KR100743602B1 - 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템에 관한 것으로서, 사용자로부터 심박동률의 최대값 및 최소값을 입력받는 키입력부; 심장의 파형을 증폭하고 상기 증폭된 파형의 잡음을 제거함으로써 QRS 파형을 추출하며, 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 회로부; 상기 키입력부가 입력받은 사용자의 상기 최대 및 최소 심박동률 값을 저장하며, 상기 회로부로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 심박동률 값을 계산하고, 계산된 상기 심박동률 값과 상기 저장된 최대 및 최소 심박동률 값과 비교한 후, 비교에 의한 산소공급장치의 모터 동작신호를 하기의 릴레이부로 전송하는 제어부; 및 상기 산소공급장치와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부로부터 산소공급장치의 모터 동작신호를 수신하여 산소공급장치의 모터를 ON 또는 OFF로 동작시키는 릴레이부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 사용자의 심전도 신호로부터 추출된 QRS 신호를 통해 심박동률 값을 계산한 후, 사용자가 설정한 최대 및 최소 심박동률 값과 비교함으로써, 산소 공급을 제어할 수 있고 지속적인 운동이 가능한 효과가 있다.

심박동률, QRS 파형, 산소 공급, ECG계측

Description

심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템{System for controlling of supply oxygen using heart rate}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템의 구성도.

도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 심박동률을 이용한 산소 공급 제어방법에 관한 전체 흐름도.

도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자의 심박동률을 측정하기 위해 제작된 심전도 측정회로를 나타내는 예시도.

도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 QRS 파형 및 QRS 파형을 샘플링하여 구형파를 갖는 디지털 신호를 나타내는 예시도.

도 3 은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 기 저장된 심박동률의 최대값 및 최소값과, 심박동률의 변화 및 심 박동률에 따른 산소 공급상태를 디스플레이부를 통해 보여주는 실제 사진도.

본 발명은 산소 공급 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 심전도 신호로부터 추출된 QRS 신호를 통해 심박동률 값을 계산한 후, 사용자가 입력한 최대 및 최소 심박동률 값과 비교함으로써, 산소 공급을 제어할 수 있는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템에 관한 것이다.

산소는 인간의 신체 활동에 필수적인 물질이며, 심장 질환 환자에게 고농도의 산소공급은 운동 능력과 환기 기능을 개선 시킬 수 있다.

일반적으로 심장 질환 환자들은 재활을 위해 유산소 운동을 하고 있으나, 운동시 소모되는 산소로 인해 심박수가 올라감으로써 지속적인 운동을 할 수 없었으며, 운동시 자신의 심박수를 확인할 수 없어 그에 따른 재활의 어려움이 있다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자의 심전도 신호로부터 추출된 QRS 신호를 통해 현재 심박동률 값을 계산한 후, 사용자가 입력한 최대 및 최소 심박동률 값과 비교함으로써 산소 공급을 제어할 수 있는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템에 관한 것으로서, 사용자로부터 심박동률의 최대값 및 최소값을 입력받는 키입력부; 심장의 파형을 증폭하고 상기 증폭된 파형의 잡음을 제거함으로써 QRS 파형을 추출하며, 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 회로부; 상기 키입력부가 입력받은 사용자의 상기 최대 및 최소 심박동률 값을 저장하며, 상기 회로부로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 심박동률 값을 계산하고, 계산된 상기 심박동률 값과 상기 저장된 최대 및 최소 심박동률 값과 비교한 후, 비교에 의한 산소공급장치의 모터 동작신호를 하기의 릴레이부로 전송하는 제어부; 및 상기 산소공급장치와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부로부터 산소공급장치의 모터 동작신호를 수신하여 산소공급장치의 모터를 ON 또는 OFF로 동작시키는 릴레이부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 회로부는 심장의 파형을 증폭하고 상기 증폭된 파형의 잡음을 제거하여 상기 QRS 파형을 추출하는 심전도 계측모듈 및 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 QRS 샘플링모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 제어부는 상기 키입력부가 입력받은 사용자의 최대 및 최소 심박동률 값을 수신하여 저장하는 저장모듈과, 상기 QRS 샘플링모듈로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 심박동률 값을 계산하는 심박동률 계산모듈 및 상기 저장모듈에 저장된 심박동률의 최대값 및 최소값 크기와 상기 심박동률 계산모듈에서 계산된 심박동률 값을 비교한 후, 비교에 의한 산소공급장치의 모터 동작신호를 상기 릴레이부로 전송하는 비교모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 키입력부가 입력받은 심박동률의 최대값 및 최소값, 상기 심박동률 계산모듈에서 계산한 심박동률 값 및 상기 릴레이부와 연동된 산소공급장치 모터의 동작에 따른 산소공급 상태를 확인할 수 있는 디스플레이부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 키입력부, 회로부, 제어부 및 릴레이부로 구성된 산소 공급 제어시스템을 이용한 산소 공급 제어방법에 관한 것으로서, (a) 상기 제어부가 상기 키입력부로부터 심박동률의 최대값 및 최소값을 수신하여 저장하는 과정; (b) 상기 회로부가 사용자의 QRS 파형을 추출하고, 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 과정; (c) 상기 제어부가 상기 회로부로부터 생성된 구형파 신호를 이용하여 심박동률 값을 계산하는 과정; 및 (d) 상기 제어부가 상기 (a) 과정에서 저장된 최대 및 최소 심박동률 값과 상기 (c) 과정에서 계산된 심박동률의 값을 비교하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (d) 과정은, (d-1) 상기 제어부가 계산된 상기 심박동률 값이 기 저장된 최대값 이상인지 여부를 판단하는 단계; (d-2) 상기 제 S410a 단계의 판단결과, 계산된 상기 심박동률 값이 기 저장된 최대값 이상일 경우, 상기 제어부가 상기 릴레이부로 출력상태 ON 동작신호를 전송하며, 최대값 이하일 경우, 이전 상태인 OFF를 유지하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 (d) 과정은, (d-1) 상기 제어부가 계산된 상기 심박동률 값이 기 저장된 최소값 이하인지 여부를 판단하는 단계; (d-2) 상기 제 S410b 단계의 판단결과, 계산된 상기 심박동률 값이 기 저장된 최소값 이하일 경우, 상기 제어부가 상기 릴레이부로 출력상태 OFF 동작신호를 전송하며, 최소값 이상일 경우, 이전 상태인 ON을 유지하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 (d) 과정 중, 상기 제어부로부터 계산된 심박동률의 값과 기 저장된 최대값 및 최소값과 비교하는 과정은, 상기 계산된 심박동률 값의 변화에 따라 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템의 구성을 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 산소 공급 제어시스템은 키입력부(100), 회로부(200), 제어부(300), 릴레이부(400)로 구성된다.

키입력부(100)는 사용자로부터 심박동률(Beat per minute:이하, 'BPM' 이라 한다)의 최대값 및 최소값을 입력받는다.

회로부(200)는 증폭기를 통해 심장의 파형을 증폭하고 필터기를 이용하여 증폭된 파형의 잡음을 제거함으로써, QRS 파형을 추출하는 심전도(Electrocardiogram:이하, 'ECG'라고 한다) 계측모듈(210) 및 QRS 파형이 추출될 때마다 각각의 QRS 파형을 샘플링하여 구형파를 갖는 디지털 신호(이하, '구형파 신호'라 한다)를 생성하는 QRS 샘플링모듈(220)을 포함한다.

제어부(Micro Controller Unit;이하, 'MCU'라 한다)(300)는 산소 공급 제어시스템 전체를 제어하며, 키입력부(100)가 입력받은 사용자의 최대 및 최소 BPM 값을 수신하여 저장하는 저장모듈(310)과, QRS 샘플링모듈(220)로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 BPM을 계산하는 BPM 계산모듈(320) 및 저장모듈(310)에 저장된 BPM의 최대값 및 최소값의 크기와 BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM을 비교한 후, 비교에 의한 동작신호를 하기의 릴레이부(400)로 전송하는 비교모듈(330)을 포함한다.

릴레이부(400)는 산소공급장치(미도시)와 전기적으로 연결되어, 비교모듈(330)로부터 처리된 동작신호를 수신한 후 산소공급장치의 모터를 ON 또는 OFF로 동작시키는 기능을 수행한다.

이와 같이 구성되는 산소 공급 제어시스템은, 경우에 따라 키입력부(100)가 입력받은 BPM의 최대값 및 최소값, BPM 계산모듈(320)에서 계산한 BPM, 그리고 릴레이부(400)와 연동된 산소공급장치 모터의 동작에 따른 산소공급 상태를 확인하기 위한 디스플레이부(500)를 더 포함할 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 심박동률을 이용한 산소 공급 제어방법에 관한 전체적인 흐름을 도 2a 내지 도 2c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2a 에 도시된 바와 같이, 저장모듈(310)은 키입력부(100)가 입력받은 사용자의 최대 및 최소 BPM 값을 수신하여 저장하는 과정을 실행한다(S100).

이후, 사용자의 심박동률을 측정하기 위해 제작된 심전도 측정회로를 바탕으로, ECG 계측모듈(210)이 QRS 파형을 추출하고 QRS 샘플링모듈(220)이 추출된 QRS 파형을 샘플링하는 과정을 실행한다(S200).

ECG 계측모듈(210)은 도 2b 에 도시된 증폭기(211, 214)를 이용하여 심장의 파형을 증폭하고, 필터기(212,213,215)를 통해 증폭된 파형의 잡음을 제거함으로써, 도 2c 의 (10)과 같은 신호가 급격하게 오르내리는 QRS 파형을 추출한다. 그리고 QRS 샘플링모듈(220)은 ECG 계측모듈(210)로부터 추출된 각각의 QRS 파형을 샘플링하여 도 2c 의 (20)와 같은 구형파 신호를 생성한다.

여기서, BPM 계산모듈(320)은 QRS 샘플링모듈(220)로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여, 10초마다 카운트된 상기 신호를 6배 해줌으로써 사용자의 BPM을 계산하는 과정을 실행한다(S300).

다음으로, 비교모듈(330)은 저장모듈(310)에 저장된 BPM의 최대값 및 최소값과, BPM 계산모듈(320)로부터 계산된 BPM의 값을 비교하는 과정을 실행한다(S400a,S400b). 여기서, 계산된 BPM의 값과 저장된 최대값 및 최소값이 비교되는 경우의 수는 [표 1]과 같은 6 가지로 나타낼 수 있다.

[표 1]

[표 1]에 도시된 바와 같이, BPM 계산모듈(320)로부터 계산된 BPM의 값과 저장모듈(310)에 저장된 최대값 및 최소값이 비교되는 경우의 수는 6가지이지만, 비교모듈(330)로부터 처리된 동작신호에 의하여 이전 상태와 출력 상태가 변하는 경우는 다음과 같은 두 경우의 설정으로서, 이는 모든 동작조건을 충족시킨다.

우선, 이전 동작 신호가 OFF일 때, BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM의 값과, 저장모듈(310)에 기 저장된 최대값과 비교하는 과정을 실행한다.

비교모듈(330)은 BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM의 값이 저장모듈(310)에 기 저장된 최대값 이상인지 여부를 판단한다(S410a). 제 S410a 단계의 판단결과, 계산된 BPM의 값이 기 저장된 최대값 이상일 경우, 비교모듈(330)은 릴레이부(400)로 출력상태 ON 동작신호를 전송하며, 최대값 이하일 경우, 이전 상태인 OFF 동작신호를 유지한다(S420a).

그리고, 이전 산소 공급 상태가 ON일 때, BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM과, 저장모듈(310)에 기 저장된 최소값과 비교하는 과정을 실행한다.

비교모듈(330)은 BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM의 값이 저장모듈(310)에 기 저장된 최소값 이하인지 여부를 판단한다(S410b). 제 S410b 단계의 판단결과, 계산된 BPM의 값이 기 저장된 최소값 이하일 경우, 비교모듈(330)은 릴레이부(400)로 출력상태 OFF 동작신호를 전송하며, 최소값 이상일 경우, 이전 상태인 ON 동작신호를 유지한다(S420b).

여기서, BPM 계산모듈(320)에서 계산된 BPM의 값과, 저장모듈(310)에 기 저장된 BPM의 최대값 및 최소값과 비교하는 과정은 BPM 값의 변화에 따라 반복 수행된다.

이하에서는, 제 1 실험예를 통해 본 발명이 제시한 BPM의 값에 따른 산소 공급 제어시스템이 안정적으로 동작하는지 알아보고자 한다.

[제 1 실험예]

제 1 실험예로서, 기 저장된 BPM의 최대값은 130, 최소값은 100이며, 디스플레이부(400)를 통해 사용자의 운동에 따른 BPM 값의 변화 및 그에 따른 산소 공급 상태(S)를 도 3 과 같이 확인할 수 있다.

도 3 의 (30)은 운동시작시의 측정치로서, 108의 값을 갖는 BPM이 기 저장된 최소값과 최대값 사이에 있으므로 출력상태는 이전 상태와 같은 OFF를 유지한다. 또한 (40)은 운동 중의 측정치로서, 132의 값을 갖는 BPM이 기 저장된 최대값 이상이므로, 이전 상태 OFF에서 출력상태는 ON이 된다. 또한 (50)은 산소가 공급된 상황으로서, 108의 값을 갖는 BPM이 최소값 및 최대값 사이에 있으므로 출력상태는 이전 상태인 ON을 유지한다. 그리고 (60)은 산소가 일정시간 공급되어 BPM이 90의 값을 갖게 되어 기 저장된 최소값 이하로 떨어짐으로서, 이전 상태 ON에서 출력상태는 OFF가 된다.

이로서, MCU(300)의 비교모듈(330)을 통해 계산된 BPM의 값과, 저장모듈(310)에 기 저장된 최대 및 최소 BPM의 값에 따라 자동적으로 산소 공급이 조절됨을 확인하였다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실험예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 사용자의 심전도 신호로부터 추출된 QRS 신호를 통해 BPM의 값을 계산한 후, 사용자가 입력한 최대 및 최소 BPM과 비교함으로써, 산소 공급을 제어할 수 있고 지속적인 운동이 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 산소공급장치와 연결되어 상기 산소공급장치의 모터 동작을 제어하는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템에 있어서,

   사용자로부터 심박동률의 최대값 및 최소값을 입력받는 키입력부(100);

   심장의 파형을 증폭하고 상기 증폭된 파형의 잡음을 제거함으로써 QRS 파형을 추출하며, 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 회로부(200);

   상기 키입력부(100)가 입력받은 사용자의 상기 최대 및 최소 심박동률 값을 저장하며, 상기 회로부(200)로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 심박동률 값을 계산하고, 계산된 상기 심박동률 값과 상기 저장된 최대 및 최소 심박동률 값과 비교한 후, 비교에 의한 산소공급장치의 모터 동작신호를 하기의 릴레이부(400)로 전송하는 제어부(300); 및

   상기 산소공급장치와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부(300)로부터 산소공급장치의 모터 동작신호를 수신하여 산소공급장치의 모터를 ON 또는 OFF로 동작시키는 릴레이부(400); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회로부(200)는 심장의 파형을 증폭하고 상기 증폭된 파형의 잡음을 제거하여 상기 QRS 파형을 추출하는 심전도 계측모듈(210) 및 상기 추출된 QRS 파형을 샘플링하여 구형파 신호를 생성하는 QRS 샘플링모듈(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부(300)는 상기 키입력부(100)가 입력받은 사용자의 최대 및 최소 심박동률 값을 수신하여 저장하는 저장모듈(310)과, 상기 QRS 샘플링모듈(220)로부터 생성된 구형파 신호를 수신하여 심박동률 값을 계산하는 심박동률 계산모듈(320) 및 상기 저장모듈(310)에 저장된 심박동률의 최대값 및 최소값 크기와 상기 심박동률 계산모듈(320)에서 계산된 심박동률 값을 비교한 후, 비교에 의한 산소공급장치의 모터 동작신호를 상기 릴레이부(400)로 전송하는 비교모듈(330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 키입력부(100)가 입력받은 심박동률의 최대값 및 최소값, 상기 심박동률 계산모듈(320)에서 계산한 심박동률 값 및 상기 릴레이부(400)와 연동된 산소공급장치 모터의 동작에 따른 산소공급 상태를 확인할 수 있는 디스플레이부(500); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심박동률을 이용한 산소 공급 제어시스템.
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