KR20150004978A - 호흡 유도 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 호흡 유도 시스템은, 환자가 자신의 호흡 정보를 이용한 기준 호흡그래프를 참조하여 균일한 호흡을 하도록 유도한다. 이를 위해 본 발명은, 호흡 측정장치를 통해 환자의 들숨 및 날숨에 대한 호흡 정보를 획득하고, 호흡 정보를 이용하여 환자의 호흡에 대한 호흡그래프를 생성하며, 호흡그래프 중, 일 영역을 기준 호흡그래프로 설정하는 기준호흡 판단모듈 및 환자를 진단 시, 환자의 실시간 호흡 정보를 토대로 진단 호흡그래프를 작성하고, 이를 기준 호흡그래프와 디스플레이장치에 중첩 표시하는 호흡 연동모듈을 포함하며, 진단 호흡그래프와 기준 호흡그래프의 편차를 시각화하여 환자의 호흡 타이밍 조절을 유도한다.

Description

호흡 유도 시스템{Breathing guide system for Patient}

본 발명은 호흡 유도 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자 자신의 호흡에 대한 정보를 이용하여 생성되는 기준 호흡그래프를 이용함으로써, 환자를 진단 및 치료 시, 환자가 균일한 호흡을 할 수 있도록 유도하는 호흡 유도 시스템에 관한 것이다.

질병의 진단과 치료에 널리 이용되고 있는 방사선은 에너지의 힘이 매우 큰 관계로 질병 부위에만 선택적으로 투사하도록 권장되고 있다. 환자의 신체로 방사선을 조사할 때, 환자의 호흡은 투사되는 방사선이 치료 대상 이외의 정상 조직을 향해 투사될 우려가 있어, 질병 치료에 문제를 야기할 소지가 있다.

통상 인체의 호흡에 의해 인체의 내부 조직은 1센티미터 내지 3센티미터 정도가 이용되는 것으로 알려져 있으며, 이 정도의 조직 이동은 방사선이 조사되어야 할 표적 이외에 정상 조직에 조사될 우려가 있는 것이다.

방사선 치료는 비정상 조직을 파괴할 목적으로 이용되는 경우가 많으므로, 정상 조직에 대한 방사선 조사는 환자의 건강 상태를 악화시키는 부작용을 수반할 수 있다. 이에 따라, 방사선을 이용하여 환자를 치료하거나 진단하는 경우, 정상 조직에 가해지는 방사선의 선량을 줄이거나 또는 정상 조직에 대한 피폭을 최소화하기 위해 환자의 신체 내부에 마커(Marker)를 삽입 후, 마커(Marker)를 참조하여 방사선을 조사하는 방법이 이용되거나, 방사선이 환자에게 조사되는 시간 동안 환자가 호흡을 참도록 하는 방법이 제안된 바 있다.

그러나, 폐질환 환자의 경우에는 호흡을 참는 일이 쉽지 않고, 마커를 추적하는 방법은 환자의 신체 내부로 마커를 삽입해야 하며, 이는 환자에게 감염과 출혈을 유발할 우려가 있다.

환자의 신체로 조사되는 방사선의 선량을 조절하고, 치료 부위에 선택적으로 조사하기 위한 방안으로서, 한국 공개특허 2002-0001723은 환부에 방사선 증감제를 고루 도포하고, 방사선 증감제가 도포된 환부에 복수의 방사선 광원을 배치하고, 각 광원이 치료부위를 균등하게 치료할 수 있도옥 하는 방사선 치료방법을 제안한 바 있다. 그러나, 공개특허 2002-0001723은 하나의 치료 영역에 복수의 광원을 할당하여야 하고, 환자의 신체에 조영제를 투입하여야 함은 물론, 환부에 조사되는 방사선의 선량이 증가할 우려가 있다.

따라서, 환자의 자연스러운 호흡은 유지하면서도, 환자의 호흡에 따른 장기나 조직의 위치정보를 예측하여 진단 및 치료를 수행할 수 있는 방사선 치료법이 요구되고 있으며, 이러한 치료를 위해서는 환자가 일정한 패턴으로 호흡해줄 필요가 있다. 본 출원인은 환자가 일정한 패턴으로 호흡을 하도록 유도함으로써, 자연스러운 호흡을 유지하면서도 진단 및 치료의 효율을 높이는 방안을 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 환자의 호흡을 중단하거나, 마커와 같은 이물질을 환자의 신체에 삽입하지 않고도, 환자의 호흡에 맞추어 진단과 치료를 진행할 수 있도록 환자의 균일한 호흡을 유도하는 호흡 유도 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 호흡 측정장치를 통해 환자의 들숨 및 날숨에 대한 호흡 정보를 획득하고, 상기 호흡 정보를 이용하여 상기 환자의 호흡에 대한 호흡그래프를 생성하며, 상기 호흡그래프 중, 일 영역을 기준 호흡그래프로 설정하는 기준호흡 판단모듈 및 상기 환자를 진단 시, 상기 환자의 실시간 호흡 정보를 토대로 진단 호흡그래프를 작성하고, 이를 상기 기준 호흡그래프와 디스플레이장치에 중첩 표시하는 호흡 연동모듈을 포함하며, 상기 진단 호흡그래프와 상기 기준 호흡그래프의 편차를 시각화하여 상기 환자의 호흡 타이밍 조절을 유도하는 호흡 유도 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 호흡 유도 시스템은, 환자가 자신의 호흡 정보를 이용한 기준 호흡그래프를 참조하여 균일한 호흡을 하도록 유도할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 유도 시스템에 대한 개념도를 도시한다.
도 2는 환자가 호흡 측정장치를 통해 측정되는 들숨과 날숨에 대한 파형이 정의되는 호흡그래프를 도시한다.
도 3은 디스플레이장치에 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프가 중첩되어 표현되는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
도 4는 SIN 파를 기준 호흡그래프로 적용하였을 때, 진단 호흡그래프와의 관계를 설명하기 위한 참조도면을 도시한다.
도 5는 디스플레이장치에서 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프가 중첩되어 표시되는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 유도 시스템에 대한 블록개념도를 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 호흡 측정장치에 대한 상세 개념도를 도시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 유도 시스템에 대한 개념도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 호흡 유도 시스템은 환자의 안면에 장착되어 환자의 호흡에 따른 호흡정보를 생성하는 호흡 측정장치(70)를 통해 환자의 들숨과 날숨에 따른 호흡정보를 획득하고, 획득한 호흡정보를 토대로 호흡 그래프를 생성하며, 생성된 호흡 그래프에서 최대 비율의 패턴 영역에 대응하는 그래프를 절취하여 기준 호흡그래프를 설정 후, 기준 호흡그래프와 환자의 실시간 호흡에 따른 호흡그래프를 중첩하여 디스플레이장치(80)에 표시한다. 이를 통해, 환자는 디스플레이장치(110)를 통해 표시되는 자신의 호흡그래프와 기준 호흡그래프를 비교함으로써, 기준 호흡그래프에 맞추어 자신의 호흡을 조절하도록 유도된다.

기준 호흡그래프가 SIN 파, COS 파 및 방형파 중 하나의 파형인 경우, 이러한 파형은 실제 환자의 호흡에 따른 호흡그래프와 유사성이 떨어지므로 환자가 SIN 파, COS 파 및 방형파의 형태를 따라 호흡을 조절하는데 어려움이 발생할 수 있다.

그러나, 환자가 자신의 호흡 그래프를 추종하는 경우, 이러한 어려움이 최소화될 수 있는데, 이는 기준 호흡그래프가 환자 자신의 호흡그래프 중 일부를 이용하는데 따른 것이다. 기준 호흡그래프는 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 환자가 호흡 측정장치(70)를 통해 측정되는 들숨과 날숨에 대한 파형이 정의되는 호흡그래프를 도시한다.

도 2를 참조하면, 호흡 그래프는 파형의 형태에 따라 A 영역, B 영역 및 C 영역으로 구획될 수 있다. 도시된 호흡그래프에서 B 영역, A 영역 및 C 영역의 순으로 파형의 비율이 결정될 수 있으며, 전체 호흡그래프에서 C 영역의 비율이 최대임을 알 수 있다. 이는 환자의 호흡이 C 영역의 파형을 따라 이루어지는 경우가 많음을 의미한다. 따라서, 기준 호흡그래프는 C 영역의 파형을 절취한 후, 반복하여 생성하는 것이 바람직하다.

한편, 환자는 테이블(50)에 누운 상태로, 또는 테이블이나 의자에 앉은 자세로 디스플레이장치(80)를 조망할 수 있다. 이때, 환자의 상측에서 환자를 향해 방사선 장치(200)가 배치될 수 있으며, 환자를 진단하거나 치료할 수도 있다.

디스플레이장치(80)에는 환자의 호흡을 통해 파악된 기준 호흡그래프가 디스플레이되며, 호흡 유도 시스템(100)은 호흡 측정장치(70)를 통해 파악되는 환자의 호흡 정보를 이용하여 환자의 호흡에 대한 실시간 진단 호흡그래프를 작성할 수 있다. 작성된 진단 호흡그래프는 디스플레이장치(80)에서 기준 호흡그래프와 동일시간에 대해 중첩되어 표시되며, 환자는 중첩되어 표시되는 기준 호흡그래프를 참조하여 자신의 진단 호흡그래프가 기준 호흡그래프와 최대한 일치되도록 호흡을 조절할 수 있는 것이다. 이는 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 3은 디스플레이장치에 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프가 중첩되어 표현되는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.

도 3을 함께 참조하면, 가로 축은 시간(Time)이고, 세로 축은 전압 출력 값(Amplitude)인 축(Axis)에 기준 호흡그래프(Guiding curve)가 표시되고, 환자가 기준 호흡그래프(Guiding curve)를 보면서 호흡하는 진단 호흡그래프(Breathing curve)가 표시되고 있다. 기준 호흡그래프(Guiding curve)는 호흡 측정장치(70)를 통해 측정된 환자의 호흡 정보를 참조하여 작성되므로, 실제 환자의 호흡과 유사한 파형의 그래프를 형성할 수 있다. 도 3에서도, 진단 호흡그래프(Breathing curve)가 기준 호흡그래프(Guiding curve)와 파형과 진폭이 매우 유사함을 볼 수 있다.

만일, 기준 호흡그래프가 환자의 실제 호흡 정보에 따라 작성되지 않는다면 환자는 기준 호흡그래프에 맞추어 호흡을 하는 것이 쉽지 않을 수 있다. 이는 도 4를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 4는 SIN 파를 기준 호흡그래프로 적용하였을 때, 진단 호흡그래프와의 관계를 설명하기 위한 참조도면을 도시한다.

도 4를 함께 참조하면, 기준 호흡그래프(SIN)는 일정한 형태의 SIN 파를 구성하고 있으며, 일정한 형태를 갖는 기준 호흡그래프(SIN)와, 기준 호흡그래프(SIN)에 비해 불규칙한 진단 호흡그래프(Breathing curve)는 기준 호흡그래프(SIN)를 따라 호흡하는데 어려움이 발생할 수 있다. 도 4에서 들숨일 때, 기준 호흡그래프(SIN)와 진단 호흡 그래프(Breathing curve)는 d1만큼의 수직 이격이 발생하는 것을 볼 수 있는데, 이는 도 3에 도시된 것과 비교할 때, 정해진 파형의 그래프를 환자의 호흡과 동기 시키는데 어려움이 있음을 알 수 있다.

도 3과 도 4에서 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프는 기울기가 양(+)의 값을 가지는 구간이 들숨이고, 기울기가 음(-)의 값을 가지는 구간이 날숨에 해당할 수 있다. 들숨과 날숨을 구분하기 위해, 그래프의 일 측에는 다이어그램(51, 52)이 표시될 수 있으며, 다이어그램(51, 52)과 함께 텍스트(들숨, 날숨)가 함께 표현될 수도 있다.

들숨과 날숨은 시각적으로 표현될 수도 있으나, 음성으로 표현될 수도 있다. 들숨과 날숨의 구분은 환자가 기준 호흡그래프를 추종하여 호흡을 할 때, 유용한데, 이를 위해, 들숨일 때와 날숨일 때, 호흡 음성을 스피커(81)로 재생할 수 있다. 스피커(81)는 별개로 마련되거나 또는 디스플레이장치(80)에 부가되는 형태로 마련될 수 있다. 다만 한정하지는 않는다.

도 5는 디스플레이장치에서 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프가 중첩되어 표시되는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.

도 5를 참조하면, 디스플레이장치(80)는 표시영역(82)이 마련되며, 표시영역(82)에는 기준 호흡그래프(51b)와 진단 호흡그래프(51c)가 중첩되어 표시될 수 있다. 기준 호흡그래프(51b)와 진단 호흡그래프(51c)는 시간의 흐름에 따라 A 방향으로 이동하는 것처럼 표시영역(82)에 표현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 유도 시스템에 대한 블록개념도를 도시한다.

도 6을 참조하면, 실시예에 따른 호흡 유도 시스템은 기준호흡 판단모듈(110), 호흡 연동모듈(120), 편차 판단모듈(130), 호흡정보 기록재생 모듈(140) 및 데이터베이스(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

기준호흡 판단모듈(110)은 호흡 측정장치(70)를 통해 획득되는 환자의 호흡 정보를 참조하여 기준 호흡그래프를 작성한다. 기준호흡 판단모듈(110)은 도 2를 통해 설명한 바와 같이 환자의 호흡그래프에서 최대 비율로 존재하는 파형을 판단하고, 판단된 파형을 주기적으로 반복하여 기준 호흡그래프를 생성할 수 있다.

호흡 연동모듈(120)은 기준 호흡그래프와 환자의 실시간 호흡그래프인 진단 호흡그래프를 디스플레이장치(80)에 중첩하여 표시하여 시각화하고, 환자로 하여금 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프의 편차를 인식하도록 함으로써 환자 스스로 자신의 호흡 타이밍을 조절할 수 있도록 한다. 이때, 호흡 연동모듈(120)은 호흡 측정장치(70)를 통해 환자의 실시간 호흡그래프를 획득하고 획득한 호흡그래프를 진단 호흡그래프로 이용할 수 있다. 호흡 연동모듈(120)은 동일한 환자의 호흡 정보를 이용하여 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프를 생성한다. 이는 환자가 자신의 호흡그래프를 이용하여 생성된 기준 호흡그래프를 따라 호흡 타이밍을 조절하기가 용이한데 따른다.

편차 판단모듈(130)은 디스플레이장치(80)에서 중첩되어 표시되는 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프 사이의 편차가 기준 편차를 벗어날 경우 디스플레이장치(80)로 경고 메시지를 출력하거나, 스피커(81)로 경고음을 출력할 수 있다. 기준 편차는 1% 내지 5%일 수 있는데, 통상적으로 3%가 적용될 수 있다. 기준 편차의 값이 적을수록 기준 호흡그래프와 진단 호흡그래프의 동기율이 증가하고, 반대의 경우 감소한다.

호흡정보 기록재생모듈(140)은 기준호흡 판단모듈(110)에서 판단된 기준 호흡정보, 기준 호흡정보에 따라 작성되는 기준 호흡그래프의 파형 정보, 및 환자의 진단 호흡정보 및 진단 호흡그래프에 대한 파형 정보를 저장하거나, 사용자에 의해 호출되어 디스플레이장치(80)에서 재생될 수 있다.

상기한 호흡 유도 시스템(100)은 선형 가속기, CT(Computed Tomography) 장치 및 X-RAY 장치와 같은 방사선 장치와 연동될 수 있다. 환자의 호흡이 균일하게 되도록 유도한 상태에서 환자에게 방사선 치료나 진단이 용이하므로, 이들 장치에 기준호흡 그래프와 진단호흡 그래프를 제공할 수 있다. 이들 방사선 장치는 환자에 대한 기준 호흡그래프를 참조하여 치료 대상 조직의 위치를 유추하여 방사선을 조사하는데 적용할 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 호흡 측정장치에 대한 상세 개념도를 도시한다.

도 7을 참조하면, 도시된 호흡 측정장치는, 마스크(10)의 내측면과 외측면에 각각 측정센서(11)와 레퍼런스 센서(12)를 구비하며, 측정센서(11)와 레퍼런스 센서(12)의 온도차를 이용하여 마스크(10)의 내측면에 축적되는 열(heat)을 보정하여 환자의 호흡에 의한 열만을 측정할 수 있다.

환자가 들숨일 때, 마스크(10) 내측의 온도는 마스크(10)의 외부 온도와 유사하나, 날숨일 때는 마스크(10) 내측의 온도가 상승한다. 이는 환자의 호흡이 날숨일 때, 환자의 체온이 반영된 호흡에 의해 마스크(10) 내측의 온도가 상승하는데 따른 것이다. 마스크(10)는 외부의 유해 공기가 환자에게 전달되지 않도록 면으로 형성되거나, 고밀도 폴리스티렌과 같은 재질로 형성되므로 환자의 날숨에 의해 유발되는 온도가 시간이 지남에 따라 축적되는 경향이 있다.

이러한 온도 축적에 대해, 실시예에 따른 호흡 측정장치(70)는 마스크(10)의 내측과 외측에 각각 마련되는 한 쌍의 열전상 소자(또는 써미스터(Thermistor))를 이용하여 축적 온도를 보정할 수 있다.

열전쌍 소자는 서로 다른 이종 금속이 접합된 소자로서, 이종 금속의 접합면에 열이 가해지면 그에 상응하는 전압이 유기되는 특징을 갖는다.

또한, 써미스터는 온도 상승에 따라 전기저항이 현저하게 작아지는 반도체의 성질을 이용한 소자로서. 철, 니켈, 망간, 몰리브덴, 동 등의 산화물, 탄산염, 초산염, 염화물을 소결하여 제조될 수 있다.

마스크(10)에 부탁되는 센서가 열전쌍 소자인 경우, 열전쌍 소자를 이용한 측정 센서(11)는 환자의 호흡에 의해 환자의 체열이 가해지면 열에 상응하는 전압을 유기하고 이를 측정 커플러(71)로 제공할 수 있다. 마찬가지로, 레퍼런스 센서(12) 또한 마스크(10)의 외측에 배치되어 마스크(10) 주변의 온도에 상응하는 전압을 유기하고 이를 레퍼런스 커플러(72)로 제공한다.

측정 커플러(71)는 측정 센서(11)에서 발생하는 미세 전압을 증폭하고, 증폭된 전압을 아날로그-디지털 변환할 수 있다. 이에 더하여 측정 커플러(71)는 외부 노이즈, 예컨대 모터의 회전에 의해 유발되는 노이즈, 주변 전자기기의 구동에 따라 발생하는 노이즈 및 화이트 노이즈를 필터링하는 필터를 내장할 수도 있다. 이때, 내장되는 필터는 교류 성분의 노이즈 제거를 위해 고압 저용량 커패시터와 코일이 조합되어 형성되는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터의 형태로 구현될 수도 있다.

레퍼런스 커플러(72)는 레퍼런스 센서(12)에서 발생하는 미세 전압을 증폭하고, 증폭된 전압을 아날로그-디지털 변환하여 호흡 유도 시스템(100)으로 제공할 수 있다. 레퍼런스 커플러(72) 또한 측정 커플러(71)와 동일한 형태의 필터를 내장할 수 있다. 여기서, 호흡 유도 시스템(100)은 퍼스널 컴퓨터, 노트북, PDA, 산업용 컴퓨터 및 측정 커플러(71)와 레퍼런스 커플러(72)에 연결되는 전용 단말기 중 어느 하나가 이용되거나, 별도의 임베디드(Embedded) 장치로 구현될 수도 있다.

70 : 호흡 측정장치 80 : 디스플레이장치
81 : 스피커 100 : 호흡 유도 시스템
120 : 방사선 장치

Claims (11)

1. 호흡 측정장치를 통해 환자의 들숨 및 날숨에 대한 호흡 정보를 획득하고, 상기 호흡 정보를 이용하여 상기 환자의 호흡에 대한 호흡그래프를 생성하며, 상기 호흡그래프 중, 일 영역을 기준 호흡그래프로 설정하는 기준호흡 판단모듈; 및
   상기 환자를 진단 시, 상기 환자의 실시간 호흡 정보를 토대로 진단 호흡그래프를 작성하고, 이를 상기 기준 호흡그래프와 디스플레이장치에 중첩 표시하는 호흡 연동모듈;을 포함하며,
   상기 진단 호흡그래프와 상기 기준 호흡그래프의 편차를 시각화하여 상기 환자의 호흡 타이밍 조절을 유도하는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준 호흡그래프는,
   상기 호흡그래프에서 최대 비율의 패턴 영역에 대응하는 그래프인 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기준 호흡그래프 및 상기 진단 호흡그래프는,
   들숨일 때, 기울기가 양(+)의 값을 갖고, 날숨일 때, 기울기가 음(-)의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 기준 호흡그래프와 상기 진단 호흡그래프는,
   동일 환자의 호흡 정보에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 호흡 측정장치는,
   마스크의 외주연과 내주연에 각각 레퍼런스 센서와 측정 센서를 구비하며, 상기 마스크 내에 축적되는 열을 상기 레퍼런스 센서의 측정값으로 보정하여 상기 환자의 호흡 온도를 측정하는 센서 마스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 레퍼런스 센서와 상기 측정 센서는,
   온도에 대한 전압 값이 차별되는 열전쌍 소자(thermocouple) 또는 써미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 호흡 연동모듈은,
   상기 들숨과 상기 날숨에 대응하는 상기 환자의 호흡 음성을 상기 기준 호흡그래프에 대응시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 호흡 연동모듈은,
   상기 환자가 호흡 시 생성하는 호흡 음성을 상기 기준 호흡그래프에 동기시켜 재생하는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 기준 호흡그래프와 상기 진단 호흡그래프의 좌표가 동일시간에서의 편차가 미리 설정된 기준 편차를 벗어날 경우, 경고음 또는 경고 메시지를 상기 디스플레이장치로 출력하는 편차 판단모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 편차는,
    1% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 편차 판단모듈은,
    상기 기준 호흡그래프와 상기 진단 호흡그래프가 미리 설정된 기준 위상편차를 벗어날 경우, 경고음 또는 경고 메시지를 상기 디스플레이장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 호흡 유도 시스템.

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