KR20030083427A

KR20030083427A - 휴대용 연속 심장기능변수 모니터링 장치

Info

Publication number: KR20030083427A
Application number: KR1020020022098A
Authority: KR
Inventors: 송철규
Original assignee: 송철규
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-10-30

Abstract

본 고안은 휴대용 심장기능 변수 모니터링 장치에 관한 내용이다. 사용자가 이동 중 휴대하면서 기존의 장치로는 심장기능변수(일회 심박동량, 심박출량, 심근수축력 등)의 측정이 불가능하였다. 불가능한 사유로는 종래 기술에 의한 장치가 휴대할 수 없을 정도로 크기와 무게가 클 뿐만아니라, 배터리 장치를 이용하지 않는 방식이기 때문이다. 본 고안은 절연증폭기를 이용한 인체안전 회로를 내장하는 휴대용 심장기능변수 모니터링 장치를 위한 회로 구성 방법을 고안하였다. 또한 도 1과 같이 심전도 신호와 심장기능 변수신호를 동시에 얻기 위해 전극 부착방법을 고안하였다.

Description

휴대용 연속 심장기능변수 모니터링 장치{Ambulatory continuous cardiac function parameter monitoring device}

본 고안의 기술분야는 의료용 신호처리 및 계측기술로서 순환기 계통의 중요한 변수인 심장기능변수를 해석하기 위한 분야이다. 이 분야의 종래기술은 본 고안과는 달리 소형의 신호검출부와 데이터 저장부로 구성이 되는 장치가 있으나, 본 고안처럼 휴대용 장치 자체내에서 심장기능 변수들을 분석하는 기능은 없고, 단지 기록 보관 후에PC에 연결하거나 자사의 환자 감시장치에 소형 모듈을 삽입하여 심장의 기능을 확인할 수 있도록 하는 방법이다. 그리고 고가의 분석 소프트웨어를 별도로 요구하고 있다. 그외의 종래 기술로는 체지방을 측정함과 동시에 심박출량을 계산하도록 하는 방법들은 있다. 그러나 이러한 방식은, 본 고안에서와 같이 이동 중에는 측정할 수 없는 단점이 있고, 본 고안에서 적용하는 인체 전극부착 방식과도 다르다.

본 고안에서 도1은 심장 기능변수의 측정을 위한 개요 도이다. 발진부(1)에서 70 KHz, 5Vp-p의 정현파를 발생시키고, 전압전류 변환부(2)에서는, 전압을 전류원으로 변환시켜 된다. 이 때, 변환되는 전류원은 1mA(rms값)가 되도록 한다. 전류원(2)은 Isolation Transformer(3)를 통해서 인체(4)에 부착된 1,4번의 위치에 전류원이 인가된다. Isolation Transformer(3)는 인체에 연결되는 회로에서 발생될 수도 있는 역전류에 의한 피해를 예방하기 위한 안전장치이다.

또한 도 1의 인체표면 전극 2,3번을 통해 심장기능 변수신호(심박출량, 심근수축량, 일회 심박동량 등)를 검출하게 된다. 이를 위한 인체 표면 전극의 부착 위치(4)에서 전극 1,4,5 전극은 일회용 spot전극이며, 2,3 전극은 밴드 전극을 사용하였다. 밴드 전극의 사용은 심장기능 변수 신호의 신호대 잡음비를 향상하기 위해 사용하였다. 인체 표면 전극 1과 5를 통해 자극 정전류원이 인가되어 진다. 그리고 밴드전극 2,3을 통해 ICG회로(6)를 통하여 심장 기능변수 신호가 검출된다. 심전도 신호는 전극 1, 4, 5를 통해 ECG회로(5)를 통하여 심전도 신호가 검출된다.

도 2는 임피던스 심장기능 신호를 얻기 위한 ICG회로이다. 인체 표면 전극 2,3은절연변환기(21;아이솔레이션 트랜스포머)를 통과하여 전치증폭기(22)로 연결되어 신호를 증폭시킨다. 절연변환기를 사용하는 이유로는 ICG회로에서 이상 저주파 전류가 발생되어 인체에 유입될 경우를 방지하기 위한 안전장치이다. 전치증폭부의 출력은 복조신호 검출부(23)에 입력되고, 자극전류원(70KHz, 1mA)에 의해 변조된 임피던스 심장기능 변수 신호를 복조하게 된다. 그 후에 신호를 증폭하여, 도 2의 (4)에 나타낸 전극 2와 3번 사이에 측정되는 인체의 기본 임피던스(basal impedance)를 출력시킨다. 이 때, 출력되는 신호는 미세한 임피던스 심장기능신호(교류성분)과 기본 임피던스(직류성분)이 섞여 있게 되지만 직류 성분이 상대적으로

매우 작다. 도 2에서 0.1 Hz 고역필터(25)의 기능은 인체 표면전극 2,3 사이에서 얻어진 기본 임피던스(직류성분)을 제거하고, 심박출량에 의한 임피던스 변화신호만을 추출하기 위해 사용하였고, 이 때의 차단 주파수는 0.1 Hz로 설정한다. Low pass filter(26)는 고주파 잡음을 제거하기 위해 필요하다. 노치필터(27)는 60Hz의 전원 잡음을 제거하며, 신호증폭부(28)와 미분회로(29), 그리고 버퍼회로(30)에 의해 최종 출력신호인 심장기능 변수 신호를 추출하게 된다.

도 3은 도1의 ECG회로(5) 출력인 ECG신호(31)와 ICG회로(6)의 출력인 임피던스 신호(32)를 나타내고 있다. 이와 같이 심전도 신호와 임피던스 변화 신호의 시간적인 특징은 심전도 신호의 R파가 발생된 후에 임피던스 신호의 C파가 발생이 된다. 임피던스 신호(32)에서 PEP(pre-ejection period)는 심실의 탈분극에서 대동맥 판막이 열리기 직전까지의 시간간격을 의미하며, LVET(left ventricular ejection time)은 대동맥의 판막이 열려 있는 시간 간격이고, STI(systolic time interval)은 수축기 시간간격을 나타내는 변수이다.

도 4는 휴대용 임피던스 심장기능 변수 모니터링을 위한 회로의 구성도이다. 도 4에서 electrode(10)은 도 1의 심전도 신호 추출을 위한 전극 1,4,5와 도 1의 임피던스 신호를 위한 전극 2,3의 입력을 나타낸다. 임피던스 카디오그래프 모듈(50)은 도 2의 회로 구성과 동일하다. R-wave LED는 임피던스 카디오그래프 모듈(50)에 부착된 심전도 모듈에서 나오는 심전도 R파를 감지하여 R파가 생길때마다 LED를 점멸하게 된다. 도 4에서 전원부는 9V 배터리에서 얻어진 전원은 DC to DC 변환기를 이용하여 +15V, -15V의 전원이 이용된다. 도 4의 마이크로 컴퓨터 모듈(60)은 수동시작(30)버튼이 눌려질 때마다 임피던스 카디오그래프 모듈(50)에서 얻어진 아날로그 신호들을 디지탈화 하여 모니터링 하기 위한 모듈이다. 이를 위해서, 실시간으로 심장기능 변수들을 추출하고 이 값들을 LCD(80)에 디스플레이 시켜 주고, 심전도의 R피크가 발생되는 시간마다 음을 발생시켜 주는 sound device(90)로 구성된다. 마이크로 컴퓨터 모듈(60)과 연결된 RS 232C와 PDA interface 모듈(40)은 본 고안에서 얻어진 아날로그 또는 디지탈 신호를 PDA(personal device assistant)에 유,무선으로 데이터를 전송하기 위한 인터페이스 포트이다.

도 1- 본고안에서 심장 기능변수의 측정을 위한 개요

도 2- 인체표면 전극 2,3으로 부터 얻어진 신호를 처리하여 최종적인 심장기능변 수 신호를 얻기 위한 회로 구성도

도 3- 도1의 심전도 회로(5)와 도 2의 임피던스 회로로 부터 구한 심전도(31) 및 임피던스 신호(32)의 예시도

도 4- 본 고안의 휴대용 심장기능변수(심전도, 일회 심박동량, 심박출량, 심근 수축력 등)을 모니터링하기 위한 전체적인 구성도이다.

전체적인 본 고안의 방법은 도1에 나타난 것과 같다. 발진부와 전압전류 변환부에 의해 자극 정전류원이 인체의 전극 1과 4를 통해 흐르고, 이 자극 정전류원에 의해 심장에서 혈액이 박출될 때 마다 인체 임피던스 변화를 검출하기 위한 전극 2번과 3번이 있으며 도 2와 같은 회로에 의해 최종 신호를 얻게 된다. 한편 심전도는 도 1에서와 같이전극 1,4,5번 전극을 통해 심전도 신호를 얻게 된다. 도 3은 구해진 심전도와 심전도에 동기가 되어 나타나는 임피던스 심장기록 신호이다. 도4는 휴대용 구성을 위한 각 모듈의 구성을 나타내고 있다.

비 관혈적(non-invasive)방법에 의한 휴대용 심장 기능변수의 검출이 가능하고 이에 따라 운동선수의 심장기능을 체계적으로 관리할 수 있다. 또한 순환기 내과 분야의 심장기능 환자들의 모니터링에도 효과적으로 적용될 수 있다. 본 고안은 심장의 기계적인 수축능력과 관련된 모든 정보를 제공할 수 있는 효과적인 장치에 대한 고안이다.

Claims

비관혈적인 방법에 의한 휴대용 임피던스 심장기능 변수 추출 방법
5개 전극에 의한 휴대용 임피던스 신호 및 심전도 신호의 동시 검출회로 구성
휴대용 심장기능변수(심전도, 심박출량, 일회 심박동량, 심근 수축력)의 실시간 모니터링을 위한 방법