KR100870773B1 - 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서 - Google Patents

동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서와 이를 이용한 산소포화도 측정시스템에 관한 것이다.
본 발명은 손가락에 감싸도록 이루어져 있으며, 센서들이 장착되어 있는 센서 몸체부; 그 일단이 상기 센서 몸체부의 일단에 연결되어 있으며, 상기 센서들의 출력신호를 전송하는 케이블; 상기 케이블의 다른 일단에 연결되어 있으며, 상기 센서들의 출력신호를 산소포화도 검출회로에 전송하기 위한 커넥터; 로 이루어진 펄스옥시미터 센서에 있어서, 상기 센서 몸체부에 장착된 상기 센서들은, 발광다이오드들로 이루어지며, 상기 발광다이오드들이 센서 몸체부 내측에서 손가락에 접촉되도록 장착된 발광부; 센서 몸체부 내측에서 상기 발광부와 마주보는 위치에 장착되며, 상기 발광부에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사된 광을 검출하는 광검출부; 센서 몸체부 내측에 장착되며, 움직임에 따른 잡음인 동잡음을 검출하는 동잡음 감지센서부;인 것을 특징으로 한다.
산소포화도, 동잡음, 가속도센서

Description

동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서{Pulse oximeter senser with motion artifact detector}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서를 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 도 1의 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서에 연결되는 산소포화도 측정모듈의 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2의 산소포화도 측정모듈로부터 신호가 전송되는 호스트 시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명은 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서와 이를 이용한 산소포화도 측정시스템에 관한 것이다.
펄스옥시미터(Pulse oximeter)는 동맥혈의 맥동성분에 의한 파장별 광흡수도를 측정하여 비침습적(비관혈적)으로 산소포화도 값을 측정하는 장치로, 보다 상세히는 광을 손가락 끝(fingertip)이나 귀볼(earlobe)에 투과하여 얻어진 서로 다른 두 파장의 광흡수도에 의해 얻어진 맥동성분의 비, 즉, 동맥혈에서 심장의 수축 이 완작용에 의해 나타나는 광 흡수신호에서 맥동성분의 최대치와 최소치에 대한 진폭의 비를 이용하여 혈중 산소포화농도(SpO2)를 측정하는 장비이다.
펄스옥시미터(Pulse oximetry)에서 사용되는 광은 적색광(Red Wavelength, 660nm)과 적외선광(Infrared Wavelength, 890nm)으로, 일반적으로 발광다이오드(light emitting diodes)(이하 LED라 함)로 구현한다. 일반적으로 펄스옥시미터는 산소포화도(SpO2)와 맥파(Plethysmogram)를 측정한다.
펄스옥시미터로 산소포화도와 맥파를 측정할 때 항상 대두되는 문제점이 동잡음이다. 경우에 따라서는 동잡음을 맥파로 오인되는 경우도 있으며, 이렇게 동잡음을 맥파로 오인된 경우에는 잘못된 측정값을 출력하게 되어, 잘못된 진단을 내리게 할 소지가 있다.
종래의 산소포화도 측정기기는 비관혈적이며 비교적 적은 구속력으로 산소포화도 및 맥박수를 검출할 수 있다는 장점 때문에 매우 광범위하게 사용되고 있으나나, 동잡음에 매우 취약하며 반응속도가 느린 단점이 있다.
종래의 동잡음 검출 방법은 포토디텍터의 출력 신호를 A/D 변환하여 신호처리 알고리즘에 의해 검출하는 것으로, 단지 신호처리 알고리즘에만 의존하기 때문에 계산에 필요한 데이터수 만큼 시간 지연이 생겨 동잡음을 실시간으로 디스플레이 하는 것에 있어서 반응속도에 한계가 있다.
또한, 동잡음 제거 방안으로 동잡음을 정확하게 검출해서 신호를 분석할 때 검출된 시간만큼 데이터를 배제시키는 것이 잘못된 측정오류를 줄일 수 있는 현재 로서의 유일한 방법이다.
특히, 펄스옥시미터는 저관류(Low perfusion), 저산소혈(Hypoxemia) 상태에서의 측정, 응답 속도 등이 중요한데, 저관류 상태에서의 산소포화도 측정은 특히 동잡음에 매우 취약하다.
따라서 동잡음과 산소포화도를 동시에 측정하여 동잡음을 제거하기 위해서는 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서가 요구된다.
그러므로 본 발명은 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서를 제공한다. 즉, 본 발명은 동잡음 감지 기능을 산소포화도 측정센서에 장착하여 동잡음 검출의 반응시간을 개선한 산소포화도 센서를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서를 이용한 산소포화도 측정시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 동잡음 감지 기능을 산소포화도 측정센서에 장착하여 동잡음 검출의 반응시간을 개선한 산소포화도 센서를 제공하는 데 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 의한 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스 옥시미터 센서의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서를 개략적으로 설명하기 위한 설명도로서, 센서 몸체부(100), 케이블(200), 커넥터(250)으로 이루어진다.
센서 몸체부(100)는 손가락에 감싸도록 이루어져 있으며, 발광부(110), 광검출부(photodetector)(140), 동잡음 감지센서부(150)가 장착되어 있다. 특히, 센서 몸체부(100)는 플렉시블 PCB(FPCB)로 이루어져, 센서 몸체부(100)가 손가락에 감싸도 발광부(110), 광검출부(140), 동잡음 감지센서부(150)의 위치가 바뀌지 않는다는 장점이 있다.
발광부(110)는 발광다이오드들이 센서 몸체부(100) 내측에서 손가락에 접촉되도록 장착되어, 발광부(110)에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사되게 한다. 발광부(110)는 적외선 발광다이오드와 근적외선 발광다이오드로 이루어질 수 있으며, 적외선 발광다이오드와 근적외선 발광다이오드로서 670nm와 887nm 발광다이오드를 사용할 수 있다.
광검출부(140)는 발광부(110)에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사된 광을 검출한다. 광검출부(140)는 센서 몸체부(100) 내측에서 발광부(110)와 마주보는 위치에 장착된다. 광검출부(140)는 포토다이오드로 이루어질 수 있다.
동잡음 감지센서부(150)는 움직임에 따른 잡음인 동잡음을 검출한다. 동잡음 감지센서부(150)는 자이로 센서 등으로 이루어질 수 있다.
케이블(200)은 광검출부(140) 및 동잡음 감지센서부(150)의 출력신호를 전달 하며, 발광부(110), 광검출부(140), 동잡음 감지센서부(150)의 구동신호를 전달하는 케이블로, 케이블(200)의 일단이 센서 몸체부(100)의 일단에 연결되어 있다.
커넥터(250)는 케이블(200)의 다른 일단에 연결되어 있으며, 펄스옥시미터 센서를 산소포화도 검출회로(미도시)와 연결하기위한 커넥터로, 즉, 광검출부(140) 및 동잡음 감지센서부(150)의 출력신호를 송신하며, 발광부(110), 광검출부(140), 동잡음 감지센서부(150)의 구동신호를 수신하기위한 커넥터이다.
도 2는 도 1의 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서에 연결되는 산소포화도 측정모듈의 개략적 구성도로, 센서 커넥터부(310), 광신호 전처리부(320), 광신호 필터부(330), 동잡음신호 전처리부(340), 동잡음 필터부(350), A/D 변환기(360), 연산처리부(370), 발광 제어부(380), 발광 구동부(390)으로 이루어진다.
센서 커넥터부(310)는 펄스옥시미터 센서의 커넥터(250)와 연결되는 커넥터로, 즉, 광검출부(140) 및 동잡음 감지센서부(150)의 출력신호를 수신하며, 발광부(110), 광검출부(140), 동잡음 감지센서부(150)의 구동신호를 송신하기 위한 커넥터이다.
광신호 전처리부(320)는 센서 커넥터부(310)를 통해 수신된 광신호를 증폭 및 필터 등을 거쳐 전처리한다. 즉, 광신호 전처리부(320)는 입력신호의 전처리 필터(미도시) 및 전압 증폭기(미도시)를 구비한다. 상기 전압 증폭기는 신호의 크기 조절을 위한 PGA(Programmable Gain Amplifier)를 사용할 수 있으며, 상기 전압 증폭기를 통과한 신호의 주파수 변조를 위한 디모듈레이터(Demodulator), 그리고 근 적외선(IR)신호와 적외선(Red) 신호 분리를 위한 디멀티플렉서(Demultiplexer)를 더 구비한다.
광신호 필터부(330)는 광신호 전처리부(320)의 출력신호를 앤티 얼라이징 필터(anti-aliasing filter)를 통해 필터링하여, 광신호, 즉, 산소포화도 신호를 출력한다. 광신호 필터부(330)는 노이즈 라이트 소스(Noise Light source)를 제거하기 위한 필터로, 빛 흡수에 따른 전압 신호 증폭 회로의 형태로 이루어질 수 있으며, 스파이크 잡음(Spike), 전력선 잡음 제거를 하도록 이루어지며, 또한 적외선, 근적외선 신호 처리를 위한 필터로 이루어진다.
동잡음신호 전처리부(340)는 센서 커넥터부(310)를 통해 수신된 동잡음신호를 증폭 및 필터 등을 거쳐 전처리한다. 즉, 동잡음신호 전처리부(340)는 움직임 특성을 나타내는 신호의 전처리 필터 및 전압증폭기로 이루어진다.
동잡음 필터부(350)는 동잡음신호 전처리부(340)의 출력신호를 앤티 얼라이징 필터(anti-aliasing filter)를 통해 필터링하여, 동잡음 신호를 출력한다.
A/D 변환기(360)는 광신호 필터부(330)로부터 출력된 산소포화도신호 및 동잡음 필터부(350)로부터 출력된 동잡음신호를 디지탈신호로 변환한다.
연산처리부(370)는 A/D 변환기(360)로부터 수신된 산소포화도신호 및 동잡음 신호로부터 동잡음이 섞이지 않은 순수한 산소포화도 신호를 검출하며, 검출된 순수한 산소포화도 신호로부터 혈압신호를 연산한다. 연산처리부(370)는 산소포화도 측정모듈을 전체적으로 제어한다. 연산처리부(370)로는 저전력 마이크로 콘트롤 유닛(MCU)을 사용할 수 있으며, 동잡음 신호처리에 대한 부하감소로 MSP430 시리즈도 사용 가능하다. 특히 연산처리부(370)는 발광부(110)의 발광다이오드(LED)를 펄스 구동하기 위한 발광제어신호를 생성한다. 연산처리부(370)는 A/D 변환기(360)로부터 수신된 데이터로부터 디지탈 필터링(Digital Filtering)을 거친후, 산소포화도 측정 알고리즘, 동잡음 검출 알고리즘, 펄스 레이트(Pulse Rate) 검출 알고리즘을 이용하여 연산처리한다. 또한 연산처리부(370)는 연산처리된 산소포화도신호를 산소포화도 측정 시스템을 관장하는 호스트 시스템(HOST System)(400)으로 통신 채널을 통해 전송되어 진다.
발광 제어부(380)는 측정 광원 조절을 위한 발광다이오드 제어회로로서, 연산처리부(370)로부터의 발광제어신호에 따라 발광 구동신호를 생성하여 발광 구동부(390)를 제어한다.
발광 구동부(390)는 발광 제어부(380)로부터의 발광 구동신호에 따라 발광부(110)를 구동한다. 발광 구동부(390)는 발광다이오드 스위칭 시에 생기는 스파이크(spike) 잡음 제거 기능을 가진 전류 증폭기로 이루어질 수 있으며, 과전압, 과전류 보호회로를 구비한다.
도 3은 도 2의 산소포화도 측정모듈로부터 신호가 전송되는 호스트 시스템의 개략적인 구성도로, 호스트 콘트롤러(410), 전원 관리부(420), 음향부(430), 키입력부(440), 디스플레이부(450), 메모리(460), 외부통신포트(470), 전력 공급원(480)을 구비한다.
호스트 콘트롤러(410)는 호스트 시스템(400)을 전체적으로 관리하는 콘트롤러로서, 산소포화도 측정모듈의 연산처리부(370)로부터 산소포화도 신호를 수신하 여 메모리(460)에 저장하며, 디스플레이부(450) 또는 음향부(430)로 출력한다. 호스트 콘트롤러(410)는 2채널의 통신 채널을 구비한 저전력 마이크로콘트롤러(MCU)를 사용할 수 있으며, 경우에 따라서 LCD 콘트롤러 내장형을 사용할 수 있다.
전원 관리부(420)는 파워 관련 레벨 검출하고, 로우 배터리(Low battery) 검출하여 호스트 콘트롤러(410)로 전송하며, LCD 백라이트 제어를 통한 전원 사용의 효율적인 관리를 한다.
음향부(430)는 호스트 콘트롤러(410)에 의해 제어되며, 산소포화도 관련 정보를 음향으로 알리거나 로우 배터리 등을 알람으로 알린다. 음향부(430)는 비프(Beep)음 및 알람, 정보 톤(Information tone) 발생회로 등을 구비하며, 경우에 따라서는 Piezo 소자를 사용할 수 있다.
키입력부(440)는 전원 온/오프(On/Off) 키, 비프 온/오프키, 디스플레이 키, 프린트 키, 데이터 저장키 등으로 이루어지며, 입력된 키 신호를 호스트 콘트롤러(410)로 전송한다.
디스플레이부(450)는 산소포화도 측정모듈의 연산처리부(370)로부터 산소포화도신호를 호스트 콘트롤러(410)를 통해 수신하여 디스플레이한다. 디스플레이부(450)는 고객주문사양, 펄스 진폭(Pulse Amplitude), 펄스 레이트(Pulse Rate), 산소포화도(SpO2%), 로우 배터리, 센서가 연결안됨, 등등을 디스플레이 한다.
메모리(460)는 산소포화도 측정모듈의 연산처리부(370)로부터 호스트 콘트롤러(410)를 통해 수신된 산소포화도신호를 저장한다. 메모리(460)는 24시간 측정데이터를 저장하기 위한 비휘발성 메모리로 이루어질 수 있다.
외부통신포트(470)는 메모리(460)에 저장된 측정기록을 다른 PC 등으로 다운로드(Download) 하기위한 포트이다. 외부통신포트(470)는 RS232C 또는 USB를 사용할 수 있다.
전력 공급원(480)은 호스트 시스템(400) 등의 전력 공급원이다. 전력 공급원(480)은 배터리로 이루어질 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것이 아니라, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 동잡음 검출용 가속도센서를 구비한 펄스옥시미터 센서 및 이를 이용하는 산소포화도 측정시스템을 제공하여, 동잡음을 맥파로 오인되어 잘못된 측정이 일어나지 않게 한다.
또한 본 발명은 펄스옥시미터 센서에 동잡음 검출용 가속도센서를 구비하므로, 종래와 같이 디지탈 신호처리로 동잡음을 검출하지 않기 때문에, 종래에 비해 반응속도가 빠르다. 즉, 본 발명은 동잡음 감지 기능을 산소포화도 측정센서에 장착하여 동잡음 검출의 반응시간을 개선한 산소포화도 센서를 제공한다.
또한 본 발명은 센서 몸체부(100)가 플렉시블 PCB로 이루어져 있어, 센서 몸체부(100)에 장착되어 있는 발광부(110), 광검출부(140), 동잡음 감지센서부(150)가 손가락에 잘 부착되며, 그 위치가 바뀌지않아 보다 잡음이 적은 신호를 검출할 수 있다.

Claims (7)

  1. 손가락에 감싸도록 이루어져 있으며, 센서들이 장착되어 있는 센서 몸체부;
    상기 센서 몸체부에 일단에 연결되어 있으며, 상기 센서들의 출력신호를 전송하는 케이블;
    상기 케이블의 다른 일단에 연결되어 있으며, 상기 센서들의 출력신호를 산소포화도 검출회로에 전송하기 위한 커넥터; 로 이루어진 펄스옥시미터 센서에 있어서,
    상기 센서 몸체부에 장착된 상기 센서들은
    발광다이오드들로 이루어지며, 상기 발광다이오드들이 센서 몸체부 내측에서 손가락에 접촉되도록 장착된 발광부;
    센서 몸체부 내측에서 상기 발광부와 마주보는 위치에 장착되며, 상기 발광부에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사된 광을 검출하는 광검출부;
    센서 몸체부 내측에 장착되며, 움직임에 따른 잡음인 동잡음을 검출하는 동잡음 감지센서부;이고,
    상기 발광부의 상기 발광다이오드들은 적외선 발광다이오드와 근적외선 발광다이오드로서 670nm와 887nm 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 펄스옥시미터 센서.
  2. 산소포화도 정보를 가진 광신호 뿐만아니라 동잡음을 검출하는 펄스옥시미터 센서, 상기 펄스옥시미터 센서로부터 상기 광신호 및 상기 동잡음 신호를 수신하여 동잡음이 섞이지 않은 산소포화도를 검출하는 산소포화도 측정모듈을 구비하는 산소포화도 측정시스템에 있어서,
    상기 펄스옥시미터 센서는,
    발광다이오드들로 이루어지며, 상기 발광다이오드들이 센서 몸체부 내측에서 손가락에 접촉되도록 장착된 발광부;
    센서 몸체부 내측에서 상기 발광부와 마주보는 위치에 장착되며, 상기 발광부에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사된 광을 검출하는 광검출부;
    센서 몸체부 내측에 장착되며, 움직임에 따른 잡음인 동잡음을 검출하는 동잡음 감지센서부;를 구비하며,
    상기 산소포화도 측정모듈은
    상기 펄스옥시미터 센서로부터 수신된 상기 광신호를 증폭 및 필터링하는 광신호 전처리부;
    상기 광신호 전처리부의 출력으로부터 스파이크 잡음, 전력선 잡음을 제거하는 광신호 필터부;
    상기 펄스옥시미터 센서로부터 수신된 상기 동잡음 신호를 증폭 및 필터링하는 동잡음신호 전처리부;
    상기 동잡음신호 전처리부의 출력으로부터 스파이크 잡음, 전력선 잡음을 제거하는 동잡음 필터부;
    상기 광신호 필터부로부터 출력된 광신호, 즉 산소포화도신호 및 동잡음 필터부(350)로부터 출력된 동잡음신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D 변환기;
    상기 A/D 변환기(360)로부터 수신된 산소포화도신호 및 동잡음 신호로부터 동잡음이 섞이지 않은 순수한 산소포화도 신호를 검출하는 연산처리부;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소포화도 측정시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광부의 상기 발광다이오드들은 적외선 발광다이오드와 근적외선 발광다이오드로서 670nm와 887nm 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 산소포화도 측정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 몸체부는 플렉시블 PCB로 이루어진 것을 특징으로 하는 펄스옥시미터 센서.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연산처리부는 검출된 동잡음이 섞이지 않은 산소포화도 신호를 통신채널을 통해 호스트 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 하는 산소포화도 측정시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 호스트 시스템은
    상기 연산처리부로부터 산소포화도 신호를 수신하는 호스트 콘트롤러;
    상기 호스트 콘트롤러로부터 수신된 산소포화도 신호를 디스플레이하는 디스플레이부;
    상기 호스트 콘트롤러로부터 수신된 산소포화도 신호를 저장하는 메모리부;
    상기 메모리에 저장된 측정기록을 다른 PC로 다운로드(Download) 하기 위한 외부통신포트;
    로우 배터리(Low battery) 검출하여 호스트 콘트롤러(410)로 전송하는 전원 관리부;
    산소포화도 관련 정보를 음향으로 알리거나 로우 배터리임을 알람으로 알리는 음향부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소포화도 측정시스템.
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