부산 병원학술지 통권 제 호27 , 2010

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다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

부산대학교 의학전문대학원 의공학교실 신경외과학교실 흉부외과학교실, *, **

노정훈 허병익 이상권, *, **

Development of Multichannel Cardiovascular

Pressure Monitoring System

Jung Hoon Ro, Ph. D., Beong-Ik Hur, Ph. D*., Sang-Guen Lee, M.D., Ph. D.**

Department of Biomedical Engineering, Department of Neurosurgery*, Department of

Thoracic Surgery**, School of Medicine, Pusan National University

ABSTRACT33)

It is necessary to continuously monitor the various blood pressure like arterial blood

(systolic, diastolic, and mean) pressure, central venous pressure, pulmonary artery

and capillary wedge pressure, and intracranial and cerebral perfusion pressure

during a cardiovascular surgery. Conventional physiologic monitors could provide

only one or two channels simultaneously. In this study, we designed and

implemented a four channel invasive blood pressure monitoring system which could

be used on the way of surgery. Four conventional disposable invasive blood pressure

transducers could be connected to the amplification module and the pressure signal

was sampled by 1000 times per second for each channel and transferred to a PC via

USB interface. Various waveform and alphanumeric displays, zero and calibration

settings, along with audible alarms are supported.

본 연구는 년도 부산대학교병원 임상연구비 지원으로 이루어 졌음* 2008

노정훈 허병익, *, 이상권**

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Key words : invasive blood pressure monitor

서 론

혈압 이란 순환하는(blood pressure, BP)

혈액이 혈관벽에 작용하는 압력을 말한다.

특히 심장의 박동에 의해서 유지되고 있는

동맥 혈압은 심혈관계의 기능을 평가하는

가장 중요한 활력징후 중 하나(vital sign)

이며 모든 조직과 특히 뇌혈류와 관상동맥,

의 혈류에 중요한 영향을 미친다 혈압을.

측정하는 방법에는 촉진법(palpation method),

청진법 및 흔히 비(auscultatory method)

침습적 혈압(non-invasive blood

측정법이라고 불리는 오pressure, NIBP)

실로메트릭 방법 과(oscillometric method)

칩습적 혈압(invasive blood pressure,

측정법이 있다 이 중 도관IBP) . (catheter)

을 혈관에 삽입하여 혈관내 압력을 측정하

는 침습적 혈압 측정법이 가장 정확하고 빠

른 변화가 수반되는 혈압을 측정할 수 있다1 측정법은 보통 측정에 비해. IBP NIBP

수축기 압력은 다소 높고 이완기 압력은 5

정도 낮게 나타나는데 맥박~ 10 mmHg ,

과 맥박 사이의 동적인 혈압정보까지 제공

하는 혈압측정에 있어 가장 신뢰성 있는 표

준 측정법이다 이 때문에 특히 수술 중에.

는 심혈관의 불안정과 사용하는 각종 약제

에 의한 약리학적 영향 체위변화 수술조, ,

작 출혈 체액의 손실 등에 의해서 혈역학, ,

적 변화가 일어나 환자의 상태가 예기치 않

은 방향으로 급변할 수 있어 방법의NIBP

혈압 모니터링이 불가능하고 한편으로는,

주요 혈관에 한 도관의 접근이 가능하므

로 이런 경우 혈압의 감시는 방법을, IBP

사용하게 된다 또한 심장이나 동맥 관련.

수술 시 특히 인공 심폐기를 사용한 심폐,

우회술을 실시할 때 기본적으로 요골동맥을

통한 기본 동맥압력과 폐동맥압력 및 중심

정맥압을 측정하고 있으나 추가적으로 인,

공심폐기 자체의 여러군데 압력 측정은 물

론 동맥 근위부 관상정맥동과 특히 두, ,

부로 가는 두세 군데의 압력을 측정할 필요

성이 있다.

일반적으로 수술실에서 사용되는 를IBP

측정하고 모니터 하는 장비는 개 내지1

개의 혈압을 모니터 할 수 있기 때문에 장2

비의 설치가 복잡해지고 이를 보완하는 다,

채널의 전용 장비는 극히 고가로 알려져 있

다 의 측정시에는 통상 전용의 일회용. IBP

침습적 혈압변환기를 사용하는데 그 측정

원리는 간단한 압력 저항 변환 장치로서- ,

약간의 증폭기를 사용함으로써 매우 간단하

게 신호를 획득할 수 있으므로 저가의 다,

채널 전용 모니터 장치를 구현해 보고IBP

자 하였다.

시스템의 설계 및 구현

기능요소1.

생리적 모니터 장비로서 측정에IBP

한 표준적 정의에 의하면 간헐적 혹은 연,

속적으로 침습적인 혈압 정보를 획득하고

측정하여 처리된 정보를 제공하는 기능을

가져야 한다 생리학적인 감시를 위한 침습.

적 압력 측정 모듈의 기본적 기능은 동맥압

수축기 이완기 평균 중심정맥압 폐동( , , ), ,

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

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맥압 수축기 이완기 평균 폐동맥쇄기압( , , ), ,

두개강 및 뇌압 등을 지속적으로 감시할 수

있어야 하고 시각 청각적인 경고를 포함한, -

다양한 파형과 문자와 숫자 형태로 필요한

정보를 제공할 수 있어야 한다 수술장의.

필요에 따라 개발할 시스템에 해 정의한

사용측면의 기능적 요소는 다음과 같다.

표시 채널 수- : 4

채널 표시색 구분 적 녹 청 황- : , , ,

화면 표시 간격 초- : 5~6

- 화면 표시 수치 수측기압 이완기압 평균혈압: , ,

표시범위- : 10, 20, 50, 100, 200, 250 mmHg

- 표시화면 크기 : 1280 x 800, 800 x 400,

1280 x 1024, 1024x768

보정기능 영점 조정- :

- 경보기능 소리 및 화면 경보기능 해지 설정: ,

가능하도록

그외에도 로 구동가능하고 향후를battery ,

위하여 유무선 인터넷으로 통신 확장성도

고려할 수 있다 에 기능적 요구사. Table 1

항을 정리하였다.

구성요소2.

모니터링 시스템의 기본적인 기구적IBP

구성요소는 과 같다Fig. 1 .

침습적 혈압 측정의 기본적인 원리는 혈

관으로부터 압력을 측정하는 변환기

까지 공기방울등이 없는 액주(trnasducer)

Function Required Specifications

Number of Channels 4

Scales Range 10-300 mmHg

Labels and Colors Yes; R, G, B, Y

Waveform Display1 to 4 traces

800x400 to 1280x1024

Parameter Display Systolic, diastolic, mean blood pressure

Length of Display Time 5~6 sec

Zero one touch setting

AlarmsVisual, Audible

Alarm suspend

Battery Operation Yes > 4 hours

Networking Yes, wired and wireless

Table 1. Required functional specifications of invasive blood pressure monitor

Fig. 128. Basic configuration of invasiveblood pressure monitoring system. The rightside picture is a widely used IBP monitoringset.

노정훈 허병익, *, 이상권**

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를 형성하여 혈압을 정확하게 전달하는 데

있다.

그러기 위해서는 우선 테플론이나 폴리우

레탄과 같은 재질로 만들어진 도관을 혈관

내 삽입한다 이때 도관이 혈류의 흐름을.

방해할 정도가 되어서는 안되므로 성인의

경우 개 략 외경이 정도되는0.9 mm

도관을 사용하고 유아의 경우 이보다20G

가는 정도되는 도관을 사용하0.5 mm 25G

고 혈전이 발생하는 경우를 비해 곁통로,

가 있는 혈관을 사용하는 것이 좋다.

도관이 연결되면 튜브를 연결하는데 장,

시간 관찰하고자 하는 경우는 단순 혹은 헤

파린 함유 식염수를 의 율0.9% 2~4 ml/h

로 혈관 쪽으로 흘려서 튜브가 혈전으로 막

히지 않도록 조치 한다 튜브는 압력 측정.

에 지장을 주지 않을 정도로 견고해야 하고

내부에 공기방울이 있어서는 안된다 적절.

하지 않게 튜브가 연결되면 맥동 압력이 감

쇄되거나 공진 현상이 일어나 정확한 혈압

을 측정하지 못할 수 있다.

혈관으로부터 도관과 튜브내의 액체 기둥

을 통해 전달되는 압력을 전기적인 양으로

변환해주는 트랜스듀서는 여러가지 원리의

것이 사용되는데3 가장 보편적으로 사용되,

는 것이 압력에 의해 변형될 수 있는 박막

에 스트레인게이지를 부착하는 형태의 압력

저항 변환 방식이다 최근에는 에- . Fig. 4

보인 것과 같이 반도체 소자를 만들 때 사,

용하는 실리콘 결정의 매우 훌륭한 기계적

특성을 활용하여 MEMS (microelectro-

기술을 통해 기계적인mechanical system)

박막부분과 전기적인 휘스톤브릿지 회로를

하나의 실리콘 칩에 만들어 넣은 소형 압력

변환소자를 많이 사용한다 이번 모니터링.

시스템의 구현에는 사의BD Medical

혈압 트랜스듀서를 사용하였다DT-4812 .

(Fig. 5).

Fig. 130. Constant flush infusion system forinvasive blood pressure monitoring2.

Fig. 129. A typical vessel cannula used forinvasive blood pressure monitoring.

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

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Fig. 131. Detailed illustration for a typicalsilicon pressure transducer (a) bottomview, (b) top view, (c) Wheatstone bridgeand (d) cross=sectional view4.

Fig. 132. The DT-4812 blood pressure transducer uded for the IBP monitor5.

Specfication

Pressure Range -50 to +300 mmHg

Sensitivity 5 V/V/mmHgμ

Max. Over-Pressure 10,000 mmHg

Volume Displacement 0.04 /100 mmHg㎣

Zero Point Drift ±0.3 mmHg/℃

Sensitivity Drift ±0.1%/℃

Zero Offset ±25 mmHg

Linearity/Hysteresis±2% or 1mmHg

(whatever is larger)

Electrical Leakage 5 A at 220V/50Hzμ

Maximum Excitation

Voltage>10 V DC or AC

Insulation withstands 10,000 V DC

Output Impedance 350 , norminalΩ

Weight approx. 15g w/o cable

Table 2. Specifications of DT-4812 pressure

transducer5

노정훈 허병익, *, 이상권**

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하드웨어적인 구성 요소를 보여주는 Fig.

에서 도관이나 튜브 트랜스듀스 부분은1 ,

현장에서 에 보인 와 같이Fig. 5 DT-4812

이미 범용으로 사용되는 키트로 사용 가능

하므로 본 연구의 모니터링 시스템을 위해,

서는 트랜스듀서 이후의 증폭장치와 데이터

획득 및 처리 프로세서와 표시부의 개발이

필요하다 에 정리된 기능을 토. Table 1

로 구현을 위하여 채널의 입력을 받을 수4

있는 시스템을 구성하였다 다음은 각 부의.

설계에 한 설명이다.

전처리 신호 증폭단3.

압력 트랜스듀서의 략적인 사양은 Table

에 정리되어 있다 트랜스듀서에는 개의2 . 4

연결선이 나오는데 이는 에 보인Fig. 4(c)

바와 같은 브릿지 형태의 저항 회로에 연결

되어 있다 회로의 양단에 전압을 인가하면.

의 감도의 신호를 얻을 수5 V/V/mmHgμ

있다 기본적으로 이 인가구동전압이 변화.

하면 출력도 달라지게 된다 본 시스템에서.

는 증폭한 신호를 표시를 위해 디지털로 변

환하는 변환기의 기AD(analog to digital)

준 전압을 버퍼 증폭기를 통하여 브릿지회

로의 구동전압으로 사용하였다 이렇게 함.

으로써 변환기의 기준 전압이 온도나AD

여러 가지 이유로 바뀌는 경우에도 브릿지

회로의 전압도 같은 비율로 바뀌게 되므로

측정에 있어 기준전압의 변화의 영향을 받

지 않고 측정할 수 있게 된다 본 시스템에.

서는 신호변환과 통신용 마이크로프로세서

로서 프로세Atmega32 (Atmel Co. USA)

서를 사용하였다 비트 분해능의 채널. 10 8

의 변환기를 내장하고 있고 내부에서AD

Fig. 133. Schematic diagram of the developed invasive blood pressure monitoring system.

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

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비교적 안정된 의 기준전압을 제공2.56 V

한다 차동 입력이 가능하며 개의 채널의. 2

경우 배 혹은 배 증폭회로가 내장되10 200

어 있어 직접 연결하여 사용하는 것도 가능

하겠으나 채널 까지는 바로 연결이 안되, 4

고 각각의 트랜스듀서가 가지고 있는 영점

의 차이 등에 한 보정이 가능한 아날로그

증폭회로를 별도로 구성하였다.

에서 요구되는 입력 범위는Table 1

이므로 이 범위를 가능한10-300 mmHg

변환기의 최 입력 범위로 증폭해야AD

가장 좋은 신호를 얻을 수 있다 트랜스듀.

서 자체에 이미 정도의 영+/- 25 mmHg

점 편차가 있으므로 이를 감안하여 -50 ~

정도를 사이로 증350 mmHg 0 ~ 2.56 V

폭할 필요가 있다 변환기의 정 도는. AD

비트로서 의 정수에 응하는 수를10 1024

발생하므로 를 변환값 에 해1 mmHg AD 2

당하도록 증폭기의 증폭률을 설정하도록 하

면 센서 오차한계인 보다 정 할, 1 mmHg

뿐만 아니라 화면 표시를 할 때 내부적인,

수치 처리가 간단해 질 수 있다 이를 위해.

초단 증폭기의 배율 를 다음과 같이 정하A

였다 브릿지회로 인가전압을 트랜스. Vref,

듀서감도를 총 압력변환 범위를 라고S, P

하면,

A x Vref x S x P = Vref (1)

이다 여기서. S = 5 V/V/mmHg, P=μ

이다 총 압력 변화에 해 인512 mmHg .

가 구동전압 당 의 총 전압1 V 2.56 mV

변화를 얻을 수 있다 따라서 설계상 적절.

한 증폭도는

A = 1/2560 * 106 = 390.6 (2)

이다 이는 보통 사용되는 계기용 증폭기의.

사양 정도이면 충분하다 이 시스템에서는.

증폭단을 위해 별도의 전원을 사용하지 않

고 화면표시를 위해 사용하는 의PC USB

포트에서 제공되는 전원을 사용하여 모5V

든 것을 처리하고자 하였다 이에 따라. 5V

단전원으로 사용할 수 있는 적당한 증폭기

로서 흔히 사용하는 AD623 (Analog

를 채택하였다 은Device Co. USA) . AD623

온도에 따른 영준위 편차가 이1~2 V/μ ℃

므로 트랜스듀서의 영준위 변화와 유사하였

으며 사용 환경은 온도가 크게 변하지 않,

는 수술실 환경이므로 적당하였다. AD623

의 구성은 에 보인바와 같이 전형적Fig. 7

인 차동 증폭기이고 외부에 단일 저항으로

증폭률을 설정할 수 있다 증폭률 일때. A

의 단자 번과 번 사이에 달아야 할Fig. 7 1 8

증폭용 저항 의 값은Rg

Rg = 100 k /(A - 1) (3)Ω

이 된다 일때 략 정도이다. A=390.6 250 Ω .

Fig. 134. Simplified circuit of AD6236.

노정훈 허병익, *, 이상권**

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이상의 논의를 바탕으로 과 같이Fig. 8 4

채널의 신호 전처리 회로를 설계하였다.

는 신호처리 회로를 바탕으로 만능Figure 9

기판에 구현한 회로다 개의 채널 증폭단. 4

마다 를 출력이 되도록 설-100 mmHg 0V

계하기 위하여 차동앰프의 영점 전위를 설

정하는 회로를 부가 하였다 이렇게 함으로.

써 범위의 혈압이-100 ~ 412 mmHg 0 ~

의 출력에 응하고 변환 수치2.56 V AD

로는 에 응하도록 하였다0 ~ 1023 .

Fig. 135. Circuit of the transducer signalconditioner.

Fig. 136. Implemented circuit.

데이터 획득 및 통신단4.

신호 처리단에서 증폭된 신호를 변환하AD

고 이를 표시부인 로 전송하는 부분은 마PC ,

이크로프로세서로 변환기를 내장한 범용AD

비트급 프로세서인 와8 ATmega32 1

의 속도로 와 통신할 수 있는MBytes/s PC

전용 통신 소자인USB FT245R (Future

Technology Device International Ltd.,

을 사용하여 구성하였다UK) .

의 개요는 에 보였다ATmega32 Fig. 10 . 16

까지의 연산처리 속도를 가지고MIPS , 32K

바이트의 프로그램 영역과 바이트의2K

메모리 및 바이트의 이 있RAM 1K EEPROM

다. JTAG (Joint Test Action Group;

IEEE 1149.1 Standard Test Access Port

인터페and Boundary Scan Architecture)

이스로 프로그램과 디버깅 및 트레이싱 등의

작업을 손쉽게 할 수 있는 환경을 가지고 있

다.

는 단일칩으로서 양방향FT245 USB FIFO

데이터 전송 인터페이스 소자이다 제조사인.

사에서 인터페이스와 관련된 제반FTDI PC

드라이버를 무상으로 공급하므로 손쉽게 사

용할 수 있다 는 마이크로프로세서. FT245

쪽 입출력은 병렬로 처리되지만 에서 처PC

리할 때는 시리얼 통신포트로도 인식이 되므

로 프로그래밍에도 편리하다 은. Figure 11

의 구성도이다 최근의 칩들이 저전FT245R .

압 구동을 하므로 은 에서FT245R USB 5V

전압을 받아서 내부적으로 저전압강하 정전

압 회로를 사용하여 를 자체적으로 만3.3 V

들어 쓰고 외부로도 공급해서 사용할 수 있,

고 외부 인터페이스는, 5V/3.3V/2.8V/ 1.8V

입출력이 가능하도록 설계되어 있다.

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

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Fig. 137. Block diagram of ATmega327.

Fig. 138. Block diagram of FT245R8.

이상의 두 소자를 사용하여 와 같Fig. 12

이 회로를 설계하였고 소자가 소형이라서,

수작업으로 할 수 없었으므로 인쇄회로기판

를 제작하여(printed circuit board, PCB)

조립하였다 조립하기 전의 와 조립된. PCB

후의 사진을 에 보였다 사용PCB Fig. 13 .

에 앞서 혈압 모니터링 프로그램에서 디바

이스 접속 유무를 확인할 수 있도록

내부의 생산자 나FT245R (manufacturer)

생산품기술 을 지정(product description)

한 값으로 설정하여야 한다 이 과정은.

에 보인 바와 같은 생산자 측에서Fig. 14

제공한 소자 프로그램 유틸리티 (MProg,

FTD 를 사용하여 손쉽게 설정이I ltd., UK)

가능하다 이 연구에서는 생산자를.

생산품설명은"PNUBME", “FT245R BP

라고 지정하도록 하여 에서 구Monitor" PC

동하는 모니터링 프로그램에서 접속여부를

자동으로 확인할 수 있다 기타 엄격한 보안.

상황에서 개별의 디바이스를 확인할 수 있도

록 공장에서는 칩마다 설정한 유일한 생산번

호도 있어 이 정보를 사용할 수 있다.

실제로 혈압을 측정하는 역할을 하는 프

로세서인 는 에 만들어 둔ATmega32 PCB

인터페이스용 코넥터로 연결하여 프JTAG

로그램과 디버깅을 시행하였다 우선 모듈.

자체를 의 포트에 연결하여 전원을PC USB

공급한 다음 내장된 기준 신호와, 2.56 V

경고음 발생에 사용되는 포트 하나를 포함,

개의 아날로그 신호를 핀 코넥터를 통하4 10

여 신호처리 회로부와 연결하였다 코. USB

넥터를 통해 공급되는 전원을 핀 코5V 10

넥터를 통해 신호처리회로부의 전원으로 사

용하였다.

노정훈 허병익, *, 이상권**

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마이크로프로세서에는ATmega32 Fig. 15

에 보인 구조로 로부터 단일 문자 명령PC

을 받으면 그에 해당하는 기능을 수행하도

록 하도록 내장형의 소프트웨어를 구성하였

다 명령어 를 보내면 내부 타이머가. “S”

작동하여 개의 혈압측정채널에서 초당 각4

각 회씩 변환하여 포트를 통1000 AD USB

해 로 전송한다 샘플횟수는 많으면 좋PC .

으나 화면 그리기에 시간이 소요될 수 있

다 표시 화면의 해상도가 략 픽셀쯤. 1000

되므로 초당 개의 데이터로 화면에 표1000

시할 경우 충분히 부드러운 파형의 표현이

TDI PC5TDO PC4

PC1PC0

PC7PC6

J3

CON10A

1 23 45 67 89 10

VCC

PC0

PC6PC4PC2

PC7

PC1

PC5

C1104

VCC

S1

RST S.W

1 2

IC1

ATmega32-TQFP44

PB

2(IN

T2/

AIN

0)42

XTAL27

XTAL18

PB

1(T

1)41

(INT0)PD211

(IN

T1)

PD

312

(OC

1B)P

D4

13

(OC

1A)P

D5

14

GN

D18

VC

C5

PB7[SCK)3 PB6[MISO)2 PB5(MOSI)1

PA4(ADC4)33

PA5(ADC5)32

PA6(ADC6)31

PA7(ADC7)30

AREF29

PA

3(A

DC

3)34

PB

0(T

0/X

CK

)40

PB

3(O

C0/

AIN

1)43

PB

4(S

S)

44

RESET4

(RxD)PD09

(TxD)PD110

(IC

P)P

D6

15

(OC

2)P

D7

16

PA

0(A

DC

0)37

PA

1(A

DC

1)36

PA

2(A

DC

2)35

AVCC27AGND28

(TOSC2)PC726

(TOSC1)PC625

(TDI)PC524

(TDO)PC423

(TM

S)P

C3

22(T

CK

)PC

221

(SD

A)P

C1

20(S

CL)

PC

019

GN

D39

GN

D6

VC

C17

VC

C38

AVCC

TMS PC3TCK PC2

PB

2P

B1

PB

0

PB

4P

B3

PB7PB6PB5

PC3

/RESET

Y116MHz

C3 15pF

C4 15pF

C7

104

PD

3

PD2

PD

6P

D5

PD

7

C9

104

C8

104

R1

10k

AVCC

AREF

VCC

L1

10uH

VCC

/RESET

J2

CON10A

1 23 45 67 89 10

VCC

PA0PA2

PA6PA4AREF

PA3PA1

PA5PA7 Beep

J4

USB

1234

+C134.7u

C12104

VCC

PB5

PB3

PB7PB6

PB0

PB4

PD6

PB2PB1

PD2

PD5PD7

PD3

VCC

C11104

U1 FT245RL

D01

D42

D23

VCCIO4

D15

D76

GN

D7

NC8 D5

9

D610

D311

PWREN12

RD13

WR14OSCO

28

OSCI27

TE

ST

26

AG

ND

25

NC24

RXF23

TXE22

GN

D21

VCC20

RESET19

GN

D18

3V3OUT17

USBDM16

USBDP15

VCC

+ C1010nF

L2 BEAD

VCC

J1

CON AVR-JTAG 10P

TCK1

TDO3

TMS5

VCC7

TDI9

GND2

VCC4

RESET6

NC8

GND10

TDOTCK

VCCTMS

VCCGND

TDI GND

/RESET

PA

2P

A1

PA

0

PA5PA4

PA

3

PA7PA6

AREF

C2104

C5104

C6104

Fig. 139. Circuit of data acquisition and communication module using ATmega32 andFT245R.

Fig. 140. Printed circuit board andassembled circuit of data acquisition unit.

Fig. 141. The device programming utilityused for describe FT245R presented bythe device manufacturer9.

Fig. 142. The flow of main loop ofembedded program. The one charactercommands from PC activate or deactivatespecified functions in the data acquisitionmodule.

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

- 319 -

가능하였다.

모니터링 화면 및 정보 표시5.

화면 표시에 한 요구사항을 과 같Fig. 17

이 정의하였다 최 개 채널의 혈압 파형. 4

을 한 화면에 초 내지 초 정도의 시간으5 6

로 표시하고 함께 표시하지 않는 채널은 표,

시하지 않도록 하며 센서위치를 설정한 시,

점에서 계측 압력을 영점으로 설정할 수 있

어야 하고 파형의 우측에 최 최소 및 평, ,

균 혈압이 표시되어야 하는 기능이 필요하였

다 에서 개념적으로 보인 바와 같이. Fig. 16

아날로그 적인 방법으로 이러한 평균혈압을

구할 때는 안정된 값이 표현되기 위해서는

적분의 시정수가 맥박 주기에 비해 매우 커

야 한다 맥박은 초 정도의 주기를 가지기. 1

때문에 이런 경우 순간적인 변화를 추종하기

가 어렵다 그래서 최 값과 최소값의 중간.

치를 지나는 시점을 기준으로 한 주기를 구

하여 그때마다 최 최소 및 평균 혈압을,

수치적으로 구하여 표기하도록 하였다.

Fig. 145. Photograph of the implementeddisplay screen of the invasive blood

pressure monitor.

Fig. 144. Designed display of the invasive

blood pressure monitor.

Fig. 143. (a) Mean arterial pressuredetector. (b) Graphical and mathematical

meaning of mean arterial pressure2.

노정훈 허병익, *, 이상권**

- 320 -

그 중 평균 혈압은 수축기 혈압( + 2 x

이완기 혈압 과 같은 근사식을 사용해)/3

왔으나 이러한 근사식은 혈압 파형에 따라,

정확하지 않은 결과를 줄 수도 있으므로 정

확한 적분 평균값을 적용하였다 즉 시간. t

에서 순간 순간의 혈압을 라고 하면,

평균혈압 는

(4)

으로 주어진다 최 및 최소 압력을 평가.

하여 새로운 주기가 확정될 때마다 이 값을

계산하여 표시함으로써 매 주기마다 정확하

고 빠른 평균 압력 표시가 가능하다.

이상의 설계를 바탕으로 구현된 화면은

과 같다 프로그램은Fig. 18 . Microsoft

으로 구현하였고 인치 화Visual C++ 6.0 , 7

면에 터치스크린을 갖춘 UMPC (ultra

mobile PC, Sens Q1, Samsung, Korea)

에 장착하였다 용 드라이버에. FT245 USB

서 데이터를 수신하여 적절한 크기가 되면

이벤트를 발생하는데 이때마다 데이터를,

가져와서 화면에 그리게 된다 한 채널에.

표시되는 측정치 갯수는 총 개인데 화6000 ,

면의 수평폭이 픽셀 정도이므로 시각1000

적으로 표현되는 것은 번에 한번 정도이면6

충분하다 그 미만은 중앙처리장치의 연산.

하중에 부담이 되고 한꺼번에 너무 많은,

데이터를 그리면 파형의 표현이 부드럽지

못하다.

한편 다른 프로그램이 활성화 될 경우 화

면 그리기가 멈추는 일이 없도록 그리기 함

수에 별도의 스레드 를 배정하였다(thread) .

또한 중간에 통신이 멈추거나 연결이USB

끊어진 경우에는 경보를 발생하고 기하고

있다가 다시 통신이 재개되면 재 작동하도

록 하여 프로그램이 임의로 멈추는 상황이

없도록 만들었다.

기타 특정 시간 이상 유의미한 펄스가 입

력되지 않을 때 경보를 발생하고 이를 중단

하거나 설정할 수 있도록 하였고 우상단,

단위 표시 부분을 누르면 종료 확인 후 프

로그램의 종료가 가능하도록 하였다 각 채.

널 명을 클릭하면 해당 채널의 표시를 중단

하거나 재개할 수 있로록 하였고, "Zero"

버튼을 누르면 그 순간의 입력 압력을 으0

로 세팅하도록 하였고 파형 표시부 하단,

단위를 누르면 화면 표시 범위를 작게 하여

큰 파형을 볼 수 있도록 하였고 상단 단위,

를 누르면 표시범위를 크게 하도록 하였다.

측정 혈압 보정6.

최종적으로 완성된 침습적 혈압 모니터링

장비에 있어 혈압의 보정은 증류수 물기둥

의 높이로 시행하였다 일단 전반적인 트랜.

스듀서 증폭기의 선형성을 실험해 본 결과

는 와 같다 측정할 영역인Fig. 19 . 10 ~

이상의 범위에서도 선형성을300 mmHg

확인할 수 있었다 그러므로 두 지점의 정.

수압으로 교정하면 압력의 보정이 가능하

다 트랜스듀서의 사양에서는 선형성 등이.

미만의 오차를 보장하기 때문에 물기둥2%

높이 측정에 있어서 그 이상의 정 도를 가

지도록 자의 정 도와 수직도 등에 주의하

였다.

또한 혈압 파형의 표시 최 및 최소와,

혈압의 실제적인 임상적용에 앞서 일단 함

수 발생기로부터 의 주기적인 지수 감1Hz

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

- 321 -

쇄 파형을 모든 채널에 동시에 입력하고 표

시 기능 상태를 확인 하였다 은. Figure 18

그때의 동작 화면을 사진으로 찍은 것이다.

각 채널마다 동일한 최 최소 및 평균 전,

압이 표시됨을 볼 수 있어 만족할 만한 기

능이 구현되었음을 확인 하였다.

결과 및 고찰

수술 현장에서의 필요에 의한 다채널 침

습적 혈압 모니터링 장치는 보편적 데이터

획득 표시 시스템의 일환으로 이해될 수 있다.

혈압 신호를 증폭하고 이를 컴퓨터에서 처

리할 수 있도록 구현하는 것은 매우 보편적

인 기술로서 저가로 시스템의 개발이 가능

하다 본 연구에서도 기존의 네트워크 까지.

갖춘 환경에 적절한 자료 획득 장치를PC

부가함으로서 채널의 침습적 혈압 모니터4

링 장치의 개발이 가능하였다.

이와 같이 개발한 새로운 장비를 의료 현

장에 적용하는 문제에 해서는 현재 우리

나라의 의료기기 관련 규제조항은 아직 정

립되어 있지가 않아서 논의의 여지가 있지

만 식약청에 문의하고 검토한 결과는 임상,

시험용으로 제작하는 경우라도 제조시부터

적합성 평가를 받은 시설에서 제조하GMP

고 철저한 기록관리가 필요하다고 하며 임,

상 적용시는 임상 시험 심사 위원회

의 심의(institutional review board, IRB)

를 거치고 식약청의 허가 하에서 실시되어

야 하는 절차상의 애로가 있다.

침습적으로 인체와 접촉하는 의료기기는

그 위험도에 따라 국가 또는 지역적으로 규

제 사항을 정하여 관리하고 있다 특히. Fig.

에 보인 것과 같이 설계 및 개발 단계에20

서 의료기기와 관련된 제반 위험요인을 식

별하고 그에 따른 위험을 산정 평가하며 위

험을 통제하고 그 효과를 감시하는 과정을

수립 유지함은 물론, 문서화하여 관리하여

야 한다 침습적 혈압 모니터링 장비는 전.

체적으로 보면 인체 내에 일정기간 삽입되

Fig. 146. Linearity test of DT-4812.

Fig. 147. Risk management flow provided by

KFDA.

노정훈 허병익, *, 이상권**

- 322 -

어 사용되는 잠재적 위험성이 높은 장비로

서 우리나라에서는 전체 등급 분류중 등4 3

급에 해당한다고도 볼 수 있으나 한편으로,

는 인체에 삽입되는 혈압변환센서에서 나온

신호를 표시만 한다고 생각하면 그 고장으

로 인해 인체에 영향을 줄 수 있는 소지가

적은 등급 내지 등급의 장비로 간주 될 수1 2

도 있다 그렇다고 하더라도 위험도 산정에.

있어서는 가장 위험도가 높은 경우에 비하

여야 한다.

개발의 과정에서 국제 규격 검토 및 국내

기술문서 검토를 통하여 파악되는 위험성은,

심장 충격기 사용시 받을 수 있는 영향이나,

인공 심장 박동기 전기 자극기 및 전기 수,

술기 등과 같이 사용할 경우 환자에게 끼칠

수 있는 위험성이나 장비에 손상의 가능성

등이 있다 설계시 이를 고려하여 트랜스듀.

서에 있어 이상의 절연구조를 파악하10 kV

였고 전원이 분리된 휴 형 를 사용한, PC

모니터링 장비를 구축하였으나 증폭기 설계

에 있어 설계의 편의상 안전성에 한 충분

한 중복 적인 안전 설계가 부족(redundancy)

한 점이 지적될 수 있다 향후 설계 시에는.

절연 증폭기 등을 채용한 중복 안전 설계를

고려하는 것이 바람직하다고 하겠다.

또한 임상 적용 전 평가의 과정에서 약 1

개월간 지속적인 운용 중에 측정치를 변환

하여 를 통해 로 전송하는 과정에서USB PC

가끔 발생하는 성 잡음 같은 표시 데spike

이터가 프로그램상의 데이터 변환 오류라는

것을 발견하였다 이 역시 통신에 있어 효.

율을 올리기 위해 설계하는 과정에서 일어

난 오류였다 이 시스템은 데이터를 화면에.

표시할 뿐이므로 이러한 오류는 무시할만하

다고 평가되지만 진단오류를 가져올 수도

있으므로 장비의 구현 이후에도 충분한 검

증과정의 필요성을 느끼게 하는 상황이었

다 또한 윈도우 운영체제 상에서 시스. XP

템이 구현되었고 추후 네트워킹을 위해 무,

선 인터넷 시스템을 허용하였는데 개발자,

가 의도하지 않은 자동 등으로 모update

니터링 시스템이 멈추는 경우도 있었다 이.

Fig. 148. The system schematics of implemented multichannel invasive blood pressure

monitor.

다채널 심혈관계 압력 모니터링 시스템의 개발

- 323 -

점은 윈도우 시스템에 한 이해로 예방될

수 있는 문제이지만 잘 파악되지 못하고,

간과되었을 때 예기치 못한 상황을 발생할

우려를 가지게 한다 충분히 위험평가에 의.

해 개발된 장비라 할지라도 현장과 동일하

거나 더 열악한 상황에서 오랜 시험을 통한

통계적인 안전성의 근거를 확보한 후에 비

로소 임상적 적용이 가능하다고 하겠다.

요 약

본 연구에서는 수술 시 인체 각부의 혈압

은 물론 인공 심폐기 등을 사용할 때 장비

자체에도 여러 군데 압력을 측정할 필요성

에 응하여 다채널 침습적 혈압 모니터링

장비를 구현하였다 압력 트랜스듀서로서는.

수술실에서 일반적으로 사용하는 일회용 혈

압 모니터링 세트를 사용하였고 트랜스듀,

서를 구동하고 신호를 획득 통신하는 시스

템을 개발하고 표시 기기로서 범용의, PC

에서 구동하는 프로그램으로 모니터링 시스

템을 구현하였다 개발 완료 후 개월간의. 1

수술장 유사 상황에서 이상 없이 동작하여

향후 임상에 적용할 수 있는 성능을 가졌다

고 평가를 할 수 있다 앞으로 의료기기 임.

상시험 내지 제조에 관한 적합한 절차를 거

친다면 기존의 고가의 장비를 체할 수 있

고 환자의 안전에 기여할 수 있을 것으로

기 된다.

참고문헌

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mechanical transducers. In: Micro

mechanical transducers: pressure

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2nd ed. Oxford. Elsevier, 2004;

chap. 1.

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8. http://www.ftdichip.com/Documents/

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9. http://www.ftdichip.com/Resources/

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