KR102597398B1 - 심폐 기능 측정 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심박수와 호흡수 중 어느 하나를 외부 온도와 고려하여 피검체의 심폐기능을 진단하는 심폐 기능 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변화하는 돌출 구조가 구비된 바닥판(base plate)와, 상기 바닥판과 결합하는 하우징(housing) 및 상기 하우징 내에 배치되며 상기 돌출 구조의 형상 변화에 의한 상기 하우징 내의 압력 변화를 측정하는 압력센서와, 외부 온도를 측정하는 온도센서가 실장되는 기판(substrate)을 포함한다.
Description
본 발명은 심폐 기능 측정 장치 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검체의 호흡 및 심박동에 따른 장치 내부의 압력 변화를 측정하고, 측정된 압력 신호 파형에 기초하여 카운팅된 피검체의 심박수와 호흡수 중 어느 하나를 외부 온도와 고려하여 피검체의 심폐기능을 진단하는 심폐 기능 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 전자 장치를 이용한 헬스 케어 부분에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 전자 장치에 장착되는 센서들은 전자 장치, 전자 장치의 외부, 또는 사용자와 관련된 정보들을 수집할 수 있는데, 사용자가 자신의 상태를 체크하기 위해서는 지속적으로 생체 신호를 측정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이와 관련하여, 사용자의 운동 상태 또는 이상 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기술이 요구됨에 따라 사용자의 생체 신호를 체크하는 기능을 제공하는 전자 장치들이 개발되고 있다.
특히, 사용자로부터 수집하는 생체 신호 중 호흡수는 신체의 가장 기본적인 활력 정도를 파악하는 바이탈 사인 중 하나로서, 호흡률, 즉 분당 호흡수를 측정하기 위해 다양한 방식이 사용되고 있다.
예를 들어, 피검체의 호흡률 또는 호흡수를 측정하는 방식에는 폐활량측정법(spirometry), 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)의 방식이 존재한다.
폐활량측정법(spirometry)은 폐활량측정기를 이용하여 폐에 들어오고 나가는 공기의 흐름을 측정하는 방식이고, 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)은 호흡에 따른 CO2를 측정하는 방식이다. 이와 같은 종래의 방식은 정확도는 비교적 높으나, 추가 장비가 필요하고 지속적인 모니터링이 어렵다는 한계가 있다.
심음은 심장이 수축 및 확장할 때 발생하는 소리이다. 심음은 일반적으로 청진센서를 통해 확인이 가능하지만, 청진센서를 통해 확인할 경우 기타 잡음들이 함께 집음되기 때문에 소음을 제거하기 위한 필터가 존재해야 한다.
그리고 심음과 호흡음을 동시에 측정하려면 호흡을 센싱하기 위한 센서와 심음을 센싱하기 위한 센서가 모두 구비되어야 하기 때문에 이러한 센서들이 모두 구비된 청진기는 비용이 비싸지는 단점이 있다. 또한, 청진기 내부의 구조가 복잡해져 잦은 고장으로 인한 유지보수 측면에서 불리한 단점이 있다.
뿐만 아니라, 개(강아지 포함), 고양이 및 조류와 같은 동물들은 이상 증상이 발현되지 않더라도 외부 온도에 따라 호흡수 및 심박수에 변화가 생길 수 있기 때문에 피검체의 호흡 또는 심박수의 증가가 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단하는 것이 중요하다.
특히 동물에 있어서 외부 온도와 비례 연동하는 체온을 측정하려면 직장(直腸)의 체온을 측정해야 하지만 신체 내 장기의 체온을 측정하는 것은 매우 어렵다. 직장 외에 체표면 측정, 각막 측정, 적외선 측정에 의해 계측된 체온은 외부 온도에 비례 연동하지 않기 때문에 온도 측정에 있어서 증가된 온도의 원인을 정확하게 파악하는데 어려움이 있다.
그러나 종래의 측정 장치는 외부 온도를 전혀 고려하지 않기 때문에 피검체의 외부 온도가 기준치 이상으로 덥거나 기준치 이하로 추운 환경에서 기온의 영향으로 호흡수 또는 심박수가 증가될 경우 피검체가 정상 상태임에도 불구하고 이상 상태로 판단하는 오류가 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피검체의 호흡 및 심박동에 따른 장치 내부의 압력 변화를 측정하고, 측정된 압력 신호 파형에 기초하여 카운팅된 피검체의 심박수와 호흡수 중 어느 하나를 외부 온도와 고려하여 피검체의 심폐기능을 진단하는 심폐 기능 측정 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 심폐 기능 측정 장치는 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변화하는 돌출 구조가 구비된 바닥판(base plate)와, 상기 바닥판과 결합하는 하우징(housing) 및 상기 하우징 내에 배치되며 상기 돌출 구조의 형상 변화에 의한 상기 하우징 내의 압력 변화를 측정하는 압력센서와, 외부 온도를 측정하는 온도센서가 실장되는 기판(substrate)을 포함한다.
상기 돌출 구조는 피검체의 측정 부위를 향하여 돌출 형성될 수 있다.
상기 바닥판 내측의 돌출 구조 형성 부위를 덮어 압력 공간을 형성하고, 일부에 제1 압력전이홀(pressure transfer hole)이 형성된 커버판(cover plate) 및 상기 기판과 상기 커버판 사이에 배치되며, 상기 제1 압력전이홀에 대응하는 위치에 제2 압력전이홀이 형성되는 밀봉 패드(sealing pad)를 더 포함하며, 상기 돌출 구조의 변형에 따라 압력 공간의 공기압이 상기 제1 압력전이홀 및 상기 제2 압력전이홀을 통해 상기 압력센서에 전달될 수 있다.
상기 기판에는 상기 압력센서에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신모듈(communication module)이 실장될 수 있다.
상기 기판에는, 상기 압력센서의 측정 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나 를 계산하는 산출모듈(computing module)과, 상기 계산된 결과값과 상기 온도 센서가 측정한 외부 온도값을 외부로 송신하는 통신모듈이 실장될 수 있다.
상기 기판에는, 상기 압력센서의 측정 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나 를 계산하는 산출모듈(computing module)과, 상기 계산된 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나와 상기 측정 장치에서 수신된 외부 온도값에 기초하여 피검체의 이상 상태를 판정하는 진단모듈(diagnosing module)과, 상기 판정된 피검체의 이상 상태를 외부로 송신하는 통신모듈이 실장될 수 있다.
상기 산출모듈은, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산할 수 있다.
상기 하우징의 적어도 일부를 덮어 상기 바닥판을 피검체의 진단 부위에 밀착시키는 점착 패치(sticky patch) 또는 웨어러블 패브릭(wearable fabric)을 더 포함할 수 있다.
상기 돌출 구조는 상기 바닥판에 일체로 형성될 수 있다.
상기 바닥판은 중앙에 통공이 형성되고, 상기 형성된 통공의 외주면으로 돌출 구조가 본딩 결합될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따른 시스템은 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변화하는 돌출 구조가 구비된 바닥판(base plate), 상기 바닥판과 결합하는 하우징(housing) 및 상기 하우징 내에 배치되며 상기 돌출 구조의 형상 변화에 의한 상기 하우징 내의 압력 변화를 측정하는 압력센서와, 외부 온도를 측정하는 온도센서가 실장되는 기판(substrate), 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형 신호와 상기 측정된 외부 온도값을 외부로 송신하는 통신모듈(communication module)을 포함하는 측정 장치(sensing device) 및 상기 측정 장치에서 수신된 압력센서의 측정파형 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나를 계산하는 산출모듈(computing module)과, 상기 계산된 심박수 및 상기 호흡수 중 적어도 하나를 상기 측정 장치에서 수신된 외부 온도값에 기초하여 피검체의 이상 상태를 판정하는 진단모듈(diagnosing module)을 포함하는 분석 장치(analysis device)를 포함할 수 있다.
상기 돌출 구조는 피검체의 측정 부위를 향하여 돌출 형성될 수 있다.
상기 측정 장치는, 상기 바닥판 내측의 돌출 구조 형성 부위를 덮어 압력 공간을 형성하고, 일부에 제1 압력전이홀(pressure transfer hole)이 형성된 커버판(cover plate); 및 상기 기판과 상기 커버판 사이에 배치되며, 상기 제1 압력전이홀에 대응하는 위치에 제2 압력전이홀이 형성되는 밀봉 패드(sealing pad)를 더 포함하며, 상기 돌출 구조의 변형에 따라 압력 공간의 공기압이 상기 제1 압력전이홀 및 상기 제2 압력전이홀을 통해 상기 압력센서에 전달될 수 있다.
상기 돌출 구조는 상기 바닥판에 일체로 형성될 수 있다.
상기 바닥판은 중앙에 통공이 형성되고, 상기 형성된 통공의 외주면으로 돌출 구조가 본딩 결합될 수 있다.
상기 분석 장치는, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 피검체의 호흡 및 심박동에 따른 장치 내부의 압력 변화를 측정하고, 측정된 압력 신호 파형에 기초하여 카운팅된 피검체의 심박수와 호흡수 중 어느 하나를 외부 온도와 고려하여 피검체의 심폐기능을 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치를 예시한 개략도이다.
도 2a는 도 1에 예시된 측정 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2b는 도 1의 바닥판과 돌출구조의 변형된 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3a은 도 1에 예시된 측정 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3b는 제1 실시예의 돌출 구조가 흉곽의 팽창에 의해 외형 변형된 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 제1 실시예의 돌출 구조의 변형된 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예의 측정 장치와 점착 패치가 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 측정 장치와 점착 패치가 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 측정 장치와 점착 패치가 부착된 상태를 나태낸 투시도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이
다.
도 11a는 압력센서에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형을 나타낸 도면이다.
도 11b는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 11c는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 호흡 파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11d는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 심박 파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 제5 실시예에 따른 심폐 기능 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 13은 제6 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도 14는 제7 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2a는 도 1에 예시된 측정 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2b는 도 1의 바닥판과 돌출구조의 변형된 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3a은 도 1에 예시된 측정 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3b는 제1 실시예의 돌출 구조가 흉곽의 팽창에 의해 외형 변형된 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 제1 실시예의 돌출 구조의 변형된 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예의 측정 장치와 점착 패치가 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 측정 장치와 점착 패치가 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 측정 장치와 점착 패치가 부착된 상태를 나태낸 투시도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이
다.
도 11a는 압력센서에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형을 나타낸 도면이다.
도 11b는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 11c는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 호흡 파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11d는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 심박 파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 제5 실시예에 따른 심폐 기능 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 13은 제6 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도 14는 제7 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
설명에 앞서, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부(Unit)", "...모듈(Module)" 및 "컴포넌트(Component)" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어, 소프트웨어 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "실시예"라는 용어는 예시, 사례 또는 도해의 역할을 하는 것을 의미하나, 발명의 대상은 그러한 예에 의해 제한되지 않는다. 또한, "포함하는", "구비하는", "갖는" 및 다른 유사한 용어가 사용되고 있으나, 청구범위에서 사용되는 경우 임의의 추가적인 또는 다른 구성요소를 배제하지 않는 개방적인 전환어(Transition word)로서 "포함하는(Comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적으로 사용된다.
본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현될 수 있거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "부(Unit)", "시스템(System)" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 모듈은 하나의 컴포넌트와 등가 혹은 둘 이상의 컴포넌트의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 발신기 및 수신기를 포함하는 단말기에서 실행되는 프로그램 및 하드웨어 모두가 모듈단위로 구성될 수 있고, 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 및 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서 룸(room)은 피검체가 검진 또는 수술을 위해 위치된 검진실, 진단실 및 수술실 중 적어도 하나를 의미한다. 룸의 실내 온도는 외부 온도라 정의하여 설명한다.
또한, 이하의 실시예에서 피검체는 수술중 진단 장비를 착용하는데 어려움이 있거나 호흡수 및 심박수가 외부 온도에 영향을 받는 동물(예를 들면, 개, 고양이 또는 조류 등)이 적합할 수 있다. 피검체는 동물에 한정하지 않으며 외부 온도가 사람의 피부 온도에 영향을 줄 경우 피검체는 사람일 수도 있다.
[제1 실시예]
제1 실시예는 피검체의 호흡 및 심박에 따른 압력 변화와 외부 온도를 측정하는 장치에 관한 것이다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예의 측정 장치(10)는 웨어러블 밴드(wearable band)(103)에 의해 피검체의 신체에 착용되고, 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 변화된 돌출 구조(121)의 형상 변화에 의한 측정 장치(10) 내부의 압력 변화 및 외부 온도를 측정한다. 이와 같이 측정된 측정 장치(10) 내부의 압력 변화에 대한 파형은 피검체의 심박 파형 및 호흡 파형으로 각각 도출될 수 있으며, 심박 파형 및 호흡 파형은 피검체의 심기능 및 폐기능을 진단하는데 사용하기 위한 심박수 및 호흡수를 도출할 수 있다.
외부 온도는 피검체의 호흡 또는 심박수의 증가가 이상 증상(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지 판단하는데 사용된다.
개(강아지 포함), 고양이 및 조류와 같은 동물들은 땀샘이 발달되지 않아 외부 온도가 적정 온도보다 높아지면 체온 조절을 위해 혀를 내밀고 숨을 쉬는 팬팅(panting)호흡을 하는데, 이러한 팬팅 호흡에 의해 구강이나 기도로 수분증발이 촉진되어 다량의 열이 손실되면서 체온이 조절된다. 그리고 개(강아지 포함), 고양이 및 조류와 같은 동물들 외부 온도가 적정 온도보다 낮아지더라도 대사작용이 영향을 받고, 찬공기에 의해 체온이 뺏겨서 호흡 및 심박수가 증가된다.
즉, 개(강아지 포함), 고양이 및 조류와 같은 동물들은 이상 증상이 발현되지 않더라도 외부 온도에 따라 호흡수 및 심박수에 변화가 생길 수 있기 때문에 피검체의 호흡 또는 심박수의 증가가 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단하는 것이 중요하다. 예컨대, 정상 범위의 외부 온도 즉, 이상 상태 판단에 큰(serious) 영향을 미치지 않을 정도의 적정 온도 범위를 전문 용어로 room temperature로 지칭한다.
제1 실시예에서 측정 장치(10)에 연결되는 웨어러블 밴드(103)는 피
검체에 착용 가능하도록 밴드의 형태로 구현될 수 있다. 웨어러블 밴드(103)의 양 끝단에는 버클(미도시), 스냅 단추(미도시) 또는 벨크로(미도시)와 같은 부재가 구비되어 웨어러블 밴드(103)착용 및 해제를 용이하게 할 수 있다. 웨어러블 밴드(103)는 신축성을 가지거나 길이를 조절할 수 있도록 구현됨으로써 피검체의 체형에 따라 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
도 2a는 도 1에 예시된 측정 장치(10)를 나타낸 분해 사시도이고,
도 3a은 도 1에 예시된 측정 장치(10)를 나타낸 단면도이며, 도 3b는 제1 실시예의 돌출 구조(121)가 흉곽의 팽창에 의해 외형 변형된 예를 나타낸 단면도이다.
도 2a, 도 3a, 도 3b를 참조하면, 제1 실시예의 측정 장치(10)는 하우징(110)(housing), 바닥판(120)(base plate) 및 기판(130)(substrate)을 포함한다.
하우징(110)은 웨어러블 밴드(도 1의 103)에 의해 피검체의 신체에 부착되는 것이다. 하우징(110)은 내부가 빈 형태로 형성되고, 피검체를 향하는 일면이 개방되며, 그 개방된 일면에 바닥판(120)이 결합된다.
하우징(110)의 양단에는 웨어러블 밴드(도 1의 103)가 체결되기 위한 체결 구조(111)가 형성된다. 체결 구조(111)의 형태는 어느 하나로 한정하지 않는다. 예를 들면, 체결 구조(111)는 웨어러블 밴드가 걸릴 수 있는 고리 형태로 형성될 수도 있다.
바닥판(120)(base plate)은 하우징(110)의 일면에 결합되어 피검체와 접촉한다. 바닥판(120)은 외측에 하우징(110)과 결합하기 위한 돌출 팁(124)이 구비될 수 있으며, 그 돌출 팁(124)이 하우징(110)의 고정 홈(미도시)에 끼워지는 방식으로 결합될 수 있다. 바닥판(120)과 하우징(110)의 결합 방식은 어느 하나로한정하지 않는다.
바닥판(120)에 형성된 돌출 팁(124)은 하우징(110)의 내부에 실장된 기판(130), 밀봉 패드(140) 및 커버판(150)을 하우징(110)의 내부에서 고정시키는 역할도 할 수 있다.
돌출 구조(121)는 바닥판(120)의 일부에 구비된다. 돌출 구조(121)는 바닥판(120)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다.
돌출 구조(121)는 탄성이 있는 얇은 막 또는 간막이 판과 같은 형태로 형성될 수 있으며, ABS, PC, PE, PET, POM, PP, 천연 고무, 합성 고무, 실리콘, TPU 등으로 제작될 수 있다.
바닥판(120)에 구비된 돌출 구조(121)는 피검체와 직접적으로 접촉하고, 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변한다. 예를 들면, 피검체의 호흡 및 심박동에 의해 흉곽이 팽창하면 돌출 구조(121)는 하우징(110)의 내부 방향으로 수축하고(도 3b 참조), 반대로 피검체의 흉곽이 수축하면 돌출 구조(121)는 원래의 상태로 복원된다.
피검체의 흉곽 변화에 민감하게 반응하기 위해서 돌출 구조(121)는 바닥판(120)에서 피검체의 측정 부위를 향하여 돌출 형성되도록 형성된다. 이 때, 돌출 구조(121)는 바닥판(120)에서 돌출되되, 평평한 형태로 형성될 수 있다.
일 예로, 도 2b에서 보듯, 바닥판(120)에는 통공(121a)이 형성되고, 통공(121a)의 외주면으로 돌출 구조(121)가 본딩 결합되는 방식으로 바닥판(120)과 돌출 구조(121)가 결합될 수도 있다.
다른 일 예로, 도 4에서 보듯, 돌출 구조(121)는 바닥판(120)에서 돌출되되, 볼록렌즈 또는 돔(dome) 형태로 형성될 수 있다. 돌출 구조(121)와 바닥판(120)은 일체로 사출되어 형성될 수 있다. 이 경우 돌출 구조(121) 부위는 주변 부위보다 상대적으로 얇게 형성되고, 주변 부위는 하우징(110)과 결합되고 외력에 견딜 수 있는 정도의 강성 또는 두께로 형성될 수 있다.
기판(130)(substrate)은 하우징(110)의 내부에 실장된다. 기판(130)에는 압력센서(132), 온도센서(133)각종 모듈 및 회로가 실장될 수 있다. 또한, 기판(130)에는 측정 장치를 구동시키기 위한 배터리(미도시)가 구비될 수 있으며, 배터리를 충전하기 위한 충전 단자(도면부호 미부여)도 설치될 수 있다.
압력홀(131)은 기판(130)의 일부에 형성된다. 압력홀(131)은 돌출 구조(121)의 형상 변화에 의한 압력(예를 들면, 공기압)을 압력센서(132)로 전달하기 위한 것이다.
압력센서(132)는 압력홀(131)에 접촉되는 위치에서 기판(130)에 배치된다. 제1 실시예에서 압력홀(131)은 기판(130)의 중심에 형성될 수 있다. 압력홀(131)의 위치는 기판(130)의 중심이 아니더라도 다른 위치에 형성될 수도 있다.
압력센서(132)는 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 변화된 돌출 구조(121)의 형상 변화에 의한 하우징(110) 내부의 압력 변화를 측정한다. 이와 같이 측정된 하우징(110) 내부의 압력 변화에 대한 파형은 피검체의 심박 파형, 호흡 파형 및 심박 파형으로 분석 또는 수집될 수 있으며, 심박 파형, 호흡 파형은 피검체의 심박수 및 호흡수로 도출되어 심기능 및 폐기능을 진단하는데 사용될 수 있다.
온도센서(133)는 하우징(110)의 내부에 실장되어 외부 온도를 측정한다. 온도센서(133)는 피검체가 검진 또는 수술을 위해 위치된 검진실, 진단실 또는 수술실의 실내 온도를 측정한다. 도면에는 온도센서(133)가 하우징(110)의 내부에 설치된 것으로 도시하였지만, 하우징(110)의 외부에 설치되어도 무방하다.
본 명세서에서 압력센서(132)와 온도센서(133)는 논리적으로 구분하였을 뿐, MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)와 같은 집적 소자에 통합 센서(integrated sensor)의 형태로 구현될 수 있다. MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)는 ‘미세 전자 기계시스템’을 뜻하며, MEMS 센서는 초소형의 고감도 센서로 물리적, 화학적, 생물학적 감지를 통해 외부 환경에 대한 감시, 검출 및 모니터링을 위한 도구로 활용되고 있다.
측정 장치는 커버판(150)(cover plate), 밀봉 패드(140)(sealing pad)를 더 포함할 수 있다.
커버판(150)(cover plate)은 바닥판(120)의 내측에 위치된 돌출 구조(121) 형성 부위를 덮어 커버판(150)과 돌출 구조(121) 사이 공간에 압력 공간(123)을 형성한다.
커버판(150)은 돌출 구조(121)의 외주면에 형성된 실장 공간(122)에 실장된다. 커버판(150)의 외주면은 돌출 구조(121)의 실장 공간(122)에 밀착되게 배치된다. 커버판(150)의 외주면은 돌출 구조(121)의 실장 공간(122)에 본딩처리 되어 완전 밀착될 수 있지만, 제조 공정의 단순화 및 본드 재료 값의 절감을 위해 이하에서 설명하는 밀봉 패드(140)를 통해 돌출 구조(121)의 실장 공간(122)에 밀착될 수 있다.
제1 압력전이홀(151)(pressure transferhole)은 커버판(150)의 일부에 형성된다. 제1 압력전이홀(151)은 돌출 구조(121)의 형상 변화에 의한 압력(예를 들면, 공기압)을 기판(130)의 압력홀(131)을 향해 전달하는 역할을 한다.
제1 압력전이홀(151)은 커버판(150)의 중심에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
밀봉 패드(140)(sealing pad)는 기판(130)과 커버판(150) 사이에 배치된다. 밀봉 패드(140)는 돌출 구조(121)의 형상 변화에 의한 압력으로 인해 커버판(150)과 돌출 구조(121)의 밀착 부위가 벌어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 밀봉 패드(140)는 기판(130)과 커버판(150) 사이에서 커버판(150)을 돌출 구조(121)를 향해 가압시키면서 돌출 구조(121)과 커버판(150)의 사이 간격을 유지시킨다.
봉 패드(140)는 실리콘 재질로 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 밀봉 패드(140)는 고무, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드 등 다양한 소재로 형성될 수 있다.
밀봉 패드(140)의 일부에는 커버판(150)의 제1 압력전이홀(151)(pressure transfer hole)과 대응하는 위치에 제2 압력전이홀(141)(pressuretransfer hole)이 형성된다. 제2 압력전이홀(141)은 제1 압력전이홀(151)로 전달된 압력(예를 들면, 공기압)을 기판(130)의 압력홀(131)로 전달한다. 제2 압력전이홀(141)은 기판(130)에 형성된 압력홀(131)과 연결된다.
기판(130)에 형성된 압력홀(131)은 제1 압력전이홀(151) 및 제2 압력전이홀(141) 보다 더 작은 직경으로 형성될 수 있다. 기판(130)에 형성된 압력홀(131)이 제1 압력전이홀(151) 및 제2 압력전이홀(141) 보다 더 작은 직경으로 형성되기 때문에 돌출 구조(121)에 의한 압력을 기판(130)의 압력홀(131)로 집중시키는 것이 가능하여 압력센서(132)의 민감도를 향상시킬 수 있다.
측정 장치(10)에는 커버판(150), 밀봉 패드(140)가 구비되지 않을 수 있으며, 이 경우에 기판(130)은 돌출 구조(121)과 본딩 결합되어 밀폐력을 확보할 수 있다. 또한, 측정 장치(10)는 밀봉 패드(140)만 구비되지 않을 수 있으며, 이 경우에는 커버판(150)이 돌출 구조(121)과 본딩 결합되어 밀폐력을 확보할 수 있다.
[제2 실시예]
제2 실시예는 제1 실시예의 측정 장치(10)에서 피검체의 신체에 부착되는 방식이 변형된 것이다.
제2 실시예에서 설명하는 측정 장치(20)의 바닥판(미도시), 기판(미도시), 압력센서(미도시), 온도센서(미도시), 밀봉 패드(미도시) 및 커버판(미도시)은 제1 실시예의 바닥판(120), 기판(130), 압력센서(132), 온도센서(133), 밀봉 패드(140) 및 커버판(150)과 동일하므로 중복된 설명을 생략하며, 하우징(200) 및 점착 패치(210)에 대해서만 설명한다.
도 5는 제2 실시예의 측정 장치(20)와 점착 패치(210)가 분리된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 6은 측정 장치(20)와 점착 패치(210)가 부착된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 7은 측정 장치(20)와 점착 패치(210)가 부착된 상태를 나태낸 투시도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 하우징(200)은 하단에서 상단을 향할수록 면적이 점차 작아지는 형태로 형성된다. 하우징(200)에는 피검체의 접촉면 부위의 둘레에 편 형태로 돌출된 외주 편(201)이 형성된다. 외주 편(201)에는 점착 패치(210)의 일부가 부착된다.
점착 패치(210)(sticky patch)는 하우징(20)에 형성된 외주 편(201)의 적어도 일부를 덮은 상태에서 측정 장치(20)를 피검체의 진단 부위에 밀착되게 부착시킨다.
점착 패치(210)는 하우징(200)이 노출되도록 내부가 빈 형태로 형성되고, 일부가 하우징(200)에 형성된 외주 편(201)을 덮을 수 있는 형상으로 형성된다. 그리고 점착 패치(210)는 하우징(200)의 외주 편(201) 보다 더 큰 면적으로 형성된다.
예컨대, 점착 패치(210)의 일부는 외주 편(201)의 일면을 덮도록 부착되고, 나머지 부위는 피검체의 신체에 부착된다. 점착 패치(210)는 피검체의 진단 부위 피부에 직접적으로 부착될 수 있으며 또한, 피검체의 의류 표면에 부착되어도 가능하다. 점착 패치(210)는 피검체의 진단 부위 피부에 직접적으로 부착될 수 있으며 또한, 피검체의 의류 표면에 부착되어도 가능하다(도 8 참조).
도 8에서 보듯, 본 실시예의 점착 패치(210)는 웨어러블 패브릭(wearable fabric) 소재로 형성될 수도 있다. 점착 패치(210)가 웨어러블 패브릭 소재로 형성되면, 점착 패치(210)가 의류와 일체로 형성되고, 하우징(200)이 의류로부터 탈부착 되는 방식으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서 점착 패치(210)는 하우징(200)의 일부를 덮은 상태에서 측정 장치를 피검체의 진단 부위에 밀착시킬 수 있는 형태라면, 어떠한 형태로 형성되어도 무방하다.
[제3 실시예]
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 측정 장치의 압력센서에서 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형과 온도센서에서 측정된 외부 온도를 외부(예를 들면, 진단 장치)로 송신하기 위한 것이다.
도 9은 제3 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
제3 실시예에서 설명하는 측정 장치(30)의 바닥판(미도시), 돌출 구조(310), 기판(미도시), 압력센서(320), 온도센서(340), 밀봉 패드(미도시) 및 커버판(미도시)은 제1 실시예의 바닥판(120), 돌출 구조(121), 기판(130), 압력센서(132), 온도센서(133), 밀봉 패드(140) 및 커버판(150)과 동일하므로 중복된 설명을 생략하며, 통신모듈(340)에 대해서만 설명한다. 또한, 제3 실시예의 측정 장치(30)는 제2 실시예의 외주 편(201) 및 점착 패치(210)가 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 측정 장치는 통신모듈(340)(communication module)을 포함한다.
통신모듈(340)은 기판(도2의 130)에 실장된다. 통신모듈(340)은 압력센서(320)에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형 신호와 측정된 외부 온도를 외부로 송신한다.
여기서 외부라 함은 진단 장치(미도시) 또는 분석 장치(미도시)를 의미할 수 있다. 진단 장치 또는 분석 장치는 측정 장치(30)로부터 심박 파형, 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형 신호를 제공 받고, 그 데이터를 통해 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
진단 장치는 계산된 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 어느 하나와 측정 장치(30)로부터 제공받은 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다. 예를 들면, 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하였을 때, 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단한다.
만약, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature) 임에도 불구하고 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단하고, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature)를 벗어난 상태면 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나의 증가 또는 감소를 외부 온도에 의한 증가 또는 감소로 판단한다.
여기서, 피검체의 이상 상태 판단에 큰(serious) 영향을 미치지 않을 정도의 적정 온도 범위(room temperature)는 22~25° 사이일 수 있으며, 해당 온도 범위에서 1°씩 증가 또는 감소할 때마다 증가되는 피검체의 호흡수 또는 심박수는 알고리즘 또는 미리 구축된 DB로부터 확인할 수 있다.
진단 장치 또는 분석 장치는 호흡수 또는 심박수 중 어느 하나와 외부 온도가 종합 고려된 데이터를 심박수 및 호흡수를 미리 구축된 심박수 및 호흡수 데이터와 비교하여 피검체의 심기능 및 폐기능을 진단한다.
통신모듈(340)은 블루투스(Bluetooth), 알에프아이디(RFID, Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, WSN(Wireless Sensor Network), WLAN (Wireless LAN or Wifi) 및 UWB(Ultra Wideband) 등과 같은 근거리 무선통신 또는 저전력 장거리 통신(LPWA, Low Power Wide Area)과 같은 장거리 통신을 지원할 수 있다. 특히, 블루투스(Bluetooth) 계열의 BLE 비콘(beacon) 프로토콜 지원으로 브로드캐스팅 방식의 정보 전송을 지원할 수도 있다. 또한 통신모듈(340)은 2G, 3G, 4G, 5G와 같은 이동 통신 프로토콜이나, Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 이동통신 프로토콜을 지원할 수도 있다. 통신모듈(340)은 이동식 저장 매체로 데이터를 전송하기 위한 인터페이스가 구비될 수도 있다. 통신모듈(340)은 상기와 같은 방식으로 진단 장치 또는 분석 장치와 통신할 수 있다.
[제4 실시예]
제4 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 측정 장치의 압력센서에서 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형과 온도센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단하는 기술에 관한 것이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 심폐 기능 측정 장치(40)의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 11a은 압력센서(410)에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형을 나타낸 도면이다.
제4 실시예에서 설명하는 측정 장치(40)의 바닥판(미도시), 돌출 구조(410), 기판(미도시), 압력센서(420), 온도센서(430), 밀봉 패드(미도시) 및 커버판(미도시)은 제3 실시예의 바닥판(미도시), 돌출 구조(310), 기판(미도시), 압력센서(320), 온도센서(330), 밀봉 패드(미도시) 및 커버판(미도시)과 동일하므로 중복된 설명을 생략하며, 산출모듈(440), 진단모듈(450) 및 통신모듈(460)에 대해서만 설명한다.
도 10 및 도 11a을 참조하면, 측정 장치(40)는 산출모듈(440) 및 진단모듈(450)을 더 포함한다.
산출모듈(440)은 압력센서(410)에서 측정된 신호 파형(도 11a의 (C))과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형(도 11a의 (A)) 및 호흡 파형(도 11a의 (B))을 획득한다. 산출모듈(440)에서 획득된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형에는 돌출 구조(121)의 변형에 의한 피크치 변화가 기록된다.
산출모듈(440)은 압력센서(410)에 의해 측정된 신호 파형(도 11a의 (C))을 이용하여 피검체의 심박수 및 호흡수를 측정할 수 있지만, 보다 용이하게 측정하기 위해 신호 파형(도 11a의 (C))을 알고리즘을 통해 심박 파형(도 11a의 (A)) 및 호흡 파형(도 11a의 (B)으로 분리하여 피검체의 심박수를 호흡수를 측정한다.
예컨대, 피검체의 호흡은 흡기와 호기로 구분된다.
흡기(Inspiration) 과정에서는 늑간근(Intercostal muscle)이 수축하여 늑골(Rib)이 들리고, 횡격막 역시 수축함에 따라 내려가 흉강(Thoracic cage)의 부피가 늘어난다. 반대로, 호기(Expiration) 과정에서는 늑간근이 이완하여 늑골이 내려가고, 횡격막도 이완하여 올라가 흉강의 부피가 줄어든다.
본 발명에서 호흡은 흡기와 호기를 검출하는 광범위한 의미로 정의될 수 있다. 또는 좁은 의미로 흉곽의 팽창과 수축을 의미할 수 있으며, 더 좁은 의미로 폐의 팽창과 수축을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서 호흡이라는 정의는 흡기와 호기를 포괄적인 의미뿐만 아니라 흉곽 또는 폐의 팽창과 수축을 아우르는 의미로 해석된다.
여기서, 피검체가 호흡을 하면 흉곽이 팽창하는데 흉곽이 최대치로 팽창했을 때가 호흡이 변화되는 순간 즉, 들숨에서 날숨으로 변화되는 순간이다.
도 11a의 (A)는 압력센서(410)의 신호파형에서 도출된 심박 파형이다. 도 11a의 (A)에서 보듯, 산출모듈(440)은, 측정된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산한다.
도 11a의 (B)는 압력센서(410)의 신호 파형에서 도출된 호흡 파형이. 도 11a의 (B)에서 보듯, 산출모듈(440)은 측정된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산한다.
도 11a의 (C)는 압력센서(410)에 의해 측정된 신호 파형이다. 신호 파형은 피검체의 심장박동 및 호흡에 의한 압력변화가 모두 기록된 파형이다.
도 11a의 (C)에서 보듯, 산출모듈(440)은 심박 파형에서 돌출 구조(121)의 변형에 의해 측정된 피크치 변화(즉, 피크치와 다음 피크치)를 이용하여 신호 파형에서 호흡수를 계산한다. 그리고 산출모듈(440)은 돌출 구조(121)의 변형에 의한 피크치(peak value)를 보이는 심박 파형 구간에서 피크치(A) 제외한 구간은 일반적인 심박 파형의 구간(B)으로 간주하고, 심박 파형의 구간(B)을 통해 심박수를 계산한다.
예를 들면, 도 11b에서 보듯, 피검체의 흉곽이 최대치로 팽창 했을 때(A구간), 돌출 구조(121)의 변형에 의한 피크치와, 흉곽이 수축된 후 다시 최대치로 팽창 했을 때의 구간을 호흡구간으로 간주하여 호흡수를 카운트한다.
그리고 피검체의 흉곽이 최대치로 팽창 했을 때(A구간)을 제외한 구간은 일반적인 심박동에 의한 파형으로 간주한다.
도 11c는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 호흡파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11c를 참조하면, 산출모듈(440)은 알고리즘을 이용하여 신호 파형으로부터 호흡 파형을 도출한다. 예를 들면, 산출모듈(440)은 신호 파형의 이동 평균의 중심값(L1)을 설정하고, 미리 설정된 값으로 신호 파형의 이동 평균의 중심값(L1)을 상향 조정하여 호흡 이동 평균 중심값(L2)를 설정한다. 일 예로, 호흡 이동 평균 중심값(L2)은 신호 파형의 이동 평균의 중심값(L1)의 2배로 상향될 수 있다. 그리고 산출모듈(440)은 호흡 이동 평균 중심값(L2)을 기초로 미리 설정된 범위 내의 파형만을 획득하여 호흡 파형(S1)을 획득한다.
도 11d는 도 11a의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형으로부터 심박파형을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
11d를 참조하면, 산출모듈(440)은 알고리즘을 이용하여 신호 파형으로부터 심박 파형을 도출한다. 예를 들면, 산출모듈(440)은 신호 파형의 이동평균의 중심값(L1)을 설정하고, 미리 설정된 값으로 신호 파형의 이동 평균의 중심값(L1)을 하향 조정하여 심박 이동 평균 중심값(L3)를 설정한다. 일 예로, 심박 이동 평균 중심값(L3)은 신호 파형의 이동 평균의 중심값(L1)의 30%로 하향될 수 있다. 그리고 산출모듈(440)은 심박 이동 평균 중심값(L3)을 기초로 미리 설정된 범위 내의 파형만을 획득하여 심박 파형(S2)을 획득한다.
산출모듈(440)은 측정 장치(40)의 내부에서 기판(예를 들면 도 3a의 130)에 설치되거나 또는 측정 장치(40)의 내부에서 기판과 분리된 별도의 위치(예를 들면, 도 3a의 170 위치)에 구비될 수 있다.
진단모듈(450)은 산출모듈(440)에서 계산된 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 어느 하나와 온도센서(430)에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다.
예를 들면, 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하였을 때, 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단한다.
만약, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature) 임에도 불구하고 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단하고, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature)를 벗어난 상태면 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나의 증가 또는 감소를 외부 온도에 의한 증가 또는 감소로 판단한다.
여기서, 피검체의 이상 상태 판단에 큰(serious) 영향을 미치지 않을 정도의 적정 온도 범위(room temperature)는 22~25° 사이일 수 있으며, 해당 온도 범위에서 1°씩 증가 또는 감소할 때마다 증가되는 피검체의 호흡수 또는 심박수는 알고리즘 또는 미리 구축된 DB로부터 확인할 수 있다.
진단모듈(450)은 호흡수 또는 심박수 중 어느 하나와 외부 온도가 종합 고려된 데이터를 심박수 및 호흡수를 미리 구축된 심박수 및 호흡수 데이터와 비교하여 피검체의 심기능 및 폐기능을 진단한다.
통신모듈(460)은 산출모듈(440)에서 계산된 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나와, 진단모듈(450)에서 진단된 결과를 외부 장치(예를 들면, 결과를 출력하는 모니터 또는 결과 기록 매체)로 전송한다.
[제5 실시예]
제5 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 측정 장치(10, 20)의 압력센서에 의해 측정된 신호 파형, 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형 신호와, 외부 온도를 분석 장치로 송신하고, 분석 장치가 측정 장치로부터 수신받은 파형과 온도 센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단하는 기술에 관한 것이다.
도 12는 제5 실시예에 따른 심폐 기능 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
이하에서 설명하는 제5 실시예의 측정 장치(50)는 돌출 구조(510), 압력센서(520), 온도센서(530) 및 통신모듈(540)을 포함한다. 여기서 제5 실시예의 측정 장치(50)는 돌출 구조(510), 압력센서(520), 온도센서(530) 및 통신모듈(540)은 제4 실시예의 돌출 구조(510), 압력센서(520), 온도센서(530) 및 통신모듈(540)과 동일하므로 중복된 설명을 생략하며, 분석 장치(60)에 대해서만 설명한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 시스템은 측정 장치(50)(sensing device) 및 분석 장치(60)(analysis device)를 포함한다.
분석 장치(60)의 산출모듈(610)은 측정 장치(50)로부터 압력센서(520)의 측정 신호 즉, 압력센서(520)에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형을 전송받는다. 그리고 산출모듈(610)는 측정 장치(50)로부터 온도센서(530)에서 측정된 외부 온도를 전송받는다.
산출모듈(610)은 측정 장치(50)로부터 제공받은 압력센서(520)에 의해 측정된 심박 파형을 이용하여 피검체의 심박수를 측정한다. 산출모듈(610)은 측정된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산한다(도11a의 (A)참조).
그리고 산출모듈(610)은 측정 장치(50)로부터 제공받은 압력센서(510)에서 측정된 호흡 파형을 이용하여 피검체의 호흡수를 측정한다. 산출모듈(610)은 측정된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산한다(도 11a의 (B) 참조).
산출모듈(610)은 측정 장치(50)로부터 제공받은 신호 파형으로부터 피검체의 호흡수를 계산한다. 신호 파형은 심박 파형에서 돌출 구조(510)의 변형에 의한 호흡의 피크치 및 심박의 피크치가 기록된 파형이다(도 11a의 (C)참조).
산출모듈(610)은 심박 파형에서 돌출 구조(510)의 변형에 의해 측정된 피크치(A구간) 변화를 측정하여 신호 파형에서 호흡수를 계산한다. 그리고 산출모듈(610)은 돌출 구조(510)의 변형에 의한 피크치(peak value)를 보이는 신호 파형에서 피크치(A) 제외한 구간은 일반적인 심박 파형의 구간(B)으로 간주하고, 심박 파형의 구간(B)을 통해 심박수를 계산한다.
진단모듈(620)은 산출모듈(610)에서 계산된 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 어느 하나와 온도센서(530)에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다.
예를 들면, 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하였을 때, 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단한다.
만약, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature) 임에도 불구하고 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단하고, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature)를 벗어난 상태면 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나의 증가 또는 감소를 외부 온도에 의한 증가 또는 감소로 판단한다.
여기서, 피검체의 이상 상태 판단에 큰(serious) 영향을 미치지 않을 정도의 적정 온도 범위(room temperature)는 22~25° 사이일 수 있으며, 해당 온도 범위에서 1°씩 증가 또는 감소할 때마다 증가되는 피검체의 호흡수 또는 심박수는 알고리즘 또는 미리 구축된 DB로부터 확인할 수 있다.
진단모듈(620)은 호흡수 또는 심박수 중 어느 하나와 외부 온도가 종합 고려된 데이터를 심박수 및 호흡수를 미리 구축된 심박수 및 호흡수 데이터와 비교하여 피검체의 심기능 및 폐기능을 진단한다.
[제6 실시예]
제6 실시예는 제1 실시예의 측정 장치(10)에서 컴퓨팅 장치와 유선 연결시키기 위한 라인 커넥터(660)가 형성된 것이다.
도 13은 제6 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
제6 실시예의 측정 장치(60)의 하우징(610)(housing), 바닥판(620)(base plate), 돌출 구조(621), 기판(미도시)(substrate), 압력센서(미도시), 온도센서(미도시)는 제1 실시예의 하우징(110)(housing), 바닥판(120)(base plate), 돌출 구조(121), 기판(130)(substrate), 압력센서(132) 및 온도센서(133)와 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 측정 장치(60)는 라인 커넥터(660)를 포함한다.
라인 커넥터(660)는 측정 장치(60)와 컴퓨팅 장치(미도시)를 유선 연결한다. 라인 커넥터(660)는 측정 장치(60)에 실장된 압력센서(미도시)의 측정값을 컴퓨팅 장치로 전송한다.
라인 커넥터(660)는 신호 라인(미도시), 전원 라인(미도시)이 실장된 케이블(661)과, 인터페이스 모듈(미도시)이 실장된 케이스(662)를 포함한다.
케이블(661)은 케이스(662)와 측정 장치(60)를 연결된다. 케이블(661)에 실장된 신호 라인 및 전원 라인의 양단은 각각 케이스(662)에 실장된 인터페이스 모듈(미도시) 및 측정 장치(60)에 실장된 압력센서(미도시)에 연결된다.
호 라인은 측정 장치(60)와 컴퓨팅 장치간에 데이터를 전송하고, 전원 라인은 컴퓨팅 장치로부터 공급된 전원을 측정 장치(60)로 공급한다.
측정 장치(60)는 라인 커넥터(660)를 통해 연결된 컴퓨팅 장치로부터 전력을 공급받아 작동되기 때문에 별도의 배터리가 구비되지 않아도 된다.
케이스(662)에는 인터페이스 모듈(미도시)이 실장된다. 인터페이스 모듈은 컴퓨팅 장치와 직접적으로 연결되기 위한 것으로서 컴퓨팅 장치에 구비된포트에 끼워지는 단자(663)가 형성된다.
인터페이스 모듈은 USB(Universal Serial Bus) 규격을 지원한다.
예컨대, USB(Universal Serial Bus) 규격은 USB 2.0 TYPE A PLUG, USB 2.0 TYPE B PLUG, USB 2.0 MINI TYPE B PLUG, USB 2.0 MICRO TYPE B PLUG, USB 3.0 THPE A PLUG, USB 3.0 THPE B PLUG 및 USN 3.0 MICRO TYPE B PLUG 중 어느 하나를 채택할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 전송받은 데이터를 이용하여 피검체의 호흡수, 심박수 중 어느 하나를 측정하고, 호흡수 및 심박수 중 어느 하나와 외부 온도를 고려하여 피검체의 이상 상태를 진단할 수 있다.
제6 실시예의 측정 장치(60)에는 산출모듈(미도시) 및 진단모듈(미도시)가 구비될 수 있다. 산출모듈과 진단모듈은 제4 실시예의 산출모듈(440) 및 진단모듈(450)과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
[제7 실시예]
제6 실시예는 제2 실시예의 측정 장치(20)를 컴퓨팅 장치와 유선 연결시키기 위한 라인 커넥터(760)가 형성된 것이다.
도 14는 제7 실시예 따른 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
제7 실시예의 측정 장치(70)의 하우징(700)(housing), 바닥판(도면 번호 미부여)(base plate) 및 기판(도면부호 미부여)(substrate)은 제2 실시예의 하우징(200)(housing), 바닥판(도면번호 미부여)(base plate) 및 기판(도면번호 미부여)(substrate)과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 측정 장치(70)는 라인 커넥터(760)를 포함한다.
라인 커넥터(660)는 측정 장치(70)와 컴퓨팅 장치(미도시)를 유선 연결한다. 라인 커넥터(760)는 측정 장치(70)에 구비된 압력센서(미도시)의 측정값을 컴퓨팅 장치로 전송한다.
라인 커넥터(760)는 신호 라인(미도시), 전원 라인(미도시)이 실장된 케이블(761)과, 인터페이스 모듈(미도시)이 실장된 케이스(662)를 포함한다.
케이블(761)은 케이스(762)와 측정 장치(70)를 연결된다. 케이블(761)에 실장된 신호 라인 및 전원 라인의 양단은 각각 케이스(762)에 실장된 인터 페이스 모듈(미도시) 및 측정 장치(70)에 실장된 압력센서(미도시)에 연결된다.
신호 라인은 측정 장치(70)와 컴퓨팅 장치간에 데이터를 전송하고, 전원 라인은 컴퓨팅 장치로부터 공급된 전원을 측정 장치(70)로 공급한다.
측정 장치(70)는 라인 커넥터(760)를 통해 연결된 컴퓨팅 장치로부터 전력을 공급받아 작동되기 때문에 별도의 배터리가 구비되지 않아도 된다.
케이스(762)에는 인터페이스 모듈(미도시)이 실장된다. 인터페이스 모듈은 컴퓨팅 장치와 직접적으로 연결되기 위한 것으로서 컴퓨팅 장치에 구비된 포트에 끼워지는 단자(763)가 형성된다.
인터페이스 모듈은 USB(Universal Serial Bus) 규격을 지원한다. 예컨대, USB(Universal Serial Bus) 규격은 USB 2.0 TYPE A PLUG, USB 2.0 TYPE B PLUG, USB 2.0 MINI TYPE B PLUG, USB 2.0 MICRO TYPE B PLUG, USB 3.0 THPE A PLUG, USB 3.0 THPE B PLUG 및 USN 3.0 MICRO TYPE B PLUG 중 어느 하나를 채택할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 전송받은 데이터를 이용하여 피검체의 호흡수, 심박수 중 어느 하나를 측정하고, 호흡수 및 심박수 중 어느 하나와 외부 온도를 고려하여 피검체의 이상 상태를 진단할 수 있다.
제6 실시예의 측정 장치(70)에는 산출모듈(미도시) 및 진단모듈이 구비될 수 있다.
산출모듈 및 진단모듈은 제4 실시예의 산출모듈(440) 및 진단모듈(450)과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 측정 장치
103: 웨어러블 밴드
110: 하우징
111: 체결 구조
120: 바닥판
121: 돌출 구조
130: 기판
132: 압력센서
133: 온도센서
140: 밀봉 패드
150: 커버판
103: 웨어러블 밴드
110: 하우징
111: 체결 구조
120: 바닥판
121: 돌출 구조
130: 기판
132: 압력센서
133: 온도센서
140: 밀봉 패드
150: 커버판
Claims (16)
- 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변화하는 돌출 구조가 구비된 바닥판(base plate);
상기 바닥판과 결합하는 하우징(housing);
상기 하우징 내에 배치되며 상기 돌출 구조의 형상 변화에 의한 상기 하우징 내의 압력 변화를 측정하는 압력센서가 실장되는 기판(substrate);
상기 바닥판 내측의 돌출 구조 형성 부위를 덮어 압력 공간을 형성하고, 일부에 제1 압력전이홀(pressure transfer hole)이 형성된 커버판(cover plate); 및
상기 기판과 상기 커버판 사이에 배치되며, 상기 제1 압력전이홀에 대응하는 위치에 제2 압력전이홀이 형성되는 밀봉 패드(sealing pad)를 포함하며,
상기 돌출 구조의 변형에 따라 압력 공간의 공기압이 상기 제1 압력전이홀 및 상기 제2 압력전이홀을 통해 상기 압력센서에 전달되는
심폐 기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 돌출 구조는 피검체의 측정 부위를 향하여 돌출 형성되는 심폐 기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판에는,
외부 온도를 측정하는 온도센서가 더 실장되는 것을 특징으로 하는
심폐기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판에는 상기 압력센서에 의해 측정된 신호 파형과, 신호 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신모듈(communication module)이 실장되는 심폐 기능 측정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 기판에는,
상기 압력센서의 측정 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나 를 계산하는 산출모듈(computing module)과, 상기 계산된 결과값과 상기 온도 센서가 측정한 외부 온도값을 외부로 송신하는 통신모듈이 실장되는 심폐 기능 측정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 기판에는,
상기 압력센서의 측정 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나 를 계산하는 산출모듈(computing module)과, 상기 계산된 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나와 상기 측정 장치에서 수신된 외부 온도값에 기초하여 피검체의 이상 상태를 판정하는 진단모듈(diagnosing module)과, 상기 판정된 피검체의 이상 상태를 외부로 송신하는 통신모듈이 실장되는 심폐 기능 측정 장치. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 산출모듈은, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산하는 심폐 기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 적어도 일부를 덮어 상기 바닥판을 피검체의 진단 부위에 밀착시키는 점착 패치(sticky patch) 또는 웨어러블 패브릭(wearable fabric)을 더 포함하는 심폐 기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 돌출 구조는 상기 바닥판에 일체로 형성되는 심폐 기능 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 바닥판은 중앙에 통공이 형성되고, 상기 형성된 통공의 외주면으로 돌출 구조가 본딩 결합하는 심폐 기능 측정 장치. - 피검체의 호흡 및 심박동에 따라 형상이 변화하는 돌출 구조가 구비된 바닥판(base plate),
상기 바닥판과 결합하는 하우징(housing) 및
상기 하우징 내에 배치되며 상기 돌출 구조의 형상 변화에 의한 상기 하우징 내의 압력 변화를 측정하는 압력센서가 실장되는 기판(substrate),
상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형 및 호흡 파형 중 적어도 하나의 파형 신호를 외부로 송신하는 통신모듈(communication module)을 포함하는 측정 장치(sensing device); 및
상기 측정 장치에서 수신된 압력센서의 측정파형 신호를 이용하여 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나를 계산하는 산출모듈(computing module)을 포함하는 분석 장치(analysis device)를 포함하고,
상기 측정 장치는,
상기 바닥판 내측의 돌출 구조 형성 부위를 덮어 압력 공간을 형성하고, 일부에 제1 압력전이홀(pressure transfer hole)이 형성된 커버판(cover plate); 및
상기 기판과 상기 커버판 사이에 배치되며, 상기 제1 압력전이홀에 대응하는 위치에 제2 압력전이홀이 형성되는 밀봉 패드(sealing pad)를 더 포함하며,
상기 돌출 구조의 변형에 따라 압력 공간의 공기압이 상기 제1 압력전이홀 및 상기 제2 압력전이홀을 통해 상기 압력센서에 전달되는
심폐 기능 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 돌출 구조는 피검체의 측정 부위를 향하여 돌출 형성되는 심폐 기능 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 기판에는, 외부 온도를 측정하는 온도센서가 더 실장되고,
상기 통신모듈은, 상기 측정된 외부 온도값을 외부로 송신하며,
상기 분석 장치는,
상기 계산된 심박수 및 상기 호흡수 중 적어도 하나를 상기 측정 장치에서 수신된 외부 온도값에 기초하여 피검체의 이상 상태를 판정하는 진단모듈(diagnosing module)을 더 포함하는
심폐 기능 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 돌출 구조는 상기 바닥판에 일체로 형성되는 심폐 기능 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 바닥판은 중앙에 통공이 형성되고, 상기 형성된 통공의 외주면으로 돌출 구조가 본딩 결합하는 심폐 기능 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 분석 장치는,
상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 파형으로부터 도출된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 호흡수를 계산하는 심폐 기능 측정 시스템.
Priority Applications (2)
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| KR1020210131231A KR102597398B1 (ko) | 2021-10-01 | 2021-10-01 | 심폐 기능 측정 장치 및 시스템 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2015020033A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-02-02 | 上田日本無線株式会社 | 動物の呼吸及び／又は心拍により発生する圧力変動を監視する方法 |
| KR102147080B1 (ko) * | 2020-03-26 | 2020-08-25 | 주식회사 메쥬 | 체온 측정이 가능한 심전계 및 그의 제어 방법 |
Family Cites Families (2)
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Patent Citations (2)
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