KR20060116635A - Method and apparatus for pulsation detection - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 압력센서로 검출하는 맥파 검출 장치의 사시도.1 is a perspective view of a pulse wave detection device detected by a conventional pressure sensor.
도 2는 종래의 휴대용 광전용적맥파 검출 장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional portable photoelectric pulse wave detection device.
도 3은 본 발명에 따른 맥파 검출 장치의 평면도.3 is a plan view of the pulse wave detection apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 맥파 검출 장치의 측면도.4 is a side view of the pulse wave detection apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 맥파 검출 시스템장치의 사용 상태도.5 is a state diagram used in the pulse wave detection system apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 맥파 검출 시스템의 블록도.6 is a block diagram of a pulse wave detection system according to the present invention.
도 7은 본 발명에 의한 맥파의 검출 방법으로 측정한 압력 차이에 따른 맥파의 검출 그래프.Figure 7 is a graph of the detection of the pulse wave according to the pressure difference measured by the pulse wave detection method according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *
1 : PCB 회로기판 2 : 적외선 발광소자1: PCB circuit board 2: infrared light emitting device
3 : 수광소자 4 : 압력센서3: light receiving element 4: pressure sensor
5 : 실리콘 고무층 6 : 케이블 컨넥터5: Silicone rubber layer 6: Cable connector
7 : 벨크로밴드 8 : 보호경7: Velcro band 8: protective goggles
본 발명은 맥파 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈관 용적의 시간적 변화를 측정하기 위한 수단으로 적외선 발광소자(IR LED)와 수광소자(Photo Tr.)로 이루어진 광전용적센서부와 그리고 이 광전용적센서부를 보호하기 위한 실리콘 고무층과 이 실리콘 고무층이 피부와 접촉할 때 피부로부터 받는 압력의 세기를 모니터링하기 위한 압력센서부로 구성되고, 상기 센서들은 회로 집적화를 통한 통합 센서로서 소형화시켜 휴대할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맥파 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse wave detection device and a detection method, and more particularly, a light-only sensor unit comprising an infrared light emitting device (IR LED) and a light receiving device (Photo Tr.) As a means for measuring the temporal change of blood vessel volume. And a silicone rubber layer for protecting the photoelectric sensor unit and a pressure sensor unit for monitoring the strength of pressure received from the skin when the silicone rubber layer comes in contact with the skin. The sensors are miniaturized and portable as integrated sensors through circuit integration. It relates to a pulse wave detection device and a detection method characterized in that.
일반적으로 인체로부터 맥파를 검출하는 방법은 크게 침습적(invasive)인 방법과 비침습(noninvasive)적인 방법으로 구분할 수 있다. 먼저 침습적인 방법은 스트레인지 게이지를 이용한 압력변환기(pressure transducer)를 피검자의 혈관에 직접 삽입하여 맥파를 검출하는 방법으로서 피검자로 하여금 통증을 유발시키므로 많이 사용하지 않는다. 이에 반해 비침습적인 맥파 검출법은 피검자로 하여금 통증을 유발시키지 않으며, 간편한 방법으로 맥파를 검출할 수 있기 때문에 많이 사용되고 있다. In general, a method for detecting pulse waves from the human body can be classified into a largely invasive method and a noninvasive method. First, the invasive method is a method of detecting a pulse wave by directly inserting a pressure transducer using a strain gage into a blood vessel of a subject, so that the subject causes pain and is not used much. On the other hand, non-invasive pulse wave detection method is widely used because it does not cause pain to the subject and can detect the pulse wave by a simple method.
비침습적인 맥파의 검출 방법으로 현재 많이 적용되고 있는 방법으로는 광학적 검출법, 초음파 검출법, 마이크로웨이브(microwave) 검출법 등이 사용되고 있으며, 이중 초음파 검출법과 마이크로 마이크로웨이브 검출법은 구경이 큰 동맥에서는 측정이 가능하나 말초 부위에서는 혈관계의 특성 변화를 검출할 수 없는 단점이 있다. Non-invasive pulse wave detection methods are currently widely used, such as optical detection, ultrasonic detection, microwave detection, etc., double ultrasonic detection and microwave detection can be measured in large arteries However, there is a disadvantage that one cannot detect characteristic changes in the vascular system at the peripheral portion.
상기에서 언급한 맥파 검출법 중 광소자를 이용한 발광부와 수광부를 구성하고 광원을 인체에 주사한 후 투광하는 광을 수광부에서 검출하는 광학적 맥파 검출 기법이 가장 많이 사용되고 있으며, 이때 사용하는 발광 광원으로는 발광다이오드(light emitted diode, LED)를 사용하고, 광 검출 소자로는 포토다이오드(photo diode)나 포토트랜지스터(photo transistor, PTr)를 사용한다. 현재 임상에서는 적외선 발광원을 적용한 광변환센서를 이용하여 광전용전맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하는 연구가 활발하게 수행되고 있다. 광전용전맥파센서를 이용하여 맥파를 측정하는 부위는 혈관밀도가 높은 귓불, 손가락, 발가락 등 조직의 말초 부위에서 측정하며, 측정된 신호는 신체 부위에 따라 파형의 강도나 모양이 다르며, 측정 시점에 따라서도 변화하는 양상을 나타낸다. Among the above-mentioned pulse wave detection methods, an optical pulse wave detection technique that is configured to emit light and a light receiver using an optical element, and then detects light emitted by the light receiver after scanning a light source to a human body is most commonly used. Light emitting diodes (LEDs) are used, and photodiodes or phototransistors (PTr) are used as the light detection elements. In clinical practice, researches to measure photoplethysmography (PPG) using photoelectric sensors using infrared light emitting sources have been actively conducted. The pulse wave measuring area using the photoelectric pulse wave sensor is measured at the peripheral part of the tissue such as earlobe, finger, and toe with high blood vessel density, and the measured signal varies in intensity or shape depending on the body part. Therefore, the changing aspect is also shown.
종래의 맥파 검출 장치로서, 대한민국등록특허공보 특0182818호로 등록된 맥파 검출 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 동맥 맥파 검출용의 3개의 압력센서 (31), (32), (33)와 이 압력센서(31), (32), (33)를 장착하는 고정판(34)과, 상기 압력센서(31), (32), (33)가 장착된 면을 내측으로 하여 상기 고정판(34)의 양단에 연결되는 가포대(35)와, 이 가포대(35)의 상기 압력센서(31), (32), (33)와 대향하는 위치에 배치되는 공기주머니(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 맥파 검출 장치에 관한 것이나 이와 같은 맥파 검출 장치는 손목에서 요골동맥의 3가지 위치에서 압력맥파를 측정하는 기능을 갖는다. 이 장치는 손목의 요골동맥에서 압력맥파는 기록 할 수 있으나 용적맥파는 기록하지 목하므로 본 발명과는 상이한 기술이다.As a conventional pulse wave detection device, the pulse wave detection device registered in Korean Patent Laid-Open Publication No. 0182818 has three
그리고 종래의 광전용적 맥파 측정 장치로서, 대한민국등록 실용신안공보 20-0283686호로 등록된 휴대용 광전용적 맥파 측정 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 몸체부 내부에는 장치신호부(41)와 LCD모니터(L)와 격리하기 위해 분리막(T)을 형성하게 되며, 이렇게 형성되는 공간상으로는 특정파장필터(48)및 체온측정센서(49)가 설치되는 하판(45)과, 맥파측정광원(47)을 갖는 상판(46)을 상,하 마주보는 형태로 설치한 검출부(43)가 형성되고, 상기 특정파장필터(48)는 맥파측정광원(47)에서 조사된 940 나노미터대 빛에 있어, 체내의 헤모글로빈이 흡수하고 남은 빛을 흡수하는 것으로, 분리막(T)을 사이에 두고 상기 검출부(43)의 상,하판(45, 46)과 연결되는 상기 신호처리부(44)는 I/V변환기로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있으나 상기와 같은 맥파 검출 장치는 용적맥파의 모양을 이용한 의학적 진단에는 문제점이 있었다. And As a conventional photoelectric pulse wave measuring device, a portable photoelectric pulse wave measuring device registered in Korean Utility Model Publication No. 20-0283686 is a
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 적외선 발광소자(IR LED)와 수광소자(Photo Tr.)로 이루어진 광전용적 센서부를 이용하여 맥파를 검출할 때, 상기 광전용적 센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부에 가하는 압력의 세기를 압력 센서부로 측정하여 파형의 강도나 모양 등을 모니터링하면서 압력의 세기에 따라 변화된 맥파의 검출 결과를 알 수 있도록 하고, 그리고 상기 센서들은 피부 부착형 센서로서 회로 집적화를 통한 통합 센서로서 소형화시켜 휴대할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맥파 검출 장치 및 검출 방법을 제공함에 그 목적이 있다. Therefore, in order to solve the above problems, the present invention surrounds the photoelectric sensor when detecting pulse waves using a photoelectric sensor including an infrared light emitting device (IR LED) and a light receiving device (Photo Tr.). By measuring the strength of the pressure applied to the skin by the silicone rubber layer by monitoring the intensity and shape of the waveform, the detection result of the pulse wave changed according to the intensity of the pressure can be known. It is an object of the present invention to provide a pulse wave detection device and a detection method characterized by miniaturization and portableness as an integrated sensor through integration.
본 발명은 광전용적 센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부에 가하는 압력의 세기에 따라 검출되는 맥파의 파형의 강도나 모양이 다르고, 그리고 측정 시점에 따라서도 변화하는 양상의 정도를 감안하여 검출 맥파를 판단할 수 있도록 한 것이 특징이다.According to the present invention, the detection pulse wave is determined in consideration of the degree of change in the intensity or shape of the waveform of the pulse wave detected according to the strength of pressure applied to the skin by the silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor unit and the change in the measurement time. The feature is that it can be done.
상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 혈관 용적의 시간적 변화를 측정하기 위한 수단인 광전용적 센서부와 이 광전용적 센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층과 그리고 이 실리콘 고무층이 피부에 가하는 압력의 세기를 측정하는 압력 센서부로 구성되고, 피부에 접촉되는 압력의 세기에 따라 변화하는 파형의 강 도나 모양의 정도 등을 모니터링하면서 검출된 맥파를 판단할 수 있고, 또한 상기 센서들은 회로 집적화를 통한 통합 센서로서 소형화시켜 휴대할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맥파 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다.As a means for solving the above problems, the present invention provides a photoelectric sensor unit which is a means for measuring the temporal change of blood vessel volume, a silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor unit, and the strength of the pressure applied to the skin by the silicone rubber layer. It is composed of a pressure sensor to measure, it is possible to determine the detected pulse wave by monitoring the intensity of the waveform or the degree of shape that changes depending on the strength of the pressure in contact with the skin, and the sensors are integrated sensors through the circuit integration The present invention relates to a pulse wave detection device and a detection method characterized by miniaturization and portability.
상기 광전용적 센서부는 적외선 발광소자(IR LED)와 수광소자(Photo Tr.)를 이용한 반사형의 소형 맥파 센서로 피부혈류 및 맥파를 검출하고, 상기 압력 센서부는 반도체 스트레인게이지를 이용한 피부 부착식 압력 센서로서, 센서와 피부 접촉면 사이에 압력전달이 가능한 매질을 이용하여 광전용적 센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부에 가하는 압력을 측정한다. The photoelectric sensor unit detects skin blood flow and pulse wave with a small pulse wave sensor of a reflection type using an infrared light emitting element (IR LED) and a light receiving element (Photo Tr.), And the pressure sensor unit uses a skin strain pressure using a semiconductor strain gauge. As a sensor, the pressure applied to the skin by the silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor is measured using a medium capable of pressure transfer between the sensor and the skin contact surface.
본 발명에 따른 맥파 검출 장치의 구성을 첨부된 도면을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration of the pulse wave detection apparatus according to the present invention in detail with reference to the accompanying drawings as follows.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 맥파 검출 장치의 평면도 및 측면도에 관한 것으로 신체 부위에서 광전용적맥파를 검출함과 동시에 이때 광전용적 센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부와 접촉할 때 피부로부터 받는 압력의 세기를 측정하는 압력 센서를 구비한 맥파 검출 장치이다. 3 and 4 are a plan view and a side view of the pulse wave detection apparatus according to the present invention detects the photo-only pulse wave at the body part and at the same time the pressure received from the skin when the silicone rubber layer surrounding the photo-only sensor portion in contact with the skin Pulse wave detection device having a pressure sensor for measuring the intensity of the.
본 발명은 PCB 회로기판(1)에 고정시킨 적외선 발광소자(2)와 수광소자(3)로 이루어진 광전용적 센서를 이용한 광전용적 맥파 검출 장치에 있어서, The present invention relates to a photoelectric pulse wave detection device using a photoelectric sensor composed of an infrared light emitting element (2) and a light receiving element (3) fixed to a PCB circuit board (1),
상기 PCB 회로기판(1)을 천공하여 상기 광전용적 센서들의 소자와 피부 접촉면 사이에 적외선을 투과하고, 압력 센서(4)로 압력 전달이 가능하도록 한 실리콘 고무층(5)과;A silicon rubber layer (5) for perforating the PCB circuit board (1) to transmit infrared rays between the elements of the photoelectric sensors and the skin contact surface and to transmit pressure to the pressure sensor (4);
상기 실리콘 고무층(5)이 피부로부터 받는 압력의 세기를 측정하기 위해 PCB 회로기판(1)에 고정시킨 압력 센서(4); A pressure sensor (4) fixed to the PCB circuit board (1) to measure the strength of the pressure the silicone rubber layer (5) receives from the skin;
로 구성된다.It consists of.
상기 압력 센서(4)는 반도체 스트레인게이지를 이용한 것으로서 피부 부착면과 평행한 방향을 취하며, 광전용적 센서와 압력 센서를 감싸고 있는 실리콘 고무층(5)이 피부 면에 접촉될 때, 피부로부터 실리콘 고무층(5)에 가해지는 압력의 세기를 측정하는 역할을 한다. 그리고 상기 광전용적 센서는 적외선 발광소자(2) 및 수광소자(3)가 반사형으로 각각 압력센서(4)의 양 옆에 위치하도록 구성하고, PCB 기판을 이용하여 상기 센서들을 고정하였다. The
그리고 상기 센서들을 보호하기 위하여 PCB 기판의 상부를 보호경(8)으로 커버를 씌웠다. 상기 보호경(8)의 재질은 투명한 소재의 합성수지재로서 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용하는 것이 바람직하다. In order to protect the sensors, the upper portion of the PCB substrate was covered with the protective glasses 8. The material of the protective glasses 8 is a synthetic resin material of a transparent material, but the type thereof is not particularly limited, but polyethylene or polypropylene is preferably used.
도 5는 본 발명에 따른 맥파 검출 장치의 사용 상태도에 관한 것으로, 보호 경(8)으로 커버를 씌운 PCB 기판의 본체를 케이블 컨넥터(6)와 벨크로밴드(7)를 이용하여 리드선의 연결 및 피부 부착이 용이하도록 구성하였다.5 is a diagram illustrating a state of use of the pulse wave detection apparatus according to the present invention, wherein a main body of a PCB substrate covered with a protective mirror 8 is connected to a lead wire and a skin using a
상기와 같은 본 발명에 따른 맥파 검출 장치는 도 6에 도시되어진 바와 같은 방법에 의해 맥파를 검출한다. The pulse wave detection apparatus according to the present invention as described above detects the pulse wave by the method as shown in FIG.
적외선 발광소자(IR LED)와 수광소자(Photo Tr.)로 이루어진 광전용적 센서부(10)는 인체로부터 입력받은 정보를 맥파변환수단(30)으로 전송하여 맥파로 변환시킨 후 변환된 맥파를 신호처리수단(40)으로 전송하고, 변환된 맥파를 전송받은 신호처리수단(40)은 광전용적 센서부(10)를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부와 맞닿을 때 피부로부터 받는 압력의 세기를 압력 센서부(20)로부터 전송받아 압력의 변환에 따른 신호를 처리하여 표시수단(50)으로 전송하여 표시수단(50)에서 그 결과를 나타내는 방법에 의해 맥파가 검출되어진다. 물론 본 실시예에서 맥파변환수단(30), 신호처리수단(40) 및 표시수단(50)은 디스플레이가 구비된 컴퓨터가 통상 적용될 수 있을 것이다. The
본 발명에 따른 실시예로서 광전용적 센서를 이용한 맥파 검출 방법은 피부 부착형 센서 중 광전용적 센서를 이용하여 요골동맥에서 광전용적맥파를 검출하였으며, 이때 맥파 검출 장치의 실리콘 고무층이 피부로부터 받는 압력의 세기에 따라 검출된 맥파는 다음과 같다. As an embodiment according to the present invention, the pulse wave detection method using the photo-only sensor detects the photo-specific pulse wave in the radial artery using the photo-sensitive sensor among the skin-attached sensors, wherein the silicon rubber layer of the pulse-wave detection device receives the pressure from the skin. The pulse wave detected according to the intensity is as follows.
(실시예) (Example)
930 nm 파장의 근적외선 LED 광원을 조사하여 혈액량의 변화를 측정하였으며, 이때 광전용적 센서를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부로부터 받는 압력이 80 mmHg(도7a), 100 mmHg(도 7b) 및 140 mmHg(도 7c)일 때의 맥파 검출 그래프를 각각 나타낸 것이다. The change in blood volume was measured by irradiating a near-infrared LED light source with a wavelength of 930 nm, in which the pressure received from the skin by the silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor was 80 mmHg (FIG. 7A), 100 mmHg (FIG. 7B), and 140 mmHg (FIG. 7C) shows pulse wave detection graphs respectively.
상기 광전용적 센서는 피부에 직접 접촉되지는 않으나 광전용적 센서를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부로부터 받는 압력의 세기에 따라 도 7과 같이 맥파 검출 그래프가 상이하며, 피부로부터 받는 압력이 높아짐에 따라 용적맥파의 진폭이 커졌다가 다시 작아지며, 가압 상태에 따라 용적맥파의 모양이 변하는 것을 확인할 수 있었다.The photoelectric sensor is not in direct contact with the skin, but the pulse wave detection graph is different as shown in FIG. 7 according to the strength of the pressure of the silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor from the skin, and the volume pulse wave increases as the pressure received from the skin increases. The amplitude of and then decreases again, and the shape of the volumetric pulse wave changes according to the pressurized state.
따라서 상기와 같은 내용으로 구성된 본 발명은 광전용적센서부를 이용하여 맥파를 검출할 때, 상기 광전용적센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부에 가하는 압력의 세기를 압력센서부로 측정하여 모니터링하면서 압력의 세기에 따라 변화된 맥파의 검출 결과를 알 수 있도록 함으로써, 광전용적센서부를 감싸고 있는 실리콘 고무층이 피부로부터 받는 압력 세기의 측정하여 압력의 세기 정도에 따른 맥파의 파형의 강도나 모양 등을 모니터링하면서 검출된 맥파를 판단할 수 있도록 함과 동시에 상기 센서들은 회로 집적화를 통한 통합 센서로서 소형화시켜 휴대할 수 있도록 한 것이 특징이다.Therefore, the present invention constituted as described above, when detecting the pulse wave using the photo-only sensor unit, the pressure of the silicon rubber layer surrounding the photo-only sensor unit to measure the strength of the pressure applied to the skin by the pressure sensor unit to monitor the strength of the pressure As a result of detecting the changed pulse wave, it is possible to measure the intensity of the pressure received from the skin by the silicone rubber layer surrounding the photoelectric sensor and monitor the intensity or shape of the waveform according to the intensity of the pressure. At the same time, the sensors can be miniaturized and portable as integrated sensors through circuit integration.
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