WO2018062703A1 - 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치 - Google Patents

초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치 Download PDF

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WO2018062703A1
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ultra
impulse radar
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blood flow
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최규동
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for diagnosing a portable diabetes site using an ultra-wide band impulse radar, and irradiates an ultra wide band (UWB) impulse radar (IR) signal to the distal ends 11 and 12 of the user 10.
  • UWB ultra wide band
  • IR ultra wide band
  • An ultra-wideband impulse radar module 110 configured to include; and a pre-processing module 120 for preprocessing, digitizing, and converting the received signal received by the ultra-wideband impulse radar module 110 into received data; and, A conversion module (130) for converting the received data digitized by the preprocessing module (120) into biometric information including any one or more of blood vessel distribution image information, blood flow information, and body image information for the distal end of the subject (10);
  • an input / output module 140 for displaying the biometric information converted by the conversion module 130 and receiving an operation input of the user 10; It relates to a portable diabetic site diagnosis apparatus 100 using an ultra-wideband impulse radar, characterized
  • Diabetes is a metabolic disease insisting on chronic hyperglycemia due to lack of insulin action.
  • the adult classification is that (1) pancreatic beta cells are autoimmune or suddenly destroyed to produce sufficient insulin.
  • Acute complications can occur if you suddenly lack insulin in your body. Acute complications include diabetic ketoacidosis and hyperglycemic hyperosmolar syndrome, which require immediate treatment and are fatal if not treated properly. Severe cases can lead to loss of consciousness and death.
  • Chronic complications of diabetes include microvascular disease complications such as retinopathy, nephropathy, and neuropathy.
  • Coronary artery disease complications include coronary artery disease, peripheral artery disease, and cerebrovascular disease.
  • trauma or infection is added based on neurological disorders and blood flow disorders, which are likely to occur in the extremities (hands / foots) of diabetic patients, resulting in various lesions such as calluses, ringworm, foot deformity, ulcers, and gangrene.
  • QOL quality of life
  • Diabetic gangrene is one of the main symptoms of obstructive atherosclerosis due to blood flow disorders. Although the cause is obstructive arteriosclerosis, as in myocardial infarction, the pain sensory nerves are first impaired, so the patient may be left without complaining of pain even if the lesion progresses to the extent of necrosis.
  • a noninvasive blood flow test is performed.
  • the ankle-brachial index (ABI) is unreliable in diabetic patients with high calcification of blood vessels, and PVR (pulse volume recording) at the measurement site of the lower limb is reliable. . If the PVR is less than 10 mm, it can be concluded that the lower limb is ischemic.
  • toe blood pressure is reliably that calcification does not come in the blood vessels distributed on the toes and less than 30mmHg can be determined that ischemia, but it is difficult to obtain a blood pressure monitor to measure the blood pressure of the toes.
  • Tc PO2 also has a number of clinically reliable ischemia test methods and test methods that are cumbersome and are very small and expensive. Therefore, diagnosis of angiopathy that can be performed in general orthopedic outpatients is mostly dependent on Doppler ultrasound and angiography. In diabetic patients, when the blood vessels are hardened due to vascular calcification, the pulse is not palpated. Doppler ultrasonography is performed to confirm this accurately. In order to measure such blood flow-related symptoms, Doppler ultrasonic blood flow measuring apparatuses, such as a number of prior inventions, including the conventional patented "Ultrasound blood flow measuring apparatus using the Doppler effect" (Korean Patent No. 10-0944898) are used. do.
  • UWB Ultra-wide Band
  • Sensing which applied near-field high resolution Radar
  • GPR Ground Penetrating Radar
  • Modern UWB basic technology was established at the Sperry Research Center in the '80s, and applied to near field communication in multipath environments in the' 80s and '90s.
  • UWB systems use very narrow pulses of several nanos or picoseconds, resulting in very low spectral power densities over a very wide frequency band, providing high security, high data transmission characteristics and high resolution for accurate distance and position measurements. It is robust to multipath effects.
  • the communication since the communication is performed in the baseband without using a carrier, the structure of the transceiver is simplified, and thus the transceiver can be manufactured at low cost.
  • Blocks such as low noise amplifiers (LNA), frequency synthesizers (Mixers), power amplifiers (PAs), and data converters that make up the UWB transceiver stages continue to integrate using CMOS semiconductor processes as in low frequency bands. In high frequency band (3.1 ⁇ 10.6GHz band), each block is ICized and released as a product.
  • the present invention solves the problems of the existing inventions described above, the user can easily carry and measure the biometric information including any one or more of blood vessel distribution image information, blood flow information and body image information of the distal end of the body such as hands or feet, diabetes
  • An object of the present invention is to provide a portable diabetic site diagnosing device using an ultra-wide band impulse radar capable of prediagnosing inflammation or a decrease in blood flow.
  • a portable diabetic region using an ultra-wideband impulse radar capable of measuring blood flow velocity more accurately by calculating the Doppler angle required for measuring blood flow velocity by automatically measuring the direction of the blood vessel wall using an internal body image without a user's manual operation.
  • the problem is to provide a diagnostic apparatus.
  • an ultra-wide band (UWB: Impulse RADAR) signal (IR) impulse radar (IR) end portion 11 of the user 10 At least one transmitter 111 for irradiating 12, and at least one receiver 112 for receiving the reflected ultra-wideband impulse radar signal as a received signal;
  • An ultra-wideband impulse radar module 110 configured to include; and a pre-processing module 120 for preprocessing, digitizing, and converting the received signal received by the ultra-wideband impulse radar module 110 into received data; and, A conversion module (130) for converting the received data digitized by the preprocessing module (120) into biometric information including any one or more of blood vessel distribution image information, blood flow information, and body image information for the distal end of the subject (10); And an input / output module 140 for displaying the biometric information converted by the conversion module 130 and receiving an operation input of the user 10; Characterized in that comprises a.
  • the transmitter 111 and the receiver 112 is characterized in that arranged in an array (Array) form.
  • the conversion module 130 when the biometric information includes the blood flow information, characterized in that for calculating the blood flow information by the Doppler method.
  • the conversion module 130 may include an ultra wide band (UWB) impulse radar (IR) 5 in an image including the blood flow 1 to measure the velocity in the biometric information.
  • UWB ultra wide band
  • IR impulse radar
  • the storage module 150 for continuously storing the biometric information converted by the conversion module 130 as the existing biometric information by adding a measurement date and time, and the existing biometric information stored in the storage module 150 and the An abnormality determination module 160 displaying abnormality through the input / output module 140 when it is determined that there is an abnormality by comparing the biometric information converted by the conversion module 130 with each other and determining whether an abnormality has occurred; Characterized in that further comprises.
  • the input / output module 140 may communicate with the user portable terminal input / output module 310 of the user portable terminal 300 by wire or wirelessly or communicate with the external server 400 through a communication network. It is configured to further include, the ultra-wideband impulse radar module 110, the preprocessing module 120 and the input / output module 140 may be used in conjunction with the user portable terminal 300 dongle type main body 200
  • the conversion module 130 and the abnormality determination module 160 are configured as a main controller 330 of the portable terminal of the user portable terminal 300, and the storage module 150 is configured to carry the user.
  • the biological information is characterized in that displayed through the portable terminal display 320 of the user portable terminal 300.
  • the user can easily carry and measure the bio-information including any one or more of blood vessel distribution image information, blood flow information and body image information of the distal end portion of the body such as hands or feet to cause inflammation or blood flow of the diabetes site.
  • the input / output module also has a merit that it is possible to operate more efficiently by using a touch display panel of a high resolution user portable terminal.
  • a portable diabetic region using an ultra-wideband impulse radar capable of measuring blood flow velocity more accurately by calculating the Doppler angle required for measuring blood flow velocity by automatically measuring the direction of the blood vessel wall using an internal body image without a user's manual operation.
  • the advantage is that it is possible to provide a diagnostic device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a portable diabetic site diagnosis apparatus using an ultra-wideband impulse radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic operating principle of the ultra-wideband impulse radar module of the portable diabetic site diagnosis apparatus using the ultra-wideband impulse radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the basic operating principle of the human body of the ultra-wideband impulse radar module of the portable diabetic site diagnosis apparatus using the ultra-wideband impulse radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of measuring blood flow rate using a Doppler angle of a portable diabetic region diagnosis apparatus using an ultra-wideband impulse radar according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the process of measuring the blood flow rate using the Doppler angle of the portable diabetic region diagnosis apparatus using an ultra-wideband impulse radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a portable diabetic region diagnosis apparatus using an ultra-wideband impulse radar according to a second embodiment of the present invention.
  • ultra-wideband impulse radar module 110 pre-processing module 120, the conversion module 130 and the input / output module 140 It is configured to include.
  • the ultra-wideband impulse radar module 110 is one that irradiates an ultra wide band (UWB) impulse radar (IR) signal to the distal end 11, 12 of the user 10 as shown in FIG.
  • UWB ultra wide band
  • IR impulse radar
  • the ultra-wideband radar module 110 irradiates an ultra-wideband impulse signal to a target to be measured, and then, the difference in transmittance and reflectance according to the material and the like of each component of the target is determined.
  • It is a type of radar that measures differently reflected signals.
  • the UWB impulse intensity decreases.
  • an ultra wide band (UWB) impulse radar (IR) signal is reflected in the user's tissue with different characteristics that can be distinguished according to the location and characteristics of each tissue. Is received as a receive signal.
  • the transmitter unit may transmit and receive the UWB (Ultra Wide Band) Impulse Radar (IR) signal at various locations to acquire stereoscopic blood vessel distribution image information or body image information.
  • the 111 and the receiver 112 are preferably arranged in an array form.
  • the array form may be a 2D array arrangement in the basic X-Y-axis direction, as well as a circular array arrangement that is arranged in a symmetrical circle with respect to the central axis as needed.
  • the vein is focused on each of the transmitter 111 to simultaneously transmit the ultra-wideband impulse radar signal to perform beam focusing (Beam-Focusing) to control the focusing depth and direction of the entire signal beam, thereby providing more accurate blood vessels.
  • Beam-Focusing beam focusing
  • biometric information including distributed image information or body image information.
  • a technique using a plurality of signal transmitting means and a plurality of signal receiving means to acquire stereoscopic image information of a measurement object is a level of technology well known in the diagnostic measurement technology field to which the present invention belongs, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the preprocessing module 120 has a function of preprocessing and digitizing the received signal received by the ultra-wideband impulse radar module 110 and converting the received signal into received data.
  • the preprocessing module 120 is composed of a combination of a band filter, an A / D converter, and the like corresponding to the characteristics of the received signal used. Since the technology constituting the preprocessing module 120 is a level of technology well known in the diagnostic measurement technology field to which the present invention belongs, a detailed description thereof will be omitted.
  • the conversion module 130 converts the received data digitized by the preprocessing module 120 into any one of blood vessel distribution image information, blood flow information, and body image information for the distal end of the subject 10. It performs a function of converting the biological information including the above.
  • the conversion module 130 typically consists of a microprocessor in which this conversion process is programmed.
  • a radio frequency of an appropriate wavelength for example, microwaves around 12.5cm
  • an appropriate frequency for example, microwaves around 3 to 10Ghz
  • the distribution of terminal vessels important for diagnosing diabetes eg, when blood vessels are reduced or blocked due to vascular narrowing, etc., the corresponding vessels can be measured as if their diameters have been reduced or disappeared).
  • the part determined as the blood vessel in the body image information in consideration of the characteristics of the blood vessel in which the flow is measured by the blood cells flowing in the blood vessel, it is configured to specify only the portion where the flow is observed in a certain direction among the body image information. It is possible.
  • the conversion module 130 preferably calculates blood flow information by a Doppler method.
  • the method of measuring the velocity of blood flow using the Doppler beam is based on measuring the frequency of the deviation when the reflected wave signal from the reflector (blood cell) in the blood flow is subjected to a frequency shift due to the Doppler effect.
  • the input frequency is f
  • the Doppler shift frequency is fd
  • the velocity component in the Doppler beam direction of the blood flow is v
  • the speed of the input radar signal is c
  • Equation 1 can be expressed as in Equation 2 below.
  • the direction of the velocity of blood flow is closely related to the direction of the vessel wall.
  • the cross-section of the vessel is circular or elliptical and is often symmetrical about the central axis. This is most often the case.
  • a user who wants to measure the speed of blood flow observes the ultrasound image to observe the direction of the blood vessel wall and manually adjusts the Doppler angle.
  • the Doppler angle was found to be suitable for measuring the speed of. This conventional method has a problem that the operation is very cumbersome and inconvenient, and the error or error in the measurement of blood flow rate is very high.
  • the conversion module 130 of the present invention includes an ultra wide band (UWB) impulse radar in an image including the blood flow 1 to measure velocity in the biometric information.
  • UWB ultra wide band
  • (IR) selecting (S1) M ⁇ N pixels (Pixel) 3 around the range gate 4 of the Impulse RADAR (5), and the M ⁇ N pixels (Pixel) (S2) to find the vessel wall (2) by searching the boundary in the image in (3), and calculating and obtaining the direction (D, D ') of the vessel wall using the retrieved image of the vessel wall (S3) And automatically calculating a Doppler angle ⁇ using the calculated angle between the vein wall direction D, D 'and the Doppler beam 5 (S4), and automatically calculating the Doppler angle. It is preferable to perform the step comprising the step (S5) of measuring the speed of the blood flow (1) using ( ⁇ ).
  • a step S1 of selecting three pixels 3 is performed.
  • the size of the M ⁇ N pixels 3 selected around the range gate 4 is selected such that all of the blood vessel walls 2 through which the blood flow 1 to be measured is included are included. desirable.
  • the M ⁇ N pixels Pixel 3 may be selected by a user, and the top and bottom of the blood vessel wall 2 may be selected. It is also possible to automatically search for a boundary so that the M ⁇ N pixels 3 are selected in a range that includes both upper and lower boundaries.
  • a step S2 of searching for a vessel wall 2 by searching a boundary in the image of the M ⁇ N pixels 3 is performed.
  • a method such as edge detection or homogeneity detection may be used through image processing on the blood vessel distribution image information or the body image information.
  • step S3 is performed to calculate and obtain the directions D and D ′ of the blood vessel wall by using the retrieved image of the blood vessel wall 2.
  • the blood vessel wall 2 passing through a boundary of the M ⁇ N pixels 3 may be obtained. It is possible to calculate and obtain the direction (D, D ') of the vessel wall by connecting the position of the) in a straight line using the slope of the straight line.
  • step (S3) of calculating the direction (D, D ') of the blood vessel wall after connecting the pixels (Pixel) indicating the position of the blood vessel wall (2) by a spline curve, It is also possible to calculate and obtain the directions D and D 'of the blood vessel wall by using the direction of the tangent at the near point of the range gate 4.
  • the adjusted automatically The speed of the blood flow 1 is measured automatically and accurately by performing the step S5 of measuring the speed of the blood flow 1 at the Doppler angle.
  • the radio signal reflected from the subject 10 measured by the ultra-wideband radar module 110 is converted into comparable bioconversion information through the conversion module 130. That is, real-time biometric conversion information including heart rate, heart rate, respiratory rate and respiratory cycle of the subject 10 is obtained from the radio signal reflected from the subject 10. At this time, since the lungs and the heart enter or exit the air or blood and contract and expand periodically, there is a phase change in the carrier radio frequency reflected by the Doppler effect. Accordingly, the conversion module 130 may obtain real-time biometric conversion information including heart rate, heart rate, respiratory rate, and respiratory cycle through the modulated radio frequency reflected from the subject 10.
  • the input / output module 140 displays the biometric information converted by the conversion module 130 and is configured to receive an operation input of the user 10.
  • the input / output module 140 may be configured to include a display 141 for displaying the biometric information and an operation switch 142 for receiving an operation input of the user 10 as shown in FIG. 1.
  • the display 141 and the operation switch 142 may be integrally implemented through a touch screen.
  • Portable diabetic region diagnosis apparatus 100 using the ultra-wideband impulse radar of the present invention as shown in Figure 1, the biometric information converted by the conversion module 130 is continuously stored as existing biometric information by adding a measurement date and time It is preferable that the storage module 150 further comprises.
  • the input / output module 140 It is preferable to further comprise an abnormality determination module 160 for indicating the occurrence of the abnormality through the (). That is, for example, when it is determined that the blood vessel existing in the blood vessel distribution image information of the existing biometric information is blocked or reduced, it is preferable to determine that an abnormality has occurred in the corresponding region and display it to the user.
  • the speed of the blood flow located at a predetermined point is reduced by more than a predetermined range when compared with the blood flow information of the existing biometric information, it may be determined that the abnormality has occurred at the corresponding area and displayed to the user. desirable.
  • the portable diabetic region diagnosis apparatus 100 using the ultra-wideband impulse radar of the present invention converts the blood flow distribution image information, blood flow information, and the body image information into any one or more of the blood vessel distribution image information in the conversion module 130.
  • the core functions are composed of separate dongle hardware, and the operation processing function and the display / input function have been recently improved, and the user mobile terminal 300 (smartphone / tablet / laptop) with highly improved functions has been recently developed. It is also possible to configure to use.
  • the portable diabetic region diagnosis apparatus 100 using the ultra-wideband impulse radar of the present invention as shown in Figure 6, the ultra-wideband impulse radar module 110, the pre-processing module 120 and the input / output module 140 ) Is preferably built in the dongle body 200 that can be used in conjunction with the user portable terminal 300.
  • the input / output module 140 may communicate with the user portable terminal input / output module 310 of the user portable terminal 300 by wire or wirelessly or communicate with the external server 400 through a communication network. It is preferably configured to further include.
  • the conversion module 130 and the abnormality determination module 160 is composed of a main terminal 330 of the portable terminal of the user portable terminal 300
  • the storage module 150 is the user portable terminal 300 Is configured as a portable terminal storage unit 340
  • the biometric information is preferably displayed through the portable terminal display 320 of the user portable terminal 300.

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Abstract

본 발명은 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치에 관한 것으로, 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 사용자(10)의 말단부(11,12)에 조사시키는 하나 이상의 발신부(111)와, 반사되는 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 수신 신호로 수신하는 하나 이상의 수신부(112); 를 포함하여 구성되는 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110);과, 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에서 수신된 상기 수신 신호를 전처리하고 디지털화하여 수신 데이터로 변환하는 전처리 모듈(120);과, 상기 전처리 모듈(120)에서 디지털화된 상기 수신 데이터를 상기 대상자(10)의 말단부에 대한 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 변환모듈(130);과, 상기 변환 모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 표시하고, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받는 입출력 모듈(140); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100)에 관한 것이다.

Description

초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치
본 발명은 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치에 관한 것으로, 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 사용자(10)의 말단부(11,12)에 조사시키는 하나 이상의 발신부(111)와, 반사되는 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 수신 신호로 수신하는 하나 이상의 수신부(112); 를 포함하여 구성되는 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110);과, 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에서 수신된 상기 수신 신호를 전처리하고 디지털화하여 수신 데이터로 변환하는 전처리 모듈(120);과, 상기 전처리 모듈(120)에서 디지털화된 상기 수신 데이터를 상기 대상자(10)의 말단부에 대한 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 변환모듈(130);과, 상기 변환 모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 표시하고, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받는 입출력 모듈(140); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100)에 관한 것이다.
당뇨병이란, 인슐린 작용 부족에 의한 만성 고혈당 상태를 주장하는 대사(代謝)질환으로서, 그 성인(成因) 분류는 (1)췌장의 베타 세포가 자기면역 질환성 또는 돌발적으로 파괴되어 충분한 인슐린을 생성할 수 없는 1형, (2)인슐린 분비 저하가 주체이거나, 인슐린 저항성이 주체로서 인슐린의 상대적 부족을 수반하는 2형, (3)췌장의 베타 세포 기능이나 인슐린 작용의 전달 기구에 관련된 유전자 이상이나 췌외분비 질환등의 다른 질환에 의한 것 (4)임신 당뇨병 등의 4 종류로 분류된다.
이러한 당뇨병의 경우, 갑자기 몸 안에서 인슐린이 부족하게 되면 급성 합병증이 생길 수 있다. 급성 합병증은 당뇨병성 케톤산증(diabetic ketoacidosis)과 고혈당성 고삼투압 증후군(hyperglycemic hyperosmolar syndrome)으로 즉각적인 치료가 필요하며, 적절히 치료하지 않을 경우 치명적이다. 심한 경우 의식을 잃을 수 있고 사망에 이를 수도 있다.
한편, 당뇨병의 만성 합병증으로는 미세혈관질환 합병증으로 망막병증, 신장병증, 신경병증 등이 있고, 대혈관질환 합병증으로는 관상동맥질환, 말초동맥질환, 뇌혈관질환 등이 있다. 특히, 당뇨병 환자의 사지 말단부(손/발)에 발생하기 쉬운 신경장애와 혈류장애를 기초로 외상이나 감염이 추가되어 굳은살, 발톱백선, 발의 변형, 궤양, 괴저 등의 다양한 병변을 초래한다. 병이 진행되면 발을 절단해야 하는 경우가 발생하고, 삶의 질(QOL)을 현격히 떨어뜨리기 때문에 조기발견 및 치료와 함께 예방적 발관리가 중요하다.
혈류 장애에 의한 폐쇄성 동맥경화증에 따른 대표적인 질환이 당뇨병성 괴저(diabetic gangrene)인데, 당뇨병에서 주목받는 증상 가운데 하나이다. 원인이 폐쇄성 동맥경화증에 있지만, 심근경색일 때와 마찬가지로 통각신경이 먼저 장애를 받기 때문에 환자는 병변부가 괴사하는 정도까지 증상이 진행되어도 통증을 호소하지 않고 방치해 두는 경우가 있다.
이러한 당뇨병의 말단부 병변(특히 족부 병변)을 조기에 발견하기 위한 검사들로, 신경학적 검사에서는 발의 촉 · 압각, 진동각, 온통각의 저하가 나타나고, 맥박 또는 혈류 관련 증상으로 발등동맥, 뒤정강동맥의 박동저하 및 ABI(ankle-brachial index, 발목상완지수)의 저하가 나타난다.
만약 발과 발목에서 맥박을 촉지할 수가 없거나 이상파 또는 단상파가 도플러 초음파상 관찰된다면 비침습적인 혈류 검사를 시행한다. 비침습적 검사중, 족과절-상완 지수(ABI:ankle-brachial index)는 혈관의 석회화가 많이 관찰되는 당뇨환자에서는 믿을 수가 없고 하지의 측정 부위에서 얻을 수 있는 PVR(pulse volume recording)이 믿을 만하다. 만약 PVR이 10mm이하이면 하지에 허혈이 분명이 있다고 단정 지을 수가 있다. 한편, 발가락 혈압은 발가락에 분포하는 혈관에는 석회화가 거의 오지 않음으로 믿을 만하며 30mmHg이하이면 허혈이 있다고 판단할 수 있으나 발가락의 혈압을 측정할 수 있는 혈압계를 구하기는 힘들다.
Tc PO2 또한 임상적으로 믿을 만한 허혈 정도를 알려주는 검사방법이나 검사 하는 방법이 번거롭고 국내에 도입된 수가 매우 적고 고가이다. 따라서, 일반 정형외과 외래에서 시행해 볼 수 있는 혈관병증의 진단은 도플러 초음파와 혈관 조영술에 의존하는 경우가 대부분이다. 당뇨 환자에서는 혈관 석회화로인해 혈관이 딱딱해진 경우에는 맥박이 촉지되지 않는 경우가 많아 이를 정확히 확인하기 위해 도플러 초음파 검사를 시행한다. 이러한 혈류 관련 증상을 측정하기 위해서는 통상적으로 선행 특허인 "도플러효과를 이용한 초음파 혈류측정장치(대한민국 등록특허 제10-0944898호)"를 포함하는 다수의 선행 발명들과 같은 도플러 초음파 혈류 측정 장비들이 이용된다. 그러나, 이러한 기존의 도플러 초음파 혈류 측정 장비들은 초음파를 이용하는 특성상 초음파의 전달을 위하여 측정 프로브 등이 사용자의 신체에 밀착되어야 하는 것은 물론, 초음파 트랜스듀서와 피부 사이에 초음파의 전달을 위하여 젤 등의 제재를 도포하여야만 하는 경우가 대부분이기에 일반 사용자가 간편하게 스스로 이영하기에는 많은 어려움과 번거로움이 있다는 문제점이 있었다.
한편, 고전적인 혈관조영술은 무릎 이하의 작은 혈관 상태를 파악하기 쉽고 혈류흐름을 보여 주어 혈관의 기능을 어느 정도 파악하기 용이하나 조영제의 사용양이 많고 특히 신장의 상태가 좋지않는 만성 당뇨병환자에서는 신장기능악화의 원인을 제공하며 침습적인 검사 방법이라는 점에서 제한이 있다. 최근들어 다 channel을 가진 CT와 MRI를 이용한 동맥조영술이 많이 사용되고 있는 추세인데 이들은 비교적 적은 양의 조영제를 사용하고 덜 침습적이어서 내원 후 혈관의 전반적인 평가에 많이 이용된다. 특히 MR 동맥조영술은 신장에 무리를 주지 않아 말기 신장병증이 있는 환자에게 적합합니다. 그러나 혈관병증 당뇨병성 족부 환자들은 대부분 심장에 허혈성 심질환을 가지고 있고 심박조절기를 가지고 있는 경우가 종종 있어 이런 경우 MRI 검사자체가 금기시 되며, 만약 환자가 이미 신장 투석을 하고 있는 환자라면 혈관 영술 검사를 시행한 후에 바로 투석을 할 수 있게 스케줄을 조정해야만 하는 문제점이 있었다. 이 경우 역시, 일반 사용자가 스스로 시행하는 것은 불가능하다는 문제점이 있었다.
한편, 근래 들어 지중 탐사 또는 수중 탐사 등 각종 탐사에 널리 사용ㄷ도되Ul기 시작한 UWB(Ultra-wide Band: 초광대역) 레이더 기술은 최초 1897년 마르코니 ( Marconi)의 무선 시스템에서 시작하여, 60년대의 근거리 고해상도 Radar를 응용한 Sensing 분야에서 그 연구개발이 재개되었으며, 1974년 Morey의 지하 매설물 탐지레이더 (GPR : Ground Penetrating Radar)에서 상업적인 응용의 기초가 되었다. 현대 UWB 기초 기술은 80년대 Sperry Research Center에서 정립되었으며, 80년대와 90년대에는 다중경로가 존재하는 환경에서의 근거리 통신에 응용되었다. 94년부터는 군사보안에서 해제됨으로써 미국연방통신위원회(FCC)가 제한적이지만 UWB무선기술에 대하여 상업적 이용을 허용 하였고 UWB 무선기술을 응용하여 비 군사용 UWB 장비의 상용화를 목적으로 하는 미국의 Time Domain사, Xtreme Spectrum사 그리고 Aether Wire & Location사 등이 설립되어 UWB 관련 연구 개발을 진행하고 있다.
UWB 시스템은 수 나노 혹은 피코 초의 매우 좁은 펄스를 사용함으로 매우 넓은 주파수 대역에 걸쳐 매우 낮은 스펙트럼 전력 밀도가 존재하고 이는 높은 보안성, 높은 데이더 전송 특성 및 정확한 거리 및 위치 측정이 가능한 높은 해상도를 제공하며 다중경로 영향에 강인한 특성을 보인다. 특히 기존의 무선 시스템과는 달리 반송파를 사용하지 않고 기저대역에서 통신이 이루어지므로 송수신기의 구조가 간단해짐으로써 낮은 비용으로 송수신기를 제작할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. UWB 송수신단을 구성하는 저잡음 증폭기(LNA), 주파수 합성기(Mixer), 전력증폭기(PA), 데이더 변환기 등의 Block은 낮은 주파수 대역에서와 마찬가지로 CMOS 반도체 공정을 이용하여 집적화하려는 노력이 계속되고 있으며, 높은 주파수 대역(3.1~10.6GHz 대역)에서는 각각의 Block이 IC화 되어 제품으로 출시되고 있다.
본 발명은 상기한 기존 발명들의 문제점을 해결하여, 사용자가 간편하게 휴대하면서 손이나 발과 같은 신체 말단부의 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보를 측정하여 당뇨부위의 염증 발생이나 혈류 감소 등을 사전에 미리 진단하는 것이 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 스마트폰이나 태블릿 등의 사용자 휴대 단말에 연동하여 사용 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하여, 영상 처리 등 연산 처리에 높은 처리 능력이 요구되는 경우에도 사용자 휴대 단말기의 주제어부를 이용하고, 입출력 모듈 역시 해상도가 높은 사용자 휴대 단말기의 터치 디스플레이 패널 등을 이용하여, 더욱 효율적인 작동이 가능하도록 하는 것을 그 과제로 한다.
한편, 사용자의 수동 조작 없이도 체내 영상을 이용하여 자동으로 혈관벽의 방향을 측정하여 혈류의 속도 측정에 필요한 도플러 각을 계산하여 더욱 정확하게 혈류의 속도를 측정하는 것이 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치는, 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 사용자(10)의 말단부(11,12)에 조사시키는 하나 이상의 발신부(111)와, 반사되는 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 수신 신호로 수신하는 하나 이상의 수신부(112); 를 포함하여 구성되는 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110);과, 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에서 수신된 상기 수신 신호를 전처리하고 디지털화하여 수신 데이터로 변환하는 전처리 모듈(120);과, 상기 전처리 모듈(120)에서 디지털화된 상기 수신 데이터를 상기 대상자(10)의 말단부에 대한 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 변환모듈(130);과, 상기 변환 모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 표시하고, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받는 입출력 모듈(140); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발신부(111) 및 상기 수신부(112)는, 어레이(Array) 형태로 배열되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변환모듈(130)은, 상기 생체정보가 상기 혈류 정보를 포함하는 경우 도플러 방식에 의한 혈류 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변환 모듈(130)은, 상기 생체 정보 중 속도를 측정하고자 하는 혈류(1)를 포함하여 표시하는 영상에서 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR)(5)의 레인지 게이트(Range Gate)(4) 주위의 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하는 단계(S1);와, 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3) 내의 영상에서 경계를 검색하여 혈관 벽(2)을 찾아내는 단계(S2);와, 검색된 상기 혈관벽(2)의 영상을 이용하여 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 단계(S3);와, 상기 계산된 혈관벽의 방향(D,D')과 도플러 빔(5)사이의 각도를 이용하여 도플러 각(Θ)을 자동으로 계산하는 단계(S4);와, 자동으로 계산된 상기 도플러 각(Θ)을 이용하여 상기 혈류(1)의 속도를 측정하는 단계(S5); 를 포함하여 구성되는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 측정 일시를 부가하여 계속적으로 기존 생체 정보로 저장하는 저장 모듈(150);과, 상기 저장 모듈(150)에 저장된 상기 기존 생체 정보와 상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 서로 비교하여 이상 발생 여부를 판단한 후, 이상이 있는 것으로 판단되는 경우 상기 입출력 모듈(140)을 통하여 이상 발생을 표시하는 이상 판별 모듈(160); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입출력 모듈(140)은 사용자 휴대 단말기(300)의 사용자 휴대 단말기 입출력 모듈(310)과 유선 또는 무선으로 통신이 가능하거나 통신망을 통하여 외부 서버(400)와 통신이 가능한 통신 포트(143)를 더 포함하여 구성되고, 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110), 상기 전처리 모듈(120) 및 상기 입출력 모듈(140)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)와 연동하여 사용될 수 있는 동글형 본체(200)에 내장되어 구성되며, 상기 변환 모듈(130) 및 상기 이상 판별 모듈(160)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 주제어부(330)로 구성되고, 상기 저장 모듈(150)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 저장부(340)로 구성되며, 상기 생체정보는 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 디스플레이(320)를 통하여 표시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 사용자가 간편하게 휴대하면서 손이나 발과 같은 신체 말단부의 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보를 측정하여 당뇨부위의 염증 발생이나 혈류 감소 등을 사전에 미리 진단하는 것이 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 스마트폰이나 태블릿 등의 사용자 휴대 단말에 연동하여 사용 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하여, 영상 처리 등 연산 처리에 높은 처리 능력이 요구되는 경우에도 사용자 휴대 단말기의 주제어부를 이용하고, 입출력 모듈 역시 해상도가 높은 사용자 휴대 단말기의 터치 디스플레이 패널 등을 이용하여, 더욱 효율적인 작동이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 사용자의 수동 조작 없이도 체내 영상을 이용하여 자동으로 혈관벽의 방향을 측정하여 혈류의 속도 측정에 필요한 도플러 각을 계산하여 더욱 정확하게 혈류의 속도를 측정하는 것이 가능한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
도 1: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 구성을 나타내는 블럭 다이어그램.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 초광대역 임펄스 레이더 모듈의 기본적인 작동 원리를 나타내는 모식도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 초광대역 임펄스 레이더 모듈의 인체에 대한 기본적인 작동 원리를 나타내는 모식도.
도 4: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 도플러 각을 이용하여 혈류 속도를 측정하는 과정을 나타내는 흐름도.
도 5: 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 도플러 각을 이용하여 혈류 속도를 측정하는 과정을 나타내는 모식도.
도 6: 본 발명의 제 2 실시예에 의한 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치의 구성을 나타내는 블럭 다이어그램.
-도면에 사용된 부호의 설명-
100: 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치
110: 초광대역 임펄스 레이더 모듈
111: 발신부 112: 수신부
120: 전처리 모듈
130: 변환 모듈
140: 입출력 모듈
141: 디스플레이 142: 조작 스위치
143: 통신 포트
150: 저장 모듈
160: 이상 판별 모듈
200: 동글 형 본체
300: 사용자 휴대 단말기
310: 사용자 휴대 단말기 입출력 모듈
320: 휴대 단말기 디스플레이
330: 휴대 단말기 주제어부
340: 휴대 단말기 저장부
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단 장치를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치는 크게 도 1에 나타낸 것과 같이, 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110), 전처리 모듈(120), 변환모듈(130) 및 입출력 모듈(140)을 포함하여 구성된다.
먼저, 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에 관하여 설명한다. 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)은 도 1에 나타낸 것과 같이 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 사용자(10)의 말단부(11,12)에 조사시키는 하나 이상의 발신부(111)와, 반사되는 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 수신 신호로 수신하는 하나 이상의 수신부(112)를 포함하여 구성된다.
상기 초광대역 레이더 모듈(110)은 도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 측정하고자 하는 대상에 초광대역 임펄스 신호를 조사한 후, 상기 대상의 각 구성요소의 재질 등 특성에 따른 투과율 및 반사율의 차이에 따라 다르게 반사된 신호를 측정하는 레이더의 일종이다. 이 경우, 피부(skin), 지방(fat), 근육(muscle), 연골(cartilage), 혈관(vein)으로 갈수록 UWB 임펄스의 진행 속도가 늦어지게 되며, UWB 임펄스의 세기가 감소된다. 이와 같이 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호는 사용자의 각 조직에 있어서 각각의 조직의 위치와 특성에 따라 구분 가능한 서로 다른 특성을 가지고 반사되어 상기 수신부(112)에 수신 신호로 수신된다.
이 경우, 상기 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 다양한 위치에서 송신하고 수신하여 입체적인 혈관 분포 영상 정보 또는 체내 영상 정보를 취득하는 것이 가능할 수 있도록, 상기 발신부(111) 및 상기 수신부(112)는, 어레이(Array) 형태로 배열되어 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 어레이(Array) 형태는 기본적인 X축-Y축 방향의 2D 어레이 배열이 가능한 것은 물론, 필요에 따라 중심축에 대해 대칭으로 원형으로 배열되는 원형 어레이 배열도 가능하다. 이러한 경우, 위상을 달리하여 각각의 상기 발신부(111)에서 동시에 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 발신하여 전체 신호 빔의 집속 깊이 및 방향을 조절하는 빔 포커싱(Beam-Focusing)을 수행하여 더욱 정확한 혈관 분포 영상 정보 또는 체내 영상 정보를 포함하는 생체 정보를 얻는 것이 가능하다. 이와 같이 측정 대상의 입체적인 영상 정보를 취득하기 위하여 다수개의 신호 발신 수단과 다수개의 신호 수신 수단을 이용하는 기술은, 본 발명이 속하는 진단 측정 기술 분야에서 널리 알려진 수준의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 전처리 모듈(120)에 관하여 설명한다. 상기 전처리 모듈(120)은 도 1에 나타낸 것과 같이 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에서 수신된 상기 수신 신호를 전처리하고 디지털화하여 수신 데이터로 변환하는 기능을 가진다. 이 경우 상기 전처리 모듈(120)은 사용되는 수신 신호의 특성에 따라 이에 대응하는 밴드 필터, 에이디 컨버터(A/D Converter) 등의 조합으로 구성된다. 이러한 상기 전처리 모듈(120)을 구성하는 기술은, 본 발명이 속하는 진단 측정 기술 분야에서 널리 알려진 수준의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 변환모듈(130)에 관하여 설명한다. 상기 변환모듈(130)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 모듈(120)에서 디지털화된 상기 수신 데이터를 상기 대상자(10)의 말단부에 대한 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 변환모듈(130)은 통상적으로 이러한 변환 과정이 프로그램되어 있는 마이크로프로세서로 구성된다. 즉, 적절한 파장(예를 들어 파장 12.5cm 내외의 마이크로웨이브) 또는 적절한 주파수(예를 들어 3~10Ghz 내외의 마이크로웨이브)의 무선주파수를 1mW - 10mW 범위의 출력으로 주사하면, 수분을 많이 함유하는 상기 대상자(10)의 인체 조직의 특성상 무선주파수를 반사하게 되는 데, 이 경우 상기 체내 영상 정보는 앞서 설명한 것과 같이 상기 사용자(10)의 피부(skin), 지방(fat), 근육(muscle), 연골(cartilage), 혈관(vein) 등에서 각기 다른 특성을 가지고 반사되는 상기 수신 신호를 영상 처리하여 2D 단면 또는 3D 입체 영상으로 구현하게 된다. 또한, 당뇨 진단에 있어서 중요한 말단부 혈관의 분포(예를 들어, 혈관 협착 등이 일어나 혈류가 줄어들거나 차단된 경우, 해당되는 혈관은 그 직경이 줄어들어 있어나 없어진 것처럼 측정될 수 있다.)는, 앞서 상기 체내 영상 정보에서 혈관으로 판정되는 부분에 더하여, 혈관 내에 흐르는 혈구에 의하여 유동이 측정되는 혈관의 특성을 고려하여, 상기 체내 영상 정보 중에서 일정한 방향으로의 유동이 관측되는 부분만을 특정하여 구성하는 것이 가능하다.
한편, 당뇨 부위의 측정 및 진단에 있어서 가장 중요한 역활을 하는 혈류의 속도를 측정하기 위하여, 유속 측정 분야에서 널리 사용되는 도플러 효과를 이용하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 변환모듈(130)은, 상기 생체정보가 상기 혈류 정보를 포함하는 경우 도플러 방식에 의한 혈류 정보를 산출하는 것이 바람직하다.
도플러 빔을 이용하여 혈류의 속도를 측정하는 방법은 혈류 내의 반사체(혈구)로부터의 반사파 신호가 도플러 효과에 의하여 주파수 편이(偏移)를 받았을 때의 그 편이 주파수를 측정하는 것을 기본 원리로 한다. 이 경우 입력 주파수를 f, 도플러 편이 주파수를 fd, 혈류의 도플러 빔 방향의 속도성분을 v, 입력 레이더 신호의 속력을 c로 하면, 아래의 식 1과 같은 관계가 있다.
Figure PCTKR2017009585-appb-M000001
한편, 실제의 혈류속도 V 는 위 식 1의 혈류의 도플러 빔 방향의 속도성분 v 와 v=Vcosθ (여기에서, θ는 도플러 빔과 혈류의 방향 사이의 각도)의 관계가 있으므로, 위의 식 1은 아래의 식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017009585-appb-M000002
따라서, 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치를 이용하여 도플러 편이 주파수 fd에서 혈류속도 V를 구하자면, 혈류의 방향과 도플러 빔의 방향사이의 각도 θ를 알 필요가 있으며, 이 각도θ를 도플러 각(doppler angle)이라 한다.
한편, 혈류의 속도의 방향은 혈관벽의 방향과 밀접한 관련이 있으며, 많은 경우 혈관의 단면이 원형 또는 타원형을 이루며 중심축에 대하여 대칭인 경우가 많기에 혈관벽의 방향과 혈류의 속도의 방향이 일치하는 경우가 대부분이다. 기존에 초음파 영상 장치 등을 이용하여 혈류의 속도를 측정하는 경우에는, 혈류의 속도를 측정하고자 하는 사용자가 초음파 영상을 관찰하여 혈관벽의 방향을 관찰하며 일일히 도플러 각을 수동으로 조절하여가며, 혈류의 속도를 측정하기에 적합한 도플러 각을 찾아내야 하였다. 이러한 기존의 방법은 그 작동이 몹시 번거롭고 불편한 것은 물론, 혈류 속도 측정상의 오차나 오류가 발생할 가능성이 매우 높다는 문제점이 있었다. 특히, 상기 사용자(10)의 몸통이나 사지에 위치하는 대동맥이나 정맥과 같이 비교적 그 방향이 일정하게 정하여져 있는 혈관이 아니라, 본 발명에서와 같이 그 배열 방향이 그물망처럼 다양하게 분포하는 말단부의 혈관에서의 혈류의 속도를 각각 측정하는 경우, 기존과 같은 수동적인 도플러 각의 측정 및 적용은 극히 어렵거나 거의 불가능하다는 문제점이 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 상기 변환 모듈(130)은 도 4에 나타낸 것과 같이, 상기 생체 정보 중 속도를 측정하고자 하는 혈류(1)를 포함하여 표시하는 영상에서 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR)(5)의 레인지 게이트(Range Gate)(4) 주위의 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하는 단계(S1)와, 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3) 내의 영상에서 경계를 검색하여 혈관 벽(2)을 찾아내는 단계(S2)와, 검색된 상기 혈관벽(2)의 영상을 이용하여 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 단계(S3)와, 상기 계산된 혈관벽의 방향(D,D')과 도플러 빔(5)사이의 각도를 이용하여 도플러 각(Θ)을 자동으로 계산하는 단계(S4)와, 자동으로 계산된 상기 도플러 각(Θ)을 이용하여 상기 혈류(1)의 속도를 측정하는 단계(S5)를 포함하여 구성되는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 속도를 측정하고자 하는 혈류(1)를 포함하여 표시하는 초음파 영상에서, 도 5에 나타낸 것과 같이 도플러 빔(Doppler Beam)(5)의 레인지 게이트(Range Gate)(4) 주위의 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하는 단계(S1)를 수행한다. 상기 레인지 게이트(Range Gate)(4) 주위에서 선택하는 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)의 크기는 측정하고자 하는 상기 혈류(1)가 흐르는 상기 혈관벽(2)이 모두 포함되도록 선택하는 것이 바람직하다. 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하는 단계(S1)는 사용자에 의해 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하도록 하는 것도 가능하며, 상기 혈관벽(2)의 상하 경계를 자동으로 검색하여 상하 경계가 모두 포함되는 범위로 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)이 선택되도록 하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 4에 나타낸 것과 같이 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3) 내의 영상에서 경계를 검색하여 혈관 벽(2)을 찾아내는 단계(S2)를 수행한다. 상기 혈관 벽(2)을 찾아내는 단계(S2)를 위해서 상기 혈관 분포 영상 정보 또는 상기 체내 영상 정보에서 영상 처리를 통해 경계 검출(Edge Detection)이나 동질성 검출(Homogeneity Detection) 등의 방법이 사용될 수 있다.
그 후, 검색된 상기 혈관벽(2)의 영상을 이용하여 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 단계(S3)를 수행한다. 상기 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으며, 그 일 실시예로는, 상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)의 경계를 지나는 상기 혈관벽(2)의 위치를 직선으로 연결하여 그 직선의 기울기를 이용하여 상기 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 것이 가능하다. 또한, 상기 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 단계(S3)의 다른 실시예로, 상기 혈관벽(2)의 위치를 나타내는 픽셀(Pixel)들을 스플라인(spline) 곡선으로 연결한 후, 상기 레인지 게이트(4)의 근일점에서의 접선의 방향을 이용하여 상기 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 것도 가능하다.
마지막으로, 계산된 상기 혈관벽의 방향(D,D')과 도플러 빔(5)사이의 각도(Θ)를 이용하여 도플러 각을 자동으로 계산하는 단계(S4)를 수행한 후, 자동으로 조정된 상기 도플러 각에서 혈류(1)의 속도를 측정하는 단계(S5)를 수행하여 정확하고 신속하게 자동으로 혈류(1)의 속도를 측정한다.
이와 같은 특성을 고려하여 상기 초광대역 레이더 모듈(110)에서 측정된 상기 대상자(10)로부터 반사되는 무선신호는 변환 모듈(130)을 통하여 비교가능한 생체변환정보로 변환된다. 즉, 상기 대상자(10)로부터 반사되는 무선신호로부터 상기 대상자(10)의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등을 포함하는 실시간 생체 변환 정보를 획득한다. 이때 폐와 심장은 공기 또는 혈액이 출입하고 수축 및 팽창이 주기적으로 반복되므로, 도플러 효과에 의해 반사되는 반송 무선주파수에 위상의 변화가 있게 된다. 따라서, 상기 변환 모듈(130)은, 상기 대상자(10)로부터 반사되어 온 변조된 무선주파수를 통하여 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등을 포함하는 실시간 생체 변환 정보를 획득할 수 있다.
다음으로, 입출력 모듈(140)에 관하여 설명한다. 상기 입출력 모듈(140)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 변환 모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 표시하고, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받도록 구성된다. 이 경우 상기 입출력 모듈(140)은 도 1에 나타낸 것과 같이 상기 생체 정보를 표시하는 디스플레이(141)와, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받는 조작 스위치(142)를 포함하여 구성되는 것이 가능하다. 한편, 상기 디스플레이(141)와 상기 조작 스위치(142)는 터치 스크린을 통하여 일체로 구현되는 것도 가능하다.
한편, 계속적으로 상기 사용자의 실시간 측정 결과를 누적하여 저장하여 사용자의 소정 기간 동안의 생체 정보를 축적된 데이터 베이스로 저장하는 한편, 사용자의 신체 상황의 이상 유무를 판단하는 기준 자료로 사용할 수 있도록, 본 발명의 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 측정 일시를 부가하여 계속적으로 기존 생체 정보로 저장하는 저장 모듈(150)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저장 모듈(150)에 저장된 상기 기존 생체 정보와 상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 서로 비교하여 이상 발생 여부를 판단한 후, 이상이 있는 것으로 판단되는 경우 상기 입출력 모듈(140)을 통하여 이상 발생을 표시하는 이상 판별 모듈(160)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어 기존 생체 정보의 혈관 분포 영상 정보에서 존재하던 혈관이 폐색되어 줄어들거나 없어지는 것으로 판단되는 경우, 해당 부위에 이상이 발생한 것으로 판단하여 이를 사용자에게 표시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, 소정 지점에 위치하는 혈류의 속도가 기존 생체 정보의 혈류 정보와 비교 할때 소정 범위 이상 줄어들어 있거나 하는 경우 역시, 해당 부위에 이상이 발생한 것으로 판단하여 이를 사용자에게 표시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100)는 상기 변환 모듈(130)에서 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 처리 과정에서 많은 연산 처리 능력이 요구될 수 있는 것과 함께, 상기 사용자(10)가 용이하고도 간편하게 휴대하면서 사용할 수 있는 것이 요구되는 경우가 많다. 따라서, 핵심적인 기능들은 별도의 동글(Dongle)화된 하드 웨어로 구성하고, 연산 처리 기능이나 표시/입력 기능은 근래들어 그 기능이 고도로 향상된 사용자 휴대 단말기(300)(스마트폰/ 태블릿/ 노트북)을 이용하도록 구성하는 것도 가능하다.
이 경우, 본 발명의 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100)는 도 6에 나타낸 것과 같이, 상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110), 상기 전처리 모듈(120) 및 상기 입출력 모듈(140)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)와 연동하여 사용될 수 있는 동글형 본체(200)에 내장되어 구성되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 입출력 모듈(140)은 사용자 휴대 단말기(300)의 사용자 휴대 단말기 입출력 모듈(310)과 유선 또는 무선으로 통신이 가능하거나 통신망을 통하여 외부 서버(400)와 통신이 가능한 통신 포트(143)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 변환 모듈(130) 및 상기 이상 판별 모듈(160)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 주제어부(330)로 구성되고, 상기 저장 모듈(150)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 저장부(340)로 구성되며, 상기 생체정보는 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 디스플레이(320)를 통하여 표시되는 것이 바람직하다.
이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR) 신호를 사용자(10)의 말단부(11,12)에 조사시키는 하나 이상의 발신부(111)와, 반사되는 상기 초광대역 임펄스 레이더 신호를 수신 신호로 수신하는 하나 이상의 수신부(112); 를 포함하여 구성되는 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110);
    상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110)에서 수신된 상기 수신 신호를 전처리하고 디지털화하여 수신 데이터로 변환하는 전처리 모듈(120);
    상기 전처리 모듈(120)에서 디지털화된 상기 수신 데이터를 상기 대상자(10)의 말단부에 대한 혈관 분포 영상 정보, 혈류 정보 및 체내 영상 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 생체정보로 변환시키는 변환모듈(130);
    상기 변환 모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 표시하고, 상기 사용자(10)의 조작 입력을 입력받는 입출력 모듈(140); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
  2. 청구항 제 1항에 있어서,
    상기 발신부(111) 및 상기 수신부(112)는, 어레이(Array) 형태로 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
  3. 청구항 제 2항에 있어서,
    상기 변환모듈(130)은, 상기 생체정보가 상기 혈류 정보를 포함하는 경우 도플러 방식에 의한 혈류 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
  4. 청구항 제 3항에 있어서,
    상기 변환 모듈(130)은,
    상기 생체 정보 중 속도를 측정하고자 하는 혈류(1)를 포함하여 표시하는 영상에서 초광대역(UWB: Ultra Wide Band) 임펄스 레이더(IR: Impulse RADAR)(5)의 레인지 게이트(Range Gate)(4) 주위의 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3)을 선택하는 단계(S1);
    상기 M×N 개의 픽셀(Pixel)(3) 내의 영상에서 경계를 검색하여 혈관 벽(2)을 찾아내는 단계(S2);
    검색된 상기 혈관벽(2)의 영상을 이용하여 혈관벽의 방향(D,D')을 계산하여 구하는 단계(S3);
    상기 계산된 혈관벽의 방향(D,D')과 도플러 빔(5)사이의 각도를 이용하여 도플러 각(Θ)을 자동으로 계산하는 단계(S4);
    자동으로 계산된 상기 도플러 각(Θ)을 이용하여 상기 혈류(1)의 속도를 측정하는 단계(S5); 를 포함하여 구성되는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
  5. 청구항 제 1항에 있어서,
    상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 측정 일시를 부가하여 계속적으로 기존 생체 정보로 저장하는 저장 모듈(150);
    상기 저장 모듈(150)에 저장된 상기 기존 생체 정보와 상기 변환모듈(130)에서 변환된 상기 생체 정보를 서로 비교하여 이상 발생 여부를 판단한 후, 이상이 있는 것으로 판단되는 경우 상기 입출력 모듈(140)을 통하여 이상 발생을 표시하는 이상 판별 모듈(160); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
  6. 청구항 제 5항에 있어서,
    상기 입출력 모듈(140)은 사용자 휴대 단말기(300)의 사용자 휴대 단말기 입출력 모듈(310)과 유선 또는 무선으로 통신이 가능하거나 통신망을 통하여 외부 서버(400)와 통신이 가능한 통신 포트(143)를 더 포함하여 구성되고,
    상기 초광대역 임펄스 레이더 모듈(110), 상기 전처리 모듈(120) 및 상기 입출력 모듈(140)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)와 연동하여 사용될 수 있는 동글형 본체(200)에 내장되어 구성되며,
    상기 변환 모듈(130) 및 상기 이상 판별 모듈(160)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 주제어부(330)로 구성되고,
    상기 저장 모듈(150)은 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 저장부(340)로 구성되며,
    상기 생체정보는 상기 사용자 휴대 단말기(300)의 휴대 단말기 디스플레이(320)를 통하여 표시되는 것을 특징으로 하는 초광대역 임펄스 레이더를 이용한 휴대용 당뇨 부위 진단장치(100).
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