과정(S112, S113, S114)을 순차적으로 수행한다.
위와 같은 과정의 수행을 통해 본 발명은 초음파 뇨의 센서부(14)를 이용하여 방광의 전벽과 후벽간의 거리를 측정함으로써 뇨량을 측정할 수 있게 되고 따라서, 뇨실금증이 있는 환자가 자신의 방광에 뇨가 찼다는 것을 소정의 경보 신호를 통해 인식할 수 있게 되어 차질없이 배뇨를 할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 각종 소자의 구동을 위해 소정 전압을 제공하는 전원부와,
    상기 전원부로부터 입력된 전압을 릴레이를 통해 다시 승압시킨 후 출력하는 DC/DC 컨버터부와,
    설정된 시간주기에 따라 마이크로 프로세서로부터 제공되는 신호를 인가받아 소정 전압의 부펄스를 발생시키는 펄스 발생부와,
    상기 펄스 발생부로부터 인가된 부펄스를 인가받아 초음파 신호를 발생하여 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 검출하는 초음파 뇨의 센서부와,
    상기 초음파 뇨의 센서부에 수신된 수신파 중 주파수가 낮은 잡음들은 제거하고 반사된 초음파 수신신호만을 검출하는 수신신호 필터부와,
    상기 수신신호 필터부로부터 검출된 미약한 초음파 수신신호를 고주파 증폭시키는 수신신호 증폭부와,
    상기 수신신호 증폭부에서 증폭된 초음파 수신신호를 인가받아 소정의 계산 알고리즘을 거쳐 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 계산하는 제어수단과,
    상기 제어수단의 계산에 의해 방광의 벽간 거리가 산출되면, 산출된 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량을 디스플레이시키는 디스플레이수단과,
    상기 제어수단에 의해 계산된 방광의 벽간 거리가 설정된 기준거리보다 크면 상기 제어수단의 제어에 의해 작동되는 경보수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 요실금 경보 시스템.
  2. 초기에 전원이 온 되면 방광의 벽간 거리 세트키가 입력되었는지 확인한 후 입력된 방광의 벽간 거리로 설정하는 과정과,
    상기 방광의 벽간 거리의 설정과정이 완료되면 초음파 뇨의 센서부의 동작 시간주기가 설정되었는지 확인하여, 설정되었으면 다음 과정을 수행하고 미설정시에는 방광의 벽간거리를 소정의 디폴트값으로 설정하는 과정과,
    소정 전압을 인가하여 DC/DC 컨버터부를 구동시킴으로써 인가된 전압을 승압시키는 과정과,
    상기의 승압된 전압을 인가받은 펄스 발생부에서 설정된 시간주기로 펄스를 발생시키는 과정과,
    상기의 펄스 발생과정에 발생된 펄스를 인가받은 초음파 뇨의 센서부에 의해 방광쪽으로 초음파가 송신되는 과정과,
    상기의 초음파 송신 개시후 소정 시간동안 수신 대기하는 과정과,
    상기 수신대기 과정에서 방광의 전벽 및 후벽에 도달하여 반사된 초음파 신호가 수신되면 이를 확인한 후 수신파의 수신을 중단시키는 과정과,
    수신된 초음파 에코신호를 이용하여 방광의 전벽과 후벽간의 벽간 거리를 계산한 후 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 큰지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 방광의 벽간 거리 계산 결과, 계산된 방광의 벽간 거리가 미리 설정된 기준 거리보다 크면 경보용 부저 및 LED를 동작시킨 후 계산된 방광의 벽간 거리에 상응하는 뇨량을 디스플레이수단으로 디스플레이시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 요실금 경보방법.
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