KR20050049678A - 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기 - Google Patents

Abstract

이 발명은 3개의 피압센서와 하나의 공압센서를 사용하여 피압센서들의 출력값을 공압센서의 출력값으로 정규화하여 맥동파를 측정하는 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기에 관한 것이다.

이 발명에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기는, 피측정자의 손목에 감겨지는 구조로 구성된 공기압박대와, 상기 공기압박대에 설치되어 상기 피측정자 손목에 위치한 다수의 맥점으로부터 맥동파를 측정하는 다수의 피압센서와, 상기 공기압박대 내부에 공기를 공급 및 배출하는 공압장치와, 상기 공기압박대 내부의 공기압을 측정하는 공압센서와, 상기 다수의 피압센서 및 공압센서로부터 피압데이터 및 공압데이터를 입력받아 상기 공압데이터를 이용하여 상기 피압데이터를 정규화하여 정규화된 맥동파를 계산하는 제어수단과, 상기 제어수단에서 계산된 정규화된 맥동파를 화면에 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기{A pulsimeter for measuring the pulse using two type pressure sensor}

이 발명은 맥진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예를 들어 3개의 피압센서와 하나의 공압센서를 사용하여 피압센서들의 출력값을 공압센서의 출력값으로 정규화하여 맥동파를 측정하는 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기에 관한 것이다.

한의학이나 양의학에서는 심장의 동작과 관련되어 발생되는 맥동파 정보를 매우 중요하게 다루고 있다.

양의학에서는 맥동파의 주기와 강도를 측정하여 맥박과 혈압을 측정하고 이를 환자의 진단과 처치에 필수적인 정보로 사용하고 있다.

한의학에서는 맥동파의 형태와 특성을 진단하여 신체 내부의 이상 유무나 병의 증상을 판별하고, 신체 특정 부위들에서 나타나는 맥동파를 측정하여 환자의 체질을 8체질로 보다 세분화하여 분류하는 데에 필요한 유용한 정보로 사용하기도 한다.

상기 8체질 검진법은 검진자인 한의사에 의한 맥진에 의해 피검진자의 체질을 검출하는 방법으로서, 피검진자의 오른쪽 손목과 왼쪽 손목으로부터 검진자의 3손가락의 촉진에 의한 맥박(Pulse)을 검출하는 방법으로, 오른쪽 손목의 가운데 손가락의 부분에서 맥박이 검출되고, 왼쪽 손목의 네 번째 손가락 부분에 맥박이 검출되면 금양인(HESPERO), 오른쪽 손목의 두 번째 손가락에서 맥박이 검출되고, 왼쪽손목의 네 번째 손가락에서 맥박이 검출되면 금음인(HESPERA), 오른쪽 손목의 가운데 손가락 부분과, 왼쪽 손목의 두 번째 부분에서 맥박이 검출되면 토양인(SATURNO), 오른쪽 손목의 가운데 손가락 부분과 왼쪽 손목의 두 번째와 네 번째 손가락 부분에서 맥박이 검출되면 토음인(SATURNA), 오른쪽 손목의 가운데와 네 번째 손가락에 걸치고, 왼쪽 손목의 두 번째와 가운데 손가락을 걸쳐서 맥박이 존재하면 목양인(JUPITO), 오른쪽 손목의 가운데와 네 번째 손가락에 걸치고, 왼쪽 손목의 가운데와 네 번째 손가락에 걸쳐 맥박이 검지되면 목음인(JUPITA), 오른쪽 손목의 두 번째와 왼쪽 손목의 네 번째 손가락에 걸쳐서 맥박이 존재하면 수인(MERCURIO), 오른쪽 손목의 가운데와 네 번째 손가락에 걸치고, 왼쪽 손목의 네 번째 손가락에서 맥박이 검출되면 수음인(MERCURIA)으로 대별된다.

이와같이 맥동파의 측정을 통하여 환자의 체질을 8 체질로 분류하기 위해서는 환자의 요골 동맥 부근의 3개의 맥점에서 나타나는 맥동파를 측정하는 방법이 일반적으로 널리 사용되고 있다.

즉, 일반적으로 의사가 손가락으로 촌, 관, 척의 3개의 맥점을 짚어서 3점의 맥동파를 수진하는 방법이 많이 사용되는데, 최근에는 이러한 수진법 대신에 여러 가지 생체 측정장비들이 개발되어 사용되고 있으며, 이러한 계측장비들을 맥진기라고 한다.

이러한 맥진기는, 심장의 수축과 이완 운동의 결과로서 혈관의 여러 부위에 나타나는 혈압파, 즉 맥동파를 측정하여 이를 시각적으로 보여주는 장치이다.

도 1 은 종래의 맥진기를 도시한 개략적인 기능 블록도이다. 맥진기는 크게 맥동파를 직접 측정하는 센서부(11)와, 센서부(11)로부터 발생된 맥동파신호를 아날로그신호 또는 디지털신호로 변환하여 시각화할 수 있도록 하는 신호처리부(12)와, 신호처리된 신호를 시각적으로 나타내주는 표시부(13)와, 각 구성요소들을 제어하고 동작시키는 제어부(14)와, 키입력부(15)를 포함한다.

제어부(14)는 마이크로프로세서를 포함하는 일련의 디지털 장치들로 구성되며, 표시부(14)는 CRT화면, LCD 패널 또는 프린터 출력장치로 구현할 수 있다.

신호처리부(12)는 아날로그 회로 또는 디지털 회로로 구현이 가능하다. 아날로그 신호처리부는 증폭회로와 필터회로로 구성되고, 디지털 신호처리부는 증폭회로와 필터회로, 및 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(A-D Converter)로 구성된다.

센서부(11)는 맥진기를 구성하는 요소들 중 가장 중요한 요소로서, 이 센서부(11)는 인체의 심장이 수축/이완을 반복하는 결과로서 발생되는 맥동파를 혈관에서 측정하는데, 그 측정용도에 따라 여러 가지 물리적 특성을 가지는 센서 소자들로 구성된다. 맥진기의 경우 대부분 부가되는 압력에 따른 출력신호를 발생하는 피에조(Piezzo) 소자 등을 이용한 피압센서가 사용된다.

그러나, 이 피압센서를 이용하여 맥동파를 측정하려면 규정 이상의 압력이 외부로부터 가해져야 할 뿐만 아니라 혈관에서 발생되는 맥동파를 충분히 감지하도록 하기 위해서는 피압센서가 부착되는 혈관 부근을 일정 이상의 압력으로 가압하여야 한다.

이때, 가입하는 압력의 크기에 따라서 센서가 출력하는 신호가 변화되는데, 가압 위치와 가압부분의 일체 조직 형태에 따라서 실제로 피압센서에 부가되는 압력의 크기가 변화될 수 있기 때문에 동일한 환자를 동일한 부위에서 동일한 측정기로 측정할 경우에도 측정 결과에 차이가 발생하게 된다.

이렇게 측정결과의 불균일성 때문에 맥진기는 맥동파 유무의 판별 등 의료보조장치로만 사용될 뿐 아직은 의사가 본격적으로 진단에 사용할 수 있는 의료장치로는 인정되지 못하고 있다.

따라서 맥동파의 측정은 매우 정교한 신호 측정을 필요로 하는 것이기 때문에 맥진기가 올바른 측정 결과를 도출하도록 하기 위해서는 무엇보다도 정확한 맥동파의 계측이 우선시되어야하며, 정확한 맥동파를 계측하는 데에는 두 가지 문제가 해결되어야 한다.

그 하나는 정확한 맥점을 찾아서 센서를 접촉시키는 방법에 대한 문제이고, 다른 하나는 맥동파 측정이 반복되는 동안에 일정한 측정조건을 유지하는 방법에 대한 문제이다.

첫 번째 문제의 경우, 최근 3개의 피압센서를 사용하는 맥진기에 전동 모터와 정교한 센서 메커니즘을 장착하여 요골동맥의 촌, 관, 척 부위를 정확하게 찾아내거나, 신호의 최대점을 찾아내는 등 센서 메커니즘 부분에 많은 발전이 있으면서 어느 정도는 해결되었다.

그러나, 첫 번째 문제를 해결하여 정확한 측정 부위를 찾아낸다고 하더라도 매 측정할 때마다 측정조건이 달라지는 두 번째 문제는 아직까지 해결되지 않고 있다.

이렇게 측정조건이 달라지는 이유는 인체의 구조상, 요골동맥 부근의 골격이나 근육 구조와 형상이 불규칙한 형태를 가지고 있기 때문에 매번 계측을 수행할 때마다 일정한 측정조건, 즉 동일한 압력과 밀착상태에서 맥동파를 측정하는 것은 어렵기 때문이다.

비록 대부분의 맥진기들이 피압센서를 가능한 한 동일한 조건과 상태로 맥점에 접근시키기 위해서 압박대와 공압장치를 사용하여 센서 부근에 압력을 가하는 방법을 사용하고 있지만, 피압센서를 통한 맥동파 측정하는 과정 자체가 매우 미약한 신호를 정교하게 측정하는 과정이기 때문에 약간의 압력변화도 측정결과에는 상당한 영향을 주게 되고 따라서 동일한 환자에 대하여 동일한 측정부위를 반복하여 측정하였을 경우에도 약간의 움직임이나 가압/감압 과정에서의 근육 위치 변환 등으로 인하여 매 측정시에 피압센서에 가해지는 압력조건이 모두 달라지게되는 문제점이 있다.

이 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공압장치에 의해 가압된 압박대 내부의 압력을 측정하고 피압센서의 측정값을 압박대 내부의 압력값으로 정규화시킴으로써, 맥동파 측정시의 조건이 달라지더라도 맥동파 출력값의 균일성을 향상시키고 신호 출력의 신뢰성을 높일 수 있는 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기는,

피측정자의 손목에 감겨지는 구조로 구성된 공기압박대와,

상기 공기압박대에 설치되어 상기 피측정자 손목에 위치한 다수의 맥점으로부터 맥동파를 측정하는 다수의 피압센서와,

상기 공기압박대 내부에 공기를 공급 및 배출하는 공압장치와,

상기 공기압박대 내부의 공기압을 측정하는 공압센서와,

상기 다수의 피압센서 및 공압센서로부터 피압데이터 및 공압데이터를 입력받아 상기 공압데이터를 이용하여 상기 피압데이터를 정규화하여 정규화된 맥동파를 계산하는 제어수단과,

상기 제어수단에서 계산된 정규화된 맥동파를 화면에 표시하는 표시부를 포함한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 공압센서가 상기 공압장치의 공기 공급구에 설치되게 하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 공압센서가 상기 공기압박대 내부에 설치되게 하여도 좋다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기를 도시한 사시도이다.

이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기는 크게 공기압박대(110)와, 본체(120)로 대별된다.

공기압박대(110)에는 요골동맥에 가하는 압력을 측정하는 3개의 피압센서(111, 112, 113)와, 하나의 공압센서(114)가 설치된다. 이 공기압박대(110)는 통상적인 혈압계에서 사용되는 압박대와 동일 또는 유사한 형태와 재질 및 구조로 이룬다.

본체(120)에는 공압관(131)을 통해 공기압박대(110) 내부에 공기를 가압하는 공압장치(121)와, 도시되지 않은 신호처리회로부와, 키입력부(122)와, 표시부(123)를 포함한다. 3개의 피압센서(111, 112, 113) 및 공압센서(114)의 출력값은 신호선(132)을 통해 본체(120)에게 제공된다.

도면에서는 공압센서(114)가 공기압박대(110)에 3개의 피압센서(111, 112, 113)와 일렬 배열형으로 설치된 예를 도시하였으나, 이 발명은 이에 한정되지 아니한 바, 공압센서는 공압관 내부나 본체의 공압장치 내부에 설치하여도 무관하다.

여기서, 공압센서는 공기와 같은 유체를 통하여 간접적으로 압력을 받고 그 결과를 출력하는 센서로서, 공압센서는 밀폐 구조이므로 센서를 구성하는 공압실이 견딜 수 있는 압력의 한계가 있기 때문에 비교적 낮은 압력을 측정하는 데에 사용되지만 정교한 출력신호를 얻을 수 있고 잡음에 강하다.

피압센서는 직접 압력을 받아서 신호를 출력하는 센서로서, 가압체로부터 직접 압력을 받는 형태이므로 소자의 내구성에 따라서 큰 압력도 측정할 수 있는 장점이 있으나 소자에 균일하지 않은 압력 분포가 가해졌을 경우에는 부정확한 압력치를 출력하기도 하는 문제가 발생한다.

그러나, 피압센서는 매우 작은 압력 변화도 측정할 수 있고, 매우 작은 크기로 제작될 수 있어서 소형장치에 많이 적용된다.

도 3a 는 도 2 에 도시된 바와 같이 공압센서(114)가 공기압박대(110)의 피압센서들(111, 112, 113)과 일렬로 배열된 맥진기의 일 예를 도시하고, 도 3b 는 공압센서(114')가 공압장치(121')의 내부에 배열된 맥진기의 일 예를 도시한다.

도 4 는 이 발명의 한 실시예에 따른 본체 내부를 도시한 기능 블록도이다.

이 맥진기 본체(120)는 외관에 드러나는 공압장치(121)와 키입력부(122)와 표시부(123) 및 내부의 제어부(124)와 아날로그/디지털변환기(125)와 메모리(126)와 직렬통신부(127)와 전원부(128)를 포함한다.

공압장치(121)는 공압관(131)을 통해 공기압박대 내부에 공기 압력을 가하는 공압모터와, 공기를 배출하는 배출기, 그리고 이들을 전기적으로 구동시키는 드라이버 회로로 구성된다. 공압은 파스칼의 원리에 의하여 공압이 가해지는 어느 부분에서도 동일한 측정치를 나타내므로 앞서 언급한 바와 같이 공압센서는 공압장치의 공기 전송 부분 어디라도 장착될 수 있다.

아날로그/디지털변환기(125)는 3개의 피압센서들(111, 112, 113)과 공압센서(114)의 아날로그 출력값을 디지털 값으로 변환하여 제어부(124)에게 제공한다.

제어부(124)는 키입력부(122)의 사용자 명령을 해석하여 공압장치(121)를 구동하거나 아날로그/디지털변환기(125)로부터 입력되는 고압데이터 및 피압데이터를 메모리(126)에 저장하거나 표시부(123)에 표시하고, 직렬통신부(127)를 통해 외부 PC(140)에게 전송한다.

도 5 는 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기의 맥동파 측정방법의 일 예를 도시한 동작 흐름도이다.

사용자로부터 맥동파 측정 명령이 입력되면(S51), 제어부는 공압장치를 구동하여 공기압박대에 공기를 공급하도록 한다(S52).

피압센서들 및 공압센서로부터 피압데이터 및 공압데이터가 입력되면(S53), 피압 데이터를 정규화시키는 서브루틴을 구동한다(S54).

이 피압데이터 정규화 서브루틴은 제어부 자체적으로 수행할 수도 있고, 외부 PC에 피압데이터와 공압데이터를 전달하여 외부 PC에서 수행할 수도 있다.

다음, 제어부는 정규화된 피압데이터 즉, 맥동파를 표시부에 표시하고(S55), 사용자에 의해 측정이 종료되거나 타이머가 종료하여 측정이 종료되면(S56), 맥동파 측정을 종료한다.

여기서, 이 발명의 한 실시예에 따른 피압데이터 정규화 서브루틴 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초기 공압데이터를 기준공압으로 설정하고, 초기에 입력되는 일부의 공압데이터의 합과 평균값을 계산한다.

그리고, 공압데이터의 평균값과 기준공압을 차를 구하여 초기평균공압차를 계산한다.

그리고, 이렇게 초기평균공압차가 계산된 후 모든 공압데이터에 대해서 공압데이터와 초기평균공압차의 비를 구하여 공압비를 계산하고, 공압비와 피압데이터를 피압데이터의 특성함수에 대입하여 피압데이터를 정규화한다.

즉, 초기 일부 공압데이터는 초기평균공압차를 구하기 위한 자료로 사용되고, 이후의 공압데이터와 피압데이터에 대해 정규화과정을 수행한다. 이렇게 정규화된 맥파데이터를 생성하고, 메인 루틴으로 리턴한다.

이 경우, 특성함수에 대해 간략하게 설명하면, 공압데이터를 이용하여 피압데이터를 정규화하기 위해서는 변환함수가 필요한데, 이는 피압센서의 특성과 센서의 신호 형태에 매우 깊이 관련이 있게된다.

예컨대, 신호 형태가 미분파이고 선형특성을 가지는 피압센서는 압력에 대하여 2차 함수적인 응답 특성을 나타내므로 공압이 2배 증가되면 신호 출력이 4배로 나타나지만, 적분파로 출력될 경우에는 1차 함수적인 특성을 나타낸다.

따라서, 정규화를 위한 특성함수는 압력에 대한 피압센서의 특성에 따라서 별도로 경정해 주어야 하는데, 이 특성함수는 피압센서가 개발될 때에 미리 측정되어 제공되므로 이를 이용한다.

이상과 같이 이 발명의 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기에 따르면, 공압센서를 사용하여 피압센서에 가해지는 압력치를 측정하고 이를 이용하여 피압센서의 측정치를 보정함으로써, 정규화되고 신뢰성있는 맥동파 측정이 가능해 진다. 아울러 이로 인해 이 발명에 따른 맥진기는 보다 정밀하고도 안정적인 맥진을 수행할 수 있게 되어 보다 효과적이고 신뢰성있는 진단장치로 활용될 수 있으므로 맥진기의 활용도가 향상되는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 맥진기를 도시한 개략적인 기능 블록도이고,

도 2 는 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기를 도시한 사시도이고,

도 3a 는 공압센서가 공기압박대의 피압센서들과 일렬로 배열된 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기의 일 예를 도시한 도면이고,

도 3b 는 공압센서가 공압장치의 내부에 배열된 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기의 일 예를 도시한 도면이고,

도 4 는 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기의 본체 내부를 도시한 기능 블록도이고,

도 5 는 이 발명의 한 실시예에 따른 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기의 맥동파 측정방법의 일 예를 도시한 동작 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

110; 공기압박대 111, 112, 113; 피압센서

114; 공압센서 120; 본체

121; 공압장치 122; 키입력부

123; 표시부 124; 제어부

125; 아날로그/디지털변환기 126; 메모리

127; 직렬통신부 128; 전원부

131; 공압관 132; 신호선

Claims (3)

1. 피측정자의 손목에 감겨지는 구조로 구성된 공기압박대와,

   상기 공기압박대에 설치되어 상기 피측정자 손목에 위치한 다수의 맥점으로부터 맥동파를 측정하는 다수의 피압센서와,

   상기 공기압박대 내부에 공기를 공급 및 배출하는 공압장치와,

   상기 공기압박대 내부의 공기압을 측정하는 공압센서와,

   상기 다수의 피압센서 및 공압센서로부터 피압데이터 및 공압데이터를 입력받아 상기 공압데이터를 이용하여 상기 피압데이터를 정규화하여 정규화된 맥동파를 계산하는 제어수단과,

   상기 제어수단에서 계산된 정규화된 맥동파를 화면에 표시하는 표시부를 포함한 것을 특징으로 하는 2종의 맥파 계측용 압력 센서를 사용한 맥진기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공압센서는 상기 공압장치의 공기 공급구에 설치된 것을 특징으로 하는 맥진기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공압센서는 상기 공기압박대 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 맥진기.