KR102498057B1 - Weight scale type reactance cardiac output monitoring apparatus and method - Google Patents

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Abstract

사용자의 체중 및 심박출량을 동시에 측정할 수 있는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다. 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치는 복수의 로드셀 및 전극이 구비된 본체부; 상기 로드셀을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 무게를 측정하고, 상기 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정하는 측정부; 상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 신호 처리부; 및 상기 무게와 상기 심박출량을 출력하는 어플리케이션부;를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 상기 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다.A weight scale-type reactance cardiac output monitoring device and method capable of simultaneously measuring a user's body weight and cardiac output. A weight scale-type reactance cardiac output monitoring device includes a main body having a plurality of load cells and electrodes; a measurement unit for measuring a weight of a user positioned on the main body using the load cell and measuring a biosignal of the user positioned on the main body using the electrode; a signal processor configured to obtain a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal; and an application unit outputting the weight and the cardiac output, wherein the signal processing unit calculates the position of the center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell, A warning signal may be output when the center of gravity COP is out of a predetermined area.

Description

체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법{Weight scale type reactance cardiac output monitoring apparatus and method}Weight scale type reactance cardiac output monitoring apparatus and method {Weight scale type reactance cardiac output monitoring apparatus and method}

본 발명은 사용자의 체중 및 심박출량을 동시에 측정할 수 있는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)을 검출한 후, 무게 중심이 원하는 측정 영역 내에 위치할 수 있도록 안내해 줌으로써 사용이 용이하고 측정 결과의 신뢰도가 향상된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a weight scale-type reactance cardiac output monitoring apparatus and method capable of simultaneously measuring a user's body weight and cardiac output, and more particularly, after detecting the user's center of position (COP), the center of gravity A weight scale-type reactance cardiac output monitoring device and method, which are easy to use and have improved reliability of measurement results, by guiding the location within a desired measurement region.

일반적으로 심박출량은 심장 박동을 통해 전신으로 나가는 분당 혈액의 양으로써, 심장 기능뿐만 아니라 전체 순환계의 상태를 반영하는 지표이며, 전신 조직의 자율적인 조절을 통해 통제된다. 따라서 환자를 치료하는 데 있어, 혈압, 좌심실 충만압, 심박출량, 전신혈관저항을 모두 고려하여 치료 방향과 방법을 결정하게 된다. 이러한 심박출량의 측정은 전체적인 순환계 기능을 반영하는 많은 지표들을 산출해 낼 수 있으며, 박출량과 중심 정맥압, 그리고 혈압을 이용하면 전신혈관저항을 알아낼 수 있다.In general, cardiac output is the amount of blood per minute that goes out to the whole body through heartbeats, and is an index that reflects not only cardiac function but also the state of the entire circulatory system, and is controlled through autonomous regulation of whole body tissues. Therefore, in treating a patient, the direction and method of treatment are determined by considering blood pressure, left ventricular filling pressure, cardiac output, and systemic vascular resistance. The measurement of cardiac output can yield many indicators that reflect overall circulatory system function, and systemic vascular resistance can be found using stroke volume, central venous pressure, and blood pressure.

심박출량을 측정하는 방법으로는 크게 침습적인 방법과 비침습적인 방법으로 나뉘어질 수 있다. 침습적인 방법은 카테터를 이용하여 실제 심장에 분출되는 혈액의 양을 측정하는 것으로서, 이러한 방식은 시술자의 숙련된 기술을 요구할 뿐만 아니라, 시술자가 시술 중 실수를 하게 되는 경우 환자에게 생체교류저항(thoracic electrical bioimpedance)의 변화를 일으키는 문제가 있다. Methods for measuring cardiac output can be largely divided into invasive methods and non-invasive methods. The invasive method uses a catheter to measure the amount of blood that is actually ejected into the heart. This method not only requires skilled skills from the operator, but also increases thoracic resistance to the patient if the operator makes a mistake during the procedure. There is a problem that causes a change in electrical bioimpedance.

이러한 문제를 해결하기 위하여 점 타입 전극(spot ECG electrode)이나 밴드 타입의 전극을 이용한 비침습적인 방법이 개발되었다. 예를 들어, 4쌍의 전극을 목과 흉부의 검상돌기에 부착 후 바깥쪽 2쌍의 전극으로부터 정전류를 주입하고, 안쪽 2쌍의 전극을 통해 그 사이에서의 차동 전압을 측정하여 혈액량의 변화에 의한 임피던스 변화를 측정하는 것이다. 여기서, 측정되는 임피던스 변화는 매 심주기마다의 대동맥에서의 심장의 수축과 이완에 따른 혈액량의 변화에 의한 것이다. In order to solve this problem, a non-invasive method using a spot ECG electrode or a band type electrode has been developed. For example, after attaching 4 pairs of electrodes to the xiphoid process on the neck and chest, constant current is injected from the outer 2 pairs of electrodes, and the differential voltage between them is measured through the 2 inner pairs of electrodes. to measure the impedance change. Here, the measured impedance change is due to the change in blood volume according to the contraction and relaxation of the heart in the aorta for each cardiac cycle.

그러나, 비침습적인 심박출량 측정방법은 이러한 장점에도 불구하고 병원 아닌 곳에서 측정할 수 있는 대안이 없기 때문에 자가 측정이 어려운 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 자가 측정이 가능한 체중계 타입의 심박출량 모니터링 장치가 개발되었으나, 종래의 체중계 타입의 심박출량 모니터링 장치는 발의 측정 위치에 따라 측정 값이 달라지는 문제가 있었다. 즉, 신체에 접촉되는 전극의 면적에 따라 접촉 저항이 달라지기 때문에, 동일한 전극으로 측정을 하더라도 측정 위치에서 벗어나거나 짝다리로 서 있는 경우 발과 전극의 접촉 면적이 변화하여 측정 값이 달라지는 문제가 있었다. However, despite these advantages, the non-invasive cardiac output measurement method has a problem in that self-measurement is difficult because there is no alternative that can be measured in a non-hospital setting. In order to solve this problem, a scale-type cardiac output monitoring device capable of self-measuring has been developed, but the conventional weight scale-type cardiac output monitoring device has a problem in that the measured value varies depending on the measurement position of the foot. That is, since the contact resistance varies depending on the area of the electrode in contact with the body, even if the measurement is performed with the same electrode, the measurement value is different due to the change in the contact area between the foot and the electrode when the electrode is out of the measurement position or standing with one leg. there was.

등록특허공보 10-1950555(2019.02.20 공고)Registered Patent Publication No. 10-1950555 (announced on February 20, 2019)

본 발명의 과제는 복수의 로드셀을 이용하여 체중계 상에 위치한 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)을 검출한 후, 무게 중심이 원하는 측정 영역 내에 위치할 수 있도록 안내해 줌으로써 사용이 용이하고 측정 결과의 신뢰도가 향상된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to detect the center of position (COP) of a user located on a weight scale using a plurality of load cells, and then guide the center of gravity to be located within a desired measurement area, so that it is easy to use and the measurement result is It is an object of the present invention to provide a scale-type reactance cardiac output monitoring device and method having improved reliability.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치는 복수의 로드셀 및 전극이 구비된 본체부; 상기 로드셀을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 무게를 측정하고, 상기 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정하는 측정부; 상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 신호 처리부; 및 상기 무게와 상기 심박출량을 출력하는 어플리케이션부;를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 상기 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. In order to achieve the above object, a body scale-type reactance cardiac output monitoring device according to the present invention includes a main body having a plurality of load cells and electrodes; a measurement unit for measuring a weight of a user positioned on the main body using the load cell and measuring a biosignal of the user positioned on the main body using the electrode; a signal processor configured to obtain a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal; and an application unit outputting the weight and the cardiac output, wherein the signal processing unit calculates the position of the center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell, A warning signal may be output when the center of gravity (COP) is out of a predetermined area.

또한, 상기 본체부는 사각의 판 형상으로 형성되고, 상기 로드셀은 4개 구비되어 상기 본체부의 모서리 부위에 각각 제공될 수 있다. In addition, the body portion may be formed in a rectangular plate shape, and four load cells may be provided at corners of the body portion, respectively.

또한, 상기 전극은 일부가 상기 본체부의 외부로 노출되고, 상기 측정부는 상기 사용자의 양측 발이 상기 전극에 접촉되었을 때의 접촉 저항을 이용하여 생체 신호를 측정하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치. The weight scale-type reactance cardiac output monitoring device of claim 1 , wherein a portion of the electrode is exposed to the outside of the main body unit, and the measuring unit measures a biosignal using contact resistance when both feet of the user come into contact with the electrode.

또한, 상기 신호 처리부는 측정 시간 동안 상기 무게 중심(COP)의 분포를 측정하여 상기 사용자의 움직임을 검출하고, 상기 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. In addition, the signal processor may detect the user's motion by measuring the distribution of the center of gravity (COP) during the measurement time, and output a warning signal when the distribution of the center of gravity (COP) exceeds a preset range. there is.

또한, 상기 신호 처리부는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용하여 임피던스 신호를 추출하고, 고역 통과 필터(HPF: High Pass Filter)를 이용하여 상기 리액턴스 신호를 추출할 수 있다. In addition, the signal processing unit may extract the impedance signal using a low pass filter (LPF) and extract the reactance signal using a high pass filter (HPF).

또한, 상기 신호 처리부는 상기 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박수(HR: Heartrate), 심박변이도(HRV: Heart Rate variability)를 더 획득할 수 있다. In addition, the signal processing unit may further obtain a heart rate (HR) and a heart rate variability (HRV) of the user by using the reactance signal.

또한, 상기 생체신호는 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, the biosignal may further include at least one of an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedance plethysmography (IPG) signal.

또한, 상기 신호 처리부는 상기 심전도 신호와 상기 리액턴스 신호를 이용하여 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득할 수 있다. In addition, the signal processing unit calculates a pulse arrival time (PAT), a pulse transit time (PTT), and a pre-ejection period (PEP) using the electrocardiogram signal and the reactance signal. can obtain more.

또한, 상기 어플리케이션부는 상기 심박출량과 상기 맥파전달시간을 이용하여 산출된 체혈관저항(SVR: Systemic Vascular Resistance), 중심혈압(CVP: Central Venous Pressure), 평균혈압(MAP: Mean Arterial Pressure), 수축기혈압(SBP: Systolic Blood Pressure), 이완기혈압(DBP: Diastolic Blood Pressure) 중 적어도 하나를 출력할 수 있다. In addition, the application unit calculates systemic vascular resistance (SVR), central venous pressure (CVP), mean arterial pressure (MAP), and systolic blood pressure calculated using the cardiac output and the pulse wave transit time. At least one of systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) may be output.

또한, 상기 사용자의 신체 정보를 입력할 수 있는 입력부를 더 포함하고, 상기 어플리케이션부는 상기 사용자의 신체 정보와, 상기 무게, 및 상기 생체신호에 포함된 임피던스 신호를 이용하여 체성분(body composition)을 분석 및 출력할 수 있다. The application unit may further include an input unit capable of inputting the user's body information, and the application unit analyzes body composition using the user's body information, the weight, and an impedance signal included in the bio-signals. and can be output.

또한, 상기 측정부는 주변의 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서를 더 포함할 수 있다 In addition, the measurement unit may further include a temperature and humidity sensor for measuring ambient temperature and humidity.

본 발명에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법은 본체부에 구비된 복수의 로드셀을 이용하여 사용자의 무게를 측정하는 단계; 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하는 단계; 상기 무게 중심이 기설정된 영역 내에 있는지를 판단하고, 상기 무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하는 단계; 본체부에 구비된 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 상기 사용자의 생체신호를 측정하는 단계; 상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 단계; 및 상기 측정된 무게와 상기 심박출량을 출력하는 단계;를 포함할 수 있다. A weight scale-type reactance cardiac output monitoring method according to the present invention includes the steps of measuring a user's weight using a plurality of load cells provided in a main body; Calculating a position of a center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell; determining whether the center of gravity is within a predetermined area, and outputting a warning signal when the center of gravity is out of the predetermined area; measuring a biosignal of the user located on the main body by using an electrode provided in the main body; obtaining a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal; and outputting the measured weight and cardiac output.

또한, 상기 사용자의 생체신호를 측정하는 단계는 측정 시간 동안 상기 무게 중심의 분포를 측정하여 상기 사용자의 움직임을 검출하고, 상기 무게 중심의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법.In addition, in the step of measuring the user's bio-signal, the weight scale detects the user's motion by measuring the distribution of the center of gravity during the measurement time, and outputs a warning signal when the distribution of the center of gravity exceeds a preset range. Type reactance cardiac output monitoring method.

또한, 상기 생체신호는 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, the biosignal may further include at least one of an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedance plethysmography (IPG) signal.

또한, 상기 심전도 신호와 상기 리액턴스 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 사용자의 심박수(HR: Heartrate), 심박변이도(HRV: Heart Rate variability), 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득할 수 있다.
또한, 복수의 로드셀 및 전극이 구비된 본체부; 상기 로드셀을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 무게를 측정하고, 상기 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정하는 측정부; 상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 신호 처리부; 및 상기 무게와 상기 심박출량을 출력하는 어플리케이션부;를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 상기 무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하여, 사용자의 발이 측정 영역에 위치하도록 안내하고, 상기 신호 처리부는 측정 시간 동안 상기 무게 중심(COP)의 분포를 측정하여 상기 사용자의 움직임을 검출하고, 상기 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력하여 재측정을 유도하는 것을 특징으로 한다.
In addition, using at least one of the electrocardiogram signal and the reactance signal, the user's heart rate (HR: Heartrate), heart rate variability (HRV), pulse arrival time (PAT), pulse wave transit time ( A pulse transit time (PTT) and a pre-ejection period (PEP) may be further obtained.
In addition, a body portion provided with a plurality of load cells and electrodes; a measurement unit for measuring a weight of a user positioned on the main body using the load cell and measuring a biosignal of the user positioned on the main body using the electrode; a signal processor configured to obtain a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal; and an application unit outputting the weight and the cardiac output, wherein the signal processing unit calculates the position of the center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell, When the center of gravity deviates from a predetermined area, a warning signal is output to guide the user's foot to be located in the measurement area, and the signal processing unit measures the distribution of the center of gravity (COP) during the measurement time to measure the user's movement. It is characterized in that it detects and induces re-measurement by outputting a warning signal when the distribution of the center of gravity (COP) exceeds a preset range.

본 발명에 따르면, 로드셀 및 전극을 포함하는 체중계 타입으로 제공되어, 사용자가 본체부에 올라갔을 때 무게 및 심박출량을 동시에 측정할 수 있다는 장점이 있다. According to the present invention, it is provided as a weight scale type including a load cell and electrodes, and has an advantage in that weight and cardiac output can be simultaneously measured when the user climbs on the main body.

또한, 심박출량 모니터링 장치를 통해 출력되는 사용자의 무게와 심박출량을 지속적으로 모니터링하는 경우, 심혈관계 질환을 자가적으로 관리 및 예방할 수 있다. In addition, when the user's weight and cardiac output are continuously monitored through the cardiac output monitoring device, cardiovascular diseases can be self-managed and prevented.

또한, 본체부에 구비된 복수의 로드셀을 이용하여 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하도록 제공됨으로써, 사용자로 하여금 정확한 측정 영역에 양 발이 위치하도록 안내하여 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. In addition, by calculating the position of the user's center of position (COP) using a plurality of load cells provided in the main body, and outputting a warning signal when the center of gravity (COP) is out of a preset area, Reliability of the measurement result can be improved by guiding the user to place both feet in the correct measurement area.

또한, 측정되는 생체신호를 이용하여 심박출량 뿐 아니라 심박수, 심박변이도, 맥파도달시간, 맥파전달시간, 박출전기 등을 동시에 측정할 수 있으므로 보다 효과적으로 심혈관계 질환을 관리할 수 있다. In addition, since cardiac output as well as heart rate, heart rate variability, pulse wave arrival time, pulse wave transit time, stroke electricity, and the like can be simultaneously measured using the measured biosignal, cardiovascular diseases can be more effectively managed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 처리 과정을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3에서, 고역 통과 필터(HPF)를 통과한 리액턴스 값을 1차 및 2차로 미분한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 3에서, 리액턴스의 1차 미분 신호의 시간에 따른 피크값을 도시한 그래프이다.
도 6은 도 1의 로드셀을 이용하여 무게 중심의 위치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7(a)는 무게 중심이 기설정된 영역 내에 위치하였을 때를 나타낸 도면이고, 도 7(b) 내지 도 (d)는 무게 중심이 기설정된 영역 밖에 위치하였을 때를 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 무게 중심의 분포가 기설정된 범위 내에 위치하였을 때를 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 무게 중심의 분포가 기설정된 범위 밖에 위치하였을 때를 나타낸 도면이다.
도 9는 어플리케이션부를 통해 출력되는 체성분표를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법의 순서도이다.
1 is a perspective view of a scale-type reactance cardiac output monitoring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the scale-type reactance cardiac output monitoring device shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a processing procedure of the scale-type reactance cardiac output monitoring device shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a graph showing results obtained by first- and second-order derivatives of reactance values that have passed through a high pass filter (HPF) in FIG. 3 .
FIG. 5 is a graph showing peak values over time of the first order differential signal of reactance in FIG. 3 .
6 is a view for explaining a process of calculating the position of the center of gravity using the load cell of FIG. 1;
7(a) is a diagram showing a case in which the center of gravity is located within a preset area, and FIGS. 7(b) to 7(d) are diagrams showing a case in which the center of gravity is located outside the preset area.
8(a) is a diagram showing a case in which the distribution of the center of gravity is located within a preset range, and FIG. 8(b) is a diagram showing a case in which the distribution of the center of gravity is located outside the preset range.
9 is a diagram illustrating a body composition table output through an application unit.
10 is a flow chart of a weight scale-type reactance cardiac output monitoring method according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. Hereinafter, a weight scale-type reactance cardiac output monitoring device and method according to a preferred embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the same reference numerals are used for the same components, and repeated descriptions and detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the invention are omitted. Embodiments of the invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치의 처리 과정을 개략적으로 도시한 블록도이다. 그리고, 도 4는 도 3에서, 고역 통과 필터(HPF)를 통과한 리액턴스 값을 1차 및 2차로 미분한 결과를 도시한 그래프이고, 도 5는 도 3에서, 리액턴스의 1차 미분 신호의 시간에 따른 피크값을 도시한 그래프이다. 1 is a perspective view of a weight scale-type reactance cardiac output monitoring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of the weight scale-type reactance cardiac output monitoring device shown in FIG. 1, and FIG. It is a block diagram schematically showing a processing procedure of the scale-type reactance cardiac output monitoring device. And, FIG. 4 is a graph showing the result of first and second order differentiation of the reactance value that has passed through the high pass filter (HPF) in FIG. 3, and FIG. 5 is the time of the first order differential signal of the reactance in FIG. It is a graph showing the peak value according to

도 1 내지 도 5를 참조하면, 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치(100)는 본체부(110)와, 측정부(120)와, 신호 처리부(130), 및 어플리케이션부(140)를 포함할 수 있다. 1 to 5 , the scale-type reactance cardiac output monitoring device 100 may include a body unit 110, a measuring unit 120, a signal processing unit 130, and an application unit 140. there is.

본체부(110)는 체중계의 외형을 이루는 것으로서, 복수의 로드셀(10) 및 전극(20)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 본체부(110)는 사용자의 양발이 위치할 수 있도록 평평한 사각의 플레이트로 이루어진 상판(111)과, 상판(111)의 하부에 결합되는 하판(112)으로 이루어질 수 있다. 이러한 상판(111)과 하판(112)의 결합으로 인해 본체부(110)의 내부에는 각종 부품을 수납할 수 있는 수납공간이 마련될 수 있다. The main body 110 forms the outer shape of the weight scale, and may include a plurality of load cells 10 and electrodes 20 . For example, the main body 110 may include an upper plate 111 made of a flat square plate so that both feet of a user may be positioned, and a lower plate 112 coupled to a lower portion of the upper plate 111. Due to the combination of the upper plate 111 and the lower plate 112, a storage space capable of accommodating various parts may be provided inside the main body 110.

측정부(120)는 로드셀(10)을 이용하여 본체부(110) 상에 위치한 사용자의 무게를 측정하고, 전극(20)을 이용하여 본체부(110) 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 로드셀(10)은 본체부(110)의 상판(111)과 하판(112) 사이에 설치되어 사용자의 무게를 측정하기 위한 것으로서, 4개 구비되어 본체부(110)의 모서리 부위에 각각 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 로드셀(10)이 4개 구비된 것으로 도시 및 설명하였으나, 3개 구비되어 120°간격으로 원형 배치되는 것도 가능하다. The measurement unit 120 measures the weight of the user located on the main body 110 using the load cell 10 and measures the bio-signal of the user located on the main body 110 using the electrode 20. can For example, the load cell 10 is installed between the upper plate 111 and the lower plate 112 of the body part 110 to measure the weight of the user, and four load cells are provided at the corners of the body part 110. each can be provided. Although illustrated and described as having four load cells 10 in this embodiment, it is also possible that three load cells 10 are provided and circularly arranged at 120° intervals.

전극(20)은 사용자의 양측 발이 전극(20)에 접촉되었을 때의 접촉 저항을 이용하여 생체 신호를 측정하기 위한 것으로서, 일부가 본체부(110)의 상판(111) 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극(20)은 4개 구비되어 전후 좌우 방향으로 각각 이격 배치될 수 있는데, 이러한 전극(20)의 간격은 성인 남녀의 평균 발 길이를 고려하여 설정될 수 있다. The electrode 20 is for measuring a biosignal by using contact resistance when both feet of the user come into contact with the electrode 20, and a part of the electrode 20 may be formed to be exposed to the outside of the top plate 111 of the main body 110. there is. For example, four electrodes 20 may be provided and spaced apart from each other in the front, rear, left, and right directions.

한편, 측정부(120)는 주변의 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서(121)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 온습도 센서(121)를 이용하여 주변의 온도 및 습도를 더 측정할 수 있게 됨에 따라, 별도로 온도계나 습도계를 마련하지 않아도 되므로 범용성이 증대되는 효과가 있다. Meanwhile, the measurement unit 120 may include a temperature and humidity sensor 121 that measures ambient temperature and humidity. In this way, as the temperature and humidity of the surroundings can be further measured using the temperature and humidity sensor 121, there is no need to separately prepare a thermometer or a hygrometer, so there is an effect of increasing versatility.

신호 처리부(130)는 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득할 수 있다. 신호 처리부(130)는 한쪽 발에 전류를 흘려 보내고 반대측 발에 도달한 시간을 측정한 후, 측정된 시간에 따른 혈류량 변화로 인해 발생하는 위상의 변화를 이용하여 심박출량을 검출할 수 있다. The signal processing unit 130 may obtain a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the biosignal. The signal processing unit 130 may send current to one foot and measure the time it takes for the current to reach the opposite foot, and then detect the cardiac output using a change in phase caused by a change in blood flow over the measured time.

예를 들어, 전극(20)을 이용하여 사용자의 신체로 정전류를 인가하면, 체지방, 근육, 수분량, 기초대사량, BMI, 단백질, 뼈밀도, 혈류의 변화, 심박출량 등으로 변화되는 전기적 신호가 전압 형태로 출력될 수 있다. 이렇게 출력된 전압은 인체의 저항을 해석하기 위한 IQ 복조기(IQ Demodulator)를 통과하여 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter) 및 고역 통과 필터(HPF: High Pass Filter)로 제공될 수 있다. 그러면, 저역 통과 필터(LPF)를 이용하여 임피던스 신호를 추출하고, 고역 통과 필터(HPF)를 이용하여 리액턴스 신호를 추출할 수 있다. 즉, 저역 통과 필터(LPF)를 이용하여 DC 성분을 획득하고, 고역 통과 필터(HPF)를 이용하여 AC 성분을 획득하는 것이다. 여기서, 저역 통과 필터(LPF)를 통과한 신호를 IDC/QDC라 하고, 고역 통과 필터(HPF)를 통과한 신호를 IAC/QAC라 하면, 최종 신호는 아래의 식으로 구해질 수 있다. 여기서, G는 증폭률로서, 본 실시예에서는 1,000으로 설정하였다. For example, when a constant current is applied to the user's body using the electrode 20, an electrical signal that is changed to body fat, muscle, water content, basal metabolic rate, BMI, protein, bone density, blood flow, cardiac output, etc. is in the form of a voltage. can be output as The output voltage may be provided to a low pass filter (LPF) and a high pass filter (HPF) by passing through an IQ demodulator for analyzing the resistance of the human body. Then, the impedance signal may be extracted using the low pass filter (LPF) and the reactance signal may be extracted using the high pass filter (HPF). That is, a DC component is obtained using a low pass filter (LPF) and an AC component is obtained using a high pass filter (HPF). Here, if the signal passing through the low pass filter (LPF) is I DC /Q DC and the signal passing through the high pass filter (HPF) is I AC /Q AC , The final signal can be obtained by the following equation. Here, G is an amplification factor, which was set to 1,000 in this embodiment.

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Figure 112021031454655-pat00001
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Figure 112021031454655-pat00002
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이렇게 측정된 IQ 값을 이용하면, 아래의 식을 통해 임피던스 위상 신호 변환(Z[Ω]) 및 리액턴스 위상 신호 변환(

Figure 112021031454655-pat00003
[rad])을 구현할 수 있다. Using the IQ value measured in this way, the impedance phase signal conversion (Z [Ω]) and the reactance phase signal conversion (
Figure 112021031454655-pat00003
[rad]) can be implemented.

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Figure 112021031454655-pat00004
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Figure 112021031454655-pat00005
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이렇게 변환된 시계열 리액턴스 값을 1차 및 2차로 미분한 후, 2차 미분 신호의 파형을 분석함으로써 심혈관계 질환의 중요한 지표인 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득할 수 있다. 이 밖에도 시계열 리액턴스 1차 미분 신호의 분당 피크값을 검출하여 심박수(HR: Heartrate)를 검출하고, 시계열 리액턴스 1차 미분 신호의 분당 피크값의 편차를 통해 심박변이도(HRV: Heart Rate variability)를 획득할 수 있다. Cardiac Output (CO), an important index of cardiovascular disease, can be obtained by first and second differentiation of the converted time-series reactance value and then analyzing the waveform of the second differential signal. In addition, the heart rate (HR: Heartrate) is detected by detecting the peak value per minute of the time-series reactance first-order differential signal, and the heart rate variability (HRV: Heart Rate variability) is obtained through the deviation of the peak value per minute of the time-series reactance first-order differential signal. can do.

어플리케이션부(140)는 로드셀(10) 및 전극(20)을 이용하여 측정된 사용자의 무게와 심박출량을 출력할 수 있다. 예를 들어, 본체부(110)에는 어플리케이션부(140)로부터 출력되는 사용자의 무게와 심박출량을 디스플레이하기 위한 디스플레이부(150)가 제공될 수 있으며, 사용자는 디스플레이부(150)로 출력되는 무게와 심박출량을 모니터링하여 심혈관계 질환을 자가적으로 관리할 수 있다. 이 밖에도 본체부(110)에 스피커(160)를 더 구비하여 측정된 무게나 심박출량을 음성으로 출력할 수 있으며, 심박출량이 기준 범위를 초과하여 위험인자로 판단되는 경우 경고신호를 출력할 수도 있다. The application unit 140 may output the user's weight and cardiac output measured using the load cell 10 and the electrode 20 . For example, the body unit 110 may be provided with a display unit 150 for displaying the user's weight and cardiac output output from the application unit 140, and the user may display the weight output to the display unit 150. Cardiovascular disease can be self-managed by monitoring heart rate and cardiac output. In addition, a speaker 160 may be further provided in the main body 110 to output the measured weight or cardiac output as a voice, and a warning signal may be output when the cardiac output exceeds a standard range and is determined to be a risk factor. there is.

본 발명에 따르면, 신호 처리부(130)는 각각의 로드셀(10)에 가해지는 압력에 기초하여 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. 즉, 사용자로 하여금 정확한 측정 영역에 양 발이 위치하도록 안내해 줌으로써, 측정 결과의 신뢰도를 향상시키는 것이다. According to the present invention, the signal processing unit 130 calculates the position of the center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell 10, and the center of gravity (COP) is a predetermined area If it is out of range, a warning signal can be output. That is, by guiding the user to position both feet in an accurate measurement area, the reliability of the measurement result is improved.

이는 심박출량 모니터링 장치(100)가 체중계 형태로 제공되기 때문에, 사용자가 임의로 서 있는 위치에 따라 전극(20)의 접촉 면적이 달라질 수 있기 때문이다. 이처럼 접촉 면적이 달라지는 경우, 동일한 전극(20)으로 측정을 하더라도 전극(20)과의 접촉 면적에 따라 저항이 변화하여 측정 값에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본체부(110) 상에 위치한 사용자의 발 위치가 정확한 측정 영역에 배치된 경우에만 측정이 가능해지기 때문에 심박출량에 대한 정확한 측정 값을 획득할 수 있으며, 전문가의 도움 없이도 사용이 가능해져 자가적으로 측정이 가능해지는 효과가 있다. This is because, since the cardiac output monitoring device 100 is provided in the form of a weight scale, the contact area of the electrode 20 may vary depending on the position where the user stands. In this case, when the contact area is different, even if the measurement is performed with the same electrode 20, the resistance may change according to the contact area with the electrode 20, which may affect the measured value. Therefore, since measurement is possible only when the position of the user's feet located on the main body 110 is placed in an accurate measurement area, it is possible to obtain an accurate measurement value for cardiac output, and it is possible to use it without the help of an expert, allowing self-reliance. It has a measurable effect.

도 6은 도 1의 로드셀을 이용하여 무게 중심의 위치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7(a)는 무게 중심이 기설정된 영역 내에 위치하였을 때를 나타낸 도면이고, 도 7(b) 내지 도 (d)는 무게 중심이 기설정된 영역 밖에 위치하였을 때를 나타낸 도면이다. 6 is a view for explaining a process of calculating the position of the center of gravity using the load cell of FIG. 1; Further, FIG. 7(a) is a diagram showing a case in which the center of gravity is located within a preset area, and FIGS. 7(b) to (d) are diagrams showing a case in which the center of gravity is located outside the preset area.

도 6을 참조하면, 4개의 로드셀(10)을 이용한 무게 중심(COP)의 측정은 아래의 식으로 구해질 수 있다. 여기서, Fz는 4개 모서리에서 측정되는 로드셀(10)의 총 합이고, COPx는 X축에서 무게 중심점이고, COPy는 Y축에서 무게 중심점이다. Referring to FIG. 6 , the measurement of the center of gravity (COP) using four load cells 10 may be obtained by the following equation. Here, Fz is the total sum of the load cells 10 measured at four corners, COP x is the center of gravity in the X axis, and COP y is the center of gravity in the Y axis.

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Figure 112021031454655-pat00006
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Figure 112021031454655-pat00007
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Figure 112021031454655-pat00008
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이러한 계산식을 이용하여 이용하여 무게 중심(COPxy)의 위치를 구한 후, 무게 중심(COPxy)이 기설정된 영역(A) 내에 위치한 경우에만 심박출량을 측정하도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 사용자의 무게 중심(COP)이 기설된 영역(A) 내에 위치한 경우에는 심박출량의 측정을 시작하고, 도 7(b) 내지 도 7(d)에 도시된 바와 같이 사용자의 무게 중심(COP)이 기설정된 영역(A) 외부에 위치한 경우에는 경고 신호를 출력하여 사용자의 발 위치가 정확한 측정 영역에 위치하도록 안내할 수 있다. After obtaining the position of the center of gravity (COP xy ) using this calculation formula, the cardiac output may be induced to be measured only when the center of gravity (COP xy ) is located within the predetermined area (A). For example, as shown in FIG. 7(a), when the user's center of gravity (COP) is located within the existing region (A), the measurement of cardiac output starts, and FIGS. 7(b) to 7(d) As shown in ), when the user's center of gravity (COP) is located outside the preset area (A), a warning signal may be output to guide the user's foot position to an accurate measurement area.

도 8(a)는 무게 중심의 분포가 기설정된 범위 내에 위치하였을 때를 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 무게 중심의 분포가 기설정된 범위 밖에 위치하였을 때를 나타낸 도면이다. 8(a) is a diagram showing a case in which the distribution of the center of gravity is located within a preset range, and FIG. 8(b) is a diagram showing a case in which the distribution of the center of gravity is located outside the preset range.

도 8에 도시된 바와 같이, 사용자가 본체부(110) 상에서 움직이는 경우 무게 중심(COP)의 위치가 변화할 수 있다. 이러한 무게 중심(COP)의 분포가 큰 경우 사용자가 측정 도중 본체부(110)로부터 발을 들어 움직였을 가능성이 있기 때문에, 사용자의 발이 기설정된 영역(A) 내에 있다 하더라도 무게 중심(COP)의 분포에 따라 재측정을 요구하는 방안이 필요하다. As shown in FIG. 8 , when the user moves on the main body 110, the position of the center of gravity COP may change. If the distribution of the center of gravity (COP) is large, since there is a possibility that the user lifted and moved his foot from the body part 110 during measurement, even if the user's foot is within the preset area (A), the distribution of the center of gravity (COP) There is a need for a plan to request a re-measurement accordingly.

이를 위해, 신호 처리부(130)는 측정 시간 동안 무게 중심(COP)의 분포를 측정하여 사용자의 움직임을 검출하고, 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 8(a)와 같이 사용자의 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위(B) 내에 있는 경우 생체신호의 측정을 지속적으로 유지할 수 있으며, 도 8(b)와 같이 사용자의 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위(B) 밖에 있는 경우 생체신호의 측정을 중단하고 경고 신호를 출력하여 재측정을 유도할 수 있다. 이러한 경고 신호는 디스플레이부(150)나 스피커(160)를 통해 외부로 출력될 수 있으며, 기설정된 범위(B)는 본체부(110)의 크기와, 전극(20)의 크기 및 간격 등에 따라 달라질 수 있다. To this end, the signal processing unit 130 may detect the user's movement by measuring the distribution of the center of gravity (COP) during the measurement time, and output a warning signal when the distribution of the center of gravity (COP) exceeds a preset range. there is. For example, if the distribution of the user's center of gravity (COP) is within a preset range (B) as shown in FIG. When the distribution of the center of gravity (COP) is outside the predetermined range (B), measurement of the biosignal is stopped and a warning signal is output to induce remeasurement. This warning signal may be output to the outside through the display unit 150 or the speaker 160, and the preset range (B) may vary depending on the size of the body unit 110, the size and spacing of the electrodes 20, and the like. can

체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치(100)에서 측정되는 생체신호는 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 심전도(ECG)의 경우 심장의 전기적 활동을 발에서 측정하기 때문에 사용자가 앉은 자세에서는 근육들이 이완되어 측정이 가능하지만, 사용자가 서 있는 경우에는 근육들이 수축되기 때문에 근전도 신호가 잡음으로 유입되어 정확한 측정이 어려워질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 신호 처리부(130)에서 1차 미분된 리액턴스 변환신호에서 측정된 피크를 기준으로 앞뒤에서 일정 구간의 샘플을 채취하고, 이를 합산하여 평균을 취하면 근전도에 의한 잡음은 저감되고 주기 신호인 앙상블 ECG 신호를 획득할 수 있다. The biosignal measured by the scale-type reactance cardiac output monitoring device 100 is at least one of an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedance plethysmography (IPG) signal. may further include. At this time, in the case of an electrocardiogram (ECG), since the electrical activity of the heart is measured at the feet, the muscles are relaxed when the user is sitting, but when the user is standing, the muscles are contracted, so the EMG signal is introduced as noise. Accurate measurements can be difficult. In order to solve this problem, the signal processing unit 130 takes samples of a certain section from the front and back based on the peak measured in the first-order differentiated reactance conversion signal, sums them up, and takes the average to reduce noise caused by EMG. and an ensemble ECG signal, which is a periodic signal, can be obtained.

본 발명에 따르면, 신호 처리부(130)는 심전도 신호와 리액턴스 신호를 이용하여 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득할 수 있다. 예를 들어, 발바닥의 앞꿈치와 뒤꿈치에서 각각 측정되는 신호의 시간 차이를 이용하여 맥파도달시간(PAT)을 검출할 수 있고, 한쪽 발바닥에서 반대편 발바닥에서 측정되는 시간의 차이를 이용하여 맥파전달시간(PTT)을 검출할 수 있으며, 시계열 리액턴스 신호의 피크점과 심전도의 피크점을 이용하여 박출전기(PEP)를 검출할 수 있다. According to the present invention, the signal processing unit 130 uses an electrocardiogram signal and a reactance signal to determine a pulse arrival time (PAT), a pulse transit time (PTT), and a pre- ejection period) can be obtained more. For example, the pulse wave arrival time (PAT) can be detected using the time difference between the signals measured at the forefoot and heel of the sole, and the pulse wave transit time (PAT) using the difference in time measured from one sole to the other sole. PTT) can be detected, and PEP can be detected using the peak point of the time-series reactance signal and the peak point of the electrocardiogram.

그리고, 어플리케이션부(140)는 심박출량과 맥파전달시간을 이용하여 산출된 체혈관저항(SVR: Systemic Vascular Resistance), 중심혈압(CVP: Central Venous Pressure), 평균혈압(MAP: Mean Arterial Pressure), 수축기혈압(SBP: Systolic Blood Pressure), 이완기혈압(DBP: Diastolic Blood Pressure) 중 적어도 하나를 출력할 수 있다. 예를 들어, 맥파전달시간을 이용하여 체혈관저항(SVR)을 검출할 수 있으며, 심박출량 x 혈관저항의 수식을 이용하여 중심혈압(CVP) 및 평균혈압(MAP)을 검출할 수 있다. 그리고, 실시간으로 변화하는 심박출량 신호를 이용하여 수축기혈압(SBP)과 이완기혈압(DBP)를 검출할 수 있다. In addition, the application unit 140 calculates systemic vascular resistance (SVR), central venous pressure (CVP), mean arterial pressure (MAP), At least one of systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) may be output. For example, systemic vascular resistance (SVR) can be detected using the pulse wave transit time, and central blood pressure (CVP) and mean blood pressure (MAP) can be detected using a formula of cardiac output x vascular resistance. In addition, the systolic blood pressure (SBP) and the diastolic blood pressure (DBP) may be detected using cardiac output signals that change in real time.

도 9는 어플리케이션부를 통해 출력되는 체성분표를 도시한 도면이다. 9 is a diagram illustrating a body composition table output through an application unit.

도 9를 참조하면, 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치(100)는 사용자의 신체 정보와, 무게, 및 임피던스 신호를 이용하여 체성분(body composition)을 분석 및 출력할 수 있다. 이를 위해, 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치(100)는 사용자의 신체 정보를 입력할 수 있는 입력부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력부는 본체부(110)의 일측에 버튼 타입으로 제공되거나, 심박출량 모니터링 장치(100) 측으로 데이터를 송신할 수 있는 리모컨 타입으로 제공될 수 있다. Referring to FIG. 9 , the scale-type reactance cardiac output monitoring apparatus 100 may analyze and output body composition using body information, weight, and impedance signals of the user. To this end, the scale-type reactance cardiac output monitoring apparatus 100 may further include an input unit capable of inputting user's body information. For example, the input unit may be provided as a button type on one side of the body unit 110 or as a remote control type capable of transmitting data to the cardiac output monitoring device 100 side.

이에 따라, 입력부를 통해 사용자의 키와, 나이 등을 포함하는 신체 정보를 입력하는 경우, 어플리케이션부(140)는 사용자의 신체 정보와, 무게, 및 생체신호에 포함된 임피던스 신호를 이용하여 체성분(body composition)을 분석 및 출력할 수 있다. Accordingly, when body information including the user's height and age is input through the input unit, the application unit 140 uses the user's body information, weight, and an impedance signal included in the biosignal to determine body composition ( body composition) can be analyzed and output.

전술한 바와 같이, 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치(100)는 로드셀(10) 및 전극(20)을 포함하는 체중계 타입으로 제공되어, 사용자가 본체부(110)에 올라갔을 때 무게 및 심박출량을 동시에 측정할 수 있다는 장점이 있다. As described above, the scale-type reactance cardiac output monitoring device 100 is provided as a weight scale type including a load cell 10 and an electrode 20, and measures weight and cardiac output when a user climbs on the main body 110. It has the advantage of being able to measure simultaneously.

또한, 심박출량 모니터링 장치(100)를 통해 출력되는 사용자의 무게와 심박출량을 지속적으로 모니터링하는 경우, 심혈관계 질환을 자가적으로 관리 및 예방할 수 있다. In addition, when the user's weight and cardiac output are continuously monitored through the cardiac output monitoring device 100, cardiovascular diseases can be self-managed and prevented.

또한, 본체부(110)에 구비된 복수의 로드셀(10)을 이용하여 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하도록 제공됨으로써, 사용자로 하여금 정확한 측정 영역에 양 발이 위치하도록 안내하여 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. In addition, the position of the user's center of position (COP) is calculated using a plurality of load cells 10 provided in the body unit 110, and a warning signal is issued when the center of gravity (COP) is out of a preset area. By being provided to output, it is possible to improve the reliability of the measurement result by guiding the user to place both feet in the accurate measurement area.

또한, 측정되는 생체신호를 이용하여 심박출량 뿐 아니라, 심박수, 심박변이도, 맥파도달시간, 맥파전달시간, 박출전기 등을 동시에 측정할 수 있으므로 보다 효과적으로 심혈관계 질환을 관리할 수 있다. In addition, since cardiac output, heart rate, heart rate variability, pulse wave arrival time, pulse wave transit time, and stroke electrical power can be simultaneously measured using the measured biosignal, cardiovascular diseases can be managed more effectively.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법의 순서도이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. 10 is a flow chart of a weight scale-type reactance cardiac output monitoring method according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a description will be made focusing on differences from the previous embodiment.

도 10을 참조하면, 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법(S100)은 사용자의 무게를 측정하는 단계(S110)와, 사용자의 무게 중심(COP)의 위치를 산출하는 단계(S120)와, 무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하는 단계(S130)와, 사용자의 생체신호를 측정하는 단계(S140)와, 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 단계(S150), 및 무게와 심박출량을 출력하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10 , the scale-type reactance cardiac output monitoring method (S100) includes measuring a user's weight (S110), calculating the position of the user's center of gravity (COP) (S120), and Outputting a warning signal when out of the preset area (S130), measuring the user's bio-signal (S140), acquiring the user's cardiac output (CO: Cardiac Output) (S150), and weight and outputting cardiac output (S160).

사용자의 무게를 측정하는 단계(S110)에서는 본체부(110)에 구비된 복수의 로드셀(10)을 이용하여 사용자의 무게를 측정할 수 있다. 예를 들어, 본체부(110)의 모서리 부위에 구비된 4개의 로드셀(10)의 총 합으로 사용자의 무게를 측정할 수 있다. In the step of measuring the user's weight (S110), the user's weight may be measured using a plurality of load cells 10 provided in the main body 110. For example, the user's weight can be measured by the total sum of the four load cells 10 provided at the corners of the main body 110 .

사용자의 무게 중심(COP)의 위치를 산출하는 단계(S120)에서는 각각의 로드셀(10)에 가해지는 압력에 기초하여 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출할 수 있다. 예를 들어, COPxy값은 아래의 식으로 구해질 수 있다. In the step of calculating the position of the user's center of gravity (COP) (S120), the position of the user's center of position (COP) may be calculated based on the pressure applied to each load cell 10. For example, the COP xy value can be obtained by the following equation.

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Figure 112021031454655-pat00009
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Figure 112021031454655-pat00009

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Figure 112021031454655-pat00010
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Figure 112021031454655-pat00010

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Figure 112021031454655-pat00011
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Figure 112021031454655-pat00011

무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하는 단계(S130)에서는 무게 중심(COP)이 기설정된 영역 내에 있는지를 판단하고, 무게 중심(COP)이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. 이렇게 경고 신호가 출력되면, 사용자는 양 발이 정확한 측정 영역에 위치하도록 양 발의 위치를 이동시킬 수 있다. In the step of outputting a warning signal when the center of gravity is out of the preset area (S130), it is determined whether the center of gravity (COP) is within the preset area, and a warning signal is output when the center of gravity (COP) is out of the preset area. can do. When the warning signal is output in this way, the user can move the position of both feet so that both feet are located in the accurate measurement area.

사용자의 생체신호를 측정하는 단계(S140)에서는 본체부(110)에 구비된 전극(20)을 이용하여 본체부(110) 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전극(20)을 이용하여 리액턴스 신호, 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 포함하는 생체신호를 측정할 수 있다. 이때, 측정 시간 동안 무게 중심(COP)의 분포를 측정하여 사용자의 움직임을 검출하고, 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 재측정을 위한 경고 신호를 출력할 수 있다. In the step of measuring the user's bio-signal ( S140 ), the user's bio-signal located on the main body 110 may be measured using the electrode 20 provided on the main body 110 . For example, at least one of a reactance signal, an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedacne plethysmography (IPG) signal using the electrode 20 vital signs can be measured. At this time, the user's movement is detected by measuring the distribution of the center of gravity (COP) during the measurement time, and when the distribution of the center of gravity (COP) exceeds a preset range, a warning signal for re-measurement may be output.

사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 단계(S150)에서는 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득할 수 있다. 이 밖에도 심전도 신호와 리액턴스 신호 중 적어도 하나를 이용하여 사용자의 심박수(HR: Heartrate), 심박변이도(HRV: Heart Rate variability), 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득할 수 있다. In the step of acquiring the user's cardiac output (CO) (S150), the user's cardiac output (CO) may be obtained using a reactance signal included in the biosignal. In addition, by using at least one of the electrocardiogram signal and the reactance signal, the user's heart rate (HR: Heartrate), heart rate variability (HRV: Heart Rate variability), PAT: Pulse arrival time, PTT: Pulse Transit Time), and pre-ejection period (PEP) may be further acquired.

무게와 심박출량을 출력하는 단계(S160)에서는 로드셀(10) 및 전극(20)으로부터 측정된 사용자의 무게와 심박출량을 외부로 출력할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 출력된 무게와 심박출량을 지속적으로 모니터링함으로써 심혈관계 질환을 자가적으로 관리 및 예방할 수 있다. In the step of outputting the weight and cardiac output ( S160 ), the user's weight and cardiac output measured by the load cell 10 and the electrode 20 may be externally output. Accordingly, the user can self-manage and prevent cardiovascular diseases by continuously monitoring the output weight and cardiac output.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. The present invention has been described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. You will be able to. Therefore, the true protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

10: 로드셀
20: 전극
110: 본체부
120: 측정부
130: 신호 처리부
140: 어플리케이션부
150: 디스플레이부
160: 스피커
10: load cell
20: electrode
110: body part
120: measuring unit
130: signal processing unit
140: application unit
150: display unit
160: speaker

Claims (15)

복수의 로드셀 및 전극이 구비된 본체부;
상기 로드셀을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 무게를 측정하고, 상기 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 사용자의 생체신호를 측정하는 측정부;
상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 신호 처리부; 및
상기 무게와 상기 심박출량을 출력하는 어플리케이션부;를 포함하고,
상기 신호 처리부는 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하고, 상기 무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하여, 사용자의 발이 측정 영역에 위치하도록 안내하고,
상기 신호 처리부는 측정 시간 동안 상기 무게 중심(COP)의 분포를 측정하여 상기 사용자의 움직임을 검출하고, 상기 무게 중심(COP)의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력하여 재측정을 유도하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
A body portion provided with a plurality of load cells and electrodes;
a measurement unit for measuring a weight of a user positioned on the main body using the load cell and measuring a biosignal of the user positioned on the main body using the electrode;
a signal processor configured to obtain a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal; and
An application unit outputting the weight and the cardiac output;
The signal processing unit calculates the position of the center of position (COP) of the user based on the pressure applied to each load cell, and outputs a warning signal when the center of gravity is out of a preset area, so that the user Guide the feet to be located in the measurement area,
The signal processor detects the user's movement by measuring the distribution of the center of gravity (COP) during the measurement time, and outputs a warning signal when the distribution of the center of gravity (COP) exceeds a preset range to perform re-measurement. A scale-type reactance cardiac output monitoring device that induces
제1항에 있어서,
상기 본체부는 사각의 판 형상으로 형성되고, 상기 로드셀은 4개 구비되어 상기 본체부의 모서리 부위에 각각 제공되는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The weight scale-type reactance cardiac output monitoring device of claim 1 , wherein the body portion is formed in a rectangular plate shape, and four load cells are provided and provided at corners of the body portion, respectively.
제1항에 있어서,
상기 전극은 일부가 상기 본체부의 외부로 노출되고, 상기 측정부는 상기 사용자의 양측 발이 상기 전극에 접촉되었을 때의 접촉 저항을 이용하여 생체 신호를 측정하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The weight scale-type reactance cardiac output monitoring device of claim 1 , wherein a portion of the electrode is exposed to the outside of the main body unit, and the measurement unit measures a biosignal using contact resistance when both feet of the user come into contact with the electrode.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용하여 임피던스 신호를 추출하고, 고역 통과 필터(HPF: High Pass Filter)를 이용하여 상기 리액턴스 신호를 추출하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The signal processing unit extracts an impedance signal using a low pass filter (LPF) and extracts the reactance signal using a high pass filter (HPF).
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박수(HR: Heartrate), 심박변이도(HRV: Heart Rate variability)를 더 획득하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The weight scale-type reactance cardiac output monitoring device of claim 1 , wherein the signal processing unit further acquires a heart rate (HR) and a heart rate variability (HRV) of the user using the reactance signal.
제1항에 있어서,
상기 생체신호는 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 더 포함하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The biosignal further comprises at least one of an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedance plethysmography (IPG) signal.
제7항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 심전도 신호와 상기 리액턴스 신호를 이용하여 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 7,
The signal processing unit further calculates a pulse arrival time (PAT), a pulse transit time (PTT), and a pre-ejection period (PEP) using the electrocardiogram signal and the reactance signal. A scale-type reactance cardiac output monitoring device to obtain.
제8항에 있어서,
상기 어플리케이션부는 상기 심박출량과 상기 맥파전달시간을 이용하여 산출된 체혈관저항(SVR: Systemic Vascular Resistance), 중심혈압(CVP: Central Venous Pressure), 평균혈압(MAP: Mean Arterial Pressure), 수축기혈압(SBP: Systolic Blood Pressure), 이완기혈압(DBP: Diastolic Blood Pressure) 중 적어도 하나를 출력하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 8,
The application unit calculates systemic vascular resistance (SVR), central venous pressure (CVP), mean arterial pressure (MAP), and systolic blood pressure (calculated using the cardiac output and the pulse wave transit time). A scale-type reactance cardiac output monitoring device that outputs at least one of Systolic Blood Pressure (SBP) and Diastolic Blood Pressure (DBP).
제1항에 있어서,
상기 사용자의 신체 정보를 입력할 수 있는 입력부를 더 포함하고, 상기 어플리케이션부는 상기 사용자의 신체 정보와, 상기 무게, 및 상기 생체신호에 포함된 임피던스 신호를 이용하여 체성분(body composition)을 분석 및 출력하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
An input unit capable of inputting the user's body information is further included, and the application unit analyzes and outputs body composition using the user's body information, the weight, and an impedance signal included in the bio-signal. Weight scale-type reactance cardiac output monitoring device.
제1항에 있어서,
상기 측정부는 주변의 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서를 더 포함하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치.
According to claim 1,
The weight scale-type reactance cardiac output monitoring device further comprising a temperature and humidity sensor for measuring ambient temperature and humidity.
제 1항의 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치를 포함하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법에 있어서,
측정부에서 본체부에 구비된 복수의 로드셀을 이용하여 사용자의 무게를 측정하는 단계;
신호 처리부에서 상기 각각의 로드셀에 가해지는 압력에 기초하여 상기 사용자의 무게 중심(COP: Center Of Position)의 위치를 산출하는 단계;
신호 처리부에서 상기 무게 중심이 기설정된 영역 내에 있는지를 판단하고, 상기 무게 중심이 기설정된 영역을 벗어나는 경우 경고 신호를 출력하는 단계;
측정부에서 본체부에 구비된 전극을 이용하여 상기 본체부 상에 위치한 상기 사용자의 생체신호를 측정하는 단계;
신호 처리부에서 상기 생체신호에 포함된 리액턴스 신호를 이용하여 상기 사용자의 심박출량(CO: Cardiac Output)을 획득하는 단계; 및
어플리케이션부에서 상기 측정된 무게와 상기 심박출량을 출력하는 단계;
를 포함하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법.
A weight scale-type reactance cardiac output monitoring method comprising the weight scale-type reactance cardiac output monitoring device of claim 1,
Measuring the user's weight using a plurality of load cells provided in the main body in the measuring unit;
Calculating a position of a center of position (COP) of the user based on a pressure applied to each load cell by a signal processing unit;
determining whether the center of gravity is within a predetermined area in a signal processing unit and outputting a warning signal when the center of gravity is out of the predetermined area;
measuring a biosignal of the user located on the main body by using an electrode provided in the main body by a measuring unit;
acquiring a cardiac output (CO) of the user by using a reactance signal included in the bio-signal in a signal processing unit; and
outputting the measured weight and cardiac output in an application unit;
Weight scale reactance cardiac output monitoring method comprising a.
제12항에 있어서,
상기 사용자의 생체신호를 측정하는 단계는,
측정 시간 동안 상기 무게 중심의 분포를 측정하여 상기 사용자의 움직임을 검출하고, 상기 무게 중심의 분포가 기설정된 범위를 초과하는 경우 경고 신호를 출력하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법.
According to claim 12,
The step of measuring the user's bio-signal,
A weight scale-type reactance cardiac output monitoring method for detecting motion of the user by measuring the distribution of the center of gravity for a measurement time, and outputting a warning signal when the distribution of the center of gravity exceeds a predetermined range.
제12항에 있어서,
상기 생체신호는 임피던스 신호, 심전도(ECG: Electrocardiography) 신호, 심탄도(BCG: Ballistocardiography) 신호, 교류저항혈량측정(IPG: Impedacne Plethysmography) 신호 중 적어도 하나를 더 포함하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법.
According to claim 12,
The biosignal further comprises at least one of an impedance signal, an electrocardiography (ECG) signal, a ballistocardiography (BCG) signal, and an impedacne plethysmography (IPG) signal. Method for monitoring cardiac output.
제14항에 있어서,
상기 심전도 신호와 상기 리액턴스 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 사용자의 심박수(HR: Heartrate), 심박변이도(HRV: Heart Rate variability), 맥파도달시간(PAT: Pulse arrival time), 맥파전달시간(PTT: Pulse Transit Time), 및 박출전기(PEP: pre-ejection period)를 더 획득하는 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 방법.
According to claim 14,
Using at least one of the electrocardiogram signal and the reactance signal, the user's heart rate (HR: Heartrate), heart rate variability (HRV), pulse arrival time (PAT), pulse wave transit time (PTT: A weight scale-type reactance cardiac output monitoring method further acquiring a pulse transit time (PEP) and a pre-ejection period (PEP).
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