KR101402134B1 - 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 양손만을 이용하여, 단일 파라미터가 아닌, 심전도(ECG), 산소포화도(SpO2), 혈압(NIBP), 체임피던스(Bio-Impedance)를 측정하고, 체지방율(Body Fat Rate, BFR), 비관혈식 혈압(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 심박출량(ICG), 폐기능 검사(IPFT)의 다차원의 생체 파라미터의 분석을 행하여, 비용과 시간의 제약이 적게 들며, 지속적인 혈관 및 심폐기능 모니터링이 가능한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 손목에 혈압측정용 커프를 장착하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 심전도, 체임피던스, 심박출량(ICG), 임피던스 폐기능검사(IPFT)를 측정하는 수단으로, 심전도 센서부과 체임피던스 센서부을 구비하여, 심전도신호와 체임피던스 신호를 검출하여, RR간격을 포함하는 심전도 파라미터, FEV1/FVC 비율, 심박출량, 체지방량을 측정하는 심전도 및 체임피던스 측정모듈; 산소포화도 센서부를 구비하여 산소포화도를 검출하는 산소포화도 검출모듈; NIBP 센서부 및 압력센서부를 구비하여, NIBP센서부로부터의 혈압신호 및 압력센서부로부터의 코르트코프음신호를 검출하여, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 혈압측정모듈; 심전도 및 체임피던스 측정모듈, 산소포화도 검출모듈, 혈압측정모듈의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 모듈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 심전도 및 체임피던스 측정모듈 및 산소포화도 검출모듈을 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출할 수 있다.
본 발명은, 손목에 혈압측정용 커프를 장착하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 심전도, 체임피던스, 심박출량(ICG), 임피던스 폐기능검사(IPFT)를 측정하는 수단으로, 심전도 센서부과 체임피던스 센서부을 구비하여, 심전도신호와 체임피던스 신호를 검출하여, RR간격을 포함하는 심전도 파라미터, FEV1/FVC 비율, 심박출량, 체지방량을 측정하는 심전도 및 체임피던스 측정모듈; 산소포화도 센서부를 구비하여 산소포화도를 검출하는 산소포화도 검출모듈; NIBP 센서부 및 압력센서부를 구비하여, NIBP센서부로부터의 혈압신호 및 압력센서부로부터의 코르트코프음신호를 검출하여, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 혈압측정모듈; 심전도 및 체임피던스 측정모듈, 산소포화도 검출모듈, 혈압측정모듈의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 모듈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 심전도 및 체임피던스 측정모듈 및 산소포화도 검출모듈을 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출할 수 있다.
Description
본 발명은, 양손만을 이용하여, 단일 파라미터가 아닌, 심전도(ECG), 산소포화도(SpO2), 혈압(NIBP), 체임피던스(Bio-Impedance)를 측정하고, 체지방율(Body Fat Rate, BFR), 비관혈식 혈압(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 심박출량(ICG), 폐기능 검사(IPFT)의 다차원의 생체 파라미터의 분석을 행하여, 비용과 시간의 제약이 적게 들며, 지속적인 혈관 및 심폐기능 모니터링이 가능한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에 관한 것이다.
기존의 연구개발되고 있는 대부분의 심혈관계 진단 및 분석 장비들은 주로 개별적 요소, 즉, 심전도, 혈압, 산소포화도, 폐기능 검사 등 중에서 한두개 정도의 파라미터를 이용한 진단 및 분석 시스템의 형태이다.
또한 종합적인 진단 장비들은 대부분이 고가의 병원용 장비들임에 따라 질병을 사전에 예측하고 예방함에 있어 많은 비용이 소요되고 있는 실정이며, 숙련된 검사자들에 의해 검사가 이루어져야만 하므로 한 가지 검사에도 많은 검사 시간이 소요되는 단점을 가지고 있다.
특히, 기존의 임상에서의 폐기능 검사(PFT), 심박출량 측정(ICG)은 긴 측정 시간 및 숙련된 전문가가 필수적으로 동반되어야 하며 고가의 측정 장비의 사용으로 인한 경제적인 부담과 공간 및 시간의 제약이 존재하며, 또한, 혈관탄성도, 체지방 측정, 혈압 측정은 모니터링이 필수적인 항목들이지만 측정의 구속성이 여전히 남아 있기 때문에 지속적인 모니터링에 제한이 있다.
본 발명은 이러한 심혈관 진단장비들이 가지는 문제점들에 대한 해결책으로써 단일 파라미터가 아닌 다수의 생체 파라미터(ECG, PPG, NIBP, Bio-Impedance등)의 측정이 가능한 시스템으로서, 양손만을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제안하였다.
본 발명의 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템은, 체지방율(BFR), 손목혈압측정(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 양손 심박출량측정(ICG), 양손 폐기능측정(IPFT)의 다수의 생체 파라미터의 분석을 행할 수 있어, 즉, 단일 파라미터가 아닌 다수의 생체 파라미터의 측정을 통해 종합적으로 분석함으로써, 비용과 시간의 제약이 적고 건강 정보에 용이한 접근이 가능하게 되며, 또한 이를 통해 병원 이외의 다양한 장소에서도 개인의 혈관 및 심폐 기능의 평가 및 지속적인 모니터링이 가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 양손만을 이용하여, 단일 파라미터가 아닌, 심전도(ECG), 광용적맥파(PPG), 혈압(NIBP), 체임피던스(Bio-Impedance)를 측정하고, 체지방율(Body Fat Rate, BFR), 비관혈식 혈압(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 심박출량(ICG), 폐기능 검사(IPFT)의 다차원의 생체 파라미터의 분석을 행하며, 비용과 시간의 제약이 적게 들며, 지속적인 혈관 및 심폐기능 모니터링이 가능한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 체 임피던스를 이용한 심박출량과 폐기능 측정에서 장치 및 전극의 착용에 의한 구속적인 측정 방식에서 벗어나, 양손만을 이용한, 양손전극 측정법을 이용하여 편리하고 무구속적인 심폐기능의 측정 및 모니터링이 가능한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 손목 혈압 측정 정확도 향상을 위해 기존 오실로메트릭 방식과 코로트코프음(Korotkoff Sound)의 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density)를 이용한 알고리즘을 결합함으로써 손목 측정에 따른 오차를 개선하고, 정확도가 향상된 손목 혈압값(SBP, DBP, MAP)을 검출하는 손목혈압 측정모듈을 구비한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 기존의 혈관상태를 검출하는 방식에 추가하여, 산소포화도(SpO2)를 통해 측정된 PPG의 이차미분 파형(APG)의 특징점을 이용하여 보정 파라미터를 검출하고 사용자 정보인 신장(Height)을 이용하여 보상된 혈관특성 파라미터(BVSI)를 검출하여, 혈관상태를 보다 정확하게 알 수 있게 하는, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 체임피던스, 심전도, 산소포화도(SpO2) 또는 광용적맥파(PPG) 신호를 양손을 이용하여 동시 측정이 가능한 통합 시스템을 구비하며, 체임피던스의 임피던스 카디오그램(Impedance Cardiogram)(이하, ICG 라 함) 특징점들을 검출하고, 특징점 간의 진폭과 시간 정보를 통해 일회 심박출량(Stroke Volume)을 검출하는 심박출량(Cardiac Output) 추정 알고리즘을 구비한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 체 임피던스를 이용한 임피던스 폐기능검사(Impedance Pulmonary Function Test, IPFT) 모듈을 구비하고, 폐활량(이하, FVC 라함), 1초간 최대호기량(즉, 1초간 힘껏 내쉬는 공기의 양, forced expired volume in one second)(이하, FEV1 이라함), 1초간 강제호기량/강제폐활량 비율(즉, 1초간 힘껏 들이마시는 공기의 양(FVC)에 대한 1초간 힘껏 내쉬는 공기의 양의 비율)(이하 FEV1/FVC 비율 이라함)의 폐기능 평가 파라미터 검출 알고리즘을 갖추고 있어, 사용자 편의성을 갖춘 폐기능 상태 추정 시스템을 구비한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 블루투스(Bluetooth) 표준 무선 프로파일(Profile)을 통해 안드로이폰 등의 여러 IT 기기와의 호환성을 확보하여 E-Health 및 U-Health의 확장이 가능한, 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 전면부에 중앙에 디스플레이부를 구비하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 생체신호 검출전극으로서, 피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 폐용적(Pulmonary Volume)을 반영한 체임피던스신호인, 페용적 신호를 검출하는 체임피던스 센서부; 체임피던스 센서부에서 출력된 폐용적 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 IPFT(임피던스 폐기능검사) 전처리부; IPFT 전처리부로부터 수신된 폐용적 신호를 디지탈신호로 변환하고, 폐용적 신호로부터 FEV1/FVC 비율(1초간 강제호기량/강제폐활량 비율)을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU(Micro Controller Unit);를 구비하는 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 전면부에 중앙에 디스플레이부를 구비하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 발광부와 수광부를 구비하여 혈관탄성도를 반영한 PPG신호(산소포화도 신호)를 검출하는 산소포화도 센서부, 산소포화도 센서부에서 출력된 PPG신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 산소포화도 전처리부, 산소포화도 전처리부로부터 PPG신호를 수신하여 디지탈신호로 변환하는 산소포화도 MCU를 구비하는 산소포화도 검출모듈; 심전도 전극을 구비하여 심전도를 검출하는 심전도 센서부, 심전도 센서부에서 출력된 심전도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 심전도 전처리부, 심전도 전처리부로부터 심전도 신호를 수신하고, 산소포화도 MCU로부터 PPG신호를 수신하여, 심전도 신호 및 PPG신호를 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 구비하는 심전도 및 체임피던스 측정모듈;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 전면부에 중앙에 디스플레이부를 구비하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 생체신호 검출전극으로서, 피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 심박출량측정(ICG)을 반영한 체임피던스신호인, ICG 신호를 검출하는 체임피던스 센서부; 체임피던스 센서부에서 출력된 폐용적 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 ICG 전처리부; ICG 전처리부로부터 수신된 ICG 신호를 디지탈신호로 변환하고, ICG 신호로부터 1회 박출량 및 심박출량을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU;를 구비하는 심박출량(ICG) 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 전면부에 중앙에 디스플레이부를 구비하고, 일측 손목에 혈압측정용 커프를 장착하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 발광부와 수광부를 구비하여, 혈압을 반영한 PPG 신호인 혈압신호를 검출하는 NIBP(비관혈식 손목혈압측정) 센서부; NIBP 센서부에서 출력한 혈압신호를 증폭하는 NIBP전처리부; 손목에 감겨진 커프로부터 코르트코프음을 반영한 압력신호인 코르트코프음신호를 검출하는 압력센서부; 압력센서부에서 검출된 코르트코프음신호로부터 잡음을 제거하고, 증폭하는 압력전처리부; NIBP전처리부로부터의 혈압신호 및 압력전처리부로부터의 코르트코프음신호를 디지탈 신호로 변환하고, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 NIBP MCU;를 구비하는 혈압측정모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 NIBP MCU는 오실로메트릭법에 따른 혈압을 코로토코프음에 따른 혈압에 의해 보정한다.
상기 심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 심전도 전극을 구비하여 심전도를 검출하는 심전도 센서부와 심전도 센서부에서 출력된 심전도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 심전도 전처리부를 구비하며, 심전도 및 체임피던스 MCU는, 심전도 전처리부로부터 수신된 심전도 신호로 부터, 심박동수, RR간격, P파, QRS파, PR간격, QRS간격을 검출한다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 체지방을 반영한 체임피던스신호인 체지방신호를 검출하는 체임피던스 센서부와, 체임피던스 센서부에서 출력된 체지방신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 체임피던스 전처리부를 더 구비하며, 심전도 및 체임피던스 MCU는, 체임피던스 전처리부로부터 수신된 체지방신호로부터 체지방량을 검출한다.
발광부와 수광부를 구비하여 산소포화도 신호(PPG신호)를 검출하는 산소포화도 센서부, 산소포화도 센서부에서 출력된 산소포화도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 산소포화도 전처리부, 산소포화도 전처리부로부터 산소포화도 신호를 수신하여 디지탈신호로 변환하는 산소포화도 MCU를 구비하는 산소포화도 검출모듈을 더 구비한다.
생체 계측 시스템은, 사용자가 설정한 단일 측정모드 또는 순차적 측정모드에 따라, 생체 계측 시스템의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 MCU; 메인 MCU의 출력을 무선으로 송출하는 블루투스부;를 포함하는 메인 모듈을 더 구비한다.
순차적 측정모드는 기 저장된 우선순위에 따라 심전도 및 산소포화도, 체임피던스, 심박출량, 혈압, 폐기능검사를 순서대로 측정한다.
또한, 본 발명은, 손목에 혈압측정용 커프를 장착하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있는 생체 계측 시스템에 있어서, 심전도, 체임피던스, 심박출량(ICG), 임피던스 폐기능검사(IPFT)를 측정하는 수단으로, 심전도 센서부과 체임피던스 센서부을 구비하여, 심전도신호와 체임피던스 신호를 검출하여, RR간격을 포함하는 심전도 파라미터, FEV1/FVC 비율, 심박출량, 체지방량을 측정하는 심전도 및 체임피던스 측정모듈; 산소포화도 센서부를 구비하여 산소포화도를 검출하는 산소포화도 검출모듈; NIBP 센서부 및 압력센서부를 구비하여, NIBP센서부로부터의 혈압신호 및 압력센서부로부터의 코르트코프음신호를 검출하여, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 혈압측정모듈;중 하나 이상을 포함하며, 심전도 및 체임피던스 측정모듈, 산소포화도 검출모듈, 혈압측정모듈의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 모듈를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 체임피던스 센서부로부터 검출된, 폐용적(Pulmonary Volume)을 반영한 체임피던스신호인, 페용적 신호로부터 FEV1/FVC 비율(1초간 강제호기량/강제폐활량 비율)을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함한 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈를 구비한다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 심전도 센서부로부터 심전도 신호를 수신하고, 산소포화도 검출모듈로부터 PPG신호를 수신하여, 심전도 신호 및 PPG신호를 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함한다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 체임피던스 센서부로 부터 검출된 심박출량측정(ICG)을 반영한 체임피던스신호인, ICG 신호로부터 1회 박출량 및 심박출량을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함하는, 심박출량(ICG) 측정모듈을 포함한다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈은, 체임피던스 센서부로부터 검출된, 체지방을 반영한 체임피던스신호인 체지방신호로부터 체지방량을 검출한다.
생체신호 검출전극은, 심전도와 체임피던스 검출을 위한 4개의 전극인, 제1전극 내지 제4전극을 구비하되, 생체 계측 시스템의 전면부 좌측 하단에 제1전극을 구비하고, 생체 계측 시스템의 전면부 우측 하단에 제2전극을 구비하고, 생체 계측 시스템의 좌측면부에 제3전극을 구비하고, 생체 계측 시스템의 우측면부에 제4전극을 구비한다. 제1전극 내지 제4전극은 크롬 도금 전극이다.
본 발명의 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에 의하면, 단일 파라미터가 아닌, 심전도(ECG), 산소포화도(SpO2), 혈압(NIBP), 체임피던스(Bio-Impedance)를 측정하고, 체지방율(Body Fat Rate, BFR), 비관혈식 혈압(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 심박출량(ICG), 폐기능 검사(IPFT)의 다차원 생체 파라미터의 분석을 행하며, 비용과 시간의 제약이 적게 들며, 지속적인 혈관 및 심폐기능 모니터링이 가능하다.
또한, 본 발명은, 체 임피던스를 이용한 심박출량과 폐기능 측정에서 장치 및 전극의 착용에 의한 구속적인 측정 방식에서 벗어나, 양손만을 이용한, 양손전극 측정법을 이용하여 편리하고 무구속적인 심폐기능의 측정 및 모니터링이 가능하다.
또한, 본 발명은, 기존 오실로메트릭 방식과 코로트코프음의 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density)를 이용한 알고리즘을 결합함으로써 손목 측정에 따른 오차를 개선하고, 정확도가 향상된 손목 혈압값(SBP, DBP, MAP)을 검출하는 손목혈압 측정모듈을 구비하여, 손목 혈압 측정의 정확도 향상시켰다.
또한, 본 발명은, 기존의 혈관상태를 검출하는 방식에 추가하여, PPG의 이차미분 파형(APG)의 특징점을 이용하여 보정 파라미터를 검출하고 사용자 정보인 신장(Height)을 이용하여 보상된 혈관특성 파라미터(BVSI)를 검출하여, 혈관상태를 보다 정확하게 알 수 있게 한다.
또한, 본 발명은, 체임피던스, 심전도, 산소포화도(SpO2) 또는 광용적맥파(PPG) 신호를, 양손을 이용하여 동시 측정이 가능한 통합 시스템을 구비하며, 체임피던스의 ICG 특징점들을 검출하고, 특징점 간의 진폭과 시간 정보를 통해 일회 심박출량(Stroke Volume)을 검출하는 심박출량(Cardiac Output) 추정 알고리즘을 구비하여, 양손만을 이용해서 심박출량 평가가 가능하다.
또한, 본 발명은, 체 임피던스를 이용한 임피던스 폐기능검사(IPFT) 모듈을 구비하고, 폐활량(FVC), 1초간 최대호기량(FEV1), 1초간 강제호기량/강제폐활량 비율(FEV1/FVC 비율)의 폐기능 평가 파라미터 검출 알고리즘을 갖추고 있어, 사용자 편의성을 갖추면서 폐기능 상태 추정이 가능하다.
또한, 본 발명은, 블루투스(Bluetooth) 표준 무선 프로파일(Profile)을 통해 안드로이폰 등의 여러 IT 기기와의 호환성을 확보하여 E-Health 및 U-Health의 확장이 가능하다.
특히, 본 발명의 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템은, 종래의 단일 파라미터의 측정과는 다르게, 종합적이고 지속적인 혈관 및 심폐기능 모니터링 시스템으로써, 종합적인 1차 파라미터 측정을 통한 파라미터간의 상호 보상과 새로운 2차적 파라미터인 체지방측정(BFR), 손목혈압측정(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 양손 심박출량측정(ICG), 양손 폐기능측정(IPFT)의 추출 및 분석이 가능하다. 특히 Impedance를 이용한 심박출량과 폐기능 측정에서는 장치 및 전극의 착용에 의한 구속적인 측정 방식에서 벗어나, 양손전극 측정법을 이용하여 종래에는 없던 편리하고 무구속적인 심폐기능의 측정 및 모니터링이 가능하다.
본 발명은, 양손만을 이용하여, 단일 파라미터가 아닌 다차원적 생체 파라미터의 측정을 통해 종합적으로 분석하여 비용과 시간의 제약이 적고 건강 정보에 용이한 접근이 가능하며, 또한 이를 통해 병원 이외의 다양한 장소에서도 개인의 혈관 및 심폐 기능의 평가 및 지속적인 모니터링이 가능하다. 결과적으로 본 발명은 가정에서 손쉽게 심박출량 및 심장의 역학적 기능을 자가진단 하여 개인의 건강상태를 파악할 수 있으며 자신의 건강 상태에 대한 관심 고조와 질병의 초기 예방을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성의 일예이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 생체 계측 시스템의 좌측면도이고, 도 4c는 도 4a의 생체 계측 시스템의 우측면도이다.
도 5a는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 실행화면의 일예이다.
도 5b는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 사용상태도의 예이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 심전도 리듬분석 특성점 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 7은 도 6의 검출된 특성점에 따른 심전도 리듬 분석 알고리즘 순서도의 일예이다
도 8은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 산소포화도 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 산소포화도 데이타 획득 타이밍도의 일예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목혈압측정 알고리즘 순서도의 예이다.
도 11은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관탄성도(BVSI) 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 12는 본 발명의 보정된 SI(SIc) 파라미터 산출을 설명하는 설명도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 심박출량 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 14는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 폐기능평가 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 15 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정화면의 일예이다.
도 16 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정결과화면의 일예이다.
도 17 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 폐기능 측정화면의 일예이다.
도 18 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 페기능 측정 결과화면의 일예이다.
도 19는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목 혈압측정 결과화면의 일예이다.
도 2는 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성의 일예이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 생체 계측 시스템의 좌측면도이고, 도 4c는 도 4a의 생체 계측 시스템의 우측면도이다.
도 5a는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 실행화면의 일예이다.
도 5b는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 사용상태도의 예이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 심전도 리듬분석 특성점 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 7은 도 6의 검출된 특성점에 따른 심전도 리듬 분석 알고리즘 순서도의 일예이다
도 8은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 산소포화도 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 산소포화도 데이타 획득 타이밍도의 일예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목혈압측정 알고리즘 순서도의 예이다.
도 11은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관탄성도(BVSI) 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 12는 본 발명의 보정된 SI(SIc) 파라미터 산출을 설명하는 설명도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 심박출량 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 14는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 폐기능평가 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
도 15 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정화면의 일예이다.
도 16 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정결과화면의 일예이다.
도 17 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 폐기능 측정화면의 일예이다.
도 18 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 페기능 측정 결과화면의 일예이다.
도 19는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목 혈압측정 결과화면의 일예이다.
이하, 본 발명의 양손을 이용한 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.
초기화단계로, 본 발명의 생체 계측 시스템의 전원스위치를 켬에(ON) 의해 생체 계측 시스템, 즉, 심혈관 측정모듈이 초기화 상태로 되면서, 생체 계측 시스템의 디스플레이부는 초기 화면상태로 된다(S10).
사용자 및 측정 항목 설정단계로, 본 발명의 생체 계측 시스템의 구동스위치를 키거나(ON), 또는 초기화단계 후 자동적으로, 사용자 선택 및 측정 항목 선택화면으로 전환되며, 여기서는 사용자 선택모드, 측정모드, 이전 측정결과 보기모드, 옵션설정 모드를 선택 가능하다(S20).
사용자 선택모드의 경우, 신규사용자 등록모드(S22), 목록에서 사용자 선택모드(S23)가 있다.
신규사용자 등록모드(S22)는, 신규사용자 등록을 사용자 목록에서 직접입력을 행하는 것으로, 목록 추가시 키보드와 사용자 정보 팝업을 통해 사용자 정보를 입력할 수 있다.
목록에서 사용자 설정모드(S23)는, 목록에서 사용자를 선택하거나 삭제하는 것으로, 사용자 삭제시에는 저장되어 있는 데이터도 함께 삭제된다.
측정모드의 경우, 단일 측정모드(S24), 순차적 측정모드(S25) 중 하나를 설정하며, 단일 측정모드(S24)가 설정된 경우는 측정하고자 하는 항목을 설정한다.
단일 측정모드(S24)는 선택적으로 단일 항목만 측정하는 것으로, 5 측정항목, 즉, 혈압, 심전도 및 산소포화도, 체지방, 심박출량, 폐기능평가 중 선택적으로 측정하는 모드이다. 단일 측정모드(S24)가 설정된 경우는 측정하고자 하는 항목, 다시말해 혈압, 심전도 및 산소포화도, 체지방, 심박출량, 폐기능평가을 포함하는 5 항목 중 측정하고자 하는 항목을 선택해야 한다. 선택된 항목은 하나 이상일 수 있다.
순차적 측정모드(S25)는 기 저장된 우선순위에 따라 5 항목을 순차적으로 측정한다. 예를들어 기 저장된 우선순위가 심전도 및 산소포화도, 체임피던스, 심박출량, 혈압, 폐기능검사의 순으로 저장된 경우는 이 순서대로 측정한다.
사용자 및 측정항목 설정단계(S20)에서 단일 측정모드(S24) 또는 순차적 측정모드(S25) 중의 하나를 설정하면, 생체신호 측정단계에서 설정에 따라 단일 측정단계(S32) 또는 순차적 측정단계(S40)을 수행하고(S30), 그 측정결과를 출력한다(S50).
즉, 사용자 및 측정항목 설정단계(S20)에서 단일 측정모드(S24)가 설정되고, 측정하고자 하는 항목이 설정되면, 생체신호 측정단계(S30)의 단일 측정단계(S32)에서, 선택된 항목의 측정을 행하며(S34), 각 측정마다 결과를 출력하여 확인한다(S35). 이때 선택된 항목이 여러개일 경우, 우선순위에 따라 순차적으로 측정한다. 다시말해, 단일 측정 모드는 측정하고자 하는 파라미터만을 선택적으로 측정하며 각 측정 시 마다 결과 화면이 표시한다.
또한, 사용자 및 측정항목 설정단계(S20)에서 순차적 측정모드(S25)가 설정되면, 우선순위에 따라 순차적으로 측정항목을 측정한다. 예를들어, 심전도 및 산소포화도(S41), 체임피던스(S43), 심박출량(S45), 혈압(S47), 폐기능검사(S49)의 순서로 순차적으로 측정할 수 있다. 다시말해, 순차적 측정 모드는 측정 시 심전도 및 산소포화도(S41), 체임피던스(S43), 심박출량(S45), 혈압(S47), 폐기능검사(S49)의 순으로 자동 측정되며 측정 완료 후 종합 측정 결과 화면이 표시된다.
측정결과 출력 단계(S50)에서는 종합적인 측정결과를 출력하며, 측정결과에 대한 데이터 백업을 행할 수 있다(S55).
측정결과 출력 단계(S50) 후, 이전결과 보기의 선택여부(S60)에 따라, 이전 측정결과를 출력하거나(S70), 아니면 사용자 및 측정항목 설정단계(S20)으로 되돌아간다.
만약, 생체신호 측정단계(S30)에서 생체신호 측정 중에 선택적으로 측정 중 정지(S85)가 발생하였다면, 그 후, 정지해제(S90)가 되어졌을 경우, 생체신호 측정을 계속할 것인지 여부(S95)를 선택하며, 만약 생체신호 측정을 계속할 경우는 생체신호 측정단계(S30)로 되돌아가 측정을 계속하며, 만약 생체신호 측정을 중단할 경우는 생체신호 측정단계(S30)로 되돌아가 초기화면 상태로된다.
이전 측정결과 보기모드(S26)는 선택된 사용자의 이전측정결과를 출력하는 것으로, 일 단위, 주 단위, 월 단위로 선택적으로 측정결과 그래프를 출력할 수 있다.
예를들어, 이전 측정결과 보기모드(S26)가 선택되면, 이전 측정결과를 출력한다(S70). 이전 측정결과를 출력시에, 최근 측정결과를 최근 1주 단위, 1달 단위, 1년 단위로 측정결과를 디스플레이할 수 있으며, 또한 그래프를 이용하여 측정결과의 변화 추이를 디스플레이할 수 있으며, 데이터 백업 키(버튼)를 선택하여 컴퓨터(PC)에로 데이터 백업(S55)를 할 수도 있다. 이전 측정결과의 출력이 완료되면, 사용자 및 측정항목 설정(S20)으로 되돌아 온다.
본 발명에서는 데이터 백업을 위해서 PC기반의 데이터 관리 소프트웨어를 구비하고 있으며, 또한 블루투스를 통해 PC로의 데이터 백업을 수행한다.
옵션설정 모드(S27)는 옵션(option)을 선택하는 것으로, 언어, 소리 등 다양한 옵션을 설정하거나, 조정할 수 있다.
예를들어, 옵션설정 모드(S27)가 선택되면, 언어, 시간, 터치 캘리브레이션(touch calibration), 소리, 스크린 밝기/콘트라스트, 블루투스 온/오프, 리셋, 클록, 메모리관리, 장비 캘리브레이션 등의 옵션을 설정한다(S80).
도 2는 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블럭도로, 심전도 및 체임피던스 측정모듈(100), 산소포화도 검출모듈(200), 혈압(NIBP)측정모듈(300), 메인 모듈(400)를 포함하여 이루어진다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈(100)은 심전도, 체임피던스, 심박출량(ICG), 임피던스 폐기능검사(IPFT)를 측정하는 수단으로, 심전도 센서부(110), 심전도 전처리부(120), 체임피던스 센서부(130), 체임피던스 전처리부(140), ICG 전저치부(150), IPFT 전처리부(160), 심전도 및 체임피던스 MCU(Micro Controller Unit)(170)를 포함하여 이루어진다. 즉, 심전도 및 체임피던스 측정모듈(100)은 심전도 측정모듈, 체임피던스 모듈, 심박출량(ICG) 측정모듈, 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈을 포함한다.
심전도 센서부(110)는 심전도 전극을 구비하여 심전도를 검출하는 수단으로서, 기준전극과 2개 심전도 전극으로 이루어질 수 있다. 심전도 전극은 오른손측(RA) 전극과 왼손측(LA) 전극으로 이루질 수 있다.
심전도 전처리부(120)는 증폭기와 필터를 구비하여, 심전도 센서부(110)에서 검출된 심전도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하여, 심전도 및 체임피던스 MCU(170)로 전송한다. 심전도 및 체임피던스 MCU(170)는 심전도 전처리부(120)의 출력신호를 디지탈신호로 변환하고, 데이터 연산처리를 행한다.
심전도 전처리부(120)는 오른손측(RA) 전극의 출력과 왼손측(LA) 전극의 출력을 차동 증폭을 통해 ECG LEAD I의 신호를 출력할 수 있다.
심전도 센서부(110), 심전도 전처리부(120) 및 심전도 및 체임피던스 MCU(170)는 심전도 측정모듈을 구성한다.
체임피던스 센서부(130)는 피부에 미세전류를 흘리고, 피부의 전위차를 측정하여 임피던스를 검출하는 센서로, 미세전류(고주파)를 흘리기 위한 2개의 전류 전극과, 체임피던스 정보를 가진 전압신호를 검출하기위한 2개의 전압 전극을 구비한다.
체임피던스 센서부(130)는 전류전극 구동부(미도시)를 더 구비하며, 전류전극 구동부는 고주파 생성을 위해 와인브리지 오실레이터(Wien Bridge Oscillator), 인체에 일정한 전류 주입을 위해 안정화 전류 전원(Constant Current Source), 예를들어 Howland Constants Current Source를 사용할 수도 있다.
체임피던스 전처리부(140)는 증폭기, RMS 변환기, 필터를 포함하여, 검출된 체임피던스 신호를 차동증폭하고, 실효치(RMS)로 변환하고, 잡음을 제거하고, 심전도 및 체임피던스 MCU(170)로 전송한다.
체임피던스 센서부(130)와 체임피던스 전처리부(140)와 심전도 및 체임피던스 MCU(170)는 체임피던스 측정 모듈을 이룬다.
ICG 전저치부(150)는 PWM Feedback, 저역통과필터, 증폭기 등으로 구성되어, 체임피던스 센서부(130)를 통해, 체임피던스의 임피던스 카디오그램(ICG), 즉 ICG를 검출하고 증폭하고, 잡음을 제거하고, 심전도 및 체임피던스 MCU(170)로 전송한다.
PWM Feedback은 임피던스(Base impedance) 신호를 이용하여 일정량을 빼줌으로써 PWM을 세팅한다. PWM Feedback은 사용자의 기저 임피던스 값에 따라 조절된 신호와 기저 임피던스 간의 차동 증폭을 통해 분해능을 향상시킨다.
저역통과 필터는 차동 증폭을 통한 분해능 향상에 따른 잡음제거를 위해 31.2Hz Lowpass Filter 사용할 수 있으며, 1ohm/volt 단위의 분해능 및 ICG 신호 추출을 위한 증폭기를 사용할 수 있다.
체임피던스 센서부(130)와 ICG 전저치부(150)는 심박출량(ICG) 측정모듈을 이룬다.
IPFT 전처리부(160)는 PWM Feedback, 저역통과 필터, 증폭기 등으로 구성되어, 체임피던스 센서부(130)를 통해, 호흡변화에 따른 체임피던스(폐용적 신호)를 검출하고 증폭하고, 잡음을 제거하고, 심전도 및 체임피던스 MCU(170)로 전송한다.
여기서, PWM Feedback은 임피던스(Base impedance) 신호를 이용하여 일정량을 빼줌으로써 PWM을 세팅한다. PWM Feedback은 사용자의 기저 임피던스 값에 따라 조절된 신호와 기저 임피던스 간의 차동 증폭을 통해 분해능을 향상시킨다. 저역통과 필터는 차동 증폭을 통한 분해능 향상에 따른 잡음제거를 위해 5Hz Lowpass Filter 사용할 수 있으며, 증폭기를 사용하여 10ohm/volt단위의 분해능을 구현하였고, 호흡변화에 따른 Impedance 변동을 추출한다.
체임피던스 센서부(130)와 IPFT 전처리부(160)와 심전도 및 체임피던스 MCU(170)는 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈을 이룬다.
심전도 및 체임피던스 MCU(170)는 수신된 데이터를 디지탈신호로 변환하고, 데이터 연산처리를 행하고, 그 결과를 메인 모듈(400)로 전송한다.
심전도 센서부(110)와 체임피던스 센서부(130)로 심전도 및 체임피던스 센서부(105)를 구성한다.
본 발명에서는 심전도 및 체임피던스 센서부(105)는 제1전극 내지 제4전극을 구비하며, 심전도 신호검출시, 즉, 심전도 센서부(110)로서, 제1전극과 제2전극은 심전도 신호검출전극으로, 이때 제3전극은 기준 전극으로 사용될 수 있으며, 또한 체임피던스 검출시, 제1전극과 제2전극은 전압을 검출하기위하 전압전극으로, 제3전극과 제4전극은 미세전류를 주입하기위한 전류전극으로 사용될 수 있다.
산소포화도 검출모듈(200)은 산소포화도, 광용적맥파를 검출하기위한 수단으로, 산소포화도 센서부(210), 산소포화도 전처리부(220), 산소포화도 MCU(230)를 포함하여 이루어진다.
산소포화도 센서부(210)는 Red와 Infra-red의 Light Source으로 이루어진 발광부와, 포토센서 등으로 이루어진 수광부를 구비하여, 산소포화도 신호를 검출한다. 여기서 센서구동부(미도시), 아날로그 스위치 등을 더 구비할 수 있으며, 발광부(Light Source)의 스위칭에 따른 아날로그 스위치의 변경을 통해 Red, Infra-red, Ambient 신호를 출력할 수 있다. 또한, 발광부(Light Source) 파장에 따른 혈액 흡수도의 비율을 이용하기 위해 일정한 전류에 의한 센서구동을 하는 것이 필요하다.
산소포화도 전처리부(220)는 산소포화도 센서부(210)에서 출력된 산소포화도 신호를 증폭하고 잡음을 제거한다.
산소포화도 MCU(230)는 산소포화도 전처리부(220)로부터 수신된 산소포화도 신호를 디지탈신호로 변환하고, 데이터 연산처리를 행하고, 그 결과를 메인 모듈(400)로 전송한다.
혈압측정모듈(300)은 기존의 혈관상태를 검출하는 방식에 추가하여, PPG의 이차미분 파형(APG)의 특징점을 이용하여 보정 파라미터를 검출하고 사용자 정보인 신장(Height)을 이용하여 보상된 혈관특성 파라미터(BVSI)를 검출하여 혈관상태를 보다 정확하게 알 수 있게 하는 수단이다. 혈압측정모듈(300)은 혈관에서 광용적맥파를 검출하여 비관혈적 혈압(NIBP)을 측정하는 수단으로, NIBP 센서부(310) NIBP전처리부(320) NIBP MCU(350)를 포함하여 이루어지며, 기존의 코로트코프음(Korotkoff Sound)에 의한 검출수단으로 압력센서부(330), 압력전처리부(340), NIBP MCU(350)를 포함한다. 혈압측정시, 일측 손목에 커프를 두르고, NIBP 센서부(310)를 손가락을 접촉시켜 혈압을 측정한다.
NIBP 센서부(310)는 발광부와 수광부를 구비하여, 혈압관련 (광용적) 맥파를 검출한다. 경우에 따라서 NIBP 센서부(310)는 산소포화도 센서부(210)를 그대로 사용할 수 있다.
NIBP전처리부(320)는 NIBP 센서부(310)에서 출력한 맥파신호 증폭하여, NIBP MCU(350)로 출력한다.
압력센서부(330)는 손목에 감겨진 커프의 압력을 검출하는 수단이다.
압력전처리부(340)는 압력센서부(330)에서 검출된 압력신호로부터 잡음을 제거하고, 증폭하여 NIBP MCU(350)로 전송한다. 경우에 따라서 압력전처리부(340)는 생략될 수 있다.
NIBP MCU(350)는 NIBP전처리부(320)로부터 수신된 혈압관련 맥파 신호 및 압력전처리부(340)로부터 수신된 압력신호를 디지탈신호로 변환하고, 이 데이터들을 이용하여 연산처리를 행하고, 그 결과를 메인 모듈(400)로 전송한다.
메인 모듈(400)은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 전반적인 제어 및 출력을 행하는 수단으로, 메인 MCU(410) 디스플레이부(420), 스피커부(430), 블루투스부(440), 메모리부(미도시)를 포함한다.
메인 MCU(410)는 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 전반적인 제어를 행하는 수단으로, 심전도 및 체임피던스 측정모듈(100), 산소포화도 검출모듈(200), 혈압(NIBP)측정모듈(300)의 출력을 수신하여, 연산 처리를 행한다. 메인 MCU(410)는 메모리 등이 내장되어 있을 수 있다.
디스플레이부(420)는 메인 MCU(410)로 출력된 결과를 디스플레이한다.
스피커부(430)는 혈관 및 심폐기능 진단기의 Right와 Left Speaker로 사용되며, 또한, 메인 MCU(410)의 제어에 따라 측정순서의 안내, 측정결과 등을 알린다.
블루투스부(440)는 블루투스(Bluetooth) 표준 무선 프로파일(Profile)을 통해 안드로이폰 등의 여러 IT 기기와의 호환성을 확보하여 E-Health 및 U-Health의 확장이 가능하게 하는 수단으로, Bluetooth Chip은 안테나의 피딩부를 중간에 위치시키고, 접지면을 안테나의 피딩부에 두어 안테나의 방사 효율의 증가를 가능하게 할 수 있다.
메모리부(미도시)는 메인 MCU(410)로 출력된 결과를 저장한다.
본 발명에서는 심전도 및 체임피던스 센서부(105)를 위해 제1전극 내지 제4전극의 4개의 전극을 구비하며, 산소포화도 및 혈압검출을 위해 제6전극을 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 구성의 일예이다.
본 발명의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템은 심전도 및 체임피던스 측정모듈(100)(도 3의 E&I), 산소포화도 검출모듈(200)(도 3의 SpO2), 혈압(NIBP)측정모듈(300)(도 3의 NIBP), 메인 모듈(400)(도 3의 Main), 및 전원부(도 3의 Power)의 총 5개 블럭으로 이루어진다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈(100)(도 3의 E&I), 산소포화도 검출모듈(200)(도 3의 SpO2), 혈압(NIBP)측정모듈(300)(도 3의 NIBP) 각각의 블록은 메인 모듈(400)(도 3의 Main)의 메인 MCU(410)(도 3의 main controller 및 support controller)와 직렬통신(Serial Communication)을 통해 사용자 정보 및 측정 파라미터를 공유한다. 즉, 본 발명은 총 4개의 Block(Main, NIBP, SpO2, E&I)이 사용자의 생체 정보를 공유함에 따라 기존 1차 파라미터인 ECG, SpO2, Impedance, NIBP로 국한되었던 생체파라미터 검출을 2차 파라미터인 체지방(BFR), 손목혈압(NIBP), 혈관탄성도(BVSI), 양손 심박출량(ICG), 양손 폐기능(IPFT)의 종합적 측정이 가능하도록 구현되었으며 생체신호측정 단위모듈들과 Digital 통합 모듈을 통합함으로써 최종적인 혈관 및 심폐기능 모니터링이 가능한 통합시스템을 구성한다.
메인 MCU(410)로서 ARM의 Cortex A8 디자인 기반 어플리케이션 프로세서(32-bit RISC 프로세서)를 사용할 수 있다.
심전도 및 체임피던스 측정모듈(100), 산소포화도 검출모듈(200), 혈압(NIBP)측정모듈(300)의 MCU는, ARM사의 32bit MCU(Micro Controller Unit)를 사용할 수 있으며, 개별 제어가 가능하다.
모듈들의 종합적 동작에서는 개별 모듈들이 메인 모듈에 슬롯 방식으로 접합되게 되고, 이때 메인 MCU에 의해 Sub-MCU가 Sleep 상태가 되어 메인 MCU에 의한 통합적인 제어를 수행하도록 되어 있다.
또한, USB 인터페이스부를 구비하여, 사용자의 Firmware Update시 사용할 수 있으며, USB통신을 통해 사용자 정보 및 측정 결과 History에 대한 Back up이 가능하다.
본 발명은 스피커를 통해, 혈관 및 심폐기능 진단기를 이용한 사용자 상태 모니터링시 음성으로 올바른 측정의 유도가 가능하다.
도 3의 support controller(CANTUS)는 Main-Sub 모듈간 원할한 통신 및 다채널 통신포트 확장성에 용이하게 하기 위해 사용되었다.
도 4a는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 생체 계측 시스템의 좌측면도이고, 도 4c는 도 4a의 생체 계측 시스템의 우측면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제1전극 내지 제5전극(111, 112, 113, 114, 215)을 구비하며, 그 중, 제1전극 내지 제4전극(111, 112, 113, 114)은 심전도 및 체임피던스(체지방(BIA), 심박출량(ICG), 폐기능 평가(IPFT))를 검출하기위한 것이고, 제5전극(215)는 산소포화도 및 혈압을 검출하기 위한 것이다.
제1전극 내지 제4전극(111, 112, 113, 114)은 4개의 크롬 도금 전극으로 이루어져 있다.
심전도 신호검출시, 제1전극과 제2전극을 심전도 신호검출전극으로, 제3전극은 기준 전극으로 사용하여 심전도를 검출한다. 또한, 체임피던스 검출시, 제1전극과 제2전극은 전압을 검출하기위하 전압전극으로, 제3전극과 제4전극은 미세전류를 주입하기위한 전류전극으로 사용하여 체임피던스를 검출한다.
그리고 제6전극은 산소포화도를 검출할 때 사용된다.
도 5a는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 실행화면의 일예이고, 도 5b는 도 4a의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템의 사용상태도의 예이다.
제1전극(111)을 왼손바닥 엄지 하단부로 접촉하고, 제2전극(112)을 오른손바닥 엄지 하단부로 접촉하고, 제3전극(113)을 왼손바닥으로 접촉하고, 제4전극(114)는 오른손바닥으로 접촉하도록 이루어져 있다.
심전도 측정에 있어서, 제1전극(111)은 LA, 제2전극(112)는 RA, 제4전극(114)는 RL 로써 구성된다.
체임피던스 측정에 있어서는 제1전극(111)과 제2전극(112)는 생체 변화에 따른 전압 검출 전극으로, 제3전극(113)과 제4전극(114)는 전류 전극으로 구성된다. 제1전극 내지 제4전극, 즉, 4개의 크롬도금 전극은 심전도와 체임피던스 측정의 통합전극으로써 이용된다.
제5전극(215)는 산소포화도 측정 센서로써 왼손 엄지가 위치하게 되며, 기존의 산소포화도 측정장비에 주로 이용되는 집게형(투과성) 센서와는 달리 반사타입의 센서로 사용자의 산소포화도를 측정한다.
시작키(Start Button)(455)는 각 측정에 있어서 사용자가 전극을 잡고, 터치 모니터를 눌러야 되는 불편함을 제거하기 위해, 시작키(455)을 통해 측정의 시작 및 단계 이동 등을 할 수 있으며, 시작키(455)는 오른손 엄지와 접촉되도록 이루어져 있다.
<심전도 리듬분석 방법>
도 6은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 심전도 리듬분석 특성점 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
심전도 리듬분석 특성점 검출 알고리즘은 심전도 및 체임피던스 MCU(170) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수있으며, 보다 바람직하게는 심전도 및 체임피던스 MCU(170)에서 수행된다.
전원잡음제거단계로, 입력된 심전도 데이터(ECG raw 데이터)를 획득하고(S110), 전원 잡음의 제거를 위한 저역통과 필터(Low Pass Filter, LPF)를 통과시킨다(S115).
1차 미분 단계로, 전원잡음제거단계의 출력에서, QRS파(QRS complex)의 특성만을 부각시키기 위해 6포인트 간격(6Point interval)으로 1차 미분하고(S120), 1차 미분된 신호에 의해 고주파 대역의 잡음(Noise)이 발생함에 따라 LPF하여 잡음이 제거된 ECG 신호의 1차 미분 파형을 획득한다(S125).
초기 문턱치 선정단계로, 1차 미분 단계에서 출력된, 1차 미분 파형을 이용하여 초기 2초 동안의 최대값(Max값)을 산출하고, 초기 2초 동안의 최대값에 문턱치 산정계수(factor)(예로, 0.7)를 곱하여 문턱치(Threshold)를 선정한다(S130).
문턱치 선정여부 판단단계로, 2초 동안 문턱치가 선정되었는지 여부를 판단하여(S135), 만약 2초 동안 문턱치가 선정되지 않을 경우, 초기 문턱치 선정단계(S130)로 되돌아가 이 후 2초 동안 문턱치를 다시 설정한다.
200ms 시간경과 여부 판단단계로, 문턱치 선정여부 판단단계에서 문턱치가 선정되면, 1차 미분 파형에서 문턱치보다 큰 심전도 신호(즉, QRS파)를 검출하되, 상기 문턱치보다 큰 심전도 신호가 문턱치 선정된 후 200ms 이상의 시간이 경과된 이후의 것인 지를 판단하며(S140), 만약 이 조건을 만족하지 않는다면, 타임 카운터를 증가하여(S143) 문턱치 선정된 후 200ms 이상의 시간이 경과된 때의 문턱치보다 큰 심전도(QRS파)를 검출한다.
R포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계로, 200ms 시간경과 여부 판단단계에서 문턱치 선정된 후 200ms 이상의 시간이 경과된 후 문턱치보다 큰 심전도 신호를 검출하면, 다음에 입력되는 1차 미분 신호들에서, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지 여부를 판단하며(S145), 이를 만족하지 않을 때는, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)를 만족할 때까지 기다린다.
즉, 문턱치 선정된 후 200ms 이상의 시간 경과를 확인하고 심전도 신호가 선정된 문턱치보다 클 때까지 반복하며, 200ms 이상의 시간 경과되면, 이 후의 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)되는 가를 계속 확인하여 영점 교차(Zero crossing) 되는 순간의 ECG 신호를 R포인트로 지정하여 검출한다.
본 발명에서 1차 미분 신호의 영점 교차(Zero crossing)는 변곡점을 찾는 것이다.
R포인트 검출단계(S100)는, 전원잡음제거단계, 1차 미분 단계, 초기 문턱치 선정단계, 문턱치 선정여부 판단단계, 200ms 시간경과 여부 판단단계, 영점 교차여부 판단단계로 이루어진다.
즉, R포인트 검출단계(S100)는, 전처리 및 미분과 영점교차 방법을 이용하여 R포인트 검출의 정확도를 향상하여 부정맥 검출 등에 필요한 R포인트의 검출 여부 판단함. R포인트를 검출하고 검출된 R포인트간의 타임 인덱스(Time index)값을 이용하여 RR간격을 산출하고 심박수를 검출한다.
R포인트 설정단계로, R포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계에서 영점 교차(Zero crossing) 되는 순간의 심전도 신호를 R포인트(R포인트)로 설정하고 타임 인덱스 카운터(Time Index Count, Cnt)를 초기화한다(S153).
S포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계로, R포인트 설정단계(S153)에서 설정된 R포인트 다음에 입력되는 1차 미분 신호들에서, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지 여부를 판단하며(S155), 이를 만족하지 않을 때는, 타임 인덱스 카운터를 증가하여(S157) 다음 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지를 보며, 이렇게 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)를 만족할 때까지 기다린다.
S포인트 설정단계로, S포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계에서, 영점 교차되는 지점이 발견되면 영점 교차되는 지점을 S포인트로 설정한다(S160).
T포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계로, S포인트 설정단계(S160)에서 설정된 S포인트 다음에 입력되는 1차 미분 신호들에서, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지 여부를 판단하며(S163), 이를 만족하지 않을 때는, 타임 인덱스 카운터를 증가하여(S165) 다음 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지를 보며, 이렇게 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)를 만족할 때까지 기다린다.
정상 범위내의 T포인트 판단단계로, T포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계에서, 검출된 영점 교차되는 지점을 잠정적 T포인트로 간주하고, 잠정적 T포인트의 지점의 시간이 이전 RR 간격값/10 보다 크고, 이전 RR 간격값/2보다 작은지 여부를 판단하여(S167), 이 조건을 만족하면 정상범위내의 T포인트로 판단하고, 이 조건을 만족하지 않으면 카운터를 증가하며(S170) 만족할때 까지 기다린다. 여기서 이전 RR 간격값은 즉, 저장되어 있는 이전 Cnt값이다.
T포인트 설정단계로, 정상 범위내의 T포인트 판단단계에서 정상범위내의 T포인트로 판단되면, 잠정적 T포인트를 T포인트로 설정한다(S173).
P포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계로, T포인트 설정단계(S173)에서 설정된 T포인트 다음에 입력되는 1차 미분 신호들에서, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지 여부를 판단하며(S175), 이를 만족하지 않을 때는, 타임 인덱스 카운터를 증가하여(S177) 다음 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지를 보며, 이렇게 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)를 만족할 때까지 기다린다.
정상 범위내의 P포인트 판단단계로, P포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계에서, 검출된 영점 교차되는 지점을 잠정적 P포인트로 간주하고, 잠정적 P포인트의 지점의 시간이 이전 RR 간격값/20 보다 크고, 이전 RR 간격값/3보다 작은지 여부를 판단하여(S180), 이 조건을 만족하면 정상범위내의 P포인트로 판단하고, 이 조건을 만족하지 않으면 카운터를 증가하며(S182) 만족할때 까지 기다린다.
P포인트 설정단계로, 정상 범위내의 P포인트 판단단계에서 정상범위내의 P포인트로 판단되면, 잠정적 P포인트를 P포인트로 설정한다(S183).
Q포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계로, P포인트 설정단계(S183)에서 설정된 P포인트 다음에 입력되는 1차 미분 신호들에서, 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지 여부를 판단하며(S185), 이를 만족하지 않을 때는, 타임 인덱스 카운터를 증가하여(S187) 다음 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)가 되었는 지를 보며, 이렇게 1차 미분 신호가 영점 교차(Zero crossing)를 만족할 때까지 기다린다.
Q포인트 설정단계로, Q포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계에서, 영점 교차되는 지점이 발견되면 영점 교차되는 지점을 Q포인트로 설정한다(S190).
마지막 데이터 여부 판단단계로, 마지막 데이터인지 여부를 판단하여(S195), 마지막 데이터가 아니라면, 200ms 시간경과 여부 판단단계(S140)로 되돌아간다.
특성점 연산단계로, 마지막 데이터 여부 판단단계의 결과 마지막 데이터이라면, RR, PR, QRS의 간격 등의 특성점 데이터를 검출한다(S197).
특성점 검출단계(S150)는, R포인트 설정단계, S포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계, S포인트 설정단계, T포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계, 정상 범위내의 T포인트 판단단계, T포인트 설정단계, P포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계, 정상 범위내의 P포인트 판단단계, P포인트 설정단계, Q포인트 검출을 위한 영점 교차여부 판단단계, Q포인트 설정단계, 마지막 데이터 여부 판단단계, 특성점 연산단계로 이루어진다.
즉, 특성점 검출단계(S150)는, 이전 R포인트에서 R포인트까지의 타임 인덱스 카운팅(Cnt)값을 이용하여 RR간격을 산출하고 심박수를 계산하고 R포인트를 기준으로 처음으로 영점 교차되는 지점이 발견되면 S포인트로 간주하고 이전 RR간격 값인 Cnt 값에 factor를 줌으로써 T포인트의 정상 범위를 설정한다. 정상 범위 내에서 영점 교차 되는 지점을 T포인트로 검출하고 P포인트 검출에 대한 factor를 이용하여 P포인트의 정상 범위를 정의한다. 정의된 범위 내에 영점 교차되는 지점을 P포인트로 검출하고 연이은 다음 영점 교차되는 지점을 Q포인트로 검출하여 P,Q,R,S,T 포인트의 검출 완료한다. 데이터의 획득이 끝나지 않았다면 다시 R-Peak검출부로 돌아가 다음 P,Q,R,S,T의 검출을 시작한다. 측정이 완료되면 검출 시 각각의 Cnt 값을 이용하여 RR, PR, QRS 간격을 검출한다.
다시말해, 특성점 검출단계(S150)는, R포인트를 기준으로 P포인트, T포인트 각각의 시간 간격(Time Interval)을 계산하여 검출 알고리즘 상에 제시한 정상범위 안에 포함되는 가에 대한 여부를 판단하여 P포인트 및 T포인트의 존재 여부를 판단하며 Q포인트, S포인트 검출을 통해 두 포인트간 시간 간격을 계산하여 QRS 간격 파라미터를 산출한다. 또한, 검출된 P포인트와 R포인트를 이용하여 각 특성점의 시간 간격을 계산하여 PR 간격 파라미터를 산출한다.
도 7은 도 6의 검출된 특성점에 따른 심전도 리듬 분석 알고리즘 순서도의 예로, 심박동 판단단계(제1단계)(S10), RR간격(RRI) 규칙성판단 단계(제2단계)(S20), P여부 판단단계(제3단계)(S30), QRS여부 판단단계(제4단계)(S40), PR간격 판단단계(제4단계)(S50), QRS간격 판단단계(제6단계)(S60), 심전도 분석단계(S70)를 포함하여 이루어진다.
심박동 판단단계(제1단계)(S10)는 검출된 심박동수가 60 미만인 경우(S11), 60 보다 크거나 같고 100보다 작거나 같은 경우(S12), 100보다 크거나 같고 200보다 작거나 같은 경우(S13), 200보다 큰 경우(S14), 측정불가인 경우(S15)로 나뉘어 판단된다.
RR간격(RRI) 규칙성판단 단계(제2단계)(S20)는 검출된 RR간격의 에러율이 10% 이내인 경우(S21), 에러율 10%이상인 경우(S22)로 나뉘어 판단된다.
P여부 판단단계(제3단계)(S30)는 검출된 심전도 신호에서 P파가 있는 경우(S31), P가 없는 경우(S32)로 나뉘어 판단된다.
QRS여부 판단단계(제4단계)(S40)는 검출된 심전도 신호에서 QRS파가 있는 경우(S41), QRS가 없는 경우(S42)로 나뉘어 판단된다.
PR간격 판단단계(제4단계)(S50)는 검출된 심전도 신호에서 PR간격이 정상범위내에 있는 경우(S51), PR간격 비정상인 경우(S52)로 나뉘어 판단된다.
QRS간격 판단단계(제6단계)(S60)는 검출된 심전도 신호에서 QRS간격이 정상범위내에 있는 경우(S61), QRS간격 비정상인 경우(S62)로 나뉘어 판단된다.
이렇게 심박동 판단단계(제1단계)(S10) 내지 QRS간격 판단단계(제6단계)(S60)를 거치고 난 후, 심전도 분석단계(S70)에서 심전도에 따른 상태를 분석한다.
심전도 분석단계(S70)에서 S12, S21, S31, S41, S51, S61가 선택된 경우에는 정상 동율동(Normal sinus rhythm)이라고 판정하고, S11, S21, S31, S41, S51, S61이 선택된 경우에는 동서맥(Sinus Bradycardia)이라고 판정하고, S13, S21, S31, S41, S51, S61이 선택된 경우에는 동빈맥(Sinus Tcahycardia)이라고 판정한다.
또한, S22, S32, S42, S52, S62이 선택된 경우에는 동정지 (Sinus Pause/Arrest)이라고 판정하고, S12, S22, S31, S41, S51, S61가 선택된 경우에는 심방 조기 박동(APC)이라 판정하고, S14, S21, S41, S51, S61이 선택된 경우에는 심방조동(Atrial flutter)이라 판정한다.
또한, S22, S32, S41, S52, S61는 심방세동(atrial fibrilliation)이라 판정하고, S13, S22, S31, S41, S52, S61은 이소성 심방빈맥(ectopic atrial tcahycardia)이라 판정하고, S14, S21, S31, S41, S52, S61은 심실 조동 (ventricular flutter)이라 판정하고, S22, S32, S42, S52, S62는 심실세동 (ventricular fibrilliation)이라 판정한다.
여기서 동서맥은 심박동수 60회 미만 경우를 말하며, 동빈맥은 심박동수가 100회 초과하는 경우를 말한다.
즉, 여기서는 검출된 P,Q,R,S,T 각 포인트와 시간 간격(Time Interval)을 이용하여 총 6 단계(Stage)(제1단계:심박동 판단, 제2단계:RRI 규칙성 판단, 제3단계:P 존재 여부 판단, 제4단계:QRS 존재 여부 판단, 제5단계:PR간격 판단, 제6단계:QRS간격 판단)로 분할된 각 항목의 조건을 설정하고 항목과 측정치를 비교하여 코드화하고, 이렇게 코드화된 6단계의 항목을 개발된 심전도 리듬 분석 케이스(ECG Rhythm Analysis Case)와 비교하여 부정맥 및 심기능에 대한 평가가 가능한다.
<PPG(SpO2) 검출 방법>
도 8은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 산소포화도 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
산소포화도 검출 알고리즘은 산소포화도 MCU(230) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수있으며, 보다 바람직하게는 산소포화도 MCU(230)에서 수행된다.
산소포화도 초기 처리단계(S100)로, 적외선(Red)과 근적외선(InfraRed)의 AC, DC 성분을 얻기 위해 Red와 InfraRed 센서부를 순차적으로 스위칭시켜 신호를 검출하고(S210), 검출된 산소포화도 신호에서 잡음을 제거하는 전처리, 즉, 0.05Hz ~ 10Hz 밴드 폭을 가지는 아날로그 필터링을 행하고(S215), A/D 변환을 행하여(S220, S225) Red, InfraRed의 AC, DC성분을 검출한다(S227).
주변잡음제거 단계(S230)로, 도 9와 같은 타이밍을 통해 순차적 제어함에 따라 주변(AMBIENT) 잡음 제거를 행하되(S235, S240), 주변(AMBIENT) AC, DC성분을 각각 연속적으로 분리 검출하고, AC, DC 성분 각각에 해당하는 상기 주변(AMBIENT) AC, DC성분 값을 뺌으로써 주변(AMBIENT) 잡음 성분을 제거한다. 이렇게 주변(AMBIENT) 잡음 성분을 제거한 적외선(Red)과 근적외선(InfraRed)의 AC, DC성분을 수집한다(S245, S250). 10Hz 저역통과 필터링을 행하여 잡음을 제거하고, IR신호의 특성점 검출을 위해 문턱치를 설정한다(S255).
진폭(Amplitude) 검출단계(S260)로, 문턱치가 설정되어 있는지 여부를 판단하여(S263), 설정되어 있지 않다면 설정될때까지 기다린다. 근적외선 AC신호의 피크검출단계로, 문턱치의 설정이 완료되면 잡음이 제거된 근적외선(InfraRed) AC신호의 1차 미분과 영점교차(Zero Crossing Method)를 통해 근적외선(InfraRed) AC신호의 피크(Peak)점을 검출하고(S265), 피크 검출여부를 판단하여 피크가 검출되지 않았다면 검출될때 까지 기다린다(S270). 근적외선 밸리 버퍼(IR valley)에 근적외선 AC신호의 최소값을 저장하고, 적외선 밸리 버퍼(R valley)에 적외선 AC신호의 최소값을 저장한다(S273). 각 밸리 버퍼 최소값이 저장되지 않았으면 저장될때 까지 기다린다(S276). 근적외선 AC신호의 진폭은, 근적외선 AC신호의 피크 신호에서 근적외선 밸리 버퍼값(즉, 근적외선 AC신호의 최소값)을 뺀 것으로 하여 저장하며, 적외선 AC신호의 진폭은, 적외선 AC신호의 피크 신호에서 적외선 밸리 버퍼값(즉, 적외선 AC신호의 최소값)을 뺀 것으로 하여 저장한다(S279).
즉, 진폭 검출단계(S260)는 문턱치(Threshold)의 설정이 완료되면 잡음이 제거된 InfraRed AC신호의 1차 미분과 Zero Crossing Method를 통해 InfraRed AC신호의 Peak점을 검출하고 이완기 잡음 영향을 최소화하기 위해 Valley 버퍼를 사용하여 최소 값을 계속적으로 저장하고, Peak가 검출 할때까지 검출되는 순간 이전에 저장해놨던 Valley값을 R, IR의 Valley로 바꾸고 바뀐 값이 저장되었는가를 확인한 뒤, IR의 진폭 값을 저장한다. 이때 Red의 AC신호도 InfraRed의 AC 신호와 동기화 되었으므로 동시에 Red 진폭도 함께 검출한다.
산소포화도 검출단계(S280)로, 근적외선과 적외선의 DC성분을 InfraRed AC신호의 Peak 검출 순간과 동기화하여 저장되었던 밸리버퍼의 값을 이용하여 검출하여 저장한다(S283). 데이터 검출 완료(수집완료) 여부를 판단하여(S285), 아직 완료되지 않았으며 근적외선 AC신호의 피크검출단계(S265)로 되돌아간다. 데이터 검출이 완료되었다면, 검출된 진폭과 DC값을 평균내고 그 값을 이용해 Ratio of Ratio를 산출한다(S287). 보정(Calibration)를 통해 얻는 수식에 Ratio of Ratio를 대입하여 사용자의 산소포화도 값(SpO2 Value)을 검출한다(S298)
즉, 산소포화도 검출단계(S280)는 InfraRed와 Red의 DC성분을 InfraRed AC신호의 Peak 검출 순간과 동기화하여 저장되었던 버퍼의 값을 이용하여 검출한다. 검출된 Red와 InfraRed의 Amplitude, DC 값을 저장하고 근적외선 AC신호의 피크검출단계(S265)로 돌아가 beat별로 측정이 완료 될 때까지 검출을 반복한다. 검출이 완료 되면 검출된 Amplitude와 DC값을 평균내고 그 값을 이용해 Ratio of Ratio를 산출하고 Calibration를 통해 얻는 수식에 Ratio of Ratio를 대입하여 사용자의 SpO2 Value를 검출한다.
<제지방 및 체지방 측정 방법>
제지방 및 체지방 측정 알고리즘은 심전도 및 체임피던스 MCU(170) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수있으며, 보다 바람직하게는 심전도 및 체임피던스 MCU(170)에서 수행된다.
본 발명에서, 보다 정확한 체임피던스 값을 얻기 위해 복수보간 알고리즘을 적용한다. 복수보간 알고리즘은 하드웨어적인 스위칭을 통하여 100Ω(ohm), 1kΩ(ohm) 그리고 인체를 차례로 측정한 후, 100Ω과 1kΩ 사이의 1차 선형 방정식을 계산하여 측정 시 정확한 생체 체임피던스 값을 얻을 수 있다.
복수 보간을 거쳐 체임피던스 값을 획득 한 후 사용자의 체중, 성별, 키 등의 파라미터와 조합하여 제지방량(kg)을 계산한다.
(단, 성명은 남자는 1이고, 여자는 0 임)
체중과 측정된 제지방량을 이용하여 체지방량을 계산한다.
따라서 
이다.
위와 같은 과정에 따라
<손목혈압측정(Wrist-NIBP)>
도 10은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목혈압측정 알고리즘 순서도의 예이다.
손목혈압측정 알고리즘은 NIBP MCU(350) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수있으며, 보다 바람직하게는 NIBP MCU(350)에서 수행된다.
초기화(S310) 후, AD 변환이 완료되면(S340, S343), 오실로메트릭 신호, 즉 혈압(NIBP) 신호와 압력 신호, 즉 코로토코프음(K-SOUND) 신호를 획득한다.
오실로메트릭 방법에 따른 혈압검출단계(S300)는, 획득된 혈압신호(S313)를 20Hz 저역통과 필터(LPF)를 통하여 잡음을 제거하고(S316), beat 별로 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하고(S319), 그 차이인 진폭(Peak-Valley)를 각각 검출한다. 검출된 beat별 진폭 값을 분해능 향상을 위하여 선형 보간 (10Hz Up-Sampling)하고(S313), 커브 피팅을 통하여 보간한다(S325). 보간된 신호의 최대 지점을 검출하여(S328), MAP(최대지점)으로 설정한다(S331). MAP(최대지점)에 특성 수축기, 이완기 비율을 곱한 값을 구하고(S334), MAP(최대지점)에 특성 수축기, 이완기 비율을 곱한 값에 각각 해당하는 오실로메트릭 신호에 동기 되어 획득된 압력값을 각각 수축기 혈압(SBP), 이완기 혈압(DBP)으로 검출한다(S337).
코로토코프음에 따른 혈압검출단계(S360)는, 손목 혈압 측정 정확도 향상을 위해, 초기화(S310) 후, AD 변환이 완료되면(S340, S343), 코로토코프음(Korotkoff Sound, K-SOUND) 신호를 획득하고(S355), 코로토코프음(K-SOUND) 신호의 비트를 검출하고(S358), 각 beat별로 신호를 분할한다. 분할된 신호의 Power Spectrum Density (이하 PSD)를 위하여 제로 패딩(Zero Padding)하여 2n 개로 맞추고(S361), PSD, 즉, 특성적 주파수 밴드의 파워 스팩트럼 밀도(10-50Hz)를 시행한다(S364). 최적 주파수 대역인 10~50Hz 대역의 PSD결과 값을 beat별로 검출하고(S367) 그 중 최대가 되는 지점을 검출한다(S370).
PSD 최대값의 50%보다 적어지는 지점을 검출하여(S373), PSD 최대값의 50% 보다 작아지는 지점의 값을 수축(Systolic) 지점으로 하여, 이를 코로토코프음으로 구한 수축기혈압(SBP_K)으로 설정한다(S376).
사용자 정보인 Age, Gender(성), Weight, Height를 전달받고(S346, S349), 코로토코프음으로 구한 수축기혈압(SBP_K), 오실로메트릭 방법으로 구한 수축기 혈압(SBP)과 이완기 혈압(DBP)과 MAP(최대지점)를 이용하여 혈압 값을 보정한다(S352). 보정된 혈압, 즉 보정된 수축기 혈압(SBPc)과 이완기 혈압(DBPc)과 MAPc(최대지점)를 결과로 디스플레이로 출력한다. 이를 통해 손목에서의 혈압 측정의 정확도가 향상된다.
즉, 오실로메트릭 방법에 의해 산출되어진 MAP를 이용하여, 오실로메트릭 방법의 SBP와 DBP를 검출한다. 또한 코르트코프사운드음에 의하여 SBP_K를 산출한다. 두 방법에 의해 산출되어진 총 4개의 값, MAP, SBP, DBP 그리고 SBP_K를 통해 최종 혈압값인 SBPc, MAPc, DBPc를 산출하게 된다.
최종 혈압값에 대한 산출방법은, 우선 MAP의 110%이상 160%이하 범위에 SBP_K가 해당되는 경우는, MAP, SBP_K를 이용해 DBP를 재검출하며, 이때 SBP_K는 보정된 수축기 혈압(SBPc)되고, MAP은 보정된 최대지점(MAPc)이 되고, DBP은 보정된 이완기 혈압(DBPc)가 된다. 만약, MAP의 110%이상 160%이하 범위에 SBP_K가 해당되지 않는 경우라면, 기존 검출되었던 SBP를 사용해, SBP는 SBPc이고, MAP는 MAPc이고, DBP는 DBPc로 설정한다.
이러한 산출방법은 기존 상완혈압의 경우는 MAP 파형 특성이 Maximum Point가 확연히 구별됨에 따라 오실로메트릭을 이용한 혈압의 검출이 가능하다. 그러나 손목혈압의 경우 상완 혈압에 비해 MAP의 파형이 flat한 경향을 보인다. flat한 경향은 오실로메트릭 방법을 이용한 SBP 검출에 오차를 가져온다. 따라서 Flat한 구간의 평균 엠플리튜드 특성을 통해 MAP의 값을 검출하고 110%와 160%의 범위를 이용한 SBP_K값의 사용은 일반적인 오실로메트릭 방법의 검출보다 정확성을 확보할 수 있다.
본 발명은 기존 Oscillometric 방법의 부정확함 및 기타 문제들을 해결하기 위하여 비침습적인 혈압 측정 방법의 Golden Standard인 청진법에 대한 응용으로써, Korotkoff Sound 신호의 FFT를 통한 Frequency Domain에서의 스펙트럼 분석, Total Power Analysis 등을 통하여 Korotkoff Sound의 대표적인 특징을 나타내주는 특성점의 검출을 통해 기존의 Oscillometic Method를 보상해주는 알고리즘을 제안하였다. 개발된 알고리즘을 혈관 및 심폐기능 통합시스템에 적용함에 따라 정확한 혈압의 검출이 가능하다.
<혈관탄성도(BVSI)>
도 11은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관탄성도(BVSI) 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
혈관탄성도 알고리즘은 심전도 및 체임피던스 MCU(170) 또는 메인 MCU(410) 또는 산소포화도 MCU(230)에서 수행되어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 심전도 및 체임피던스 MCU(170)에서 수행된다.
본 발명에서 혈관의 탄성도 및 경직도 따른 혈관 상태를 검출하기 위해 BVSI 검출 알고리즘을 제안하고 이를 통합시스템인 본 발명의 생체 계측 시스템에 적용하였다. 본 발명에서는 혈관 나이 산출 및 등급별 분류를 통한 혈관 경직도에 대한 정보를 제공한다.
혈관 탄성도 검출을 위한 전처리단계(S400)로, 초기화(S410) 후, AD변환된(S413, S416) ECG신호를 수집하며(S419), ECG신호에 동기되어 산소포화도 모듈로부터 산소포화도 신호(PPG신호)를 전달받고(S422, 425), 특성점을 검출하기 위해 산소포화도 신호(PPG신호)를 10Hz LPF를 통과시키고(S431), ECG신호에서 QRS파(QRS complex)를 검출한다(S434).
C포인트의 검출단계(S435)로, ECG신호에서 QRS파의 검출이 완료되었는지 판단하여(S437), ECG의 QRS파 검출이 완료되었으면 PPG 신호를 2차 미분하여, 가속도 맥파(APG) 신호를 획득하고(S440), 미분으로 인해 발생한 고주파 잡음 제거를 위해 10Hz LPF를 취한다(S443). QRS를 기준으로 연속적으로 영점교차점(zero cross point, Zp)를 검출하되, 가속도 맥파(APG) 신호가 첫번째 영점교차점의 값 보다 작은가 여부를 판단하여, 작지 않다면 작을 때까지 기다리고(S446), 가속도 맥파(APG) 신호가 두번째 영점교차점의 값 보다 큰지 여부를 판단하여, 크지 않다면 클때까지 기다리고(S449), 가속도 맥파(APG) 신호가 세번째 영점교차점의 값 보다 작은가 여부를 판단하여, 작지 않다면 작을 때까지 기다린다(S452). 이렇게 3개의 영점교차점으로부터 APG신호의 C포인트를 검출한다(S445).
사용자 정보인 Height를 수신받고(S467, S469), PPG의 2차 미분 파형의 특징점인 C 포인트로부터 PPG의 순방향 파형의 피크(Forward-going wave peak)를 검출하고(S470), 또한 반사 파형 피크(Reflect wave peak)도 검출하여(S473), SI(Stiffness Index)를 구한다(S476).
PPG의 2차 미분 파형의 특징점인 C 포인트를 이용하여, PPG의 순방향 파형의 피크(Forward-going wave peak)와의 시간차이 ΔT와 보상 파라미터 TI를 검출하고, ΔTDVP, TI, 사용자 정보인 Height를 이용하여 보상된 혈관특성 파라미터인 SIc를 산출하고(S463), SIc를 통해 혈관 특성 파라미터인 BVSI를 검출한다(S465).
일반적으로 APG 신호에서 C포인트는 후기 수축 재증가파로 혈관의 탄력성을 나타낸다. 기존 SI(Stiffness Index)는 반사파(Reflect wave)가 수축기 파(systolic wave)에 합하여(summing)지는 현상으로 인하여 반사파 피크(reflect wave Peak) 검출에 영향을 미치고, 그로인해 TDVP(수축기파와 확장기파의 피크 사이 시간)는 오차가 발생한다. 따라서 도 12와 같이, 이 오차를 보상하기 위해 PPG의 2차 미분 파형의 특징점인 C 포인트를 검출하여 PPG의 순방향 파형의 피크(Forward-going wave peak)와의 시간차이 ΔT와 보상 파라미터 TI를 산출한다.
<양손 심박출량측정(ICG)>
도 13은 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 심박출량 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
양손 심박출량 검출 알고리즘은 심전도 및 체임피던스 MCU(170) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 심전도 및 체임피던스 MCU(170)에서 수행된다.
여기서는, 양손을 이용한 심박출량 검출의 정확성 향상을 위해 1차 미분 체임피던스(1`st Dev Bio-Impedance)의 특성점들 간의 x축 정보인 시간과 y축 정보인 진폭을 검출하였으며, 이를 통해 LVET(좌심실 수축 시간, left ventricular ejection time), (dZ/dt)max를 정량화하였으며, 1회 박출량 및 심박출량을 검출한다.
문턱치 설정단계(S500)로, 초기화(S510) 후, ICG 신호인 체임피던스 신호의 AD 변환이 완료되면(S513, S516)는, ICG 신호를 기초 임피던스(Base impedance) 신호로서 수신하여(모니터링하여)(S510), 베이스라인(Baseline)를 설정한다. 설정된 기초 임피던스(Base impedance) 신호를 이용하여 일정량을 빼줌으로써 PWM을 세팅한다(S522). PWM 기술을 적용하여 분해능을 향상시킨다. PWM Feedback은 사용자의 기저 임피던스 값에 따라 조절된 신호와 기저 임피던스 간의 차동 증폭을 통해 분해능을 향상시킨다.
분해능이 향상된 ICG 신호를 획득하고(S528), 20Hz LPF를 통해 잡음을 제거한다(S531). 노이즈가 제거된 신호를 이용하여 4초간의 중간값을 이용하여 문턱치를 설정한다(S534).
LVET 검출단계(S535)로, 문턱치 설정이 완료되었는 지를 판단하여(S537), 문턱치 설정이 완료되면 ICG 신호를 1차 미분하고 LPF를 통과시킨다(S540). 그 다음 그 신호의 첫 영점교차(Zero crossing)되는 지점을 C포인트로 검출한다(S534, S546). C포인트가 검출되는 순간 Back Search하여 B 포인트를 검출한다(S564, S567, S570).
C포인트로부터 ICG 신호가 문턱치보다 작고 1차 미분 파형이 영점교차(Zero crossing)을 할 경우의 지점을 X포인트로 검출한다(S549, S552). 순차적으로 검출된 C포인트, B포인트, X포인트의 각 지점의 시간간격(Time Interval)과 진폭(Amplitude)을 이용하여 1회 박출량 산출 파라미터인 LVET, Dz/dtmax를 검출한다(S555).
심박출량 연산단계(S560)로, 사용자 정보를 입력받고(S558), 검출된 파라미터(LVET, Dz/dt max)를 이용하여 1회 박출량을 산출하고 1회 박출량(SV)과 심박수(CO)를 이용하여 심박출량을 검출한다(S573).
<양손 폐기능측정(IPFT)>
도 14는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 양손 폐기능평가 검출 알고리즘 순서도의 예이다.
양손 폐기능평가 검출 알고리즘은 심전도 및 체임피던스 MCU(170) 또는 메인 MCU(410)에서 수행되어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 심전도 및 체임피던스 MCU(170)에서 수행된다.
본 발명은, 여기서, 양손을 이용한 폐기능 평가 파라미터 검출을 위해 Forward Detection 알고리즘과 Backward Detection 알고리즘을 제안하고 대기도 및 중소기도 평가 파라미터(FVC, FEV1, PIF, PEF, FEV1/FVC, Ratio)를 검출한다.
초기화(S610)후, AD 변환(S613, S614)된 Volume 신호인 체임피던스 신호를
기초 임피던스(Base impedance) 신호로서 수신하며(S616), 수신된 기초 임피던스(Base impedance) 신호를 이용하여 일정량을 빼줌으로써 PWM을 세팅하고(S619), 폐용적(Pulmonary Volume)과 Flow신호를 획득한다(S625).
즉, 여기서는 심박출량 측정시와 동일한 PWM 기술을 적용하여 분해능을 향상시키고 폐용적(Pulmonary Volume)과 Flow신호를 획득한다.
정확한 특성점 검출을 위하여 20Hz LPF를 취하고(S628), Volume 신호의 초기 문턱치 선정을 위해 2Hz샘플(9 Point 검출)로 5초간 Volume 신호를 획득하고, Quick Sorting를 거쳐 중간점(Middle Point)을 검출하여 Base Line값을 설정한다(S634).
BaseLine에 일정한 Factor(1.1)을 곱한 값과 비교하여(S637), Flow 신호가 더 큰 상태에서 일정 시간(500ms) 이상을 초과할 경우(S643) 신호의 Zero Crossing 되는 지점을 Peak로 검출한다(S646, S649). 그 후 또 다시 Zero Crossing되는 순간의 Volume값을 Valley로 선정하여(S655), FVC(노력성 폐활량)를 검출한다(S658). Peak 검출 이 후 1초 지난 이후의 지점을 이용하여 FEV1을 검출하고(S676, 679) FEV1/FVC Ratio를 산출한다(S661).
또한 Flow 신호가 BaseLine*1.1 의 값보다 작다면(S637), Flow의 최대 값을 검출하고(S667), Flow의 valley를 검출하여(S670), PIF를 산출하고, Volume 신호의 Peak가 산출된 이후에 오는 Flow 신호의 최소 지점을 이용하여 PEF를 검출한다(S673).
여기서는, 특성점 검출알고리즘의 보강을 통해 정확성을 높여 대기도 및 중소기도를 평가하는 파라미터인 FVC, FEV1, PIF, PEF, FEV1/FVC Ratio를 검출한다.
도 15 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정화면의 일예이고, 도 16 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 혈관나이 측정결과화면의 일예이다.
도 15에서는 혈관나이 측정을 위해 계측된 심전도 신호와 산소포화도(PPG) 신호를 볼 수 있으며, 도 16에서는 측정된 혈관나이를 출력하고 있다.
도 17 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 폐기능 측정화면의 일예이고, 도 18 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 페기능 측정 결과화면의 일예이다.
도 17에서는 측정되고 있는 폐용적(voiume) 신호를 모니터할 수 있으며, 도 18에서는 검출된 FVC, FEV1. FEV1/FVC를 출력하고 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예의 혈관 및 심폐기능 평가를 위한 생체 계측 시스템에서 손목 혈압측정 결과화면의 일예로, 손목 혈압측정 결과로서, 확장기 혈압, 이완기혈압, 심박동수 등을 출력한다.
100 : 심전도 및 체임피던스 측정모듈 105 : 심전도 및 체임피던스 센서부
110 : 심전도 센서부 111 : 제1전극
112 : 제2전극 113 : 제3전극
114 : 제4전극 120 : 심전도 전처리부
130 : 체임피던스 센서부 140 : 체임피던스 전처리부
150 : ICG 전저치부 160 : IPFT 전처리부
170 : 심전도 및 체임피던스 MCU
200 : 산소포화도 검출모듈 210 : 산소포화도 센서부
215 : 제5전극 220 : 산소포화도 전처리부
230 : 산소포화도 MCU
300 : 혈압(NIBP)측정모듈 310 : NIBP 센서부
320 : NIBP전처리부 330 : 압력센서부
340 : 압력전처리부 350 : NIBP MCU
400 : 메인 모듈 410 : 메인 MCU
420 : 디스플레이부 430 : 스피커부
440 : 블루투스부 455 시작키
110 : 심전도 센서부 111 : 제1전극
112 : 제2전극 113 : 제3전극
114 : 제4전극 120 : 심전도 전처리부
130 : 체임피던스 센서부 140 : 체임피던스 전처리부
150 : ICG 전저치부 160 : IPFT 전처리부
170 : 심전도 및 체임피던스 MCU
200 : 산소포화도 검출모듈 210 : 산소포화도 센서부
215 : 제5전극 220 : 산소포화도 전처리부
230 : 산소포화도 MCU
300 : 혈압(NIBP)측정모듈 310 : NIBP 센서부
320 : NIBP전처리부 330 : 압력센서부
340 : 압력전처리부 350 : NIBP MCU
400 : 메인 모듈 410 : 메인 MCU
420 : 디스플레이부 430 : 스피커부
440 : 블루투스부 455 시작키
Claims (23)
- 손목에 혈압측정용 커프를 장착하고, 좌측단과 우측단을 손으로 잡도록 이루어지되, 좌측단과 우측단의 손접촉부에는 생체신호 검출전극이 장착되어 있으며, 전면부의 중앙에 디스플레이부를 구비하는 생체 계측 시스템에 있어서,
심전도, 체임피던스, 심박출량(ICG), 임피던스 폐기능검사(IPFT)를 측정하는 수단으로, 심전도 센서부과 체임피던스 센서부을 구비하여, 심전도신호와 체임피던스 신호를 검출하여, RR간격을 포함하는 심전도 파라미터, FEV1/FVC 비율, 심박출량, 체지방량을 측정하는 심전도 및 체임피던스 측정모듈;
산소포화도 센서부를 구비하여 산소포화도를 검출하는 산소포화도 검출모듈;
NIBP 센서부 및 압력센서부를 구비하여, NIBP센서부로부터의 혈압신호 및 압력센서부로부터의 코르트코프음신호를 검출하여, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 혈압측정모듈;
중 하나 이상을 포함하며,
심전도 및 체임피던스 측정모듈, 산소포화도 검출모듈, 혈압측정모듈의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 모듈를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
생체신호 검출전극으로서, 피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 폐용적(Pulmonary Volume)을 반영한 체임피던스신호인, 페용적 신호를 검출하는 체임피던스 센서부;
체임피던스 센서부에서 출력된 폐용적 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 IPFT(임피던스 폐기능검사) 전처리부;
IPFT 전처리부로부터 수신된 폐용적 신호를 디지탈신호로 변환하고, 폐용적 신호로부터 FEV1/FVC 비율(1초간 강제호기량/강제폐활량 비율)을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU(Micro Controller Unit);
를 포함하여 이루어진 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항에 있어서,
산소포화도 검출모듈은,
발광부와 수광부를 구비하여 혈관탄성도를 반영한 PPG신호(산소포화도 신호)를 검출하는 산소포화도 센서부;
산소포화도 센서부에서 출력된 PPG신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 산소포화도 전처리부;
산소포화도 전처리부로부터 PPG신호를 수신하여 디지탈신호로 변환하는 산소포화도 MCU;를 포함하여 이루어지며,
심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
심전도 전극을 구비하여 심전도를 검출하는 심전도 센서부;
심전도 센서부에서 출력된 심전도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 심전도 전처리부;
심전도 전처리부로부터 심전도 신호를 수신하고, 산소포화도 MCU로부터 PPG신호를 수신하여, 심전도 신호 및 PPG신호를 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출하는 심전도 및 체임피던스 MCU;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
생체신호 검출전극으로서, 피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 심박출량측정(ICG)을 반영한 체임피던스신호인, ICG 신호를 검출하는 체임피던스 센서부;
체임피던스 센서부에서 출력된 폐용적 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 ICG 전처리부;
ICG 전처리부로부터 수신된 ICG 신호를 디지탈신호로 변환하고, ICG 신호로부터 1회 박출량 및 심박출량을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU;
를 포함하여 이루어진 심박출량(ICG) 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항에 있어서, 혈압측정모듈은,
발광부와 수광부를 구비하여, 혈압을 반영한 PPG 신호인 혈압신호를 검출하는 NIBP(비관혈식 손목혈압측정) 센서부;
NIBP 센서부에서 출력한 혈압신호를 증폭하는 NIBP전처리부;
손목에 감겨진 커프로부터 코르트코프음을 반영한 압력신호인 코르트코프음신호를 검출하는 압력센서부;
압력센서부에서 검출된 코르트코프음신호로부터 잡음을 제거하고, 증폭하는 압력전처리부;
NIBP전처리부로부터의 혈압신호 및 압력전처리부로부터의 코르트코프음신호를 디지탈 신호로 변환하고, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 NIBP MCU;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 NIBP MCU는 오실로메트릭법에 따른 혈압을 코로토코프음에 따른 혈압에 의해 보정하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
심전도 전극을 구비하여 심전도를 검출하는 심전도 센서부와
심전도 센서부에서 출력된 심전도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 심전도 전처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제7항에 있어서,
심전도 및 체임피던스 MCU는, 심전도 전처리부로부터 수신된 심전도 신호로 부터, 심박동수, RR간격, P파, QRS파, PR간격, QRS간격을 검출하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제3항에 있어서,
심전도 및 체임피던스 측정모듈은
피부에 미세전류를 흘리는 전류전극과 피부의 전위차를 측정하는 전압전극을 구비하여, 체지방을 반영한 체임피던스신호인 체지방신호를 검출하는 체임피던스 센서부와,
체임피던스 센서부에서 출력된 체지방신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 체임피던스 전처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제9항에 있어서,
심전도 및 체임피던스 MCU는, 체임피던스 전처리부로부터 수신된 체지방신호로부터 체지방량을 검출하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제2항 또는 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
산소포화도 검출모듈은,
발광부와 수광부를 구비하여 산소포화도 신호(PPG신호)를 검출하는 산소포화도 센서부,
산소포화도 센서부에서 출력된 산소포화도 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 산소포화도 전처리부,
산소포화도 전처리부로부터 산소포화도 신호를 수신하여 디지탈신호로 변환하는 산소포화도 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 모듈은,
사용자가 설정한 단일 측정모드 또는 순차적 측정모드에 따라, 생체 계측 시스템의 구동을 제어하고, 사용자의 생체측정신호를 통계처리하여 결과를 디스플레이부로 출력하는 메인 MCU;
메인 MCU의 출력을 무선으로 송출하는 블루투스부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제12항에 있어서
순차적 측정모드는 기 저장된 우선순위에 따라 심전도 및 산소포화도, 체임피던스, 심박출량, 혈압, 폐기능검사를 순서대로 측정하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 혈압측정모듈은,
발광부와 수광부를 구비하여, 혈압을 반영한 PPG 신호인 혈압신호를 검출하는 NIBP(비관혈식 손목혈압측정) 센서부;
NIBP 센서부에서 출력한 혈압신호를 증폭하는 NIBP전처리부;
손목에 감겨진 커프로부터 코르트코프음을 반영한 압력신호인 코르트코프음신호를 검출하는 압력센서부;
압력센서부에서 검출된 코르트코프음신호로부터 잡음을 제거하고, 증폭하는 압력전처리부;
NIBP전처리부로부터의 혈압신호 및 압력전처리부로부터의 코르트코프음신호를 디지탈 신호로 변환하고, 혈압 신호로부터 오실로메트릭법에 따른 혈압을 검출하고, 코르트코프음신호로부터 코로토코프음에 따른 혈압을 검출하는 NIBP MCU;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제14항에 있어서,
NIBP 센서부는 산소포화도 센서부인 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항에 있어서,
심전도 및 체임피던스 측정모듈 및 산소포화도 검출모듈을 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제16항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
체임피던스 센서부로부터 검출된, 폐용적(Pulmonary Volume)을 반영한 체임피던스신호인, 페용적 신호로부터 FEV1/FVC 비율(1초간 강제호기량/강제폐활량 비율)을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함한 임피던스 폐기능검사(IPFT) 측정모듈를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제16항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
심전도 센서부로부터 심전도 신호를 수신하고, 산소포화도 검출모듈로부터 PPG신호를 수신하여, 심전도 신호 및 PPG신호를 이용하여 혈관탄성도(BVSI)를 검출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제16항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
체임피던스 센서부로 부터 검출된 심박출량측정(ICG)을 반영한 체임피던스신호인, ICG 신호로부터 1회 박출량 및 심박출량을 산출하는 심전도 및 체임피던스 MCU를 포함하는, 심박출량(ICG) 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제16항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
심전도 센서부로부터 검출된 심전도 신호로부터, 심박동수, RR간격, P파, QRS파, PR간격, QRS간격을 검출하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제16항에 있어서, 심전도 및 체임피던스 측정모듈은,
체임피던스 센서부로부터 검출된, 체지방을 반영한 체임피던스신호인 체지방신호로부터 체지방량을 검출하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
생체신호 검출전극은,
심전도와 체임피던스 검출을 위한 4개의 전극인, 제1전극 내지 제4전극을 구비하되,
생체 계측 시스템의 전면부 좌측 하단에 제1전극을 구비하고,
생체 계측 시스템의 전면부 우측 하단에 제2전극을 구비하고,
생체 계측 시스템의 좌측면부에 제3전극을 구비하고,
생체 계측 시스템의 우측면부에 제4전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템. - 제22항에 있어서,
제1전극 내지 제4전극은 크롬 도금 전극인 것을 특징으로 하는 생체 계측 시스템.
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