KR20010078429A - Saturation Measuring System Using Pulse Oximetry - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산소포화도 측정 시스템에 관한 것으로, 특히, 특정한 파장의 광을 이용하여 혈액의 산소포화도를 측정하는 산소포화도 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an oxygen saturation measuring system, and more particularly, to an oxygen saturation measuring system for measuring oxygen saturation of blood using light of a specific wavelength.
일반적으로 펄스 옥시메트리(Pulse Oximetry)라고 불리우는 산소포화도 측정센서는 혈액속에 용전되어 있는 산소의 양을 상대적으로 보여주는 장치이다. 산소포화도 측정 센서는 주로 병원 등 의료기관에서 환자의 혈류 상태를 체크하는데 사용되는 의료기기로서 사용된다.Oxygen saturation sensors, commonly called pulse oxymetry, are devices that show the relative amount of oxygen dissolved in the blood. Oxygen saturation measurement sensor is mainly used as a medical device used to check the blood flow of patients in medical institutions such as hospitals.
종래의 사용되던 광을 이용한 산소포화도 측정센서는 일반적으로 두 개의 LED(ligth emitting diode), 즉, 660nm의 적색광(red) LED와 900nm의적외선(infrared) LED를 광원으로 사용하여 광을 조사하여 발생되는 광흡수도를 이용함으로써 혈액의 산소포화도를 측정하였다.Oxygen saturation measuring sensor using light used in the prior art is generally generated by irradiating light using two LED (ligth emitting diode), 660nm red LED and 900nm infrared LED as a light source The oxygen saturation of the blood was measured by using the light absorbance.
조사되는 광의 파장을 선택하는 것은 산소를 함유하는 헤모글로빈(HbO2)과 산소를 함유하지 않은 헤모글로빈(Hb)의 상대적인 광흡수계수에 근거하여 이루어진다. 이 두 파장에 대한 차이를 효과적으로 분석하는 데에는 널리 두 가지 방법이 사용되는데, 바로 MC 모델과 PD 모델이다.The selection of the wavelength of the irradiated light is made based on the relative light absorption coefficients of hemoglobin (HbO 2 ) containing oxygen and hemoglobin (Hb) containing no oxygen. Two methods are widely used to effectively analyze the difference between these two wavelengths: the MC model and the PD model.
MC(Monte Carlo) 모델은 신호의 세기를 나타내는 확률을 이용하는데,과을 벌크 조직(bulk tissue)의 흡수계수를 위한 심장수축(systolic)일 때와 심장이완(diastolic)일 때의 값을 의미한다고 가정하면, 조절비(modulation ratio) R은 하기 수학식 1에 의해 주어지며, PD(photon diffusion) 모델은 심장수축과 심장이완의 혈액양과 두 파장에서의 직류전압(dc)에 대한 교류 전압의 진폭(ac)의 비를 이용하여 조절비를 구하는 것이다. 상기 두 모델의 조절비는 수학식 1로 표시되며, 그 결과는 0.03 이내의 차이를 나타내어 거의 동일하다.Monte Carlo (MC) models use probabilities that represent the strength of a signal. and Assuming that the mean values for the systolic and diastolic for the absorption coefficient of the bulk tissue, the modulation ratio (R) is given by The PD (photon diffusion) model calculates the control ratio using the ratio of the blood volume of heart contraction and relaxation and the ratio of the amplitude (ac) of the AC voltage to the DC voltage (dc) at two wavelengths. The control ratios of the two models are represented by Equation 1, and the results are almost the same, indicating a difference within 0.03.
산소포화도 측정 센서는 헤모글로빈(Hb) 및 산소헤모글로빈(HbO2) 사이의 빛 흡수도의 차이가 큰 적색광과 상기 적색광과는 반대의 특성을 갖는 적외선광을 사용한다. 광원으로부터 발광된 빛은 동맥 헤모글로빈 뿐만 아니라 피부, 연질조직, 정맥과 모세혈관 등 많은 흡광인자에 따라 흡수비가 다르게 나타난다. 실제 혈중 산소포화도를 계산하는데 중요한 부분은 심장의 박동에 의해 나타나는 맥동성분(AC 성분)으로서 전체의 약 10%에 해당하는 부분을 차지하고 있다. 기저선(DC 성분)은 정맥혈, 모세혈관의 혈액, 비동맥성 동맥혈을 포함하는 조직층에 의해 나타나는 부분이다.The oxygen saturation measurement sensor uses red light having a large difference in light absorption between hemoglobin (Hb) and oxygen hemoglobin (HbO 2 ) and infrared light having characteristics opposite to the red light. The light emitted from the light source has different absorption ratios depending on not only arterial hemoglobin but also many light absorbing factors such as skin, soft tissue, veins and capillaries. An important part of calculating the actual oxygen saturation in the blood is the pulsation component (AC component) represented by the heartbeat, which accounts for about 10% of the total. The baseline (DC component) is the part represented by a layer of tissue that contains venous blood, capillary blood, and non-arterial arterial blood.
국내 특허출원 제88-13205호에는 산소포화도 측정 시스템이 개시되어 있다. 상기 특허출원은 동맥 혈액의 산소 함유량을 측정하기 위한 시스템으로서, 동맥 혈액을 보유하고 있는 조직을 조명하기 위한 두 개의 다른 파장을 갖는 조명수단, 상기 두 개의 다른 파장의 광과 일치하는 전기적 신호를 발생시키고 상기 조명 수단으로부터 광을 수신하기 위한 수단, 심장 수축에서 심장 이완까지 조명된 혈액의 전이에서 상기 신호의 피크를 측정하기 위한 수단, 심장 수축 동안 적분값을 생성하는 상기 신호파형을 적분시키기 위한 수단, 상기 적분값과 신호피크를 결합시키는 수단 및 산소포화도의 표시하기 위한 반응수단으로 구성되어 있다.Korean Patent Application No. 88-13205 discloses an oxygen saturation measuring system. The patent application is a system for measuring the oxygen content of arterial blood, lighting means having two different wavelengths for illuminating a tissue containing arterial blood, and generating an electrical signal coincident with the light of the two different wavelengths. Means for receiving and receiving light from the illumination means, means for measuring the peak of the signal in the transition of illuminated blood from cardiac contraction to cardiac relaxation, and means for integrating the signal waveform producing an integral value during cardiac contraction. And means for combining the integral value with the signal peak and reaction means for displaying the oxygen saturation degree.
그러나, 상기 특허와 같이, 두 개의 다른 파장을 사용하는 산소포화도 측정시스템은 70%이하의 산소포화도의 측정에 있어서는 비선형 특성으로 인하여 에러가 증가하는 치명적인 단점이 있다. 즉, 70% 미만의 산소포화도 측정에 있어서는 비선형(non-linear) 특성으로 인하여 오차가 증가한다.However, as described in the above patent, the oxygen saturation measuring system using two different wavelengths has a fatal disadvantage in that an error increases due to the nonlinear characteristic when measuring the oxygen saturation of 70% or less. In other words, in the measurement of oxygen saturation of less than 70%, the error increases due to the non-linear characteristic.
이에 대한 연구로서, 1997. 3.에 발행된 "생의학 기술용 IEEE 처리(IEEE Transaction on Biomedical Engineering, vol. 44, No. 3.)"에 "낮은 포화도 펄스옥시메트리의 파장선택(Wavelength Selection for Low-Saturation Pulse Oximetry)"이라는 논문으로 발표되었다.As a study, "Wavelength Selection for Low Saturation Pulse Oxymetry" is published in IEEE Transaction on Biomedical Engineering, vol. 44, No. 3. "Saturation Pulse Oximetry".
상기 논문에는 두 개의 다른 파장을 사용하는 산소포화도 센서는 높은 산소포화도에서는 정확하게 측정되나 낮은 산소포화도(70% 이하)에서는 부정확하게 측정되는 것이 기재되어 있다. 상기 논문은 통상적으로 사용되는 660nm 및 890nm의 빛은 높은 산소포화도에서는 적당하나, 낮은 산소포화도에서는 735nm 및 890nm의 빛이 정확하다는 것을 보여준다.The paper states that oxygen saturation sensors using two different wavelengths are measured accurately at high oxygen saturation, but incorrectly at low oxygen saturation (up to 70%). The paper shows that the commonly used light at 660 nm and 890 nm is suitable for high oxygen saturation, but at low oxygen saturation, the light at 735 nm and 890 nm is accurate.
위 논문은 735nm의 적색광 LED를 사용했을 때, 70%이상의 산소포화도에 대한 비선형성과 측정에 대한 민감성 감소에 관한 문제를 안고 있는데, 본 발명은 이 모든 문제를 해결하기 위하여 포화도 영역 대에 따른 가장 적절한 LED를 고속스위칭 기법으로 병행 사용하는 방법과 각 LED를 사용하는 데에 있어도 측정범위(calibration) 함수를 피드백 제어(feedback control)하는 방법을 적용하였다. The above paper presents the problem of nonlinearity for oxygen saturation of more than 70% and reduction of sensitivity to measurement when using 735nm red light LED. The method of using LEDs in parallel with high-speed switching technique and the method of feedback control of the calibration function in each LED are applied.
본 발명은 이와 같이 하나의 적색광과 적외선광을 이용한 산소포화도 센서가 갖는 비선형 특성을 갖는 단점을 해결하기 위하여, 2개 이상의 적색광과 하나의 적외선광을 사용하여 산소포화도를 정확히 측정할 수 있는 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention to solve the drawback of the non-linear characteristics of the oxygen saturation sensor using one red light and infrared light, a system capable of accurately measuring the oxygen saturation using two or more red light and one infrared light. The purpose is to provide.
본 발명은 3개의 LED를 사용하여 산소포화도를 측정하는 새로운 방법을 제안한다. 종래에 적혈구용적율(hematocrit)의 영향을 줄이려는 시도로서 두 개의 적외선 LED와 1개의 적색광 LED를 사용한 경우가 있었으나, 본 발명에서는 각각 다른 범위의 산소포화도값에서 선형특성을 갖는 2개의 적색광과 하나의 적외선광을 이용하여, 산소포화도가 이들 산소포화도의 경계에서 변할 때마다 동기되어 스위칭을 시키는 방법으로 산소포화도를 측정한다. 이렇게 해서 측정된 산소포화도는 모든 영역에 있어 신뢰성 있는 값을 보여준다.The present invention proposes a new method for measuring oxygen saturation using three LEDs. In the past, two infrared LEDs and one red light LED were used as an attempt to reduce the effect of hematocrit, but in the present invention, two red light and one red light having linear characteristics at different oxygen saturation values are used. Using infrared light, the oxygen saturation is measured by switching in synchronization with each time the oxygen saturation is changed at the boundary between these oxygen saturations. The oxygen saturation measured in this way shows reliable values in all regions.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템은 서로 다른 파장을 갖는 적어도 2개 이상의 적색광 및 적외선광을 포함하되, 상기 적색광 중 하나의 적색광 및 적외선광을 조사하는 광 조사수단; 상기 광 조사수단으로부터 조사된 광이 혈액이 흐르는 인체 부분을 투과 또는 반사하는 광을 수신하여 전기적 신호를 발생시키는 광 수신수단; 상기 광 수신수단에서 발생된 전기적 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 발생된 아나로그신호를 디지털 신호롤 변환시키는 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기에서 출력된 디지털 신호를 산소포화도 값으로 변환하여 표시하며, 상기 산소포화도가 미리 정해진 값 이하인 경우 피드백하여 다른 하나의 적색광 및 적외선광을 재조사하도록 스위칭하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the oxygen saturation measuring system according to the present invention includes at least two or more red light and infrared light having different wavelengths, the light irradiation means for irradiating one of the red light and infrared light; Light receiving means for generating an electrical signal by receiving the light transmitted from the light irradiation means transmitted or reflected through the human body through which blood flows; An amplifier for amplifying the electrical signal generated by the light receiving means; An A / D converter for converting an analog signal generated by the amplifier into a digital signal; And a microprocessor for converting the digital signal output from the A / D converter into an oxygen saturation value and displaying the converted signal, and for switching back to irradiate another red light and infrared light when the oxygen saturation degree is less than or equal to a predetermined value. It features.
도 1은 본 발명에 따른 산소포화도 측정시스템의 블록도.1 is a block diagram of an oxygen saturation measurement system according to the present invention.
도 2는 투과형 산소포화도 측정센서를 이용하여 산소포화도를 측정하는 방법을 도시한 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a method for measuring the oxygen saturation using a transmission type oxygen saturation measuring sensor.
이하, 본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an oxygen saturation measuring system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템의 일실시예의 블록도이다.1 is a block diagram of one embodiment of an oxygen saturation measurement system according to the present invention.
본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템에서 광을 조사하는 광 조사수단은적색광을 방출하는 발광부와 적외선을 방출하는 발광부로 이루어진다. 적색광은 서로 다른 파장을 갖는 2개의 LED로 구성되나, 그 이상으로 구성될 수도 있다.The light irradiation means for irradiating light in the oxygen saturation measuring system according to the present invention comprises a light emitting part emitting red light and a light emitting part emitting infrared light. Red light consists of two LEDs with different wavelengths, but may consist of more than that.
본 발명의 실시예에서, 상기 적색광은 660nm 및 735nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 LED이고, 적외선광은 940nm의 파장을 갖는광을 방출하는 LED이다.In an embodiment of the present invention, the red light is an LED emitting light having a wavelength of 660 nm and 735 nm, and the infrared light is an LED emitting light having a wavelength of 940 nm.
상기 적색광 및 적외선광을 조사하기 위해서는 LED 구동회로도 필요한데, 펄스 형태의 신호 구동을 위해 마이크로콘트롤러를 사용한다. 정전류를 공급하기 위해 상기 LED 구동회로는 FET로 구성된다. 펄스는 한 주기가 200㎐로 공급되고, A/D에서 10㎑ 샘플링을 수행한다. LED 구동회로는 5V 단전원을 사용하고, 주 증폭단은 ±5V 단전원을 사용한다.In order to irradiate the red light and infrared light, an LED driving circuit is also required, and a microcontroller is used to drive a pulsed signal. The LED driving circuit is composed of FETs to supply a constant current. The pulse is supplied at 200 ms in one cycle and performs 10 ms sampling at A / D. LED driving circuit uses 5V single power supply and main amplifier stage uses ± 5V single power supply.
상기 시스템은 크게 아날로그 신호처리 모듈과 디지털 신호처리 모듈로 나누어 지며, 계산모델의 단순화를 위해 아날로그 모듈에서 적색 파형과 적외선 파형의 AC 성분과 DC 성분을 각각 분리한다. 아날로그 신호처리 모듈은 89C2051 마이크로프로세서를 사용하여 LED 드라이버와 자동이득조절장치를 제어하며 디지털 신호처리 모듈은 80C296 마이크로프로세서를 사용하여 아날로그 신호처리 모듈로부터 받아들인 신호를 처리하고, 이를 이용하여 비 대 비(Ratio of Ratio) 값을 계산한다.The system is largely divided into analog signal processing module and digital signal processing module. In order to simplify the computational model, the AC and DC components of the red and infrared waveforms are separated from the analog module. The analog signal processing module uses the 89C2051 microprocessor to control the LED driver and the auto gain controller, and the digital signal processing module uses the 80C296 microprocessor to process the signals received from the analog signal processing module and uses them for Calculate the (Ratio of Ratio) value.
상기 시스템을 이용하여 혈액 중의 산소포화도를 측정하는 과정은 다음과 같다.The process of measuring oxygen saturation in the blood using the system is as follows.
먼저, 70%이상의 산소포화도에서 선형 특성을 보여주는 660nm 파장의 적색광과 적외선 광을 조사한다. 발광부에 사용한 LED의 파장은 660nm의 적색 파장과940nm의 적외선 파장이며, 적색광과 적외선광을 각각 1KHz의 주파수로 번갈아 발광시킨다. 광 수신수단은 투과되거나 반사된 광을 받으면 그 세기에 해당하는 만큼의 역방향 전류를 흘려주는 소자로서 신호의 수신자(receiver) 역할을 하며, 수광센서(photodiode)로 구성한다. 상기 수광 센서에서 수신된 신호는 신호 처리 모듈로 입력되어 일반 증폭기와 차동 증폭기를 통하여 일차적으로 처리된다.First, red light and infrared light of 660 nm wavelength that exhibit linear characteristics at 70% or higher oxygen saturation are irradiated. The wavelength of the LED used in the light emitting portion is 660 nm red wavelength and 940 nm infrared wavelength, and red light and infrared light are alternately emitted at a frequency of 1 KHz. The light receiving means is a device that flows a reverse current corresponding to its intensity upon receiving the transmitted or reflected light, and serves as a receiver of a signal, and constitutes a photodiode. The signal received from the light receiving sensor is input to the signal processing module and processed primarily through a general amplifier and a differential amplifier.
즉, 수광 센서(photodiode)로부터 받은 신호는 센서의 리드 선로부터 발생되는 고주파 잡음을 제거하고 자동이득조절장치를 이용하여 신호처리에 적절한 이득의 신호를 만든 후, 660nm의 AC와 DC 성분, 940nm AC와 DC 성분, 발광이 없을 때 발생되는 외부광의 영향을 받는 성분을 각각 분리한다. 분리된 각 신호들을 50Hz 저역 통과 필터를 이용하여 50Hz 이상의 잡음을 제거한다. 이와 같이, 초기 증폭단을 설계하는 이유는 광수신부에서 발생하는 전류가 너무 미약하여 증폭기 자체의 바이어스 전류를 무시할 수 없기 때문이다. 초기 증폭단에서 이 바이어스 전류의 영향을 제거한 후 2차 증폭을 통해 원하는 크기로 증폭한 후 아나로그신호를 디지털신호로 A/D 변환을 수행한다. 그리고 보다 정확한 계산 결과를 얻기 위해 선택도 Q=12로 설정하여 1KHz 대역의 발광주파수를 제거하며, A/D 변환기의 분해능을 고려하여 미약한 AC 부분의 신호를 다시 50배 증폭한다. 50배 증폭기로 출력된 신호는 A/D변환의 입력으로 사용하여 신호처리 한다.In other words, the signal received from the photodiode removes the high frequency noise generated from the lead of the sensor and uses the automatic gain control device to make a signal with proper gain for signal processing, and then the AC and DC components of 660nm and 940nm AC And DC component and components affected by external light generated when there is no light emission are separated. Each separated signal uses a 50Hz lowpass filter to remove noise above 50Hz. As such, the reason for designing the initial amplifier stage is that the current generated in the optical receiver is too weak to ignore the bias current of the amplifier itself. After removing the influence of this bias current in the initial amplifier stage, amplify to the desired size through the second amplification, and then perform analog signal to digital signal A / D conversion. In order to get more accurate calculation result, selectivity is set to Q = 12 to remove emission frequency of 1KHz band and amplify signal of weak AC part 50 times again in consideration of resolution of A / D converter. The signal output from the 50 times amplifier is used as the input of A / D conversion for signal processing.
신호처리를 위해 12bit 해상도를 갖는 A/D 변환기 AD7875를 사용하여 A/D 변환하였고, 신호 처리 프로세서는 DSP 코어를 가진 80C296SA 마이크로 프로세서를 사용한다.A / D conversion was done using the AD7875 A / D converter with 12-bit resolution for signal processing. The signal processing processor uses an 80C296SA microprocessor with a DSP core.
이러한 과정을 통하여 이동 평균 필터를 이용하여 고주파 잡음, 전원 잡음을 제거한다.Through this process, high frequency noise and power supply noise are removed using a moving average filter.
외부광의 영향을 없애기 위해 적색광 신호와 적외선광 신호 각각의 DC 성분으로부터 광이 없을 때의 신호를 빼 줌으로써 외부광의 영향을 제거한 순수한 DC 성분의 신호를 얻는다. 각 신호의 AC 성분으로부터 펄스마다 피크 대 피크(peak-to peak) 값을 얻어 적색광과 적외선광에 대한 혈액의 흡수도의 비를 얻을 수 있었다. 위와 같은 과정을 통해 계산된 값을 측정곡선(calibration curve)에 의한 계산표(lookup table)를 이용하여 혈중 산소포화도를 얻는다.In order to eliminate the influence of the external light, the signal of the absence of the light is subtracted from the DC component of each of the red light signal and the infrared light signal to obtain a pure DC signal having no influence of the external light. The peak-to-peak value was obtained for each pulse from the AC component of each signal to obtain the ratio of blood absorption to red light and infrared light. Blood oxygen saturation is obtained by using a lookup table based on a calibration curve of the value calculated through the above process.
상기 디지털 신호는 마이크로프로세서로 입력되어 입력된 프로그램에 의하여 산소포화도값으로 변환된다. 상기 산소포화도 값은 %로 표시되며, 상기 산소포화도가 70% 이상인 경우에는 660nm의 파장의 적색광이 선형특성을 가지므로 정확한 산소포화도를 표시한다.The digital signal is input to a microprocessor and converted into an oxygen saturation value by an input program. The oxygen saturation value is expressed in%, and when the oxygen saturation degree is 70% or more, red light having a wavelength of 660 nm has a linear characteristic to display an accurate oxygen saturation degree.
만일, 측정된 산소포화도가 70%미만이면, 이는 660nm의 파장의 적색광에 대해 비선형 특성을 가지므로, 70%미만에서 선형 특성을 보여주는 735nm의 파장의 적색광으로 측정되도록 스위칭된다.If the measured oxygen saturation is less than 70%, it has a nonlinear characteristic for red light at a wavelength of 660 nm, so it is switched to measure with red light at a wavelength of 735 nm showing a linear characteristic at less than 70%.
즉, 측정된 산소포화도가 70%를 경계로 하여 그 미만일 경우 동기되어 스위칭을 시킨다. 이 경우 735nm의 파장의 적색광 및 890nm의 적외선광을 조사하여 70%미만의 산소포화도를 정확하게 측정할 수 있다.In other words, when the measured oxygen saturation is less than 70%, the switch is synchronized. In this case, less than 70% oxygen saturation can be accurately measured by irradiating red light of 735 nm wavelength and infrared light of 890 nm.
이렇게 해서 측정된 산소포화도는 70%이상 및 그 미만의 모든 영역에서 신뢰성 있는 값을 보여준다.The oxygen saturation measured in this way shows reliable values in all regions of 70% and above and below.
또한, 상기 마이크로프로세서는 MC 모델과 PD 모델에 의해 측정된 값을 가지고 각 측정치에 대한 선형 구간을 분리해 몇 개의 선형 구간을 정하고 그 구간에 따라 방정식을 보유하고 있다가 산소포화도가 변함에 따라 각각 다른 측정곡선을 프로그램을 이용하여 정확한 산소포화도를 얻을 수 있다.In addition, the microprocessor separates the linear intervals for each measurement with the values measured by the MC model and the PD model, defines several linear intervals, and holds equations according to the intervals. Different measurement curves can be programmed to obtain accurate oxygen saturation.
실제 측정에 의해 나온 비(ratio)의 결과 치와 그 때의 실제 혈중의 산소 포화도를 측정한 값을 비교하여 측정곡선(calibration curve)을 만든다.A calibration curve is created by comparing the result of the ratio obtained by the actual measurement with the measured value of oxygen saturation in the blood at that time.
이와 같은 결과에 의한 식이 표 1에 나타나 있다.The equation resulting from this result is shown in Table 1.
측정된 산소포화도 값은 그 범위에 따라 상기 표 1에 도시된 방정식에 따라 정확한 산소포화도 값으로 계산되어 표시된다.The measured oxygen saturation value is calculated and displayed as an accurate oxygen saturation value according to the equation shown in Table 1 according to the range.
본 발명에 의햐여 측정되는 측정값과 종래기술에 의해 측정되는 측정값을 비교한 결과를 표 2에 기록하였다.Table 2 shows the results of comparing the measured values measured according to the present invention with those measured by the prior art.
상기 표 2에 따르면, 본 발명이 종래기술에 비하여 산소포화도의 정확도가 더 높다는 것을 알 수 있다. 특히, 산소포화도 70% 이하의 값에서는 종래기술에서는 정확한 값을 얻지 못하고 단지 경고음만을 내나, 본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템에 의하면 산소포화도 70% 이하에서도 정확한 측정값을 제시할 수 있다.According to Table 2, it can be seen that the present invention has a higher accuracy of oxygen saturation than in the prior art. In particular, the oxygen saturation value of 70% or less in the prior art does not obtain an accurate value but only a beep, but according to the oxygen saturation measurement system according to the present invention can present an accurate measured value even at 70% or less oxygen saturation.
즉, 성인이나 유아에 대한 진단에서는 기본적으로 660nm의 적색광 LED가 사용되며 이를 통해 측정된 결과 값이 측정곡선(calibration curve)에 의하여 산소 포화도(%)를 보여준다. 이 때 결과 값으로 주어진 산소 포화도의 값이 70%미만의 값을 가진다면 이 결과는 화면에 보이지 않고 곧바로 피드백되어 735nm의 적색광 LED를 온(on)시키고 660nm의 LED를 오프(off)시킴으로써 새로운 기준의 곡선(curve)에 의한 다른 측정값을 나타낸다. 결국 측정자의 눈에 보이는 값은 이 같은 시스템에 따라 정확한 값이 보여지는 것이다.That is, 660nm red light LED is basically used for diagnosis of adult or infant, and the measured value shows oxygen saturation (%) by the measurement curve. If the oxygen saturation given as a result is less than 70%, the result is not displayed on the screen and is fed back immediately to turn on the 735nm red LED and turn off the 660nm LED. Another measured value by the curve is shown. In the end, the visible value of the operator is the correct value for this system.
예를 들면, 비(ratio)=0.35 일 때 산소포화도는 100%을 나타낸다.For example, when ratio = 0.35, the oxygen saturation is 100%.
반면에, 660nm LED로 측정된 비가 1.54일 때 산소포화도 65%는 믿을 수 없는 값으로서, 본 발명에 따라 735nm LED 온 되면, 비가 1.24가 되어 산소포화도가 67%되고 이 값은 신뢰할 수 있는 값이 된다.On the other hand, when the ratio measured with a 660 nm LED is 1.54, the oxygen saturation 65% is an incredible value, and when the 735 nm LED is turned on according to the present invention, the ratio becomes 1.24 and the oxygen saturation is 67% and this value is a reliable value do.
본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템에 사용되는 센서는 사용법에 따라 반사형 센서와 투과형 센서로 분류할 수 있다.Sensors used in the oxygen saturation measurement system according to the present invention can be classified into reflective and transmissive sensors according to usage.
반사형 센서는 평면형으로 혈액이 흐르는 곳에 광이 발산되는 장치를 대어 상기 혈액으로부터 반사되는 광을 분석함으로써 산소포화도를 측정하는 방법으로 태아의 경우에 사용될 수 있으며, 투과형 센서는 인체의 일부, 특히, 손가락을 상기 장치의 대어 손가락을 통하여 투과하는 광을 분석함으로써 산소포화도를 측정한다.Reflective sensors can be used in the case of the fetus by measuring the oxygen saturation by analyzing the light reflected from the blood by applying a device that emits light in the blood flow in a plane type, the transmissive sensor is a part of the human body, in particular, Oxygen saturation is measured by analyzing the light passing through the finger of the device.
도 2는 투과형 센서를 이용하여 손가락에 광을 조사하여 손가락을 투과하는 광을 수신함으로써 혈액의 산소포화도를 측정하는 방법을 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates a method of measuring oxygen saturation of blood by irradiating light to a finger by using a transmissive sensor to receive light passing through the finger.
본 발명은 태아의 경우에 특히 그 효과가 있다. 성인의 경우 정상인의 산소포화도가 70% 이상이라고 볼 때, 이와 같은 방법은 그 가치가 별로 없어 보일지 모르지만 태아의 경우에는 그러하지 아니하다. 왜냐하면, 영아와 성인에 있어서 정상인의 산소포화도는 70% 이상의 값을 가지지만, 태아의 경우에는 정상인 경우가 25~70%의 산소포화도를 갖기 때문이다.The present invention is particularly effective in the case of a fetus. Given that oxygen saturation in normal people is 70% or more in adults, this method may seem of little value, but not in fetuses. This is because, in infants and adults, the oxygen saturation of a normal person has a value of 70% or more, but in a fetus, the normal saturation has a 25-70% oxygen saturation.
따라서, 각 연구기관에서는 산소포화도 측정에 있어 비선형성에 의한 오차를 줄이기 위하여 많은 연구를 하고 있는 실정이며, 이에 본 발명은 새로운 개념으로 비선형성을 줄여 정확한 산소포화도를 측정하는 방법을 고안하였다.Therefore, each research institute is doing a lot of research in order to reduce the error caused by nonlinearity in the measurement of oxygen saturation, the present invention has devised a method for measuring the accurate oxygen saturation by reducing the non-linearity in a new concept.
본 발명에 따른 산소포화도 측정 시스템은 두 개 이상의 적색광과 하나의 적외선광을 사용함으로써 산소포화도 값에 따라 스위칭하는 방법을 통하여 높은 산소포화도 영역 뿐만 아리라 낮은 산소포화도값을 포함하는 전체 영역에서 정확하고 신뢰성 있는 산소포화도 값을 측정할 수 있다.The oxygen saturation measuring system according to the present invention is accurate and reliable in the entire region including the low oxygen saturation value as well as the high oxygen saturation value by switching according to the oxygen saturation value by using two or more red light and one infrared light. The oxygen saturation value can be measured.
이와 같이, 본 발명은 두 개 이상의 적색광과 하나의 적외선광을 사용하고, 측정값에 따라 피드백 제어 및 변환 방정식을 사용하여 어떤 범위에서도 정확하게 산소포화도를 측정할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 본 발명을 고려하여 충분히 변경, 변환, 치환 및 대체할 수 있을 것이고, 상술한 것에만 한정되지 않는다.As described above, the present invention relates to a system that uses two or more red light and one infrared light, and can accurately measure oxygen saturation in any range using feedback control and conversion equation according to the measured value. It may be considered to be sufficiently changed, converted, substituted and replaced in consideration of, but not limited to the above.
Claims (3)
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| KR1020000064043A KR20010078429A (en) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | Saturation Measuring System Using Pulse Oximetry |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100863988B1 (en) * | 2008-07-10 | 2008-10-17 | (주)헬스원 | Treadmill system with measuring spo2 |
| KR101320452B1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-11-06 | 주식회사 메디칼써프라이 | A system with improved accuracy for measuring oxygen saturation |
-
2000
- 2000-10-30 KR KR1020000064043A patent/KR20010078429A/en not_active Application Discontinuation
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| KR100863988B1 (en) * | 2008-07-10 | 2008-10-17 | (주)헬스원 | Treadmill system with measuring spo2 |
| KR101320452B1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-11-06 | 주식회사 메디칼써프라이 | A system with improved accuracy for measuring oxygen saturation |
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