KR101626855B1 - 체표면 누적전위를 이용한 심장 부정맥 예측방법 및 장치 - Google Patents

체표면 누적전위를 이용한 심장 부정맥 예측방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

심장 부정맥 예측방법은, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계와, 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계와, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00106
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계와, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00107
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계를 포함한다.

Description

체표면 누적전위를 이용한 심장 부정맥 예측방법 및 장치{device and method for diagnosing cardiac arrhythmia using body surface potential mapping}
본 발명은 심장 부정맥 예측방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 복수의 전극에서 측정된 체표면 누적전위를 바탕으로 심장 세동수를 유추하는 심장 부정맥 예측방법 및 장치에 관한 것이다.
심장 부정맥 발생기전 규명 및 치료법 개발을 위해 심장의 전기생리학 수학 모델을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 예로서 심근 세포막에서의 전기 생리학적 기전을 모사한 모델이 있다. 또한, 심장조직에서의 전기적 파동 시뮬레이션을 포함하여 임상적으로 쉽게 측정 가능한 체표면 전위패턴까지 수치적 모델링 결과로써 획득이 가능하다. 이것은 임상에서 측정된 환자의 심전도 파형으로 심근세포와 조직에서의 생리학적 현상이 예측 가능함을 의미한다.
한편, 공학적 설계에 기반한 시뮬레이션에 의해서 생산된 결과를 임상의들이 분석하고 이해하는 것이 쉽지 않기 때문에, 컴퓨터 모델이 연구적 차원에서의 시뮬레이션 도구로서 활용이 될 뿐 실제 임상에서 부정맥 진단이나 치료법 결정을 위해 직접적으로 활용되는 경우는 드물다.
또한, 심장 부정맥의 전초현상이나 진단 예측할 수 있는 방법이 현재로써는 전무하고, 부정맥이 관찰되는 경우는 이미 부정맥이 진행되어 있는 상황에서 심전계 등을 이용하여 확인 진단한다. 따라서 사전에 부정맥의 가능성을 예측하며 위험지표로써 제시해 줄 수 있는 간단하면서 비침습적인 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 심장 세동수와 체표면 누적전위의 비례관계를 이용하여, 심장 부정맥을 조기 진단하고 예측할 수 있는 심장 부정맥 예측방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계; 상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계; 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00058
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계; 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00059
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계; 각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00060
로서 정의하고 산출하는 단계;를 포함하는 심장 부정맥 예측방법이 제공된다.
또한, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬로부터 받아들이는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계; 상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계; 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00061
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계; 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00062
, (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계; 각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00063
로서 정의하고 산출하는 단계;를 포함하는 심장 부정맥 예측방법이 제공된다.
또한, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬; 상기 복수의 전극의 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 신호 처리부; 및 상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하며, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00064
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하고, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00065
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하고, 각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00066
로서 정의하고 산출하며, 상기 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 부정맥 조기 진단부(300);를 포함하는 심장 부정맥 예측장치가 제공된다.
또한, 상기 부정맥 조기 진단부는, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표준 지표는, 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00067
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬; 상기 복수의 전극의 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 신호 처리부; 및 상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하며, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00068
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하며, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00069
, (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하며, 각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00070
로서 정의하고 산출하며, 상기 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 부정맥 조기 진단부;를 포함하는 심장 부정맥 예측장치가 제공된다.
또한, 상기 부정맥 조기 진단부는, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 표준 지표는, 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00071
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서 제안하고 있는 심장 부정맥 예측방법 및 장치는, 복수의 전극으로부터 측정된 활동전위를 바탕으로 부정맥 가능성을 제시하여, 심장 부정맥 조기진단에 도움을 줄 수 있다. 또한, 비침습적이고 간단한 진단방법으로 피검사자의 부담을 줄일 수 있다.
또한, 부정맥 발생 가능성에 대한 지표를 제시함으로써 위험도에 따라 환자에 대한 의료기관으로의 정밀진단 유도 효과가 있으며, 운동습관 및 식생활 등 헬스케어 산업에도 사용될 가능성 있다.
또한, 추가적으로 체표면 활동전위 외에도 많은 전극의 측정값을 이용하여 피검사자의 심전도 및 활동전위 분포를 분석함으로서 보다 정밀한 심장의 상태와 질환의 유무를 분석하는데 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심장 부정맥 예측장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심장 부정맥 예측방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심장 부정맥 예측방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
심장의 전기적 흥분은 심방의 동방결정(SA node)에서 촉발되어 심방의 심근세포를 따라 심방 전체로 전도되며, 전도된 활동전위가 심방과 심실 사이의 방실결정(AV node)를 자극하면 활동전위는 심실내부의 히스속(His bundle)과 퍼킨제섬유(Furkinje Fiber)를 통하여 심실의 심근세포로 전이되는 기전을 가진다. 이러한 심장의 전기적 흥분은 심장의 세포조직을 따라 전도되며, 심장의 표면에서 균일한 활동전위 파장이 전파되는 형태로 조직 전체에 전도된다.
Moe et al.는 심장세동의 발생가능성을 예측하는 인자로서 세동수 (Fibrillation Number; FibN)을 제안하였다. 세동수(FibN) 는 임상적으로 또는 이론적으로 많은 연구자들에 의해 검증이 되었다. 세동수(FibN) 의 구체적인 방정식은 아래와 같다.
FibN = (Heart Size) / (Wave Length)
Heart size 는 심방 또는 심실의 부피 또는 직경을 의미하며, Wave length 는 심근세포에서 생성되는 활동전위가 심장 조직으로 전파될 때 만들어지는 활동전위의 wave length 를 의미한다. Wave length 는 Moe et al. 에 따라 아래 식으로 계산할 수 있다.
Wave length = APD x CV
여기서 APD 는 활동전위기간(Action potential duration) 이며, CV 는 심장조직에서 활동전위가 전도되는 속도(conduction velocity) 를 의미한다.
한편, 체표면 전위맵 장치는 인체가 전기의 양도체이므로 심장의 활동전위(Action potential, AP)가 체내의 조직을 거쳐 전파되어 체표면에 도달하게 되며, 이 활동전위를 흉벽 주위에 여러 개의 전극을 배치해 동시에 측정하고 관찰하는 장치이다. 일반적인 심전계로 관측되는 심전도도 사지와 흉벽에 전극을 놓는 것이므로 체표면 전위의 일부이며, 심전도가 시간축에 따른 전압 변화로 표시된다. 이와 달리, 체표면 전위맵은 전위측정을 위한 전극 배열 영역 내에서 체표면의 전압이 2차원 혹은 3차원 패턴으로 도시된다. 즉, 체표면 전위의 분포는 심장의 기전력의 분포를 체표면에 투영한 형태이므로 심장의 탈분극과 재분극을 시간의 흐름에 따른 영역별 분포도(색상, 등고선 등)의 형태로 직관적으로 표현되어 환자의 심장 질환에 대한 분석 및 이해가 수월해진다.
본 발명의 실시예에서는 체표면 전위맵을 측정하는 심장 부정맥 예측장치를 이용하여, 시간에 따른 체표면 전위를 비침습적으로 동시에 기록하고, 이를 바탕으로 세동수(FibN)를 간접적으로 유추하여 환자의 심장부정맥에 대한 조기진단 성공률을 높여줄 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 심장 부정맥 예측방법 및 장치는 다음의 명제를 기초로 체표면 활동전위를 이용하여 심장의 세동수(FibN)를 유추할 수 있다.
우선, 심장의 크기가 클수록 체표면 전위맵, 즉 전극 메쉬에서 측정된 체표면 전위의 누적값이 증가한다.
다음으로, wave length 가 길수록 체표면 전위맵, 즉 전극 메쉬에서 측정된 체표면 전위의 누적값이 증가한다.
따라서 세동수(FibN)가 크다는 것은, 전극 메쉬에서 측정된 체표면 전위의 누적값이 증가한다는 것을 의미한다.
결과적으로 체표면 전위의 누적값이 증가한다는 것은 세동수(FibN) 크다는 것을 의미하는 것이므로, 체표면 전위의 누적값을 통해 심장의 세동수(FibN)를 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 체표면 전위의 누적값, 즉 체표면 누적전위를 산출하여 심장 부정맥을 예측하는 방법 및 예측하는 장치를 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심장 부정맥 예측장치(1)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 심장 부정맥 예측장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 심장 부정맥 예측장치(1)는 전극 메쉬(100)와, 신호 처리부(200)와, 부정맥 조기 진단부(300)를 포함한다. 또한, 신호 처리부(200)는 고역통과필터(210)와, 증폭기(220)와, 저역통과필터(230)와, 아날로그-디지털 컨버터(240)를 구비한다.
상기와 같이 구성되는 심장 부정맥 예측장치(1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
전극 메쉬(100)는 n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열되어 있다. 전극 메쉬(100)에 포함되는 전극의 수는 실시예에 따라 조절될 수 있다. 전극 메쉬(100)는 일반적으로 복수의 전극 이외의 테두리 영역이 공통 접지로서 정의될 수 있다. 참고적으로, 전극 메쉬(100)는 인접한 3개의 전극이 그룹화되어 첫 번째 전극이 양의 전극, 두 번째 전극이 로컬 접지전극, 세 번째 전극이 음의 전극, 테두리 영역이 공통 접지로서 구성되는 예가 실시될 수도 있을 것이다.
또한, 전극 메쉬(100)는 인체의 심장 중심에 가깝게 배치되는 것이 바람직한데, 피검사자의 피부에 전극 메쉬(100)를 직접 부착하는 방식으로 구성될 수도 있고, 옷 위에 전극 메쉬(100)를 부착하는 비접촉 방식으로 구성될 수도 있을 것이다. 전극 메쉬(100)가 비접촉 방식으로 구성될 경우, 각 전극은 인체와 전극 사이에 형성되는 캐패시턴스 값의 변화나, 전류의 흐름에 따른 캐패시턴스의 값의 변화 등을 감지하여 체표면의 전위를 감지한다.
신호 처리부(200)는 복수의 전극의 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력한다. 신호 처리부(200)는 고역통과필터(210)와, 증폭기(220)와, 저역통과필터(230)와, 아날로그-디지털 컨버터(240)를 포함하여 구성된다.
참고적으로 고역통과필터(210)는 0.1 Hz 이상의 주파수를 가지는 신호를 통과시키도록 구성되는 것이 바람직하며, 저역통과필터(230)는 300 Hz 이하의 주파수를 가지는 신호를 통과시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 증폭기(220)는 입력되는 신호를 왜곡없이 설정된 배율로 증폭하여 출력한다. 아날로그-디지털 컨버터(240)는 저역통과필터(230)에서 출력되는 신호를 샘플링하여 디지털 신호로써 출력한다. 부정맥 조기 진단부(300)는 아날로그-디지털 컨버터(240)에서 출력되는 디지털 신호를 처리하여 부정맥 가능성을 진단하게 된다. 한편, 고역통과필터(210) 및 저역통과필터(230)는 밴드패스필터(Band Pass Filter)로 대체될 수도 있으며, 통과시키는 신호의 주파수 대역은 조절될 수 있다.
부정맥 조기 진단부(300)는 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정한다. 즉, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는데, 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 기준전위로 선택한다. 즉, 심장 중심에서 가장 멀리 떨어진 전극의 전위를 기준전위로 설정한다. 부정맥 조기 진단부(300)는 기본적으로 가장 멀리 떨어진 전극의 전위를 기준전위로 설정하도록 구성되나, 사용자의 설정에 따라서 복수의 전극 중 어느 하나를 임의로 선택하여 기준전위로 설정할 수도 있을 것이다.
부정맥 조기 진단부(300)에서 부정맥 가능성을 진단하는 방법 및 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00072
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출한다.
<수학식 1>
Figure 112016020809639-pat00073
(dt=샘플링 주기)
즉, 체표면의 한 지점에서 자극주기(BCL, basic cycle length) 동안의 활동전위의 총 누적값은, 한 자극주기 동안(T)의 일정한 샘플링주기 단위의 시간에 대한 활동전위의 값을 모두 더한 값으로 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
다음으로, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00074
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출한다.
<수학식 2>
Figure 112016020809639-pat00075
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)
즉, 누적전위는 동일한 자극주기의 동일한 활동전위 파형일지라도 샘플링 레이트에 따라 많은 차이를 보일 수 있으므로, 수학식 1로 도출된 값에 신호 취득 시 적용된 샘플링 레이트로 나누어서 한 전극의 1회 자극주기에 대한 활동전위의 평균값(평균전위)을 도출한다.
다음으로, 각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00076
로서 정의하고 산출한다.
<수학식 3>
Figure 112016020809639-pat00077
즉, 수학식 2 를 통해서 산출된 모든 전극의 평균전위를 합산하면, 수학식 3의 부정맥 지표가 도출된다.
마지막으로, 부정맥 조기 진단부(300)는 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표(1)를 비교하여 부정맥 가능성을 진단한다. 여기에서, 표준 지표(1)는, 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00078
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위이다.
<수학식 4>
Figure 112016020809639-pat00079
< 표준지표(1)
부정맥 지표와 세동수(FibN)는 서로 비례하는 관계이므로, wave length가 짧고 심장크기가 큰 사람은, wave length가 길고 작은 심장을 가진 사람보다 부정맥 지표가 크게 도출된다. 즉, 세동수(FibN) 값이 크게 도출된다.
한편, 각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)를 고려하여 부정맥 지표를 산출하는 다른 방법이 있다. 각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00080
로서 정의하고 산출할 수 있다.
<수학식 5>
Figure 112016020809639-pat00081
즉, 수학식 5는 각 전극과 심장 중심과의 거리에 반비례하는 가중치를 적용하여 심장과 가까운 거리에서 측정된 값과, 심장과의 거리가 멀어져 상대적으로 높지 않은 값의 차이를 크게 부여하여 표준 지표에 대한 변별력을 높여준다.
심장과 가까운 곳에서 측정된 체표면 전위는, 심장과 멀리 떨어진 곳에서 측정된 체표면 전위와 비교할 때 상대적으로 높은 활동전위 측정값을 보여준다. 따라서 부정맥 조기 진단 성공률을 높이기 위해 심장과 각 전극의 거리를 고려하여, 가까운 곳에 위치한 전극과 멀리 떨어진 곳에 위치한 전극에 각각의 가중치를 부여하고 상술한 수식에 이용하여 wavelength 에 의한 체표면 전위의 차이를 더욱 극명하게 나타낼 수 있다.
즉, 부정맥 조기 진단부(300)는 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표(2)를 비교하여 부정맥 가능성을 진단한다. 여기에서, 표준 지표(2)는, 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00082
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위이다.
<수학식 6>
Figure 112016020809639-pat00083
< 표준 지표(2)
한편, 부정맥 조기 진단부(300)는 단순히 부정맥 지표와 표준 지표를 비교하여 표시해 줄 수도 있으며, 심장의 기전력의 분포를 심장의 탈분극과 재분극을 시간의 흐름에 따른 영역별 분포도(색상, 등고선 등)의 형태로 직관적으로 표현하면서, 부정맥 지표 및 표준 지표를 동시에 표시해 주도록 구성될 수 있다. 또한, 각 부정맥 지표의 시간의 흐름에 따른 예상 진행 상황을 표시하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심장 부정맥 예측방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 심장 부정맥 예측방법은, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계(10)와, 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계(20)와, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00084
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계(30)와, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00085
(i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계(40)와, 각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00086
로서 정의하고 산출하는 단계(50)와, 부정맥 지표와 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 단계(60)를 포함하여 이루어진다.
이때, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는데, 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 기준전위로 선택한다. 또한, 표준 지표는 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00087
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위이다. 도 2의 심장 부정맥 예측방법은, 상술한 심장 부정맥 예측장치(1)를 통해서 자세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심장 부정맥 예측방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 심장 부정맥 예측방법은, n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계(10)와, 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계(20)와, 한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
Figure 112016020809639-pat00088
(dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계(30)와, 평균전위를 APi=
Figure 112016020809639-pat00089
, (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계(40)와, 각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
Figure 112016020809639-pat00090
로서 정의하고 산출하는 단계(50A)와, 부정맥 지표와 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 단계(60A)를 포함하여 이루어진다.
이때, 각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는데, 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 기준전위로 선택한다. 또한, 표준 지표는, 정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
Figure 112016020809639-pat00091
를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위이다. 도 3의 심장 부정맥 예측방법은, 상술한 심장 부정맥 예측장치(1)를 통해서 자세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서 제안하고 있는 심장 부정맥 예측방법 및 장치는, 복수의 전극으로부터 측정된 활동전위를 바탕으로 부정맥 가능성을 제시하여, 심장 부정맥 조기진단에 도움을 줄 수 있다. 또한, 비침습적이고 간단한 진단방법으로 피검사자의 부담을 줄일 수 있다.
또한, 부정맥 발생 가능성에 대한 지표를 제시함으로써 위험도에 따라 환자에 대한 의료기관으로의 정밀진단 유도 효과가 있으며, 운동습관 및 식생활 등 헬스케어 산업에도 사용될 가능성 있다.
또한, 추가적으로 체표면 활동전위 외에도 많은 전극의 측정값을 이용하여 피검사자의 심전도 및 활동전위 분포를 분석함으로서 보다 정밀한 심장의 상태와 질환의 유무를 분석하는데 도움이 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 전극 메쉬
200 : 신호 처리부
210 : 고역통과필터
220 : 증폭기
230 : 저역통과필터
300 : 부정맥 조기 진단부

Claims (12)

  1. n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계;
    상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계;
    한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
    Figure 112016020809639-pat00092
    (dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계;
    평균전위를 APi=
    Figure 112016020809639-pat00093
    (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계; 및
    각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
    Figure 112016020809639-pat00094
    로서 정의하고 산출하는 단계;
    를 포함하는 심장 부정맥 예측방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측방법.
  3. 삭제
  4. n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬에서 출력되는 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 단계;
    상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하는 단계;
    한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
    Figure 112016020809639-pat00095
    (dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하는 단계;
    평균전위를 APi=
    Figure 112016020809639-pat00096
    , (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하는 단계; 및
    각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
    Figure 112016020809639-pat00097
    로서 정의하고 산출하는 단계;
    를 포함하는 심장 부정맥 예측방법.
  5. 제4항에 있어서,
    각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측방법.
  6. 삭제
  7. n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬;
    상기 복수의 전극의 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 신호 처리부; 및
    상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하며,
    한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
    Figure 112016020809639-pat00098
    (dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하고,
    평균전위를 APi=
    Figure 112016020809639-pat00099
    (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하고,
    각 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
    Figure 112016020809639-pat00100
    로서 정의하고 산출하며,
    상기 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 부정맥 조기 진단부;
    를 포함하는 심장 부정맥 예측장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부정맥 조기 진단부는,
    각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 표준 지표는,
    정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
    Figure 112016020809639-pat00101
    를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측장치.
  10. n(n은 자연수)개의 복수의 전극이 2차원 형태로 배열된 전극 메쉬;
    상기 복수의 전극의 신호를 증폭하여 복수의 출력전위로서 출력하는 신호 처리부; 및
    상기 복수의 출력전위 중 어느 하나의 전위를 기준전위로 선택하여 상기 기준전위와 각 출력전위의 차이를 각 전극별 활동전위로서 설정하며,
    한 주기의 자극주기(Basic Cycle length) 동안의 각 전극별 활동전위의 누적전위를 AP1cycle=
    Figure 112016020809639-pat00102
    (dt=샘플링 주기)로서 정의하고 산출하며,
    평균전위를 APi=
    Figure 112016020809639-pat00103
    , (i= 전극 번호, AP1cycle= 해당 전극의 누적전위)로서 정의하고 산출하며,
    각 전극과 심장 중심 사이의 거리(Di)에 반비례하는 가중치를 적용한 전극의 평균전위를 총합산하여 산출한 부정맥 지표를
    Figure 112016020809639-pat00104
    로서 정의하고 산출하며,
    상기 부정맥 지표와, 정상범주의 심장상태를 나타내는 표준 지표를 비교하여 부정맥 가능성을 진단하는 부정맥 조기 진단부;
    를 포함하는 심장 부정맥 예측장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 부정맥 조기 진단부는,
    각 출력전위는, 심장 중심과 전극 사이의 거리에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 출력전위 중 가장 낮은 레벨의 전위를 상기 기준전위로 선택하는 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 표준 지표는,
    정상범주의 심장상태를 가진 그룹의 부정맥 지표인
    Figure 112016020809639-pat00105
    를 측정한 후, 평균값을 산출하여 설정된 범위인 것을 특징으로 하는 심장 부정맥 예측장치.
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