KR20010073623A - Apparatus for measuring accelerated plethymogram - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 가속도 맥파 측정장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 손가락 내지 발가락 또는 손목으로부터 혈액량의 변화, 즉 말초순환혈액량을 모니터링하는 맥파센서에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring an acceleration pulse wave, and more particularly, to a pulse wave sensor for monitoring a change in blood volume, ie, a peripheral circulation blood volume, from a finger to a toe or a wrist.
맥파는 손가락끝과 같은 말초부 그리고 손목의 동맥부의 헤모글로빈량의 변화를 이중흡광전형 센서로 모니터링하는 것이 일반적이다. 이러한 맥파를 다른 말로는 지첨용적맥파라고 부른다. 가속도맥파는 이러한 용적맥파를 이차 미분함으로써 얻어지는데, 가속도맥파의 패턴을 분석함으로써 심장 혈관계의 이상을 진단할 수 있는 것으로 알려져 있다.In general, pulse wave monitors changes in hemoglobin levels in peripheral parts such as the fingertips and in arteries of the wrist using a dual absorption photoelectric sensor. This pulse wave is called in other words the suppository volume pulse wave. Acceleration pulse wave is obtained by the second derivative of the volumetric pulse wave, and it is known that the abnormality of the cardiovascular system can be diagnosed by analyzing the pattern of the acceleration pulse wave.
가속도맥파의 유용성은 그 근거가 되는 맥파의 계측이 용이하고, 심혈관계의 정보를 풍부하게 내포하고 있으며, 일반적으로 한 주기의 가속도맥파형은 초기양성파, 음성파, 재상승파, 재하강파 등 네부분으로 구성되어 진다. 가속도맥파의 네부분의 비를 분석함으로써 동맥경화와 잠재성 심부전을 예측할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한 가속도 맥파는 용적맥파와는 달리 고해상도외 피크치를 가지고 있기 때문에 정확한 심박의 추정이 가능하다. 종래에 연속적인 정확한 심박을 측정하기 위하여 심전도의 피크치를 구하는 방식이 있기는 하지만, 간단한 것은 아니다. 종래 손가락 끝에 벨트를 조여서 매는 타입이 있었으나, 말초혈관장애자의 경우에는 장시간 모니터링하는 것에 의해 혈관장애를 일으키게 된다. 또한, 이러한 장애는결국 맥파의 크기를 감쇄시켜, 생리학적인 변화가 없음에도 불구하고 파형의 왜곡화가 일어나 연속적인 가속도 맥파를 측정하는 것을 불가능하게 한다.The usefulness of the acceleration pulse wave is easy to measure the pulse wave on which it is based, and it contains abundant cardiovascular information.In general, the acceleration pulse wave of one cycle includes the initial positive wave, the acoustic wave, the re-elevation wave, and the descending wave. It consists of parts. By analyzing the ratio of the four parts of the acceleration pulse wave, it is known to predict atherosclerosis and potential heart failure. In addition, unlike the volumetric pulse wave, the acceleration pulse wave has a peak value other than high resolution, so accurate heart rate can be estimated. Conventionally, although there is a method of obtaining peak values of an electrocardiogram in order to measure a continuous accurate heart rate, it is not simple. Conventionally, there has been a type of fastening the belt to the fingertips, but in the case of peripheral vascular disorders, long-term monitoring causes vascular disorders. In addition, these disorders eventually attenuate the magnitude of the pulse wave, making the waveform distorted despite the absence of physiological changes, making it impossible to measure the continuous acceleration pulse wave.
종래에는 용적맥파를 구하여 일차미분하면 속도맥파가 얻어진다. 이러한 속도맥파를 또다시 한번 미분하면 가속도 맥파가 얻어진다. 흡광센서나 초음파센서를 사용하여 측정장치를 구성할 경우, 고령자와 같이 손이 심하게 떨리거나 말초신경장해를 일으키는 동적인 상태에서는 파형의 심한 왜형화가 일어나 정확한 가속도 맥파를 얻기 위해서는 별도의 복잡한 필터회로나 소프트웨어를 필요로 한다. 그리고 압전형 맥파계를 사용하는 것을 이상적으로 생각되지만, 동맥압의 반사압을 얻기 위해서 장시간 가압을 할 때에 혈류장애 내지는 말초혈관수축장애가 일어난다. 또한 연속적이고 장시간에 걸쳐서 얻어진 가속도 맥파는 심박변동, 동맥압변화와 생체리듬과 자율신경활동의 변화를 측정하는 기초신호가 되기에 이러한 말초혈관수축장애가 일어나게 하는 장치는 바람직하지 않다.Conventionally, velocity pulse waves are obtained by firstly calculating the volume pulse waves. Differentiating this velocity pulse wave once again yields an acceleration pulse wave. When using a light absorbing sensor or an ultrasonic sensor to configure the measuring device, in the dynamic state of severe shaking of the hand such as elderly people or peripheral neuropathy, severe distortion of the waveform occurs and a separate complicated filter circuit or Requires software Although it is ideal to use a piezoelectric pulse wave meter, blood flow disorders or peripheral vascular contraction disorders occur when a long pressurization is performed to obtain a reflex pressure of arterial pressure. In addition, since the continuous and prolonged acceleration pulse wave is a basic signal for measuring heart rate variability, arterial pressure change, and changes in biorhythm and autonomic nerve activity, a device for causing such peripheral vasoconstriction disorders is undesirable.
따라서, 심박변동과 심장자율신경활동을 정확히 측정하는 것은 심장질환에 대한 진단과 예측, 그리고 예방 등에 매우 중요하며, 이러한 심장활동에 대한 간단한 측정방법과 장치가 필요하며, 본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 손가락과 발가락 끝, 또는 손목에 있는 말초혈관표면에 나타나는 심장맥동의 활동에 의한 압력신호를 전기적인 신호로 바꾸어 가속도 맥파를 간단하게 구할수 있는 가속도 맥파 측정장치를 제공하는 것이다.Therefore, accurate measurement of heart rate variability and autonomic nerve activity is very important for diagnosis, prediction, and prevention of heart disease, and a simple measuring method and device for such heart activity are needed. In view of the above, the object of the present invention is to obtain an acceleration pulse wave measuring device that can easily obtain the acceleration pulse wave by converting the pressure signal caused by the activity of the heart pulsation on the finger and toe tip or the peripheral blood vessel surface on the wrist into an electrical signal. To provide.
즉, 본 발명의 목적은, 말초혈관 부위의 동맥 반사압을 전기적인 신호로 바꾸어 가속도 맥파를 추출하는 장치를 개발하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to develop an apparatus for extracting an acceleration pulse wave by changing an arterial reflex pressure of a peripheral blood vessel region into an electrical signal.
도 1은 본 발명에 관한 가속도맥파측정장치를 블록선도로 표시한 것이다.1 is a block diagram showing an acceleration pulse wave measuring apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 관한 가속도맥파를 얻을 수 있는 압전형 압센서부를 나타낸 것으로, 도 2a는 기준압동판 및 동압감지세라믹과 함께 동압 출력부와 기준압 출력부를 도시하는 평면도이고, 도 2b는 손가락 내지 발가락용 가속도 맥파 측정장치의 구성을 도시한 단면도이며, 도 2c는 손목용 가속도 맥파 측정장치의 구성을 도시한 단면도이다.Figure 2 shows a piezoelectric piezoelectric sensor for obtaining the acceleration pulse wave according to the present invention, Figure 2a is a plan view showing a dynamic pressure output unit and a reference pressure output unit together with the reference pressure plate and the dynamic pressure sensing ceramics, Figure 2b is a finger It is sectional drawing which shows the structure of the acceleration pulse wave measuring apparatus for a toe, FIG. 2C is sectional drawing which shows the structure of the acceleration pulse wave measuring apparatus for wrists.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 관한 가속도 맥파와 종래의 용적맥파의 한예를 비교한 파형도이다.3A and 3B are waveform diagrams comparing an example of an acceleration pulse wave and a conventional volume pulse wave according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1,1a: 압반사용 실리콘고무 2: 동압감지세라믹1,1a: Silicone rubber for platen 2: Dynamic pressure sensing ceramic
3: 기준압동판 4,4a: 센서수용부3: reference pressure plate 4,4a: sensor housing
5: 가압 스프링 6: 가압용 실리콘고무5: pressure spring 6: silicone rubber for pressure
7: 가압부 8: 센서장착 손목벨트7: Pressure unit 8: Wrist belt with sensor
9: 동압 출력부 10: 기준압 출력부9: dynamic pressure output 10: reference pressure output
S: 압센서부 A: 증폭부S: Pressure sensor part A: Amplification part
F: 필터부F: filter part
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 맥파 측정장치는, 손가락과 발가락 끝의 말초혈류량의 변화와 맥동변화의 정보를 얻을 수 있는 것으로서 압반사용 실리콘 고무, 압전형 동압감지 세라믹, 동압 출력부 및 기준압 출력부를 포함하여 구성되며, 동적인 상태에서는 증폭부 및 필터부를 포함하여 구성됨으로써 심장혈관으로부터 전달되는 기계적인 압력을 전기적인 신호로 바꾸어 가속도맥파를 측정하는 것을 특징으로 한다.Acceleration pulse wave measuring apparatus according to an embodiment of the present invention to obtain the information of the change of the peripheral blood flow and pulsation of the finger and toe end to achieve the above object as a silicon rubber, piezoelectric type dynamic pressure sensing ceramic, It is configured to include a dynamic pressure output unit and a reference pressure output unit, in the dynamic state is configured to include an amplification unit and a filter unit is characterized in that the acceleration pulse wave is measured by converting the mechanical pressure transmitted from the cardiovascular to an electrical signal.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 맥파 측정장치는, 손목의 동맥혈관을 통한 심박정보와 심장 자율신경의 활동변화에 관한 정보를 얻을 수 있는 것으로서 압반사용 고무, 압전형 압센서부, 센서장착손목벨트, 동압 출력부 및 기준압 출력부를 포함하여 구성되며, 증폭부 및 필터부를 포함하여 구성됨으로써 동적인 상태에서도 정확한 가속도맥파를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the acceleration pulse wave measuring apparatus according to another embodiment of the present invention, the heart rate information through the arterial vessels of the wrist and the information about the change in the activity of the cardiac autonomic nerve as a platen rubber, piezoelectric pressure sensor, sensor It is configured to include a mounting wrist belt, dynamic pressure output unit and the reference pressure output unit, it is characterized by being configured to include an amplification unit and a filter unit can measure the accurate acceleration pulse wave even in a dynamic state.
종래, 용적맥파를 구하기 위하여 이중흡광센서를 사용하였으며, 이러한 이중흡광센서를 통해서 변환된 전기적 신호는 매우 작기 때문에 증폭회로를 사용하여 증폭시키고, 베이스라인의 흔들림 등을 처리하기 위한 필터링회로와 미분회로를 통하여 최종적으로 가속도맥파가 얻어지게 되는 것이기 때문에 이중흡광센서, 증폭회로, 미분회로를 통하여 가속도맥파가 얻어진다는 것이지만, 이중흡광센서는 측정부위가 고정된 경우에만 측정이 가능하고, 측정부위가 흔들리거나, 이동할 경우에는 동일한 피검자인데도 불구하고 재현성이 낮다는 문제가 있고, 또한, 측정과 기록은용이하지만 최종적인 가속도맥파를 얻기까지 많은 회로를 구성한다는 복잡성과 왜형화에 대한 우려가 많다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 베이스라인의 흔들림이 없고 주파수대역이 고정되어 있어서 필터링회로가 필요없으며, 출력이 높기때문에 별도의 증폭회로를 필요로 하지 않고 손가락과 발가락 끝에서 측정이 가능한 고감도 압전형 압센서부로 구성한 것이다. 또한, 본 발명은 동적인 상태에서도 간단한 중폭회로와 필터회로를 부가함으로써 가속도맥파를 쉽게 얻어지도록 구성한 것이다.Conventionally, a dual absorption sensor is used to obtain a volume pulse wave, and since the electrical signal converted through the dual absorption sensor is very small, it is amplified using an amplification circuit and a filtering circuit and a differential circuit for processing baseline shaking and the like. The acceleration pulse wave is finally obtained through the dual absorbance sensor, the amplification circuit, and the differential circuit. Therefore, the acceleration pulse wave is obtained through the double absorption sensor, the amplification circuit, and the differential circuit. In case of moving or moving, there is a problem of low reproducibility in spite of the same subject, and there is also a lot of concern about complexity and distortion that constitutes many circuits until measurement and recording is easy but the final acceleration pulse wave is obtained. However, in the present invention, in order to solve this problem, there is no baseline fluctuation and the frequency band is fixed so that no filtering circuit is required. It is composed of a high sensitivity piezoelectric piezoelectric sensor. In addition, the present invention is configured so that the acceleration pulse wave can be easily obtained by adding a simple medium width circuit and a filter circuit even in a dynamic state.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 구성의 일예는, 도 1의 불록선도와 같이 심혈관에서 일어나는 동맥압의 미세한 반사압을 감지하는 압전형 압센서부(S)를 포함하여 구성되며, 이러한 압센서부(S)를 통해서 말초 혈관계의 반사압력을 전기적인 신호로 변환되게 된다. 이러한 전기적인 신호는 미세하여 안정상태에서는 계측가능하지만 신체의 흔들림이나 전기적인 잡음이 가해질 때 원래의 신호가 심한 감쇄현상을 겪을 경우를 위해서는 증폭부(A)를 포함하여 구성함으로써 신호를 증폭하며, 또한 밴드패스필터회로와 같은 필터부(F)를 포함하여 구성으로써 필요한 주파수대역(30∼500㎐)의 신호만을 추출한다. 이중에서 압전형 압센서부(S)의 상세한 구성과 구조가 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된다. 도 2b에는 손가락 내지 발가락용 가속도 맥파 측정장치의 구성이 도시되고, 도 2c에는 손목의 동맥표면에 장착하는 벨트형 맥파측정장치의 구성이 도시된다.An example of the configuration of the present invention, as shown in the block diagram of Fig. 1 comprises a piezoelectric pressure sensor unit (S) for detecting a fine reflection pressure of the arterial pressure occurring in the cardiovascular system, through the pressure sensor unit (S) peripheral The reflex pressure of the vascular system is converted into an electrical signal. The electrical signal is fine and can be measured in a stable state, but when the original signal is severely attenuated when a body shake or electrical noise is applied, the amplification part A is included to amplify the signal. In addition, by including the filter unit F such as a band pass filter circuit, only signals of a required frequency band (30 to 500 kHz) are extracted. In detail, the detailed configuration and structure of the piezoelectric piezoelectric sensor S is shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C. FIG. 2B shows a configuration of an acceleration pulse wave measuring device for fingers to toes, and FIG. 2C shows a configuration of a belt type pulse wave measuring device mounted on the arterial surface of the wrist.
구체적으로는 도 2b에서 본 발명에 따른 손가락 내지 발가락용 압센서부(S)는, 맥동의 반사압을 전달하는 압반사용 실리콘 고무(1), 그 압반사용 실리콘고무(1)를 개재하여 심장혈을 통해 수축전달되는 맥동을 감지하기 위한 동압감지세라믹(2)과 기준압판(3), 그 동압감지세라믹(2)과 기준압판(3)을 수용하는 센서수용부(4), 동맥의 반사압을 구할 수 있도록 가압하기 위한 가압스프링(5), 가압용 실리콘고무(6) 및 가압고무 고정부(7)를 포함하여 구성된다. 그 동압감지세라믹(2)과 기준압판(3)에는 도 2a에 도시된 바와 같이 그 감지,변환된 전기적 신호를 출력하기 위한 동압 출력부(9)와 기준압 출력부(10)가 설치된다.Specifically, the finger to toe pressure sensor unit S according to the present invention in FIG. Dynamic pressure sensing ceramic (2) and reference pressure plate (3), the sensor accommodating portion (4) to receive the dynamic pressure detection ceramic (2) and reference pressure plate (3) for detecting the pulsation transmitted through the It comprises a pressurizing spring (5), a pressurized silicone rubber (6) and a pressurized rubber fixing part (7) to pressurize to obtain. The dynamic pressure sensing ceramic 2 and the reference pressure plate 3 are provided with a dynamic pressure output unit 9 and a reference pressure output unit 10 for outputting the sensed and converted electrical signals as shown in FIG. 2A.
또한, 도 2c에서 손목용 가속도 맥파 측정장치의 압센서부(S)는, 도 2b에서와 유사하게 맥동의 반사압을 전달하는 압반사용 실리콘 고무(1a), 그 압반사용 실리콘고무(1a)를 개재하여 심장혈을 통해 수축전달되는 맥동을 감지하기 위한 동압감지세라믹(2)과 기준압판(3), 및 그 동압감지세라믹(2)과 기준압판(3)을 수용하는 센서수용부(4a)를 포함하며, 도 2b의 가압스프링(5), 가압용 실리콘고무(6) 및 가압고무 고정부(7) 대신에 그 센서수용부(4a)를 고정시키고 가압력을 가하는 손목벨트(8), 그리고 도 2a에 도시된 바와 같이 동압과 기준압을 전기적인 신호를 바꾸어 출력시키는 동압출력부(9)와 기준압출력부(10)를 포함하여 구성된다.Also, in FIG. 2C, the pressure sensor S of the accelerometer pulse wave measuring apparatus for wrists uses a platen-use silicon rubber 1a that transmits the pulsating reflection pressure and the platen-type silicon rubber 1a similarly to that of FIG. Dynamic pressure sensing ceramic (2) and reference pressure plate (3) for detecting pulsation transmitted through the cardiac blood through the sensor receiving portion (4a) for receiving the dynamic pressure detection ceramic (2) and reference pressure plate (3) 2B, a wrist belt 8 for fixing the sensor accommodating part 4a and applying a pressing force instead of the pressure spring 5, the pressure silicone rubber 6, and the pressure rubber fixing part 7 of FIG. As shown in FIG. 2A, the apparatus includes a dynamic pressure output unit 9 and a reference pressure output unit 10 for outputting the dynamic pressure and the reference pressure by changing electrical signals.
도 3a는 도 2의 압전센서에 의하여 심혈관계에서 전달된 반사압을 감지하여 추출된 가속도맥파의 한가지 일예이다. 이러한 가속도 맥파는 종래 광센서에 의하여 동시에 측정된 용적맥파(도 3b)를 이차미분한 가속도신호와 동일한 형태를 가지는 것이 확인되었다. 도 3a 및 도 3b에서 가속도맥파의 피크치 간격(PI)은 용적맥파의 피크치 간격(SI)과는 위상차는 있지만 명확히 일치하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 장치는 장착장소로서 손가락과 발가락 끝마디, 그리고 손목이 될 수 있다. 특히 손목에 설치한 압센서에서 얻은 가속도 맥파는 일상생활을 하는 가운데에서도 쉽게 측정될 수 있기때문에 이러한 맥파로부터 얻어지는 심박변동정보로부터 하루의 생체리듬과 자율신경활동의 변화를 계측할 수 있는 기초신호가 될 수 있다.3A is one example of the acceleration pulse wave extracted by sensing the reflected pressure transmitted from the cardiovascular system by the piezoelectric sensor of FIG. 2. This acceleration pulse wave has been confirmed to have the same shape as the acceleration signal obtained by differentially capturing the volume pulse wave (FIG. 3B) simultaneously measured by a conventional optical sensor. It can be seen from FIG. 3A and FIG. 3B that the peak value interval PI of the acceleration pulse wave is clearly in agreement with the phase difference SI of the volume pulse wave. The device of the present invention may be a finger, a toe tip, and a wrist as a mounting place. In particular, since the acceleration pulse wave obtained from the pressure sensor installed on the wrist can be easily measured even in daily life, the basic signal that can measure the change of biorhythm and autonomic nerve activity of the day from heart rate fluctuation information obtained from such pulse wave is provided. Can be.
상술한 바와 같이 본 발명은 가속도맥파를 쉽게 측정할 수 있는 압전형 가속도 맥파측정장치를 실현시킨 것이며, 본 발명의 압전형 가속도맥파는 단시간 뿐만아니라 장시간 모니터링에도 아무런 장애 내지 왜곡없이 사용될 수 있다.As described above, the present invention realizes a piezoelectric acceleration pulse wave measuring apparatus that can easily measure the acceleration pulse wave, and the piezoelectric acceleration pulse wave of the present invention can be used without any obstacles or distortions even for long time monitoring.
특히 안정자세의 가속도맥파는 별도의 증폭회로와 필터회로를 필요로 하지 않아 구성이 더욱 간단하며, 압전형 가속도맥파는 용적맥파와는 달리 피크치가 명확하기 때문에 연속심박추출에도 효과가 있고, 장시간 계측시에는 자율신경활동을 간단하게 계산하는 기초신호로도 사용될 수 있다는 등의 효과가 있다.In particular, the stable posture pulse wave does not require a separate amplification circuit and a filter circuit, so the configuration is simpler, and the piezoelectric acceleration pulse wave is effective in continuous heart rate extraction because the peak value is clear unlike the volume pulse wave. Poetry has the effect that it can be used as a basic signal to simply calculate autonomic activity.
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