KR101012810B1 - 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심장에서의 전기적인 신호의 전달 과정에서 발생되고 소실되는 전위의 변화인 심전도의 이용에 관한 것으로, 젤을 사용하지 않고 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 세 개의 전극을 손가락과 가슴에 접촉하여 질환이 의심되는 당시의 심전도 신호를 획득하고 분석, 저장하며 저장된 심전도 파형을 컴퓨터나 이동통신 기기에 전송함으로써 임상의에게 심전도 파형을 제시할 수 있는 무선 휴대용 심전도 측정장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 사용자의 손가락에 접촉하는 두 개의 전극과 가슴에 접촉하는 한 개의 전극을 통해 심전도를 검출하는 심전도 센서부, 심전도 센서부로부터 검출되는 단채널의 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하는 심전도신호 검출부, 심전도신호 검출부로부터의 단채널 심전도 신호를 디지털신호로 변환하여 저장하고, 저장된 분석 프로그램의 연산에 의해 상기 단채널 심전도 신호에서 특징점을 추출함과 아울러 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하고, 상기 저장된 심전도 신호를 외부기기로의 전송을 제어하는 제어부, 제어부의 제어에 따라 상기 심전도 파형으로 실시간으로 표시하는 디스플레이부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

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Description

단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치 및 방법 {Apparatus and Methods for single-channel portable wireless ECG monitoring device}

본 발명은 심장에서의 전기적인 신호의 전달 과정에서 발생되고 소실되는 전위의 변화인 심전도의 이용에 관한 것으로, 젤(gel)을 사용하지 않고 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 세 개의 전극을 손가락과 가슴에 접촉하여 질환이 의심되는 당시의 심전도 신호를 획득하고 분석, 저장하며 저장된 심전도 파형을 컴퓨터나 이동통신 기기에 전송함으로써 사용자에게 심전도 파형을 제시할 수 있는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치(이하, "심전도 측정장치"라 약칭함.)에 관한 것이다.

돌연사는 너무나 쉽게 찾아오며 10분의 차이가 생사를 결정한다. 돌연사는 평소 건강하던 사람에게도 증상이 발생하여 1시간 이내에 사망에 이를 수도 있으며, 심장 질환과 뇌혈관질환은 우리나라 성인 사망원인 1위이다. 갑자기 운동을 무리하게 한다거나, 과흡연, 콜레스테롤 과다가 되면 심장으로 혈액이 빨리 돌아가지 못하고 피가 모자라는 허혈 현상이 일어나거나, 혈관이 수축함에 따라 혈압이 급히 올라가고 심장에 부담을 줌으로써 심장마비로 인한 돌연사의 위험이 높아진다. 또 한, 여러 가지의 중요한 성인병에는 고혈압, 당뇨, 비만, 동맥경화, 심장병, 이상지혈증 등이 있는데 심해지면 중풍, 암 및 그 외 여러 가지 난치병을 일으키게 된다. 심장질환의 발생은 산업화 사회로 발전 해 나가는 과정에서 일어나는 육체활동의 감소 및 식생활의 변화에 따라 증가하는 면도 있지만, 급격한 고령화 사회로의 진입에 따라 심장질환에 대한 관리 및 진단의 중요성이 부각되고 있다. 이러한 심장질환은 모든 다른 질환을 일으키는 시초가 되는 중요한 질환으로 분류되고 있으며 이에 대한 중요한 진단 방법 중의 하나가 심전도의 측정으로 심장의 비정상적인 활동을 파악할 수 있게 된다.

심장은 스스로 박동하는 능력을 가지고 있어서 인체 장기 중 태아에서 사망할 때까지 자동적으로 리듬을 가지고 박동할 수 있는 유일한 장기이며, 수축과 이완을 반복함으로써 혈액을 전신에 돌게 하는 펌프의 역할을 하여 인체 내의 각 조직에 산소와 영양분을 공급한다. 심장 근육의 수축, 이완을 위해 전달되는 전기 신호가 정상적인 경로가 아닌 다른 부위에서 먼저 생긴다거나 또 이 전기 전도의 전달이 불규칙하게 이루어진다던지 하는 이상이 생기면 심장이 규칙적인 수축, 이완을 하지 못하게 되는 부정맥(arrhythmia)이 발생하게 된다. 부정맥은 그 종류가 다양하고 복잡하여 증상도 없고 혈류 역학적으로 장애를 주지 않는 경우도 있으나 현기증, 실신 등의 증세를 나타내어 적절한 응급조치를 하지 않으면 발생 즉시 사망하는 경우도 있다. 이러한 부정맥은 심전도를 측정하여 분석을 하면 심장에 정상적인 신호가 전달되고 있는지 혹은 심장의 어느 부위에 이상 현상이 나타나고 있는지 판단함으로써 진단이 가능하다.

심장자체에 이상이 없고 특별한 원인 없이 몸의 조건의 변화 때문에 자주 부정맥이 생길 수도 있는데, 이 경우 특별한 원인 없이 부정맥자체가 심장병을 의미하지는 않으므로 부정맥이 있다고 해도 신체는 거의 지장 없이 활동 할 수도 있다. 그러나, 이러한 부정맥은 예고 없이 갑작스럽게 심각한 상태로 발현될 수 있으므로 평상시에 이상이 있을 때마다 심장 활동을 측정하여 본인의 심장 상태를 전문의에게 제시함으로써 심장내과전문의의 진찰을 받는 것이 필요하다.

현재 여러 방법의 휴대용 심전도 측정기기가 있으며 그 중 주로 알려져 있는 것이 가슴에 전극을 부착한 후 휴대용 기록기에 연결하여 일상 활동 중에 24시간 이상 기록한 후 분석을 하는 검사인 홀터 심전도 측정이 있으며 홀터 장치와 관련해서는 대한민국 특허출원 제1986-0002744호(휴대용 심전도 기록기) 이외에도 등록번호 제10-0548967(홀터장치)와 등록번호 제10-0356421(휴대용 심전도 측정장치) 등이 개시되어 있다.

그러나 이러한 종래기술에 따른 심전도 측정기기는 모든 환자에게 일반적으로 적용하기에는 사용상 불편함 및 번거로움과 고가의 비용 때문에 널리 활용되지 못하고 있는 실정이다. 더구나 24시간 이내에 특별한 증상이 나타나지 않는다면 무용지물이 되거나 증상 발현을 검출할 때까지 계속 연장 사용하여야 한다는 큰 단점이 있다.

따라서, 병원에서 실제로 운동을 함으로써 심장에 인위적인 부하를 제공하고 그 때의 심전도 파형을 검출하여 심장에 이상이 나타나는지를 검사하는 운동부하검사라는 방법을 활용하는데 이는 불편하기도 할뿐만 아니라 그 동안에도 심전도에 이상이 나타나지 않을 수도 있다는 것이다.

결국 간편한 방법으로 일반인들이 항상 휴대하고 있다가 일상생활 중, 운동전후, 혹은 이상이 나타나는 순간에 본인이 직접 심전도를 측정하고 저장할 수 있는 기기가 필요하다. 이러한 일상적인 자가 검진을 위한 심전도는 모든 전극을 가슴에 부착하고 있지 않더라도 필요시에만 손이나 발에 전극을 접촉시켜 심전도를 검출하고자 하는 것이다.

이와 관련된 특허로는 등록번호 제10-0356421호(휴대형 심전도 측정장치)가 있는데, 이는 전극을 접촉하는 부위가 손과 발을 모두 사용해야 하므로 측정 장소에 제한을 받으며 휴대하고 다니기에는 부적합한 구성으로 되어 있다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2006-0000080호(심전도 측정 가능 휴대용 단말기)가 있는데 심전도를 측정하고자 하는 때에만 휴대용 기기에 부착되어 있는 세 개의 전극을 각각 오른손 및 왼손 손가락에 접촉하여 심전도 신호를 검출하는 형태로 구성되어 있다. 그러나 손가락만을 이용하여 심전도를 검출할 때에는 사용자의 심장 벡터 방향성뿐만 아니라 사용자의 피부가 건조할 경우에는 신호의 검출이 매우 미약하여 분석 가능한 신호가 검출되지 않는 경우가 흔히 있으므로 손가락에서만 측정할 수 있는 형태는 현실적인 활용성에 제한이 있게 된다.

즉, 간편하게 휴대하고 있다가 측정하는 장치 및 방법이라 하더라도 정확한 심전도 신호를 검출하기 위해서는 전극의 적용 위치는 손가락과 가슴을 활용해야 한다는 점을 분명히 해야 한다. 그리고, 검출된 파형에 대한 진단 결과도 사용자가 판단을 하는 것이 아니라, 측정된 파형을 왜곡 없이 임상 전문가에게 제시함으로써 임상 전문가에 의해 정확한 진단을 받을 수 있도록 장치에 저장하고 출력할 수 있도록 하는 것도 중요할 것이다.

상기한 바와 같이 심전도의 측정이 중요한 진단 정보를 제공한다는 데는 의심의 여지가 없으며, 돌연사가 우려되는 증상이 나타나면 곧바로 병원을 찾아야 하지만 그러한 상황이 되지 않을 때에는 병원에서가 아닌 가정에서나 일상생활 중에 이러한 증상이 나타날 때 곧바로 정확한 심전도를 측정하고 저장하여 병원 방문 시에 전문의에게 제시함으로써 보다 정확한 진단 자료로 활용할 수 있는 휴대형 무선 심전도 측정 및 저장 장치의 개발이 필요한 시점이다.

상기 기술의 실현을 위해서는 평상시에 휴대하고 있다가 필요시에 빠른 시간 안에 심전도의 측정이 가능하도록 하는 센서의 선정 및 배치 문제, 정확한 심전도 신호 검출을 위한 센서 출력의 아날로그 처리 문제, 데이터 저장 및 기본적인 파형 분석을 위한 디지털 신호처리 알고리즘 문제, 저장된 신호를 PC나 기타 통신 단말기로 전송하고 출력하기 위한 데이터 전송 문제, 장기간 사용이 가능하도록 하는 전원 공급문제, 그리고 사용이 편리하고 휴대하기에 용이한 문제 등의 해결 하여할 요소를 안고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기기에 일체형으로 되어 있는 젤을 사용하지 않는 세 개의 건성전극(dry electrode)을 이용하는데 그 중 두 전극은 손가락에 접촉하고 다른 한 전극은 가슴에 접촉할 수 있는 형태로 이루어져서 일정 시간 동안의 심전도 신호 및 분석정보를 디스플레이하고, 저장된 심전도 신호 및 분석정보는 접속된 외부기기에 전송하도록 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치는 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 전극을 사용자의 손가락과 가슴에 접촉하여 심전도 신호를 검출하는 심전도 측정 및 저장장치에 있어서, 사용자의 손가락에 접촉하는 두 개의 전극과 가슴에 접촉하는 한 개의 전극을 통해 심전도를 검출하는 심전도 센서부와, 상기 심전도 센서부로부터 검출되는 단채널의 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하는 심전도신호 검출부와, 상기 심전도신호 검출부로부터의 단채널 심전도 신호를 디지털신호로 변환하여 저장하고, 저장된 분석 프로그램의 연산에 의해 상기 단채널 심전도 신호에서 특징점을 추출함과 아울러 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하고, 상기 저장된 심전도 신호를 외부기기로의 전송을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 심전도 파형으로 실시간으로 표시하는 디스플레이부(111)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 단채널 휴대용 무선 심전도 측정방법은 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치에 구비된 손가락용 및 가슴용 전극을 통해 사용자의 손가락 및 가슴으로부터 심전도 신호를 측정 및 분석하여 디스플레이부에 표시하는 심전도 측정방법에 있어서, 심전도 측정장치에 구비된 손가락용 및 가슴용 전극에 접촉된 손가락과 가슴으로부터 심전도 신호 측정을 시작하는 단계와, 사용 자가 외부입력키를 조작함에 따라 선택된 값들이 제어부의 외부 입력으로 인가되는 단계와, 상기 측정된 아날로그 심전도 신호가 아날로그 신호처리되고, 상기 제어부에 디지털신호로 변환 입력되는 단계와, 상기 디지털 신호로 변환된 심전도 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 트렌드 제거를 포함하는 디지털 신호처리한 후 디스플레이하는 단계와, 상기 일정 시간 동안의 심전도 신호의 검출이 완료되면 심전도 신호의 분석을 수행하는 단계와, 상기 분석한 결과를 디스플레이하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치 및 방법은 사용자가 심전도 측정장치를 평소에 휴대하고 다니며, 이를 이용하여 이상 징후가 발현되는 당시의 심전도 신호를 사용자가 직접 검출하고, 이를 자동으로 분석, 저장하여 추후 병원 방문시 이를 제공하여 정확한 진단 및 처방을 받도록 하므로, 돌연사로 이어질 수도 있는 심장 질환을 가지고 있으면서도 병원 방문 시에는 이상현상이 나타나지 않을 수 있는 기존 12리드 심전도 검사나 24시간 지속적으로 전극을 부착하고 측정해야 하는 홀터 심전도 검사의 단점을 극복할 수 있어, 자신의 심장 질환에 대한 적극적인 관리를 할 수 있는 건강관련 기기로 활용될 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 의한 단채널 휴대용 무선 심전도 측정 장치의 구성과 동작 및 그 장치에서 수행하는 심전도의 분석, 저장 및 전송 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정 장치의 실시 예를 나타낸 사시도로 본 발명이 이루고자 하는 최종적인 형태이다.

이에 도시된 바와 같이, 사용자가 심전도 측정장치(300)에 부착되어 있는 개의 손가락용 전극(305f)을 한쪽 손으로 접촉한 상태에서 상기 심전도 측정장치(300)의 반대쪽에 있는 가슴용 전극(305c)을 손가락을 접촉한 손의 반대쪽 가슴에 접촉하고, 전원버튼(101), 메뉴 선택 버튼(103), 메뉴 탐색 버튼(105)을 이용하여 상기 심전도 측정장치(300)를 구동한다. 상기 심전도 측정장치(300)를 통해서 검출되는 신호는 심전도 신호이며, 실시간으로 상기 심전도 측정장치(300)의 전면에 위치한 디스플레이부(111)를 통해서 표시된다. 상기 심전도 측정장치(300)를 통해 측정된 심전도 신호는 상기 심전도 측정장치(300)의 내부 메모리에 저장되며, 저장된 신호는 USB 단자나 블루투스 프로토콜을 이용하여 외부 PC나 통신 단말기로 전송할 수 있다.

즉, 내부 메모리에 저장된 심전도 신호는 유선으로는 USB 단자를 이용하고 무선으로는 블루투스 프로토콜을 이용하여 컴퓨터나 통신 단말기로 전송하도록 한다.

도 2는 본 발명에 의한 도 1의 심전도 측정장치(300)의 정면도(도2a), 좌측면도(도2b), 우측면도(도2c), 저면도(도2d)로서, 도 1에서 게시한 내용을 포함하며, 심전도 측정장치(300)를 이용해 심전도 신호를 측정하기 위해서는,

1) 상기 심전도 측정장치(300)의 상측면 좌측부에 위치한 전원 버튼(101)을 눌러, 상기 심전도 측정장치(300)에 전원을 인가한다.

2) 전면 우측 상부의 메뉴 탐색 버튼(105)과 메뉴 선택 버튼(103)을 눌러, 심전도 측정장치(300)를 측정 모드로 전환한다.

3) 손가락부 전극(305f)을 한 쪽 손으로 접촉한 상태에서 가슴부 전극(305c)을 손가락을 접촉한 손의 반대편 가슴에 접촉하고, 메뉴 선택 버튼(103)을 눌러 상기 심전도 측정장치(300)를 구동한다.

4) 상기 심전도 측정장치(300)의 디스플레이부(111)를 통해서 검출되는 심전도 신호가 나타나며, 이렇게 측정된 심전도 신호는 본 상기 심전도 측정장치(300)의 제어부(도 3의 450)의 RAM(도 3의 455)에 저장된다. 저장된 데이터들은 도 7의 일련의 과정을 통해 연산 처리된 후 심전도 리듬의 규칙성에 대한 결과를 디스플레이부(111)에 표시하게 된다. 측정을 마친 후 PC나 통신 단말기로의 전송을위해서는 USB 단자(107)나 블루투스 프로토콜을 이용할 수 있다.

본 발명에서 구성 되어진 전극(305f, 305c)을 통해 심장의 신경전달 통로를 따라 나타나는 활동전위의 표현인 심전도 신호가 검출되며, 이는 심전도신호 검출부(도 3의 400)에 전달된다.

상기 심전도 측정용 센서부는 인체에 닿는 부분과 전기전도도가 좋은 재질을 이용하여 제작되며, 모든 경우에서의 정확한 심전도 신호 검출을 위해 심전도 측정장치(300)의 좌측면에 두 개의 손가락을 접촉하도록 두 개의 손가락용 전극(305f)을 노출하고, 반대편 우측면에는 한 개의 가슴용 전극(305c)이 노출하도록 구성하되, 상기 각 손가락용 및 가슴용 전극은 젤이 필요 없는 건성전극으로 심전도 측정장치에 일체형으로 구성한다.

도 3은 본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치의 블럭도를 나타낸다.

도 3에 나타난 블럭도의 구성을 살펴보면, 사용자(350)로부터, 심전도 신호를 측정하는 전극(305f, 305c)으로부터 단채널의 심전도 신호를 측정한다. 심전도 전극(305f, 305c)으로부터 측정된 심전도 신호는 심전도신호 검출부(400)에 의해 전원 노이즈를 비롯한 분석에 필요하지 않은 신호 성분들을 제거하고, 신호가 포화되지 않을 정도로 증폭한다. 이렇게 아날로그 신호처리된 심전도 신호는 제어부(450)에 있는 A/D 변환부(451)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환되고, RAM(455)에 저장된다. 상기 RAM(455)에 저장되어 있는 심전도 신호는 ROM(457)에 저장되어 있는 분석 프로그램에 의해 디지털신호처리부(DSP)(453)를 거치게 되고, 그 분석 결과는 디스플레이부(111)에 표시되고, 플레시메모리(Flash Memory)(459)에 저장된다. 저장된 심전도 신호 및 분석 결과값은 USB 단자 등의 인터페이스부(150)를 이용해 PC 또는 통신 단말기 등과 같은 외부기기(470)에 전송이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정 장치를 구동시키는 배터리 역전류 방지회로를 포함한 정전압 전원 및 기준전압 설정을 위한 회로도를 나타낸다.

도 4에 나타난 회로도의 구성을 살펴보면, 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)에 역전류가 유입될 때, 심전도신호 검출부(도 3의 400)와 제어부(도 3의 450)를 구성하는 전자부품(들)이 손상되는 것을 방지하기 위한 배터리 역전류 방지 회로(11)와, 안정된 전원을 장치에 공급하기 위한 정전압 변환회로(13) 및 단일전원으로 구동되어 장치의 기준전압 설정을 위한 기준 전압 설정회로(15)로 구성된다.

상기 배터리 역전류 방지회로(11)는 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)에 전원을 연결할 때, 배터리의 극성을 반대로 하여 장치에 연결하거나 시스템 오류로 인해 발생할 수 있는 역 전류가 심전도신호 검출부(도 3의 400)와 제어부(도 3의 450) 에 인가될 경우 발생할 수 있는 전자부품(들)의 손상을 방지하기 위한 보호 회로이다. 역전류 방지 회로(11)는 트랜지스터를 이용해 상기 심전도 측정장치(300)에 역전류가 유입될 경우 회로에 전원이 인가되는 것을 차단하여 심전도신호 검출부(도 3의 400)와 제어부(도 3의 450)를 구성하는 전자부품(들)의 손상을 방지한다.

상기 정전압 변환회로(13)는 배터리에서 공급되는 전원이 열 잡음이나 충격에 의해 안정적으로 동작하지 않는 경우에 대비하여 최소 전원 이상에서 항상 동일한 직류 전원을 심전도신호 검출부(도 3의 400)와 제어부(도 3의 450)등 회로에 공급할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)는 정전압 변환 회로(13)에 의해 변환된 전원을 이용하여 심전도신호 검출부(도 3의 400)와 제어부(도 3의 450)등의 전자부품(들)을 구동하므로, 내부에 사용된 전자부품(들)의 소비 전류 및 최소 구동 가능한 전원을 고려하여 전자부품(들)을 선정하고 회로를 구성한다.

상기 기준전압 설정회로(15)에 관해서는, 제어부(도 3의 450)가 받아들일 수 있는 아날로그 입력신호는 모두 단일전원 신호인데 반하여, 측정하는 심전도 신호는 모두 양전원 성분을 나타내고 있어 전압레벨이 0V인 점을 기준으로 (-)성분의 신호는 제거될 우려가 있기 때문에, 측정된 신호의 기준을 일정 전압 레벨 이상으로 올려서, 제거되는 신호가 발생하지 않도록 한다. 상기 심전도 센서부(305f, 305c)와 심전도신호 검출부(도 3의 400)가 저전력 형태이므로 연산 증폭기를 이용하여 간단하게 회로의 기준 전압을 설정한다. 기준 전압 설정은 연산증폭기의 (+)입력부에 결합된 저항의 비(R1:R3)에 의해 설정된다.

도 5는 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)에서 사용되는 상기 가슴용 및 손가락용 전극(305f, 305c)으로부터 측정된 심전도 신호의 아날로그 신호처리를 담당하는 심전도신호 검출부의 회로도를 나타내며, 회로도의 구성을 살펴보면,

상기 심전도 신호는 상기 세 개의 전극(305f, 305c)을 통해 측정하는 심장 내부의 활동전위를 전압으로 변환하여 보여지는 신호이며, 세 개의 전극은 각각 (+)극성, (-)극성, 접지(Ground)를 의미한다. 접지(Ground)는 출력 값에 대한 신호의 기준점을 제시하고, (+)전극과 (-)전극으로부터 측정된 심전도 신호는 인체를 통해서 유입되는 동상성분의 잡음을 제거하는 동상제거비(CMRR : Common Mode Rejection Ratio)가 높은 차동 증폭기(41)를 이용해 동상에 해당하는 잡음은 제거하고, (+),(-)두 전극의 전위차만을 증폭한다. 초기 증폭된 신호는 1Hz 이하의 저대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 1Hz인 고역통과 필터(43)와 30Hz 이상의 고대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 30Hz인 4차 저역 통과 필터(45), 및 전극을 통해 유입되는 상용주파수(50/60Hz)에 의한 노이즈를 제거하기 위한 노 치필터(47)를 사용하여 분석에 불필요한 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 공급 전원 이상 포화되지 않을 정도로 반전 증폭회로(49)에 의해 2차 증폭을 한 후, 제어부(도 3의 450)의 A/D 변환부(도 3의 451)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

도 6은 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)의 입력부(101, 103, 105), 상태 표시부(107) 및 디스플레이부(111)를 포함하는 제어부(450)를 나타낸 회로도이다.

도 6에 나타난 회로도를 살펴보면, 본 발명에 따른 심전도 측정장치에서 장치에 전원을 인가할 때 사용하는 전원버튼(101), 장치의 구동을 조작하기 위한 조작버튼(103, 105), 장치가 구동되는 상태를 표시하기 위한 상태표시 LED(107), 본 발명에 의해 측정된 심전도 신호 및 그 분석 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이부(111), 저장된 심전도 신호 및 분석 결과를 USB 단자 등 외부기기와 연결할 때 사용하는 인터페이스 단자(150) 및 심전도 신호 검출부로부터 측정된 신호를 디지털 변환 및 분석을 하는 제어부(450)로 구성되어 있다.

도 6에 나타난 회로도를 살펴보면, 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)는 제어부(450)를 이용하여 데이터 및 프로그램을 저장하고, 신호처리를 하게 된다.

본 발명에 따른 심전도 측정장치에 전원을 인가할 때 사용하는 전원버튼(101)을 이용하여 장치를 구동하고, 장치의 전원 상태, 데이터 전송 상태 등을 표시하기 위한 상태표시 LED(103, 105)를 이용하여 본 장치의 상태를 나타낸다.

본 발명에 따른 심전도 측정장치로부터 수집된 데이터와 분석 결과를 저장 할 수 있는 RAM(도 3의 455) 및 분석 프로그램을 저장할 수 있는 ROM(도 3의 457)이 내장된 마이크로컨트롤러 칩을 이용해 제어한다.

상기 제어부(450)는 심전도 센서로부터 출력된 심전도 신호를 심전도 신호 검출부로부터 받아 디지털 변환을 하여 상기 제어부(450)의 RAM(도 3의 455)에 저장된다. RAM(도 3의 455)에 저장되어 있는 심전도 신호는 ROM(도 3의 457)에 저장된 분석 프로그램에 의해 분석한 결과를 디스플레이부(111)에 표시하고, 플레시메모리(Flash Memory)(도 3의 459)에 저장된다. 또한 측정된 심전도 신호는 저장된 심전도 신호 및 분석 결과값은 USB 단자 등의 인터페이스부(150)를 이용해 PC 또는 통신 단말기 등과 같은 외부기기(도 3의 470)에 전송이 가능하다.

한편, 상기 제어부(450)에 입력된 데이터 처리는 내부에서 자체적으로 가능하지만, 데이터 저장 메모리를 확장하고, 디스플레이용 LCD를 연결하기 위해 메모리 맵핑이 필요하다. 메모리 맵핑을 하기 위해서는 어드레스/데이터 버스를 이용해야 하는데 AVR은 어드레스(16비트)/ 데이터(8비트) 방식이고, 하위 어드레스와 데이터가 같은 핀을 사용하기 때문에 래치(73)를 이용하여 데이터와 어드레스를 분리한다. 데이터 저장 메모리와 LCD를 메모리 맵핑하기 위해서는 칩 셀릭팅 신호를 만들어야 하는데 이를 위해 디코더(75)를 이용하여 신호를 만들어 주게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)의 측정 및 분석 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7에 나타난 흐름도를 살펴보면, 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)를 이용해 손가락과 가슴에 전극을 접촉시키고 심전도 신호 측정을 시작(F1)하게 되면, 전원버튼(도 2의 101), 메뉴 선택 버튼(도 2의 103), 메뉴 탐색 버튼(도 2의 105)에 의해 조작된 값들이 제어부(도 3의 450)의 외부 입력(도 3의 103, 105)으로 인가되고(F3), 심전도 신호의 아날로그 신호처리 과정(F7)을 수행한다. 아날로그 신호 처리된 심전도 신호는 제어부(도 3의 450)의 A/D 변환부(도 3의 451)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다(F9).

디지털 신호로 변환된 심전도 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 트렌드 제거를 포함하는 디지털 신호처리((F11)를 통과한 후 심전도 신호를 디스플레이(F12)하며, 일정 시간 동안의 심전도 신호의 검출이 완료되면 심전도 신호의 분석을 수행한다.

디지털 신호처리(F11)에서는 저역통과 필터를 거친 신호에 다시 고역통과 필터를 적용한 후 심전도 신호에서 급격한 변화를 보이는 부분을 차지 위해 미분을 수행한다. 이렇게 미분된 신호는 그 크기가 미약하므로 모든 데이터 점에 제곱을 함으로써 R 점에 해당하는 부분을 두드러지게 한다. 그 후 이동평균을 수행하면 심전도 신호의 한 주기에 대한 부분이 크게 나타나게 된다.

이러한 일련의 과정을 거친 신호로부터 특징점을 검출(F13)하기 위해서 적절한 문턱치를 설정하고 그 문턱치보다 크게 나타나는 부분에서의 최고점을 찾으면 그 점이 심전도 신호의 R 점을 의미하게 되고, 그 최고점에 해당하는 원 심전도 신호에서의 데이터를 확인함으로써 R 점을 찾을 수 있게 된다.

R점을 찾은 후 R점을 기준으로 한 전, 후로 일정 구간을 정하고 미분을 수행하여 영점을 교차하는 부분을 검출하면 R점 이전의 영점 교차 부분이 Q점이 되고 R점 이후의 영점 교차 부분이 S점이 된다.

이러한 과정을 통해 검출된 심전도 신호로부터 최종적으로 Q, R, S점을 찾게 되면 이를 기준으로 분당 맥박수, R-R 간격, QS 간격을 비교하여 빈맥, 서맥, 리듬의 규칙성에 대한 변수 값들을 계산(F15)한다. 분당 맥박수는 측정된 심전도 신호의 R-R 간격을 기준으로 계산하며, 분당 맥박수가 100회 이상일 때는 빈맥으로 판단하고 분당맥박수가 50회 미만일 때는 서맥으로 판단한다. 리듬의 규칙성의 판단을 위해서는 초기 일정 시간 동안의 R-R 간격에 대한 평균값과 QS 간격에 대한 평균값을 기준으로 각 R-R 간격과 QS 간격이 이들 평균값으로부터 벗어나는 정도를 퍼센트로 계산하여 리듬의 규칙성에 대한 판단을 하게 되며, 그 결과를 디스플레이(F16)하고 일련의 과정은 종료(F17)가 된다.

도 8은 본 발명에 따른 심전도 측정장치(300)로부터 측정되고 저장된 심전도 신호를 외부기기와 접속하여 전송한 후 출력한 파형의 예로서,

사용자에 대한 기본적인 정보의 표시와 더불어 측정된 원래 심전도 신호의 파형이 변형 없이 그대로 프린트됨으로써 임상 전문가가 파형을 직접 확인하여 정확한 진단을 내릴 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치 및 방법은 다양한 조건의 사용 환경을 고려하여 항상 휴대하고 있다가 일상생활 중 정기적으로 혹은 운동 전후나 이상 현상이 나타나는 순간에 본인이 직접 심전도를 측정하고 저장하고, 정기적으로 저장된 심전도 파형을 병원 방문 시 임상 전문가에게 제시하여 진단 및 처방에 도움을 받을 수도 있고, 하루 일과 중의 심전도 파형의 변화 추이를 바탕으 로 계획적인 건강 관리 지침을 세울 수도 있는 웰빙 사회에서의 필수적인 건강관리 기기로 확대될 수 있을 것이다.

이는 부정맥 등의 질환을 가지고 있으면서도 병원 방문 시에는 이상 현상의 검출이 힘들었던 기존 심전도 검사의 개념을 뛰어넘어 다양한 의료 환경 및 가정용 의료기 산업에 적용 가능한 산업적 가치 또한 포함하고 있다.

도 1 : 본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치의 사용 실시예를 나타낸 도.

도 2 : 도 1의 심전도 측정장치의 외관을 나타내는 정면도, 좌측면도, 우측면도, 저면도.

도 3 : 본 발명에 따른 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치의 블럭 구성도.

도 4 : 본 발명에 따른 배터리 역전류 방지회로를 포함한 정전압 전원 및 기준전압 설정 회로도.

도 5 : 본 발명에 따른 심전도 센서로부터의 심전도신호 검출부의 상세 회로도.

도 6 : 본 발명에 따른 입력부, 상태표시부 및 디스플레이부를 포함하는 제어부를 나타낸 상세 회로도.

도 7 : 본 발명에 따른 심전도 측정 및 분석 방법을 나타낸 흐름도.

도 8 : 본 발명에 따른 심전도 측정 후 저장된 파형의 출력 예를 보인도.

* 도면부호의 주요부분에 대한 간단한 설명*

101 : 전원버튼 103 : 메뉴 선택 버튼

105 : 메뉴 탐색 버튼 107 : USB 단자

111 : 디스플레이부 150 : 인터페이스부

300 : 심전도 측정장치 305C : 가슴 전극

305f : 손가락 전극 350 : 사용자

400 : 심전도신호 검출부 450 : 제어부

451 : A/D변환부 453 : 디지털신호처리부

455 : RAM 457 : ROM

459 : 플레시메모리 470 : 외부기기

Claims (12)

1. 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 전극을 사용자의 손가락과 가슴에 접촉하여 심전도 신호를 검출하는 심전도 측정 및 저장장치에 있어서,

   사용자의 손가락에 접촉하는 두 개의 전극과 가슴에 접촉하는 한 개의 전극을 통해 심전도를 검출하는 심전도 센서부;

   상기 심전도 센서부로부터 검출되는 단채널의 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하는 심전도신호 검출부;

   상기 심전도신호 검출부로부터의 단채널 심전도 신호를 디지털신호로 변환하여 저장하고, 저장된 분석 프로그램의 연산에 의해 상기 단채널 심전도 신호에서 특징점을 추출함과 아울러 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하고, 상기 저장된 심전도 신호를 외부기기로의 전송을 제어하는 제어부; 및

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 심전도 파형으로 실시간으로 표시하는 디스플레이부(111);를 포함하여 구성하되,

   상기 심전도신호 검출부의 아날로그 신호처리는 상기 심전도 센서부에서 측정된 각 심전도 신호에서 전원 노이즈 및 심전도 신호 분석에 필요한 신호만을 검출한 후 신호가 포화되지 않을 정도로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 전극을 사용자의 손가락과 가슴에 접촉하여 심전도 신호를 검출하는 심전도 측정 및 저장장치에 있어서,

   사용자의 손가락에 접촉하는 두 개의 전극과 가슴에 접촉하는 한 개의 전극을 통해 심전도를 검출하는 심전도 센서부;

   상기 심전도 센서부로부터 검출되는 단채널의 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하는 심전도신호 검출부;

   상기 심전도신호 검출부로부터의 단채널 심전도 신호를 디지털신호로 변환하여 저장하고, 저장된 분석 프로그램의 연산에 의해 상기 단채널 심전도 신호에서 특징점을 추출함과 아울러 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하고, 상기 저장된 심전도 신호를 외부기기로의 전송을 제어하는 제어부; 및

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 심전도 파형으로 실시간으로 표시하는 디스플레이부(111);를 포함하여 구성하되,

   상기 제어부는 상기 심전도신호 검출부로부터 검출된 아날로그 심전도신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환부;

   상기 A/D변환부의 디지털 심전도신호를 저장하는 RAM;

   상기 RAM에 저장된 디지털 심전도신호를 ROM메모리에 저장된 분석 프로그램에 의해 연산하여 심전도신호에서 특징점을 추출하고, 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하는 디지털신호처리부;

   상기 디지털신호처리부에서의 분석 결과값을 저장하는 플레시메모리; 및

   상기 RAM에 저장된 심전도 신호 및 플레시메모리에 저장된 분석 결과 값을 외부기기로 전송하는 인터페이스부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 인터페이스부는 상기 RAM 및 플레시메모리에 저장된 심전도 측정데이터 및 분석 결과값을 USB 단자나 블루투스 프로토콜을 활용하여 유무선 접속된 PC나 이동통신 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 인터페이스부에 접속된 프린터를 통해 심전도 파형신호를 인쇄 출력하는 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치.
7. 휴대가 가능한 기기에 부착되어 있는 전극을 사용자의 손가락과 가슴에 접촉하여 심전도 신호를 검출하는 심전도 측정 및 저장장치에 있어서,

   사용자의 손가락에 접촉하는 두 개의 전극과 가슴에 접촉하는 한 개의 전극을 통해 심전도를 검출하는 심전도 센서부;

   상기 심전도 센서부로부터 검출되는 단채널의 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하는 심전도신호 검출부;

   상기 심전도신호 검출부로부터의 단채널 심전도 신호를 디지털신호로 변환하여 저장하고, 저장된 분석 프로그램의 연산에 의해 상기 단채널 심전도 신호에서 특징점을 추출함과 아울러 추출된 특징점으로부터 리듬의 불규칙성을 판단하고, 상기 저장된 심전도 신호를 외부기기로의 전송을 제어하는 제어부; 및

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 심전도 파형으로 실시간으로 표시하는 디스플레이부(111);를 포함하여 구성하되,

   상기 제어부의 제어에 의해 측정되는 심전도 파형을 설정된 시간(20~300초 범위) 동안 실시간으로 디스플레이부에 표시하며, 상기 측정된 심전도 데이터를 내부 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 단채널 휴대용 무선 심전도 측정장치에 구비된 손가락용 및 가슴용 전극을 통해 사용자의 손가락 및 가슴으로부터 심전도 신호를 측정 및 분석하여 디스플레이부에 표시하는 심전도 측정방법에 있어서,

    심전도 측정장치에 구비된 손가락용 및 가슴용 전극에 접촉된 손가락과 가슴으로부터 심전도 신호 측정을 시작하는 단계;

    사용자가 외부입력키를 조작함에 따라 선택된 값들이 제어부의 외부 입력으로 인가되는 단계;

    상기 측정된 아날로그 심전도 신호가 아날로그 신호처리되고, 상기 제어부에 디지털신호로 변환 입력되는 단계;

    상기 디지털 신호로 변환된 심전도 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하 고, 트렌드 제거를 포함하는 디지털 신호처리한 후 디스플레이하는 단계;

    상기 일정 시간 동안의 심전도 신호의 검출이 완료되면 심전도 신호의 분석을 수행하는 단계; 및

    상기 분석한 결과를 디스플레이하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 심전도 신호의 분석을 수행하는 단계는 상기 심전도 신호에서 급격한 변화를 보이는 부분을 차지 위해 미분을 수행하며, 미분된 신호는 그 크기가 미약하므로 모든 데이터 점에 제곱을 함으로써 R 점에 해당하는 부분을 두드러지게 하는 단계;

    이동평균을 수행하여 심전도 신호의 한 주기에 대한 부분을 찾는 단계;

    상기 심전도 신호에서 특징점을 검출하기 위해서 문턱치를 설정하고 그 문턱치보다 크게 나타나는 부분에서의 최고점을 찾으면 그 점이 심전도 신호의 R 점을 의미하게 되고, 그 최고점에 해당하는 원 심전도 신호에서의 데이터를 확인함으로써 R 점을 찾는 단계;

    상기 R 점을 찾은 후 R 점을 기준으로 한 전, 후로 일정 구간을 정하고 미분을 수행하여 영점을 교차하는 부분을 검출하면 R 점 이전의 영점 교차 부분이 Q 점이 되고 R 점 이후의 영점 교차 부분이 S 점이 결정되는 단계; 및

    상기 단계를 통해 검출된 심전도 신호로부터 최종적으로 Q, R, S 점을 찾게 되면 이를 기준으로 분당 맥박수, R-R 간격, QS 간격을 비교하여 빈맥, 서맥, 리듬의 규칙성에 대한 변수 값들을 연산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 분당 맥박수는 측정된 심전도 신호의 R-R 간격을 기준으로 산출하며, 분당 맥박수가 100회 이상일 때는 빈맥으로 판단하고 분당맥박수가 50회 미만일 때는 서맥으로 판단하고,

    상기 리듬의 규칙성의 판단은 초기 일정 시간 동안의 R-R 간격에 대한 평균값과 QS 간격에 대한 평균값을 기준으로 각 R-R 간격과 QS 간격이 이들 평균값으로부터 벗어나는 정도를 퍼센트로 계산하여 상기 리듬의 불규칙성을 판단하는 것을 특징으로 하는 단채널 휴대용 무선 심전도 측정방법.

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