KR20080017199A - 적응 필터링을 이용한 심전도 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적응 필터링 방법을 적용하여 측정된 신호의 노이즈를 저감시켜 정확한 심전도 측정을 가능하게 하는 심전도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 센서로부터 측정된 심전도 및 근전도 신호에서, 상기 심전도 신호에 대해 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치 및 방법을 제공한다.

적응 벡터, 심전도, 근전도, 노이즈

Description

적응 필터링을 이용한 심전도 측정장치 및 방법{Apparatus for measuring electrocardiogram using adaptive filtering and method at the same}

도 1은 본 발명에 따른 심전도 측정장치를 나타낸 블럭도,

도 2는 일반적인 심장의 펌프 작용을 나타낸 그래프,

도 3은 센서를 통해 측정된 심전도 및 근전도 신호를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명에 따른 적응 알고리즘을 적용한 생체신호 처리부의 구성을 나타낸 블럭도이고,

도 5 및 도 6은 상기 적응 알고리즘에 따른 필터링 과정을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 노이즈 제거 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적응 필터링 방법을 적용하여 측정된 신호의 노이즈를 저감시켜 정확한 심전도 측정을 가능하게 하는 심전도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

의식주 생활의 개선 및 의료 기술의 발달에 따라 인간의 수명은 과거보다 늘어나 바야흐로 전세계적으로 고령화 사회의 구조를 맞이하게 되었다.

이러한 고령화 사회는 운전자의 고령화 추세로 이어지고 있고, 고령 운전자는 만성질환을 가진 경우가 많아 사고발생의 위험성은 한층 증가되고 있다.

특히, 운전자가 심장질환을 가진 경우가 문제될 수 있는데, 이를 위해 운전자의 생체정보, 가령 심전도를 언제 어디서나 파악할 수 있도록 하는 심전도 측정장비가 필요하다. 여기서, 심전도(ECG: electrocardiogram)란 심장근육의 수축 확장에 따른 활동 전류를 측정하여 기록한 것으로, 심장근육이 수축 이완할 때 발생되는 활동전위는 심장으로부터 온 몸으로 퍼지는 전류를 일으키며, 이 전류는 몸의 위치에 따라 전위차를 발생시키는 데, 이 전위차는 인체의 피부에 부착된 표면전극(surface electode)을 통해 검출하여 기록할 수 있다. 이와 같은 심전도는 심장의 이상 유무 확인에 이용되며, 협심증, 심근경색, 부정맥 등 심장질환계의 질환을 측정하는데에는 기본적인 방법으로 이용되고 있어 매우 중요한 위치를 차지하고 있는 의료기기 중의 하나이다.

일반적으로 심전도 신호를 측정하기 위해서는 노이즈의 영향을 최대한 줄이기 위하여 측정대상자의 신체적 활동을 구속적으로 통제하여야 하므로 한계를 지니게 된다.

따라서, 일상생활에서 심전도 신호를 측정하는 것은 상당히 어려운 일이며, 신호 측정시 다양한 노이즈(noise) 원이 존재할 수 있다. 그 중에서도 측정부위의 움직임에 의해서 발생되는 노이즈가 가장 큰 원인이 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 근전 도 신호를 참조신호로 하여 입력된 심전도 신호를 필터링 함으로써, 노이즈가 저감되어 정확한 심전도 측정을 가능하게 하는 심전도 측정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 센서로부터 측정된 심전도 및 근전도 신호에서, 상기 입력된 심전도에 대해 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시예는, 사용자의 심전도 및 근전도를 측정하는 센서와, 상기 센서로부터 측정된 심전도 및 근전도 신호에 대해 상기 심전도 신호에서 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링을 행하는 생체신호 처리부와, 정상적인 심전도 데이터 신호를 데이터베이스화하여 저장하는 메모리와, 외부 장치와 신호를 송수신하는 송수신부와, 필터링된 심전도 신호 정보와 상기 메모리에 기저장된 심전도 정보를 비교하여 심전도의 이상 유무를 체크하고, 이상이 체크되면 상기 송수신부를 통해 상기 외부 장치에 상기 심전도 신호 정보를 송신하거나 상기 외부 장치로부터 상기 심전도 신호와 관련된 메시지를 수신하게 하는 제어부를 포함하는 심전도 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 생체신호 처리부에서 상기 심전도 출력값을 관찰하면서 필터의 계수를 지속적으로 변경하여 피드백을 행하는 적응 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 센서를 통해 심전도 신호 및 근전도 신호가 측정되고, 상기 심전도 신호에 대해 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 방법을 제공한다.

또한, 상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심전도 측정장치 및 그 방법을 상세히 설명하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일 구성요소에 대하여 동일 부호를 부여하며 이에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 심전도 측정장치를 나타낸 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 심전도 측정장치는, 사용자의 신체 부위에 접촉하여 사용자의 심전도 및 근전도를 측정하는 센서(110)와, 상기 센서(110)로부터 측정된 사용자의 심전도 및 근전도를 검출하는 검출부(120)를 구비한다.

여기서, 사용자의 심전도 및 근전도를 측정하는 센서(110)는, 전극으로 직접적인 신체 접촉에 의하거나 전도성 섬유와 같이 사용자의 팔에 감아서 전기신호를 인식하게 되어 신체에 전극의 직접적인 접촉 없이 생체신호를 측정할 수 있다.

상기 검출부(120)는, 상기 센서(110)로부터 측정된 사용자의 심전도 및 근전 도 신호의 노이즈를 제거하는 필터링을 행하는 생체신호 처리부(122)와, 정상적인 심전도 데이터 신호를 데이터베이스화하여 저장하는 메모리(123)와, 병원 등의 외부 의료시스템 또는 PDA 등 외부 장치와 신호를 송수신하는 송수신부(124)를 구비한다.

또한, 측정된 심전도 신호 정보와 상기 메모리(123)에 기저장된 심전도 정보를 비교하여 심전도의 이상 유무를 체크하고, 이상이 체크되면 상기 송수신부를 통해 병원의 의료시스템에 이를 알리거나, 상기 외부 의료 시스템 등으로부터 처방에 관련된 의료 메시지 등을 수신하는 제어부(125)를 구비한다.

또한, 심전도 등의 생체 신호 데이터, 상기 의료 메시지 등을 표시하는 디스플레이부(126)와, 경고음 등의 음성신호를 송출하는 스피커(127)와, 신호선을 통해 상기 센서(110)에 전원을 공급하는 전원 공급부(128)가 더 구비될 수 있다. 상기 전원공급부(128)는 충전이 가능한 리튬 폴리머 배터리 등의 2차 전지 형태로, 무게가 가볍고 복수회 충전이 가능하고 긴 충전시간을 가질 수 있게 한다.

또한, 상기 센서(110)로부터 수신된 미약한 심전도 및 근전도 신호를 증폭하는 증폭기(미도시)와, 상기 증폭된 심전도 및 근전도 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(미도시)가 구비될 수 있다.

이와 같이, 검출부(120)는 센서(110)로부터 측정된 심전도 및 근전도 등의 생체신호의 증폭, 처리, 저장 및 전송 등을 수행한다.

또한, 상기 센서(110)와 검출부(120)의 연결, 또는 상기 검출부(120)와 외부 장치의 연결은, 시리얼(serial) 통신을 사용하거나 실시간으로 블루투 스(Bluetooth), CDAM 이동통신 등의 무선 통신을 이용할 수 있다.

이하에서 도 2 내지 도 6에서 본 발명에 따른 심전도 측정장치의 생체신호 처리부에서의 움직임에 의한 노이즈를 제거하는 적응 필터링 방법을 설명한다.

도 2는 일반적인 심장의 펌프 작용을 나타낸 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 심장의 펌프 작용은 5단계로 나누어지는데, 1단계는 P파가 형성되는 단계이며, 혈액이 우심방으로 유입된다. 또한, 2, 3, 4단계는 심전도 신호에서 QRS군이 나타나며 심장에서는 많은 전기가 발생하고 이때의 심장활동은 심실의 활동과 관련이 있다. 또한, 5단계는 T파가 형성되며 이때 심실이 이완된다.

살펴본 심장의 펌프작용에 의해서 발생하는 심전도 신호는 심장의 활동과 밀접한 관련이 있으며, 특히 심장 질환 등의 정보를 제공하므로 주요 건강 판단 인자로 작용한다.

도 3은 센서를 통해 측정된 심전도 및 근전도 신호를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 적응 알고리즘을 적용한 생체신호 처리부(122)의 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 5 및 도 6은 상기 적응 알고리즘에 따른 필터링 과정을 나타낸 그래프다.

도 3은 센서를 통해 측정된 심전도 및 근전도 신호를 보여주는데, 참조신호로 이용되는 근전도 신호는 심전도 신호 측정과 같이 측정된 것이며, 실내에서 측정되었기 때문에 심전도, 근전도 신호에는 60Hz, 120Hz의 전원 잡음이 포함되어 있으며, 심전도 신호의 측정부위에서 근전도 신호를 얻기 위하여 근전도 전극을 심전 도 전극과 같은 위치에 부착하였다. 도 3을 참조하면, 심전도 신호에는 많은 노이즈가 포함되어 있고, 근전도 신호는 주파수대별로 구별되어 있어 쉽게 근잡음 영역을 파악할 수 있어 상대적으로 근전도 신호의 잡음 측정은 심전도 측정보다 용이함을 알 수 있다.

본 발명에 따른 적응 알고리즘은 사용자의 움직임에 따라 측정된 심전도 신호에 포함된 노이즈를 줄이기 위해 근전도 신호를 참조신호로 이용하여 적응 필터링을 행한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 센서(110)로부터 측정된 심전도 신호는 잡음이 섞여있는 상태에서 생체신호 처리부(122)에 입력되면, 적응 필터(Adaptive Filter)(30)는 그 출력값(20)을 관찰하면서 상기 필터(30)의 계수를 지속적으로 변경하여 피드백(feedback)을 수행하게 된다. 이때, 상기 적응 필터(30)는 기존의 시불변시스템에서 구성되는 필터에 반하여 시변시스템 필터이고 잡음에 관한 기준벡터로서, 측정한 심전도 신호(adaptive input)(10)에서 근전도 신호(adaptive reference input)를 참조신호로 사용하여 필터링을 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, ECG(잡음이 포함된 심전도 신호)에서 기준 신호인 EMG(근전도 신호)를 적응필터(30)를 통해 필터링하면, ECG 신호에서 EMG 신호를 뺀 결과 최하부의 ECG(20)와 같이 보다 정확한 심전도 신호가 출력된다.

도 6은 PSD(Power Spectral Density)를 나타낸 그래프로서, 주신호(EMG)와 참조신호(EMG)의 통계적 특성이 밀접함을 보여준다.

도 6에 도시된 바와 같이, 통계적 특성이 유사한 부분에서 적응필터의 출력 이 최적의 형태가 된다. 이와 같이 통계적 특성이 유사한 부분은 고주파 대역에서 나타나는데 이는 전력선 잡음이나 근잡음이 포함되어 있다.

따라서, 근전도 신호를 참조신호로 하는 적응 필터링 방법 적용시, 특히 통계적 특성이 유사한 부분(대역)에 더 중점을 두어 적응 필터링을 행하면 노이즈 제거가 더 효율적임을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 적응 필터링에 따른 노이즈를 제거한 심전도 측정장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 살펴보았지만, 이에 한정되는 것은 아니며 센서를 통해 심전도 및 근전도 이외의 생체신호를 측정할 수 있는 다양한 시스템에 적용가능할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 심전도 측정 장치 및 방법은 근전도 신호를 참조신호로 하여 입력된 심전도 신호를 필터링 함으로써, 노이즈가 저감되어 정확한 심전도 측정이 가능하게 한다.

또한, 근전도의 참조신호 이용에 따라 보다 간편하고 용이하게 심전도 신호의 노이즈를 제거할 수 있다.

Claims (7)

1. 센서로부터 측정된 심전도 및 근전도 신호에서,

   상기 심전도 신호에 대해 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치.
3. 사용자의 심전도 및 근전도를 측정하는 센서와,

   상기 센서로부터 측정된 심전도 및 근전도 신호에 대해 상기 심전도 신호에서 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링을 행하는 생체신호 처리부와,

   정상적인 심전도 데이터 신호를 데이터베이스화하여 저장하는 메모리와,

   외부 장치와 신호를 송수신하는 송수신부와,

   필터링된 심전도 신호 정보와 상기 메모리에 기저장된 심전도 정보를 비교하여 심전도의 이상 유무를 체크하고, 이상이 체크되면 상기 송수신부를 통해 상기 외부 장치에 상기 심전도 신호 정보를 송신하거나 상기 외부 장치로부터 상기 심전도 신호와 관련된 메시지를 수신하게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 생체신호 처리부에서 상기 심전도 출력값을 관찰하면서 필터의 계수를 지속적으로 변경하여 피드백을 행하는 적응 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 장치.
6. 센서를 통해 상기 심전도 신호 및 근전도 신호가 측정되고,

   상기 심전도 신호에 대해 상기 근전도 신호를 참조신호로 사용하여 필터링하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 심전도 신호 및 근전도 신호의 통계적 특성이 유사한 대역에서만 상기 필터링을 행하는 것을 특징으로 하는 심전도 측정 방법.

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