KR20030018703A - 컴퓨터 접속을 위한 전자 청진기의 증폭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 청진기를 통해 검출되는 인체에 대한 청진음 신호를 충분한 크기로 증폭시켜 컴퓨터에 출력함으로써, 컴퓨터를 통해 인체 내의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있도록 하는 전자 청진기의 증폭 장치를 제공하는 것으로, 사용자의 지시에 따라 소정의 전원전압을 공급하기 위한 전원 공급수단; 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 전기적신호 변환수단; 가변적으로 조절되는 소정의 이득에 맞추어 전기적신호 변환수단에 의해 전기적신호로 변환된 청진음 신호를 증폭한 후, 증폭시 발생한 미세한 잡음을 제거하여 출력하는 전치 증폭수단; 전치 증폭수단을 통해 증폭되어 전달되는 청진음 신호에 섞인 고주파 잡음을 제거하는 필터링수단; 및 필터링수단에 의해 고주파 잡음이 제거된 청진음 신호를 컴퓨터에 접속하기 위한 인터페이스수단을 포함한다.

Description

컴퓨터 접속을 위한 전자 청진기의 증폭 장치{Amplifier of the electronic stethoscope for the computer interface}

본 발명은 전자 청진기의 증폭 장치에 관한 것으로서, 특히 전자 청진기를 컴퓨터에 접속시킬 수 있는 증폭 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 진찰용 청진기는 인체 내부 기관에서 발생하는 생체음 및 심음 등을 청취하여 인체의 건강 상태를 진찰하는데 사용되고 있다.

주로 사용되는 종래의 청진기는 단순한 기계적 구조로 이루어져 있어 의사가 임상적 경험을 바탕으로 환자들을 진단하고 있으며, 이로 인해 종래의 청진기는 일시적 진단을 위해 이용될 수 있지만, 차후 진단시 이미 실행한 진단 내용에 대한 객관성 결여의 가능성이 있어 정밀한 진단을 할 수 없는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 진료에 필요한 신체 부위의 생체음을 보다 손쉽게 측정할 수 있고 채집된 생체음을 재생 및 외부 컴퓨터로 전송하여 정확한 진료가 이루어질 수 있도록 하는 전자 청진기가 고안되었으며, 이러한 전자 청진기는 국제특허출원의 출원공개공보(국제공개번호 : WO 94/013206 호)에 게재되어 있다.

상기 국제특허출원의 출원공개공보에 공개된 종래의 전자 청진기는, 미동의 필터링과 75Hz 이하의 주파수를 포함하는 범위의 저주파수의 대상음 성분의 통과를 최적화하는 주파수응답을 갖는 제 1 필터부와, 주파수에 따른 인간의 귀의 감도 변화를 고려하여 주위 소음의 감쇠와 110 내지 1300Hz의 범위와 대상음 성분의 통과를 최적화하는 주파수 응답을 갖는 제 2 필터부와, 기계적 심장판막의 음을 통과시키기 위한 제 3 필터부와, 전기적신호의 진폭 레벨을 검출하여 펄스 발생기를 동작시켜 펄스를 가청 주파수 증폭기에 가하여, 검출된 진폭 레벨이 소정의 진폭 레벨 스레솔드보다 높을 때 상기 가청 주파수 증폭기를 디스인에이블시키는 레벨 검출기로 구성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 전자 청진기의 경우, 인체로부터 감지한 청진음신호를 충분한 크기로 증폭시켜 출력하지 않으므로써, 미세하게 감지되는 인체 내의 이상 징후는 진단할 수 없으며, 이러한 청진음신호를 접속받는 컴퓨터 역시 인체 상태를 보다 정확히 진단할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자 청진기를 통해 검출되는 인체에 대한 청진음 신호를 충분한 크기로 증폭시켜 컴퓨터에 출력함으로써, 컴퓨터를 통해 인체 내의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있도록 하는 전자 청진기의 증폭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 전자 청진기를 통해 검출되는 인체에 대한 청진음 신호를 충분한 크기로 증폭함으로써, 미세하게 감지되는 체내의 이상 징후도 정확히 진단할 수 있도록 하는 전자 청진기의 증폭 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 전자 청진기의 증폭 장치의 구성 블록도.

도 2는 본 발명의 일실시예 따른 전자 청진기의 증폭 장치의 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110: 전기적신호 변환부 120: 전치 증폭부

130: 필터링부 140: 인터페이스부

150: 전력 증폭부 160: 라인아웃 잭

170: 폰잭 180: 전원공급부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인체의 내부 상태를 진료하는 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호를 증폭시켜 컴퓨터 및 이어폰과 같은 전자기기로 출력하는 증폭 장치에 있어서, 사용자의 지시에 따라 소정의 전원전압을 공급하기 위한 전원 공급수단; 상기 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 전기적신호 변환수단; 가변적으로 조절되는 소정의 이득에 맞추어 상기 전기적신호 변환수단에 의해 전기적신호로 변환된 청진음 신호를 증폭한 후, 증폭시 발생한 미세한 잡음을 제거하여 출력하는 전치 증폭수단; 상기 전치 증폭수단을 통해 증폭되어 전달되는 청진음 신호에 섞인 고주파 잡음을 제거하는 필터링수단; 및 상기 필터링수단에 의해 고주파 잡음이 제거된 청진음 신호를 상기 컴퓨터에 접속하기 위한 인터페이스수단을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 전자 청진기의 증폭 장치의 구성 블록도로서, 전기적신호 변환부(110), 전치 증폭부(120), 필터링부(130), 인터페이스부(140), 그리고 전력 증폭부(150)로 구성된다.

전기적 신호 변환부(110)는 본 발명의 증폭 장치(100)가 적용되는 전자 청진기에 의해 검출되어 출력되는 청진음 신호를 전기적 신호로 변환하여 전치 증폭부(120)로 출력한다.

전치 증폭부(120)는 가변적으로 조절되는 이득에 맞추어 전기적신호로 변환된 청진음 신호를 증폭한 후, 증폭시 발생한 미세한 잡음을 제거하여 필터링부(130)로 출력한다.

필터링부(130)는 전치 증폭된 청진음 신호에 섞인 고주파 잡음을 제거한다.

인터페이스부(140)는 필터링부(130)에 의해 고주파 잡음이 제거된 청진음 신호를 컴퓨터에 접속시켜 준다.

전력 증폭부(150)는 필터링부(130)로부터 출력되는 청진음 신호의 전력을 증폭시켜 이어폰과 같은 외부 전자기기로 출력한다. 이렇게, 전력 증폭부(150)를 통해 출력되는 청진음 신호는 이어폰 등을 통해 사용자에게 직접 전달된다.

한편, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전자 청진기의 증폭 장치는, 전자 청진기 내부에 장착되도록 구현되거나, 전자 청진기와 컴퓨터 사이에 탈착되도록 휴대형으로 구현될 수 있다.

그리고, 도 2는 본 발명의 일실시예 따른 전자 청진기의 증폭 장치의 상세 회로도를 나타낸 것으로서, 이를 참조하여 도 1에서와 같은 구성을 갖는 본 발명의 증폭 장치의 상세 회로를 살펴보면 다음과 같다.

전기적신호 변환부(110)는, 직렬 연결된 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2), 두 개의 저항(R1, R2)들, 그리고 커패시터(C1)로 이루어진다. 여기서, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)는 전기적신호 변환부(110)에 일정한 전압을 공급하는 역할을 한다. 또한, 전기적신호 변화부(110)에는 전자 청진기로부터 청진음 신호를 입력받기 위한 마이크로폰(111)을 구비하고 있는데, 이 마이크로폰(111)은 일렉트릿(electret) 콘덴서 마이크로폰을 사용할 수 있다.

그리고, 전기적신호 변환부(110)는 1.3V 내지 1.5V의 전원이 공급되어야 안정되게 작동하므로, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)와 저항(R1)은 9V의 공급전원을 전압 분배하여 전기적신호 변환부(110)에 약 1.4V의 일정한 전압이 공급되도록 한다.

이와 같은 전기적신호 변화부(110)의 회로 구성에 의해, 본 발명이 적용되는 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호, 예컨데 환자의 심박음이나 기타 호흡소리, 복부음 등의 체내음 신호가 마이크로폰(111)을 통해 전기적신호 변환부(110)에 입력되면, 이 청진음신호가 전기적 신호로 변환되어 전치 증폭부(120)로 전달되는 것이다.

전치 증폭부(120)는, 비반전 증폭기(AP1), 저항(R3 내지 R7)들, 그리고 커패시터(C2 내지 C7)들로 구비한다. 여기서, 비반전 증폭기(AP1)는 가변적으로 이득이 조절되어 100 정도의 이득을 갖는다.

전치 증폭부(120)에서 궤환 루프(feedback-loop)를 구성하기 위해 병렬 연결된 10nF의 커패시터(C6, C7)들은, 내부에서 발생되는 미세한 고주파 성분의 발진 잡음을 제거하는 역할을 한다.

그리고, 전치 증폭부(120)의 2kΩ 내지 5kΩ의 저항(R3)과 1kΩ의 저항(R4)은 9V의 공급전원을 전압 분배하여 1.5V 내지 3V의 DC 전압을 인가하는 역할을 수행하는데, 이는 전기적신호 변환부(110)에 의해 변환된 청진음이 전치 증폭부(120) 내에서의 클리핑(clipping)으로 인해 일그러지는 것(distortion)을 보상해 주기 위한 것이다. 그리고, 소아의 청진음은 성인에 비해 미세하기 때문에, 본 발명에서는 소아용으로도 사용할 수 있도록 하기 위해 2.61kΩ 크기의 저항(R3)을 사용하여 약 2.43V의 DC 전압을 인가한다.

필터링부(130)는 약 3.215kHz의 차단주파수를 갖는 제 1 및 제 2의 2차능동 저역통과 필터(131, 132)가 직렬로 연결되어 이루어진다.

제 1 능동 저역통과 필터(131)는, 저전압 증폭기(AP2), 4 개의 저항(R8 내지 R11)들, 그리고 2 개의 커패시터(C8, C9)들로 이루어진다. 여기서, 커패시터(C8,C9)들은 약 10nF 내지 15nF의 용량을 갖으며, 임피던스를 낮게 하여 외래잡음을 제거하고 저전압 증폭기(AP2) 내부에서 청진음 신호가 신호전달 라인 이외의 경로를 통해 궤환되는 것을 방지하는 바이패스(bypass) 역할을 한다.

그리고, 제 2 능동 저역통과 필터(132)는, 저전압 증폭기(AP3), 4 개의 저항(R11 내지 R14)들 및 2 개의 커패시터(C10, C11)들로 이루어진다. 여기서, 커패시터(C10, C11)들은 상기한 바와 마찬가지로 약 10nF 내지 15nF의 용량을 갖으며, 외래잡음을 제거 및 바이패스 역할을 한다.

여기서, 제 1 및 제 2 4차능동 저역통과 필터(131, 132)은 2.532의 이득과 85dB의 CMRR(Common-mode Rejection Ratio)을 갖는다.

인터페이스부(140)는, 증폭기(AP4), 저항(R15 내지 R17, R23)들, 그리고 커패시터(C12 내지 C16)들로 구현된다. 여기서, 증폭기(AP4)는 이득이 1인 전압폴로워(voltage follower) 회로로 이루어져 버퍼 역할을 수행하는데, 이는 입력 임피던스를 높게하고 출력 임피던스를 낮게 함으로써, 앞단의 출력단에서의 청진음 신호가 임피던스에 의해 영향받는 것을 줄여 주기 위한 것이다.

인터페이스부(140)에서는 2.61kΩ의 저항(R15와 R23)을 이용해 9V의 공급전원을 전압 분배하여 약 2.43V의 DC 전압을 인가하고 있는데, 이는 필터링부(130)로부터 출력된 청진음이 인터페이스부(140) 내에서의 클리핑으로 인해 일그러지는 것을 보상해 주기 위한 것이다.

그리고, 인터페이스부(140)의 출력단을 구성하는 커패시터(C14 내지 C16)들과 저항(R17)은 컴퓨터의 사운드 카드에 연결되는 라인아웃 잭(160)을 통해 컴퓨터로 청진음신호를 인가할 때 임피던스를 정합시켜 주는 역할을 수행한다.

전력 증폭부(150)는, 저전압 오디오 전력증폭기(AP5), 저항(R18 내지 R21)들, 그리고 커패시터(C17 내지 C23)들로 구성된다. 여기서, 커패시터(C20)를 통해 폐루프를 이루는 저전압 오디오 전력증폭기(AP5)의 폐루프 전압이득은 46dB이며, 1kHz 주파수에서 THD(Total Harmonic Distortion)는 0.2%이다.

전력 증폭부(150)의 출력단을 구성하는 커패시터(C22, C23)들과 저항(R21)은 이어폰에 연결되는 폰잭(170)을 통해 이어폰으로 청진음신호를 인가할 때 임피던스를 정합시켜 주는 역할을 수행한다.

전력 증폭부(150)에서 직렬 연결된 저항(R20)과 커패시터(C19)는 부스트(boost) 효과를 얻기 위한 것이다. 여기서, 커패시터(C20)가 저전압 오디오 전력증폭기(AP5)를 통해 페루프를 형성할 때, 2kΩ의 저항(R20) 대신에 15kΩ 크기를 사용하게 되면 6dB의 전압이득 효과를 볼 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 신호의 포화로 인해 청진음이 왜곡되는 것을 방지하기 위해 2kΩ의 저항(R20)을 사용하며, 또한 전력 증폭부(150)에서는 전원의 잡음을 제거하기 위해 바이패스 커패시터를 사용한다.

그리고, 본 발명이 적용되는 전자 청진기를 이용한 인체 청진시 청진음 이외의 소리(예컨데, 말소리, 기타 주변 소리 등)를 상대적으로 감소시키고, 기타 주변 노이즈 및 하울링(howling)을 최소화하고 전력증폭기(AP5)의 특성을 고려하여, 전력 증폭부(150)에서는 배스 부스트(Bass boost)를 이용해 가청 주파수대의 저음부를 강조하고 있다.

한편, 상기한 바와 같은 회로 구성을 갖는 증폭 장치(100)는 전원공급부(180)로부터 공급되는 전원에 의해 구동된다.

전원공급부(180)는, 9V의 전원을 공급하는 건전지(181)와, 사용자의 조작에 의해 스위칭되어 건전지(181)의 9V 전원을 증폭 장치(100)로 스위칭하는 딥(DIP) 스위치(182)와, 건전지(181)의 9V 전원이 증폭 장치(100)에 정상적으로 공급되는지를 표시하여 주기 위하여, 건전지(181)로부터 공급되는 전원에 의해 발광되는 발광다이오드(LED)와, 저항(R22) 및 커패시터(C24)로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 전원공급부(180)의 딥 스위치(182)를 사용자가 누르면, 건전지(181)의 9V 전원이 증폭 장치(100) 내로 공급된다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 전자 청진기를 통해 검출되는 인체에 대한 청진음 신호를 충분한 크기로 증폭함으로써, 이 청진음 신호를 접속하는 컴퓨터로 하여금 보다 정확히 체내 상태를 진단할 수 있도록 하고, 또한 미세하게 감지되는 체내의 이상 징후도 정확히 진단할 수 있어 제품에 대한 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 인체의 내부 상태를 진료하는 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호를 증폭시켜 컴퓨터 및 이어폰과 같은 전자기기로 출력하는 증폭 장치에 있어서,

   사용자의 지시에 따라 소정의 전원전압을 공급하기 위한 전원 공급수단;

   상기 전자 청진기에 의해 검출된 청진음 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 전기적신호 변환수단;

   가변적으로 조절되는 소정의 이득에 맞추어 상기 전기적신호 변환수단에 의해 전기적신호로 변환된 청진음 신호를 증폭한 후, 증폭시 발생한 미세한 잡음을 제거하여 출력하는 전치 증폭수단;

   상기 전치 증폭수단을 통해 증폭되어 전달되는 청진음 신호에 섞인 고주파 잡음을 제거하는 필터링수단; 및

   상기 필터링수단에 의해 고주파 잡음이 제거된 청진음 신호를 상기 컴퓨터에 접속하기 위한 인터페이스수단

   을 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 필터링수단으로부터 출력되는 청진음 신호의 전력을 증폭시켜 상기 이어폰과 같은 외부 전자기기로 출력하는 전력 증폭수단을 더 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전원공급수단은,

   실질적으로 9V의 전원을 공급하는 건전지;

   사용자의 조작에 의해 스위칭되어 상기 건전지의 9V 전원을 상기 증폭 장치로 스위칭하는 스위치; 및

   상기 건전지의 9V 전원이 상기 증폭 장치에 정상적으로 공급되는지를 표시하여 주기 위하여, 상기 건전지로부터 공급되는 전원에 의해 발광되는 발광다이오드

   를 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전기적신호 변환수단은,

   상기 전자 청진기로부터 청진음 신호를 입력받기 위한 마이크로폰; 및

   상기 전원공급수단으로부터 인가되는 소정의 전원전압을 전압 분배하여 상기 전기적신호 변환수단에 일정한 전압을 공급하기 위한 제 1 및 제 2 다이오드와 저항

   을 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전치 증폭수단은,

   가변적으로 이득이 조절되어 상기 전기적신호 변환수단으로부터 전달도는 청진음신호를 증폭하기 위한 비반전 증폭기;

   상기 전치 증폭수단 내부에서 발생되는 미세한 고주파 성분의 발진잡음을 제거하기 위하여, 상기 비반전 증폭기의 궤환 루프에서 병렬 연결된 제 1 커패시터 및 비이패스 제 2 커패시터; 및

   상기 전원공급수단으로부터 인가되는 소정의 전원전압을 전압 분배하여 상기 전치 증폭수단에 일정한 전압을 공급하기 위한 제 1 및 제 2 저항

   을 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 필터링수단은,

   실질적으로 3.215kHz의 차단주파수를 갖는 제 1 및 제 2의 2차능동 저역통과 필터가 직렬로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 4차능동 저역통과 필터는,

   상기 전치 증폭수단으로부터 입력되는 청진음 신호를 증폭하기 위한 저전압 증폭기; 및

   임피던스를 낮게 하여 외래잡음을 제거하고 상기 저전압 증폭기 내부에서 청진음 신호가 신호전달 라인 이외의 경로를 통해 궤환되는 것을 방지하기 위한 제 1 및 제 2 커패시터

   를 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 능동 저역통과 필터는,

   상기 제 1 4차능동 저역통과 필터를 통해 출력되는 청진음 신호의 전력을 증폭하기 위한 저전압 오디오 전력증폭기; 및

   외래잡음을 제거하고 상기 저전압 오디오 전력증폭기 내부에서 청진음 신호가 신호전달 라인 이외의 경로를 통해 궤환되는 것을 방지하기 위한 제 1 및 제 2 커패시터

   를 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 인터페이스수단은,

   상기 필터링수단을 통해 입력되는 청진음 신호를 버퍼링하기 위하여, 이득이 1인 전압폴로워 회로로 이루어진 증폭기;

   상기 전원공급수단으로부터 인가되는 소정의 전원전압을 전압 분배하여 상기 인터페이스수단에 일정한 전압을 공급하기 위한 제 1 및 제 2 저항; 및

   상기 컴퓨터의 사운드 카드에 연결되는 라인아웃 잭을 통해 상기 컴퓨터로 청진음 신호를 인가할 때 임피던스를 정합시켜 주기 위하여, 상기 인터페이스수단의 출력단을 구성하는 제 1 및 제 2 커패시터와 제 2 저항

   을 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 전력 증폭수단은,

    상기 필터링수단으로부터 출력되는 청진음 신호의 전력을 증폭하기 위한 저전압 오디오 전력증폭기;

    상기 저전압 오디오 전력증폭기의 폐루프 전압이득이 실질적으로 46dB이 되도록, 상기 저전압 오디오 전력증폭기와 폐루프를 이루는 제 1 커패시터; 및

    상기 이어폰에 연결되는 폰잭을 통해 상기 이어폰으로 청진음 신호를 인가할 때 임피던스를 정합시켜 주기 위하여, 상기 전력 증폭수단의 출력단을 구성하는 제2 및 제 3 커패시터와 제 1 저항

    을 포함하는 전자 청진기의 증폭 장치.