KR100634499B1

KR100634499B1 - 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100634499B1
Application number: KR1020040002031A
Authority: KR
Inventors: 신상훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2006-10-13
Also published as: EP1552783B1; JP4224030B2; KR20050073912A; US20050154316A1; CN1316939C; JP2005199069A; US7981044B2; US7270637B2; EP1552783A1; CN1644159A; US20070299348A1

Abstract

생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 혈류를 측정하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 장치는 생체로부터 발생되는 생체 광자를 측정하기 위하여 생체의 소정 부위에 위치되는 검출장치 및 검출장치에 의해 측정된 생체 광자를 연산하고 그 연산된 값을 표시하기 위한 표시장치를 포함한다. 따라서, 인체의 상태에 따라 변하는 생체 광자를 생체 신호로 하여, 외부의 어떠한 물리적, 화학적, 생리학적 자극을 주지 않고 측정하여 혈류의 흐름에 대한 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

생체광자, 광증배관, 혈류측정

Description

생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치 및 방법{Blood flow measurement device and method by using bio-photon measurement}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다른 바람직한 실시예로서 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치

102: 파워 서플라이 106: 프리 앰프

108: 컴퓨터/카운팅 보드 110: 측정 대상

120: 광증배관 121: 셔터

122: 이동암 124: 지지대

126: 스탠드

본 발명은 혈류를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세 하게는 생체 광자의 측정을 통한 혈류 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

현대인들의 건강을 위협하는 많은 질환 중에서도 가장 치명적인 것으로는 암과 뇌졸중을 비롯한 심혈관계 질환을 꼽을 수가 있다. 이 중 뇌졸중은 동맥경화증이 진행되어 뇌의 혈관벽에 콜레스테롤 등이 쌓이면서 혈관이 좁아지거나 막혀서 발생한다. 동맥경화 부위에 혈전이 생성되기도 하는 것으로 신체 다른 부위, 특히 심장 및 그 주변 기관에서 혈전(혈관 내 혈액 응고물)이 발생하여, 정신적인 스트레스는 심장으로 들어가는 혈류량을 감소시켜 심장병으로 인한 사망 위험을 증가시킨다.

일반적으로, 심장에 혈액을 보내는 관상동맥 최소한 한 곳이 50 % 좁아져 있거나 심장마비를 한 번 겪은 환자들에게 이러한 현상이 일어난다.

허혈성 뇌졸중은 그 혈액순환 장애에 따라서 "완전 허혈"과 "부분 허혈"로 분류할 수 있으며, 완전 허혈 시에는 뇌 국소 부위의 혈액순환이 완전히 차단되어 뇌의 일부분이 죽는 현상, 즉 "뇌경색"이 발생된다. 뇌경색 부위는 그 기능을 되살릴 수 없으며, 따라서 뇌경색에 의한 장애는 영구적으로 남아서 큰 장애로 작용할 수 있다.

일과성 허혈 발작은 뇌의 혈액 공급이 감소되어 일시적, 국소적으로 신경학적 증상이 나타나는 것으로 일시적이라는 점에서 뇌졸중과 구별된다. 뇌졸중과 동일한 증상을 나타내나 보통 증상이 수분간 지속되다가 사라진다는 점에서 차이를 나타낸다. 일과성 허혈 발작은 뇌의 혈류에 장애가 있어 이후에 뇌졸중이 발생할 수 있다는 것을 경고하는 것이다.

혈류량이나 혈류의 변화를 측정하는 현재까지의 방법은 도플러 효과(Doppler effect)를 이용하는 것과 전자기 유도(electromagnetic induction)를 이용하는 방법으로 나누어진다. 또한, 도플러 효과는 크게 레이저를 사용하는 경우와 초음파를 사용하는 경우로 세분된다. 혈관 내부를 흐르는 혈액의 속도를 측정하는 레이저 도플러 혈류계의 경우 글라스파이버를 혈관 내부에 삽입하고 레이저를 조사하여, 반사광의 파장 변화를 이용하여 혈액이 흐르는 속도를 정밀하게 측정한다.

초음파 혈류계(ultrasonic blood flowmeter)의 경우는 외부에서 인가한 초음파의 변화를 이용하여 혈류를 측정하며 그 근본 원리는 같다. 전자기 혈류계(electromagnetic blood flowmeter) 혈관에 자계를 인가하여 혈액에 생기는 기전력을 검출하여 혈류량, 유속 등을 측정하는 전자기 유도 측정 장치이다. 상기의 모든 측정 장치는 기본적으로 인체 자극이나 피부 내외의 조직에 따른 신호의 변화가 있으므로 정밀한 측정을 할 수 없다. 그리고, 부피가 커서 사용과 설치가 불편하며 가정용이나 휴대용으로 만들기에 한계가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 생체 광자 측정을 통하여 혈류를 측정하기 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 생체 광자 측정을 통하여 혈류를 측정하기 위한 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 한 유형은 생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 혈류를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 생체로부터 발생되는 생체 광자를 측정하기 위하여 생체의 소정 부위에 위치되는 검출장치 및 검출장치에 의하여 측정된 생체 광자를 연산하고 그 연산된 값을 표시하기 위한 표시장치를 포함하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 유형은 생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 혈류를 측정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 광수용기를 이용하여 생체 광자를 받아들이는 단계와, 받아들여진 생체 광자를 전기적 신호로 변경하여 증폭하는 단계와, 증폭된 신호를 기설정된 값과 비교하는 단계 및 비교된 값을 측정자에게 표시하는 단계를 포함하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법을 제공하는 것이다.

바람직한 실시예에 따른 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치는 검출장치가 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하며 암실에서 동작시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직한 실시예에 따른 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치는 검출 장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급 장치와, 검출 장치를 3차원적으로 제어 가능하도록 구성된 이동 장치와, 검출 장치로부터 검출된 생체 광자를 전기적 신호로 변환한 후, 전기적 신호로 변환된 신호를 증폭하기 위한 프리 앰프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 장치는 스탠드와, 스탠드 상 에 고정되어 있는 지지대 및 스탠드에 고정된 지지대에 부착되어 상기 검출장치를 3차원적으로 제어할 수 있도록 설계된 이동암을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법은 비교값이 기설정된 임계값 I_th보다 크게 되면, 측정자에게 경고 신호를 발송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치(100)는 혈류측정 장치(100)에 전원을 공급하기 위한 파워 서플라이(102), 측정 대상(110)으로부터 발생되는 생체 광자를 측정하기 위한 광증배관(120), 측정된 생체 광자를 전기적 신호로 변환하고 변환된 신호를 증폭하기 위한 프리 앰프(106), 증폭된 신호를 이용하여 생체광자를 계산하는 컴퓨터/카운팅 보드(108), 광증배관(PMT; photomultiplier)(120)을 이동시키기 위한 이동암(122), 이동암(122)을 지지하기 위한 지지대(124) 및 스탠드(126)를 포함한다. 광증배관(120)에는 셔터(121)가 부착되어 있는데 이는 광증배관(120)에 입사되는 광량을 조절하기 위하여 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스탠드(126)에 고정된 지지대(124)에 부착된 이동암(124)을 통하여 3차원적으로 이동 가능한 광증배관(120)을 조절하여 인체와 같은 생체로 이루어진 측정 대상(110)에 접촉시킨다.

그리고 나서, 미리 켜져 있는 광증배관(120)에 부착된 셔터(shutter)(121)를 개방한다. 셔터(121)는 측정이 시작되기 전까지 닫혀 있게 되는데 이는 광증배관(120)이 일반적인 실내 전등에 노출되면 손상을 입을 만큼 예민하기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 광증배관(120)은 별빛의 백만분의 일 정도로 약한 빛인 생체 광자를 측정할 수 있도록 되어 있으며, 이는 일반적인 방법으로는 측정이 불가능하다. 또한, 이렇게 미약한 생체 광자를 측정하기 위해서는 외부의 빛이 완전히 차단된 암실에서 측정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 생체광자가 인체의 상태에 따라 다르게 나옴을 착안하여 이루어졌으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 광증배관(120)은 일반적으로 고체에 적용되는 측정기로 하나의 광자를 백만 배정도 증폭하여 측정하므로 초미약광을 측정하는 목적으로 제작되는 것이 바람직하다. 이러한 광증배관(120)은 입사 광자의 개수를 측정할 수 있으므로 단광자측정(single photon counting)이라고 칭하기도 한다.

광증배관(120)에 의하여 측정된 생체 광자는 프리 앰프(106)를 통하여 컴퓨터/카운팅 보드(108)에 표시되어 측정자에게 그 측정 결과를 실시간으로 디스플레이할 수 있게 된다. 이때, 프리 앰프(106)는 광증배관(120)에 의하여 측정된 생체 광자를 전압으로 변경한 다음 증폭을 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 생체 광자의 측정은 환경에 대한 보정을 위하여 암 레벨(dark level)을 측정한 후 일반적으로 30초 동안 수행되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실험한 결과 혈류의 압력의 변화에 따라 측정된 생체 광자의 상관 관계는 다음의 표 1과 같다.

혈류의 압력	생체광자 방출량(cps)
60	200
70	170
80	150
110	140

표 1에 따르면, 혈류의 압력이 증가할수록 생체 광자의 방출량이 적어진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치(100)를 이용하면, 생체로부터 발생되는 생체 광자를 측정할 수 있게 되며, 이러한 측정된 생체 광자를 통하여 혈류의 상태를 예측할 수 있으며, 이렇게 예측된 결과로 인체의 질병을 진단 및 건강 상태를 예측할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따라 도 1에 도시된 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치가 수행하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 도 2를 참조하면, 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법은 단계 S10 내지 S60을 포함한다.

이하에서, 도 1에 도시된 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 장치(100)를 참조하여 도 2에 도시된 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법을 설명하기로 한다.

단계 S10에서 측정자는 이동암(122)을 조절하여 광증배관(120)을 측정하고자 하는 생체에 정렬시킨 후 셔터(121)를 개방하여 생체 광자를 받아들인다.

그리고 나서, 단계 S20에서 광증배관(120)에 의하여 받아들여진 생체 광자는 프리 앰프(106)에 의하여 전압으로 변경된 후 증폭된다.

다음 단계로, 단계 S30에서 컴퓨터/카운팅 보드(108)에 의하여 프리 앰프(106)에서 변환된 전압에 따라 단위 시간당 광자 수 I_D가 계산된다.

이어서, 단계 S40에서 I_D를 이용하여 측정되고 있는 생체의 이상 상태를 다음 수학식 1에 의하여 판별한다.

여기서, I_ref는 측정할 대상의 생체에 대하여 측정 전에 수일에 걸쳐서 생체 광자를 측정하여 계산된 평균 측정값에 해당된다. 그리고, I_D는 측정된 단위 시간당 생체광자의 수를 나타내며, I_th는 기설정된 임계값으로 만약 20으로 정한다면 측정된 I_D의 값이 평균 측정값의 ±20 %를 넘게 되면 수학식 1에 의한 계산값은 I_th를 넘게 된다.

이어서, 단계 S40에서 판단된 값이 기설정된 임계값 I_th를 넘지 않게 되는 경우에는 단계 S50에서, 예를 들어 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display) 와 같은 표시장치(도시하지 않음)를 통하여 측정된 데이터 및 해석 값을 표시할 수 있다.

한편, 단계 S40에서 판단된 값이 기설정된 임계값 I_th를 넘게 되는 경우에는 단계 S60에서 측정자에게 경고음과 같은 경고 신호를 전송한 후, 표시장치를 통하여 측정된 데이터 및 해석 값을 표시한다. 이때, 해석 값에는 측정 대상인 생체의 혈류 이상이 발생했음을 나타내는 내용과 가능한 질병이나 이상 현상을 분석한 값을 표시하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인체의 상태에 따라 변하는 생체 광자를 생체 신호로 하여, 외부의 어떠한 물리적, 화학적, 생리학적 자극을 주지 않고 측정하여 혈류의 흐름에 대한 정보를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 종래의 혈류계는 준비 시간이 많이 소요됨에 따라 비용이 많이 드는 반면, 본 발명은 간단한 장치를 사용하고 간단한 방법을 사용하므로 상대적으로 적은 비용이 드는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 실시간 측정 (real time measurement)이 가능하게 됨으로써, 피검자에 대한 피드백(feedback)이 즉시에 이루어지므로 인체 상태에 따른 즉각적인 조치가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 생체광자를 최종적으로 전기적 신호를 전환시킴으로써, 여 러 가지 통신 수단과 직접적인 연결이 가능하며, 이로써 원격 치료와 개인의 신체 상태에 대한 데이터 축척이 용이한 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불구하며, 당해 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위로 정해져야 할 것이다.

Claims

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생체 광자를 방출하며 혈액이 흐를 수 있는 혈관을 구비하는 생체의 혈류를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:

상기 생체에 대해 생체광자 방출량과 혈류의 압력과의 관계를 측정하여 임계값을 설정하는 단계;

광수용기를 이용하여 생체 광자를 받아들이는 단계;

받아들여진 생체 광자를 전기적 신호로 변경하여 증폭하는 단계;

상기 증폭된 신호에 따라 단위시간당 광자수를 계산하는 단계;

상기 증폭된 신호를 상기 설정된 임계값과 비교하는 단계; 및

상기 비교된 값을 측정자에게 표시하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법.
제6항에 있어서,

상기 증폭된 신호를 기설정된 값과 비교하는 단계가 다음 관계식에 의하여 수행되며,

여기서, I_D는 시간당 측정된 생체 광자의 개수이며, I_ref는 측정전 상기 측정하고자 하는 생체에 대하여 수일동안 측정한 평균값을 나타내며, I_th는 기설정된 임계값을 나타내는 것을 특징으로 하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법.
제7항에 있어서,

상기 비교값이 I_th보다 크게 되면, 측정자에게 경고 신호를 발송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광자 측정을 통한 혈류 측정 방법.