KR100682941B1 - 생체신호 동시 측정장치 및 방법 - Google Patents

생체신호 동시 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

생체신호 동시 측정장치 및 그 방법이 개시된다. 생체신호 동시 측정장치는 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여, 생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 자극신호 발생부; 상기 생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부; 및 상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 신호획득부를 포함한다.

Description

생체신호 동시 측정장치 및 방법 {Apparatus and method for simultaneously measuring bio signals}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 생체신호 동시 측정장치의 일측면에 따른 세부적인 구성을 보여주는 블럭도,
도 3은 도 1에 도시된 생체신호 동시 측정장치의 다른 측면에 따른 세부적인 구성을 보여주는 블럭도,
도 4a 및 도 4b는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 및 제2 시간적분리부에 채택된 시간적분리 방법의 예들을 보여주는 도면,
도 5는 도 3에 도시된 합성부에 있어서 2개의 교류전류를 합성하는 일예를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블럭도,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블록도,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여 주는 블록도, 및
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체신호 동시 측정방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 생체신호 측정에 관한 것으로서, 특히 상호간에 간섭없이 적어도 두가지 이상의 생체신호를 동시에 측정할 수 있는 생체신호 동시 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
사람의 건강상태를 판단하기 위해서는 다양한 생체신호를 측정하여 비정상적인 징후를 조사함으로써 이루어질 수 있다. 생체신호를 보다 정확하게 측정하기 위한 전문적인 진료기기를 사용하기 위해서는 통상 환자가 직접 병원을 방문하게 된다. 최근에는 병원 방문의 번거로움을 해소하고 시간 및 비용 낭비를 보다 최소화하기 위하여 원격 진료에 관한 연구가 여러 분야에 걸쳐 이루어지고 있다. 원격 진료의 일환으로서 생체신호를 측정하는 기기에 관하여 다양한 형태의 제품들이 출시되고 있다. 그러나, 사용자의 조작이 미숙한 경우 생체신호 측정의 정확도에 한계가 따르고, 다양한 종류의 생체신호를 측정하기 위해서는 해당하는 여러 개의 측정기기를 구입해야 하므로 비용 부담이 증가된다.
생체신호 측정기기와 관련한 종래 기술의 일예로는 본체를 중심으로 측정을 원하는 생체신호를 감지하기 위한 센서를 문어발 형태로 연결시켜 측정하는 형태가 있다. 이에 따르면, 사용자가 측정에 필요한 혈압계, 체중계 또는 SpO2 측정기 등과 같은 측정모듈을 본체에 유선 혹은 무선으로 연결시킨다. 사용자는 측정을 원하는 항목을 본체의 키패널에서 선택함으로써 생체신호 측정이 이루어진다. 그러나, 매 측정시마다 측정항목을 선택하여야 하며, 측정항목별로 측정방법을 바꾸어야 하므로 번거로울뿐 아니라, 측정에 소요되는 시간도 증가된다. 또한, 각 측정모듈이 본체와 연결되어야 하므로 시스템이 복잡하고 측정기기 전체를 구현하는 비용부담이 상승된다.
한편, 생체신호 측정기기와 관련한 종래 기술의 다른 예로는 미국특허번호 5,152,296호 및 대한민국 공개특허번호 2001-0096186호에 개시된 기술이 있다. 미국특허번호 5,152,296호에서는 각 측정항목에 해당하는 다양한 센서를 집적화시켜 측정의 편리성을 도모한다. 이에 따르면, 심전도(ECG), SpO2, 혈압 등과 같이 각 생체신호를 검출하기 위한 항목별로 별도의 센서를 마련해 두고, 이들 센서를 하나의 센서모듈로 집적화시킨다. 그러나, 이와 같은 구조는 한번의 측정동작으로 여러가지의 생체신호를 측정할 수 있는 측정의 편리성은 향상될 수 있으나, 측정항목별로 각 센서가 별도로 존재하여야 하므로 비용상승의 문제가 여전히 존재하고, 센서모듈의 공간적인 제약으로 인하여 측정항목의 종류에 제한이 있다. 대한민국 공개특허번호 2001-0096186에 개시된 통합의료진단장치는 환자의 생체신호를 검출하기 위한 복수개의 센서들이 일체화되어 구성된 센서부, 센서부에서 검출된 생체신호에 대응되는 정보를 각각 측정할 수 있는 복수개의 의료기기들을 모듈화하여 환 자가 원하는 의료기기로 교환 및 착탈이 가능하도록 구성된 모듈부 및 모듈부를 그 내부에 포함하고, 상기 센서부가 외부 홈으로 형성된 후두케이스로 이루어진다. 이에 따르면, 사용자의 생체신호를 측정하는 센서들을 일체화하고, 센서들을 통해 측정된 생체신호를 수집할 수 있도록 하는 장치를 모듈화함으로써 사용자 스스로가 측정하고자 하는 생체신호를 간편하게 측정할 수 있도록 한다. 그러나, 이 경우에도 선택스위치를 이용하여 측정하고자 하는 생체신호를 순차적으로 측정하게 됨으로써, 측정에 소요되는 시간이 길어질 뿐 아니라, 한번의 측정으로 여러가지의 생체신호를 동시에 측정하기는 어렵다.
한편, 생체신호를 측정하는 방법은 크게 두가지로 구분된다. 첫째, 심전도, 체온, 호흡 또는 맥박 등과 같이 생체내에서 자연적으로 발생하는 생체신호는 전극을 이용하여 바로 측정할 수 있다. 심전도의 경우 생체에서 서로 다른 위치, 예를 들면 심장을 중심으로 왼쪽과 오른쪽 양단에 설치된 두 전극간의 전위차를 이용하여 측정할 수 있다. 둘째, 체지방, 피부저항 또는 혈류량 등과 같은 생체신호는 외부에서 자극을 인가하고, 외부의 자극신호에 대한 반응으로 나타나는 신호로부터 측정할 수 있다. 예를 들면, 체지방의 경우 양단에 부착된 전극으로 자극신호를 인가한 다음, 그 반응으로 동일한 전극 또는 서로 다른 전극에 나타나는 신호를 측정하고, 피부저항의 경우 왼쪽에 설치된 전극을 통해 자극신호를 인가하고, 그 반응으로 왼쪽에 설치된 동일한 전극을 통해 나타나는 신호를 측정한다. 자극신호로 인가될 수 있는 신호로는 각 생체신호별로 민감하게 반응하는 파장의 광 또는 각 생체신호별로 최적화된 주파수의 교류 정전류를 들 수 있다. 예를 들면, 체지방의 경우 수십 KHz의 주파수에, 피부저항의 경우 20 내지 50 Hz 범위에 존재하는 임의의 주파수에 최적화되어 있다.
이와 같이 서로 다른 물리적 기전을 갖는 두가지 생체신호를 동시에 측정함에 있어서 측정경로가 다른 경우, 예를 들면 광을 인가하여 제1 생체신호를 측정하는 동시에 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 측정하는 경우에는 제1 및 제2 생체신호간에는 서로 간섭이 일어나지 않는다. 그러나 측정경로가 동일할 경우, 예를 들면 전류를 인가하여 제1 생체신호를 측정하는 동시에 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 측정하는 경우에는 제1 및 제2 생체신호간에는 서로 간섭이 일어나게 되어 정확한 측정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상호간에 간섭없이 적어도 두가지 이상의 생체신호를 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생체신호 동시 측정장치는 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여, 생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 자극신호 발생부; 상기 생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부; 및 상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 신호 획득부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생체신호 동시 측정방법은 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여, 생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부를 제공하는 단계; 상기 생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 단계; 및 상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 단계를 포함한다.
상기 생체신호 동시 측정방법에서 상기 자극신호 인가단계 및 제1 및 제2 생체신호 분리획득단계는 바람직하게는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 신호를 제1 생체신호, 자연적으로 발생하는 신호를 제2 생체신호라 한다. 본 발명에 따르면, 생체에 부착되는 센싱부(도 1의 140)는 자극신호가 인가되면서 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어진다. 특히, 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 각 중간신호를 검출한다. 또한, 제2 시간적분리부(도 1의 150) 및 신호획득부(도 1의 160)는 센싱부(140)로부터 검출되는 각 중간신호에서 시간적분리를 이용하여 제1 및 제2 생체신호를 분리 획득한다. 시간적분리는 신호들을 시간적으로 분리시킴으로써 측정하고자 하는 제1 및 제2 생체신호가 존재하는 주파수대역에 상관없이 사용될 수 있다. 그러나, 시간적분리의 성능은 제어부(도 1의 110)의 프로세싱 속도와 밀접한 관계가 있으므로 측정항목이 많아지면 저급의 제어부는 그 성능을 보장하기 어렵다. 한편, 전기적분리는 센싱부로부터 검출되는 중간신호로부터 원하는 주파수대역의 신호를 얻기 위한 필터와 절연부의 간단한 조합으로 신호들을 분리할 수 있다. 그러나, 전기적분리는 측정하고자 하는 신호들의 주파수대역이 서로 떨어져 있는 경우에만 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블럭도로서, 시간적분리에 의해 제1 및 제2 생체신호를 측정한다. 생체신호 동시 측정장치는 항목 선택부(100), 제어부(110), 자극신호 발생부(120), 제1 시간적분리부(130), 센싱부(140), 제2 시간적분리부(150), 신호획득부(160), 신호분석부(170), 저장부(180) 및 표시부(190)로 이루어진다. 여기서, 항목 선택부(100)는 옵션으로 구비될 수 있는 구성요소이다.
도 1을 참조하면, 항목 선택부(100)는 사용자가 동시에 측정하고자 하는 생체신호를 선택한다. 사용자는 다양한 제1 생체신호 중 적어도 하나 이상, 다양한 제2 생체신호 중 적어도 하나 이상을 선택할 수 있다. 다른 실시예로는 항목 선택부(100)는 미리 설정된 복수개의 측정항목 중, 사용자가 측정에서 제외하고자 하는 항목을 선택하도록 구성할 수 있다.
제어부(110)는 동시에 측정된 제1 및 제2 생체신호 간의 간섭을 방지하기 위하여 일정한 시간 간격으로 제1 및 제2 시간적분리부(130,150)를 스위칭하기 위한 제어신호를 발생시킨다. 예를 들어, 제어부(110)는 도 4a 혹은 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 생체신호와 제2 생체신호를 동시에 측정하는데 소요되는 전체시간(T)을 매우 짧은 샘플링 주기의 펄스신호로 분할하고, 제1 구간(Ta)은 자극신호를 센싱부(140)로 인가하여 제1 생체신호를 측정하는 구간이고, 제2 구간(Tb)는 제2 생체신호를 측정하는 구간이다.
자극신호 발생부(120)는 각각의 제1 생체신호에 대하여 생체가 가장 잘 반응하는 자극신호를 발생시켜 제1 시간적분리부(130)로 인가한다. 예를 들어 제1 생체신호가 체지방인 경우에는 수십 KHz의 주파수를 갖는 교류전류를 자극신호로, 제1 생체신호가 피부저항인 경우에는 20 내지 50 Hz 범위의 주파수를 갖는 교류전류를 자극신호로 인가할 수 있다. 한편, 자극신호 발생부(120)에는 각각의 제1 생체신호별로 해당하는 자극신호가 매핑되어 있다. 따라서, 항목 선택부(100)에서 사용자가 항목을 선택하면 해당하는 자극신호가 제1 시간적분리부(130)로 인가된다. 만약, 두가지 이상의 제1 생체신호를 선택한 경우 각 항목별로 해당하는 자극신호를 발생시킨 후 합성하여 제1 시간적분리부(130)로 인가할 수 있다.
제1 시간적분리부(130)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어신호에 따라 동작하며, 제2 생체신호 측정시 자극신호에 의해 야기되는 간섭을 방지하기 위한 것이다. 이에 따르면 일정한 시간 간격으로 자극신호가 센싱부(140)에 인가된다.
센싱부(140)는 생체에 부착가능한 복수개의 전극들로 이루어지며, 자극신호를 인가하거나 각 중간신호를 검출하기 위하여 적어도 하나 이상의 전극이 공유할 수 있도록 구성된다. 일 실시예에서는 왼손과 오른손 손바닥에 각각 2개씩 부착가능한 총 4개의 전극들로 이루어진다. 다른 실시예에서는 왼손과 오른손 손바닥에 각각 1개씩 부착가능한 총 2개의 전극들로 이루어진다. 여기서 부착위치는 왼손과 오른손에 한정되지 않으며 제1 생체신호 혹은 제2 생체신호가 검출가능한 임의의 위치라도 무방하다. 제1 생체신호를 측정하기 위해서는 복수개의 전극들 중 적어도 두개 이상의 전극으로 자극신호를 인가하고 적어도 두개 이상의 전극으로부터 검출되는 중간신호를 이용하고, 제2 생체신호를 측정하기 위해서는 복수개의 전극들 중 적어도 두개 이상의 전극으로부터 검출되는 중간신호를 이용한다.
제2 시간적분리부(150)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어신호에 따라 동작하며, 신호획득부(160)에서 제1 및 제2 생체신호 획득시 상호간에 간섭을 일으키지 않도록 한다. 이에 따르면, 센싱부(140)를 구성하는 복수개의 전극들로부터 제1 및 제2 중간신호가 일정한 시간 간격으로 검출된다. 제2 시간적분리부(150)는 제1 시간적분리부(130)와 동기되어 동작하며, 모두 아날로그 스위치로 구현될 수 있다.
신호획득부(160)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어신호에 따라서 동작하며, 제2 시간적분리부(150)의 동작에 따라서 일정한 시간 간격으로 센싱부(140)로부터 검출되는 제1 및 제2 중간신호로부터 제1 및 제2 생체신호를 분리 획득한다. 만약, 복수의 제1 생체신호가 선택되고 각각의 제1 생체신호에 해당하는 주파수를 갖는 자극신호가 센싱부(140)에 인가된 경우, 각각의 주파수를 이용하여 해당하는 제1 생체신호를 획득할 수 있다.
신호분석부(170)는 신호획득부(160)에서 획득한 제1 및 제2 생체신호를 분석하여 대응하는 데이터를 획득한다. 예를 들어, 체지방 혹은 피부저항과 같은 제1 생체신호는 2개의 전극으로부터 검출되는 양단 전압차로부터 얻어지는 임피던스로 측정될 수 있고, 심전도와 같은 제2 생체신호에 대응하는 데이터는 적어도 2개의 전극으로부터 검출되는 전위차로부터 얻어질 수 있다.
저장부(180)는 신호분석부(170)에서의 분석결과 얻어지는 제1 생체신호 및 제2 생체신호에 대응하는 데이터를 저장한다. 표시부(190)는 신호분석부(170)에서의 분석결과 얻어지는 제1 생체신호 및 제2 생체신호에 대응하는 데이터를 화면상에 표시한다.
도 2는 도 1에 도시된 생체신호 동시 측정장치의 일측면에 따른 세부적인 구성을 보여주는 블록도이다. 도 2에 따르면, 자극신호 발생부(220)는 전류발생부(221)로 이루어지고, 제1 시간적분리부(230)는 제1 스위치(231)로 이루어진다. 센싱부(240)는 제1 및 제3 전극(E1,E3)으로 구성되는 제1 전극군(241)과 제2 및 제4 전극(E2,E4)으로 구성되는 제2 전극군(243)으로 이루어지고, 제2 시간적분리부(250)는 제2 스위치(251)와 제3 스위치(253)로 이루어진다. 신호획득부(260)는 제1 획득부(261) 및 제2 획득부(264)로 이루어진다. 제1 획득부(261)는 제1 증폭부(262)와 제1 필터링부(263)로, 제2 획득부(264)는 제2 증폭부(265) 및 제2 필터링부(266)로 이루어진다.
설명의 편의를 위하여 전류 인가시 그 반응으로 발생되는 제1 생체신호의 예 로는 체지방신호 혹은 피부저항신호를, 자연적으로 발생되는 제2 생체신호의 예로는 심전도신호를 들기로 한다.
심전도 신호는 심장의 전기 활동에 의하여 나타나며, 심장을 중심으로 적어도 두 군데 이상의 위치에서 나타나는 전위차를 이용하여 검출된다. 전위차는 심장과 멀어질수록 차이가 있으며, 본 발명에서는 측정위치의 일예로서 손바닥이 사용된다. 심전도를 측정하기 위하여 센싱부(240)에서는 3개의 전극, 예를 들면, 제2 전극 내지 제4 전극(E2,E3,E4)을 사용하거나, 2개의 전극, 예를 들면 제3 및 제4 전극(E3,E4)을 사용하기로 한다.
체지방은 생체 내부에 존재하는 체지방량에 따라서 생체의 양단에서 나타나는 저항값을 이용하여 측정하는데, 이를 위하여 일정한 교류전류를 인가한 다음 두개의 전극간의 전압변화를 저항값으로 환산한다. 이때, 교류전류의 주파수는 생체내의 체지방성분에 잘 반응하는 주파수, 바람직하게는 50 KHz를 사용한다. 체지방을 측정하기 위하여 2 전극을 사용하는 경우, 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로 교류전류를 인가한 다음, 제1 및 제2 전극(E1, E2) 간에 나타나는 교류전압을 측정하고, 4 전극을 사용하는 경우 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로 교류전류를 인가한 다음, 제3 및 제4 전극(E3, E4) 간에 나타나는 교류전압을 측정한 다음, 측정된 교류전압을 임피던스로 환산한다. 본 실시예에서는 4 전극을 사용하기로 한다. 한편, 자율신경계의 변화에 따라서 피부에 땀이 나고, 이에 따라 변하는 피부 표면의 저항값을 측정하기 위하여 사용되는 교류전류의 주파수는 생체의 피부저항에 가장 잘 반응하는 주파수, 바람직하게는 20 내지 50 Hz 범위에 존재하는 임의의 주파수를 사용한 다. 피부저항을 측정하기 위해서는 제1 및 제3 전극(E1, E3)으로 교류전류를 인가한 다음, 제1 및 제3 전극(E1, E2) 간에 나타나는 교류전압을 측정하고, 측정된 교류전압을 저항값으로 환산한다.
상기와 같은 생체신호 측정원리를 바탕으로 하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 전류발생부(221)는 각각의 제1 생체신호에 대응되는 주파수를 갖는 교류전류를 발생시킨다. 즉, 제1 생체신호가 체지방인 경우 50 KHz의 주파수를 갖는 교류전류(도 5의 If2)를 발생시킨다.
제1 스위치(231)는 제어부(110)의 제어신호에 따라 절환되며, 제1 생체신호를 측정하는 Ta 구간(도 4a 및 도 4b)에서는 제1 스위치(231)의 접점(a1)이 접점(b1)에 접속된다. 한편, 제2 생체신호를 측정하는 Tb 구간(도 4a 및 도 4b)에서는 제1 스위치(231)의 접점(a1)이 접점(c1)에 접속된다. 이에 따르면, Tb 구간에서는 전류발생부(221)로부터 제공되는 교류전류가 센싱부(240)의 제2 전극(E2)에 인가되지 않고, Ta 구간에서만 전류발생부(221)로부터 제공되는 교류전류가 센싱부(240)의 제2 전극(E2)에 인가된다. 비록 전류발생부(221)로부터 제공되는 교류전류가 구간에 상관없이 항상 센싱부(240)의 제1 전극(E1)에 인가되더라도, Tb 구간에서는 교류전류가 센싱부(240)의 제2 전극(E2)에 인가되지 않아서 전류루프가 형성되지 않기 때문에 Tb 구간에서의 제2 생체신호 측정에는 아무런 간섭을 일으키지 않는다.
제2 스위치(251) 및 제3 스위치(253)는 제1 스위치(231)와 동기되어 제어부(110)의 제어신호에 따라 절환되며, 제1 생체신호를 측정하는 Ta 구간(도 4a 및 도 4b)에서는 제2 스위치(251)의 접점(a2)이 접점(b2)에, 제3 스위치(253)의 접점(a3)이 접점(b3)에 접속된다. 한편, 제2 생체신호를 측정하는 Tb 구간(도 4a 및 도 4b)에서는 제2 스위치(251)의 접점(a2)이 접점(c2)에, 제3 스위치(253)의 접점(a3)이 접점(c3)에 접속된다. 이에 따르면, Ta 구간에서는 체지방의 경우 센싱부(240)의 제3 및 제4 전극(E3, E4) 간에 나타나는 교류전압이 신호획득부(260)의 제1 획득부(261)로 제공되고, Tb 구간에서는 센싱부(240)의 제3 및 제4 전극(E3, E4)에 나타나는 전압이 신호획득부(260)의 제2 획득부(264)로 제공된다.
제1 획득부(261)에 있어서, 제1 증폭부(262)는 Ta 구간마다 제2 및 제3 스위치(251, 253)에 의해 연결되는 제3 및 제4 전극(E3, E4) 간의 교류전압을 증폭시켜 제1 필터링부(263)로 제공한다. 제1 필터링부(263)에서는 제1 증폭부(262)로부터 제공되는 신호를 필터링하여 잡음 성분을 제거한 다음, 신호분석부(도 1의 170)로 제공한다. 제2 획득부(264)에 있어서, 제2 증폭부(265)는 Tb 구간마다 제1 스위치(231)에 의해 연결되는 제2 전극(E2)을 심전도의 오른다리 구동회로용 전극(G: Right Leg Driver)으로 설정하고, 제2 및 제3 스위치(251, 253)에 의해 연결되는 제3 및 제4 전극(E3, E4)의 전압값 간의 차이, 즉 전위차 신호를 차동증폭시켜 제2 필터링부(266)로 제공한다. 제2 필터링부(266)에서는 제2 증폭부(265)로부터 제공되는 신호를 필터링하여 잡음 성분을 제거한 다음, 신호분석부(도 1의 170)로 제공한다.
한편, 체지방 대신 피부저항을 측정하고자 하는 경우에는 도 2의 센싱부(240)과 신호획득부(260) 간의 연결관계를 수정함으로써 용이하게 구현할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 생체신호 동시 측정장치의 다른 측면에 따른 세부적인 구성을 보여주는 블록도이다. 도 3에 따르면, 자극신호 발생부(320)는 제1 및 제2 전류발생부(321, 323) 및 합성부(325)로 이루어지고, 신호획득부(360)는 제1 획득부(361), 제2 획득부(365), 및 제3 획득부(369)로 이루어진다. 제1 획득부(361)는 제1 증폭부(362), 제1 분리부(363)와 제1 필터링부(364)로, 제2 획득부(365)는 제2 증폭부(366), 제2 분리부(367)와 제2 필터링부(368)로, 제3 획득부(369)는 제3 증폭부(370)와 제3 필터링부(371)로 이루어진다. 도 2에 도시된 장치와 비교하여 동일한 부분에 대해서는 세부적인 설명을 생략하고, 차이가 나는 부분에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 전류발생부(321,323)는 각각의 제2 생체신호에 대응되는 주파수를 갖는 교류전류를 발생시킨다. 예를 들면, 제1 전류발생부(321)는 피부저항을 측정하기 위한 20 내지 50 Hz의 제1 주파수(f1)를 갖는 제1 교류전류(도 5의 If1)와, 제2 전류발생부(323)는 체지방을 측정하기 위한 50 KHz의 제2 주파수(f2)를 갖는 제2 교류전류(도 5의 If2)를 발생시킨다. 합성부(325)는 제1 및 제2 전류발생부(321, 323)로부터 발생되는 제1 및 제2 교류전류(If1, If2)를 합성하여, 합성된 교류전류(도 5의 Im)를 발생시켜 제1 시간적분리부(330)로 제공한다. 한편, 피부저항과 체지방 이외의 다른 제1 생체신호를 부가적으로 측정하는 경우, 제3 교류전류를 발생시켜 제1 및 제2 교류전류와 합성하여 제1 시간적분리부(330)로 제공한다.
제1 획득부(361)에 있어서 제1 증폭부(362)는 Ta 구간마다 제2 및 제3 스위치(351, 353)에 의해 연결되는 제3 및 제4 전극(E3, E4) 간의 교류전압을 증폭시켜 제1 분리부(363)로 제공한다. 제1 분리부(363)에서는 증폭된 교류전압에서 제1 주파수(f1) 성분을 분리한다. 제1 필터링부(364)에서는 제1 분리부(363)에서 분리된 제1 주파수 성분의 교류전압을 필터링하여 잡음 성분을 제거한 다음, 신호분석부(도 1의 170)로 제공한다.
제2 획득부(365)에 있어서 제2 증폭부(366)는 Ta 구간마다 제2 및 제3 스위치(351, 353)에 의해 연결되는 제3 및 제4 전극(E3, E4) 간의 교류전압을 증폭시켜 제2 분리부(367)로 제공한다. 제2 분리부(367)에서는 증폭된 교류전압에서 제2 주파수(f2) 성분을 분리한다. 제3 필터링부(368)에서는 제2 분리부(363)에서 분리된 제2 주파수 성분의 교류전압을 필터링하여 잡음 성분을 제거한 다음, 신호분석부(도 1의 170)로 제공한다.
제3 획득부(369)에 있어서, 제3 증폭부(370)는 Tb 구간마다 제1 스위치(231)에 의해 연결되는 제2 전극(E2)을 심전도의 오른다리 구동회로용 전극(G: Right Leg Driver)으로 설정하고, 제2 및 제3 스위치(251, 253)에 의해 연결되는 제3 및 제4 전극(E3, E4)의 전압값 간의 차이, 즉 전위차 신호를 차동증폭시켜 제3 필터링부(371)로 제공한다. 제3 필터링부(371)에서는 제3 증폭부(370)로부터 제공되는 신호를 필터링하여 잡음 성분을 제거한 다음, 신호분석부(도 1의 170)로 제공한다.
여기서, 동시 측정하고자 하는 제1 생체신호의 수가 m(여기서, m은 2 이상의 정수)개이며 제2 생체신호를 포함하여 총 n개의 항목을 측정하는 경우, 도 2 및 도 3의 장치는 다음과 같이 변형될 수 있다.
첫째, 도 2의 장치를 이용하는 경우 한 샘플링 주기(T1) 내에서 제1 및 제2 시간적분리부(230, 250)의 절환 동작이 n 번 수행되도록 하고, 각 절환 동작에서 해당하는 생체신호가 측정되도록 구성한다.
둘째, 도 3의 장치를 이용하는 경우, 합성부(325)는 m개 주파수성분을 갖는 교류전류들을 합성하여 센싱부(340)로 인가하고, m개의 분리부를 구비하여 센싱부(340)로부터 검출된 교류전압에서 각 주파수성분을 갖는 교류전압을 분리한다. 이 경우, 한 샘플링 주기(T1) 내에서 제1 및 제2 시간적분리부(230, 250)의 절환 동작은 2 번 수행되고, 각 절환 동작에서 제1 혹은 제2 생체신호가 측정되도록 구성한다. 여기서는 m개의 제1 생체신호가 각각 존재하는 주파수대역이 서로 다르다는 것을 전제로 한다.
도 4a 및 도 4b는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 시간적분리부(130,230,330) 및 제2 시간적분리부(150,250,350)에서 채택된 시간적분리 방법의 예들을 보여주는 도면으로서, 한 샘플링 주기(T1) 내에서 2번의 절환 동작이 수행되는 것을 예로 든 것이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, Ta 구간은 제1 생체신호를 측정하는 구간이고, Tb 구간은 제2 생체신호를 측정하는 구간이다. 한편, 도 4b에서 Td 구간은 Ta 구간에서 생체에 인가된 자극신호가 방전되는데 필요한 구간으로서, Ta 구간과 Tb 구간 사이에 마련된다. 여기서, Td 구간 크기는 실험이나 컴퓨터 시뮬레이션을 통 해 구해질 수 있다. 이에 따르면, 제1 생체신호 측정후 생체에 잔류하는 자극신호가 방전됨으로써 제2 생체신호 측정시 자극신호로 야기되는 간섭이 최소화될 수 있다. 보다 효율적인 방전을 위해서는 자극신호가 인가되는 센싱부(240,340)의 제2 전극(E2)과 접지 사이에 저항소자(미도시)와 스위치(미도시)를 직렬로 연결하고, Td 구간에서 스위치가 턴온되도록 한다. 그 결과, Td 구간에서 저항소자를 통해 신속한 방전이 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 한 샘플링 주기를 500 Hz 즉, 2 ms로 설정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블록도로서, 전기적분리에 의해 제1 및 제2 생체신호를 측정한다. 생체신호 동시 측정장치는 항목 선택부(600), 자극신호 발생부(620), 센싱부(640), 신호획득부(660), 및 신호분석부(670)로 이루어진다. 여기서, 항목 선택부(600)는 옵션으로 구비될 수 있는 구성요소이다. 또한, 신호획득부(660)는 제1 획득부와 제2 획득부로 이루어지며, 제1 획득부는 제1 필터링부(661), 제2 증폭부(662) 및 제2 필터링부(663)로, 제2 획득부는 제3 필터링부(664), 절연부(665), 제2 증폭부(666) 및 제4 필터링부(667)를 포함하여 이루어진다. 도 1에 도시된 장치와 비교하면, 도 6의 장치는 제1 및 제2 시간적분리부(130,150)를 사용하지 않는 대신, 상이한 신호획득부(660)를 사용하는데 그 차이점이 있다. 도 1의 장치와 비교하여 동일한 부분에 대해서는 세부적인 설명을 생략하고, 차이가 나는 부분에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다. 여기서는 제1 생체신호로 체지방을, 제2 생체신호로 심전도를 예로 들기로 한다.
도 6을 참조하면, 센싱부(640)의 제1 및 제2 전극(E1,E2)에는 제1 생체신호를 측정하기 위한 자극신호가 인가되고, 제2 전극(E2)을 오른다리 구동회로용 전극(G)으로 설정하고 제3 및 제4 전극(E3, E4)에서 각각 검출되는 전압이 제1 필터링부(661) 및 제3 필터링부(664)로 제공된다.
신호획득부(660)에 있어서, 제1 필터링부(661)는 센싱부(664)를 통해 검출된 전압 즉, 중간신호로부터 제1 생체신호가 존재하는 주파수 대역을 필터링한다. 제1 증폭부(662)은 제1 필터링부(661)로부터 제공되는 중간신호를 증폭시키고, 제4 필터링부(667)는 증폭된 중간신호로부터 잡음 성분을 제거하여 신호분석부(670)로 제공한다.
제3 필터링부(664)는 센싱부(664)를 통해 검출된 전압 즉, 중간신호로부터 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역을 필터링한다. 절연부(665)는 제3 필터링부(664)로부터 제공되는 중간신호에 포함된 자극신호를 차단시킨다. 여기서, 절연부(665)는 버퍼, 포토커플러 혹은 트랜스포머 등으로 구현될 수 있다. 제2 증폭부(666)은 절연부(665)를 통해 제공되는 중간신호를 증폭시키고, 제4 필터링부(667)는 제2 증폭부(666)로부터 제공되는 중간신호로부터 잡음 성분을 제거하여 신호분석부(670)로 제공한다.
도 6에 도시된 장치를 이용하는 경우, 제1 및 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역이 서로 이격되어 있을수록 보다 정확한 측정이 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블록도로서, 시간적분리 및 전기적분리에 의해 제1 및 제2 생체신호를 측정한 다. 생체신호 동시 측정장치는 항목 선택부(700), 제어부(710), 자극신호 발생부(720), 제1 시간적분리부(730), 센싱부(740), 제2 시간적분리부(750), 신호획득부(760) 및 신호분석부(770) 로 이루어진다. 여기서, 항목 선택부(700)는 옵션으로 구비될 수 있는 구성요소이다. 또한, 신호획득부(760)는 제1 내지 제3 획득부로 이루어진다. 제1 획득부는 제1 증폭부(761) 및 제1 필터링부(762), 제2 획득부는 제2 필터링부(763), 절연부(764), 제2 증폭부(765) 및 제3 필터링부(766)로, 제3 획득부는 제4 필터링부(767), 제3 증폭부(768) 및 제5 필터링부(769)를 포함하여 이루어진다. 도 6에 도시된 장치와 비교하면, 도 7의 장치는 제1 및 제2 시간적분리부(730,750)가 더 부가되는데 그 차이점이 있다. 도 6의 장치와 비교하여 동일한 부분에 대해서는 세부적인 설명을 생략하고, 차이가 나는 부분에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다. 여기서는 제1 생체신호로 심전도신호를, 제2 생체신호로 체지방 및 피부저항을 예로 들기로 한다.
도 7을 참조하면, 센싱부(740)는 제1 및 제2 자극신호가 인가되거나 제1 중간신호를 검출하는 제1 전극(E1), 제2 자극신호가 인가되거나 오른다리 구동회로용으로 사용되는 제2 전극(E2), 제1 자극신호가 인가되거나 제1 및 제2 중간신호를 검출하는 제3 전극(E3), 및 제1 및 제2 중간신호를 검출하는 제4 전극(E4)으로 이루어진다.
제1 시간적분리부(730)는 제어부(710)로부터 제공되는 제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간 즉, Ta 구간에서 제1 자극신호를, 샘플링 주기의 제2 구간 즉, Tb 구간에서 제2 자극신호를 센싱부(740)를 통해 생체로 인가한 다. 여기서, 제1 자극신호는 피부저항 측정을 위해 인가되며, 제2 자극신호를 체지방 측정을 위해 인가된다.
제2 시간적분리부(750)는 제어부(710)로부터 제공되는 제어신호에 따라서 동작하며, Ta 구간에서 센싱부(740)의 제1 및 제3 전극(E1,E3)으로부터 검출되는 제1 중간신호를, Tb 구간에서 센싱부(740)의 제3 및 제4 전극(E3,E4)으로부터 검출되는 제2 중간신호를 신호획득부(760)로 제공한다.
신호획득부(760)는 시간적분리에 의해 제1 중간신호로부터 제1 생체신호 즉, 피부저항 신호를 얻고, 필터링 및 전기적분리에 의해 제2 중간신호로부터 제1 생체신호 즉, 체지방신호와 제2 생체신호 즉, 심전도신호를 얻는다.
신호획득부(760)에 있어서, 제1 증폭부(761)는 Ta 구간에서 센싱부(740)의 제1 및 제3 전극(E1, E3)에서 검출되는 교류전압 즉, 제1 중간신호를 증폭시켜 제1 필터링부(762)로 제공한다. 제1 필터링부(762)는 제1 증폭부(761)로부터 제공되는 신호에서 잡음 성분을 제거하여 피부저항신호로서 신호분석부(770)로 제공한다.
제2 필터링부(763)는 Tb 구간에서 센싱부(740)의 제3 및 제4 전극(E3, E4)에서 검출되는 교류전압 즉, 제2 중간신호에서 제2 생체신호 즉, 심전도신호가 존재하는 주파수대역을 필터링한다. 절연부(764)는 제2 필터링부(763)로부터 제공되는 신호에서 체지방 측정을 위해 인가된 제2 자극신호를 차단시켜 제2 증폭부(765)로 제공한다. 절연부(764)는 높은 입력 임피던스를 갖는 버퍼, 포토커플러 혹은 트랜스포머 등으로 구현될 수 있다. 제2 증폭부(765)는 절연부(764)로부터 제공되는 신호를 증폭시켜 제3 필터링부(766)로 제공한다. 제3 필터링부(766)는 제2 증폭부 (765)로부터 제공되는 신호에서 잡음성분을 제거하여 제2 생체신호 즉, 심전도신호로서 신호분석부(770)로 제공한다.
제4 필터링부(767)는 Tb 구간에서 센싱부(740)의 제3 및 제4 전극(E3, E4)에서 검출되는 교류전압 즉, 제2 중간신호에서 제1 생체신호 즉, 체지방신호가 존재하는 주파수대역을 필터링한다. 제3 증폭부(768)는 제4 필터링부(767)로부터 제공되는 신호를 증폭시켜 제5 필터링부(769)로 제공한다. 제5 필터링부(769)는 제3 증폭부(768)로부터 제공되는 신호에서 잡음성분을 제거하여 제1 생체신호 즉, 체지방신호로서 신호분석부(770)로 제공한다.
도 7에 도시된 장치를 이용하는 경우, 심전도신호와 주파수 대역이 인접한 피부저항신호는 제1 및 제2 시간적분리부(730, 750)를 이용하여 분리하는 한편, 시간적분리에 의해 얻어지는 주파수대역이 서로 이격된 체지방 및 심전도 신호는 제2 및 제4 필터링부(763,767)와 절연부(764)를 이용하여 분리함으로써, 제1 및 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역에 상관없이 다양한 생체신호를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 제2 시간적분리부(750)의 후단에는 지터를 방지하는 회로가 더 부가되고, 지터방지회로로 인한 임피던스 감소를 보상하기 위한 임피던스 매칭회로가 더 부가될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체신호 동시 측정장치의 구성을 보여주는 블록도로서, 시간적분리 및 전기적분리에 의해 제1 및 제2 생체신호를 측정한다. 생체신호 동시 측정장치는 항목 선택부(800), 제어부(810), 자극신호 발생부(820), 제1 시간적분리부(830), 센싱부(840), 제2 시간적분리부(850), 신호획득부 (860) 및 신호분석부(870)로 이루어진다. 여기서, 항목 선택부(800)는 옵션으로 구비될 수 있는 구성요소이다. 또한, 신호획득부(860)는 제1 내지 제3 획득부로 이루어진다. 제1 획득부는 제1 증폭부(861) 및 제1 필터링부(862), 제2 획득부는 제2 필터링부(863), 절연부(864), 제2 증폭부(865) 및 제3 필터링부(866)로, 제3 획득부는 제4 필터링부(867), 제3 증폭부(868) 및 제5 필터링부(869)를 포함하여 이루어진다. 도 6 및 도 7에 도시된 장치와 비교하면, 도 8의 장치는 제1 및 제2 시간적분리부(830,850)가 더 부가되며, 그 위치에 그 차이점이 있다. 도 6 및 도 7의 장치와 비교하여 동일한 부분에 대해서는 세부적인 설명을 생략하고, 차이가 나는 부분에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다. 여기서는 제1 생체신호로 심전도신호를, 제2 생체신호로 체지방 및 피부저항을 예로 들기로 한다.
도 8을 참조하면, 센싱부(840)는 제1 및 제2 자극신호가 인가되거나 제1 중간신호를 검출하는 제1 전극(E1), 제2 자극신호가 인가되거나 오른다리 구동회로용으로 사용되는 제2 전극(E2), 제1 자극신호가 인가되거나 제1 및 제2 중간신호를 검출하는 제3 전극(E3), 및 제1 및 제2 중간신호를 검출하는 제4 전극(E4)으로 이루어진다.
제1 시간적분리부(830)는 제어부(810)로부터 제공되는 제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간 즉, Ta 구간에서 제1 자극신호를 센싱부(840)를 통해 생체로 인가한다. 여기서, 제1 자극신호는 피부저항 측정을 위해 인가된다.
제2 시간적분리부(850)는 제어부(810)로부터 제공되는 제어신호에 따라서 동 작하며, Ta 구간에서 센싱부(840)의 제1 및 제3 전극(E1,E3)으로부터 검출되는 제1 중간신호를, Tb 구간에서 센싱부(840)의 제3 및 제4 전극(E3,E4)으로부터 검출되는 제2 중간신호를 신호획득부(860)로 제공한다.
한편, 체지방 측정을 위해 인가되는 제2 자극신호는 구간에 상관없이 센싱부(840)를 통해 생체로 인가되어, 구간에 상관없이 센싱부(840)의 제3 및 제4 전극(E3,E4)로부터 제3 중간신호가 검출된다.
신호획득부(860)는 필터링을 이용하여 체지방신호를 얻고, 시간적분리 및 전기적분리에 의해 피부저항 신호와 심전도신호를 얻는다.
신호획득부(860)에 있어서, 제1 증폭부(861)는 Ta 구간에서 센싱부(840)의 제1 및 제3 전극(E1, E3)에서 검출되는 교류전압 즉, 제1 중간신호를 증폭시켜 제1 필터링부(862)로 제공한다. 제1 필터링부(862)는 제1 증폭부(861)로부터 제공되는 신호에서 잡음 성분을 제거하여 피부저항신호로서 신호분석부(870)로 제공한다.
제2 필터링부(863)는 Tb 구간에서 센싱부(840)의 제3 및 제4 전극(E3, E4)에서 검출되는 교류전압 즉, 제2 중간신호에서 제2 생체신호 즉, 심전도신호가 존재하는 주파수대역을 필터링한다. 절연부(864)는 제2 필터링부(863)로부터 제공되는 신호에서 체지방 측정을 위해 인가된 제2 자극신호를 차단시켜 제2 증폭부(865)으로 제공한다. 절연부(864)는 높은 입력 임피던스를 갖는 버퍼, 포토커플러 혹은 트랜스포머 등으로 구현될 수 있다. 제2 증폭부(865)는 절연부(864)로부터 제공되는 신호를 증폭시켜 제3 필터링부(866)로 제공한다. 제3 필터링부(866)는 제2 증폭부(865)로부터 제공되는 신호에서 잡음성분을 제거하여 제2 생체신호 즉, 심전도 신호로서 신호분석부(870)로 제공한다.
제4 필터링부(867)는 구간에 상관없이 센싱부(840)의 제3 및 제4 전극(E3, E4)에서 검출되는 교류전압 즉, 제3 중간신호에서 제1 생체신호 즉, 체지방신호가 존재하는 주파수대역을 필터링한다. 제3 증폭부(868)는 제4 필터링부(867)로부터 제공되는 신호를 증폭시켜 제5 필터링부(869)로 제공한다. 제5 필터링부(869)는 제3 증폭부(868)로부터 제공되는 신호에서 잡음성분을 제거하여 제1 생체신호 즉, 체지방신호로서 신호분석부(870)로 제공한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체신호 동시 측정방법의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 910 단계에서는 사용자가 측정장치에 포함된 센싱부(140)를 생체의 특정 부위에 부착하면, 자극신호 예를 들면 소정 주파수의 교류전류를 센싱부(140)로 인가한다. 자극신호를 인가하는 방법은 크게 다음 5가지로 나눌 수 있다. 첫째, 도 2에서와 같이 한 종류의 제1 생체신호와 한 종류의 제2 생체신호를 측정하는 경우에는 한 샘플링 주기 중 Ta 구간마다 소정 주파수의 교류전류를 인가한다. 둘째, 도 3에서와 같이 두 종류 이상의 제1 생체신호와 한 종류의 제2 생체신호를 측정하는 경우에는, 서로 다른 주파수를 갖는 두가지 이상의 교류전류를 합성한 다음, 한 샘플링 주기 중 Ta 구간마다 합성된 교류전류를 인가한다. 셋째, 도 6에서와 같이 Ta 혹은 Tb 구간에 상관없이 지속적으로 소정 주파수의 교류전류를 인가한다. 넷째, 도 7에서와 같이 Ta 구간마다 제1 주파수의 교류전류를, Tb 구간마다 제2 주파수의 교류전류를 인가한다. 다섯째, 도 8에서와 같이 제1 주 파수의 교류전류가 Ta 구간마다 인가되고, 제2 주파수의 교류전류가 Ta 혹은 Tb 구간에 상관없이 지속적으로 인가된다.
930 단계에서는 센싱부(140)로부터 생체신호를 얻기 위한 중간신호를 검출한다. 센싱부(140)로부터 중간신호를 검출하기 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 전극들의 연결형태 혹은 이들의 변형된 연결형태를 이용할 수 있다.
950 단계에서는 상기 930 단계에서 검출되는 중간신호로부터 제1 및 제2 생체신호를 각각 분리한다. 제1 및 제2 생체신호를 분리하는 방법으로는 도 2, 도 3, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 시간적분리 및 전기적분리 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
970 단계에서는 상기 950 단계에서 분리된 제1 및 제2 생체신호를 입력으로 하여 각 측정항목별로 분석하고, 분석결과 각 측정항목별 데이터를 생성한다.
한편, 상기한 실시예의 생체신호 동시 측정장치에서는 자극신호로서 특정 파장의 광을 인가하여 혈당 등과 같은 제3 생체신호를 측정하는 구성요소(미도시)를 더 부가할 수 있다.
한편, 상기한 실시예의 생체신호 동시 측정장치는 상기 항목 선택부(100) 및 상기 제어부(110)를 구비하지 않고, 미리 설정된 적어도 한 가지 이상의 특정주파수의 교류전류들을 발생시키는 자극신호 발생부(120)와, 로터리 모터 형태로 일정 시간마다 자동절환되는 제1 및 제2 시간적분리부(130, 150)로 대체할 수 있다. 이 경우에는 신호분석부(170)에서 소정 시간의 안정화기간 이후에 신호획득부(160)로부터 제공되는 신호를 이용하여 분석하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 실시예의 생체신호 동시 측정장치에 있어서 제1 생체신호 측정을 위한 자극신호는 반드시 교류전류에 한정되지 않으며, 예를 들면 피부저항의 경우 교류 혹은 직류 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 따라서, 체지방 및 피부저항 두 종류의 제1 생체신호를 동시 측정하는 경우, 합성부(323)를 구비할 필요없이 체지방 측정을 위한 특정주파수를 갖는 교류전류와 피부저항 측정을 위한 직류전류를 센싱부(340)로 인가하고, 센싱부(340)에서 센싱되는 신호 중 특정주파수를 갖는 교류전압과 직류전압을 체지방에 대한 제1 생체신호와 피부저항에 대한 제1 생체신호로 분리할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자극신호를 생체에 인가하거나 생체로 부터 제1 및 제2 생체신호를 검출하기 위하여 센서부에서 적어도 하나 이상의 전극을 공유하면서, 서로 다른 물리적 기전을 갖는 적어도 두가지 이상의 생체신호를 동시에 측정할 수 있으므로 측정하고자 하는 생체신호별로 일일이 측정해야 하는 번거로움을 해소함으로써 사용자의 편의성을 대폭 증대시킬 수 있을 뿐 아니라, 측정하고자 하는 생체신호의 종류가 증가하더라도 전체 생체신호 측정에 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
또한, 시간적분리와 전기적분리 중 적어도 하나를 이용하여 상호간에 간섭없이 다양한 종류의 생체신호를 동시에 측정할 수 있고, 그 결과 하나의 측정기기로 일체화시키는 것이 가능하다. 따라서, 비용절감을 꾀할 수 있을 뿐 아니라, 사용자의 조작이 간편한 이점이 있다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (36)

  1. 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여,
    생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 자극신호 발생부;
    상기 생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 신호획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 신호획득부는 각 중간신호에 대하여 시간적분리 프로세싱 및 전기적분리 프로세싱 중 적어도 하나의 프로세싱을 적용하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 장치는
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 상기 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 제1 시간적분리부;
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 상기 신호획득부로 제공하는 제2 시간적분리부; 및
    상기 제어신호를 발생시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 하나의 샘플링 주기는 상기 제1 구간과 상기 제2 구간 사이에 방전을 위한 제3 구간을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 장치는 상기 제3 구간에서 상기 센싱부에 잔류하는 자극신호를 방전시키는 저항소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  6. 제3 항에 있어서, 상기 신호획득부는
    상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제1 중간신호로부터 상기 제1 생체신호를 획득하는 제1 획득부; 및
    상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하는 제2 획득부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 신호획득부는
    상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호로부터 상기 제1 생체신호를 획득하는 제1 획득부; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 전기적 절연시켜 획득하는 제2 획득부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제2 획득부는
    상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역을 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 제2 중간신호에 포함된 상기 자극신호를 차단시키는 절연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 절연부는 버퍼, 포토커플러 및 트랜스포머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 장치는
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생 체로 인가하는 제1 시간적분리부;
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 상기 신호획득부로 제공하는 제2 시간적분리부; 및
    상기 제어신호를 발생시키는 제어부를 더 구비하며,
    상기 신호획득부는 상기 제1 및 제2 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 신호획득부는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하기 위하여,
    상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역을 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 제2 중간신호에 포함된 상기 자극신호를 차단시키는 절연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 절연부는 버퍼, 포토커플러 및 트랜스포머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 장치는
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 제1 시간적분리부;
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 상기 신호획득부로 제공하는 제2 시간적분리부; 및
    상기 제어신호를 발생시키는 제어부를 더 구비하며,
    상기 제1 및 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하여 제3 중간신호를 검출하고, 상기 신호획득부는 상기 제1 및 제3 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 신호획득부는 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하기 위하여,
    상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호가 존재하는 주파수 대역을 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 제2 중간신호에 포함된 상기 제2 자극신호를 차단시키는 절연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 절연부는 버퍼, 포토커플러 및 트랜스포머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 장치는
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 및 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 제1 시간적분리부;
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 상기 신호획득부로 제공하는 제2 시간적분리부; 및
    상기 제어신호를 발생시키는 제어부를 더 구비하며,
    상기 신호획득부는 상기 제1 중간신호로부터 제1 및 제2 주파수를 이용하여 두개의 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 자극신호 인가부는
    상기 제1 자극신호로 사용되도록 제1 주파수의 전류를 발생시키는 제1 전류발생부;
    상기 제2 자극신호로 사용되도록 제2 주파수의 전류를 발생시키는 제2 전류발생부; 및
    상기 제1 및 제2 자극신호를 합성하는 합성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 하나의 샘플링 주기는 상기 제1 구간과 상기 제2 구간 사이에 방전을 위한 제3 구간을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 장치는 상기 제3 구간에서 상기 센싱부에 잔류하는 자극신호를 방전시키는 저항소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정장치.
  20. 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여,
    생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부를 제공하는 단계;
    상기 생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 신호획득 단계는 각 중간신호에 대하여 시간적분리 프로세싱 및 전기적분리 프로세싱 중 적어도 하나의 프로세싱을 적용하는 것을 특 징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 방법은
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 상기 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 하나의 샘플링 주기는 상기 제1 구간과 상기 제2 구간 사이에 방전을 위한 제3 구간을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  24. 제22 항에 있어서, 상기 신호획득 단계는
    상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제1 중간신호로부터 상기 제1 생체신호를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  25. 제20 항에 있어서, 상기 신호획득 단계는
    상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호로부터 상기 제1 생체신호를 획득하는 단계; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 전기적 절연시켜 획득하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  26. 제20 항에 있어서, 상기 방법은
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 및 제2 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  27. 제20 항에 있어서, 상기 방법은
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 및 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하여 제3 중간신호를 검출하고, 상기 제1 및 제3 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  28. 제20 항에 있어서, 상기 방법은
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 및 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 중간신호로부터 제1 및 제2 주파수를 이용하여 두개의 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  29. 제28 항에 있어서, 상기 하나의 샘플링 주기는 상기 제1 구간과 상기 제2 구간 사이에 방전을 위한 제3 구간을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 동시 측정방법.
  30. 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호를 동시에 측정하기 위하여,
    생체에 부착되며, 상기 자극신호가 인가되면서 상기 제1 및 제2 생체신호를 포함하는 적어도 하나의 중간신호가 검출되는 복수개의 전극들로 이루어지며, 상기 복수개의 전극들 중 적어도 하나의 전극을 공유하여 상기 자극신호를 인가하거나 상기 각 중간신호를 검출하는 센싱부를 제공하는 단계;
    상기 생체에 인가하기 위한 상기 자극신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 각 중간신호에서 상기 제1 및 제2 생체신호를 분리하여 획득하는 단계를 포함하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  31. 제30 항에 있어서, 상기 신호획득 단계는 각 중간신호에 대하여 시간적분리 프로세싱 및 전기적분리 프로세싱 중 적어도 하나의 프로세싱을 적용하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  32. 제30 항에 있어서,
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 상기 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  33. 제30 항에 있어서, 상기 신호획득 단계는
    상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호로부터 상기 제1 생체신호를 획득하는 단계; 및
    상기 센싱부로부터 검출되는 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 전기적 절연시켜 획득하는 단계를 구비하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  34. 제30 항에 있어서,
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검 출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 및 제2 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  35. 제30 항에 있어서,
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 제2 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 및 제2 구간에서 제2 자극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하여 제3 중간신호를 검출하고, 상기 제1 및 제3 중간신호로부터 각각 상기 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호를 전기적 절연시켜 상기 제2 생체신호를 획득하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  36. 제30 항에 있어서,
    제어신호에 따라서 동작하며, 매 샘플링 주기의 제1 구간에서 제1 및 제2 자 극신호를 상기 센싱부를 통해 상기 생체로 인가하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 동작하며, 상기 제1 구간에서 상기 센싱부로부터 검출되는 제1 중간신호를, 상기 샘플링 주기의 제2 구간에서는 상기 센싱부로부터 검출되는 제2 중간신호를 생성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제1 중간신호로부터 제1 및 제2 주파수를 이용하여 두개의 제1 생체신호를 획득하고, 상기 제2 중간신호로부터 상기 제2 생체신호를 획득하는 생체신호 동시 측정방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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