KR20020013820A - 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접촉형 마이크와 심실 탈분극파를 검출하기 위한 전극 2개, 그리고 맥파를 측정할 수 있는 센서를 이용하여 생체신호를 수집하고 신호처리단을 통하여 맥파전달속도를 계산하고 이를 이용하여 동맥경화 및 각종 혈관관련질환의 진단을 보조할 수 있는 컴퓨터를 기반으로 한 진단 시스템으로 구성됨을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 센서는 심음을 측정할 수 있는 접촉형 마이크와 심실 탈분극파를 검출할 수 있는 전극 2개 및 심장에서 혈액을 분출할 때 혈관이 위치한 부위에서 맥파를 측정할 수 있는 센서로 구성되어 있다. 센서를 통하여 검출된 신호들은 필터 및 증폭단을 통과하고 디지털화 되어 컴퓨터를 기반으로 하는 분석 시스템으로 들어오는데, 본 시스템은 각종 입력 신호를 처리하여 변수를 추출하고, 심장으로부터 맥파측정 부위까지의 거리를 측정하여 입력을 하면 맥파전달속도를 계산할 수 있도록 한다. 또한 환자정보의 입력이 가능하고 입력된 각종 신호의 파형을 보여주고 그 입력신호의 분석결과에 따른 진단결과를 제공하는 것을 특징으로 한다. 항상 병원에 배치하고 사용할 수 있는 중량의 시스템과 거동이 불편한 환자들을 진단하기 용이하게 하는 휴대용 시스템으로 나누어져 있고, 재택으로 의료 서비스를 받기 원하는 환자들을 위하여 원격전송이 가능하도록 고안하였다.

Description

심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템{Pulse wave velocity measurement system using heart sounds and pulse wave}

본 발명은 심음 및 맥파를 이용한 맥파 전달속도 측정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크를 이용하여 심음을 측정하고 심실 탈분극을 검출할 수 있는 전극과 맥파의 펄스를 센싱할 수 있는 센서를 통하여 생체신호를 측정하고, 컴퓨터를 기반으로 하는 신호 수집 및 분석 장치를 통하여 맥파전달속도를 계산하고 그 결과를 진단함으로써 동맥경화 및 각종 혈관관련 질환을 진단하고 판단하는데 유용한 심음 및 맥파를 이용한 맥파 전달속도 측정시스템에 관한 것이다.

현대인에게 중풍, 당뇨, 동맥경화, 비만, 심장병 등 이른바 성인병은 건강을 위협하는 중요한 질환으로 대두되고 있다.

연령이 증가함에 따라 혈관은 협착과 동맥경화의 과정을 거치면서 노화가 진행된다. 동맥경화는 나이를 먹으면 누구에게나 오는 것으로 동맥벽의 콜라겐이 증가하거나, 탄성 섬유가 변질되고 수가 감소하여 동맥벽은 딱딱해지고 두꺼워진다.

한편 연령에 관계없이 동맥 경화가 오는 경우도 있는데, 흡연 등의 원인으로 동맥내피세포에 상처가 생기고 그 기능이 저하되면 콜레스테롤이 혈관내막에 침착되고 벽이 두꺼워져서 딱딱해지게 된다. 동맥경화로 인한 혈액은 난류를 일으켜 혈관벽에 더욱 더 손상을 주게되고, 상처를 입었던 혈관벽에 지방질이나 혈소판이 또침착되면 혈전을 형성하기도 하는데 이러한 혈전은 중풍, 심근경색 등의 직접적인 원인이 된다.

기존에 동맥경화를 검사하는 방법은 번잡하거나 환자에게 고통을 줄뿐만 아니라, 조기발견도 어려웠다. 따라서 보다 간편하면서도 간접적으로 혈관노화를 측정하여 이에 따른 효과적인 관리 및 치료가 절실히 요구되고 있는 실정이다

그러나 국내에서는 간편하면서도 신뢰할 수 있는 측정방법에 대한 연구가 아직 부족한 실정이다. 현재 임상에서는 심전도, 혈액검사, 혈압 등을 종합적으로 참고하여 판단하거나, 혈관검사, 초음파 검사, 안저검사 등을 통하여 판단하기도 한다. 이 검사들은 모두 혈관의 노화나 동맥경화와 관련은 있으나, 번잡하고 고통스러운 단점이 있다. 따라서 지금까지 동맥경화의 조기발견이 어렵고, 혈관노화정도를 정량적으로 파악하기도 어려웠다. 결론적으로 현재는 혈관의 상태나 관련질환을 정확하고도 간편하게 측정하고 분석할 수 있는 장치의 개발이 요구되는 시점이다.

본 발명에서 측정하고자 하는 맥파의 특징을 살펴보면, 맥파는 심장 박동에 의해 대동맥 내압이 변화하여 압파가 동맥벽을 따라서 파동으로 전달하는 것을 검출한 생체신호이다. 맥파의 형성은 심장과 혈관에 의해 이루어진다. 심장 박동에 의하여 대동맥 내압이 변화되면, 동맥관벽도 확장 또는 수축하는 변화가 계속적으로 발생하는데, 이때 혈관벽을 따라서 파상으로 말초에 전파되는 것을 "맥파"라고 한다.

맥파의 전파속도는 혈관에 따라 차이가 있는데, 혈관의 신전성과 혈관벽 두께등에 의해 크게 영향을 받는데 맥파속도는 혈관이 딱딱하든가 혈관벽이 두터우면증가하며 혈관의 반경이 작을수록 신속하다. 또한, 혈관의 신전성은 노년이 될수록 감소하므로 맥파속도는 노인에서 높다. 고혈압 환자에서는 혈관벽이 딱딱하기 때문에 혈관을 더 이상 신장시키기가 어려우므로 전파속도가 신속하다. 반대로 정맥은 신전성이 아주 크므로, 맥파속도는 심히 느리며, 대정맥에서의 속도는 1m/s에 불과하다. 그러므로 맥파속도는 혈관계의 신전성을 잘 반영한다고 볼 수 있다.

기존의 맥파검출장치를 살펴보면, 손가락에 삽탈 가능한 3개의 맥파 검출센서와 3개의 고정식 맥파검출센서를 신호선택회로에 접속해서 환자의 요골동맥상의 3점의 상태에 따라 맥파를 검출하는 장치가 특허(출원번호 20-1955-025696)로 출원된바 있다. 또한 피검자의 우측손목과 좌측손목으로부터 검진자의 3손가락이 촉진에 의한 맥박(pulse)을 검출하는 방법으로 다수개의 맥진검출센서가 내장된 맥진기가 특허 20-0201827로 등록되었다. 그외, 컴퓨터의 프로그램을 이용해서 3개의 센서봉을 스텝핑모터로 구동시켜 자동적으로 3단계의 압력에 의한 맥파를 검출하여 그 결과를 컴퓨터로 분석처리하는 맥파검출장치(특1996-0007548), 팔에 접촉하는 커프와 커프구동장치를 이용하여 환자의 혈압과 맥박수를 측정하고(특1993-0009708) 측정한 데이터를 토대로 하여 환자의 건강 상태를 분석할 수 있는 병원용 맥파측정장치(10-0233488)가 특허로 등록되어 있다. 밀도가 높은 구리 추를 이용해서 맥진센서와 피진단자의 진단부위를 밀착시켜 압력을 가변하여 맥을 진단하는 의학용 맥진기 및 맥진방법이 특허10-1999-0041048로 제시된 바가 있다.

현재까지 특허로 출원되거나 등록된 맥진들은 손목이나 팔에 맥진센서를 부착하여 펄스만을 측정하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 본 발명에서는 심음을청취할 수 있는 마이크를 이용해서 심장에서 혈액이 분출되는 시점을 정확히 검출하여 그 점을 기준으로 경동맥, 지첨맥, 요골동맥 등이 위치한 곳에서 압맥파를 검출한다. 또한, 심장에서 압맥파가 검출된 시간과 거리를 계산하여 맥파전달속도를 산출하고, 그 결과로 혈관관련 질환을 진단하고 판단하는데 유용하도록 한 것에 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 종래의 혈관관련 질환 분석의 어려움을 극복하기 위하여 안출된 것으로써 각종 센서를 이용하여 혈관의 활동상태를 관찰할 수 있고, 혈관이 위치한 곳에 맥파의 펄스를 측정할 수 있는 센서를 부착함으로써 맥파와 관련하여 시간 및 거리를 측정하여 상기에 기술한 혈관관련 질환을 분석하고 진단하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 인체의 혈관위치를 도시한 개략도.

도 2 는 본 발명에 따른 심음 및 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템의 전체 구성도.

도 3 는 본 발명의 구성을 도시한 블록도.

도 4 는 본 발명에서 제 1 검출부를 확대 도시한 개략적인 평면도.

도 5 는 본 발명에서 제 2 검출부를 확대 도시한 개략적인 평면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 심음 측정부, 12: 마이크로폰,

14: 심실탈분극 검출센서, 16: 하우징,

20: 맥파 측정부, 22: 맥파 검출센서,

24: 하우징, 30: 연결모듈,

32: 전치증폭부, 34: 필터부,

36: 주증폭부, 40: 컴퓨터 시스템부,

41: A/D 변환기, 42: 디지털신호처리부,

43: 디스플레이부, 44: 데이터베이스부,

45: 통신인터페이스부,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 심음 및 심실 탈분극 파형을 검출하기 위하여 심장과 근접한 신체의 흉곽에 부착되는 심음 측정부와;

신체의 경동맥, 요골동맥, 지첨맥, 대퇴동맥, 족배동맥 등의 압맥파 펄스를 검출하는 맥파 측정부와;

상기 심음 측정부 및 맥파 측정부로부터 전달받은 입력신호를 증폭 및 필터링하는 연결모듈; 및

심음 및 심실 탈분극 신호, 압맥파 신호를 디지털화여 맥파전달속도를 계산하고, 계산된 결과를 수치나 파형으로 디스플레이 할 수 있도록 한 컴퓨터 시스템부;를 포함하여 이루어진 특징을 갖는다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.

도 1 은 인체의 혈관위치를 도시한 개략도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 심음 및 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템의 전체 구성도이며, 도 3 은 본 발명의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4 는 본 발명에서 심음 측정부를 확대 도시한 개략적인 평면도이고, 도 5 는 본 발명에서 맥파 측정부를 확대 도시한 개략적인 평면도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게,

맥파전달속도를 측정하고, 심음 및 심실 탈분극 파형을 검출하기 위하여 심장과 근접한 신체의 흉곽에 부착되는 심음 측정부(10)와, 신체의 경동맥, 요골동맥, 지첨맥, 대퇴동맥, 족배동맥 등의 압맥파 펄스를 검출하는 맥파 측정부(20)와, 상기 심음 측정부(10) 및 맥파 측정부(20)로부터 전달받은 입력신호를 증폭 및 필터링하는 연결모듈(30) 및 심음 및 심실 탈분극 신호, 압맥파 신호를 디지털화여 맥파전달속도를 계산하고, 계산된 결과를 수치나 파형으로 디스플레이 할 수 있도록 한 컴퓨터 시스템부(40)로 이루어진다.

특히 본 발명의 심음 측정부(10)는 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 신체의 흉곽에 부착하여 심음을 측정할 수 있도록 하우징(16)의 중심부에 위치되는 접촉형 마이크로폰(12)을 구성하였다. 뿐만 아니라 심음을 측정함과 동시에 제 1, 2 심음의 구분을 하기 위하여 심음을 측정하는 마이크로폰(12)을 중심으로 한 하우징 양단에 심실탈분극파형을 검출할 수 있도록 전극으로 이루어진 심실탈분극 검출센서(14)로 구성하였다.

즉 하나의 구조로 되어있는 심음 측정부(10)에는 사실상 두 개의 기능을 수행할 수 있도록 고안하였고 심음이 측정됨과 동시에 심실탈분극파가 측정되므로 정확한 심박출 시점을 파악하고 판단 내릴 수 있도록 하였다.

또한 본 발명의 맥파 측정부(20)는 도 2 및 도 5 에 도시된 바와 같이 압맥파펄스 자체를 직접적으로 검출할 수 있는 압력센서(22)가 신체의 굴곡진 부분에 쉽게 부착될 수 있도록 유연한 재질의 하우징(24)에 매설되는 형태로 이루어져 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이 맥파전달속도를 측정하기 위하여 심음 및 심실 탈분극 파형을 검출하는 심음 측정부(10)의 부착위치는 심장이고, 혈관관련 질환을 진단하기 위하여 맥파를 측정하는 맥진 측정부(20)의 부착위치는 지첨맥부, 요골동맥부, 경동맥부, 대퇴동맥부, 족배동맥부 등이 될 수 있다.

또한 상기의 심음, 심실탈분극파형, 맥파 이외에도 추가적인 다양한 생리신호를 측정하고자 할 때 센서를 연결할 수 있고, 입력신호를 증폭 및 필터링 해주는 연결모듈(30)을 설치하였다.

상기 연결모듈(30)은 구체적으로 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 심음 측정부(10)의 마이크로폰(12)과 심실탈분극 검출센서(14), 맥파 측정부(20)의 압력센서(22)에서 들어온 각각의 신호들은 시스템의 높은 입력 임피던스를 가지고 있는 전치증폭부(32)에서 증폭함과 동시에 후단의 필터부(34)로의 신호의 전달을 담당하게 된다.

필터부(34)에서는 입력된 신호들과 함께 들어온 접촉 노이즈, 근육 노이즈 등을 제거하기 위하여 설치하였고, 이 때 심음필터의 주파수 대역은 10Hz∼150Hz로 설정하였다.

주증폭부(36)에서는 상기 필터부로부터 노이즈 성분이 제거된 신호들의 파형이 왜곡되지 않는 파형 범위 내에서 입력 신호를 증폭시키는 역할을 한다.

다음에는 본 발명의 컴퓨터 시스템부(40)에 대해 기술한다.

상기 컴퓨터 시스템부(40)는 상기 주증폭부로부터 증폭된 심음, 심실탈분극 신호 및 압맥파 신호를 디지털로 변환시키는 A/D 변환부(41)가 있다.

또한 디지털신호처리부(42)에서는 입력된 심음 및 심실탈분극 신호, 압맥파 신호를 디스플레이하고 분석할 수 있도록 디지털 신호처리하는데, 이 때 심실탈분극파형을 이용해서 제 1심음과 제 2심음을 구분할 수 있고, 각 신호의 시작을 동기화시켜서 각 신호들의 시간간격을 계산할 수 있다. 또한 각 측정부위를 선택하여 심장에서부터의 거리를 측정한 다음 본 시스템에 입력을 하면 제 1심음, 제 2심음 및 심실탈분극파형과 압맥파와의 시간간격을 통하여 맥파전달속도가 계산되도록 프로그래밍 되어있다.

디스플레이부(43)는 제1심음, 제2심음 및 심실탈분극파형과 심박수, 압맥파형을 표시하며 각 파형이 나타나는 시간간격이 확연히 보여지고, 사용자가 정확히 보기 원하는 구간은 마우스를 이용하여 드래그하여 선택하면 바로 결과가 계산되어 보여질 수 있도록 되어있다. 상기에 기술한 경동맥와 요골동맥, 지첨맥, 대퇴동맥, 족배동맥 등을 기준으로 전체적인 혈관분포도를 볼 수 있는 해부도면을 보여주고심장에서 혈관까지의 거리를 입력할 수 있도록 하였다.

또한 컴퓨터 시스템부(40)에는, 환자들의 데이터가 입력이 되면 데이터베이스부(40)에 내장되어 있는 정상인과 환자들의 값들을 기준으로 정상인과 비정상인의 분류 및 환자들의 질환에 대한 진단정보를 제공해 줄 수 있도록 하였다.

또한 본 발명의 컴퓨터 시스템부(40)는 컴퓨터를 기반으로 하는 진단시스템이므로 환자들의 정보 및 데이터가 저장, 출력, 백업이 가능하고 재택으로 의료 서비스를 받기 원하는 고령의 환자들과 거동이 불편한 환자들을 위하여 원격으로 데이터를 전송할 수 있는 통신 인터페이스부(45)를 추가적으로 구성할 수 있다.

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 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본 발명은 심음 및 심실탈분극파형, 압맥파를 이용하여 맥파전달속도를 계산하므로, 환자들에게 고통 없이 혈관의 노화나 동맥경화와 같은 혈관 관련 질환을 정량적이고 객관적으로 진단하고 분석할 수 있도록 한다.

Claims (7)

1. 심음 및 심실 탈분극 파형을 검출하기 위하여 심장과 근접한 신체의 흉곽에 양면테이프를 사용하여 부착되는 심음 측정부(10)와;

   신체의 경동맥, 요골동맥, 지첨맥, 대퇴동맥, 족배동맥 등의 압맥파 펄스를 검출하는 맥파 측정부(20)와;

   상기 심음 측정부(10) 및 맥파 측정부(20)로부터 전달받은 입력신호를 증폭 및 필터링하는 연결모듈(30); 및

   심음 및 심실 탈분극 신호, 압맥파 신호를 디지털화여 맥파전달속도를 계산하고, 계산된 결과 및 진단정보를 수치나 파형으로 디스플레이 할 수 있도록 한 컴퓨터 시스템부(40);를 포함하여 이루어진 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 심음 측정부(10)는,

   심음을 측정할 수 있도록 신체의 흉곽에 양면테이프를 사용하여 부착할 수 있는 하우징(16)의 중심부에 위치되는 신체접촉형 마이크로폰(12)과, 상기 마이크로폰(12)의 양측에 위치되어 심실 탈분극파형을 검출하기 위해 전극으로 이루어진 심실탈분극 검출센서(14)로 이루어짐을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 맥파 측정부(20)는,

   압맥파펄스 자체를 직접적으로 검출할 수 있는 압력센서(22)가 신체의 굴곡진 부분에 양면테이프를 사용하여 쉽게 부착될 수 있도록 유연한 재질의 하우징(24)에 매설되는 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
4. 청구항 1 에 있어서, 상기 연결모듈(30)은,

   심음 측정부(10)와 맥진 측정부(20)로부터의 신호들의 임피던스 정합을 위한 전치증폭부(32)와; 상기 전치증폭부(32)의 증폭신호들 외에 함께 입력되어지는 접촉 노이즈, 근육 노이즈 등을 제거하는 필터부(34)와; 상기 필터부(34)로부터 노이즈 성분이 제거된 입력신호의 파형이 왜곡되지 않는 파형범위 내에서 입력신호를 증폭시키는 주증폭부(36);로 구성됨을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
5. 청구항 1 또는 청구항 4 에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템부(40)는,

   주증폭부(36)로부터 증폭된 심음, 심실탈분극신호 및 압맥파신호를 디지털로 변환시키는 A/D 변환부(41)와; 디지털화된 심실탈분극신호, 압맥파신호를 이용하여 심박수를 검출하고, 각 신호의 시작을 동기화시킴으로서 신호들의 시간간격을 계산하며, 측정부위를 선택하여 심장에서부터의 거리를 측정한 결과를 입력하면 제1심음, 제2심음, 그리고 심실탈분극파형과 압맥파와의 시간간격을 통하여 맥파전달속도가 계산되도록 프로그래밍된 디지털신호처리부(42)와; 심음 및 심실탈분극파형, 압맥파형을 표시하는 디스플레이부(43)로 구성됨을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
6. 청구항 5 에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템부(40)는 데이터베이스부(40)가 구성되어 있어서 이미 내장되어 있는 정상인과 환자들의 혈관 질환별 진단데이터를 이용하여 심음과 심실탈분극파, 맥파로 입력된 신호들에 대한 진단정보를 제공할 수 있도록 함을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.
7. 청구항 5 에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템부(40)는 환자의 정보 및 진단결과를 저장, 전송 가능하도록 컴퓨터를 기반으로 운용되는 통신인터페이스부(45)가 추가로 구성됨을 특징으로 하는 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템.