KR100321261B1 - Method of attatching electrodes for monitoring ECG and cardiac outputs and apparatus of using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심박출량 및 심전도를 모니터링하기 위해 인체에 전극을 설치하는 방법 및 이를 이용한 모니터링 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 방법은 인체의 양쪽 팔과 다리에 전극을 설치하고 전류를 인가한 후 전압을 측정하는 단계, 몸통에서의 임피던스 변화값을 측정하여 심박출량을 산출하는 단계, 심전도(ECG) 측정이 요구되면, 심박출량을 측정하기 위해 설치된 전극들을 심전도(ECG) 측정장치로 연결하는 단계, 및 심전도(ECG) 측정장치에 연결된 전극을 이용하여 심전도(ECG)를 측정하는 단계를 포함한다. 그리고 이러한 방법은 전극들과, 스위칭수단, 심박출량 측정수단, 심전도 측정수단, 표시부, 제어수단로 구성되는 심박출량 및 심전도를 모니터링하는 장치에 적용되어 심박출량과 심전도를 동일한 전극으로 측정할 수 있게 한다. 따라서 본 발명은 인체의 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전극을 설치하여 심박출량를 산출하므로써 전극설치가 편리하고, 잡음이 적게 발생된다. 또한 스위치를 추가하여 심박출량 측정에 사용되는 전극을 그대로 심전도(ECG) 측정에 사용할 수 있어 편리하고, 전극의 부착 및 탈착이 용이한 집게형 전극이나 봉형 전극, 터치식 전극등을 사용할 수 있다.The present invention relates to a method for installing electrodes on a human body and a monitoring device using the same to monitor cardiac output and electrocardiogram. In the method of the present invention, by installing electrodes on both arms and legs of the human body and applying a current, measuring voltage, measuring impedance change in the body, calculating cardiac output, and electrocardiogram (ECG) measurement If necessary, connecting the electrodes installed for measuring the cardiac output to an electrocardiogram (ECG) measuring device, and measuring the electrocardiogram (ECG) using an electrode connected to the electrocardiogram (ECG) measuring device. This method is applied to a device for monitoring the cardiac output rate and electrocardiogram including the electrodes, the switching means, the cardiac output measuring means, the electrocardiogram measuring means, the display portion, and the control means so that the cardiac output and the electrocardiogram can be measured by the same electrode. do. Therefore, in the present invention, the electrode is installed in the hand (or arm) and the foot (or leg) of the human body to calculate the amount of cardiac output, so that the electrode is convenient and less noise is generated. In addition, an electrode used for measuring cardiac output by adding a switch can be used as it is for ECG measurement as it is, and a clamp-type electrode, a rod-type electrode, and a touch electrode, which are convenient and easy to attach and detach an electrode, can be used.
Description
본 발명은 몸통의 임피던스 변화량을 정확히 측정하거나 심장 박동에 의한 전기적인 특성 등을 측정하여 심박출량과 심전도를 모니터링하기 위해 인체에 전극을 설치하는 방법 및 이를 이용한 모니터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for installing an electrode in the human body to monitor the cardiac output and the electrocardiogram by accurately measuring the change in the impedance of the body or by measuring the electrical characteristics due to the heart rate and the monitoring device using the same.
잘 알려진 바와 같이, 생체전기 임피던스 분석(BIA: Bioelectric Impedance Analysis)은 생체를 하나의 전기적인 도체로 간주하여 생체에 전류를 흐르게 한 후측정부위에 강하된 전압을 측정하여 해당 부위의 임피던스를 산출하므로써 생체의 각 특성을 분석하는 기술이다.As is well known, BIA (Bioelectric Impedance Analysis) considers a living body as an electrical conductor, flows a current through the living body, and then calculates the impedance of the site by measuring the voltage dropped on the measuring site. It is a technique for analyzing each characteristic of a living body.
이러한 생체 전기 임피던스 분석을 이용하여 환자의 심장 특성을 측정하는 기술은 '임피던스 카디오그래피(impedance cardiography)'라는 독자적인 분야로서 널리 연구되고 있으며, 1989년 3월에 패터슨(R.P. Patterson)에 의해 논문지(IEEE ENGINERING IN MEDICINE AND BIOLOGY MAGAZINE)의 페이지 35 내지 38에 그 기술이 소개되어 있다. 상기 논문에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같은 밴드전극을 인체에 설치한 후 흉부의 임피던스의 시간 변화량(△Z)을 측정하여 심장의 각 특성 즉, 1회 심박출량(stroke volume)과 단위시간당 심박출량(cardiac output; 이하, 심박출량이라 한다)을 측정할 수 있다는 것이 공개되어 있다. 여기서, 단위시간당 심박출량(cardiac output)이란 1분간에 심장에서 분출되는 혈액의 량을 뜻한다.A technique for measuring cardiac characteristics of patients using such bioelectrical impedance analysis has been widely studied as an independent field called 'impedance cardiography', and in March 1989, by Journal of RP Patterson (IEEE) ENGINERING IN MEDICINE AND BIOLOGY MAGAZINE, pages 35-38 introduce the technique. According to the paper, after installing the band electrode as shown in Figure 1 in the human body by measuring the time change amount (ΔZ) of the impedance of the chest, each characteristic of the heart, that is, one stroke volume and per unit time It is published that cardiac output (hereinafter referred to as cardiac output) can be measured. Here, the cardiac output per unit time refers to the amount of blood ejected from the heart in 1 minute.
도 1은 인체의 심박출량을 측정하기 위해 전극을 설치하는 종래의 제1 실시예로서, 환자의 목과 가슴에 밴드전극을 설치한 후 생체전기 임피던스방법에 의해 흉부의 임피던스를 측정하는 것을 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 목과 가슴부위의 바깥 전극(12a,12b)에 전류를 인가한 후 그 안쪽 전극(14a,14b)에서 전압을 측정하고, 이로부터 흉부의 임피던스 변화를 산출하여 심박출량을 측정하였다. 도 1에서 참조번호 16은 고주파 전류원을, 18은 전압계를 나타낸다.FIG. 1 shows a first embodiment of installing an electrode to measure a cardiac output of a human body, and shows a chest impedance measured by a bioelectrical impedance method after installing a band electrode on a neck and a chest of a patient. . Referring to FIG. 1, after applying current to the outer electrodes 12a and 12b of the neck and chest, the voltage is measured at the inner electrodes 14a and 14b, and the impedance change of the chest is calculated therefrom to measure the cardiac output. It was. In Fig. 1, reference numeral 16 denotes a high frequency current source and 18 denotes a voltmeter.
한편, 도 2는 환자의 심박출량을 측정하기 위해 전극을 설치하는 종래의 제2 실시예로서, 이중 전극을 환자의 목과 가슴에 설치하여 생체전기 임피던스방법에 의해 심박출량을 측정하는 것을 보여주고 있다. 즉, 도 2를 참조하면 목에서 180도 떨어진 양쪽에 2중 전극을 바깥쪽과 안쪽에 설치하고, 흉부에서 180도 떨어진 양쪽에 2중 전극을 바깥쪽과 안쪽으로 설치한 후, 바깥쪽 전극들(22a,22b, 23a,23b)에 전류를 인가하고, 안쪽 전극(24a,24b,25a,25b) 사이에서 전압을 측정하여 흉부의 임피던스를 측정하였다. 도 2에서 참조번호 26은 고주파 전류원을, 27은 전압계를 나타낸다.On the other hand, Figure 2 shows a second conventional embodiment in which the electrode is installed to measure the cardiac output of the patient, it is shown that the cardiac output by the bioelectric impedance method by installing a double electrode on the neck and chest of the patient. . That is, referring to Figure 2 after installing the dual electrode on the outside and the inside on both sides 180 degrees away from the neck, the double electrode on both sides 180 degrees away from the chest to the outside and inward, the outer electrodes A current was applied to (22a, 22b, 23a, 23b), and voltage was measured between the inner electrodes 24a, 24b, 25a, 25b to measure the impedance of the chest. In FIG. 2, reference numeral 26 denotes a high frequency current source, and 27 denotes a voltmeter.
그런데 이와 같은 종래의 전극설치 방법들은 흉부의 임피던스를 측정하기 위하여 목과 가슴에 전극을 설치하였기 때문에 환자를 수술할 경우에 지장을 주고, 전극의 위치에 따라 임피던스가 달라지므로 노이즈가 심한 문제점이 있었다. 즉, 종래의 방법들은 전극을 설치할 경우에 지정된 위치에 지정된 방식으로만 설치해야 하고, 전극이 움직일 경우에는 측정된 임피던스값의 기준값이 변화하고 노이즈가 심해져 정확한 심박출량을 산출하기 어려운 문제점이 있었다.However, these conventional electrode installation method has a problem that the noise is severe because the electrode is installed in the neck and chest to measure the impedance of the chest, when the patient is operated, the impedance varies depending on the position of the electrode. That is, the conventional methods have to be installed only in the designated manner when the electrode is installed, and when the electrode moves, the reference value of the measured impedance value changes and the noise becomes severe, which makes it difficult to calculate an accurate cardiac output.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 인체의 한쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전류를 인가하기 위한 전극을 설치하고, 다른 쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전압을 측정하기 위한 전극을 설치하여 몸통의 임피던스를 정밀하게 측정하므로써 심박출량을 정확하게 산출할 수 있는 전극 설치 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by installing an electrode for applying current to one hand (or arm) and feet (or legs) of the human body, the other hand (or arm) It is an object of the present invention to provide an electrode installation method and a device using the same, by accurately measuring the impedance of the body by installing an electrode for measuring the voltage on the foot and legs (or legs).
또한 본 발명의 다른 목적은 단위시간당 심박출량(cardiac output)과 1회 심박출량(stroke volume)을 산출하기 위해 설치된 전극을 그대로 이용하여 심전도를 모니터링하기 위해 사용하는 전극 설치 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention to provide an electrode installation method and apparatus using the same to monitor the electrocardiogram using the electrode installed to calculate the cardiac output per unit time (cardiac output) and stroke volume (stroke volume) as it is. It is.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 인체의 한쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전극을 설치하고 소정의 전류를 인가하는 단계; 인체의 다른쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전극을 설치하고 전압을 측정하는 단계; 상기 인가된 전류와 측정된 전압에 의해 몸통에서의 임피던스 변화값을 측정하여 소정의 식에 따라 심박출량을 산출하는 단계; 심전도(ECG) 측정이 요구되면, 상기 심박출량을 측정하기 위해 설치된 전극들을 심전도(ECG) 측정장치로 연결하는 단계; 및 상기 심전도(ECG) 측정장치에 연결된 전극의 차동신호를 이용하여 심전도(ECG)를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, the method of the present invention comprises the steps of installing an electrode on one hand (or arm) and feet (or legs) of the human body and applying a predetermined current; Installing electrodes on the other hand (or arm) and feet (or legs) of the human body and measuring voltage; Calculating a cardiac output amount according to a predetermined equation by measuring an impedance change value in the body based on the applied current and the measured voltage; If electrocardiogram (ECG) measurement is required, connecting electrodes installed to measure the cardiac output to an electrocardiogram (ECG) measuring device; And measuring an electrocardiogram (ECG) by using a differential signal of an electrode connected to the electrocardiogram (ECG) measuring device.
또한 상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 인체의 한쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 설치되는 전류전극; 인체의 다른쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 설치되는 전압전극; 제어신호에 따라 상기 전극들을 심박출량 측정부나 심전도 측정부 중 하나로 연결하기 위한 스위칭수단; 상기 스위칭수단을 통해 연결된 전류전극들에 고주파 전류를 인가하고, 상기 전압전극에서 전압을 측정하여 심박출량을 측정하는 심박출량 측정수단; 상기 스위칭수단을 통해 연결된 전압전극들로부터 차동신호를 입력받아 심전도(ECG)를 측정하는 심전도 측정수단; 표시부; 및 사용자의 요구에 따라 상기 스위칭 수단에 상기 제어신호를 제공하고, 상기 심박출량 측정수단 및 상기 심전도 측정수단의 측정값을 입력받아 상기 표시부에 표시하도록 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the apparatus of the present invention to achieve the above object, the current electrode is installed on one hand (or arm) and feet (or legs) of the human body; A voltage electrode installed on the other hand (or arm) and foot (or leg) of the human body; Switching means for connecting the electrodes to one of a cardiac output measuring unit and an electrocardiogram measuring unit according to a control signal; Cardiac output amount measurement means for applying a high frequency current to the current electrodes connected through the switching means and measuring a cardiac output amount by measuring a voltage at the voltage electrode; Electrocardiogram measuring means for measuring an electrocardiogram (ECG) by receiving a differential signal from the voltage electrodes connected through the switching means; A display unit; And control means for providing the control signal to the switching means according to a user's request and receiving the measured values of the cardiac output measuring means and the electrocardiogram measuring means and displaying them on the display unit.
도 1은 인체의 심박출량을 측정하기 위해 전극을 설치하는 종래의 제1 실시예,1 is a first embodiment of the conventional installation of the electrode to measure the amount of cardiac output of the human body,
도 2는 인체의 심박출량을 측정하기 위해 전극을 설치하는 종래의 제2 실시예,Figure 2 is a second embodiment of the conventional installation of the electrode to measure the amount of cardiac output of the human body,
도 3은 본 발명에 따라 심박출량을 측정하기 위해 전극을 설치하는 방법의 개념을 도시한 도면,3 illustrates the concept of a method of installing an electrode to measure cardiac output according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따라 심박출량 및 심전도를 모니터링하기 위한 실시예의 구성도,4 is a block diagram of an embodiment for monitoring cardiac output and electrocardiogram according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 심박출량 및 심전도 모니터링 장치의 구성도,5 is a block diagram of a cardiac output and electrocardiogram monitoring apparatus according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따라 측정시 나타나는 임피던스 및 심음 파형을 도시한 파형도,6 is a waveform diagram showing an impedance and a sound sound waveform when measured in accordance with the present invention;
도 7은 본 발명에 따라 설치된 전극으로 심박출량을 산출하는 절차를 도시한 흐름도,7 is a flowchart illustrating a procedure for calculating cardiac output with an electrode installed in accordance with the present invention;
도 8은 본 발명에 따라 전극을 설치하는 다른 실시예,8 is another embodiment for installing the electrode according to the present invention,
도 9는 본 발명에 따라 전극을 설치하는 또다른 실시예이다.9 is another embodiment of installing the electrode in accordance with the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
32a,32b,34a,34b: 전극32a, 32b, 34a, 34b: electrode
400: 심박출량 및 심전도 모니터링 장치36,402: 고주파 전류원400: cardiac output and electrocardiogram monitoring device 36,402: high frequency current source
38,404: 전압계406: 스위칭부38,404: voltmeter 406: switching unit
408: ECG처리부410: 마이크로 프로세서408: ECG processing unit 410: microprocessor
412: 키입력부414: 메모리412: key input unit 414: memory
416: 비디오카드418: 표시부416: video card 418: display unit
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따라 인체의 심박출량을 산출하기 위하여 흉부의 임피던스를 측정하는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 전기적인 측면에서 인체는 크게 좌측 팔저항(RLA)과 우측 팔저항(RRA), 몸통저항(RT), 좌측 다리저항(RLL), 우측 다리저항(RRL)이 연결된 저항 네트워크로 개념화할 수 있다. 몸통에서의 저항(RT)은 한쪽 팔과 다리에 전류전극(32a,32b)을 부착한 후 전류원(36)으로부터 소정의 전류를 인가하고, 다른 쪽 팔과 다리에 전압전극(34a,34b)을 부착한 후 전압계(38)로 그 전압을 측정하여 구할 수 있다. 즉, 몸통 임피던스(Z(t))는 다음 수학식 1과 같이 구해진다. 이때 몸통 임피던스(Z(t))는 고정된 값이 아니라 심장박동에 의한 혈액량의 변화에 따라 주기적으로 변화되는 시간 함수이고, 팔과 다리 사이에 인가되는 전류(i)는 인체에 해가 없는 약 100KHz, 10mA 크기의 전류이다.3 is a conceptual diagram of measuring the impedance of the chest in order to calculate the cardiac output of the human body in accordance with the present invention. Referring to FIG. 3, in terms of electrical aspects, the human body has a large left arm resistance (R LA ) and a right arm resistance (R RA ), trunk resistance (R T ), left leg resistance (R LL ), and right leg resistance (R RL). Can be conceptualized as a connected resistor network. The resistance R T in the body attaches the current electrodes 32a and 32b to one arm and leg, and then applies a predetermined current from the current source 36, and the voltage electrodes 34a and 34b to the other arm and leg. After attaching the voltage can be obtained by measuring the voltage with a voltmeter 38. That is, the trunk impedance Z (t) is obtained as in Equation 1 below. At this time, the trunk impedance (Z (t)) is not a fixed value but a time function that changes periodically according to the change in blood volume due to the heartbeat, and the current (i) applied between the arm and the leg is a drug that is harmless to the human body. 100KHz, 10mA current.
상기 수학식 1에서 전류(i(t))는 이미 알고 있는 고정된 값(예컨대, 100KHz 10mA)이고, 전압(V(t))은 흉부에서 혈액량의 변화에 따라 변화되는 측정값이며, 이에 따라 임피던스 Z(t)를 구할 수 있다. 이러한 임피던스 값은 혈액량의 변화와 관계없이 일정한 값을 갖는 베이스라인 임피던스 'Z0'와 시간에 따라 변화되는 △Z성분으로 이루어지는데, 삼박출량의 산출과 직접 관계되는 값은 임피던스 변동성분 △Z이다. 따라서 심박출량을 측정하는 장치에서는 각 제조사마다 고유의 상수값을△Z에 곱해 1회 심박출량을 산출하도록 되어 있고, 이때 정확한 심박출량을 산출하기 위해서는 흉부의 임피던스 변화값(△Z)을 정확하게 측정하는 기술이 핵심임에 유의할 필요가 있다.In Equation 1, the current i (t) is a known fixed value (for example, 100 KHz 10 mA), and the voltage V (t) is a measured value that changes according to a change in blood volume in the chest. The impedance Z (t) can be found. The impedance value is composed of a baseline impedance 'Z 0 ' having a constant value regardless of the blood volume change and a ΔZ component that changes with time, and a value directly related to the calculation of the three-stroke amount is the impedance variation component ΔZ. . Therefore, in the apparatus for measuring cardiac output, the cardiac output is calculated once by multiplying a unique constant value by each manufacturer by ΔZ, and in order to calculate the correct cardiac output, the impedance change value of the chest (ΔZ) is accurately measured. It is important to note that the skills to do this are key.
한편, 상기와 같이 구해진 흉부의 임피던스 변화값(△Z)으로부터 1회 심박출량(△V: stroke volume)을 산출하기 위한 식은 다음 수학식2와 같다.On the other hand, the equation for calculating the stroke volume (ΔV) once from the impedance change value (ΔZ) of the chest obtained as described above is as follows.
여기서, ρ는 혈액의 저항율(resistivity)이고, L은 전압전극 사이의 거리이며, Z0는 베이스라인 임피던스이다.Where ρ is the resistivity of blood, L is the distance between voltage electrodes, and Z 0 is the baseline impedance.
그리고, 단위시간당 심박출량(VCA)은 1회 심박출량(△V)을 1분간 누적하여 구할 수 있는데, 통상 1회 심박출량(△V)이 일정하므로 1회 심박출량에 분당 박동수 N을 곱해 구할 수도 있다. 즉, 단위시간당 심박출량은 1분간의 1회 심박출량의 합이므로 1회 심박출량이 일정할 경우, 1분 동안의 심박동 수(N)를 구해 다음 수학식3과 같이 구할 수 있다.In addition, the cardiac output volume (V CA ) per unit time can be obtained by accumulating one cardiac output volume (ΔV) for 1 minute, but since the single cardiac output volume (ΔV) is constant, the single cardiac output volume is multiplied by the number of beats per minute N per minute. You can get it. That is, since the cardiac output per unit time is the sum of the cardiac output in one minute, if the cardiac output is constant, the heart rate (N) for one minute can be obtained as shown in Equation 3 below.
이와 같이 본 발명에 따라 단위시간당 심박출량(cardiac output)을 산출하기 위해 몸통 임피던스를 측정하는 방법은 목과 가슴 사이에 밴드전극을 설치하거나 흉부에 스폿전극을 설치하는 종래 방법에 비해 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전극을 설치하므로 흉부 수술작업이 전극에 의해 장애를 받지 않을 수 있고, 전극의 위치 변동에 임피던스값이 영향을 받지 않아 전극 설치가 용이하며 노이즈가 발생되지 않는 잇점을 제공한다.As described above, the method of measuring trunk impedance to calculate cardiac output per unit time according to the present invention is a hand (or arm) as compared to the conventional method of installing a band electrode between the neck and the chest or installing a spot electrode on the chest. Since electrodes are installed on the feet and legs (or legs), thoracic surgery may not be disturbed by the electrodes, and the impedance value is not affected by the positional change of the electrodes, so the electrodes are easily installed and noise is not generated. do.
도 4는 본 발명에 따라 인체에서 심장의 특성을 측정할 경우의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 인체의 심장 특성은 임피던스 파형과 함께 심전도(ECG), 심장소리(심음)등을 참조하여 종합적으로 관찰될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 ECG를 측정하기 위해 별도의 전극을 사용하지 않고, 심박출량 측정을 위한 전극을 그대로 사용할 수 있므로 매우 편리하도록 되어 있다.4 is a configuration diagram when measuring the characteristics of the heart in the human body in accordance with the present invention. Referring to FIG. 4, the heart characteristics of the human body may be comprehensively observed with reference to an electrocardiogram (ECG), a heart sound (heart sound), etc. together with an impedance waveform. In particular, in the present invention, since the electrode for cardiac output measurement can be used as it is without using a separate electrode for measuring ECG, it is very convenient.
이를 위하여 본 발명의 실시예에서 심박출량 및 심전도 모니터링장치(400)는 심박출량 측정부(400a)와 ECG측정부(400b)가 포함되어 있고, 동일한 전극을 심박출량 측정부(400a)와 ECG측정부(400b)에서 사용할 수 있도록 스위칭부(400c)가 추가로 구비되어 있다.To this end, in the embodiment of the present invention, the cardiac output and electrocardiogram monitoring apparatus 400 includes a cardiac output measuring unit 400a and an ECG measuring unit 400b, and uses the same electrode as a cardiac output measuring unit 400a and ECG measurement. The switching unit 400c is further provided for use in the unit 400b.
따라서 심박출량을 측정하기 위해 몸통의 임피던스를 측정할 경우에는 인체의 한쪽 팔과 다리에 설치된 전류전극(32a,32b)과, 다른 쪽 팔과 다리에 설치된 전압전극(34a,34b)이 심박출량 측정부(400a)로 연결되고, ECG를 측정할 경우에는 스위칭부(400c)의 조작에 의해 인체의 한쪽 팔에 설치된 전극(32a)과, 다른 쪽 팔과 다리에 설치된 전극(34a 혹은 34b)이 그대로 ECG측정부(400b)로 연결된다.Therefore, when measuring the impedance of the body to measure the cardiac output, the current electrodes 32a and 32b installed on one arm and leg of the human body and the voltage electrodes 34a and 34b provided on the other arm and leg measure heart rate. When the ECG is measured and the ECG is measured, the electrode 32a provided on one arm of the human body and the electrode 34a or 34b provided on the other arm and leg are intact by the operation of the switching unit 400c. It is connected to the ECG measuring unit 400b.
도 5는 본 발명에 따른 심박출량 및 심전도 모니터링장치의 구성도로서, 심박출량 및 심전도 모니터링장치(400)는 소정 주파수의 일정한 전류를 흘려주기 위한 고주파 전류원(402)과, 전압을 측정하기 위한 전압계(404), 측정내용에 따라 전극을 스위칭하기 위한 스위칭부(406), 심전도(ECG)처리부(408), 마이크로 프로세서(410), 키입력부(412), 메모리(414), 비디오 카드(416), 표시부(418)로 이루어진다.5 is a configuration of the cardiac output and electrocardiogram monitoring apparatus according to the present invention, the cardiac output and electrocardiogram monitoring apparatus 400 is a high-frequency current source 402 for flowing a constant current of a predetermined frequency, and a voltmeter for measuring voltage 404, a switching unit 406, an electrocardiogram (ECG) processing unit 408, a microprocessor 410, a key input unit 412, a memory 414, a video card 416 for switching the electrode according to the measurement content And a display unit 418.
도 5를 참조하면, 스위칭부(406)는 마이크로 프로세서(410)의 제어에 따라 심박출량을 측정할 경우에는 외부 전극을 고주파 전류원(402)과 전압계(404)로 연결하여 몸통의 임피던스를 측정할 수 있게 하고, 심전도(ECG)를 측정할 경우에는 외부 전극(32a,32b, 34a,34b)을 ECG처리부(408)로 연결한다. 이때 ECG측정을 위해서는 3개의 전극만 필요하므로, 심박출량을 측정하기 위해 외부에 설치된 4개의 전극중 어느 하나는 연결하지 않아도 된다.Referring to FIG. 5, when the heart rate is measured under the control of the microprocessor 410, the switching unit 406 may connect an external electrode to the high frequency current source 402 and the voltmeter 404 to measure the impedance of the body. When the electrocardiogram (ECG) is measured, the external electrodes 32a, 32b, 34a, and 34b are connected to the ECG processor 408. At this time, only three electrodes are required for ECG measurement, so it is not necessary to connect any one of the four electrodes installed outside to measure the cardiac output.
심박출량을 측정할 경우에, 고주파 전류원(402)은 인체에 해가 없는 고주파의 전류를 발생하여 전류전극(32a,32b)을 통해 인체에 흐르게 하는데, 이때 발생되어 인체를 통해 흐르는 전류의 크기는 일정한 값(예컨대, 10mA)을 갖으며, 이 값은 마이크로 프로세서(410)에 전달되어 몸통의 임피던스 계산에 사용된다. 전압계(404)는 인체의 팔과 다리에 설치된 전압전극(34a,34b)으로부터 몸통의 전압을 측정하여 그 값을 마이크로 프로세서(410)에 제공하고, 마이크로 프로세서(410)는 앞서 설명한 수학식 1에 따라 임피던스값을 계산함과 아울러 시간변화에 따른 임피던스 미분값도 산출한다. 그리고 마이크로 프로세서(410)는 임피던스의 미분값으로부터 최소 미분치(dZ/dt min)와 심실수축기(VET: Ventricular Ejection Time)를 검출한 후, 후술하는 수학식 4에 따라 1회 심박출량(△V)을 산출하고, 이를 1분간 누적하여 단위시간당 심박출량(VCA)을 산출한다.When measuring the cardiac output amount, the high frequency current source 402 generates a high frequency current which is harmless to the human body and flows it through the current electrodes 32a and 32b to the human body. It has a constant value (eg, 10 mA), which is passed to the microprocessor 410 to be used for calculating the impedance of the body. The voltmeter 404 measures the voltage of the body from the voltage electrodes 34a and 34b installed on the arms and legs of the human body and provides the value to the microprocessor 410, which is described in Equation 1 as described above. The impedance value is calculated along with the impedance derivative over time. The microprocessor 410 detects a minimum differential value dZ / dt min and a ventricular ejection time (VET) from the derivative value of impedance, and then outputs a single cardiac output amount according to Equation 4 to be described later. ) And accumulate it for 1 minute to calculate cardiac output per unit time (V CA ).
심전도(ECG)를 측정할 경우에, 마이크로 프로세서(410)는 스위칭부(406)를 제어하여 외부전극이 ECG처리부(408)로 연결되게 한다. ECG처리부(408)는 심박출량 측정을 위해 사용되는 전극들을 스위칭부(406)를 통해 그대로 연결한 후 그 전극을 통해 검출된 전기신호를 처리하여 마이크로 프로세서(410)에 제공한다. 마이크로 프로세서(410)는 메모리(414)에 저장된 소프트웨어를 수행하고, 키입력부(412)를 통해 입력되는 사용자의 키입력을 처리함과 아울러 산출된 임피던스값, 임피던스 미분치, ECG신호 등을 비디오카드(416)를 통해 표시부(418)에 표시한다. 이때 표시부(418)는 CRT나 LCD로 구현되어 마이크로 프로세서(410)가 제공하는 신호들을 그래픽과 문자로 표시해준다. 이러한 구성은 기존의 개인용 컴퓨터에 임피던스 측정을 위한 장치들과 ECG처리부를 하나의 카드로 구현한 후 확장슬롯에 삽입하는 구조로 구현될 수 있다.When measuring the electrocardiogram (ECG), the microprocessor 410 controls the switching unit 406 so that the external electrode is connected to the ECG processing unit 408. The ECG processing unit 408 connects the electrodes used for the cardiac output amount through the switching unit 406 as it is, and processes the electrical signals detected through the electrodes and provides them to the microprocessor 410. The microprocessor 410 executes the software stored in the memory 414, processes the key input of the user input through the key input unit 412, and displays the calculated impedance value, impedance differential value, ECG signal, and the like. The display unit 418 is displayed on the display unit 418 through 416. In this case, the display unit 418 is implemented as a CRT or LCD to display the signals provided by the microprocessor 410 in graphics and text. Such a configuration may be implemented in a structure in which devices for impedance measurement and an ECG processing unit are implemented as one card in an existing personal computer and then inserted into an expansion slot.
도 6은 본 발명에 따라 심박출량 및 심전도 모니터링장치에 의해 디스플레이되는 파형을 도시한 파형도로서, (가)는 본 발명에 따라 측정된 몸통의 임피던스 미분 파형(dZ/dt)을 도시한 파형도이고, (나)는 심장소리(heart sound)를 표시한 파형도이다.6 is a waveform diagram showing waveforms displayed by the cardiac output and electrocardiogram monitoring apparatus according to the present invention, and (a) is a waveform diagram showing the impedance differential waveform (dZ / dt) of the body measured according to the present invention. (B) is a waveform diagram showing a heart sound.
도 6의 (가)를 참조하면, 임피던스 변화(△Z)를 미분한 신호(dZ/dt)파형에서 횡축선은 '0'값을 나타내고, 이 횡축선에서 위로 올라갈수록 임피던스가 낮아지는 것(부의 방향)을, 아래로 내려 갈수록 임피던스가 높아지는 것(양의 방향)을 나타낸다. 그리고 신호파형에서 'a'는 심방수축에 의한 것이고, 'b'는 대동맥의 판막 열림에 의한 것이며, 'c'는 심실수축에 의한 것으로 심실의 박출속도의 변화율을 나타낸다. 'x'는 대동맥의 판막의 닫힘에 의한 것이고, 'o'는 심실의 이완에 의한 것으로서 심실로의 급속한 혈액유입을 나타낸다. 신호파형을 살펴보면, 심실수축에 의해 흉부의 혈액량이 증가하면서 임피던스가 급속히 낮아지고, 'x' 부근에서 급격한 포지티브 펄스가 발생되는 것을 알 수 있는데, '0'으로부터 'c'까지의 값을 최소 미분값(dZ/dt min)이라 한다. 그리고 심실수축이 시작되고 최소 미분값의 15%(0.15 dZ/dt min)가 되는 시점부터 'x' 지점까지의 시간을 심실수축기(VET)라 한다. 이와 같이 구해진 임피던스 미분파형으로 다음 수학식4에 따라 1회 심박출량을 산출할 수 있다. 수학식 4는 수학식 2를 개량한 것이다.Referring to FIG. 6A, in the signal (dZ / dt) waveform obtained by differentiating the impedance change (ΔZ), the horizontal axis represents a value of '0', and the higher the impedance is, the lower the impedance is ( The negative direction) indicates that the impedance increases (positive direction) as it goes down. In the signal waveform, 'a' is due to atrial contraction, 'b' is due to valve opening of the aorta, and 'c' is due to ventricular contraction and represents the rate of change of ventricular ejection rate. 'x' is due to the closing of the valve of the aorta and 'o' is due to the relaxation of the ventricles and indicates rapid blood flow into the ventricles. Looking at the signal waveforms, it can be seen that due to ventricular contraction, the blood volume of the chest increases, the impedance rapidly decreases, and a sudden positive pulse occurs near 'x', and the value from '0' to 'c' is the minimum derivative. It is called a value (dZ / dt min). The time from the start of ventricular contraction and 15% of the minimum derivative (0.15 dZ / dt min) to the point 'x' is called the ventricular constrictor (VET). With the impedance differential waveform thus obtained, one-time cardiac output can be calculated according to the following equation (4). Equation 4 is an improvement of Equation 2.
여기서, ρ는 혈액의 저항율(resistivity)이고, L은 전압전극 사이의 거리이며, Z0는 베이스라인 임피던스이다. 그리고 (dZ/dt)min은 최소미분값이고, VET는 심실수축기이다.Where ρ is the resistivity of blood, L is the distance between voltage electrodes, and Z 0 is the baseline impedance. And (dZ / dt) min is the minimum derivative and VET is the ventricular constrictor.
도 6의 (나)는 심장소리를 나타낸 파형으로서, 제1 심음(S1)과 제2 심음(S2) 사이에서 심실 수축에 의해 임피던스가 크게 변화되는 것을 알 수 있고, 심실수축 주기(VET)를 결정하는 'x' 지점과 제2 심음(S2)의 시작이 일치하는 것을 알 수 있다.6B is a waveform showing the heart sound, and it can be seen that impedance is greatly changed by ventricular contraction between the first heart sound S1 and the second heart sound S2, and the ventricular contraction period VET is represented. It can be seen that the 'x' point to determine and the start of the second heart sound (S2) coincide.
도 7은 본 발명에 따라 설치된 전극을 이용하여 단위시간당 심박출량을 산출하는 과정을 도시한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 단계 S1에서는 인체의 한쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 한쌍의 전류전극(32a,32b)을 설치하고, 다른 쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전압전극(34a,34b)을 설치한다. 단계 S2에서는 소정의 전류를 발생하여 전류전극(32a,32b)을 통해 인체에 인가하고, 단계 S3에서는 전압전극(34a,34b)을 통해 몸통의 전압을 측정한다. 단계 S4에서는 측정된 전압으로부터 몸통의 임피던스를 수학식 1에 따라 산출하고, 단계 S5에서는 산출된 임피던스의 미분값(dZ/dt) 파형으로부터 최소미분값(dZ/dt min)과 심실수축기(VET)를 구한다. 단계 S6에서는 산출된 최소미분값(dZ/dt min)과 심실수축기(VET)로부터 수학식4에 따라 1회 심박출량(stroke volume)을 산출하고, 단계 S7에서는 단계 S6에서 구한 1회 심박출량을 1분간 누적하여 단위시간당 심박출량(cardiac output)을 산출한다. 이때 단위시간당 심박출량은 상기 수학식 3에 따라 1분간의 심장 박동수를 카운트한 후 1회 심박출량을 곱하여 구할 수도 있다. 단계 S8에서는 측정된 임피던스 미분값(dZ/dt) 파형과 1회 심박출량(stroke volume) 및 단위시간당 심박출량(cardiac output)을 그래픽과 숫자 및 문자로 CRT상에 표시한다.7 is a flowchart illustrating a process of calculating a cardiac output amount per unit time using an electrode installed according to the present invention. Referring to FIG. 7, in step S1, a pair of current electrodes 32a and 32b are installed in one hand (or arm) and a foot (or leg) of the human body, and the other hand (or arm) and foot (or leg) are installed. Voltage electrodes 34a and 34b are provided at the ends. In step S2, a predetermined current is generated and applied to the human body through the current electrodes 32a and 32b, and in step S3, the voltage of the body is measured through the voltage electrodes 34a and 34b. In step S4, the impedance of the torso is calculated from the measured voltage according to Equation 1, and in step S5, the minimum derivative (dZ / dt min) and the ventricular systolic device (VET) are calculated from the calculated derivative value (dZ / dt) waveform. Obtain In step S6, the stroke volume is calculated from the calculated minimum differential value (dZ / dt min) and the ventricular contractor (VET) according to the equation (4), and in step S7, the one-time cardiac output obtained in step S6 is calculated. Accumulate for 1 minute to calculate cardiac output per unit time. In this case, the cardiac output amount per unit time may be calculated by multiplying the cardiac output amount by counting the heart rate for 1 minute according to Equation 3 above. In step S8, the measured impedance differential value (dZ / dt) waveform, one stroke volume, and cardiac output per unit time are displayed on the CRT in graphics, numbers, and letters.
도 8은 본 발명에 따라 전극을 설치하는 다른 실시예로서, 발판에 플레이트형 전극을 설치하고 손에 봉형 전극을 사용할 경우를 도시한 도면이다. 이와 같은 전극설치는 체성분 분석을 위한 전극설치와 동일한데, 체성분 분석을 위해 사용되는 전극이 8개임에 반해 단위시간당 심박출량을 측정하기 위해서는 8개의 전극중에서 4개의 전극만을 선택하여 그대로 사용할 수 있고, 심전도를 측정하기 위해서는 3개의 전극만을 선택하여 그대로 사용할 수 있다.8 is a view illustrating a case in which a plate-shaped electrode is installed on a scaffold and a rod-shaped electrode is used in a hand as another embodiment of installing an electrode according to the present invention. The electrode installation is the same as the electrode installation for body composition analysis, while eight electrodes are used for body composition analysis, in order to measure the cardiac output per unit time, only four of the eight electrodes can be selected and used as they are. In order to measure the ECG, only three electrodes can be selected and used as they are.
도 8을 참조하면, 발판에 설치된 플레이트형 전극은 발의 앞부분이 접촉되는 전극(E5 혹은 E7)과 발의 뒷꿈치가 접촉되는 전극(E6 혹은 E8)으로 구분되어 양 발에 4개의 터치식 전극(E5,E6,E7,E8)이 접촉되고, 손에는 손바닥 부분이 접촉되는 봉의 원주면 전극(E1,E3)과 엄지부분이 접촉되는 봉의 윗부분 전극(E2,E4)으로 구분되어 양 손에 4개의 봉형 전극(E1,E2,E3,E4)이 접촉된다. 이와 같이 설치된 8개의 전극(E1∼E8)은 체성분 분석을 위해 사용될 수 있는 전극으로서, 이 전극들중에서 필요에 따라 요구되는 전극을 선택하여 심박출량 측정과 ECG측정에 사용될 수 있다. 예컨대, E1전극과 E5전극에 고주파 전류를 인가하고, E3전극과 E7전극에서 전압을 측정하여 단위시간당 심박출량을 산출할 수 있다.Referring to FIG. 8, the plate-shaped electrode installed on the footboard is divided into an electrode E5 or E7 with which the front part of the foot contacts and an electrode E6 or E8 with which the heel of the foot is contacted. E6, E7, E8 are in contact, the hands are divided into the circumferential electrodes (E1, E3) of the rods in contact with the palms and the upper electrodes (E2, E4) of the rods in contact with the thumb. (E1, E2, E3, E4) are in contact. The eight electrodes E1 to E8 provided as described above are electrodes that can be used for body composition analysis, and may be used for cardiac output measurement and ECG measurement by selecting an electrode required from these electrodes as needed. For example, a high frequency current may be applied to the E1 electrode and the E5 electrode, and the cardiac output per unit time may be calculated by measuring the voltage at the E3 electrode and the E7 electrode.
도 9는 본 발명에 따라 전극을 설치하는 또다른 실시예로서 집게형 전극을 양 팔과 양 다리에 사용한 경우를 도시한 도면이다. 환자의 경우에는 봉형전극을 사용하기가 불편하므로 이와 같이 집게형 전극을 사용하여 심박출량이나 ECG를 측정할 수 있다. 특히, 집게형 전극을 사용할 경우에는 부착하는 타입의 전극보다 전극을 설치 및 이동하기가 편리하다. 도 9에서 400a는 전압계와 전류계를 포함하는 심박출량 측정부를 나타내고, 실선은 전류의 흐름을 나타내며, 점선은 전압의 흐름을 나타낸다.9 is a view showing a case in which a forceps-type electrode is used for both arms and legs as another embodiment for installing the electrode according to the present invention. In the case of patients, it is inconvenient to use rod-shaped electrodes, and thus, the amount of cardiac output or ECG can be measured using the forceps-type electrode. In particular, when using a tong type electrode, it is more convenient to install and move the electrode than the electrode of the attaching type. In FIG. 9, 400a represents a cardiac output measuring unit including a voltmeter and an ammeter, a solid line represents a flow of current, and a dotted line represents a flow of voltage.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 인체의 양쪽 손(또는 팔)과 발(또는 다리)에 전극을 설치한 후 몸통의 임피던스 변화량을 정확하게 측정하여 심박출량를 산출하므로써 종래에 비해 잡음에 따른 오류를 줄일 수 있고, 전극설치가 편리하여 환자에 대한 치료 행위에 지장을 주지 않을 수 있으며, 전극이 이동되더라도 측정치가 변하지 않아 종래에 비해 잡음이 적게 발생되는 효과가 있다. 그리고 스위치를 추가하여 심박출량 측정에 사용되는 전극을 그대로 심전도(ECG) 측정에 사용할 수 있어 편리하고, 전극의 부착 및 탈착이 용이한 집게형 전극이나 봉형 전극, 터치식 전극등을 사용할 수도 있다.As described above, according to the present invention, by installing electrodes on both hands (or arms) and feet (or legs) of the human body, an error due to noise is calculated by accurately calculating the amount of cardiac output by accurately measuring the change in impedance of the body. It can be reduced, and the installation of the electrode can be convenient does not interfere with the treatment for the patient, the measurement value does not change even if the electrode is moved, there is an effect that less noise than the conventional. In addition, an electrode used for measuring cardiac output by adding a switch can be used as it is for ECG measurement as it is, and a forceps-type electrode, a rod-type electrode, and a touch electrode, which are convenient and easy to attach and detach an electrode, may be used.
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