KR20100122811A - 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템에 관한 것으로, 고정된 자성발생수단과 맥파에 따라 진동하는 자성발생수단 사이에 발생하는 자기장의 변화를 측정함으로써, 측정대상 인체의 맥파를 안정적으로 측정할 수 있는 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 케이스와; 상기 케이스의 외측 상부에 배치되어, 외부로부터 인가되는 바이어스를 이용하여 기준이 되는 자기장을 발생하는 제1자성발생수단과; 상기 케이스의 외측 하부에 배치되어, 측정대상 인체의 맥파에 따라 진동하여 자기장을 발생하는 제2자성발생수단과; 상기 케이스의 내측 상면에 배치되어, 상기 제1자성발생수단과 제2자성발생수단 사이에 발생되는 자기장의 변화를 감지하여 그 감지결과에 대응하는 출력전압을 발생하는 홀센서;를 포함한다.

이러한 구성에 의해, 본 발명은 안정적인 맥파를 측정할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에, 맥파의 측정시간을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 맥파 내에 포함된 노이즈 성분을 제거할 수 있는 효과가 있다.

맥파, 맥파측정, 요골동맥, 자석, 홀센서

Description

맥파측정센서 및 맥파 측정시스템 {Sensor and system for measuring of pulse wave}

본 발명은 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템에 관한 것으로, 고정된 자성발생수단과 맥파에 따라 진동하는 자성발생수단 사이에 발생하는 자기장의 변화를 측정함으로써, 측정대상 인체의 맥파를 안정적으로 측정할 수 있는 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템에 관한 것이다.

과학기술과 IT 정보통신기술의 발전과 함께, 삶의 질이 향상되는 가운데, 건강관리에 관심을 가지는 사람들이 점차 늘어나고 있다. 그러나 서구화된 식습관과 음주, 운동부족 등으로 인해 심혈관계 질병이 빠르게 늘어나고 있는 추세이다. 또한, 최근 고령화 사회로 급격하게 변화면서 노인인구가 많아질수록 심혈관 질환의 위험성이 강조되고 있어, 일상 속에서 심장박동의 위험을 감지해 알려주는 기기가 많이 개발되고 있다.

이러한 기기들은 다양한 방법을 통하여 심장박동을 측정한다.

예를 들면, 심전도는 양쪽 손에 전극을 부착해 심장박동에서 발생하는 미세전압을 증폭해서 측정한다. 광혈류 측정기는 640 내지 940nm의 특정 적외선파장대역의 빛을 손가락이나 피부조직에 조사하여 반사되거나 투과되는 빛의 양을 검출한다. 스트레인게이지는 혈관 벽에 부착하여 혈관의 수축작용에 의해 변하는 변위저항 값을 측정한다.

하지만, 이러한 기기들은 피부접촉면에서 발생하는 전기적 임피던스나 빛의 간섭으로 일그러진 왜란과 측정부위의 접촉면 압력차이로 측정값이 안정적이지 못하고, 불규칙하게 검출되는 문제점이 발생했다.

본 발명은 이러한 문제점에 의해 제안된 것으로, 고정된 자성발생수단과 맥파에 따라 진동하는 자성발생수단 사이에 발생하는 자기장의 변화를 측정함으로써, 측정대상 인체의 맥파를 안정적으로 측정할 수 있는 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 맥파측정센서는 케이스와; 상기 케이스의 외측 상부에 배치되어, 외부로부터 인가되는 바이어스를 이용하여 기준이 되는 자기장을 발생하는 제1자성발생수단과; 상기 케이스의 외측 하부에 배치되어, 측정대상 인체의 맥파에 따라 진동하여 자기장을 발생하는 제2자성발생수단과; 상기 케이스의 내측 상면에 배치되어, 상기 제1자성발생수단과 제2자성발생수단 사이에 발생되는 자기장의 변화를 감지하여 그 감지결과에 대응하는 출력전압을 발생하는 홀센서;를 포함한다.

바람직하게는 상기 제2자성발생수단과 접촉된 면이 탄성막으로 이루어진 케이스를 포함할 수 있다.

특히, 상기 제2자성발생수단 및 홀센서 중 적어도 하나는 다수의 어레이로 구성될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 맥파측정센서를 이용 한 맥파 측정시스템은 상기 맥파측정센서의 출력전압을 디지털신호로 변환하는 제어부와; 상기 변환된 디지털신호를 출력하는 출력부;를 포함한다.

바람직하게는 상기 제어부는 무선통신을 송신하는 송신부;를 포함할 수 있고, 상기 출력부는 무선통신을 수신하는 수신부;를 포함할 수 있다.

특히, 상기 송신부 및 수신부는 지그비(Zigbee) 통신방식으로 구성될 수 있다.

바람직하게는 상기 맥파측정센서의 출력전압을 디지털신호로 변환하는 AD 컨버터와; 상기 변환된 디지털신호에 포함된 노이즈를 제거하는 필터;를 포함하는 제어부를 포함할 수 있다.

특히, 상기 필터는 1 내지 10Hz의 통과주파수 대역폭을 갖는 밴드패스필터(BPF)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 안정적인 맥파를 측정할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에, 맥파측정 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 맥파 내 포함된 노이즈 성분을 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템에 대한 예는 다양하게 적용될 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대해 설 명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 맥파측정센서(10)는 케이스(11)와 제1자성발생수단(12)과 제2자성발생수단(13)과 홀센서(14)와 탄성막(15)을 포함한다.

케이스(11)는 상기 제1자성발생수단(12)과 접촉되어, 상기 제1자성발생수단(12)을 지지한다. 이러한 케이스(11)는 소켓형태로서 강화플라스틱 소재인 ABS수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 상기 케이스(11)는 상기 제2자성발생수단(13)과 접촉되는 면이 탄성막(15)으로 이루어질 수 있다.

따라서 상기 탄성막(15)이 측정 대상의 인체 중 요골동맥의 상부에 접촉하는 경우, 맥파의 진동에 따라 상기 제2자성발생수단(13)이 진동하며 자기장을 발생한다.

제1자성발생수단(12)은 상기 케이스(11)의 외측 상부에 배치되어, 외부로부터 인가되는 바이어스를 통하여 자기장 변화를 측정하도록 기준이 되는 자기장을 발생한다.

제2자성발생수단(13)은 상기 케이스(11)의 외측 하부에 배치되어, 측정대상 인체 중 요골동맥의 상부에 접촉된다. 이에 따라, 상기 제2자성발생수단(13)은 측정 대상 인체의 맥파에 따라 진동하며 자기장을 발생한다.

이러한 상기 제1자성발생수단(12)과 제2자성발생수단(13)은 네오디뮴(Neodymium) 자석이 사용될 수 있으며, 동일한 극성을 갖도록 하여, 상기 제1자 성발생수단(12)과 제2자성발생수단(13) 사이에 상호 밀어내는 힘이 발생하도록 한다.

홀센서(14)는 상기 케이스(11)의 내측 상면에 배치되어, 상기 제1자성발생수단(12)과 제2자성발생수단(13) 사이에 발생되는 자기장의 변화를 감지하여 그 감지결과에 대응하는 출력전압을 발생한다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여, 맥파측정센서의 다른 구조를 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 맥파측정센서(20)는 도 1과 유사한 구성을 갖는다. 제1자성발생수단(22)이 케이스(21) 상부면 전체를 덮도록 배치되어, 상기 케이스(21) 전체로 균일한 자기장을 발생한다.

또한, 제2자성발생수단(23)이 다수의 어레이 상태로 상기 케이스(21)의 외측하부에 배치된다. 이에 따라, 측정대상 인체에 있어서, 보다 넓은 범위의 맥파를 측정할 수 있어 좀 더 정확한 맥파를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또 다른 구조를 갖는 맥파측정센서를 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 맥파측정센서(30)는 도 2와 유사한 구성을 갖는다. 제1자성발생수단(32)이 케이스(31)의 상부면 전체를 덮도록 배치되고, 제2 자성발생수단(33)이 다수의 어레이 상태로 상기 케이스(31)의 외측하부에 배치된다.

특히, 홀센서(34)가 상기 케이스(31)의 내측 상면에 다수의 어레이 상태로 배치된다. 다수의 제2자성발생수단(33)이 측정 대상 인체의 맥파에 따라 진동하면서 자기장을 발생하면, 제1자성발생수단(32)과 제2자성발생수단(33) 사이에 발생되는 자기장이 변화한다. 특히, 제2자성발생수단(33)이 다수의 어레이로 배치됨에 따라, 넓은 범위의 자기장 변화가 발생한다. 상기 홀센서(34)가 다수의 어레이로 상기 케이스(31)의 내측 상면에 배치됨에 따라 넓은 범위에 걸쳐 발생되는 자기장의 변화를 측정할 수 있어, 보다 정확한 맥파를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서를 이용한 맥파 측정시스템의 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 맥파 측정시스템(100)은 자기장의 변화에 대응하여 출력전압을 발생하는 맥파측정센서(110)와 상기 출력전압을 디지털신호로 변환하는 연산부(120)와 변환된 디지털신호를 출력하는 출력부(130)를 포함한다.

연산부(120)는 AD컨버터(122)와 필터(124) 및 송신부(126)를 포함한다.

AD컨버터(122)는 아날로그 상태인 상기 맥파측정센서(110)의 출력전압을 디지털신호로 변환한다.

필터(124)는 상기 변환된 디지털신호에 포함된 노이즈를 제거한다. 이러한 필터(124)는 1 내지 10Hz의 통과주파수 대역폭을 갖는 밴드패스필터(BPF)인 것이 바람직하다.

송신부(126)는 무선통신을 수행하며, 지그비(Zigbee) 통신방식을 사용할 수 있다.

출력부(130)는 디지털신호를 수신하는 수신부(132)와 수신된 디지털신호의 파형을 모니터링부(134)를 포함한다.

수신부(132)는 상기 변환된 디지털신호를 상기 제어부(120)의 송신부(126)로부터 무선통신을 통해 수신한다. 이러한, 상기 무선통신은 지그비 통신방식으로 수행하는 것이 바람직하다.

모니터링부(134)는 상기 수신한 디지털신호의 파형을 외부로 디스플레이하며, PC 등이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 맥파측정센서를 통해 측정한 맥파의 실제측정 예를 그래프를 통해 살펴보도록 한다.

도 5는 도 1의 맥파측정센서(10)를 이용하여 측정한 맥파와 종래의 PPG센서를 이용하여 측정한 맥파를 측정한 후, 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 그래프의 상부는 본 발명의 일 실시 예인 맥파측정센서(10)를 통해 측정한 맥파를 나타내었고, 상기 그래프의 하부는 종래에 사용되던 PPG센서를 이용하여 측정한 맥파를 나타내었다. 상기 그래프의 하부에 나타난 바와 같이, 상기 PPG센서를 이용하여 맥파를 측정하는 경우, 측정대상 인체의 작은 움직임에 의한 빛의 간섭현상이 발생함으로써, 측정한 맥파에 노이즈 성분이 많이 포함된 것을 확인할 수 있다.

하지만, 상기 그래프의 상부에 나타난 바와 같이, 상기 맥파측정센서(10)를 이용하여 맥파를 측정하는 경우, 측정대상 인체가 움직이더라도 맥파 측정을 보다 안정적으로 수행함으로써, 측정된 맥파 내에 노이즈성분이 상기 그래프의 하부에 비하여 적게 포함되는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 도 1의 맥파측정센서(10)를 이용하여 측정한 맥파와 압전필름 압력센서를 이용하여 측정한 맥파를 측정한 후, 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 그래프의 상부는 본 발명의 일 실시 예인 맥파측정센서(10)를 통해 측정한 맥파를 나타내었고, 상기 그래프의 하부는 종래에 사용되던 압전필름 압력센서를 이용하여 측정한 맥파를 나타내었다. 상기 그래프의 하부에 나타난 바와 같이, 측정대상 인체의 맥파측정을 위한 신호처리시간이 상기 그래프의 상부와 비교한 경우, 상대적으로 더 소요되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 측정대상 인체가 맥파측정 도중 움직이게 되면, 압력차이가 발생하여 기준전압이 일정하지 않게 되므로, 출력파형이 불규칙적으로 출력되는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 안정적인 맥파를 측정할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에, 맥파측정 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 맥파 내 포함된 노이즈 성분을 제거할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명에 의한 맥파측정센서 및 맥파 측정시스템에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맥파측정센서를 이용한 맥파 측정시스템의 블록도이다.

도 5는 도 1의 맥파측정센서를 이용하여 측정한 맥파와 PPG센서를 이용하여 측정한 맥파를 측정한 후, 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 6은 도 1의 맥파측정센서를 이용하여 측정한 맥파와 압전필름 압력센서를 이용하여 측정한 맥파를 측정한 후, 비교하여 나타낸 그래프이다.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10: 맥파측정센서 11: 케이스

12: 제1자성발생수단 13: 제2자성발생수단

14: 홀센서 15: 탄성막

Claims (8)

1. 케이스와;

   상기 케이스의 외측 상부에 배치되어, 외부로부터 인가되는 바이어스를 이용하여 기준이 되는 자기장을 발생하는 제1자성발생수단과;

   상기 케이스의 외측 하부에 배치되어, 측정대상 인체의 맥파에 따라 진동하여 자기장을 발생하는 제2자성발생수단과;

   상기 케이스의 내측 상면에 배치되어, 상기 제1자성발생수단과 제2자성발생수단 사이에 발생되는 자기장의 변화를 감지하여 그 감지결과에 대응하는 출력전압을 발생하는 홀센서;를 포함하는 맥파측정센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 케이스는

   상기 제2자성발생수단과 접촉된 면이 탄성막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 맥파측정센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2자성발생수단 및 홀센서 중 적어도 하나는 다수의 어레이로 구성되 는 것을 특징으로 하는 맥파측정센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 맥파측정센서를 이용한 맥파 측정시스템에 있어서,

   상기 맥파측정센서의 출력전압을 디지털신호로 변환하는 제어부와;

   상기 변환된 디지털신호를 출력하는 출력부;를 포함하는 맥파 측정시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제어부는 무선통신을 송신하는 송신부;를 포함하고,

   상기 출력부는 무선통신을 수신하는 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 송신부 및 수신부는

   지그비(Zigbee) 통신방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 맥파 측정시스템.
7. 제4항에 있어서,

   상기 제어부는

   상기 맥파측정센서의 출력전압을 디지털신호로 변환하는 AD 컨버터와;

   상기 변환된 디지털신호에 포함된 노이즈를 제거하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 필터는

   1 내지 10Hz의 통과주파수 대역폭을 갖는 밴드패스필터(BPF)인 것을 특징으로 하는 맥파 측정시스템.

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