KR102478292B1

KR102478292B1 - 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102478292B1
Application number: KR1020200179556A
Authority: KR
Inventors: 조규남; 김영은
Original assignee: 주식회사 바이랩
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-12-16
Also published as: KR20220089171A; WO2022139257A1

Abstract

본 발명은 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 피검체에 부착한 복수의 전극에 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안 상기 복수의 전극 중 두개를 통해서 저주파 생체신호를 측정하고자 할 때, 상기 저주파 생체신호에 비해서 상대적으로 신호 레벨이 높고 고주파인 전류나 전압으로 인한 노이즈를 제거하고 저주파 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING LOW FREQUENCY BIOLOGICAL SIGNAL WHILE REPEATEDLY INJECTING HIGH FREQUENCY CURRENT AND APPLYING VOLTAGE}

본 발명은 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검체에 부착한 복수의 전극에 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안 상기 복수의 전극 중 두개를 통해서 저주파 생체신호를 측정하고자 할 때, 상기 저주파 생체신호에 비해서 상대적으로 신호 레벨이 높고 고주파인 전류나 전압으로 인한 노이즈를 제거하고 저주파 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

의료기술의 급속한 발전으로 인해 환자의 신체 내부에 대한 임피던스를 측정하는 전기 임피던스 단층촬영(Electrical Impedance Tomography) 기술, 환자의 심전도나 뇌파 등의 저주파 생체신호를 측정하는 저주파 생체신호 측정 기술 등이 발전함에 따라, 최근 전기 임피던스 단층촬영 기술과 저주파 생체신호 측정 기술을 결합하여 환자의 상태를 복합적으로 모니터링하기 위한 환자 모니터링 기술에 대한 필요성도 증대하고 있다.

상기 전기 임피던스 단층촬영 기술은, 환자의 신체에 부착되는 복수의 전극을 통해 고주파 전류를 주입(또는 고주파 전압을 인가)하고, 상기 주입한 고주파 전류로 인해 유도된 전압을 측정하여 환자의 신체 내부(예: 흉부, 폐 등)에 대한 생체 임피던스를 측정하는 기술이다.

또한 상기 저주파 생체신호 측정 기술은, 상기 환자의 신체에서 발생하는 심전도나 뇌파 등과 같은 저주파 생체신호를 환자의 신체에 부착한 복수의 전극을 통해 측정하는 기술이다.

그러나 종래의 환자 모니터링 기술을 통해 상기 임피던스 신호와 상기 저주파 생체신호를 동시에 측정하는 경우, 상기 저주파 생체신호에 상기 고주파 전류의 주입으로 인한 노이즈가 포함되는 문제점이 있다.

한편 상기 생체 임피던스 신호와 상기 저주파 생체신호를 동시에 측정할 때, 상기 저주파 생체신호를 증폭하기 위한 증폭기에 저역통과필터(Low Pass Filter)를 구비하여 상기 고주파 전류나 전압에 의한 노이즈를 제거하는 것이 기능적으로는 가능하지만, 실제 두개의 신호가 혼재하는 상황에서 상기 저역통과필터를 통해 고주파 전류나 전압에 의한 노이즈를 제거하는 것이 용이하지 않다.

현재의 전기 임피던스 단층촬영 기술은, 복수의 전극 중 일부를 통해서 고주파 전류나 전압을 피검체에 반복하여 주입 혹은 인가하여 다른 전극으로부터 생체 임피던스를 측정하는 구조를 가지기 때문에, 상기 전극을 공유하여 상기 피검체에서 발생하는 저주파 생체신호를 측정하려면 전원(예: 60Hz), DC 오프셋, 고주파 신호, 및 상기 반복해서 전류를 주입하거나 전압을 인가함으로써 발생하는 다양한 주파수와 크기의 잡음신호가 발생하며, 이 경우에는 단순히 저역통과필터만을 통해서 상기 잡음신호에 의한 노이즈를 제거하는 것에 한계가 있다.

이에 따라 본 발명에서는 복수의 전극을 공유하여 고주파 생체 임피던스 신호와 저주파 생체신호를 동시에 측정할 때, 상기 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류나 전압을 주기적으로 주입하거나 인가하되, 상기 전류나 전압을 주입하거나 인가하지 않는 반주기 동안에 상기 피검체에서 발생하는 저주파 생체신호를 측정고자 한다. 또한 상기 주기적으로 전류나 전압을 주입하거나 인가하는 주파수에 동기화하여 저주파 생체신호를 측정하되, 상기 저주파 생체신호를 상기 동기화하는 주파수로 변조하여 획득하고, 상기 변조된 신호를 복조하며, 상기 변조와 복조의 과정에서 잡음신호를 제거함으로써, 원하는 저주파 생체신호를 효과적으로 측정할 수 있도록 하는 방안을 제안하고자 한다.

즉, 본 발명은 피검체에 부착한 복수의 전극에 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안 상기 복수의 전극 중 두개를 통해서 저주파 생체신호를 측정하고자 할 때, 상기 저주파 생체신호에 비해서 상대적으로 신호 레벨이 높거나 고주파인 노이즈를 제거하고 저주파 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 장치 및 그 방법을 제공한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 한국공개특허 제2008-0088727호(2008.10.06.)는 경락 임피던스 측정 및 분석 장치에 관한 것으로, 복수의 임피던스 측정 센서와 심전도 측정 센서를 환자의 인체에 부착하여 상기 복수의 임피던스 측정 센서에 일정한 주파수를 가지는 전류를 인가하여 인체 부위의 생체 임피던스를 측정함과 동시에 상기 심전도 측정 센서를 통해 환자의 심전도를 측정하는 경락 임피던스 측정 및 분석 장치에 관한 것이다.

상기 선행기술은 단순히 복수의 임피던스 측정 센서와 심전도 측정 센서를 이용하여 생체 임피던스와 심전도를 동시에 측정하는 기재만 있을 뿐, 상기 심전도와 상기 임피던스를 어떻게 측정하는지 그 구체적이고 실질적인 방법을 제시하고 있지 못하다.

즉, 본 발명은 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 고주파 전압을 인가하는 것과 동기화된 스위칭을 통해, 상기 고주파 전류나 전압을 주입하는 것과 역으로 동기화된 주파수에 상기 저주파 생체신호가 변조되어 획득되도록 처리함으로써, 효과적으로 저주파 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 것으로, 상기 선행기술은 이러한 본 발명의 기술적 특징을 기재하거나 시사 혹은 그 어떠한 암시도 없다.

또한 한국등록특허 제0682941호(2007.02.08.)는 생체신호 동시 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 전극을 통해 자극신호를 인가하는 것과 비인가하는 것을 시간적으로 분리하여, 상기 인가한 자극신호에 대한 반응으로 발생하는 제1 생체신호에 대한 제1 중간신호와 자연적으로 발생하는 제2 생체신호에 대한 제2 중간신호를 측정한 후, 상기 인가한 자극신호에 대한 주파수를 이용하여 상기 제1 중간신호로부터 제1 생체신호를 획득하며, 상기 제2 중간신호로부터 제2 생체신호가 존재하는 특정 주파수 대역을 필터링하여 상기 자연적으로 발생하는 특정 생체신호를 측정하는 생체신호 동시 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

즉, 상기 선행기술은 단순히 제1 생체신호를 측정하는 과정과 상기 제2 생체신호를 측정하는 과정을 시간적으로 분리하여 별도의 과정을 통해 상기 제2 생체신호를 측정하는 것으로, 자극신호를 인가한 후에 그 영향을 생체신호로 측정하는 것이며, 실질적으로 상기 자극신호를 지속적으로 인가하는 동안 동시에 상기 제2 생체신호를 측정하는 것이 아니다.

반면에 본 발명은 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화한 스위칭을 이용하여 복수의 전극을 통해 생체 임피던스를 측정함과 동시에 상기 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 이용하여 심전도, 뇌파 또는 근전도와 같은 저주파 생체신호를 측정하는 것으로 상기 선행기술과 본 발명은 현저한 차이점이 있다.

상기에서 살펴본 선행기술은 생체 임피던스와 생체신호를 동시에 측정하는 개념만 기재되어 있거나, 상기 생체 임피던스와 생체신호를 각 신호의 주파수 대역으로 필터링하여 동시에 측정하는 것으로 기재하고 있다.

반면에 본 발명은 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류나 전압을 주입하거나 인가하는 것을 스위칭하는 주기에 역으로 동기화하여 특정 두개의 전극을 통해 상기 역으로 동기화한 주파수에 변조된 생체신호를 획득하고, 이를 저주파 생체신호로 복조함으로써, 상기 저주파 생체신호를 효과적으로 측정할 수 있도록 하는 것으로, 상기 선행기술들과 본 발명은 분명한 차이점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 피검체에 부착한 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하여 상기 피검체에 대한 생체 임피던스와, 상기 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 통해 특정 저주파 생체신호를 동시에 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 반복적인 고주파 전류의 주입 또는 고주파 전압의 인가와 역으로 동기화한 스위칭을 통해 상기 특정 두개의 전극을 이용하여 획득한 상기 스위칭 주파수에 변조된 생체신호를 복조하여 저주파 생체신호를 획득하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 스위칭 및 변조된 생체신호를 증폭하고 복조하는 과정에서 입력신호에 포함된 노이즈를 제거함으로써, 효율적으로 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 두개의 전극을 통해 입력되는 생체신호에 대한 차동신호를 각각 필터링하여, 상기 차동신호에 각각 포함된 노이즈(예: 피검체의 움직임에 따른 모션 아티팩트)를 제거하는 것을 포함하여 상기 생체신호를 획득하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 변조된 생체신호를 증폭하고, 상기 증폭한 생체신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환한 디지털 신호를 디지털 복조하여 저주파 생체신호를 측정하거나, 상기 증폭한 생체신호에 대해서 노이즈를 제거하는 것을 포함한 아날로그 복조를 수행하여 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치는, 피검체에 부착된 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 이용하여 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득부, 상기 복수의 전극에 반복적인 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화하여 상기 획득한 생체신호를 변조한 변조신호를 출력하는 스위칭부 및 상기 변조신호로부터 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 처리부를 포함하며, 상기 변조신호는 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화한 스위칭을 통해서 생성되며, 상기 고주파 전류의 주입이나 전압의 인가에 의한 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스위칭부는, 상기 고주파 전류 주입 또는 전압을 인가하는 동안 그라운드로 스위칭되고, 상기 고주파 전류 또는 전압을 비주입 또는 비인가하는 동안 상기 저주파 생체신호 획득부로 스위칭됨으로써 상기 고주파 전류 주입 또는 전압의 인가와 역으로 동기화되며, 상기 획득한 생체신호를 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수로 변조하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 저주파 생체신호 획득부는, 상기 특정 두개의 전극을 이용하여 측정한 상기 생체신호에 대한 차동신호(Differential Signal)를 각각 필터링하여 노이즈를 제거하는 하이패스 필터 및 상기 노이즈를 각각 제거한 상기 차동신호를 합산하여 싱글 엔드 신호(Single-ended Signal)로 변환함으로써 상기 생체신호를 획득하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 합산 이외에도 다양한 연산이 사용될 수 있으므로, 상기 합산으로 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 저주파 생체신호 처리부는, 상기 변조신호를 기 설정한 배수로 증폭하는 AC 증폭부, 및 상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 복조하는 디지털 복조부, 또는 상기 증폭한 변조신호를 복조하는 아날로그 복조부;를 더 포함하며, 상기 AC 증폭부는, 상기 변조신호에서, 상기 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위 내의 변조신호를 증폭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 디지털 복조부는, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출부, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출부 및 상기 추출한 동위상 성분과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 아날로그 복조부는, 상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출부; 상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출부; 및 상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법은, 피검체에 부착된 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 이용하여 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득 단계, 상기 복수의 전극에 반복적인 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화하여 상기 획득한 생체신호를 변조한 변조신호를 출력하는 스위칭 단계 및 상기 변조신호로부터 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스위칭 단계는, 상기 고주파 전류 주입 또는 전압을 인가하는 동안 그라운드로 스위칭되고, 상기 고주파 전류 비주입 또는 전압을 비인가하는 동안 상기 저주파 생체신호 획득 단계의 출력으로 스위칭됨으로써 상기 고주파 전류 주입 또는 전압의 인가와 동기화되며, 상기 획득한 생체신호를 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수로 변조하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 저주파 생체신호 획득 단계는, 상기 특정 두개의 전극을 이용하여 측정한 상기 생체신호에 대해 각각 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계 및 증폭기에서, 상기 노이즈를 제거한 필터링 신호를 합산하여 싱글 엔드 신호(Single-ended Signal)로 변환함으로써 상기 생체신호를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 합산 이외에도 다양한 연산이 사용될 수 있으므로, 상기 합산으로 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 저주파 생체신호 처리 단계는, 상기 변조신호를 기 설정한 배수로 증폭하는 AC 증폭 단계, 및 상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 복조하는 디지털 복조 단계, 또는 상기 증폭한 변조신호를 복조하는 아날로그 복조 단계;를 더 포함하며, 상기 AC 증폭 단계는, 상기 변조신호에서, 상기 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위 내의 변조신호를 증폭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 디지털 복조 단계는, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 동위상 성분을 추출하는 동위상 성분 추출 단계, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 직교위상 성분을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계 및 상기 추출한 동위상 성분과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱근을 계산하여, 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 아날로그 복조 단계는, 상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출 단계; 상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계; 및 상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법은, 복수의 전극에 고주파 전류 또는 전압을 반복적으로 주입 또는 인가하는 것과 동시에 두개의 전극을 통하여 저주파 생체신호를 수신하는 것을 소정의 주파수로 동기화하여 스위칭함으로써, 상기 저주파 생체신호는 소정의 상기 스위칭 주파수로 변조되며, 상기 변조된 생체신호를 복조하여 저주파 생체신호를 추출하는 것으로, 상기 변조와 복조의 과정에서 노이즈를 제거함으로써, 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에도 정확한 저주파 생체신호를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 전류를 주입하는 동안에 고주파 임피던스와 저주파 생체신호를 동시에 측정하는 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 획득부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호를 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 처리부의 구성을 나타낸 블록도이이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복조부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 반복적으로 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호를 측정하는 장치(100)(이하, 저주파 생체신호 측정장치라 칭함)는 고주파 생체신호 측정장치(200)와 연동하여 동작한다. 즉, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)에서 피검체(사람이나 동물)에 부착된 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 고주파 전압을 인가하는 동안, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)에서 상기 복수의 전극을 통해 상기 피검체에 대한 신체 내부의 임피던스를 측정하고, 이와 동시에 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)에서는 상기 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 통해서 상기 피검체에 대한 특정 저주파 생체신호를 측정하게 된다. 이로써, 복수의 전극을 통해서 피검체로 반복적으로 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 이와 동시에 상기 전극 중 일부를 통해서 피검체로부터 생성되는 저주파 생체신호를 측정함으로써, 상기 측정된 고주파 생체신호 뿐만 아니라 상기 저주파 생체신호를 이용하여 피검체의 상태를 더욱 효율적으로 모니터링할 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)는, 사전에 설정한 주기에 따라 복수의 전극 중 한 쌍의 전극을 선택하여 상기 고주파 전류를 주입하거나 고주파 전압을 인가하고, 나머지 전극을 통해 상기 주입한 고주파 전류 또는 상기 인가한 저주파 전압에 의해 유도된 전압을 측정하는 과정을 반복적으로 수행하여 상기 피검체의 신체 내부에 대한 고주파 생체신호를 획득한다.

또한 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)는, 상기 획득한 고주파 생체신호에 따라 상기 피검체의 신체 내부에 대한 생체 임피던스를 측정하고, 상기 측정한 생체 임피던스를 처리하여 상기 신체 내부의 임피던스 분포나 상기 임피던스 변화를 나타내는 신체 내부 영상을 포함하는 생체 임피던스 데이터를 출력하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)는, 상기 복수의 전극에 고주파 전류의 반복적 주입 또는 고주파 전압의 반복적 인가를 통해 상기 생체 임피던스 처리 데이터를 출력하기 위한 EIT(Electrical Impedance Tomography) 장치 또는 바이오 임피던스(Bio Impedance) 장치일 수 있다.

일예로, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)가 상기 EIT 장치로 구성되는 경우, 상기 측정한 임피던스를 처리하여 신체 내 임피던스 분포나 임피던스 변화를 나타내는 신체 내부 영상을 포함하는 생체 임피던스 데이터를 생성하고, 상기 생성한 생체 임피던스 데이터를 고주파 생체신호 디스플레이(400)에 출력하여, 상기 신체 내부에 대한 임피던스 변화를 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.

한편 상기 임피던스의 분포는 상기 피검체의 호흡에 의한 흉부 내 공기량 분포를 나타내는 것일 수 있고, 상기 변화신호는 상기 공기량의 분포에 대한 변화를 나타내는 호흡 신호일 수 있으며, 상기 출력한 생체 임피던스 처리 데이터를 통해 상기 피검체의 호흡 상태를 모니터링할 수 있다.

이하에서는, 상기 반복적으로 전류를 주입하는 것을 위주로 설명하지만, 이는 상기 피검체에 부착된 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하는 것 외에, 반복적으로 고주파 전압을 인가하는 의미로 해석되어도 됨을 밝혀둔다.

또한 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)에서, 상기 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하는 동안, 상기 복수의 전극 중 사전에 선택한 특정 두개의 전극을 이용하여 전압을 측정하여 상기 피검체에 대한 생체신호를 획득한다.

상기 특정 두개의 전극은, 상기 고주파 생체신호를 측정함과 동시에 상기 특정 저주파 생체신호를 포함하는 생체신호를 획득하기 위한 것으로, 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)에서 상기 특정 저주파 생체신호를 측정하기 위해 서로 다른 특정 위치에 부착되며, 상기 두개의 전극 중 어느 하나는 기준 전극일 수 있다.

여기서 상기 저주파 생체신호는, 심전도, 뇌파, 근전도와 같이 상기 피검체에서 발생하는 신호이다.

이때, 상기 획득한 생체신호는, 상기 고주파 전류의 주입과 이의 반복적인 주입을 위한 스위칭에 의한 노이즈, DC 오프셋(offset)에 의한 노이즈, 전원(예: 60Hz)에 의한 노이즈, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 물론 여기서 열거한 것 이외에도 수많은 크고 작은 노이즈가 있을 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 전극 중 한 쌍의 전극을 선택하여 0.5ms 동안 10V의 100kHz의 전류(교류)를 주입하고, 상기 0.5ms 동안에는 상기 전류를 비주입하는 동작(즉, 전류 주입이 1ms의 주기를 가지는 경우)을 반복하여, 상기 생체 임피던스와 저주파 생체신호(예: 5mV의 심전도)를 동시에 측정하고자하는 경우, 상기 획득한 생체신호에는 100kHz의 고주파 노이즈와 상기 주기에 의한 1kHz의 노이즈뿐만 아니라 상기 DC 오프셋(offset) 및 전원에 의한 노이즈가 포함된다. 이러한 노이즈를 제거하기 위해 종래 기술과 같이 100kHz의 차단주파수를 가지는 저역통과필터를 이용하는 경우, 저역통과필터의 출력에서 100kHz에 의한 노이즈는 10mV로 감소하나, 10V의 1kHz의 노이즈는 1V로 감소되어 충분한 정도의 노이즈가 제거되지 않으며 낮은 주파수의 전원이나 DC 오프셋(Offset)에 의한 노이즈 또한 제거되지 않는다.

이에 따라 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는, 상기 고주파 전류의 반복적 주입 즉, 고주파 전류의 주입 및 비주입의 반복을 위한 스위칭 주기에 역으로 동기화하여 저주파 생체신호를 획득함으로써, 상기 생체신호가 변조되는 결과가 되며, 상기 변조된 생체신호를 복호하여 저주파 생체신호를 복원한다. 상기 변조와 복조의 과정에서 노이즈가 제거된다.

상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는 상기 측정한 저주파 생체신호를 저주파 생체신호 디스플레이(300)에 출력하여 상기 환자에 대한 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기능을 지원한다.

또한 고주파 생체신호 측정장치(200)는 상기 측정한 고주파 임피던스를 고주파 생체신호 디스플레이(400)에 출력하여 상기 환자에 대한 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기능을 지원한다.

도 1에는 저주파 생체신호 측정장치(100)와 고주파 생체신호 측정장치(200)를 별도의 장치로 구분하여 도시하고 있으나, 상기 고주파 생체신호 측정장치(200)의 구성요소 및 기능이 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)와 통합하여 구현될 수 있음은 당연할 것이다.

이하에서는 반복적으로 고주파 전류를 주입하는 동안에 그와 동시에 고주파 생체 임피던스와 저주파 생체신호를 측정하는 장치의 연동에 대해서 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 전류를 주입하는 동안에 고주파 임피던스와 저주파 생체신호를 동시에 측정하는 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 측정장치(100)는 피검체의 신체에 부착되는 복수의 전극에 반복적으로 고주파 전류를 주입하는 동안 특정 두개의 전극을 이용하여 피검체에 대한 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득부(110), 상기 획득한 생체신호를 상기 고주파 전류의 주입을 반복하는 주기에 동기화하여 변조신호를 생성하는 스위칭부(120), 상기 변조신호로부터 고주파 스위칭 신호에 포함된 신호를 복조함으로써 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 처리부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 저주파 생체신호 획득부(110)는 상기 반복적으로 고주파 전류를 주입하는 동안 특정 두개의 전극을 이용하여 상기 저주파 생체신호를 포함하는 생체신호를 획득하는 기능을 수행한다.

또한 상기 스위칭부(120)는, 상기 고주파 전류의 반복적 주입과 동기화환 스위칭을 통해 상기 획득한 생체신호를 주기적으로 선택하여 변조하는 기능을 수행한다. 여기서 상기 스위칭 주파수는 상기 획득한 생체신호에 비해서 수십 배 높은 주파수가 될 수 있다.

한편, 고주파 생체신호 측정장치(200)는 전류주입부/전압인가부(220), 고주파 생체신호 획득부(210), 및 생체 임피던스 처리부(230)를 포함하여 구성된다.

상기 전류주입부/전압인가부(220)는 고주파 전류를 소정의 주기에 따라 복수이 전극에 반복적으로 주입하는 역할을 한다. 상기 고주파 전류의 주입 대신에 고주파 전압을 인가하여도 된다.

또한 상기 고주파 생체신호 획득부(210)는 복수의 전극 중 일부에 상기 고주파 전류를 반복적으로 주입하는 동안 상기 복수의 전극 중 나머지 전극을 통해 고주파 생체신호를 획득하는 역할을 한다.

또한 상기 생체 임피던스 처리부(230)는 상기 획득한 고주파 생체신호로부터 생체 임피던스를 측정하고, 상기 측정한 생체 임피던스를 처리하여 상기 피검체에 대한 생체 내부 영상, 상기 생체 임피던스의 변화 또는 이들의 조합을 포함하는 생체 임피던스 처리를 통해 생체 임피던스 데이터를 생성하는 역할을 한다.

이하에서는 저주파 생체신호 측정장치(100)에서 저주파 생체신호 획득부(110)에 대해서 자세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 획득부의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 획득부(110)는 입력단자로부터 생체신호를 수신하여 증폭하는 하이패스 필터(111) 및 증폭기(112)를 포함하여 구성된다.

상기 하이패스 필터(High Pass Filter)(111)는 피검체로부터 수신한 생체신호에 대한 각 차동신호에 포함된 저주파 노이즈(예: 모션 아티팩트 등)를 제거하는 역할을 한다. 즉, 상기 하이패스 필터(111)는 상기 저주파 생체신호 획득부(110)의 입력단에서 특정 두개의 전극을 통해 측정한 상기 피검체에서 발생하는 저주파 생체신호를 포함하는 상기 생체신호에 대한 차동신호를 입력받아 상기 입력받은 차동신호에 포함된 노이즈(예: 모션 아티팩트)를 제거한다.

여기서 상기 저주파 생체신호는 상기 특정 두개의 전극을 통해 입력되는 전압(혹은 전류)값을 검출함으로써 측정된다. 또한 상기 고주파 생체신호 획득부(210)의 경우에도 상기 복수의 전극과 연결되고 상기 반복적으로 주입한 전류에 의해 유도된 전압값을 검출함으로써 측정된다.

예를 들면, 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)가 상기 피검체의 심전도를 측정하고자 하는 경우, 상기 특정 주파수는 0.5Hz 내지 0.05Hz로 설정될 수 있다. 상기 특정 주파수는 상기 심전도, 뇌파 또는 근전도와 같이 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)에서 측정하고자 하는 저주파 생체신호에 따라 가변적으로 설정된다.

또한 상기 증폭기(112)는 상기 저주파 노이즈를 제거한 각 차동신호를 합산하여 저주파 생체신호를 획득하는 역할을 한다. 즉, 상기 증폭기(112)는, 단일칩 차동 증폭기(Single(One) Chip Differential Amplifier)로 구성될 수 있으며, 상기 노이즈를 제거한 차동신호를 합산하여 싱글 엔드 신호(Single-ended Signal)로 변환한다. 이로써, 상기 저주파 생체신호를 획득하지만 전류를 주입하다가 주입하지 않기를 반복하는 스위칭 주파수에 의해서 유도된 노이즈는 제거되지 못한 상태이다. 여기서 상기 합산 이외에도 다양한 연산이 사용될 수 있으므로, 상기 합산으로 한정되는 것은 아니다.

고주파 전류가 주입 및 비주입을 주기적으로 반복하는 경우, 고주파 전류가 주입되지 않는 구간에 저주파 생체신호를 측정한다면 이상적인 로직에 의해서는 저주파 생체신호를 아무런 문제없이 측정하는 것이 가능할 것이다. 그러나 현실에 있어서는 고주파 전류를 인가하였다가 인가하지 않았다가를 반복하면, 인가 및 비인가를 반복하는 주파수에 의한 노이즈가 유도되게 된다.

이하에서는 고주파 전류가 반복하여 주입될 때, 상기 고주파 전류가 비주입되는 구간에서 저주파 생체신호를 측정할 때 발생하는 상기 고주파 전류의 주입 및 비주입을 반복하는 스위칭 주파수에 의해 유기되는 노이즈를 제거하는 방법에 대해서 자세하게 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호를 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 스위칭부(120)를 참조하면, 상기 스위칭부(120)는 상기 고주파 전류를 주입하는 동안 그라운드로 스위칭되고(즉, 스위치 off), 상기 고주파 전류를 비주입하는 동안 상기 저주파 생체신호 획득부(110)의 출력으로 스위칭되어(즉, 스위치 on), 상기 저주파 생체신호 획득부(110)에서 획득된 저주파 생체신호로 스위칭되게 된다. 즉, 상기 스위칭부(120)를 통과하게 되면, 상기 저주파 생체신호 획득부(110)에서 획득된 저주파 생체신호는 높은 스위칭 주파수에 의해서 변조가 된다. 따라서 상기 스위칭부(120)의 출력은 스위칭 주파수에 의해 변조된 생체신호가 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고주파 전류를 비주입하는 동안 상기 특정 저주파 생체신호를 측정하도록 동기화되며, 상기 스위칭에 따라 상기 획득한 생체신호가 선택되어, 상기 스위칭 주파수에 의해 변조된 신호를 출력하는 결과가 됨으로써, 상기 변조된 신호는 복조를 통해서 다시 저주파 생체신호로 복원되어야 한다. 상기 복조 과정을 통해서 고주파 스위칭에 의한 노이즈가 제거된다.

또한 상기 저주파 생체신호 처리부(130)는, 상기 변조신호를 기 설정한 배수로 증폭하여 증폭한 변조신호를 출력한다.

이때, 상기 저주파 생체신호 처리부(130)는, 상기 변조신호를 증폭하되, 상기 스위칭 주파수(즉, 변조 주파수)와 동일한 주파수에 해당하는 변조신호만을 선택적으로 증폭하여 부가적으로 유입된 노이즈를 제거한다. 이때, 상기 선택적으로 증폭하는 것은, 상기 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 가지고, 해당 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위에 해당하는 변조신호를 증폭함으로써 수행된다.

예를 들어, 상기 저주파 생체신호 처리부(130)에서 스위칭 주파수가 3kHz이고 상기 피검체에 대한 심전도를 측정하고자 하는 경우, 상기 대역폭 범위는 상기 3kHz를 중심으로 좌우 30Hz 즉, 총 60Hz로 설정될 수 있다. 한편 상기 대역폭 범위는 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)에서 측정하고자 하는 저주파 생체신호의 종류에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.

또한 상기 저주파 생체신호 처리부(130)는, 상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환 한 후, 상기 디지털 신호로 변환한 상기 변조신호를 다시 디지털 복조함으로써, 해당 변조신호로부터 상기 고주파 전류의 반복적 인가로 인한 노이즈 및 상기 스위칭으로 인한 노이즈가 제거된 상기 특정 저주파 생체신호를 추출하여 출력하는 기능을 수행한다.

또한 저주파 생체신호 처리부(130)는 상기 증폭한 변조신호를 아날로그로 복조할 수도 있다. 상기 아날로그 복조는, 상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하고, 상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하며, 및 상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출할 수 있다.

한편 상기 저주파 생체신호 처리부(130)의 구성은 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 복조부의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 생체신호 처리부(130)는, 상기 스위칭부(120)에서 출력한 변조신호를 증폭하는 AC 증폭부(131), 상기 증폭한 변조신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(132) 및 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 디지털 복조하거나 혹은 아날로그 신호를 복조하여, 해당 변조신호로부터 상기 특정 저주파 생체신호를 추출하여 출력하는 복조부(133)를 포함하여 구성된다. 상기 아날로그 복조를 위해서는 A/D 변환부(132)가 불필요하다.

상기 AC증폭부(131)는 기 설정한 배수(예: 300배)만큼 상기 변조신호를 증폭하되, 상기 변조신호에서 부가적인 고주파 노이즈를 제거하도록 상기 스위칭 주파수와 동일한 변조신호를 선택적으로 증폭한다.

예를 들어, 상기 측정하고자 하는 저주파 생체신호가 심전도(ECG)이고, 상기 스위칭 주파수(즉, 변조 주파수)가 3kHz이면, 상기 3kHz의 주파수를 가지고, 상기 3kHz를 중심으로 사전에 설정한 대역폭 범위 내(예: 60Hz)의 변조신호를 선택적으로 증폭한다.

또한 상기 A/D 변환부(132)는, 상기 증폭한 변조신호를 300kHz 내지 600kHz로 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 A/D 변환부(132)는 상기 증폭한 변조신호에 대한 정보를 디지털 복조하기 위해 상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한다.

또한 상기 복조부(133)는, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 디지털 복조함으로써 해당 변조주파수 성분에 포함된 성분만을 추출하여 특정 저주파 생체신호를 복원하여 출력한다. 상기 복조부(133)는 아날로그 복조를 수행하도록 구성할 수도 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복조부(133)는, 상기 디지털 신호로 변환한 변조된 생체신호를 입력받아, 동위상(In Phase) 성분을 추출하는 동위상 성분 추출부(133a), 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 입력받아 직교위상(Quadrature) 성분을 추출하는 직교위상 성분 추출부(133b) 및 상기 추출한 동위상 성분과 직교위상 성분에 대한 제곱근을 계산하여 해당 변조신호를 최종 복조함으로써, 상기 특정 저주파 생체신호를 추출하여 출력하는 저주파 생체신호 추출부(133c)를 포함하여 구성된다. 단, 디지털 복조에서는 시간 t를 이산신호로 해석하면 된다.

또한 상기 동위상 성분 추출부(133a)는, 상기 디지털 신호로 변환한 상기 변조된 생체신호에 기 설정한 주파수의 정현파 성분(sin component)을 곱한 결과에서, 사전에 복수의 주기에 해당하는 부분을 합산하여 평균하는 신호 에버리징(Signal Averaging)을 수행하여 상기 동위상 성분을 추출한다. 여기서 상기 정현파를 입력 신호에 곱하여 신호 에버리징을 하면 상기 정현파의 주파수 성분이 상기 입력 신호에서 제거되고 평균치만 출력된다.

또한 상기 직교위상 추출부(133b)는, 상기 디지털 신호에 기 설정한 주파수의 여현파 성분(cosine component)을 곱한 결과에서, 사전에 설정한 복수의 주기에 해당하는 부분을 합산하여 평균하는 신호 에버리징을 수행하여 상기 직교위상 성분을 추출한다. 여기서 상기 여현파를 입력 신호에 곱하여 신호 에버리징을 하면 상기 여현파의 주파수 성분이 상기 입력 신호에서 제거되고 평균치만 출력된다.

이때 상기 기 설정한 주파수는, 상기 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 설정되는 것이 바람직하다. 또한 상기 저주파 생체신호에 대한 동위상 성분과 직교위상 성분을 추출하는 것은, 병렬적으로 동시에 수행된다.

또한 상기 저주파 생체신호 추출부(133c)는, 상기 추출한 동위상 성분과 상기 직교위상 성분을 각각 제곱하여 합산하고, 상기 합산한 결과에 대한 제곱근을 계산하여 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 최종 복조함으로써, 해당 변조신호로부터 상기 특정 저주파 생체신호(예: 심전도)를 추출한다.

또한 상기 저주파 생체신호 추출부(133c)는, 상기 추출한 특정 저주파 생체신호를 저주파 생체신호 디스플레이(300)에 출력한다.

아울러 저주파 생체신호 처리부(130)는 상기 증폭한 변조신호를 복조하는 아날로그 복조부(133)를 구비하도록 구성할 수도 있다. 여기서 상기 아날로그 복조부는, 상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출부, 상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출부 및 상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부를 포함하여 구성할 수 있다. 상기 아날로그 복조부의 구성은 상기 디지털 복조부의 각 구성에 대응하는 것으로 별도로 구성되거나 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 복조부(133)는 변조된 생체신호를 AC증폭한 다음, A/D 변환하지 않고 바로 복조를 하면 아날로그 복조를 수행하는 것이 되며, 반면에 변조된 생체신호를 AC증폭한 다음, A/D 변환하고 복조를 하면 이산신호를 디지털 복조하는 것이 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적으로 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안 상기 피검체에 대한 특정 저주파 생체신호를 측정하는 절차는 우선, 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는, 복수의 전극 중 사전에 선택한 특정 두개의 전극을 이용하여 상기 피검체에 대한 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득 단계를 수행한다(S110).

상기 저주파 생체신호 획득 단계는, 상기 특정 두개의 전극을 통해 측정한 서로 위상이 다른 차동신호에서 저주파 노이즈를 제거하는 단계 및 상기 저주파 노이즈를 각각 제거한 차동신호를 합산하여 싱글 엔드 신호로 변환함으로써, 상기 생체신호를 획득하는 단계를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 합산 이외에도 다양한 연산이 사용될 수 있으므로, 상기 합산으로 한정되는 것은 아니다.

한편, 생체신호를 획득하는 구체적인 절차는 도 3을 참조하여 설명하였으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는 상기 고주파 전류 주입 주기와 동기화된 스위칭 주파수로 상기 획득한 생체신호를 변조하는 스위칭 단계를 수행한다(S120).

즉, 상기 스위칭 단계는, 상기 고주파 전류의 반복적 주입과 동기화한 스위칭을 통해 상기 획득한 생체신호를 상기 스위칭 주파수(즉, 변조 주파수)로 변조하여 그 결과인 변조신호를 출력함으로써, 상기 고주파 전류와 이의 반복적 주입으로 인한 노이즈를 제거한다.

다음으로 상기 저주파 생체신호 측정장치(100)는, 상기 변조한 생체신호(즉, 변조신호)로부터 상기 특정 저주파 생체신호를 추출하여 출력하는 저주파 생체신호 처리 단계를 수행한다.

상기 저주파 생체신호 처리 단계는, 상기 변조신호를 증폭하는 AC 증폭 단계(S130), 상기 증폭한 변조신호(상기 변조한 생체신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 단계(S140)(단계 S140은 아날로그 복조를 수행할 경우 불필요함), 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호로부터 동위상 성분을 추출하는 동위상 성분 추출 단계(S150), 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호로부터 직교위상 성분을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계(S151) 및 상기 추출한 동위상 성분과 직교위상 성분을 이용하여 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호로부터 상기 특정 저주파 생체신호를 최종적으로 추출하여 출력하는 저주파 생체신호 추출 단계(S160)를 포함한다.

상기 변조신호를 증폭하고, 상기 증폭한 변조신호를 디지털 신호로 변환하는 것은, 도 5를 참조하여 설명하였으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

또한 상기 동위상 성분은, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에 기 설정한 주파수의 정현파 신호(sinωt)를 곱하고 상기 곱한 결과에서, 사전에 설정한 복수의 주기에 해당하는 부분을 합산하여 평균함으로써 추출됨은 상술한 바와 같다.

또한 상기 직교위상 성분은, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에 기 설정한 주파수의 여현파 신호(cosωt)를 곱하고 상기 곱한 결과에서, 상기 사전에 설정한 복수의 주기에 해당하는 부분을 합산하여 평균함으로써 추출됨은 상술한 바와 같다.

또한 상기 저주파 생체신호 추출 단계는, 상기 추출한 동위상 성분과 상기 직교위상 성분을 각각 제곱하여 합산하고, 상기 합산한 결과에 대한 제곱근을 계산함으로써, 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 최종 복조하여 상기 특정 저주파 생체신호를 추출한다.

아울러 저주파 생체신호 처리 단계는 상기 증폭한 변조신호를 복조하는 아날로그 복조 단계를 포함하여 구성할 수도 있다. 여기서 상기 아날로그 복조 단계는, 상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출 단계, 상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계 및 상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출 단계를 포함하여 구성할 수 있다. 상기 아날로그 복조 단계의 세부 단계는 상기 디지털 복조부의 각 구성에 대응하는 것으로 별도로 구성되거나 구비되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명인 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치 및 그 방법은, 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 고주파 전압을 인가하는 것과 동기화된 스위칭을 통해 특정 두개의 전극을 이용하여 획득한 생체신호를 변조하고, 상기 변조한 생체신호에서 상기 스위칭 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위내의 변조신호만을 선택적으로 증폭하여 상기 고주파 전류의 반복적 주입 또는 상기 고주파 전압의 반복적 인가에 의한 노이즈와 상기 스위칭으로 인한 노이즈를 제거하여 상기 피검체에 대한 정확한 저주파 생체신호를 측정할 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 저주파 생체신호 측정장치 110: 저주파 생체신호 획득부
111: 하이패스 필터 112: 증폭기
120: 스위칭부 130: 저주파 생체신호 처리부
131: AC 증폭부 132: A/D 변환부
133: (디지털/아날로그) 복조부 133a: 동위상 성분 추출부
133b: 직교위상 성분 추출부 133c: 저주파 생체신호 추출부
200: 고주파 생체신호 측정장치 210: 고주파 생체신호 획득부
220: 전류주입부/전압인가부 230: 생체 임피던스 처리부

Claims

피검체에 부착된 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 이용하여 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득부;
상기 복수의 전극에 반복적인 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화하여 상기 획득한 생체신호를 변조한 변조신호를 출력하는 스위칭부; 및
상기 변조신호로부터 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 처리부;를 포함하며,
상기 변조신호는 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화한 스위칭을 통해서 생성되며, 상기 고주파 전류의 주입이나 전압의 인가에 의한 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭부는,
상기 고주파 전류의 주입 또는 전압을 인가하는 동안 그라운드로 스위칭되고, 상기 고주파 전류의 비주입 또는 전압을 비인가하는 동안 상기 저주파 생체신호 획득부로 스위칭됨으로써 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가와 동기화되며,
상기 획득한 생체신호를 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수로 변조하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저주파 생체신호 획득부는,
상기 특정 두개의 전극을 이용하여 측정한 상기 생체신호에 대한 차동신호(Differential Signal)를 각각 필터링하여 노이즈를 제거하는 하이패스 필터; 및
상기 노이즈를 제거한 차동신호를 싱글 엔드 신호(Single-ended Signal)로 변환함으로써 상기 생체신호를 획득하는 증폭기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저주파 생체신호 처리부는,
상기 변조신호를 기 설정한 배수로 증폭하는 AC 증폭부; 및
상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 복조하는 디지털 복조부, 또는 상기 증폭한 변조신호를 아날로그 복조하는 아날로그 복조부;를 더 포함하며,
상기 AC 증폭부는, 상기 변조신호에서, 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위 내의 변조신호를 증폭하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 디지털 복조부는,
상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출부;
상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출부; 및
상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 아날로그 복조부는,
상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출부;
상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출부; 및
상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 장치.
피검체에 부착된 복수의 전극 중 특정 두개의 전극을 이용하여 생체신호를 획득하는 저주파 생체신호 획득 단계;
상기 복수의 전극에 반복적인 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화하여 상기 획득한 생체신호를 변조한 변조신호를 출력하는 스위칭 단계; 및
상기 변조신호로부터 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 처리 단계;를 포함하며,
상기 변조신호는 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 동기화한 스위칭을 통해서 생성되며, 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가에 의한 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 스위칭 단계는,
상기 고주파 전류의 주입 또는 전압을 인가하는 동안 그라운드로 스위칭되고, 상기 고주파 전류의 비주입 또는 전압을 비인가하는 동안 상기 저주파 생체신호 획득 단계의 출력으로 스위칭됨으로써 상기 고주파 전류의 주입 또는 전압의 인가와 동기화되며,
상기 획득한 생체신호를 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수로 변조하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 저주파 생체신호 획득 단계는,
상기 특정 두개의 전극을 이용하여 측정한 상기 생체신호에 대한 차동신호(Differential Signal)를 각각 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계; 및
증폭기에서, 상기 노이즈를 제거한 차동신호를 싱글 엔드 신호(Single-ended Signal)로 변환함으로써, 상기 생체신호를 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 저주파 생체신호 처리 단계는,
상기 변조신호를 기 설정한 배수로 증폭하는 AC 증폭 단계; 및
상기 증폭한 변조신호를 고속으로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환과 상기 디지털 신호로 변환한 변조신호를 복조하는 디지털 복조 단계, 또는 상기 증폭한 변조신호를 아날로그 복조하는 아날로그 복조 단계;를 더 포함하며,
상기 AC 증폭 단계는, 상기 변조신호에서, 상기 스위칭에 따른 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 중심으로 기 설정한 대역폭 범위 내의 변조신호를 증폭하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 디지털 복조 단계는,
상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 동위상 성분을 추출하는 동위상 성분 추출 단계;
상기 디지털 신호로 변환한 변조신호에서 직교위상 성분을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계; 및
상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여, 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 아날로그 복조 단계는,
상기 증폭한 변조신호에서 동위상 성분(In-phase Component)을 추출하는 동위상 성분 추출 단계;
상기 증폭한 변조신호에서 직교위상 성분(Quadrature Component)을 추출하는 직교위상 성분 추출 단계; 및
상기 추출한 동위상 성분의 제곱과 상기 추출한 직교위상 성분의 제곱의 합의 제곱근을 계산하여 상기 저주파 생체신호를 추출하는 저주파 생체신호 추출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복적으로 고주파 전류를 주입하거나 전압을 인가하는 동안에 저주파 생체신호를 측정하는 방법.