KR20040043981A - Health monitoring system on heart rate recorder and HRV analysis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 심박동수 레코더 및 HRV분석에 의한 건강 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장시간의 심박수를 측정하여 이를 분석하는 HRV(심박미세변화율 또는 심박변이도)기술을 이용하여 자율신경계의 기능과 맥박수준을 평가하고 특히 질병의 발명을 예측할 수 있는 건강 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heart rate recorder and a health monitoring system based on HRV analysis, and more specifically, the function and pulse rate of the autonomic nervous system using HRV (heart rate microvariation rate or heart rate variability) technology for measuring and analyzing long-term heart rate. It relates to a health monitoring system that can assess levels and specifically predict the invention of a disease.
상기 HRV(Heart rate variability)기술은 건강유지와 질병 예방(Reserves and Quality of Health)에 필요한 생체신호 정보 분석기술로서 활발히 연구하고 있다. 특히 미국의 경우에는 대표적으로 MIT Alex d'Ardeloff 연구소에서 심전도(electrocardiogram; ECG)신호, HRV분석 기술을 이용한 프로젝트(예컨대 Home automation and Health Care' Project) 들을 진행하고 있으며, 북 유럽과 러시아에서는 북극지방의 오로라(aurora) 현상으로 지구자기장의 변화가 타 지역에 비해서 심해 이 지역에서 심장병, 호흡기병, 기타 질환을 호소하는 등 병원을 찾는 환자 비율이 20%가까이 증가되고 있다고 하여 지구자기장과 영향이 있는 교감신경 및 부교감신경 및 스트레스 지수(Stress Index, SI) 등을 분석하여 대한을 마련하고 있는 중이다.The HRV (Heart rate variability) technology is actively researched as a biosignal information analysis technology necessary for maintaining and preventing quality of health. In the United States, in particular, the MIT Alex d'Ardeloff Institute is conducting projects using electrocardiogram (ECG) signals and HRV analysis technology (eg, Home Automation and Health Care 'Projects). Due to the aurora phenomenon, the change in the global magnetic field is more severe than in other regions, and the proportion of patients visiting hospitals such as heart disease, respiratory disease, and other diseases is increasing in the region. Sympathetic, parasympathetic, and Stress Index (SI) are being analyzed and prepared.
또한, 국제 HRV협회에서는 체내의 약제 효과를 비침습적으로 판별할 수 있는 유일한 방법이 이 HRV분석이라고 보고, 관련 시스템을 개발할 수 것을 권유하고 있는 설정이다.In addition, the International HRV Association believes that the only way to non-invasively determine the effects of drugs in the body is this HRV analysis, and it is recommended to develop related systems.
그러나, 상기와 같이 HRV분석에 의한 건강 모니터링시스템은 일상적인 생활에서 간헐적으로 느끼는 심장 이상박동의 환자(또는 측정대상자)들을 병원에서 정밀한 진료를 받을 수 없는 문제점을 갖는다.However, as described above, the health monitoring system based on HRV analysis has a problem in that patients (or subjects) of heart rhythms that are intermittently felt in daily life cannot receive precise treatment in a hospital.
또한, 상기 HRV분석에 의한 건강 모니터링시스템은 그 부피 및 크기가 큰 문제점으로 휴대하기 어려운 점과, 흔히 정상인이나 측정대상자들에게 나타나는 심박수의 이상 현상을 실시간 측정할 수 없는 문제점을 갖고 있다.In addition, the health monitoring system based on the HRV analysis has a problem that it is difficult to carry it due to its large volume and size, and that it is not possible to measure an abnormal phenomenon of heart rate, which is often shown to normal people or subjects in real time.
상기와 같은 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 장시간의 심박수를 측정하여 이를 분석하는 HRV기술을 이용하여 자율신경계의 기능과 맥박수준을 평가하고 특히 질병의 발명을 예측할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is to evaluate the function and pulse level of the autonomic nervous system by using HRV technology to measure the long-term heart rate and to analyze it and in particular to predict the invention of the disease .
또 다른 한편, 본 발명은 스트레스 지수 또는 인덱스의 분포를 연령별로 설정하여 설정된 대상별로 측정된 심박수 변화율에 의한 스트레스 지수의 범위와 비교하고, 비교된 스트레스 지수를 수치 및 그래프로 표시하여 일반인들이 쉽게 알아 볼 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.On the other hand, the present invention by setting the distribution of the stress index or index for each age, compared with the range of the stress index by the heart rate change rate measured for each set object, and displays the compared stress index in numerical and graph to easily know the public It has a different purpose to make it visible.
도 1은 본 발명에 따른 심박동수 레코더 및 HRV분석에 의한 건강 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a health monitoring system by heart rate recorder and HRV analysis according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 심박동수 레코더 및 HRV분석에 의한 건강 모니터링 시스템의 표시수단의 참고도.Figure 2 is a reference diagram of the display means of the health monitoring system by the heart rate recorder and HRV analysis according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 광센서200 : 증폭수단100: optical sensor 200: amplification means
300 : 심박수검출수단400 : 마이크로프로세서300: heart rate detection means 400: microprocessor
500 : 키패드600 : 알고리즘데이터500: keypad 600: algorithm data
700 : 표시수단700: display means
본 발명을 이루기 위한 수단으로, 특정 파장으로 조사되는 입사파가 엄지· 검지 및 귓볼의 혈관 체적변화에 따라 반사되는 반사파를 수신하는 광센서와; 상기 광센서로부터 출력된 반사파와 PWM을 통해 심박수를 측정할 수 있는 펄스파를 출력하는 심박수검출수단과; ECG 신호를 입력받아 RR 시간간격을 통해 심박수를 측정하는 심박수 검출 수단과; 건강과 스트레스 지수와의 상관성을 표현하기 위한 수식과 해당 연령별 심박수를 히스토그램에 의한 심박수 분포를 분석하여 그 오차범위가 설정된 데이터를 저장된 알고리즘데이터와; 상기 심박수검출수단으로부터 실시간 입력되는 펄스파를 통해 임의의 시간단위 값으로 심박수를 인터럽트 방식에 의해 심박수를 산출하여 이를 저장수단에 저장하는 마이크로프로세서와; 다수의 기능버튼에 의해 상기 마이크로프로세서를 제어하는 키패드 및, 상기 마이크로프로세서에서 알고리즘데이터에 저장된 데이터를 통해 평균 심박수· 표준편차 및 스트레스지수를 각각 수치 및 그래프로 표시하는 표시수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.Means for achieving the present invention, an optical sensor for receiving a reflected wave reflected by the incident wave irradiated at a specific wavelength according to the thumb, the index finger and the volume of blood vessels of the earlobe; A reflected wave output from the optical sensor Heart rate detection means for outputting a pulse wave capable of measuring heart rate through PWM; Heart rate detection means for receiving an ECG signal and measuring heart rate through an RR time interval; An algorithm for expressing a correlation between health and a stress index, and analysis of heart rate distribution using a histogram of heart rate for each age, and algorithm data for which an error range is set; A microprocessor for calculating the heart rate by an interrupt method at an arbitrary time unit value through pulse waves input in real time from the heart rate detecting means and storing the heart rate in a storage means; Keypad for controlling the microprocessor by a plurality of function buttons, and the display means for displaying the average heart rate, standard deviation and the stress index numerically and graphically through the data stored in the algorithm data in the microprocessor, respectively .
바람직하게는 상기 마이크로프로세서는 임의의 시간단위 간격으로 심박수 데이터를 저장수단에 저장하는 동시에 알고리즘데이터에 저장된 수식에 의해 상기 심박수데이터가 유효한지를 히스토그램을 통해 분석하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the microprocessor stores the heart rate data in the storage means at arbitrary time unit intervals and simultaneously analyzes through the histogram whether the heart rate data is valid by a formula stored in the algorithm data.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 심박동수 레코더 및 HRV분석에 의한 건강 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도 이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a health monitoring system by a heart rate recorder and HRV analysis according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 심박동수 레코더 및 HRV분석에 의한 건강 모니터링 시스템의 표시수단의 참고도 이다.2 is a reference diagram of a display unit of the heart rate recorder and the health monitoring system by HRV analysis according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 건강 모니터링시스템을 이루기 위한 구성요소들로는 광센서 혹은 ECG(100), 증폭기(200), 심박수검출수단(300), 마이크로프로세서(400), 키패드(500), 알고리즘데이터(600) 및 표시수단(700)으로 구성된다.As shown in Figures 1 and 2, the components for making up the health monitoring system of the present invention includes an optical sensor or ECG (100), amplifier (200), heart rate detection means (300), microprocessor (400), keypad 500, the algorithm data 600 and the display means 700.
상기 광센서(100)는 송수신부를 포함하는 센서로서, 측정대상자의 엄지나 검지손가락을 센서위로 얹어 놓기만 하면 자동적으로 측정되도록 특정 대역의 파장을 갖는 입사파가 상기 측정대상자의 손가락으로 입사되어 혈관 체적변화에 따라 반사되는 반사파로 상기 측정대상자의 심박수를 측정하는 것이다. 즉, 상기 측정대상자가 광센서(100) 위로 손가락을 얹어 놓으면 혈관 체적변화에 따라 반사된 반사파는증폭기(200)에 입력되도록 구성하는 것이 바람직하다. 광센서를 사용하지 않을 경우 ECG의 RR시간 간격을 계산하여 심박수를 계산한다.The optical sensor 100 is a sensor including a transceiver, and an incident wave having a wavelength of a specific band is incident on the finger of the subject to be automatically measured by simply placing a thumb or index finger of the subject on the sensor. The heart rate of the subject is measured by reflected waves reflected by volume change. That is, when the measurement target puts a finger on the optical sensor 100, it is preferable that the reflected wave reflected according to the change in the volume of blood vessel is input to the amplifier 200. If you do not use an optical sensor, calculate the heart rate by calculating the RR time interval of the ECG.
상기 알고리즘데이터(600)는 HRV에 의한 건강 모니터링시스템을 통해 건강과 스트레스 지수(인덱스)와의 상관성을 표현하기 위한 수식과, 불특정 다수의 일반인들을 대상으로 해당 연령을 설정하고 상기 연령별 심박수를 히스토그램에 의한 심박수 분포를 분석하여 그 범위를 지정된 데이터 값들이 저장되어 있다.The algorithm data 600 is a formula for expressing a correlation between health and a stress index (index) through a health monitoring system by HRV, and sets a corresponding age for an unspecified general public and sets the age-based heart rate by a histogram. Analyzes the heart rate distribution and stores data values that specify the range.
상기의 알고리즘데이터(600)에 건강과 스트레스 지수와의 상관성을 표현하기 위한 수식은 다음과 같다.The equation for expressing the correlation between the health and the stress index in the algorithm data 600 is as follows.
단, SI: 스트레스 지수이고, Mo: 심박수의 최빈값이며, SD: 표준편차이고, HRmax 및 HRmin: 각각 최대 최소 심박수(ms), AMo: 심박수 최빈값의 점유율이다.However, SI is a stress index, Mo is a mode of heart rate, SD is a standard deviation, HRmax and HRmin are maximum minimum heart rate (ms), and AMo is a share of heart rate mode, respectively.
여기에서, 심박수데이터는 마이크로프로세서(400)에서 히스토그램을 이용하여 최대 심박주기와 최소 심박주기 및 빈도수에 따라 포아송 모양으로 만들어지고, 상기 히스토그램의 X축을 기준으로 이들의 분포가 넓은지 좁은지를 판단하여 그에 따라 얻어진 정보를 이용하여 분포 면적에 따라서 질병의 심화 정도와 건강을 예측할 수 있게 되는 것이다.Here, the heart rate data is made in a Poisson shape according to the maximum heart rate, minimum heart rate and frequency using the histogram in the microprocessor 400, and judges whether their distribution is wide or narrow based on the X-axis of the histogram. The information thus obtained can be used to predict the severity and health of the disease according to the area of distribution.
한편, 알고리즘데이터(600)에는 정상인들에게도 흔히 나타날 수 있는 불규칙한 심박수의 정도를 사전 분석하고, 이 분석된 내용으로 심박수의 정도를 스트레스 지수 또는 인덱스 값의 형태로 만들어져 저장되어 있다.Meanwhile, the algorithm data 600 preliminarily analyzes the degree of irregular heart rate, which may be common to normal people, and stores the degree of heart rate in the form of a stress index or an index value.
다시 설명하면, 상기 광센서(100)의 입사파는 측정대상자의 심박수를 측정하기 위해 상기 측정대상자의 엄지 또는 검지손가락을 상기 센서 위에 올려놓으면 혈관 체적의 변환에 따른 반사되는 반사파가 증폭수단(200)에 입력된다.In other words, when the incident wave of the optical sensor 100 is placed on the sensor, the thumb or the index finger of the measurement object to measure the heart rate of the measurement object is reflected wave reflected by the conversion of the blood vessel volume amplification means (200) Is entered.
상기 증폭기(200)는 광센서(100)로부터 입력된 반사파를 일정 레벨 신호로 증폭하여 심박수검출수단(300)에 입력한다.The amplifier 200 amplifies the reflected wave input from the optical sensor 100 into a predetermined level signal and inputs it to the heart rate detecting means 300.
상기 심박수검출수단(300)은 증폭기(200)로부터 출력된 반사파와 사전 정의되어 입력되는 기존전압(reference voltage)을 비교하여 상기 심박수를 펄스 모양의 펄스파를 출력한다. 즉, 정맥 혈관 탄력성에 의한 분광흡수도의 변화에 의해서 심박수를 측정하게 되고, 상기 측정된 심박수에 따른 펄스파는 마이크로프로세서(400)에 입력된다.The heart rate detection unit 300 compares the reflected wave output from the amplifier 200 with a reference voltage which is predefined and inputs, and outputs the pulse rate in the form of a pulse. That is, the heart rate is measured by the change in the spectral absorption degree due to venous vascular elasticity, and the pulse wave according to the measured heart rate is input to the microprocessor 400.
상기 마이크로프로세서(400)는 저장수단(미 도시됨)을 더 포함되어 있으며, 심박수검출수단(300)으로부터 실시간 입력되는 펄스파를 통해 임의의 단위시간 값(ms)으로 심박수를 인터럽트(interrupt) 방식에 의해 심박수를 산출하고, 상기 산출된 심박수는 임의의 시간단위 대략 5분 간격(피측정대상자에 따라 시간 값은 조정이 가능함)의 심박수 데이터가 저장수단에 저장됨과 아울러, 상기 마이크로프로세서(400)는 알고리즘데이터(600)에 저장된 다수의 수식(표 1참조)에 의해 상기심박수 데이터가 유효한지를 히스토그램을 이용하여 분석한다. 여기에서, 분석된 내용은 심박수의 정도를 스트레스 지수 값의 형태로 만들어지고, 이를 연령별 정상인들의 분포와 대조해서 정규화된 수치로 표현하는 것이 바람직하다.The microprocessor 400 further includes a storage means (not shown), and interrupts the heart rate with an arbitrary unit time value (ms) through a pulse wave input in real time from the heart rate detection means 300. The heart rate data is calculated by the method, and the calculated heart rate stores the heart rate data in an interval of about 5 minutes in any time unit (time value can be adjusted according to the subject), and the microprocessor 400 The histogram analyzes whether the heart rate data is valid according to a number of equations (see Table 1) stored in the algorithm data 600. In this case, it is preferable that the analyzed content is made in the form of a stress index value and expressed as a normalized value in contrast to the distribution of normal people by age.
상기 마이크로프로세서(400)는 알고리즘데이터(600)에 저장된 다수의 수식을 통해 얻어지는 정보를 이용하여 히스토그램의 면적과 분포에 따라 질병의 심화정도가 가장 적합하게 표현되는 어느 하나의 수식을 선택하거나, 상기 다수의 수식을 종합하여 질병의 심화정도를 예측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The microprocessor 400 selects any one of the equations that best expresses the degree of disease according to the area and distribution of the histogram using information obtained through a plurality of equations stored in the algorithm data 600, or It is desirable to combine a number of formulas to predict the extent of disease.
또한, 상기 마이크로프로세서(400)는 임의의 단위시간 대략 5분 간격으로 심박수를 측정하도록 설정하고, 상기 측정된 심박수에 의한 평균 심박수, 표준편차 및 스트레스 지수의 3가지 항목을 상기 키패드(500)로부터 입력되는 신호가 없으면 상기 3가지 항목을 측정하여 저장수단에 순차적으로 저장되도록 사전 프로그램되어 있다.In addition, the microprocessor 400 is set to measure the heart rate at intervals of approximately 5 minutes at any unit time, and three items of the average heart rate, the standard deviation, and the stress index by the measured heart rate are received from the keypad 500. If no signal is input, the three items are pre-programmed to measure and store the three items sequentially in the storage means.
그리고, 상기 마이크로프로세서(400)에 의해 임의의 시간단위 대략 5분 간격으로 저장수단에 저장되는 심박수데이터는 USB포트 등으로 통해 외부 컴퓨터로 데이터 전송이 가능하다.In addition, the heart rate data stored in the storage means at random intervals of about 5 minutes by the microprocessor 400 may transmit data to an external computer through a USB port.
상기 키패드(500)에는 다수의 기능버튼(미 도시됨)을 포함하며, 상기 다수의 기능버튼의 접점에 의해 마이크로프로세서(400)가 제어된다. 상기 키패드(500)의 제 1버튼의 기능은 정상인에게도 간헐적으로 심장 이상박동이 발생하면 이를 측정하기 위한 버튼이고, 상기 키패드(500)의 제 2버튼의 기능은 임의의 단위시간 대략 5분 간격으로 저장되는 평균 심박수, 표준편차 및 스트레스 지수의 3가지 항목을표시수단(700)으로 재생되도록 하는 버튼이다.The keypad 500 includes a plurality of function buttons (not shown), and the microprocessor 400 is controlled by the contacts of the plurality of function buttons. The function of the first button of the keypad 500 is a button for measuring when a heart abnormal rhythm occurs intermittently even to a normal person, and the function of the second button of the keypad 500 is approximately 5 minutes at an arbitrary unit time. Three items of the average heart rate, the standard deviation, and the stress index to be stored are reproduced by the display means 700.
상기 키패드(500)의 제 1버튼을 누르게 되면 상기 마이크로프로세서(400)는 광센서(100)에서 조사된 입사파가 혈관 체적 변화에 따라 반사파와 기준전압을 비교하여 출력되는 펄스파에 의해서 심박수를 산출하고, 산출된 심박수가 유효한지를 분석하기 위해 저장수단에 상기 심박수 데이터를 저장하며, 상기 알고리즘데이터(600)에 저장된 수식에 의해 상기 심박수을 분석한다. 이렇게 분석된 결과(평균 심박수, 표준편차, 스트레스 지수)는 저장수단에 임의의 시간단위 대략 5분 간격으로 저장된다.When the first button of the keypad 500 is pressed, the microprocessor 400 determines the heart rate by the pulse wave output by comparing the reflected wave with the reference voltage according to the change in blood vessel volume by the incident wave irradiated from the optical sensor 100. Calculates and stores the heart rate data in a storage means to analyze whether the calculated heart rate is valid, and analyzes the heart rate by a formula stored in the algorithm data 600. The results of this analysis (average heart rate, standard deviation, stress index) are stored in the storage means at random intervals of about 5 minutes.
상기 키패드(500)의 제 1버튼을 누르지 않아도 상기 모니터링시스템을 작동시킨 후부터 마이크로프로세서(400)는 사전 정의된 임의의 시간간격 대략 5분 간격으로 심박수를 측정하도록 사전 설정되어 있다.After operating the monitoring system without pressing the first button of the keypad 500, the microprocessor 400 is preset to measure the heart rate at approximately 5 minute intervals at any predefined time interval.
한편, 제 2버튼을 누르게 되면 상기 마이크로프로세서(400)는 광센서(100)에서 조사된 입사파가 혈관 체적변화에 따라 반사파와 기준전압을 비교하여 출력되는 펄스파에 의해서 심박수를 산출하고, 산출된 심박수가 유효한지를 분석하기 위해 저장수단에 상기 심박수데이터를 저장하며, 상기 알고리즘데이터(600)에 저장된 수식에 의해 상기 심박수를 분석한다. 이렇게 분석된 결과에서 가장 최근에 저장된 결과를 일반인들이 쉽게 알아 볼 수 있는 수치와 동시에 그래프로 표시수단(700)의 제 1표시수단에 표시된다.On the other hand, when the second button is pressed, the microprocessor 400 calculates the heart rate by the pulse wave outputted by comparing the reflected wave with the reference voltage according to the change in blood vessel volume by the incident wave irradiated from the optical sensor 100. The heart rate data is stored in a storage means to analyze whether the heart rate is valid, and the heart rate is analyzed by a formula stored in the algorithm data 600. The most recently stored result from the analyzed result is displayed on the first display means of the display means 700 in a graph at the same time as a numerical value that can be easily recognized by the general public.
또한, 상기 표시수단(700)의 제 2표시수단에는 마이크로프로세서(400)에 의해 측정되는 심박수를 상대적으로 발광다이오드(LED)를 통해 그 분포를 표시한다.In addition, the second display means of the display means 700 displays the distribution of the heart rate measured by the microprocessor 400 through the light emitting diode (LED).
이상에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하여 설명하였으나, 상기 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.As described above, the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone of ordinary skill in the art of various modifications can be made, as well as such changes are within the scope of the claims.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 휴대가 가능하며, 언제 어디서나 간단한 스위치 조작에 의해 정상인에게도 간헐적으로 나타나는 심장 이상박동을 측정할 수 있고, 상기 임의의 단위시간 간격으로 심박수데이터를 저장하여 측정대상자의 건강 상태를 예측할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention is portable and can measure the heart abnormality rhythm that appears intermittently even to a normal person anytime, anywhere by simple switch operation, and stores the heart rate data at the arbitrary unit time intervals of the subject It has the effect of predicting the state of health.
또한, 측정대상자의 연령별 사전 정의된 데이터와 측정된 심박수데이터를 분포를 분석하여 얻어진 결과 값을 수치와 동시에 그래프로 표현하여 일반인도 쉽게 측정할 수 있는 장점을 갖는다.In addition, the result obtained by analyzing the distribution of the predetermined data and the measured heart rate data for each age of the subject of measurement has the advantage that it can be easily measured by the general public by expressing the graph with the numerical value.
Claims (5)
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