KR20100027375A - 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템 및 이를 이용한 동잡음검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템 및 이를 이용한 동잡음 검출 방법에 대한 것으로서, 맥진기 재현성 확보를 위하여 동잡음을 최소화할 수 있는 표준측정절차(SOP) 준수와 함께 동잡음 발생을 검출하여 해당 구간의 측정 신호를 분석에서 사용하지 않도록 하며, 이를 위하여, 전완에서 측정된 근전도 신호와 손목에서 측정된 가속도 신호 및 기울기 신호를 통해 동잡음 여부를 검출할 수 있는 동잡음 검출 시스템을 개시하고 있다. 이를 위하여 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템은, 3축 가속도 센서와, 근전도 전극, 및 2축 기울기 센서를 포함하여 동잡음 측정 하드웨어를 구성하되, 재현성 높은 맥압을 측정하기 위하여 상기 측정 하드웨어를 통하여 동잡음을 자동으로 검출하고 맥 측정 구간에서 동잡음이 있는 구간을 제외하도록 한 것을 특징으로 한다.
맥진기, 동잡음, 검출, 가속도센서, 근전도, 기울기센서

Description

맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템 및 이를 이용한 동잡음 검출 방법{Moving artifacts detection system for pulse diagnosis machine, and detection method using the same}
본 발명은 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템 및 이를 이용한 동잡음 검출 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는, 맥진기 재현성 확보를 위하여 동잡음을 최소화할 수 있는 표준측정절차(SOP)를 준수함과 함께 동잡음 발생을 검출하여 해당 구간의 측정 신호를 분석에서 사용하지 않도록 한 동잡음 검출 방법과, 이를 위한, 전완에서 측정된 근전도 신호와 손목에서 측정된 가속도 신호 및 기울기 신호를 통해 동잡음 여부를 검출할 수 있는 동잡음 검출 시스템에 대한 것이다.
일반적으로 한의학에서 맥진이라 함은 피검진자의 손목 안쪽에 있는 요골동맥(撓骨動脈)의 혈류(맥파, 맥동)에 따라 피검진자의 질병이나 건강상태를 판단하는 것을 말한다. 즉, 맥진(脈診)은 피험자 요골동맥의 맥동 또는 맥파로부터 피험자의 건강상태 또는 질병상태에 대한 정보를 얻거나, 혹은 다른 방법에 의해 내려진 생리, 병리적 진단을 확진하는 한의학적 진단 방법이다.
그런데, 종래의 이러한 일반적인 맥진 과정에서는, 피검진자의 병세를 판단 하기 위하여 피검진자의 손목부위에서 촉진(손가락 검진)으로 얻어지는 촉감으로 병세를 진단하고 있다. 그러나 이러한 경우 검진자의 감각 상이 및 경력차이로 인해서 부정확한 진단결과를 초래할 수 있고, 따라서 진단의 신뢰도를 저하시킬 염려가 있었다.
즉, 일반적으로 한의사는 맥진 시 환자의 좌우 요골 경상돌기 근처에서 가압력을 증가시키거나 감소시키는 동안의 맥동(pulsation)의 변화 특성 및 맥압 분포 특성을 관찰하는데 이러한 특성을 맥상(脈象, pulse image)이라고 한다. 이러한 맥상을 느끼고 분류하는 과정으로 이루어진 맥진은 절대적으로 한의사의 감각과 느낌에 의존하기 때문에 한의사와 환자 간뿐만 아니라 한의사들 간의 의사소통 및 치료 전후의 비교 임상연구에 있어서도 많은 제약이 존재한다.
이에 과학적이고 객관적인 맥진을 위한 맥진기 개발에 대한 요구가 지속적으로 있었으며, 1970년대 최초의 상용화 맥진기인 희수식 맥진기와 이후 다수의 맥진기가 개발되었으나 한의학적 맥진의 원리를 충분히 반영하지 못하거나 재현성 및 반복성의 미흡으로 임상에서 널리 활용되지 못하고 있는 실정이다.
한편, 최근까지 맥진기에 대한 연구 및 상용화 요구가 지속되고 있으나 재현성 확보에 어려움을 겪고 있다. 이러한 재현성을 평가하는 중요 파라미터 중 하나는 맥압의 크기인데, 이 경우 맥압은 동잡음에 매우 취약한 특성을 갖고 있다.
현재 개발되고 있는 맥진기의 대표적인 문제점으로는 요골동맥 상에서 가압력을 다단계로 증가 또는 감소시키며 맥압의 변화 및 분포 특성을 측정하는 시스템 이 필요하나 대부분의 맥진기가 이를 구비하지 않고 있거나 이를 구비한 맥진기의 경우에도 관련 기술의 노하우(know-how) 부족으로 충분한 재현성을 확보하지 못하고 있다는 점이다.
이러한 재현성을 평가하는 가장 대표적 지표는 일정 가압 조건에서 측정된 맥압으로서 이는 한 주기 맥파 신호에서 이완기압에 해당하는 최소값과 수축기압에 해당하는 최대값의 차이로 계산한다.
재현성 높은 맥압을 측정하기 위한 최우선적 해결 방안으로서는 요골동맥을 가압하는 가압력을 항상 일정도록 제어할 수 있는 가압 시스템과 더불어 높은 충실도를 갖는 압력 센서를 채용하는 것이다.
그러나 이러한 조건을 만족하는 맥진기의 경우에도 측정 절차가 부적절한 경우 63%의 측정 데이터가 분석에서 제외된 사례가 보고된 바 있으며, 이에 6 시그마 기법을 통해 안정된 맥파를 측정하기 위한 프로세스에 대한 연구가 수행된 바 있다.
한편, 맥파 신호는 최대 주파수가 약 30Hz 정도로 저주파 신호이며 동잡음에 매우 취약한 것으로 알려져 있다. 이러한 맥파 신호에 섞여 있는 동잡음은 맥파의 주파수 성분과 중첩되어 있어 전통적인 대역통과 필터를 사용할 수 없으며, 각 비트마다의 수축기 시점을 기준으로 기저선을 추정하여 제거하는 알고리즘 등이 사용되고 있으나 약 1Hz 내지 1.5Hz 정도인 심박수보다 고주파인 동잡음에 대해서는 여전히 매우 취약하였다.
따라서, 맥진기 재현성 확보를 위한 최선의 방법은 동잡음을 최소화 할 수 있는 표준측정절차(SOP, standard operating procedure) 준수와 함께 동잡음 발생을 검출하여 해당 구간의 측정신호를 분석에 사용하지 않는 것일 것이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명에 따른 주 목적은, 맥진기 재현성 확보를 위하여 동잡음을 최소화할 수 있는 표준측정절차(SOP) 준수와 함께 동잡음 발생을 검출하여 해당 구간의 측정 신호를 분석에서 사용하지 않도록 하는 데 있다.
이를 위하여, 전완에서 측정된 근전도 신호와 손목에서 측정된 가속도 신호 및 기울기 신호를 통해 동잡음 여부를 검출할 수 있는 동잡음 검출 시스템을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템은, 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템에 있어서, 3축 가속도 센서와; 근전도; 및 2축 기울기 센서;를 포함하여 동잡음 측정 하드웨어를 구성하되, 재현성 높은 맥압을 측정하기 위하여 상기 측정 하드웨어를 통하여 동잡음을 자동으로 검출하고 맥 측정 구간에서 동잡음이 있는 구간을 제외하도록 한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 가속도 센서는, 500 μA의 저전력을 소모하며 미세가공 용량성 센서로, 측정 범위는 ±1.5g로 하여 800mV/g의 높은 민감도(sensitivity)를 갖도록 설정하되, 전원으로는 3.3V를 사용하고, 동잡음의 특성을 고려하여 X-out, Y- out, Z-out의 각 출력 신호에 1차 저역통과필터(fc=4Hz)를 추가한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 기울기 센서는, 2축의 폴리머 기반 전해질 기울기 센서로 구성하며, 이 센서의 측정 범위는 최대 ±90°이며, 선형구간은 ±70˚이고 응답속도는 20msec 이하로 설정하되, 입력 전원은 7.5V를 사용하고, 기울기에 따라 Roll(X축), Pitch(Y축)의 아날로그 신호가 출력되며, 구현의 편의성을 위해 두 축 모두 +90˚ 경사에 4V, 0˚에는 2.5V, -90˚에는 1V가 출력되도록 설계한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 근전도 신호 획득을 위하여, 생체전위증폭 모듈을 사용하며, 1 채널 신호를 1,000배 증폭하도록 설정한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 동잡음 검출 시스템을 이용한 본 발명에 따른 동잡음 검출 방법에서는, 동잡음을 검출하기 위한 논리 규칙을 설정하되, 상기 논리 규칙은, 아래 규칙 (a) 내지 규칙 (e)로 구성하는 것을 특징으로 한다.
(a) 가속도 센서 X축, Y축, Z축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단하고,
(b) 근전도 신호에서 근전도 펄스 또는 근 수축이 검출되어야 동잡음이 발생된 것으로 판단하고,
(c) 기울기 센서 X축, Y축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단하고,
(d) 가속도 센서, 근전도, 기울기 센서 중 둘 이상에서 동잡음이 발생된 것 으로 판단되면 최종적으로 동잡음이 발생된 것으로 하며,
(e) 전체 시스템의 동잡음 종료 시점은 근전도 상 동잡음이 발생된 것으로 판단된 경우, 근전도 상 동잡음 종료 후 2초로 한다. 근전도 신호 상 동잡음이 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 응답이 가장 느린 기울기 센서의 동잡음 종료 시점을 시스템의 동잡음 종료 시점으로 한다.
또한, 상기 규칙 (a)를 구현하기 위하여, 가속도 센서 X축, Y축, Z축 신호에 따라서 아래의 수식 (1)과 같은 ACC(n) 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
ACC(n)=│aX(n)│2 + │aY(n)│2 +│aZ(n)│2 (수식 (1))
또한, 상기 규칙 (b)를 구현하기 위하여, 아래의 수식 (2)에 따른 차분 근전도 신호 값 및 수식 (3)에 따른 적분 근전도 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112008062456139-PAT00001
(수식(2))
Figure 112008062456139-PAT00002
(수식(3))
또한, 상기 규칙 (c)를 구현하기 위하여, 기울기 센서 X축, Y축 신호에 따라서 아래의 수식 (4)와 같은 ACC(n) 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
INC(n)=│iX(n)│2 + │iY(n)│2 (수식(4))
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 동잡음 검출 방법에 의할 경우에는, 동잡음을 최소화할 수 있는 표준측정절차(SOP) 준수와 함께 동잡음 발생을 검출하여 해당 구간의 측정 신호를 분석에서 사용하지 않도록 함으로써 맥진기 재현성을 확보 할 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템에 있어서는, 전완에서 측정된 근전도 신호와 손목에서 측정된 가속도 신호 및 기울기 신호를 통하여 동잡음 여부를 검출할 수 있는 동잡음 검출 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 맥진기를 통한 동잡음 검출 시스템 및 이를 이용한 동잡음 검출 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 맥진센서를 위한 아날로그 회로 구성도, 도 2는 측정센서 및 이들을 위한 증폭회로를 포함하는 하드웨어 구성도, 도 3은 피험자의 왼손 요골 근처에 부착한 각 센서의 위치도, 도 4는 움직임 별 각 센서 신호 출력의 예시도, 도 5는 고주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을 나타낸 그래프, 도 6은 저주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 도 7은 동잡음 검출 흐름도를 도시하고 있다.
본 발명에서의 맥진기 측정은 짧게는 1분 정도에서 측정 부위의 수와 측정 방법에 따라 최대 10여분까지 소요된다. 측정 동안에는 피험자는 최대한 같은 자세를 유지할 것이 요구되지만, 측정 자세 또는 피험자의 생리적, 정신적 상태 등의 피험자 요인 및 토노메트릭(tonometric) 측정을 위한 가압부 또는 팔 지지 기구물 등의 측정기 요인에 의해 필연적으로 동잡음이 발생한다.
이러한 동잡음의 형태를 두 가지로 구분해 보면, 측정되는 시간동안에 서서히 자세가 변형되는 저주파 동잡음과, 지속적 자세 유지에 의한 근피로 또는 가압부에 의한 신경 자극 등으로 인한 경련성 고주파 동잡음으로 나눌 수 있다. 한편, 동잡음 패턴을 세 가지로 나누어 정형화해 보면, 손목의 신장(extension), 굴곡(flexion), 회전(rotation)으로 나눌 수 있다.
본 발명에서는 도 2에서 볼 수 있듯이, 맥진기 측정 시 발생하는 동잡음을 검출하기 위하여 가속도 센서(accelerometer, 2), 기울기 센서(tilt sensor, 4), 근전도(EMG, electromyography) 측정을 위한 근전도 전극(3)을 포함한 맥진기를 구성하는 동잡음 검출 시스템을 개시하고 있다. 시스템에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
여기에서, 먼저, 가속도 센서(2)는 500 μA의 저전력을 소모하며 미세가공 용량성 센서를 채택한 MMA7260Q(Freescale Semiconductor Inc, USA)를 사용하였으며, 측정 범위는 ±1.5g로 하여 800mV/g의 높은 민감도(sensitivity)를 갖도록 설정하였다. 전원으로는 3.3V를 사용하였으며, 동잡음의 특성을 고려하여 X-out, Y-out, Z-out의 각 출력 신호에 1차 저역통과필터(fc=4Hz)를 추가하였다.
그리고, 기울기 센서(4)는 2축의 폴리머 기반 전해질 기울기 센서인 DX-045-90(ADVANCED ORIENTATION SYSTEMS, Inc, USA)를 사용하였으며, 이 센서(4)의 측정 범위는 최대 ±90°이며, 선형구간은 ±70˚이고 응답속도는 20msec 이하이다. 입력 전원은 7.5V를 사용하였으며 기울기에 따라 Roll(X축), Pitch(Y축)의 아날로그 신호가 출력되며, 구현의 편의성을 위해 두 축 모두 +90˚ 경사에 4V, 0˚에는 2.5V, -90˚에는 1V가 출력되도록 설계하였다.
아울러, 근전도 신호 획득을 위해서는 Biopac 생체전위증폭 모듈(BIOPAC Systems Inc, USA)을 사용하였으며, 1 채널 신호를 1,000배 증폭하도록 설정하였 다.
한편, 동잡음 발생이 맥파에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 맥진센서(1)로 절대압을 측정할 수 있는데, 상기 맥진센서(1)로는 절대압 측정이 가능하며 선형 특성이 우수한 Pressure Sensor 1451(Measurement Specialties Inc, USA)를 사용하였으며, 이를 위하여 도 1과 같이 맥진 센서를 위한 아날로그 회로를 구성하였다.
각 센서(1, 2, 4)의 신호 획득에는 Biopac UIM 모듈과 MP150 모듈을 사용하였으며, 전체 채널 수는 가속도 센서의 3채널, 기울기 센서의 2채널, 근전도 센서의 1채널, 맥진 신호 1채널로 총 7채널로 구성하였다.
도 2에서는 측정 센서(1, 2, 4) 및 이들을 위한 증폭회로를 포함하는 제작된 하드웨어(10)를 나타내고 있다. 이 경우 실험의 용이성을 위해 모든 채널의 샘플링률은 AcqKnowledge 소프트웨어를 통해 200Hz로 동일하게 설정하였다.
그리고, 도 2에서와 같이, 근전도전극(3), 기울기센서 출력아날로그컨넥터(6), 9 채널 맥진하드웨어(7) 및 가속도센서 출력아날로그컨넥터(8)를 더 포함하여 하드웨어(10)를 구성하고 있음을 알 수 있다.
상기 각 센서의 구성 및 동작/출력 조건은 최적의 결과를 도출하기 위한 일 실시 조건 및 구성일 뿐, 다른 구성 및 조건 조합이 가능함은 물론이다.
이하, 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템 구성에 있어서, 맥진기 재현성 확보를 위한 동잡음 검출 알고리즘 설계를 위한 다양한 실험 내용, 이에 따른 구체적인 데이터 및 그래프를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 재현성 확보를 위한 실험 과정에서, 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스 템이 앞에서 언급한 신장, 굴곡, 회전의 세 가지 움직임 패턴에 대해 어떤 신호특성을 갖는지와 저주파 및 고주파의 동잡음을 검출하기에 적합한지를 알아보면 다음과 같다. 이를 위해 피험자의 왼손 요골 근처에 부착한 각 센서 위치는 도 3과 같다. 여기에서, (1)은 가속도센서 부착위치를, (2)는 기울기센서 부착위치를, (3)은 맥진센서 부착위치를, (4)는 근전도전극 부착위치를 나타내고 있다.
즉, 가속도 센서(2)의 X축은 국소좌표의 -y축을, Y축은 -x축을, Z축은 -z축을 향하도록 부착하였고, 기울기 센서(4)의 X축은 국소좌표의 z축 방향, 센서의 Y축은 x축 방향을 향하도록 부착 하였다. 그리고 맥진 센서(1)는 -z방향으로 부착하였으며, 근전도 검출을 위한 근전도 전극(3)은 상완요골근 부위에 부착하였다.
이하, 도 4를 참조하여, 움직임별 각 센서 신호 출력 특성을 설명하면 다음과 같다. 도 4(a)는 신장 움직임 패턴에 대한 신호특성을, 도 4(b)는 굴곡 움직임 패턴에 대한 신호특성을, 도 4(c)는 회전 움직임 패턴에 대한 신호 특성을 도시하고 있다.
먼저, 세 가지 움직임, 즉 신장, 굴곡 및 회전에 대한 각 센서 출력 신호의 패턴을 이끌어내기 위하여 피험자에게 맥진기 측정 자세를 취한 상태에서 각각의 움직임을 약 0.5-1Hz 정도의 속도로 수행하도록 요청하였다. 그 결과 획득된 신호의 예를 도 4에 도시하였다.
여기에서, 첫 3개 채널은 기울기 센서의 X축, Y축, Z축 신호이며, 채널 4는 근전도 신호, 채널 5와 6은 각 기울기 센서의 X축과 Y축 신호이다.
먼저 가속도 센서(2) 출력 신호의 특성을 살펴보면 다음과 같다. 가속도 센 서(2) X축의 경우 국소 좌표 상 -y축 방향으로의 움직임이 거의 없으므로 모든 움직임에서 거의 변동이 없는 것이 관찰되었다. 가속도 센서(2) Z축의 경우, 신장 운동에서는 하향 구형파(downward squared wave)가 관찰되었고 굴곡 운동에서는 신장 운동에 비해 손목 이동 거리가 짧기 때문에 상대적으로 크기가 작은 상향 구형파(upward squared wave)가 관찰되었다. 회전 운동에서는 가속도 센서(2)의 Y축과 Z축에서 상향 구형파가 두드러진 특징이 있음을 알 수 있다.
근전도 신호의 경우, 모든 움직임 이벤트 발생 시점에서 관찰할 수 있었으나, 움직임별로 차이를 관찰하기 어려우므로 움직임을 예측하기에는 부적절한 것으로 판단된다.
그리고, 기울기 센서(4)의 경우, 약 0.5초 이내의 초기 안정화 시간이 필요한 것이 관찰되었으며, 가속도 센서(2)와 근전도 전극(3) 신호에 비해 응답 시간지연 특성이 있음을 알 수 있었다. 이 경우, 가속도 신호의 경우와 비슷하게 움직임 범위가 큰 신장 운동에서 굴곡 운동에 비해 큰 신호가 관찰되었으며, 회전 운동에서만 X축, Y축 신호가 동시에 발생하였다.
이하, 동잡음 주파수별 센서 출력 특성에 대하여 설명하면 다음과 같다. 도 5는 고주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을, 도 6은 저주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을 도시하고 있다.
먼저, 맥진시 고주파 동잡음 및 저주파 동잡음 발생 시 센서별 출력 특성을 살펴보았다. 이를 위하여, 맥진 측정을 위해서는 스트래퍼(strapper) 안쪽에 맥진센서(1)를 부착하였으며, 피험자의 손목 움직임이 최대 맥파 신호가 측정되도록 스 프래퍼를 조절하였다. 아울러, 가속도 센서 3채널, 근전도 1채널, 맥파 1채널, 기울기 센서 2채널 순으로 총 7채널의 신호를 획득하였다.
그 다음, 고주파 동잡음에 대한 센서별 출력 신호의 특성을 살펴보았으며, 도 5에 그 일 례를 도시하였다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 근전도 신호를 기준으로 평가하였을 때 잡음 지속 시간은 0.2초 이내였으며, 근전도 발생 이후 가속도 센서(2)와 기울기 센서(4)에 차례대로 동잡음 관련 신호가 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한 근전도를 기준으로 동잡음 발생 이후 다시 안정된 맥파를 얻기까지는 약 1.5초 정도가 소요되는 것이 관찰되었다.
한편, 저주파 동잡음이 10초 가량 지속되는 동안의 센서별 출력 신호의 예를 도6에 도시하였다. 저주파 동잡음에서도, 고주파 동잡음에서와 마찬가지로 근전도에서 가장 먼저 동잡음 발생 유무를 확인할 수 있었으며, 가속도 센서, 기울기 센서의 순으로 검출 가능한 것을 알 수 있다. 그리고, 안정된 맥파는 고주파 동잡음과 비슷하게 근 수축(muscle contraction)이 중단된 뒤 약 2초 가량이 소요되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과로부터 본 발명에 따른 가속도 센서(2), 근전도 전극(3), 기울기 센서(4)로 구성된 동잡음 검출 시스템이 맥진 시 발생하는 저주파 동잡음과 고주파 동잡음을 검출할 수 있음을 확인 할 수 있다.
이하, 상기에서 설명하였던, 가속도 센서, 근전도, 기울기 센서로 구성된 동잡음 검출 시스템을 통해 동잡음을 검출하기 위한 논리 규칙을 정리하면 아래의 표 1과 같다. 이는 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템을 통하여 최적 조건 설정 후 반복된 실험 데이터들을 토대로 유추해낸 것이다.
표1. 동잡음 검출 논리 규칙
규칙 내 용
(a) 가속도 센서 X축, Y축, Z축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단한다.
(b) 근전도 신호에서 근전도 펄스 또는 근 수축이 검출되어야 동잡음이 발생된 것으로 판단한다.
(c) 기울기 센서 X축, Y축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단한다.
(d) 가속도 센서, 근전도, 기울기 센서 중 둘 이상에서 동잡음이 발생된 것으로 판단되면 최종적으로 동잡음이 발생된 것으로 한다.
(e) 전체 시스템의 동잡음 종료 시점은 근전도 상 동잡음이 발생된 것으로 판단된 경우, 근전도 상 동잡음 종료 후 2초로 한다. 근전도 신호 상 동잡음이 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 응답이 가장 느린 기울기 센서의 동잡음 종료 시점을 시스템의 동잡음 종료 시점으로 한다.
먼저, 표 1에서의 규칙(a)를 구현하기 위해서는 가속도 센서 X축, Y축, Z축 신호를 수식 (1)과 같은 ACC(n) 신호를 생성할 필요가 있다.
ACC(n)=│aX(n)│2 + │aY(n)│2 +│aZ(n)│2 (수식 (1))
이 때, 가속도 센서(2)의 고주파 동잡음에 대한 오실레이션 주파수를 고려하여 각 축 신호를 이동평균을 취한 뒤 연산하는 것도 가능하겠다. 본 시스템에서 사용한 가속도 센서인 경우 고주파 동잡음에 대해 약 10Hz의 오실레이션이 발생하였고 샘플링률이 200Hz였으므로 윈도우 크기가 20 샘플인 이동평균 필터를 사용할 수 있으며 일정 문턱치 값을 초과하는 경우 동잡음으로 판단할 수 있을 것이다.
그 다음, 표 1에서의 규칙 (b)를 구현하기 위해서는 근전도 펄스를 검출하는 것과 근 수축을 검출하는 것이 필요하다. 근전도 펄스인 경우, 약 5Hz 정도로 판단되므로 아래의 수식(2)를 사용하여 차분된 근전도 신호 dEMG와 이전 40 샘플의 평 균 dEMG값 간의 비가 미리 결정된 문턱치를 초과하면 근전도 펄스로 판단하도록 하면 될 것이다.
Figure 112008062456139-PAT00003
(수식(2))
한편 근 수축 검출을 위해서는 적분 근전도 신호를 생성할 필요가 있는데, 아래의 수식(3)과 같이 0.5초에 해당하는 100샘플의 윈도우 크기를 가지는 적분 신호값이 미리 설정된 문턱치를 초과하면 근 수축으로 판단할 수 있을 것이다
Figure 112008062456139-PAT00004
(수식(3))
규칙 (c)를 구현하기 위해서는 가속도 센서에서와 비슷한 방법으로 아래의 수식 (4)를 구현한 뒤 측정된 값이 미리 설정된 문턱치를 초과한 경우 동잡음으로 검출 할 수 있을 것이다.
INC(n)=│iX(n)│2 + │iY(n)│2 (수식(4))
이하, 상기 설계된 수식(1) 내지 수식(4)를 이용하여 본 발명에 따른 동잡음 검출 시스템 및 동잡음을 검출하는 과정을 흐름도로 정리하면 도 7과 같다.
도 7을 참조하여 본 발명에 따른 동잡음 검출 과정을 설명하면, 먼저 규칙 (a)에 따라서, ACC(n) 신호를 생성하고 생성된 값이 미리 결정된 문턱치 값(T1)을 초과하는 경우 동잡음으로 판단하여 +1을 카운트하고, 초과하지 않는 경우에는 규칙 (b)에 의하여 근전도 펄스를 검출한다. 이에 따라서, 차분된 근전도 신호(dEMG)를 이전 40 샘플의 평균 dEMG값 간의 비가 미리 결정된 문턱치(T2)를 초과하는 경우, 근전도 펄스로 판단하도록 한다. 이에 따라서 상기 문턱치(T2)를 초과하면 근 전도 펄스로 판단하여 +1을 카운트 하게 하며, 아닐 경우에는 근수축 검출을 위한 적분 근전도 신호를 생성하게 한다. 이에 따라서, 수식 (3)과 같이, 0.5초에 해당하는 100 샘플의 윈도우 크기를 가지는 적분 신호가 미리 설정된 문턱치(T3)를 초과하면 근 수축으로 판단하여 +1을 카운트 하게 하며, 아닐 경우에는 규칙 (c)에 따라서, 상기 수식 (4) 구현 뒤 미리 설정된 문턱치(T4)를 초과한 경우에 동잡음으로 검출하여 이를 +1 카운트하게 한다. 물론, 상기한 카운트 과정 후에는 도 7에 도시된 순서에서와 같이, 순서화된 플로우대로 진행하여 최종 INC(n) 값까지 검출하게 하여야 할 것이다.
표 1의 규칙 (d)에 따라서, 상기 검출된 가속도 센서, 근전도, 기울기 센서에 의한 수식 (1) 내지 수식 (4)에 따른 검출값과 상기 문턱치(T1 내지 T4) 값과의 비교에 따라서, 둘 이상에서 동잡음이 검출된 것으로 판단되면 최종적으로 동잡음이 발생된 것으로 판단한다.
규칙 (e)에서는 차분 근전도 또는 적분 근전도 신호로부터 동잡음이 있다고 판단된 경우, 근전도 상 동잡음이 끝난 후 2초에 해당하는 400 샘플 후부터 동잡음이 종료된 것으로 판단할 수 있음을 나타내고 있다.
한편 근전도 신호의 크기가 상대적으로 작거나 크기가 오랜 시간을 두고 천천히 증가하는 경우에는 근전도로부터 동잡음 시작과 끝을 검출하기 어려울 수 있다. 따라서, 이 때는 동잡음에 대해 반응속도가 가장 느린 기울기 센서 상 동잡음 종료 시점을 검출하여 이를 시스템의 동잡음 종료 시점으로 할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 맥진센서를 위한 아날로그 회로 구성도
도 2는 측정센서 및 이들을 위한 증폭회로를 포함하는 하드웨어 구성도
도 3은 피험자의 왼손 요골 근처에 부착한 각 센서의 위치도
도 4는 움직임 별 각 센서 신호 출력의 예시도
도 5는 고주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을 나타낸 그래프
도 6은 저주파 잡음에 대한 센서 출력 특성을 나타낸 그래프
도 7은 동잡음 검출 흐름도
*** 도면의 주요 부분에 대한 설명 ***
10 : 하드웨어 1: 맥진센서
2: 가속도센서 3: 근전도 전극
4: 기울기센서 5: 전원
6: 기울기센서 출력아날로그컨넥터
7: 9채널(ch) 맥진하드웨어
8: 가속도센서 출력아날로그컨넥터

Claims (9)

  1. 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템에 있어서,
    3축 가속도 센서와;
    근전도; 및
    2축 기울기 센서;를 포함하여 동잡음 측정 하드웨어를 구성하되,
    재현성 높은 맥압을 측정하기 위하여 상기 측정 하드웨어를 통하여 동잡음을 자동으로 검출하고 맥 측정 구간에서 동잡음이 있는 구간을 제외하도록 한 것을 특징으로 하는 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가속도 센서는,
    500 μA의 저전력을 소모하며 미세가공 용량성 센서로, 측정 범위는 ±1.5g로 하여 800mV/g의 높은 민감도(sensitivity)를 갖도록 설정하되, 전원으로는 3.3V를 사용하고, 동잡음의 특성을 고려하여 X-out, Y-out, Z-out의 각 출력 신호에 1차 저역통과필터(fc=4Hz)를 추가한 것을 특징으로 하는 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기울기 센서는,
    2축의 폴리머 기반 전해질 기울기 센서로 구성하며, 이 센서의 측정 범위는 최대 ±90°이며, 선형구간은 ±70˚이고 응답속도는 20msec 이하로 설정하되, 입력 전원은 7.5V를 사용하고, 기울기에 따라 Roll(X축), Pitch(Y축)의 아날로그 신호가 출력되며, 구현의 편의성을 위해 두 축 모두 +90˚ 경사에 4V, 0˚에는 2.5V, -90˚에는 1V가 출력되도록 설계한 것을 특징으로 하는 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 근전도 신호 획득을 위하여,
    생체전위증폭 모듈을 사용하며, 1 채널 신호를 1,000배 증폭하도록 설정한 것을 특징으로 하는 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 맥진기를 위한 동잡음 검출 시스템을 이용한 동잡음 검출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    동잡음을 검출하기 위한 논리 규칙을 설정하되,
    상기 논리 규칙은, 아래 규칙 (a) 내지 규칙 (e)로 구성하는 것을 특징으로 하는 동잡음 검출 방법.
    (a) 가속도 센서 X축, Y축, Z축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단함.
    (b) 근전도 신호에서 근전도 펄스 또는 근 수축이 검출되어야 동잡음이 발생된 것으로 판단함.
    (c) 기울기 센서 X축, Y축 출력 신호 중 적어도 1개 이상에서 동잡음이 검출되어야 동잡음이 발생으로 판단함.
    (d) 가속도 센서, 근전도, 기울기 센서 중 둘 이상에서 동잡음이 발생된 것으로 판단되면 최종적으로 동잡음이 발생된 것으로 함.
    (e) 전체 시스템의 동잡음 종료 시점은 근전도 상 동잡음이 발생된 것으로 판단된 경우, 근전도 상 동잡음 종료 후 2초 시점을 시스템 동잡음 종료 시점으로 하며, 근전도 신호 상 동잡음이 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 응답이 가장 느린 기울기 센서의 동잡음 종료 시점을 시스템의 동잡음 종료 시점으로 함.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 규칙 (a)를 구현하기 위하여, 가속도 센서 X축, Y축, Z축 신호에 따라서 아래의 수식 (1)과 같은 ACC(n) 신호를 생성하고 이 신호가 미리 설정된 문턱치(T1)를 초과하면 상기 ACC(n) 신호를 동잡음으로 검출하는 것을 특징으로 하는 동잡음 검출 시스템을 이용한 동잡음 검출 방법.
    ACC(n)=│aX(n)│2 + │aY(n)│2 +│aZ(n)│2 (수식 (1))
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 규칙 (b)를 구현하기 위하여, 아래의 수식 (2)에 따른 차분 근전도 신호를 생성하고 이 차분 근전도 신호 값과 차분 근전도의 이전 40 샘플 평균값의 비가 미리 설정된 문턱치(T2)를 초과하면 상기 차분 근전도 신호를 동잡음으로 검출하고, 아래의 수식 (3)에 따른 적분 근전도 신호를 생성하고 적분 신호가 미리 설정된 문턱치(T3)를 초과하면 상기 적분 근전도 신호를 동잡음으로 검출하는 것을 특징으로 하는 동잡음 검출 시스템을 이용한 동잡음 검출 방법.
    Figure 112008062456139-PAT00005
    (수식(2))
    Figure 112008062456139-PAT00006
    (수식(3))
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 규칙 (c)를 구현하기 위하여, 기울기 센서 X축, Y축 신호에 따라서 아래의 수식 (4)와 같은 INC(n) 신호를 생성하고 상기 INC(n) 신호가 미리 설정된 문턱치(T4)를 초과하면 상기 INC(n) 신호를 동잡음으로 검출하는 것을 특징으로 하는 동잡음 검출 시스템을 이용한 동잡음 검출 방법.
    INC(n)=│iX(n)│2 + │iY(n)│2 (수식(4))
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