KR101602900B1 - 도플러 레이더용 자동 전송 전력 조정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

도플러 레이더용 자동 전송 전력 조정을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더 신호 이미터(102), 레이더 신호 수신기(103), 신호 패턴 정합기(106) 및 전송 전력 조정기(108)를 포함하는 도플러 레이더 심장 센서에 관한 것이다. 신호 패턴 정합기(106)는 레이더 신호 수신기(102)에 접속되고, 수신된 레이더 신호(105)를 분석하고 수신된 레이더 신호를 신호 패턴과 비교하고 수신된 레이더 신호와 신호 패턴 중 적어도 하나 사이의 충분히 높은 유사성의 검출시에 대응 표시 신호를 생성하도록 배열된다. 전송 전력 조정기(109)가 레이더 신호 이미터(102) 및 신호 패턴 정합기(106)에 접속되고, 전송 전력 조정기는 신호 패턴 정합기가 표시 신호를 생성할 때까지 레이더 신호 이미터(102)에 전달된 전송 전력을 점진적으로 수정하도록 배열된다.

Description

도플러 레이더용 자동 전송 전력 조정을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC TRANSMISSION POWER ADJUSTMENT FOR DOPPLER RADAR}
본 발명은 도플러 레이더 기술을 사용하는 심장 운동의 검출의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 도플러 레이더 심장 센서 및 도플러 레이더 심장 센서의 전송 전력을 조정하기 위한 방법에 관한 것이다.
심장의 활성도 및 건강 상태를 검출하고 평가하는 것은 일반적으로 외과의사 및 건강 관리 전문가의 통상적이고 중요한 작업이다. 이는 인간 심장 및 동물 심장의 모두에 적용된다. 현재 심장 활성도 검출 및 평가를 위한 복수의 선택권이 있다. ECG 측정은 환자의 전기적 심장 근육 여기의 성능을 평가하기 위한 표준 도구로서 개인 건강 관리의 긴 이력을 갖는다. 더 최근의 제품은 소형 휴대형 디바이스에서의 심박수 변동성 분석에 의해 그 심장 스트레스 레벨의 환자 인식을 제공한다. 여전히 현재 결여되어 있는 것은, 임상 및 개인 건강 관리(PHC) 시나리오에서의 광범위한 적용을 가능하게 하는 ECG(전기적 활성)의 동시 검출 및 심장 근육에 의한 기계적 작용으로의 변환이다. ECG 정보와 함께 분석된 기계적 심장 운동에서의 문제점은 심장 스트레스 및 심지어 심각한 심장 혈관 상태에 관련된다. 박출전 기간-ECG의 Q파 및 대동맥 판막 개구의 시간차로서 정의됨-은 심리학에서 정신적인 스트레스에 대한 표시기인 것으로 판명되었고[예를 들어, 에이치. 보도라스(Boudoulas) 등의 논문 "전기적 및 기계적 심장 수축 사이의 관계에 대한 증가된 아드레날린성 활성도의 효과(Effect of increased Adrenergetic Activity on the Relationship Between Electrical and Mechanical Systole), 서큘레이션(Circulation) 64, No. 1, 198 참조, 이 개시 내용은 본 명세서에 그대로 포함되어 있음], 맥박파 방법론에 기초하는 혈압 측정에 대해 특히 관련된다. 내부 기계적 기관 운동의 측정을 위해, 종래 기술은 초음파, 임피던스 심장도검사, 심음도 기록법, 또는 컴퓨터 단층촬영(CT) 및 자기 공명 단층촬영(MRT) 영상화 양식이다. 대부분의 이들 기술은 단지 매우 제한된 수의 경우에만 PHC 용례에 적용 가능하다. MR 및 CT와 같은 일부는 PHC 용례에 전혀 적용 가능하지 않다. 초음파 측정은 통상적으로 초음파가 신체를 침투하는 것을 허용하는 윈도우 중 하나 상에 프로브를 위치시키기 위한 숙련된 요원을 필요로 한다. 임피던스 심장도검사는 비전문가에는 어려운 환자 흉곽 상의 복수의 전극의 배치를 요구한다. 지능형 섬유에 의한 새롭게 다가오는 기회가 있지만, 스폿 측정을 위한 노력은 여전히 매우 상당하다. 심음도 기록법은 의료 사회에서 확립된 기술이고, 판막 개방 및 폐쇄시의 심장 소리 뿐만 아니라 심각한 상태에 결합된 청진기 잡음을 거쳐 정보를 제공한다. 실제로, 마이크로폰의 배치는 다소 어려운 것으로 판명되었다. 레이더 기술은 군대 및 구조 용례에서 환자의 심장 박동 및 호흡수의 원격 모니터링을 위해 광범위하게 연구되어 왔다. 더욱이, 전자기(EM)파는 신체 내의 전도성 경계층에서의 반사의 검출을 경유하여 내부 기관 운동의 정합을 허용한다. 우리는 심박수, 호흡, 혈관 확장-맥박 전이 시간 측정을 위해 적합한- 및 더 복잡한 심장 운동 위상이 검출될 수 있다는 것을 이미 제시하였다[예를 들어, 제이. 뮤엘스테프(J. Muehlsteff) 등을 발명자로 하여 발표된 논문 "심장 운동 위상의 검출을 위한 2 채널 도플러 레이더 센서의 사용(The use of two channel Doppler Radar Sensor for the detection of heart motion phases)", 2006, IEEE EMBC 2006, 회의록 참조]. 본 문헌은 본 발명자들에 의해 발표된 전술된 논문에 설명된 바와 같이 인피네온(Infineon)으로부터 이전에 입수 가능한 예를 들어 타입 KMY24와 같은 도플러 레이더 센서의 사용에 관한 것이다. 제이. 뮤엘스테프 등의 논문 "심장 운동 위상의 검출을 위한 2 채널 도플러 레이더 센서의 사용", 2006, IEEE EMBC 2006, 회의록의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
도플러 레이더 센서가 상이한 환자의 심장 측정을 위해 사용될 때 발생하는 문제점들 중 하나는 지방 조직의 층의 두께 및 신체 치수의 차이이다. 신체 조직은 전자기파를 위한 높은 흡수 계수를 갖는다. 따라서, 특히 과체중 및 비만 환자에 대해, 수신된 도플러 레이더 신호는 매우 감쇠된다. 전송 전력의 증가는 이 감쇠를 보상할 수 있고, 신뢰적인 진단 가능한 신호를 갖기 위해 요구될 수 있다. 그러나, 전력을 너무 많이 증가시키는 것은 센서를 너무 민감하게 할 수 있고, 관심 분야의 외측으로의 이동으로부터의 아티팩트를 유발할 수 있다. 더욱이, 배터리 전력식 용례에서, 불필요하게 높은 전력 소비가 회피되어야 한다.
이 출원은 최저 가능한 전자기 방사선 레벨 및 전송 전력에서 최대 신호 품질을 얻는데 사용될 수 있는 2개의 실시예를 설명한다. 이는 심장 신호가 인식될 때까지 전송 전력을 증가시키고, 또는 전송 전력을 최적값으로 조정하기 위해 외부의 공지된 운동을 사용한다.
그보다 높지 않은, 즉 필요한 것보다 높지 않은 원하는 신호 품질을 적절하게 얻는 방식으로 전송 전력을 적응시키는 도플러 레이더 심장 센서를 성취하는 것이 바람직할 것이다. 이 전략은 배터리 전력식 셋업에서 관심 있는 전력을 절약하고, 동시에 전자기 방사선에 대한 환자 노출을 최소화하면서 충분한 신호 품질을 유지한다. 도플러 레이더 심장 센서가 환자의 신체적 특성을 고려하는 것을 가능하게 하는 것이 또한 바람직할 것이다. 이들 관심 중 하나 이상을 더 양호하게 다루기 위해, 본 발명의 제 1 양태에서, 레이더 신호 이미터, 레이더 신호 수신기, 신호 패턴 정합기 및 전송 전력 조정기를 포함하는 도플러 레이더 심장 센서가 제시된다. 신호 패턴 정합기는 레이더 신호 수신기에 접속되고 수신된 레이더 신호를 분석하도록 배열된다. 신호 패턴 정합기는 또한 수신된 레이더 신호를 신호 패턴과 비교하고, 수신된 레이더 신호와 신호 패턴 중 적어도 하나 사이의 충분히 높은 유사성의 검출시에 대응 표시 신호를 생성하도록 배열된다. 전송 전력 조정기는 레이더 신호 이미터와 신호 패턴 정합기에 접속된다. 전송 전력 조정기는 신호 패턴 정합기가 표시 신호를 생성할 때까지 레이더 신호 이미터에 전달된 전송 전력을 점진적으로 수정하도록 배열된다.
레이더 신호 수신기는 안테나 및 증폭기를 포함할 수 있다. 게다가, 레이더 신호 수신기는 방출된 레이더 신호와 수신된 레이더 신호 사이의 주파수 시프트의 양을 결정하는 도플러 분석부를 포함할 수 있다. 레이더 신호 이미터는 안테나 및 조정 가능한 증폭기를 포함할 수 있다.
다른 소스로부터 도래하는 신호로부터 심박동 신호를 신뢰적으로 구별할 수 있는 도플러 레이더 심장 센서를 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 통상의 심박동 신호의 특성과 수신된 레이더 신호의 특성을 비교하는 신호 패턴 정합기에 의해 다루어진다. 심박수 및 검출된 운동의 형상은 이러한 특성의 예이다.
심장 활성도에 대응하는 것으로 알려진 신호와 수신된 레이더 신호를 직접 비교하는 능력을 도플러 레이더 심장 센서에 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 심장 활성도에 대응하는 것으로 알려진 이들 신호는 미리 기록되고, 기록은 가능하게는 복수의 유형의 환자(신장, 연령, 성별, 건강 상태,...) 및 환자 활성도의 레벨(휴식, 보행, 작업 중,...)을 커버한다.
더욱이, 보정을 제공함으로써 최적 전송 전력 설정의 결정을 지원하는 것이 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 레이더 신호 수신기의 커버리지 영역 내의 공지된 보정 운동의 도플러 레이더 감지 신호를 포함하는 신호 패턴에 의해 다루어진다. 도플러 레이더 센서는 그 커버리지 영역 내의 운동에 반응한다. 공지된 보정 운동의 특성의 적어도 일부는 미리 공지된다. 따라서, 방출된 레이더 신호와 수신된 레이더 신호 사이의 비교로부터 발생하는 신호 및/또는 수신된 레이더 신호에 대한 이들의 기여를 식별하는 것이 매우 간단한 작업이다.
보정 운동의 특성에 대한 직접적인 접근 및/또는 제어를 위해 보정 운동을 수행할 수 있는 도플러 레이더 심장 센서를 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 공지된 보정 운동을 발생시키기 위한 운동 물체를 포함하는 도플러 레이더 심장 센서에 의해 다루어진다. 도플러 레이더 심장 센서의 주요 부품과 운동 물체 사이의 물리적 접속이 필요하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.
더욱이, 수신된 신호의 후속의 분석을 위해 충분한 표준 신호 품질을 얻기 위해 그 전송 전력을 조정할 수 있는 도플러 레이더 심장 센서를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 신호 품질을 나타내거나 표시하는 기준에 의해 표준 신호 품질에 관찰된 신호 품질을 정합하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이들 및 다른 관심은 이전의 보정 세션의 보정 신호 품질 측정을 위한 메모리를 추가로 포함하는 도플러 레이더 심장 센서에 의해 다루어지고, 신호 패턴 정합기는 현재 신호 품질을 결정하고, 전송 전력 조정기는 현재 품질 측정이 보정 신호 측정과 동일하거나 양호할 때 전송 전력을 수정하는 것을 중단한다.
수신된 레이더 신호 내의 검출 가능한 심장 신호의 존재 또는 결여를 결정할 때 정보의 다른 소스로부터 정보를 사용할 수 있는 도플러 레이더 심장 센서를 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 신호 패턴 정합기에 접속된 심전도 신호 인터페이스를 추가로 포함하는 도플러 레이더 심장 센서에 의해 다루어지고, 신호 패턴 정합기는 심전도 인터페이스를 경유하여 제공된 신호에 또한 수신된 레이더 신호를 비교한다.
전술된 도플러 레이더 심장 센서 이외에, 셋업의 전력 소비가 필요한 것보다 높지 않고, 전자기 방사선에 대한 환자 노출이 최소화되면서 충분한 신호 품질을 유지하는 방식으로 전송 전력을 적응하는 도플러 레이더 심장 센서의 전송 전력을 조정하기 위한 방법을 성취하는 것이 바람직할 것이다. 방법이 환자의 신체적 특성을 고려하는 것이 또한 바람직할 것이다. 이들 관심 중 하나 이상을 더 양호하게 다루기 위해, 본 발명의 제 1 양태에서 및 본 발명의 제 2 양태에서,
a) 도플러 레이더 신호를 송신하는 것과,
b) 수신된 레이더 신호를 수신하는 것과,
c) 수신된 레이더 신호를 분석하는 것과,
d) 수신된 레이더 신호를 신호 패턴과 비교하는 것과,
e) 상기 비교가 수신된 레이더 신호와 신호 패턴 중 적어도 하나 사이의 충분히 높은 유사성을 드러내면, 조정 방법을 종료하거나, 전송 전력을 점진적으로 수정하고 전송 전력을 조정하고 동작 a) 내지 e)를 반복하는 것을 포함하는 도플러 레이더 심장 센서의 전송 전력을 조정하기 위한 방법이 제시된다.
그 종료 후에, 방법은 시간 스케쥴(예를 들어, 매 10초마다)에 기초하여, 작업자 상호 작용에 기초하여, 또는 작동 중에 수신된 레이더 신호의 진행 중인/간헐적인 분석에 기초하여 재차 호출될 수 있다.
더욱이, 전송 전력의 가능하게는 유해한 설정을 회피하는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 전송 전력을 조정하는 것이 낮은 레벨로부터 충분히 높은 유사성이 검출되는 레벨로 전송 전력을 점진적으로 증가시키는 것을 포함하는 점에서 다루어진다.
필요한 신호 품질과 전력 소비 사이의 적당한 절충이 성취될 수 있도록 전송 전력을 조정하고 신호 품질의 변화에 반응하는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 이는 전자기 방사선에 대한 환자의 노출이 필요한 것보다 높지 않은 추가의 장점을 갖는다.
더욱이, 다른 소스로부터 도래하는 신호로부터 심박동 신호를 신뢰적으로 구별할 수 있는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 신호 패턴과 수신된 레이더 신호를 비교하는 것이 통상의 심장 신호의 특성과 수신된 레이더 신호의 특성을 비교하는 것을 포함하는 점에서 다루어진다.
보정을 제공함으로서 최적 전송 전력 설정의 결정을 용이하게 하는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 공지된 보정 운동을 수행하는 운동 물체를 도플러 레이더 심장 센서의 커버리지 영역 내에 배치하는 것을 추가로 포함하는 방법에 의해 다루어진다.
더욱이, 수신된 신호의 후속의 분석을 위해 충분한 표준 신호 품질을 얻을 수 있는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 신호 품질을 나타내거나 표시하는 기준에 의해 표준 신호 품질에 관찰된 신호 품질을 정합하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이들 및 다른 관심은 동작 a)에 앞서 보정 물체 및 미리 선택된 전송 전력을 사용하여 도플러 레이더 심장 센서를 보정하여 보정 신호 측정치를 결정하는 것을 추가로 포함하는 방법에 의해 다루어진다. 이 보정 신호 측정치는 동작 e)에서의 신호 패턴 중 하나를 나타낸다.
수신된 레이더 신호 내의 검출 가능한 심장 신호의 존재 또는 결여를 결정할 때 정보의 다른 소스로부터 정보를 사용할 수 있는 전송 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다. 실시예에서, 이 관심은 심장의 전기 활성도에 대응하는 심전도 신호를 수신하는 것과, 수신된 레이더 신호가 심장의 전기 활성도에 의해 발생된 심박동에 대응하는지 여부를 판정하기 위한 심전도 신호와 수신된 레이더 신호를 비교하는 것을 추가로 포함하는 방법에 의해 다루어진다.
도플러 레이더 심장 센서를 위한 최적의 전송 전력 설정을 발견하는 것을 지원하는 컴퓨터 프로그램을 성취하는 것이 더욱 더 바람직할 것이다. 이 관심 및 가능한 다른 관심을 더 양호하게 다루기 위해, 본 발명의 제 3 양태에서, 프로세서가 전술된 방법을 실행하는 것을 가능하게 하는 컴퓨터 프로그램이 제시된다.
상이한 기술 특징이 임의로 조합될 수 있고, 이러한 조합이 여기에 개시된다. 특히, 한정적인 것은 아니지만, 도플러 레이더 심장 센서는 레이더 신호 이미터, 레이더 신호 수신기, 신호 패턴 정합기, 전송 전력 조정기, 공지된 보정 운동을 발생시키기 위한 운동 물체, 보정 신호 품질 측정을 위한 메모리 및 심전도 인터페이스의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도플러 레이더 심장 센서의 전송 전력을 조정하기 위한 방법에 관련하여, 전술된 동작의 임의의 조합이 가능하고 여기에 개시된다. 특히, 전혀 한정적이지 않고, 이하의 동작, 즉
도플러 레이더 신호를 송신하고,
수신된 레이더 신호를 수신하고,
수신된 레이더 신호를 분석하고,
수신된 레이더 신호와 신호 패턴을 비교하고,
비교가 수신된 레이더 신호와 신호 패턴 중 적어도 하나 사이의 충분히 높은 유사성을 드러내면, 조정 방법을 종료하거나 전송 전력을 점진적으로 수정함으로써 전송 전력을 조정하고, 상기 동작들을 반복하고,
낮은 레벨로부터 레벨로 전송 전력을 점진적으로 증가시키고,
삭제
수신된 레이더 신호의 특성과 최소 허용 가능한 값을 갖는 신호 패턴 중 적어도 하나를 비교하는 것과,
공지된 보정 운동을 수행하는 운동 물체를 도플러 레이더 심장 센서의 커버리지 영역 내에 배치하는 것과,
보정 물체 및 미리 선택된 전송 전력을 사용하여 도플러 레이더 심장 센서를 보정하여 보정 신호 측정치를 결정하는 것과,
심장의 전기 활성도에 대응하는 심전도 신호를 수신하고, 수신된 신호가 심장의 전기 활성도에 의해 발생된 심박동에 대응하는지 여부를 판정하기 위해 심전도 신호와 수신된 레이더 신호를 비교하는 동작 중 2개 이상이 조합될 수 있다.
다양한 실시예가 이하의 과제, 즉
도플러 레이더 센서를 사용할 때 최소 전력 소비 및 전자기 방사선에 대한 환자의 노출을 갖는 최대 신호 품질,
외부 노이즈 소스의 영향의 최소화,
환자의 흉곽 특징(치수, 비만)으로의 방사선 전력의 적응 중 하나 이상을 해결할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 이하에 설명되는 실시예(들)로부터 명백해지고 이를 참조하여 명료화될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 개략 블록 다이어그램.
도 2 및 도 3은 가시적인 심박동이 없는(도 2) 및 가시적인 심박동이 있는(도 3) 시간 경과에 따른 수신된 레이더 신호의 다이어그램.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도.
도 6은 마른 사람에 대한 신호 품질과 전송 전력 사이의 관계를 도시하는 다이어그램.
도 7은 비만인 사람에 대한 신호 품질과 전송 전력 사이의 관계를 도시하는 다이어그램.
도 8은 본 발명의 실시예의 개략 블록 다이어그램.
도 9는 보정을 위한 도플러 레이더 심장 센서, 환자 및 운동 물체의 배열을 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 실시예의 개략 블록 다이어그램을 도시한다. 도플러 레이더 심장 센서(100)는 도플러 레이더 신호 이미터(102) 및 도플러 레이더 신호 수신기(103)를 포함한다. 작동 중에, 도플러 레이더 신호 이미터(102)는 인간 또는 동물의 흉부의 방향으로 레이더 신호(104)를 방사한다. 인간 흉부는 환자의 피부(124), 신체 조직(123) 및 심장(122)을 갖는 개략도로 도시되어 있다. 심장(122)은 피부(124) 아래의 소정 깊이에 위치되고, 이 깊이는 도 1에 도시되어 있고 문자 d에 의해 표시되어 있다. 심장 깊이(d)는 일 환자로부터 다른 환자로 상당히 달라질 수 있다. 마른 사람에 대해, 깊이(d)는 다소 작고, 반면에 덩치가 큰 또는 비만인 사람에 대해서는 d는 비교적 높은 값을 취할 수 있다.
전자기파의 전파 특성은 상이한 신체 조직에서 상당히 달라진다. 2.4 GHz의 주파수에서, 이하의 특성이 관련된다.
Figure 112011009437313-pct00001
도플러 레이더 센서가 상이한 환자의 흉곽 측정을 위해 사용될 때 발생하는 문제점들 중 하나는 신체 조직층의 두께 및 신체 치수의 차이이다. 복수의 신체 조직은 전자기파에 대한 높은 흡수 계수를 갖는다. 따라서, 특히 과체중 및 비만 환자에 대해, 수신된 레이더 신호(105)는 매우 감쇠된다. 전송 전력의 증가는 이 감쇠를 보상할 수 있고, 신뢰적인 진단 가능한 신호를 갖기 위해 요구될 수 있다.
그러나, 얇은 신체 조직의 층을 갖는 환자에 대해서는(마른 또는 체중 미달 환자), 증가된 전송은 또한 작지만 또한 도플러 레이더 심장 센서의 시야 내에 있는 신체 주위의 원하지 않는 기관 운동 또는 다른 운동의 검출을 위한 레이더 센서의 감도를 증가시킬 수 있다. 이는 마른 환자의 경우에, 비만 환자의 경우에서보다 훨씬 작은 전력으로 도플러 레이더 심장 센서를 작동하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 실제로 요구되는 것에 따른 전송 전력의 자동 조정은 셋업이 배터리로부터 전력을 받는 경우 특히 관심이 있는 전력을 절약하는 것을 돕는다. 추가로, 환자 안전이 의료 시스템에서 중요한 논점이다. 전자기 방사선의 안전에 대한 걱정이 존재한다. 도플러 레이더 센서가 심장 또는 흉곽 측정을 위해 사용되면, 전자기 방사선이 전송되어 신체 조직에 의해 흡수된다. 이 흡수의 효과가 집중적인 연구 중에 있다.
도플러 레이더 심장 센서는 또한 방출된 레이더 신호(104)와 수신된 레이더 신호(105) 사이의 주파수 시프트의 양을 결정하는 도플러 레이더 분석기(101)를 포함할 수 있다. 시야 내의 주파수 시프트의 결정된 양으로부터, 도플러 레이더 분석기(101)는 시야 및 운동의 정도/강도 내에서 운동 물체를 결정할 수 있다. 도플러 레이더 분석기는 레이더 신호 수신기(103)의 부분으로서 간주될 수 있지만, 마찬가지로 분리될 수 있다.
도플러 레이더 분석기(101)는 도플러 레이더 분석기(101)로부터의 분석 결과에 대응하는 신호를 수신하는 신호 패턴 정합기(106)에 접속된다. 도 1의 삽입도는 1차원 시간 변수 신호(s)로서 예시적인 분석 결과를 도시한다. 신호 패턴 정합기(106)는 통상의 심장 운동에 대응하는 미리 기록된 템플레이트 신호를 포함하는 신호 패턴 저장 장치(107)에 접속된다. 신호 정합은 예를 들어 신호 패턴 저장 장치(107) 내에 저장된 복수의 신호와 분석 결과 사이의 교차 상관을 수행함으로써 수행될 수 있다.
출력측에서, 신호 패턴 정합기(106)는 전송 전력 조정기(108)에 접속된다. 신호 패턴 정합기(106)와 전송 전력 조정기 사이에 교환된 신호는, 예를 들어 얻어진 전송 전력이 충분한지, 너무 낮은지, 또는 너무 강한지의 여부의 표시일 수 있다. 이 정보에 따라, 신호 전력 조정기(108)는 예를 들어 전송 전력 증폭기(109)의 작동 파라미터를 변경함으로써 전송 전력을 유지하고, 증가시키거나 감소시킨다. 다른 선택권은 디지털-아날로그 변환기의 작동 파라미터를 변경하거나 적절한 스위칭에 의해 레지스터를 삽입하거나 바이패스하는 것일 수 있다.
전력 증폭기(109)는 도플러 레이더 심장 센서(100)의 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기(110)에 그 입력 중 하나에서 접속된다. 마이크로프로세서(110)는 도플러 레이더 심장 센서(100)의 작동을 제어한다. 전력 증폭기(109)의 다른 입력은 스위치-모드 전원 또는 배터리와 같은 전원(111)에 접속된다.
전력 증폭기(109)의 출력은 레이더 신호 이미터(102)에 접속된다. 레이더 신호 이미터(102)는 도플러 레이더 심장 센서(100)를 위한 선택된 작동 모드에 따라, 돌발 방식 또는 연속 방식으로 전력을 공급받는다.
도 2는 가시적인 심박동이 없는 시간 경과에 따른 수신된 레이더 신호의 다이어그램을 도시한다. 이는 전송 전력이 너무 약하다는 것의 표시로서 해석될 수 있다. 그러나, 누락된 가시적인 심박동은 또한 도플러 레이더 심장 센서의 잘못된 위치설정에 의해 또는 부품의 고장에 의해 발생될 수도 있다. 도플러 레이더 심장 센서가 정확하게 이용되어 작동한다는 가정 하에, 도 2에 도시된 신호는 신호 패턴 분석기(108)(도 1 참조)에 의해 "너무 낮은 전송 전력"으로서 해석된다. 도 2에서, 전자기 방사선이 센서와 심장벽 사이의 신체 조직에 완전히 흡수되기 때문에, 전송 전력은 여전히 너무 낮고, 어떠한 심장 신호도 센서에 의해 취출되지 않고 있다.
도 3은 도 2와 유사하지만 이번에는 가시적인 심장 신호가 존재한다. 가시적인 심장 신호는 심장의 수축 운동에 대략 대응한다. 심장 신호의 일 특성은 그 주파수이다. 인간의 심장은 일반적으로 분당 50 내지 200회 박동한다. 따라서, 사이클 시간은 0.3 내지 1.2초이다. 이 지식은 수신된 레이더 신호 내의 심장 신호를 구별하는데 사용될 수 있다. 도 3은 전송 전력이 센서와 심장벽 사이의 신체 조직을 침투하기 위해 충분히 증가되어 있는 경우를 도시한다. 전송 전력은 신호 품질 레벨이 미리 설정되어 있는 것에 도달할 때까지 증가된다. 이는 다른 환자에 대한 수용 가능한 신호 품질을 갖는 기준 측정치를 사용하여 미리 설정될 수 있다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은 동작 401에서 시작한다. 동작 402에서, 전송 전력은 0으로 설정된다("PWR=0"). 전송 전력은 동작 403에서 특정량(델타)만큼 증가된다("PWR=PWR+DELTA"). 수신된 레이더 신호의 분석은 동작 404에서 심박동이 검출될 수 있는지 여부("심박동 검출됨?")에 대한 판정이 이루어지는 것에 따라 수행될 수 있다. 만일 아니면, 방법은 동작 403으로 다시 점프하여 전송 전력을 더 증가시킨다. 동작 404에서, 심박동이 검출될 수 있으면, 심장 운동의 실제 측정이 동작 405에서 시작된다. 방법은 동작 406에서 종료한다.
동작 403과 404 사이의 루프는 환자의 신체 치수에 따라 도플러 레이더 신호의 전송 전력을 능동적으로 조정한다. 2개의 최적화 동작이 가능하다. 일 최적화는 환자에 다른 디바이스 또는 추가의 하드웨어를 부착할 필요 없이 복수의 환자 및 신체 형상으로부터 신호를 얻는 것이다. 이 경우, 신호 품질은 사용자에 의해 설정된 신호 품질의 레벨로 유지된다. 제 2 최적화는 최적 신호 대 노이즈비를 위한 것이다. 이 경우, 하나 이상의 추가의 공지의 운동 물체가 '노이즈'로서 알려진 바와 같이 환자에 부착되고, 노이즈가 최소화되고 심장으로부터의 수신된 신호가 최대화되는 것이 보장된다.
도 4에 도시된 시나리오에서, 전송 전력은 0으로부터 심박동 신호가 신뢰적으로 검출될 수 있는 값으로 점진적으로 증가된다. 이 전략은 심박동 신호가 복수의 상이한 환자 및 신체 형상으로부터 얻어질 수 있는 것을 보장한다. 심장 신호는 그 특징의 사용에 의해 검출된다. 심장 신호는 통상적으로 50 내지 180 min-1 또는 0.8 내지 3 Hz의 주파수 범위를 갖는다. 심장의 박동은 더욱이 또한 사용될 수 있는 통상적인 형상 또는 사이클을 갖는다. 뮤엘스테프 등에 의한 전술된 논문에서 설명된 바와 같이 심장 사이클의 통상적인 특징점은 심작동 신호를 식별하는데 사용될 수 있다. 이들 특징을 사용함으로써, 주위의 운동 신호로부터 심장벽으로부터 기원하는 신호를 구별하는 것이 가능하다. 도플러 레이더 센서가 ECG 측정과 조합하여 사용되면, 심박수는 ECG 측정으로부터 추출될 수 있고, 도플러 신호 출력 내의 공지의 심박수 신호를 발견하는데 사용될 수 있다.
이 방법은 그 동안에 발생될 수 있는(예를 들어, 도플러 레이더 심장 센서의 측정 위치의 변화에 기인하여) 변화로의 전송 전력 설정을 조정하기 위해 측정 중에 재차 호출될 수 있다. 이 경우에, 동작 402는 스킵될 수 있고, 방법은 현재 전송 전력 설정에서 시작할 수 있다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은 동작 501에서 시작한다. 전송 전력은 동작 503에서 0으로 설정되고("PWR=0"), 이어서 특정량만큼 증가된다("PWR=PWR+DELTA"). 다음, 신호 품질 기준(SC)이 측정된다. 신호 품질 기준의 측정된 값(SCMEAS)은 신호 품질 기준의 임계값(SCTHRS)에 비교된다("SCmEAS와 SCTHRS 비교"). 분기점(505)에서, 비교가 수신된 신호가 충분히 강하다는 것을 표시하는 결과를 산출하는 것으로 판정되면, 심장 운동의 실제 측정이 동작 506에서 수행된다. 반대의 경우에, 방법은 동작 503으로 다시 분기하고, 전송 전력이 더 증가된다. 방법은 동작 507에서 종료한다.
전송 전력이 지방층 및 근육 조직을 침투하기에 너무 낮은 한, 어떠한 신호도 검출 가능하지 않고 전송 전력이 증가되어야 한다. 심장 신호가 신뢰적으로 검출될 수 있게 되자마자, 정확한 레벨의 전송 전력이 도달하고, 전송 전력은 추가의 노이즈 신호를 회피하기 위해 더 이상 증가되지 않는다. 신뢰적인 요구 품질의 심장 신호가 도달하는 기준은 그 적용 요건에 따라 사용자 또는 다른 사람에 의해 설정될 수 있다. 측정은 마른 사람에 대해 수행될 수 있고, 이 측정으로부터 신호 품질이 설정될 수 있다.
도 6은 도 5의 설명에서 언급된 신호 품질 기준과 전송 전력(Pe) 사이의 관계를 도시하는 다이어그램을 도시한다. 도 6에서, 관계는 마른 사람에 대해 표현되었는데, 즉 방출된 레이더 신호 및 수신된 레이더 신호는 단지 환자의 흉부를 통해 이동하는 동안 약하게 감쇠된다.
대략, 4개의 주요 영역 I 내지 IV가 도 6 및 도 7의 다이어그램에서 구별될 수 있다. 영역 I에서, 전송 전력은 너무 낮아서 방출된 또는 적어도 반사된 신호가 신체 조직 내에 흡수된다. 따라서, 어떠한 신호도 검출 가능하지 않고, 신호 품질 기준(SC)이 매우 낮다. 영역 II에서, 방출된 신호는 심장에 도달하고, 신호는 실제로 심장에 의해 반사된다. 그러나, 수신된 신호는 신뢰적인 검출을 위해서는 여전히 너무 약하다. 그럼에도, 신호 품질 기준(SC)의 가파른 증가가 영역 II에서 관찰될 수 있다. 영역 III은 방출된 신호가 충분히 강한 반사된 신호를 야기하기에 충분히 강한 최적의 영역에 대응한다. 그러나, 영역 IV에서, 도플러 레이더 심장 센서는 너무 많은 주위 운동을 취출하기 시작할 수 있다. 이는 신호 품질 및 신호 대 노이즈비의 열화를 유도할 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 커브는 실제로 이 영역에서 재차 감소될 수 있다.
도 6을 참조하면, 전송 전력은 최소의 여전히 충분한 전송 전력을 나타내는 미리 선택된 값(Pe ,0)으로 설정된다. 마른 사람에 대해, 수신된 심장 신호는 인간 흉부를 통한 도중에 신호의 약한 감쇠에 기인하여 양호한 신호 품질을 가질 수 있다고 가정된다. 마른 사람에 수행된 보정 세션 동안, 신호 품질 기준에 대한 임계값(SCTHR)이 따라서 얻어질 수 있다.
이제, 도 7을 참조하면, 비만인의 신호 품질 기준(SC)과 전송 전력(Pe) 사이의 관계가 도시된다. 더 높은 전송 전력이 동일한 신호 품질을 얻기 위해 요구된다는 것, 즉 커브가 우측으로 시프트되어 신장되어 있다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 커브는 더 많은 흡수가 피부와 심장 사이의 신체 조직에서 발생하기 때문에, 또한 더 편평할 수 있다. SCTHR(마른 사람에 대해 보정 세션 동안 결정됨, 도 6 참조)에서 임계 신호 품질에 대응하는 신호 품질이 얻어지게 되면, 전송 전력은 값(Pe ,1)에 있도록 선택되어야 한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 도플러 레이더 심장 센서의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 1과 관련하여 도시되고 설명된 구성 요소와 유사하거나 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 이 실시예에서, 신호 패턴 저장 장치(107)는 심전도 신호를 위한 입력으로 대체된다. 심전도 장치(ECG)는 2개 이상의 전극을 경유하여 환자의 흉부에 접속된다. 심전도 장치(ECG)는 도 8의 삽입도에 도시된 심전도 신호를 제공한다. 심전도 신호는 도플러 레이더 심장 센서에 제공되어 신호 패턴 정합기(106)에 내부적으로 포워딩된다. 신호 패턴 정합기(106)에서, 수신된 레이더 신호 내의 심장 신호의 검출을 용이하게 하기 때문에, 환자의 심전도 신호의 지식은 가치 있는 정보의 부분이다. 특히, 심전도 신호는 심장 운동에 대한 신호의 타이밍(일반적으로, 심전도 신호 뒤에 약간 처짐)에 대한 양호한 추정을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 도플러 레이더 심장 센서는 신호 패턴 저장 장치(107) 및 심전도 장치를 위한 입력의 모두를 포함할 수 있다.
도 9는 도플러 레이더 심장 센서(100), 환자의 심장 및 운동 물체(901)의 배열을 도시한다. 운동 물체(901)는 보정 운동을 생성하기 위해 주파수(fV)로 운동한다. 운동 물체(901)는 운동 물체(901)에 의해 수행되는 운동에 대한 정확한 정보를 도플러 레이더 심장 센서에 제공하기 위해 동기화 접속부(SYNC)에 의해 도플러 레이더 심장 센서(100)에 접속될 수 있지만, 이는 선택적인 것이다. 또한 선택적인 것은 도플러 레이더 심장 센서(100)와 운동 물체(901) 사이의 제어 접속이다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 도플러 레이더 심장 센서(100)로부터 방출되는 레이더 신호는 환자의 신체를 통해 이동하여 심장(122)을 통과한다. 전송 전력이 충분히 강하면, 방출된 레이더 신호는 운동 물체(901)가 배치되어 있는 환자의 등에 도달한다. 운동 물체(901)로부터의 반사된 신호는 도플러 레이더 심장 센서의 방향으로 복귀된다. 도 9의 우측 부분은 도플러 레이더 분석기(101)에 의해 제공된 분석된 신호의 스펙트럼을 도시한다. 특이한 피크가 주파수(fV)에서 예측될 수 있다. 보정 운동의 주파수가 심장 신호의 통상적인 주파수를 충분히 상회하여 선택될 때, 수신된 신호 내의 보정 운동의 기여를 감쇠하는 저역 통과 필터(LP) 또는 대역 통과 필터가 적용될 수 있다. 대안으로서, 보정 운동은 성공적인 보정 후에 스위칭 오프될 수 있다. 주파수(fV)는 실제로 심장 주파수(fH)보다 훨씬 높고 배수가 아니어서, 그 반사된 신호가 심장 신호로부터 구별될 수 있게 된다. 이 실시예에서, 전송 전력은 운동 물체의 공지된 주파수(fV)가 대역 통과 필터 또는 저역 통과 필터에 의해 수신된 신호로부터 추출될 수 있는 이러한 레벨로 증가된다. 다음, 감도는 물체의 바로 위에 멀지않게 도달한다. 이는 불필요한 높은 방사선 레벨 뿐만 아니라 환자 주위의 다른 물체로부터 취출된 원하지 않는 반사를 회피하면서 심장벽의 반사로부터 매우 유리한 신호 품질을 보장한다.
도 9의 시나리오에서, 송신 전력은 미리 규정된 품질 기준에 따라 조정되지 않는다. 그러나, 신호 대 노이즈비는 센서의 시야 내에 있을 수 있는 다른 운동 물체가 상당한 노이즈를 발생시키지 않는 이러한 방식으로 최적화된다. 심장의 반사 신호는 이어서 최대 신호 강도를 갖는다. 이 시나리오를 위해, 추가의 공지의 노이즈 소스(운동 물체)가 센서의 시야 내에 추가된다. 전송 전력은 이어서 이들 공지의 물체로부터의 반사가 신호를 상당히 교란하지 않도록 조정된다. 이 시나리오에서, 전송 전력은 심장 신호를 얻기 위해 충분히 높지만, 너무 높지는 않아, 이에 의해 센서의 감도가 허용 불가능한 레벨로 증가되는 것을 회피한다.
본 발명이 도면 및 상기 설명에 상세히 도시되고 설명되었지만, 이러한 도시 및 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적이거나 설명적인 것으로 고려되어야 하고, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 레이더 신호가 2.4 GHz 이외의 다른 주파수에서 방사되는 실시예에서 본 발명을 작용하는 것이 가능하다. 도플러 레이더 센서는 컴퓨터 단층촬영 또는 자기 공명 영상화로부터 얻어진 이미지에 대략 상당하는 시야의 2차원 또는 3차원 이미지를 처리하고 생성할 수 있다. 레이더 이미터 및 레이더 수신기는 단일 하우징 내에 있을 필요는 없고, 분리될 수 있다. 더욱이, 또한 분석 회로 및 전원 회로[전력 증폭기(109)를 포함함]는 책상 및 스탠드 상에 배치될 수 있는 개별 하우징에 위치될 수 있다. 도 9의 운동 물체를 예시하는 통풍기는 진자 또는 진동 물체와 같은 임의의 유형의 운동 물체일 수 있다.
본 발명은 기계적 심장 활성도가 심장의 펌핑 성능을 평가하도록 측정되는 모든 용례에 사용될 수 있다. 이는 ECG를 사용하여 측정된 바와 같은 전기적 여기에 비교하여 추가의 정보이다. 용례는 심장의 펌핑 사이클의 휴지 단계가 검출되어야 하는 영상화 시스템에서 게이팅 용도로 센서의 사용을 포함한다. 본 발명은 상이한 치수를 갖는 복수의 상이한 환자에 대해 레이더 센서를 사용하는 것을 가능하게 한다.
개시된 실시예의 다른 변형예가 도면, 명세서 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시할 때 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니고, 단수 표현은 복수를 배제하는 것은 아니다. 단일의 프로세서 또는 다른 유닛이 청구범위에 인용된 복수의 항목의 기능을 충족시킬 수 있다. 단지 특정 수단이 서로 다른 종속 청구항에 인용되어 있다는 사실은 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 표시하는 것은 아니다. 컴퓨터 프로그램이 함께 공급된 또는 다른 하드웨어의 부분으로서 광학 저장 매체 또는 고상 매체와 같은 적합한 매체 상에 저장되고/분배될 수 있지만, 예를 들어 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템을 경유하여 다른 형태로 분배될 수도 있다. 청구범위의 임의의 도면 부호는 범주를 한정하는 것으로서 고려되어서는 안된다.
100: 심장 센서 101: 도플러 레이더 분석기
102: 도플러 레이더 신호 이미터 103: 도플러 레이더 신호 수신기
104: 레이더 신호 105: 레이더 신호
106: 신호 패턴 정합기 107: 신호 패턴 저장 장치
108: 신호 전력 조정기 109: 전송 전력 증폭기
122: 심장 123: 신체 조직
124: 피부 901: 운동 물체

Claims (15)

  1. 도플러 레이더(doppler rader) 심장 센서에 있어서,
    레이더 신호 이미터(emitter; 102);
    레이더 신호 수신기(103);
    상기 레이더 신호 수신기(103)에 접속되고, 수신된 레이더 신호(105)를 분석하고, 상기 수신된 레이더 신호를 신호 패턴들과 비교하고, 상기 수신된 레이더 신호와 상기 신호 패턴들 중 하나 이상의 신호 패턴 사이에 소정의 값보다 높은 값을 갖는 유사성이 검출되는 경우 대응 표시 신호를 생성하는 신호 패턴 정합기(106); 및
    상기 레이더 신호 이미터(102) 및 상기 신호 패턴 정합기(106)에 접속되는 전송 전력 조정기(108);를 포함하고,
    상기 전송 전력 조정기는 상기 신호 패턴 정합기가 상기 대응 표시 신호를 생성할 때까지 상기 레이더 신호 이미터(102)에 전달되는 전송 전력을 점진적으로 조정하는 도플러 레이더 심장 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 패턴 정합기(106)는 상기 수신된 레이더 신호(105)의 특성들을 통상의 심박동 신호들의 특성들과 비교하는 도플러 레이더 심장 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 패턴들은 심장 활성도의 도플러 레이더 감지 신호들로부터 얻어지는 도플러 레이더 심장 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 패턴들은 상기 레이더 신호 수신기의 커버리지(coverage) 영역에서의, 상기 도플러 레이더 심장 센서를 보정하기 위한 보정 운동들의 도플러 레이더 감지 신호들을 포함하되, 상기 보정 운동들은 소정의 주파수를 갖도록 생성되는 도플러 레이더 심장 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 소정의 주파수를 갖는 상기 보정 운동들을 발생시키기 위한 운동 물체(901)를 추가로 포함하는 도플러 레이더 심장 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도플러 레이더 심장 센서를 보정하기 위해 사전에 결정된 보정 신호 품질 측정치들을 위한 메모리를 추가로 포함하고, 상기 신호 패턴 정합기(106)는 현재 신호 품질을 결정하고, 상기 전송 전력 조정기(108)는 현재 신호 품질 측정치가 상기 보정 신호 품질 측정치와 동일하거나 상기 보정 신호 품질 측정치를 초과할 때 상기 전송 전력을 조정하는 것을 중단하는 도플러 레이더 심장 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 패턴 정합기(106)에 접속되는 심전도 신호 인터페이스를 추가로 포함하고, 상기 신호 패턴 정합기는 상기 수신된 레이더 신호를 상기 심전도 신호 인터페이스를 통하여 제공되는 신호와도 비교하는 도플러 레이더 심장 센서.
  8. 도플러 레이더 심장 센서의 전송 전력을 조정하기 위한 방법에 있어서,
    a) 도플러 레이더 신호들(104)을 송신하는 것과,
    b) 레이더 신호(105)를 수신하는 것과,
    c) 상기 수신된 레이더 신호를 분석하는 것과,
    d) 상기 수신된 레이더 신호를 신호 패턴들과 비교하는 것과,
    e) 상기 비교가 상기 수신된 레이더 신호와 상기 신호 패턴들 중 하나 이상의 신호 패턴 사이에 소정의 값보다 높은 값을 갖는 유사성을 드러내면, 조정하기 위한 방법을 종료하고, 그렇지 않으면, 상기 전송 전력을 점진적으로 수정함으로써 상기 전송 전력을 조정하고 동작 a) 내지 e)를 반복하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전송 전력을 조정하는 것은 낮은 레벨로부터 상기 소정의 값보다 높은 값을 갖는 유사성이 검출되는 레벨로 상기 전송 전력을 점진적으로 증가시키는 것을 포함하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 수신된 레이더 신호(105)를 신호 패턴들과 비교하는 것은 상기 수신된 레이더 신호의 특성들을 통상의 심박동 신호들의 특성들과 비교하는 것을 포함하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 도플러 레이더 심장 센서를 보정하기 위한 보정 운동을 수행하는 운동 물체(901)를 상기 도플러 레이더 심장 센서의 커버리지 영역 내에 배치하는 것을 추가로 포함하되, 상기 보정 운동은 소정의 주파수를 갖도록 생성되는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    동작 a)에 앞서, 보정 물체 및 미리 선택된 전송 전력을 사용하여 상기 도플러 레이더 심장 센서를 보정하여 보정 신호 측정치를 결정하는 것을 추가로 포함하고,
    상기 보정 신호 측정치는 동작 e)에서의 상기 신호 패턴들 중 하나를 나타내는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 심장(122)의 전기 활성도에 대응하는 심전도 신호를 수신하고, 상기 수신된 레이더 신호가 상기 심장(122)의 전기 활성도에 의해 발생되는 심박동에 대응하는지 여부를 판정하기 위해 상기 수신된 레이더 신호를 상기 심전도 신호와 비교하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  14. 프로세서가 제 8 항에 따른 방법을 실행하는 것을 가능하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
  15. 삭제
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