KR20030045741A - 흉부 질환 생체음 분석용 원격 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정확한 진료를 위해서 생체음 측정장비를 이용하여 흉부에

서 들리는 생체음을 측정하여, 이를 눈(LCD)으로 확인할 수 있도록 보여주고 소리( Earphone /Speaker)로도 들을 수 있도록 하며, 생체음에 대한 표준화를 제시하여 구축된 DB 및 진단 소프트웨어(S/W)를 분석·활용하고, 이에 따른 진료의 객관화가 가능토록 하여 진료 방식의 새로운 틀과 진료의 표준화 및 정확성을 한층 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 서버·클라이언트 개념의 원격진단 솔루션을 개발하여 이를 이용한 원격진료를 수행함으로써 의료의 질 향상과 비용 감소를 실현할 수 있도록 설계한 흉부질환생체음 분석용 원격진단 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 흉부질환을 진단하는 기초 생체음 판별용 의료 진단 시스템의 개발에 있다. 흉부질환자의 진단에 필요한 vital sign 즉 혈압, 체온 과 생체음 즉 Crackle, Rhonchi, Wheeze, Stridor 등을 측정하고 채집하여 의사나 환자가 눈(LCD표시장치)과 귀(Speaker)로 보고들을 수 있는 기초의료 진단시스템을 개발하는데 있다.

현대 생활이 복합화함으로 인하여 적재적소에서 받아야 할 진료를 지나치는 경우가 참으로 많다. 가정에 있는 개인컴퓨터를 통해 손쉽게 진료를 받을 수 있는 수단이 절실히 요구된다. 특히 이동이 불편한 장애인 및 의료시설이 낙후된 농촌·빈민의료에서는 가히 필수적이라고 할 수 있다.

한편 의료진료의 모든 정보는 급속히 디지털화 되어가고 있으며, 디지털화 된 의료정보를 인터넷과 접목시켜 원격진료의 발판을 만들 수 있게 된다.

지금까지는 사람의 흉부에서 들리는 소리(생체음)를 청진기를 이용한 청각만을 이용하여 들을 수 있었다. 그러나 생체음은 같은 환자임에도 불구하고 상황에 따라 다르게 소리나고 듣는 사람에 따라 제각각 다르므로 오랜 경험과 노하우를 가진 의사들만이 환자의 이상유무를 판단할 수 있기 때문에 오진이 자주 발생하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 시스템으로 원격지에서 또는 병원에서 측정할 수 있는 '흉부질환 생체음 분석용 원격진단 시스템'으로 구성된 하드웨어 시스템과 개인컴퓨터(클라이언트)와 병원컴퓨터(서버)를 통해 진료를 받을 수 있도록 구성한 것이다.

여기서 제시한 원격진료방식은 기존에 사용하는 인터넷 상의 사이버병원과는 근본적으로(사이버병원은 게시판을 이용하여 문답식으로 질문에 응답하는 시스템 또는 CCTV와 전화선을 이용한 건강상담진료 등)다르다. '흉부질환 생체음 분석용 원격진단 시스템'의 vital sign terminal을 환자의 몸(가슴, 등)이나 신체의 일부분(손목, 발목, 등)에 직접 붙여서 환자의 혈압, 맥박, 체온, 호흡음, 심음 등을 측정하여 단말기를 통해서 개인컴퓨터(클라이언트)의 데이터베이스(DB)에 저장되고, 전송로(인터넷)를 통해 병원컴퓨터(서버)로 전송된다. 그러면, 전송된 데이터와 병원컴퓨터(서버)의 데이터베이스(DB)와 서버에 내장된 원격진단소프트웨어(S/W)에 의해 원격 진료를 수행하게 되는 시스템이다. 이로써 의료의 질 향상 및 객관적인 진료가 이루어지게 된다.

위의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 생체음센서부, 압력센서부, 필터링회로, 마이크로프로세서부, 제어회로부 및 액정표시(LCD Display), 전원회로부, 데이터베이스(DB)와 진단소프트웨어(S/W)로 이루어 진 것을 특징으로 한다.

Description

흉부질환 생체음 분석용 원격진단시스템 {Remote Diagnosis System for Thoracic Disease, Heart and Lung Sound Analysis}

기존에 주로 사용하고 있는 원격진단 시스템은 (주)라이프엠, 메디조아, 숭실대 정보과학대학원 등에서 연구 개발되고 있다. (주)라이프엠에서는 원격영상진료시스템을 설계 및 개발을 하였고, 서울대병원 가정의학과 건강증진센터와 공동으로 평생건강관리클리닉 사이트를 개설해서 건강상담 서비스를 제공하고 있다. 메디조아도 건강 상담등 개인 맞춤별 원격 상담 서비스를 개발하였다. 숭실대 정보과학대학원에서는 3차원 의료영상 기반의 원격 진단회의 시스템을 연구 중에 있다.

디지털 청진기는 국내에서는 (주)리버스, 지인텍, (주)테크밸리 등에서 개발되어 있고, 국외로는 3M Littmann, Philips Agilent, Echo+Plus 등에서 개발되었다. 이와같이 원격진료시스템은 기존에 사용되고 있는 영상장치와 음향장치 또는 사람을 이용한 검진방식이다. 그리고 환자로부터 인터페이스 시스템을 통해 실시간에 검진한 데이터를 클라이언트와 서버를 통해 전송이 이루어지는 시스템이 아니므로, 의사의 처방을 내릴 수가 없다.

본 발명은 실시간의 데이터전송으로 진단과 진료가 이루어지고 있다. 그리고 처방전을 발부하기 위해서 측정기로 얻은 생체음을 흉부질환 생체음 분석용 원격진단시스템을 통해 원격지로 보내지고, 이 데이터는 병원서버로 전송이 되어 의사가 자신의 단말기를 통해 원격진료와 처방전을 쉽게 발행한다. 특히 흉부질환 생체음 분석용 원격진단시스템에서 vital sign을 전자청진기(microphone)로 수집하는 귀와 눈으로 확인할 수 있도록 보여주는 액정디스플레이(LCD)와 소리(Earphone/Speaker)로 들을 수 있도록 구성된다.

생체음 자동인식 진단 기능을 부가하여 간단히 진단명을 제공하는 기능이 포함된다. 단순히 호흡음만을 측정하지 않고 흉부의 생체음도 측정하는 장치이다. 측정된 데이터들은 이미 구축된 생체음 DB 및 진단 DB와 연계되어 최적의 진단명을 제공하는 것이다.

여기에서 사용하는 DB는 의사들의 노하우가 쌓인 현장 측정음들을 바탕으로 구축되었기 때문에 수집된 환자의 생체음을 이용한 진료는 가장 적합한 병명의 객관적인 통계처리가 가능하다. 따라서 DB화된 정보를 분석하고 진단할 수 있는 분석 및 진단 S/W 개발은 IT·BT가 접목된 복합기술로써 고부가가치를 창출할 수 있다.

도[1]은 본 발명에서 구성된 전체 시스템의 구성도.

도[2]는 본 발명에서 구성된 하드웨어 시스템의 구성도.

도[3]는 본 발명에서 구성된 원격진단시스템의 구성도.

도[4], 도[5], 도[6], 도[7], 도[8]은 흉부질환 생체음 분석용 원격진단시스템에 의해 진료한 데이터베이스와 진단소프트웨어의 결과에 의한 임상병명 파형과 스펙트로그램.

본 발명의 구성은 제 1도에 나타난 바와 같이 원격지(섬, 의료기관이 없는 지역)에서 환자가 발생하면 흉부질환 생체음 분석용 원격진단 시스템의 생체음센서부(1)를 환자의 몸 또는 팔목이나, 발목에 붙인다. 그러면 여기서 진단에 필요한 vital sign 즉 혈압이나, 생체음 즉 Crackle, Rhonchi, Wheeze, Stridor 등을 측정하고 채집하여 차단주파수가 1(KHz)인 필터(2)에 통과시킨다. 여기서 나온 생체신호를 연산증폭기(3)로 증폭한다. 이 신호를 다시 마이크로프로세서장치(4)에서 생체음과 압력을 비교하여 생체음에 대한 제어를 키패드(7)에 의해 조정되고, 신호를 액정디스플레이(8)와 이어폰/스피커(9)를 통하여 출력된다.

그리고 압력센서(5)에 의해 입력된 신호는 압력상태검출기(6)에서 검출되고 이 신호는 다시 마이크로프로세서장치(4)에 입력된다. 여기서 입력된 압력의 상태를 판단하여 압력의 가감을 제어한다. 이 제어에 의해 환자의 혈압을 측정하고 측정치를 액정디스플레이(8)에 표시된다.

마이크로프로세서장치(4)에서 저장된(버퍼) 신호를 클라이언트 컴퓨터(또는 PDA)(10)의 데이터베이스(DB)에 저장되고 다시 이 신호를 공중선전송로(인터넷)(11)를 통해서 서버컴퓨터(12)에 전송된다. 여기서 진단소프트웨어(S/W) 프로그램에 의해 입력된 데이터를 분석 판단하여 서버 데이터베이스(DB)에 있는 임상데이터베이스와 가장 근접하는 데이터를 의사의 개인 컴퓨터(13) 모니터에 출력된다. 출력된 결과를 보고 의사가 환자의 상태(생체신호와 분석된 데이터)를 재확인하고, 최종적으로 의사가 판단하여 처방을 하고 처방전을 발송한다. 그러면 서버컴퓨터(12)에 있는 데이터베이스를 거쳐서 공중선전송로(인터넷)(11)를 통하여 환자의 개인컴퓨터(10)의 데이터베이스에 저장되고, 이 처방전은은 모니터와 프린터에 출력된다.

출력된 처방전을 갖고 일반 약국에 제시하면 약을 제공받아 복용하므로써 완전한 원격진료가 이루어 지는 것이다.

제 2도는 흉부질환 생체음 분석용 진단 하드웨어 시스템에 대한 구체적인 구성도이다.

생체음센서부(1)를 환자의 몸 또는 팔목이나, 발목에 붙인다. 그러면 여기서 진단에 필요한 vital sign 즉 혈압이나, 생체음 즉 Crackle, Rhonchi, Wheeze, Stridor 등을 측정하고 채집한다. 그리고 이 신호는 역/순방향바이어스(2)회로에서 필터링(3)으로 신호는 전달되지만 생체음센서부(1)쪽으로는 신호가 차단되어 잡음이나 명음이 발생하지 않도록 한다. 생체음센서부(1)에서 순방향으로 바이어스(2)된 신호는 차단주파수가 1(KHz)인 필터(2)에 통과시킨다. 여기서 1(KHz)필터를 통과시키는 것은 vital sign의 특성(ref.1)이기 때문이다. 여기서 추출된 신호를 vital sign으로 받아들일것인가? 아닌가?는 억셉터(4)에서 결정한다. 생체신호로 받아진 아날로그 신호(5)를 증폭하여 샘플과 호울드(S/H)(6)를 통과시켜 필요한 신호를 표본화하여 고정시킨다. 그리고 ADC(7)를 통과하여 디지털 신호로 변환한다. 이 신호를 프리엠파시스(8)에서 생체음 신호에 대해 저주파부분은 강하게 고주파부분은 약하게 가공하여 마이크로프로세서장치(9)로 보낸다. 이 신호는 판별기(10)를 거쳐 신호 일부는 오실로스코프나 액정디스플레이(11)로 표시되고, 다른 신호 일부는 스피커/이어폰(12)으로 출력되어 환자와 의사가 동시에 들을 수 있으며 또한 이 신호는 환자의 개인컴퓨터의 데이터베이스를 통해 저장되고 공중선전송로(인터넷)를 통해 병원 서버에 전송된다.

동시에 압력센서(14)에서 압력의 상태를 비교하는 압력비교회로 억셉터(15)에서 압력을 받으면 신체의 펄스를 검출(16)하여 계산(17)한다. 이 펄스를 계산(17)하여 마이크로프로세서장치(19)로 보내진다. 이곳에서 펄스의 수와 압력의 상태를 판단하여 알맞은 상태이면 억셉터(19)에서 받아들여 혈압과 맥박 수를 계산하여 액정디스플레이(11)로 출력하고 적합하지 않으면 압력가압치(20)를 통해 다시 압력을 가한다.

위와 같은 시스템은 전원(13)을 통해 전력을 공급받으며, 환자로부터 직접 검진 또는 원격지에서 본 시스템과 공중선전송로를 통해 원격진료시스템이 이루어지게 한다.

* ref.1 : J. C. Wood, Frequency dynamics of the first heart sound, Ph.D. Thesis in Bioengineering, The University of Michigan, 1994.

제 3도는 원격지와 병원간의 원격진료시스템의 흐름도를 나타낸 그림이다.

원격지에서 환자가 발생하면 환자집(1)에서 환자의 몸이나 손목, 발목에 vital sign을 채집하는 vital sign terminal(2)에 연결한다. 그러면

vital sign terminal(2)을 통해서 환자의 개인컴퓨터(또는 PDA)에 저장되고

흉부질환자정보(3)는 네트웍 망(7)을 통해 병원서버(6)로 전송된다. 서버에 전송된 데이터는 진단데이터베이스(DB)와 진단소프트웨어(S/W)에 의해 판별되고 그 결과가 의사(A, B(5))에게 전달된다. 그러면 의사는 데이터와 진단소프트웨어에 의해 제시된 임상병명을 보고 환자에게 진단결과에 따른 처방전을 발송한다. 그 처방전은 병원서버(6)를 통하고 네트웍 망(7)을 통하여 다시 환자집(1)으로 전송된다. 환자는 처방전을 출력하여 인근에 있는 약국에서 처방된 결과에 의해 약을 구입하여 복용하므로써 완전한 흉부질환 원격진단 시스템이 이루어진다.

제 4, 5, 6, 7도는 흉부질환 분석용 원격진단 시스템을 이용하여, 실제 정상인과 비정상인의 호흡음을 받은 데이터베이스 파형(DB Wave Sound)과 스펙트로그램(Spectrogram)을 진단소프트웨어(S/W)로 분석한 특성을 나타낸 것이다.

제 4도는 정상인의 호흡음을 PCM형식의 11.025(KHz), 16bit mono sound로 샘플링하여 데이터베이스에서 추출한 데이터베이스파형과 스펙트로그램을 나타내고 있다. 이에 반하여 제 5도는 비정상인의 호흡음에 대한 데이터베이스파형과 스펙트로그램을 나타내고 있는데, 이 파형은 임상적으로 천식환자의 상태를 나타내고 있다. 제 6도의 파형도 임상적으로 mild asthma를 나타내고 있으며, 제 7도의 파형도 임상적으로 moderate asthma를 나타내고 있다.

이상에서 본 결과로부터 흉부질환 생체음 분석용 원격진단시스템을 이용하여 원격진료를 수행함으로써 의료의 질 향상과 비용감소를 실현하고 있다. 또한 IT기반 BT형 의료기기 제품을 창출하므로써 의료산업에 일등제품 개발전략을 추진하여 고부가가치화의 발전 기반을 마련하였다.

① 기술개발의 차별성

1. 본 사업에서 개발하고자 하는 흉부질환 생체음 분석용 원격진단

시스템은 vital sign을 전자청진기(microphone)로 수집하는 귀와 눈으로

확인할 수 있도록 보여주는 액정디스플레이(LCD)와 소리(Earphone/Speaker)

로 들을 수 있도록 구성된다.

2. 생체음 자동인식 진단 기능을 부가하여 간단히 진단명을 제공하는

기능이 포함된다. 단순히 호흡음만을 측정하지 않고 흉부의 생체음도 측정

하는 장치이다. 측정된 데이터들은 이미 구축된 생체음 DB 및 진단 DB와 연

계되어 최적의 진단명을 제공하는 것이다.

3. 여기에서 사용하는 DB는 의사들의 노하우가 쌓인 현장 측정음들을

바탕으로 구축되었기 때문에 수집된 환자의 생체음을 이용한 진료는 가장

적합한 병명의 객관적인 통계처리가 가능하다. 따라서 DB화된 정보를 분석

하고 진단할 수 있는 분석 및 진단 S/W 개발은 IT·BT가 접목된 복합기술로

써 고부가가치를 창출할 수 있다.

② 예상되는 파급효과 및 활용방안

1. 진료의 보편적인 형태는 환자가 직접 병원을 방문, 의사와 면대면

대화 및 청진기를 이용한 기초진단으로 시작하며, 이후 처방전에 따라 지

속적으로 입원 또는 통원하면서 약 을 받거나 치료를 받아왔다. 이 시스템

은 시간과 비용 등의 절대적인 감소와 질 좋은 진료를 받을 수 있게 한다.

2. 본 시스템은 가정에 있는 개인컴퓨터를 통해 손쉽게 진료를 받을

수 있으며 특히 이동이 불편한 장애인, 의료시설이 낙후된 농촌과 빈민지역

의 의료에서는 가히 필수적이라 할 수 있다.

3. 또한 의료진료의 모든 정보는 급속히 디지털화 되어가고 있다.

디지털화 된 의료정보를 인터넷과 접속하여 원격진료의 발판을 만들 수 있

게 하였다. 인터넷 사용자 수도 2001년 6월 기준(KRNIC, 2001. 6) 2,223

만 명에 이르고 있기 때문에 원격진료의 환경은 잘 조성되어 있다.

4. 환자관리와 진단자료들을 데이터베이스화하여 면대면 진단할 때

보다 더 객관성을 부여해 줄 수 있다.

5. 이렇게 축적된 자료를 바탕으로 통계적 방법을 적용하여 보다 객

관적이고 서로 신뢰할 수 있는 진단을 할 수 있게 된다.

6. 무엇보다 자신의 생체음을 환자에게도 디스플레이 시켜줌으로써

의사와 환자간에도 신뢰를 회복할 수 있다.

7. 그리고 흉부진단의 경우 보다 객관적인 자료를 의사들끼리 공유함

으로써 보다 권위있는 의사들의 조언을 통합할 수 있어 시공간을 초월하여

의료의 질을 향상시킬 수 있게되며 의사들 사이에서도 적응성있는 정보교환

과 학습효과도 거두게 될 것이다.

8. 환자의 사후관리 및 치료에 많은 정보를 제공하게 되며, 최첨단의

정보망을 이용한 병원간 각종 자료 공유가 이루어지고 이미 국내에서도 확

산되고 있는 사이버병원, 원격 진료 시스템 등에서 필수적인 역할을 담당하

리라 기대된다.

9. 농촌 의료의 접근성, 노인 인구에 대한 편의 제공, 대학병원과 지

방 병원의 연계, 군진 의료, 교도소 의료, 응급 및 외상환자 관리, 가정의

료, 공중보건이나 의학연구에도 지대한 영향을 끼칠 것으로 예상된다.

Claims (5)

1도의 생체음센서부(1), 필터(2), 연산증폭부(3), 마이크로프로세서장치부(4), 압력센서부(5), 압력검출부(6), 키패드부(7), 액정디스플레이부(8), 스피커/이어폰부(9)로 구성한 시스템 구성 방법

2도의 생체음센서부(1)에서 검출한 신호를 역/순방향바이어스(2)를 거쳐 필터링(3)통과한후의 vital sign을 측정하는 시스템의 구성 방법과 회로장치

2도에서 제시한 흐름도에 의해 vital sign을 추출하는 방법

3도에서 원격지와 병원간의 원격진료시스템의 흐름도에서 환자의 몸, 손목과 발목에 시스템을 연결하여 개인컴퓨터 또는 PDA를 통해 데이터를 데이터베이스화하고 전송하는 장치와 방법

3도에서 원격지와 병원간의 원격진료시스템의 흐름도에서 데이터베이스(DB)와 진단소프트웨어(S/W)에 의해 임상상태를 판별하고 처방하는 방법