KR102606782B1 - 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치에 관한 것으로, 하나 이상의 외부 포트를 갖는 본체; 상기 본체에 연결되어 사용자의 손목에 감겨지는 손목 밴드; 및 상기 외부 포트에 착탈 가능하게 연결되는 하나 이상의 외장 센서를 포함한다. 상기 본체는 생체 신호를 측정하는 하나 이상의 내장 센서; 상기 내장 센서 또는 상기 외장 센서로부터 얻어진 다중 생체 신호를 외부로 전송하는 무선 통신부; 상기 다중 생체 신호 측정을 지시하는 알림 메시지를 표시하고 사용자 데이터를 입력 받는 사용자 인터페이스부; 상기 내장 센서의 출력 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하고, 상기 외장 센서와 상기 외부 포트의 연결 유무를 감지하여 상기 외장 센서가 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 외부 포트와 동일한 생체 신호를 측정하는 내장 센서를 비활성화하는 센서 제어부; 및 상기 센서 제어부로부터의 다중 생체 신호 데이터를 상기 무선 통신부에 공급하고, 상기 무선 통신부로부터 수신된 알림 메시지를 상기 사용자 인터페이스부의 디스플레이로 전송하는 중앙 제어부를 포함한다.

Description

웨어러블 다중 생체 신호 측정장치{WEARABLE DEVICE FOR MEASURING MULTIPLE VITAL SIGNALS}
본 발명은 사용자가 직접 착용이 가능한 다중 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.
최근 생체 신호 측정을 위한 각종 바이오 센서의 기술이 비약적으로 정교해지고 소형화되고 있다. 또한 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 통신 기술과 실내외 측위 기술의 발전, 그리고 축적된 병원의 과거 진료 기록이나 생체 정보를 빅데이터를 활용한 인공지능을 통해 분석 및 진단에 활용하는 의료기기가 등장하고 있다.
하지만 현재 병원에서 사용중인 환자 모니터링 기기의 경우 고정형이며 기능이 복잡하여 반드시 해당 지식을 보유한 전문인력에 의해서만 사용 및 분석이 가능한 상황이다.
따라서 본 발명에서는 이러한 소형 센서 기술과 통신기술, 그리고 인공 지능 기술을 활용하여 원격에서 용이하게 생체 정보를 자각, 비자각적으로 측정하고, 측정 데이터를 통해 이상 유무를 모니터링하고 대처할 수 있는 웨어러블 다중 생체 측정 장치에 관한 것이다.
대한민국 등록특허 제10-2210242호(2021.01.26) 대한민국 등록특허 제10-2210215호(2021.01.26.) 대한민국 등록특허 제10-2197112호(2020.12.31.) 대한민국 등록특허 제10-2208759호(2021.01.22.)
환자의 현재 생체 데이터 측정을 통해 그 환자에 대한 현재의 중증도 판단이나 치료후의 예후 추이에 대한 판단이 가능하다. 일반적으로, 의료 기관에서 간호사가 생체 데이터 측정을 위해 환자의 혈압, 맥박, 체온, 심전도, 산소포화도 등을 주기적으로 측정하여 수기로 측정값을 기입하고 있다. 환자의 생체 데이터 측정을 위하여 간호 인력과 전문 검사인력이 필요하고 생체 데이터 측정과 분석에 많은 시간이 소요되며 특히 예후 관리가 필요한 퇴원 환자의 경우는 반드시 병원 재방문을 통하여야만 예후 관리가 가능한 실정이다.
또한 일부 생체 데이터 예를 들어, 심장 질환 여부 판단을 위한 심전도의 경우, 대형 병원을 제외하고는 심전도 데이터 판독을 위한 전문의가 부족하여 데이터 판독과 분석에 많은 시간이 소요되고 있는 실정이다.
병원의 순환기 내과 대기실과 응급실, 선별 진료소, 생활 치료센터/격리시설, 감염병 방역 현장, 의료 사각 지대 등 다양한 현장에서 활력징후(혈압, 맥박, 호흡수, 체온) 검사가 필수적이다. 중증 또는 준 중증의 환자의 경우에 산소 포화도와 심전도 검사가 추가로 요구된다.
신종 감염병 예를 들어, 메르스(MERS)나 코로나 바이러스 감염병(COVID-19)이 전세계적으로 확산되고 있다. 감염병의 확산으로 인하여, 의료 종사자들의 피로가 극에 달하고 있으며, 의료 기기 부족이 심각한 상황이다. 이러한 상황에서 생체 데이터의 반복적인 검사는 의료진의 피로 누적과 감염 노출 사고가 발생할 가능성이 크다.
현재 병원에서 널리 사용중인 환자 모니터(Patient Monitor)는 고정형이어서 크기가 너무 크고 무거우며 휴대가 어렵고 고가격이므로 사용에 있어 많은 제한이 따른다. 입원중인 환자의 경우 병실을 잠시 벗어나더라도 측정이 어렵고 특히 예후 모니터링이 필요한 퇴원후 환자에 대해서는 병원 재방문을 통해서만 측정하고 진단을 수행해야 하므로 많은 불편을 야기한다.
따라서 본 발명에서는 종래의 이러한 문제점을 해결하고 입원중인 환자 뿐만 아니라 예후 관리가 필요한 퇴원 환자에 대해서 웨어러블 형태로 다중 생체 신호를 자각 또는 비자각적으로 측정할 수 있고 이를 원격에서 실시간 모니터링 할 수 있으며 이상 상황이 감지된 경우 알람을 발생하도록 함으로써 즉각적인 대처가 이루어지도록 하는 기능을 가진 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치를 이용한 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치는 입원 환자와 퇴원 환자 개개인이 착용하여 자각 또는 비자각적으로 다중 생체 신호들이 측정되어져 원격 모니터링에 전송되어지므로 환자의 생체 신호 변화 추이를 실시간 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 증상이나 중증 여부에 따라 선택적으로 외장 고정밀 센서로 확장하여 착용할 수 있도록 함으로써 입원중인 환자나 퇴원후 환자에 대한 양질의 생체 신호를 획득하여 모니터링 하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치는 원격 모니터링 시스템에서는 자동 또는 수동으로 웨어러블 다중 생체 측정 장치의 센서 또는 측정 주기를 제어 가능하도록 해줌으로써 환자의 상태에 따라 맞춤식의 생체 정보 측정이 가능하다.
본 발명에 따른 원격 모니터링 시스템에서는 인공 지능 심전도 분석 서버를 통한 심장 질환 분석 결과와 병원 정보 시스템의 진료 이력뿐만 아니라 다중 생체 정보를 통한 예후 예측 분석 서버를 통해 정상 기준치를 벗어나거나 위험이 감지된 경우 알람을 발생하고 의료진이나 환자에게 알람 신호를 전송하는 생체 신호 원격 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치는 하나 이상의 외부 포트를 갖는 본체; 상기 본체에 연결되어 사용자의 손목에 감겨지는 손목 밴드; 및 상기 외부 포트에 착탈 가능하게 연결되는 하나 이상의 외장 센서를 포함한다. 상기 본체는 생체 신호를 측정하는 하나 이상의 내장 센서; 상기 내장 센서 또는 상기 외장 센서로부터 얻어진 다중 생체 신호를 외부로 전송하는 무선 통신부; 상기 다중 생체 신호 측정을 지시하는 알림 메시지를 표시하고 사용자 데이터를 입력 받는 사용자 인터페이스부; 상기 내장 센서의 출력 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하고, 상기 외장 센서와 상기 외부 포트의 연결 유무를 감지하여 상기 외장 센서가 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 외부 포트와 동일한 생체 신호를 측정하는 내장 센서를 비활성화하는 센서 제어부; 및 상기 센서 제어부로부터의 다중 생체 신호 데이터를 상기 무선 통신부에 공급하고, 상기 무선 통신부로부터 수신된 알림 메시지를 상기 사용자 인터페이스부의 디스플레이로 전송하는 중앙 제어부를 포함한다.
상기 내장 센서들은 내장 심전도 센서, 내장 PPG 센서; 호흡수 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 내장 체온 센서, 및 온도 센서를 포함한다.
상기 외장 센서는 외장 심전도 전극들이 연결된 외장 심전도 패치, 외장 PPG 센서, 외장 혈압계, 외장 체온 센서 중 하나 이상을 포함한다.
상기 본체는 사용자의 손목에 상기 손목 밴드가 감겨지면, 상기 사용자의 손목에 대향하며 상기 내장 심전도 센서의 제1 전극이 노출되는 후면; 및 상기 내장 체온 센서, 상기 내장 심전도 센서의 제2 전극, 및 상기 사용자 인터페이스부의 디스플레이가 노출되는 전면을 포함한다.
심전도 측정시 상기 내장 심전도 센서의 제1 전극은 상기 사용자의 일측 손목에 접촉되고, 상기 내장 심전도 센서의 제2 전극은 상기 손목 밴가 감겨지지 않은 다른 손의 손가락과 접촉된다.
상기 센서 제어부는 상기 외장 심전도 전극들이 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 내장 심전도 전극들과 연결된 내장 심전도 측정부를 비활성화하고, 상기 외장 심전도 전극들이 연결된 외장 심전도 측정부를 활성화한다.
상기 외장 PPG 센서가 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 내장 PPG 센서에 연결된 PPG 측정부를 비활성화하고, 상기 외장 PPG 센서가 연결된 외장 PPG 측정부를 활성화한다.
상기 무선 통신부를 통해 원격 모니터링 시스템으로부터 센서 종류, 측정 주기 및 격리지 범위를 설정하는 프로파일 메시지를 수신한다.
측정 시간 알림음이 출력되고 상기 디스플레이에 알림 메시지를 표시하여 미리 설정된 시간 후에 사용자의 무자각 생체 신호 측정이 실시된다.
본 발명은 중증 입원 환자나 예후 관리가 필요한 퇴원 환자 개개인에게 제공된 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치를 이용하여 무자각 상태에서 다중 생체 신호를 측정하고 환자 스스로 필요한 생체 신호를 측정하도록 할 수 있다. 또한 원격 모니터링 시스템은 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치와 무선 통신망을 통해 연결되어 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치로부터 수신된 다중 생체 신호를 지속적으로 실시간 모니터링 가능하므로 중증 입원 환자의 경우 비대면으로 다중 생체 신호 측정 및 모니터링이 가능하고 예후 관리가 필요한 퇴원환자의 경우 병원 방문 없이 원격에서 예후 관리가 가능하다.
본 발명은 일반 환자의 네가지 활력징후(혈압, 맥박, 호흡수, 체온) 검사와, 중증 또는 준 중증의 환자의 경우 산소 포화도와 심전도 검사를 주기적으로 반복해야 하는 의료인력의 피로도를 현저하게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 환자와 의료 인력의 접촉을 최소화함으로써 메르스(MERS)나 코로나 바이러스 감염병(COVID-19)과 같은 감염 위험을 최소화할 수 있다.
본 발명은 입원 환자 및 퇴원 환자의 다중 생체 신호 측정 및 기록 업무의 자동화를 통해 간호 업무를 개선할 수 있다.
본 발명은 퇴원 환자의 원격 모니터링이 가능하므로 병원 방문 횟수를 줄임으로써 시간 및 비용 절감 효과 및 감염병의 2차 감염 방지 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 원격 모니터링 시스템은 입원 환자 및 퇴원 환자의 기본적인 생체 신호 상태와 변화를 지속적으로 원격 모니터링 하는데 있어 의료진이 외장형 고정밀 센서를 사용하도록 하거나 측정 센서나 주기를 자동 또는 수동으로 변경 설정할 수 있도록 해줌으로써 환자 맞춤식의 면밀한 모니터링이 가능해진다.
본 발명의 원격 모니터링 시스템은 환자별/생체 데이터별로 알람 기준치 초과시 모니터 시스템 단말기에 알람이 발생하고 담당 의료진 및 당직의사에게 알람 정보를 발송함으로써 퇴원후 환자의 예후 악화에 따른 응급 처치가 필요한 환자에 대한 즉각적인 대처가 가능해진다.
본 발명의 원격 모니터링 시스템은 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치를 이용하여 환자의 수면 상태 파악, 운동량 조회, 낙상 알림, 코곯이 분석 등의 서비스를 제공할 수 있고, 운동 처방 환자의 경우 운동량 정보 모니터링을 통해 환자의 치료 노력이 정상적으로 이루어지고 있는지와 환자의 위치 정보 등을 통해 자가 격리가 잘 지켜지고 있는지를 실시간 조회할 수 있는 등의 다양한 부가 서비스가 가능해진다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치와 원격 모니터링 시스템에 대한 서비스 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치 에 대한 하드웨어 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밴드 형태의 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치를 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 3에 예시된 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치에 전원이 인가된 직후의 파워 온 시퀀스(Power on sequence)를 보여 주는 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 외장 센서들의 연결 유무에 따른 인터럽트 서비스 루틴(Interrupt service routine)을 보여 주는 순서도들이다.
도 6은 원격 모니터링 시스템의 구성을 상세히 보여 주는 도면이다.
도 7은 내장 또는 외장 심전도 데이터를 인공지능 기반 진단 알고리즘을 보여 주는 도면이다.
도 8은 다중 생체 신호와 심장 질환 분석 결과, 그리고 진료 이력을 학습하여 질환에 대한 예후 예측 결과를 알려주는 예후예측 서버에 대한 구성을 보여 주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명은 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서 상에서 언급된 “구비한다”, “포함한다”, “갖는다”, “이루어진다” 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수로 해석될 수 있다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 구성요소들 간에 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 그 구성요소들 사이에 하나 이상의 다른 구성 요소가 개재될 수 있다.
구성 요소들을 구분하기 위하여 제1, 제2 등이 사용될 수 있으나, 이 구성 요소들은 구성 요소 앞에 붙은 서수나 구성 요소 명칭으로 그 기능이나 구조가 제한되지 않는다.
이하의 실시 예들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하다. 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정 장치는 심전도 뿐만 아니라 맥파, 체온, 혈압, 운동량 등의 각종 생체 신호들을 측정 가능하게 하고, 환자의 증상이나 중증도에 따라 선택적으로 확장형 ECG 전극 또는 고정밀 외장 센서를 통해 보다 정교한 생체 신호 수집이 가능하다.
또한 원격 모니터링 시스템은 자동 측정 설정기능을 통해 웨어러블 다중 생체 정보 측정 장치의 센서나 측정 주기를 자동으로 설정해 줌으로써 자각 또는 비자각적으로 생체 신호를 게이트웨이를 통해 수신하여 원격에서 모니터링 하도록 해주거나 심장 질환 분석 서버나 예후예측 분석서버를 통해 실시간 알람을 제공해주는 시스템이다.
따라서 본 발명에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정 장치와 원격 모니터링 시스템을 통해 중증 입원환자나 예후 모니터링이 필요한 퇴원 환자에 대해 실시간 생체 신호 모니터링이 가능하고 이상 신호 발생시 즉각적인 대처가 가능해지고 부가적으로 환자의 낙상, 수면량이나 수면 무호흡, 운동량 조회 등이 가능해지고 자가 격리자 등의 격리지 이탈에 대한 모니터링이 가능하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)와 원격 모니터링 시스템(2000)에 대한 서비스 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 중증 입원 환자나 예후 관리가 필요한 퇴원 환자에게 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 제공할 수 있다. 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)는 자각 또는 비자각적으로 환자의 혈압, 심박수, 호흡수, 체온, 심전도, 산소포화도, 운동량 등의 생체 신호나 위치 정보를 측정하여 게이트웨이(4000)를 통해 원격 모니터링 시스템(2000)으로 전송한다.
상기 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)에서는 원격 모니터링 시스템(2000)에서 설정되어 전송된 생체 신호 측정 프로파일 메시지의 내용에 의해 센서와 측정 주기 및 격리지 범위가 설정되는 형태로 동작하며 생체 신호에 대한 측정과 격리지 이탈 여부를 측정하여 전송한다.
원격 모니터링 시스템(2000)에서 중증 입원 환자 또는 예후 모니터링이 필요한 퇴원 환자에게 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 NFC/RFID Reader기를 통해 기기를 등록하며 이때 질환에 따른 생체 신호 측정 프로파일 메시지가 초기화되어 전송되고 아울러 환자에 대한 정보가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)에 기록된다.
이후 원격 모니터링 시스템(2000)은 예후 추이나 의료진의 요청에 따라 각종 생체 신호의 측정에 따른 사항이 변경이 필요하게 된 경우 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)로 다중 신호 측정 프로파일 메시지를 업데이트하여 전송한다.
이러한 다중 신호 측정 프로파일 메시지는 각각의 환자에 대해 측정이 필요한 생체 신호의 종류와 각각의 측정 주기 및 격리지 범위에 대한 정보를 포함하고 있으며 기기 등록시 초기값으로 설정되지만 예후나 의료진의 판단에 따라 추후 변경이 가능하다.
원격 모니터링 시스템(2000)은 심장 질환 진단 서버(2200), 예후 예측 분석 서버(2300), 및 생체 모니터링 서버(2100)를 포함할 수 있다.
심장 질환 진단 서버(2200)는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)로부터 심전도 신호를 전달 받아 파형 분석을 통해 얻은 정보와 딥러닝 이미지 학습을 통해 얻은 학습 데이터를 이용하여 각종 심장 질환을 진단하여 생체 모니터링 서버(2100)로 전송한다.
예후 예측 분석 서버(2300)는 병원 정보 시스템(Hospital information system, HIS)(3000)으로부터 환자에 대한 진료 이력, 질환, 처치 및 생체 정보를 딥러닝으로 학습한 내용을 토대로 현재의 생체 정보를 기반으로 한 예후 예측 분석 결과를 생체 모니터링 서버(2100)로 전송한다.
원격 모니터링 시스템(2000)의 생체 모니터링 서버(2100)에서는 웨어러블 다중 생체 신호 측정 장치(1000)로부터의 생체 정보를 실시간 모니터링 가능하도록 표시하는 기능을 수행하고 이러한 생체 신호를 심장질환 분석 서버(2200)와 예후예측 분석 서버(2300)로 전송한다.
또한 원격 모니터링 시스템(2000)의 생체 모니터링 서버(2100)는 심장질환 분석 서버(2200)와 예후예측 분석 서버(2300)로부터 심장 질환 분석 결과와 예후 예측에 대한 결과를 수신 받고 정상 기준치를 벗어난 경우 각종 알람을 발생한다.
이러한 알람은 원격 모니터링 시스템(2000)의 생체 모니터링 서버(2100)에서 직접 표출되거나 의료진이나 당직의사, 그리고 환자가 착용한 웨어러블 다중 생체 신호 측정 장치(1000)로 전송되어 환자의 위험한 상황을 빠르게 알려 줄 수 있다
또한 본 발명의 원격 모니터링 시스템은 의료진용 어플리케이션이나 환자용 어플리케이션에서 환자의 생체 정보 측정 이력을 조회할 수 있게 하며, 나아가 환자들 각각의 활동량, 수면시간, 수면 무호흡 증세 여부, 인공지능 기반의 심전도 판독결과를 통한 심장 질환 예측 정보 등 다양한 진단 정보를 제공할 뿐만 아니라 의료진이 입력한 전달사항이나 환자의 응답 메시지를 주고 받을 수 있는 메세징 기능을 제공한다.
본 발명은 환자 개개인이 착용한 웨어러블 다중 생체 정보 측정장치(1000)와 원격 모니터링 시스템(2000)을 이용하여 환자별로 생체 정보의 반복적인 측정 및 기록을 자동화하고 실시간 모니터링 및 알람 서비스를 제공함으로써 병원 업무의 효율화 뿐만 아니라 퇴원후 예후 관리가 필요한 환자의 불필요한 병원 방문을 줄이고 간호 업무를 획기적으로 개선할 수 있으며, 감염병 사태에서 2차 감염 및 확산을 방지 할 수 있다.
원격 모니터링 시스템(2000)는 웨어러블 다중 생체 정보 측정장치(1000)로부터 수신된 데이터를 실시간 분석하여 환자들 각각의 활동량, 수면, 수면 무호흡이나 낙상 등을 모니터링하거나 위치정보를 활용하여 환자의 위치를 파악하여 격리지 이탈 등에 대한 모니터링 서비스를 제공할 수 있다.
웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)는 내장 또는 외장 센서로부터 데이터를 획득하여 게이트웨이(4000)를 통해 원격 모니터링 시스템(2000)에 전달하면 원격 모니터링 시스템(2000)의 생체 모니터링 서버(2100)에서는 이러한 생체 신호의 추이를 실시간 모니터링 할 수 있으며 심장 질환 분석 서버(2001)와 예후예측 분석 서버(2300)의 분석 결과를 통해 이상이 있다고 판단한 경우 알람을 발생하며 즉시 의료진 뿐만 아니라 환자에게도 전달이 되어 적절한 조치가 필요함을 알려준다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 다중 생체 측정기(1000)와 게이트웨이, 그리고 원격 모니터링 시스템에 대한 하드웨어 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)는 내장 센서부(202~210)와 연결된 센서 제어부(200), 중앙 제어부(100), 사용자 인터페이스부(101)와 위치측위 수신부(301), 제1 내지 제3 무선 통신부(302~304), 및 전원부(500)를 구비한다. 이 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)는 탈부착 가능하도록 선택적으로 외장 센서들(211~213)이 연결될 수 있다.
웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 내장 센서부(202~205, 및 209)는 하나 이상의 내장 센서들(202~210)을 포함한다.
내장 센서는 내장 심전도 센서를 포함한다. 내장 심전도 센서는 웨어러블 생체 다중 신호 측정장치(1000)의 외부로 노출된 제1 및 제2 심전도 전극들(202, 203)을 통해 환자의 리드 I(Lead I)에 대한 심전도를 측정한다. 심전도 전극은 ECG 전극으로 해석될 수 있다. 제1 심전도 전극(202)은 환자의 왼손에 접촉되는 왼손 전극(LA)이다. 제2 심전도 전극(203)은 환자의 오른손에 접촉되는 오른손 전극(RA)이다.
환자가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 착용하면 자신의 손목이 제1 심전도 전극(202)에 접촉된다. 제1 심전도 전극(202)은 두개의 전극 면을 가지는데 이는 측정중 손목 위에서 보다 확실한 접촉이 이루어 질 수 있도록 하기 위함이며 회로적으로 연결된 동일한 전극면이다. 환자가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 착용한 상태에서 반대측 손의 손가락을 제2 심전도 전극(203)에 접촉하면 내장 심전도 전극들(202, 203)을 통해 리드 I(Lead I) 심전도 신호를 얻을 수 있다.
웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 내장 센서들(204~210)은 PPG 센서(204), 호흡수 센서(205), 가속도 센서(Accelerometer, 206), 자이로 센서(Gyrometer, 207), 기압 센서(Barometer, 208), 체온 센서(209), 및 온도 센서(210)를 포함할 수 있다. 내장 센서들은 도 1에 한정되는 것이 아니라, 일부 센서가 생략되거나 추가될 수 있다.
PPG 센서(204)는 환자가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 손목에 착용할 때 환자의 손목과 대향하는 발광부 LED(Light Emitting　Diode)와 수광부를 이용하여 착용 여부와 맥파 신호, 그리고 산소 포화도를 측정한다. 혈압의 경우, PPG 센서(204)로부터 출력되는 PPG 신호와 심전도 전극들(202, 203)로부터 측정된 ECG 신호를 활용하여 측정될 수 있다.
호흡수 센서(205)는 환자가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000) (1000)를 손목에 착용할 때 환자의 바디 임피던스(Body Impedance)의 변화량을 통해 호흡수를 측정한다.
체온 센서(209)는 환자가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 이마에 적외선(Infra Red ray)을 조사하여 환자의 피부 온도(Skin Temperature)를 측정한다.
가속도 센서(206)와 자이로 센서(207)는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 착용한 환자의 운동량과 자세의 변화, 그리고 수면 상태를 인식한다. 예를 들어, 원격 모니터링 시스템(2000)은 가속도 센서(206)와 자이로 센서(207)의 출력 신호를 바탕으로 환자가 걷거나, 운동중이거나, 수면중이거나, 또는 정지 상태인지 환자의 상태를 감지할 수 있고, 낙상 등 긴급한 상황을 알려 주는 알림 메시지를 발생할 수 있다.
기압 센서(208)는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 착용한 환자가 위치한 주변의 기압 레벨을 측정한다. 온도 센서(210)는 환자가 위치한 주변 환경의 온도를 측정한다.
센서 제어부(200)는 심전도 전극들(202, 203)로부터 수신된 신호와, 센서들(204~210)의 출력 신호를 중앙 제어부(100)에서 처리 가능한 디지털 신호의 센서값으로 변환하여 중앙 제어부(100)로 전송한다. 이 센서 제어부(200)는 AFE(201, Analog Front End)를 포함한다.
AFE(201)는 도 4와 도 4a, 도 4b에 도시된 외부 전극/센서가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)에 연결되지 않을 때 초기화되어 구동되는 내장 심전도 측정부(이하, “내장 ECG AFE”라 함) 및 내장 산소 포화도 측정부(이하, “내장 PPG AFE”라 함) 와, 외부 센서가 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)에 연결될 때 초기화되어 구동되는 외장 심전도 측정부(이하, “외장 ECG AFE”라 함) 및 외장 산소 포화도 측정부(이하, “외장 PPG AFE”라 함)를 포함한다.
내장 ECG AFE는 내장 심전도 전극들(202, 203)로부터 수신된 아날로그 신호(심전도 측정 신호)를 증폭하고 노이즈를 제거한 후에 아날로그 디지털 변환기(A/D Converter)를 통해 디지털 신호로 변환한다. 외장 ECG AFE는 외장 심전도 전극들(221~224)로부터 수신된 아날로그 신호(심전도 측정 신호)를 증폭하고 노이즈를 제거한 후에 디지털 신호로 변환한다.
내장 PPG AFE는 내장 PPG 센서(204)의 LED로부터 발생되는 광이 환자의 손목에 조사될 때 발생되는 수광부의 출력 신호(혈관 속을 흐르는 혈류량 측정 신호)를 증폭하고 노이즈를 제거한 후에 디지털 신호로 변환한다. 외장 PPG AFE는 외장 PPG 센서(225)의 LED로부터 발생되는 광이 환자의 손가락 끝부분에 조사될 때 발생되는 수광부의 출력 신호(혈관 속을 흐르는 혈류량 측정 신호)를 증폭하고 노이즈를 제거한 후에 디지털 신호로 변환한다.
센서 제어부(200)로부터 출력된 디지털 신호는 심전도 측정 데이터, 산소 포화도 측정 데이터, 그리고 네가지의 활력징후 측정 데이터(혈압, 맥박, 호흡수, 체온)를 포함한 다중 생체 신호 측정 데이터이다.
중앙 제어부(100)는 신호 처리 및 입출력을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit), 타이머(timer), 및 메모리를 포함할 수 있다.
중앙 제어부(100)는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 전체 구성 요소들을 제어한다. 중앙 제어부(100)는 사용자 인터페이스부(101)를 통해 수신된 사용자의 입력 데이터를 처리한다. 중앙 제어부(100)는 센서 제어부(200)로부터 수신된 다중 생체 신호 측정 데이터는 도 2에 도시된 바와 같이 무선 통신부(302~304)를 통해 게이트웨이를 거쳐 원격 모니터링 시스템(2000)으로 전송한다. 중앙 제어부(100)는 원격 모니터링 시스템(2000)으로부터 수신된 데이터 예를 들어, 생체 신호 측정 주기를 지시하는 제어 명령이나 알림과 같은 메시지 데이터, 인공지능 기반 진단 알고리즘을 이용하여 도출된 진단 결과 등을 사용자 인터페이스부(101)의 데이터 출력부에 제공하여 디스플레이에 표시할 수 있다. 생체 신호 측정을 지시하는 제어 명령은 원격 모니터링 시스템(2000)으로부터 생성될 수 있다.
사용자 인터페이스부(101)는 중앙 제어부(100)에 연결된다. 사용자 인터페이스부(101)는 사용자 데이터 입력부와 데이터 출력부를 포함한다. 사용자 데이터 입력부는 사용자 데이터 입력부 예를 들어, 버튼이나 터치 스크린을 통해 사용자 입력을 수신한다. 데이터 출력부는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 동작 상태와, 환자의 생체 신호 측정값을 실시간 표시하고, 알람 신호나 메시지를 음향 신호로 출력할 수 있다. 생체 신호 측정값은 미리 설정된 그래프 형태로 표시될 수 있다. 데이터 출력부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode display, OLED) 디스플레이 등으로 구현되는 디스플레이를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 출력부는 음향 신호를 출력하는 스피커(speaker), 진동 발생기 등을 포함할 수 있다.
위치 측위 수신부(301)는 다중 생체 신호 측정기의 위치 신호를 수신 한다. 중앙 제어부(100)에서는 위치 측위 수신부(301)로부터 다중 생체 신호 측정기(1000)의 위치 정보를 무선 통신부(302~304)를 통해 원격 모니터링 시스템(2000)으로 전송한다. 이러한 위치 측위 수신부(301)는 실외의 경우에는 GPS를 통해 위치 정보를 GPS가 수신되지 않는 실내의 경우에는 실내 기반의 위치 정보를 수신한다. 원격 모니터링 시스템(2000)은 좌표 신호를 수신 받아 병원 내에서 환자의 위치 또는 퇴원 환자의 위치를 실시간 모니터링 할 수 있다. 스마트 폰을 게이트웨이로 사용하는 경우에는 스마트 폰의 위치 정보를 활용하여 위치 정보를 얻을 수 있으며 이를 생략할 수 있다.
무선 통신부(302~304)는 중앙 제어부(100)에 연결되어 중앙 제어부(100)로부터 수신된 생체 신호 측정 신호들을 게이트웨이(4000)를 통해 원격 모니터링 시스템(2000)으로 전송한다. 제1 무선 통신부(302)는 다중 생체 신호 측정장치(1000)가 사용자의 스마트 폰을 거치지 않고 원격 모니터링 시스템(2000)에 접속하기 위한 통신부이며 예를 들어, WiFi나 NB-IoT, 또는 LTE 망으로 구성될 수 있다. 제2 무선 통신부(303)는 사용자의 스마트 폰을 게이트웨이로 활용하는 경우이며 통상 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 접속이 이루어진다. 제3 무선 통신부(304)는 입원 또는 퇴원시 원격 모니터링 시스템(2000)에 다중 생체 신호 측정 장치(1000)를 등록하거나 해제하기 위해 NFC나 RFID 통신이 사용될 수 있다. 이 경우 원격 모니터링 시스템(2000)의 환자 정보와 측정 주기 설정 데이터가 생체 신호 측정 장치(1000)에 전송이 이루어지고 또한 생체 신호 측정 장치(1000)의 고유 식별 코드(ID)가 원격 모니터링 시스템(2000)에 전송이 이루어진다.
전원부(500)는 내장 센서부(221~210), 센서 제어부(200), 중앙 제어부(100), 사용자 인터페이스부(101), 위치 측위 수신부(301), 및 무선 통신부(302~304)에 연결되어 이러한 구동 요소들의 구동에 필요한 전원을 공급한다. 전원부(500)는 배터리와 배터리 충전 회로, DC 어댑터, USB 포트 등을 포함할 수 있다.
다중 생체 신호 측정장치(1000)에 외장 센서들(221~226)이 연결되면, 센서 제어부(200)는 외장 센서들(221~226)이 연결되는 포트(port)의 전위 변화를 감지하여 인터럽트(interrupt) 신호를 발생하여 외장 센서들(221~226)의 연결 유무를 판단할 수 있다. 외장 센서들(221~226)이 연결되는 하나 이상의 외부 포트는 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 측면에 잭(jack) 또는 USB 커넥터 등과 같은 형태로 노출되어 있으며 동일한 포트에 복수개의 외장 센서가 공유할 수도 있다.
또한 외장 심전도 전극(211)의 경우 측정 가능한 리드에 따른 고유 식별 코드(ID)를 포함할 수 있다. 외장 심전도 전극(211)은 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 외장 채널 전극들을 포함할 수 있다. 중앙 제어부(100)에서는 이러한 고유 식별 코드(ID)에 따라 외장 심전도 전극(211)의 종류를 구분하고 서로 다른 외장 심전도 채널을 인식 할 수가 있다.
중앙 제어부(100)는 외장 심전도 전극(211)이나 외장 PPG 센서(212)가 다중 생체 신호 측정장치(1000)에 연결되면 이에 상응하는 내장 센서를 비활성화하고 외장 센서(211~212)로부터 수신된 신호를 디지털 신호로 변환한다.
외장 센서들(211~213)은 중증도가 낮은 일반 환자의 경우에 제공되지 않고, 환자의 병변이나 예후 등에 따라 보다 정밀한 생체 측정이 요구될 때 사용된다.
내장 심전도 전극들이 리드 I(lead I)에 대한 심전도 신호만 측정이 가능한데 비해 외장 심전도 전극들의 경우 사지유도 (리드 I, II, III나 aVr, aVl, aVf) 뿐만 아니라 흉뷰 유도인 v1~v6 까지 외장 심전도 전극의 종류에 따라 선택적으로 활성화 하는 것이 가능하므로 보다 광범위한 심전도 데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 폭넓은 심장 질환을 구분해 낼 수가 있다.
내장 PPG 센서도 손목에서 측정하므로 주변광을 차단하는 것이 용이하지 않아 많은 노이즈 성분이 발생함으로써 측정 결과가 오차를 야기하는데 비해 외장 PPG 센서의 경우 핑거 클립(Finger Clip)을 이용함으로써 주변광이 효과적으로 차단함으로써 양질의 맥파 신호를 얻는 것이 가능하다.
사용자 인터페이스부(101)의 디스플레이는 유기 발광 다이오드 디스플레이(Organic Light-Emitting Diode display, OLED)가 적용될 수 있다. 사용자 인터페이스부(101)는 사용자 입력을 위해 터치 스크린과 내장 스피커, 진동기(Vibrator)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 형태의 다중 생체 신호 측정 장치(1000)이다.
도 3을 참조하면, 다중 생체 신호 측정 장치(1000)는 본체(1010) 내에 구현될 수 있다. 밴드(1020)가 본체(1010)에 연결되어 사용자의 손목에 감겨질 수 있다.
본체(1020)는 사용자의 손목에 상기 손목 밴드가 감겨지면, 사용자의 손목에 대향하며 내장 산소 포화도 센서(204), 내장 심전도 센서의 왼손 전극(또는 제1 전극, 202)이 노출되는 장치 하단부(또는 후면)과, 내장 체온 센서(209), 내장 심전도 센서의 오른손 전극(또는 제2 전극, 203), 및 사용자 인터페이스부(101)의 디스플레이가 노출되는 장치 상단부(또는 전면)을 포함한다.
내장 센서는 IR 체온계로 적용 가능한 내장 체온 센서(209), 가속도 센서(206), 자이로 센서(207), 기압 센서(208), 주변 온도 센서(210) 등을 포함할 수 있다.
내장 심전도 전극(202~203)은 리드 I(Lead I) 신호가 측정이 가능하도록 장치 상단부(전면)에 오른손(Right Ankle; RA) 전극(203)과 장치 하단부(후면)에 왼손(Left Ankle; LA) 전극(202)이 배치되어있다. 왼손(Left Ankle) 전극(202)의 경우 내장 PPG 센서의 양쪽으로 분리된 두개의 전극면을 갖는데 이는 회로적으로 연결된 동일한 전극면으로 심전도 측정시 안정적으로 측정이 가능하다.
또한 심전도 전극(202~203)에서 바이오 임피던스도 함께 측정이 가능하여 들숨과 날숨시 변하는 바이오 임피던스를 통해 호흡수도 측정이 가능하다.
내장 PPG 센서(204)는 장치 하단부(후면)에 배치되어 최대한 주변광이 침투되지 않도록 장치 내측으로 함몰된 구조로 배치되어있으며 착용 여부를 판단하기 위한 IR LED가 포함된 센서를 사용하여 다중 생체 신호 측정기(1000)를 착용중인지 아닌지를 판단하는 것도 가능하다.
외장 심전도 전극(211)은 5극 이어잭(Ear-jack) 타입의 커넥터를 사용한 예이며 RA(Right Ankle), LA(Left Ankle), LL(Left Leg) 신호와 착탈 신호, 고유 식별 코드(ID)로 활용한 예이다. 이렇게 함으로써 리드 I(Lead I) ~ 리드 III(Lead III)의 3종의 사지 유도 신호를 읽을 수가 있다.
외장 PPG 센서(212)는 주변 광이 잘 차단 되도록 하는 형태의 핑거 클립 구조의 예시이다. 여기에는 USB C-Type의 커넥터를 사용하였는데 이는 충전기와 커넥터를 공유할 수 있도록 설계한 예이다.
외장 혈압계(213)의 경우 무선 커프형 혈압계로 다중 생체 신호 측정 장치에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 측정 결과를 수신할 수 있도록 한 예이다.
도 4는 도 3의 다중 생체 신호 측정 장치(1000)의 실시 예에 전원이 인가된 직후의 파워 온 시퀀스(Power On Sequence)를 보여주는 순서도이다.
사용자 인터페이스부(101)에서 사용자가 전원 ON 버튼을 선택한 경우 전원부(500)으로부터 중앙 제어부(100)에 전원이 공급되며 MCU(Micro control Unit)가 기동을 시작한다. 먼저 MCU 자신의 각종 내부 레지스터나 MCU 내부 장치들의 초기화(S201)를 진행하며 시스템 동작에 필요한 각종 타이머들을 생성하고 초기화(S202)한다. 또한 제어 보드내의 여러 주변장치에 대한 초기화(S203)와 위치 측위를 위한 장치에 대한 초기화(S204)를 수행하고 BLE, WiFi, NFC/RFID등 무선 통신 기능에 대한 초기화(S205)를 수행한다. 이후 현재 시스템에 부착된 외부 확장 센서의 삽입 여부를 판단(S207, 209)하여 내장 또는 외장 센서에 대한 초기화(S207, S208, S210, S211)를 수행하고 무한 루프에 진입한다. 무한루프에서는 현재 처리해야 할 이벤트를 계속 체크하면서(S212), 이벤트가 발생한 경우 해당 이벤트 핸들러를 호출(S213)하여 처리하는 구조로 동작한다.
도 5a 및 도 5b는 외장 센서들의 연결 유무에 따른 인터럽트 서비스 루틴(Interrupt service routine)을 보여 주는 순서도이다.
외장 심전도 전극을 삽입하는 경우 외장 심전도 전극 검출을 위한 GPIO(General Purpose Input Output) 포트가 레벨 'H'에서 'L'로 변하면, 센서 제어부(200)는 이를 검출하여 인터럽트(Interrupt)를 발생한다. 이 경우, 도 5a의 인터럽트 핸들러가 호출되어 수행된다. 이 인터럽트 핸들러에서는 외장 심전도 전극의 삽입 상태를 확인하는데 삽입 상태이므로 현재의 내장 ECG를 비활성화하고 외장 ECG를 활성화 한다. 또한 삽입된 외장 심전도 전극의 고유 식별 코드(ID)를 읽어 심전도 RA, LA, LL의 3채널의 심전도 채널을 할당한다. 삽입되어있던 외장 ECG를 제거한 경우에도 외장 ECG 센서 검출을 위한 GPIO(General Purpose Input Output) 포트가 레벨 'L'에서 'H'로 변하면서 인터럽트(Interrupt)를 발생하여 도 5a의 인터럽트 핸들러가 동일하게 수행되며 외장 심전도 전극의 제거된 상태이므로 현재의 외장 ECG를 비활성화하고 내장 ECG를 활성화 한다. 이 경우에는 RA, LA의 2채널에 대한 심전도 채널을 할당한다.
충전기와 외장 센서들 각각의 인터페이스 핀들 중에는 삽입된 외장 기기의 구분을 위한 식별 코드(ID)가 제공된다. 식별 코드(ID)는 외장 센서들 각각을 구분하는 값으로 외장 센서를 구분하기 위해 각각에 미리 설정된다. 충전기가 외장 PPG 포트에 연결되면, 충전기의 식별 코드(ID)가 외장 PPG 포트의 핀들을 통해 읽혀진다. 센서 제어부(200)는 외장 PPG 포트의 핀들의 전압 변화를 감지하여 인터럽트(Interrupt)를 발생하고, 중앙 제어부는 외장 PPG 포트의 핀들을 통해 수신된 ID를 미리 설정된 ID와 비교하여 충전기 연결 여부와, 연결된 외장 센서 종류를 판단할 수 있다.
외장 PPG 포트에 충전기나 외장 PPG 센서(212)가 삽입되는 경우 외장 PPG 센서(212) 검출을 위한 GPIO(General Purpose Input Output) 포트가 레벨 'H'에서 'L'로 변하여 센서 제어부(200)로부터 인터럽트(Interrupt)가 발생된다.
이 경우 도 5b의 인터럽트 핸들러가 호출되어 수행된다. 이 인터럽트 핸들러에서는 외장 PPG 센서(212)의 삽입 상태를 확인하면 삽입 상태이므로 다시 고유 식별 코드(ID)를 읽어 'H'인 경우 충전중 표시를 수행하고 핸들러를 종료한다. 하지만 고유 식별 코드(ID)가 'L'인 경우에는 외장 PPG가 삽입된 상태이므로 현재의 내장 PPG 센서(204)를 비활성화하고 외장 PPG 센서(212)를 활성화 한다. 삽입되어 있던 외장 PPG 센서(212) 또는 충전기를 제거한 경우 외장 PPG 센서(212) 검출을 위한 GPIO(General Purpose Input Output) 포트가 레벨 'L'에서 'H'로 변하면서 인터럽트(Interrupt)를 발생하여 도 5b의 인터럽트 핸들러가 수행되며 외장 PPG 센서(212)나 충전기가 제거된 상태이므로 현재 외장 PPG 센서(212)가 활성화 되어있으면 비활성화하고 내장 PPG 센서(204)를 활성화 하고 충전중 표시를 Off한다.
외장 심전도 전극의 경우, 리드 신호가 달라지므로 외장 전극의 탈부착을 알려주는 신호 외에도 고유한 식별코드(ID)를 가지고 있어 이러한 식별 코드(ID)를 통해 각각의 채널이 사지유도(Lead I~III, aVr, aVl, aVf)나 흉뷰 유도(v1~v6) 중 어느 리드로부터의 신호인지를 알 수 있도록 해준다. 아래의 표 1은 외장 심전도 전극에 대한 식별 코드(ID)에 대한 예시이다. 식별 코드(ID)는 표 1에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
ID 채널수 ECG 채널
'000' 1 채널(Lead I) CH1 Lead I - N 전극
CH2 Lead I - P 전극
'101' 3 채널(Lead I~ Lead III) CH1 Lead I - N 전극
CH2 Lead I - P 전극
CH3 LL(Left Leg)
'110' 5채널(Lead I~ Lead III, v1, v6) CH1 RA(Right Ankle)
CH2 LA(Left Ankle)
CH3 LL(Left Leg)
CH4 V1
CH5 V6
도 6은 원격 모니터링 시스템(2000)의 구성을 상세히 보여 주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 원격 모니터링 시스템(2000)은 생체 모니터링 서버(2100), 심장 질환 분석서버(2200), 그리고 예후예측 분석 서버(2300)으로 구성 된다.
생체 모니터링 서버(2100)는 게이트웨이를 통해 전달 받은 생체 데이터의 추이 변화를 실시간 렌더링하고 심장 질환 분석서버(2200)를 통해 전달 받은 심장 질환 분석 결과와 병원 정보 시스템과 연동하고 생체 데이터 분석을 통해 분석한 예후예측 분석 결과를 예후예측 분석 서버(2300)로부터 수신하여 알람을 생성하거나 전달하는 기능을 수행한다.
생체 모니터링 서버(2100)는 의료진이 등록 환자의 생체 정보 변화 추이를 모니터링 할 수 있도록 표시해주는 기능은 물론, 모니터링이 필요한 환자를 등록하거나 해당 환자에 대한 기기를 등록하는 기능을 수행하며 로그인 관리나 각종 설정 값을 다중 생체 신호 측정 장치(1000)에 전달하거나 수신하는 기능을 수행한다. 생체 모니터링 서버(2100)은 모니터링/알림 시스템과, 관리자 시스템을 포함할 수 있다. 모니터링/알림 시스템은 데이터 수집, 사용자 위치 추적, 메시지 푸시 서비스, 측정 주시 설정, 예후예측 서버 연동, 심장질환 서버 연동을 담당할 수 있다. 관리자 시스템은 환자 등록, 기기 등록, 권한 관리, 로그인, 설정 관리, DB 관리를 담당할 수 있다.
심장 질환 분석 서버(2200)는 다중 생체 신호 측정 장치(1000)로부터 게이트웨이(4000)을 통해 수신된 심전도 신호를 생체 모니터링 서버(2100)를 통해 수신 받아 리드 I(Lead I) 파형 분석 알고리즘을 구동하여 심전도 데이터 파형을 분석하고, 인공지능 심전도 이미지 분석의 이중화 알고리즘을 구동하여 분석한 심장 질환 분석 기능을 수행한다. 다중 생체 신호 측정 장치(1000)가 외장 심전도 전극(211)을 삽입한 상태에서는 외장 심전도 전극의 해당 채널에 맞게 다채널 심장 질환 분석 기능을 수행한다.
예후 예측 분석 서버(2300)는 병원 정보 시스템(3000)과 연동하여 환자의 병력이나 처치 이력을 조회하고 심장 질환 분석 서버(2200)에서의 심장 질환 정보와 생체 모니터링 서버(20001)로부터의 실시간 생체 정보를 토대로 질환에 대한 예후 예측 분석 기능과 위험도 예측 기능을 수행한다.
심장 질환 분석 서버(2200)와 예후예측 분석 서버(2300)는 원격 모니터링 시스템(2000)에서 분리하여 별도로 클라우드 상에서 존재할 수 있다.
도 7은 내장 또는 외장 심전도 데이터를 인공지능 기반 진단 알고리즘을 보여 주는 도면이다. 심장 질환 분석 서버(2200)는 인공지능 기반 진단 알고리즘을 구동하여 심장 질환을 예측할 수 있다. 심장 질환 분석 서버(2200)는 원격 모니터링 시스템(2000)에 포함되거나 분리될 수 있다.
도 8은 다중 생체 신호와 심장 질환 분석 결과, 그리고 진료 이력을 학습하여 질환에 대한 예후 예측 결과를 알려주는 예후예측 서버에 대한 구성을 보여 주는 블록도이다. 예후예측 서버는 원격 모니터링 시스템(2000)에 포함되거나 분리하여 설치될 수 있다.
일반 환자용 기기를 이용한 다중 생체 신호 측정 방법
일반 환자용 기기의 경우, 환자가 다중 생체 신호 측정장치(1000)를 손목에 착용하면 생체 모니터링 서버(2100)에서 제공해준 측정 주기에 따라 자동적으로 무 자각 상태에서 비침습 방식으로 다중 생체 신호들이 측정될 수 있다. 호흡수, 단일 채널(또는 Lead I) 심전도 및 체온은 웨어러블 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치(1000)에서 측정 주기에 따른 알림음이 출력되거나, 알림 메시지가 수신되면 사용자(환자)가 직접 측정한다.
무자각 측정시 환자의 자세를 안정적으로 유지하여 검사 정확도를 높이기 위해 미리 설정된 측정 시간을 알림음과 함께 다중 생체 신호 측정장치(1000)의 디스플레이에 알림 메시지를 표시하고 소정 시간 이상 환자의 자세가 안정된 상태를 유지하면 자동적으로 무 자각 측정이 실시된다. 환자의 자세는 가속도 센서(206)와 자이로 센서(207)에 의해 실시간 감지될 수 있다.
다중 생체 신호 측정장치(1000)에 체온 측정을 요청하는 알림 메시지가 수신된 후에 외장 체온계 예를 들면, 이마의 온도를 측정하는 비접촉식 체온계를 환자의 이마에 갖다 대면 IR 센서를 이용하여 측정되어 자동으로 서버에 기록된다. 심전도 또는 호흡수 측정 알림 메시지가 수신된 후에 30초간 다중 생체 신호 측정장치(1000)가 착용된 손의 반대쪽 손의 손가락을 제2 심전도 전극(203)에 대고 있으면 단일 채널 심전도와 호흡수가 측정되어 서버에 자동 기록된다.
가속도 센서(206)와 자이로 센서(207)를 활용하여 환자의 운동량, 수면에 대한 정보를 실시간 체크하여 1일 활동량 통계 및 수면 정보를 환자의 모바일 단말기에 미리 설치된 전용 어플리케이션(application, APP)을 통해 다중 생체 신호의 측정 결과와 함께 활동량 통계 및 수면 정보가 환자 및 의료진의 모바일 단말기와 병원의 모니터 시스템에 실시간 제공된다.
준 중증 또는 중증 환자용 기기를 이용한 다중 생체 신호 측정 방법
준 중증 또는 중증 환자용 기기의 경우, 일반 환자용 기기와 함께 환자 중증도에 따라 외장 심전도 전극들이 연결된 3 리드 심전도 패치 및/또는 외장 PPG 센서가 제공 될 수 있다.
중 증증 또는 중증 환자용 기기에서 일반 환자용 기기와 같은 방법으로 미리 설정된 주기에 기본 다중 생체 신호가 측정된다. 추가로, 다중 생체 신호 측정장치(1000)에 생체 신호 측정 설정 시간에 따라 심전도 측정 알림 메시지가 수신되면, 외장 심전도 전극들에 연결된 심전도 패치를 흉부에 부착하면 3 리드 심전도 측정 데이터가 자동으로 서버에 기록된다. 또한 외장 심전도 전극다중 생체 신호 측정장치 (1000)에 산소 포화도 측정 메시지가 수신되면, 외장 PPG 센서를 손가락에 부착하면 외장 PPG 센서에 의해 측정된 산소 포화도 측정 데이터가 자동으로 서버에 기록된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 중앙 제어부 101: 사용자 인터페이스부
200 : 센서 제어부 201: ECG/PPG 아날로그 프런트엔드
202 : 왼손 전극(LA) 203: 오른손 전극(RA)
204 : PPG 센서 205: 호흡수 센서
206: 가속도 센서 207: 자이로 센서
208: 기압 센서 209: 체온 센서
210: 기온 센서 211: 외장 심전도 전극
212: 외장 PPG 센서 213: 외장 혈압 센서
301: 위치 측위 수신부 302~304: 무선 통신부
1000: 다중 생체 신호 측정장치 2000: 원격 모니터링 시스템
2100: 생체 모니터링 서버 2200: 심장질환 분석 서버
2300: 예후예측 분석 서버 3000: 병원 정보 시스템
4000: 게이트웨이

Claims (6)

  1. 하나 이상의 외부 포트를 갖는 본체;
    상기 본체에 연결되어 사용자의 손목에 감겨지는 손목 밴드; 및
    상기 외부 포트에 착탈 가능하게 연결되는 하나 이상의 외장 센서를 포함하고,
    상기 본체는
    생체 신호를 측정하는 하나 이상의 내장 센서;
    상기 내장 센서 또는 상기 외장 센서로부터 얻어진 다중 생체 신호를 외부로 전송하는 무선 통신부;
    상기 다중 생체 신호 측정을 지시하는 알림 메시지를 표시하고 사용자 데이터를 입력 받는 사용자 인터페이스부;
    상기 내장 센서의 출력 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하고, 상기 외장 센서와 상기 외부 포트의 연결 유무를 감지하여 상기 외장 센서가 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 외부 포트와 동일한 생체 신호를 측정하는 내장 센서를 비활성화하는 센서 제어부; 및
    상기 센서 제어부로부터의 다중 생체 신호 데이터를 상기 무선 통신부에 공급하고, 상기 무선 통신부로부터 수신된 알림 메시지를 상기 사용자 인터페이스부의 디스플레이로 전송하는 중앙 제어부를 포함하고,
    상기 무선 통신부를 통해 원격 모니터링 시스템으로부터 센서 종류, 측정 주기 및 격리지 범위를 설정하는 프로파일 메시지를 수신하는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내장 센서들은,
    내장 심전도 센서, 내장 PPG 센서; 호흡수 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 내장 체온 센서, 및 온도 센서를 포함하고,
    상기 외장 센서는,
    외장 심전도 전극들이 연결된 외장 심전도 패치, 외장 PPG 센서, 외장 혈압계, 외장 체온 센서 중 하나 이상을 포함하는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 본체는,
    사용자의 손목에 상기 손목 밴드가 감겨지면, 상기 사용자의 손목에 대향하며 상기 내장 심전도 센서의 제1 전극이 노출되는 후면; 및
    상기 내장 체온 센서, 상기 내장 심전도 센서의 제2 전극, 및 상기 사용자 인터페이스부의 디스플레이가 노출되는 전면을 포함하고,
    심전도 측정시 상기 내장 심전도 센서의 제1 전극은 상기 사용자의 일측 손목에 접촉되고, 상기 내장 심전도 센서의 제2 전극은 상기 손목 밴드가 감겨지지 않은 다른 손의 손가락과 접촉되는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 외장 심전도 전극들이 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 내장 심전도 전극들과 연결된 내장 심전도 측정부를 비활성화하고, 상기 외장 심전도 전극들이 연결된 외장 심전도 측정부를 활성화하며,
    상기 외장 PPG 센서가 상기 외부 포트에 연결될 때 상기 내장 PPG 센서에 연결된 PPG 측정부를 비활성화하고, 상기 외장 PPG 센서가 연결된 외장 PPG 측정부를 활성화하는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 시간 알림음이 출력되고 상기 디스플레이에 알림 메시지를 표시하여 미리 설정된 시간 후에 사용자의 생체 신호 측정이 실시되는 웨어러블 다중 생체 신호 측정장치.
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