KR20110037202A - 맥파 전달 속도 측정 장치, 방법 및 이를 포함하는 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

집적화가 가능하며 전력 소모가 감소된 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 맥파 전달 속도 측정 장치는 바이오 임피던스 신호 측정부, 심전도 신호 측정부 및 데이터 처리부를 포함한다. 바이오 임피던스 신호 측정부는 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 심전도 신호 측정부는 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 데이터 처리부는 바이오 임피던스 신호 및 심전도 신호에 기초하여 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다.

Description

맥파 전달 속도 측정 장치, 방법 및 이를 포함하는 진단 시스템 {Apparatus for measuring pulse wave velocity and method thereof, and diagnosis system including the same}
본 발명은 맥파 전달 속도 측정 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기전자 소자를 사용하여 소형화 및 집적화된 맥파 전달 속도 측정 장치, 방법 및 이를 포함하는 진단 시스템에 관한 것이다.
고도로 산업화된 국가들에서는 심근경색증, 동맥경화증, 고혈압 등과 같은 심혈관계 질환 (Cardiovascular disorders)이 많이 발생하며, 이는 주요한 사망 원인 중 하나이다. 상기와 같은 심혈관계 질환으로 인한 갑작스러운 죽음을 방지하기 위해 심혈관계 질환과 높은 상관도를 갖는 혈압 및 동맥경화도를 측정하여 피검사자의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한 피검사자의 혈압 및 동맥경화도는 맥파 전달 속도 (Pulse wave velocity, PWV)를 측정하여 판단할 수 있다.
맥파 전달 속도를 측정하는 종래 기술들은 크게 세 가지로 분류할 수 있다. 첫 번째 기술은 도플러 초음파 장치 (Doppler ultrasound device)를 이용하여 맥파 전달 속도를 측정하는 기술로서, 상기 도플러 초음파 장치는 고가이고 주변 환경의 간섭에 대하여 노이즈가 크다는 단점을 가진다. 두 번째 기술은 심전도 (Electrocardiogram, ECG)와 광혈류 측정 (Photoplethysmography, PPG)을 이용한 기술로서 일반적으로 널리 사용되고 있는 기술이나, 맥파를 측정하는 광혈류 측정 센서(PPG sensor)가 고가이며 광혈류 측정 센서로 인해 집적화가 불가능하다는 단점을 가진다. 세 번째 기술은 압력 센서를 이용하는 기술로서, 피검사자에 대해 침습적이기 때문에 사용자에게 고통과 불편함을 준다는 단점을 가진다.
따라서 비용이 저렴하고 주변 환경에 따른 노이즈의 발생이 적고 집적화가 가능하며 피검사자에 대해 비침습적인 맥파 전달 속도 측정 장치 및 방법이 필요하게 되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 비용이 저렴하고 집적화가 가능하며 비침습적인 맥파 전달 속도 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저렴하고 집적화가 가능하며 비침습적인 맥파 전달 속도 측정 장치를 포함하는 진단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비용이 저렴하고 집적화가 가능하며 비침습적인 맥파 전달 속도 측정 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 맥파 전달 속도 측정 장치는 바이오 임피던스 신호 측정부, 심전도 신호 측정부 및 데이터 처리부를 포함한다. 상기 바이오 임피던스 신호 측정부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 상기 심전도 신호 측정부는 상기 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 상기 데이터 처리부는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다.
실시예에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다. 상기 심전도 신호의 R 피크 값 은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타낼 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바이오 임피던스 측정부는 테스트 전류 생성부, 바이오 임피던스 신호 전극부, 바이오 임피던스 신호 증폭부 및 바이오 임피던스 신호 처리부를 포함할 수 있다. 상기 테스트 전류 생성부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 상기 테스트 전류를 생성한다. 상기 바이오 임피던스 신호 전극부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출한다. 상기 바이오 임피던스 신호 증폭부는 상기 검출된 전위차에 기초하여 증폭 바이오 임피던스 신호를 생성한다. 상기 바이오 임피던스 신호 처리부는 상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 테스트 전류 생성부는 국부 발진기 및 전압-전류 변환기를 포함할 수 있다. 상기 국부 발진기는 접지에 연결되고 국부 발진 신호를 생성한다. 상기 전압-전류 변환기는 상기 국부 발진 신호를 상기 테스트 전류로 변환한다. 상기 테스트 전류는 일정한 주파수를 가지는 교류 전류일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 전극부는 제1 전극부 및 제2 전극부를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극부는 상기 테스트 전류 생성부와 연결되고, 상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달한다. 상기 제2 전 극부는 상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출한다.
실시예에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 처리부는 포락선 검출기 및 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 상기 포락선 검출기는 상기 증폭 바이오 임피던스 신호의 포락선을 검출한다. 상기 대역 통과 필터는 상기 포락선 검출기의 출력 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시켜 상기 바이오 임피던스 신호를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 심전도 신호 측정부는 심전도 신호 전극부, 심전도 신호 증폭부 및 심전도 신호 처리부를 포함할 수 있다. 상기 심전도 신호 전극부는 상기 피검사자의 심전도를 검출하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 제공한다. 상기 심전도 신호 증폭부는 상기 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호에 기초하여 증폭 심전도 신호를 생성한다. 상기 심전도 신호 처리부는 상기 증폭 심전도 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 및 의료 서비스 서버를 통하여 피검사자의 심혈관계 질환을 진단하는 진단 시스템은 맥파 전달 속도 측정 장치 및 상기 의료 서비스 서버를 포함한다. 상기 맥파 전달 속도 측정 장치는 상기 피검사자로부터 측정된 맥파 전달 속도를 상기 네트워크를 통해 상기 의료 서비스 서버로 전송하여 심혈관계 질환의 진단 서비스를 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 의료 서비스 서버가 제공하는 진단 데이터를 수신한다. 상기 의료 서비스 서버는 상기 네트워크를 통해 제공된 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 분석하여 상기 진단 데이터를 생성하고, 상기 진단 데 이터를 상기 네트워크를 통해 상기 맥파 전달 속도 측정 장치로 전송한다. 상기 맥파 전달 속도 측정 장치는 바이오 임피던스 신호 측정부, 심전도 신호 측정부 및 데이터 처리부를 포함한다. 상기 바이오 임피던스 신호 측정부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 상기 심전도 신호 측정부는 상기 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 상기 데이터 처리부는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다.
실시예에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다. 상기 심전도 신호의 R 피크 값은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타낼 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바이오 임피던스 측정부는 테스트 전류 생성부, 바이오 임피던스 신호 전극부, 바이오 임피던스 신호 증폭부 및 바이오 임피던스 신호 처리부를 포함할 수 있다. 상기 테스트 전류 생성부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 상기 테스트 전류를 생성한다. 상기 바이오 임피던스 신호 전극부는 상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출한다. 상기 바이오 임피던스 신호 증폭부는 상기 검출된 전위차에 기초하여 증폭 바 이오 임피던스 신호를 생성한다. 상기 바이오 임피던스 신호 처리부는 상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 심전도 신호 측정부는 심전도 신호 전극부, 심전도 신호 증폭부 및 심전도 신호 처리부를 포함할 수 있다. 상기 심전도 신호 전극부는 상기 피검사자의 심전도를 검출하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 제공한다. 상기 심전도 신호 증폭부는 상기 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호에 기초하여 증폭 심전도 신호를 생성한다. 상기 심전도 신호 처리부는 상기 증폭 심전도 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 제공한다. 이 경우 상기 심전도 신호 처리부는 대역 통과 필터 및 노치 필터를 포함할 수 있다. 상기 대역 통과 필터는 상기 증폭 심전도 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시킨다. 상기 노치 필터는 상기 대역 통과 필터의 출력 신호의 노이즈를 제거하여 상기 심전도 신호를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 방법에서는 먼저 상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 다음에 상기 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 다음에 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다.
실시예에 있어서, 상기 맥파 전달 속도를 측정하는 단계는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다. 상기 심전도 신호의 R 피크 값은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타낼 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치, 방법 및 이를 포함하는 진단 시스템은 전기전자 소자를 사용하여 비용이 저렴하고 집적화가 가능하며 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치, 방법 및 이를 포함하는 진단 시스템은 비침습적이므로 피검사자의 고통과 불편함을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정되는 바이오 임피던스 신호 및 심전도 신호를 나타내는 그래프이다.
심전도 신호 (ECG signal)는 피검사자의 심혈관계 질환의 진단을 위하여 가장 빈번하게 이용되는 진찰 수단이다. 상기 심전도 신호는 진단적으로 평가될 수 있는 다수의 파라미터를 포함하며, 상기 다수의 파라미터들은 도 1의 심전도 신호 그래프(ECG signal)에서 주요하게 나타나는 6개의 극 값(P, Q, R peak, S, T, U)을 의미할 수 있다. 상기 6개의 극 값은 3개의 극대값(P, R peak, T) 및 3개의 극소값(Q, S, U)으로 구분되는데, 상기 6개의 극 값(P, Q, R peak, S, T, U) 중 세 번째로 나타나는 극 값, 즉 상기 3개의 극대값(P, R peak, T) 중 두 번째로 나타나는 극대값인 R 피크(R peak)는 심박동 중에 심근이 수축하기 시작하는 순간에 발생한다. 따라서 상기 R 피크(R peak)는 상기 피검사자의 심장 박동에 따라 규칙적으로 발생한다. 일반적으로 상기 R 피크(R peak) 값은 상기 심전도 신호의 최대값을 나타낸다.
바이오 임피던스 신호 (Bioimpedance signal)는 종래의 광혈류 측정 기술에서 측정된 광혈류 측정 신호(PPG signal)를 대체하여 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에서 맥파 전달 속도를 측정하는데 사용된다. 상기 바이오 임피던스 신호는 혈관 내의 맥파에 따라 혈관의 임피던스가 미세하게 변화한다는 점에 착안하여, 상기 피검사자의 신체의 일부분, 특히 혈관 부분에 미세 전류를 흐르게 하고 상기 미세 전류가 흐르는 혈관 부분의 전위차를 검출하여 생성된 신호이다. 즉, 상기 피검사자의 신체에서 측정한 혈관 임피던스의 변화에 따른 전기적 신호를 의미한다. 따라서 상기 광혈류 측정 신호와 마찬가지로, 상기 바이오 임피던스 신호에는 상기 심전도 신호의 피크 값, 즉 상기 R 피크(R peak) 값에 동기화되어 규칙적으로 극(pole) 값이 나타난다. 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값(pole)은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타낸다.
맥파 전달 시간 (Pulse transit time, PTT)은 맥파가 피검사자의 심장에서 주변 동맥까지 전달되는데 걸리는 시간을 의미한다. 본원 발명에서는 도 1에서와 같이, 맥파 전달 시간(PTT)을 상기 심전도 신호의 R 피크(R peak) 값의 시간(Trpeak)과 상기 바이오 임피던스 신호의 극(pole) 값의 시간(Tpole) 사이의 간격으로 정의할 수 있다. 즉, 맥파 전달 시간(PTT)은 하기의 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
PTT = Tpole - Trpeak
상기의 [수학식 1]을 통해 계산된 상기 맥파 전달 시간(PTT)을 이용하여 상기 맥파 전달 속도를 측정할 수 있으며 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치를 적용하는데 있어서 피검사자의 신체의 일부를 전기적 성분으로 모델링 하여 나타낸 도면이다. 특히 상기 피검사자의 팔 부분의 피부와 혈관을 모델링 하였다.
도 2를 참조하면, 상기 피검사자의 신체(1)는 피부(2)와 혈관(3)을 포함한다. 상기 피검사자의 피부(2) 표면에는 바이오 임피던스 신호를 측정하기 위한 복수의 전극 패드들(31, 32, 33, 34)이 부착된다. 복수의 전극 패드들(31, 32, 33, 34)이 부착되는 피부(2)는 병렬로 연결된 복수의 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)을 포함하여 모델링 될 수 있다. 복수의 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)은 복수의 전극 패드들(31, 32, 33, 34)과 피부(2) 간의 접촉 임피던스 및 피부(2) 자체의 임피던스를 포함할 수 있다. 혈관(3)은 맥파에 따라 변화하는 임피던스(△Zi)와 맥파 에 관계없이 일정한 임피던스(Zi)의 직렬 연결로 모델링 될 수 있다. 도 2에서는 상기 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4, Zi, △Zi)을 저항의 형태로 도시하였지만, 실제로 상기 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4, Zi, △Zi)은 레지스턴스(resistance), 커패시턴스(capacitance) 및 인덕턴스(inductance) 값을 모두 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에서는 상기 바이오 임피던스 신호를 측정하기 위해 전류원(10)에서 테스트 전류를 생성할 수 있다. 상기 테스트 전류는 제1 및 제2 전극(31, 32)을 통해 혈관(3)에 포함된 임피던스들(Zi, △Zi)을 통과한다. 제3 및 제4 전극(33, 34)에서는 상기 테스트 전류에 의해 발생된 전위차를 검출하여 측정부(20)를 통해 상기 바이오 임피던스 신호를 측정할 수 있다. 임피던스(△Zi)가 맥파에 따라 변화하기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 바이오 임피던스 신호는 상기 심전도 신호의 R 피크(R peak) 값에 동기화되어 규칙적으로 나타나는 극(pole) 값을 포함한다.
일 실시예에서, 피부(2)에 포함된 복수의 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)은 모두 동일한 임피던스 값을 가질 수도 있고 서로 다른 임피던스 값을 가질 수도 있다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에서는 피부(2)에 포함된 복수의 임피던스들(Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)의 임피던스 값이 상기 바이오 임피던스 신호의 측정에 영향을 미치지 않는다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에 포함되는 바이오 임피던스 신호 측정부를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 테스트 전류 생성부(110), 바이오 임피던스 신호 전극부(130), 바이오 임피던스 신호 증폭부(150) 및 바이오 임피던스 신호 처리부(170)를 포함한다. 바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 제1 증폭기(160) 및 제2 증폭기(180)를 더 포함할 수 있다.
바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 바이오 임피던스 신호 전극부(130)를 통해 피검사자의 신체의 일부분(101)과 연결될 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 피검사자의 신체의 일부분(101)은 상기 피검사자의 피부 및 혈관을 전기적 성분으로 모델링 한 구조일 수 있고, 맥파에 따라 변화하는 임피던스(△Zi)와 상기 맥파에 관계없이 일정한 임피던스(Zi)를 포함하여 모델링 될 수 있다.
테스트 전류 생성부(110)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 전달되는 테스트 전류(it)를 생성한다. 테스트 전류 생성부(110)는 국부 발진기(112) 및 전압-전류 변환기(114)를 포함할 수 있다.
국부 발진기(112)는 접지에 연결되고 국부 발진 신호를 생성할 수 있다. 상기 국부 발진 신호는 일정한 주파수를 가지는 교류 전압 성분일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 국부 발진 신호는 약 10kHz의 주파수를 가질 수 있다.
전압-전류 변환기(114)는 상기 국부 발진 신호를 테스트 전류(it)로 변환할 수 있다. 테스트 전류(it)는 상기 피검사자에게 해를 끼치지 않는 미세한 크기의 전류이다. 또한 테스트 전류(it)는 일정한 주파수를 가지는 교류 전류일 수 있다. 일 실시예에서, 테스트 전류(it)는 약 10kHz의 주파수를 가지고 약 1mA의 크기를 가질 수 있다.
바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스트 전류(it)를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출한다. 바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 제1 전극부(132) 및 제2 전극부(142)를 포함할 수 있다.
제1 전극부(132)는 테스트 전류 생성부(110)와 연결되고, 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스트 전류(it)를 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전극부(132)는 제1 전극 패드(134) 및 제2 전극 패드(136)를 포함할 수 있다.
제2 전극부(142)는 상기 전달된 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 전극부(142)는 제3 전극 패드(144) 및 제4 전극 패드(146)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 패드들(134, 136, 144, 146)은 테이프 등의 접착 부재를 이용하여 피검사자의 신체의 일부분(101)에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 패드들(134, 136, 144, 146) 각각은 절연 시트, 도전성 시트 및 점착성 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따라서, 바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 두 개의 전극 패드를 포함하여, 상기 두 개의 전극 패드를 통해 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스 트 전류(it)를 전달하고 상기 전달된 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 제1 및 제2 전극부(132, 142) 외에 복수의 전극부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 상기 피검사자의 신체의 여러 부분에 대해서 동시에 상기 바이오 임피던스 신호를 측정할 수 있어 측정 시간을 단축하고 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 바이오 임피던스 신호 전극부(130)를 통해 검출된 상기 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차에 기초하여 증폭 바이오 임피던스 신호를 생성한다. 일 실시예에서, 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 차동 증폭기의 형태로 구현될 수 있다. 이 경우 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 기기 증폭기(Instrumentation amplifier)의 형태로 구현될 수도 있고, 1개의 연산 증폭기를 포함하는 일반적인 차동 증폭기의 형태로 구현될 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)가 상기 기기 증폭기의 형태로 구현되는 경우 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 3개의 연산 증폭기 및 복수의 저항 소자들을 포함할 수 있다. 이 경우 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 높은 입력 임피던스 및 높은 동상제거비(common mode rejection ratio, CMRR) 특성을 가질 수 있다. 상기 기기 증폭기의 구성에 대해서는 종래 기술에 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)가 상기 기기 증폭기의 형태 로 구현되는 경우, 상기 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)의 입력 임피던스는 상기 피검사자의 피부에 포함되는 임피던스들(도 2의 Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)보다 매우 큰 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)의 입력 임피던스는 상기 피검사자의 피부에 포함되는 임피던스들(도 2의 Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)보다 20배 이상 큰 값을 가질 수 있다. 따라서 상기 바이오 임피던스 신호를 측정함에 있어서 상기 피검사자의 피부에 포함되는 임피던스들(도 2의 Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)이 미치는 영향은 매우 작을 수 있으며, 도 3에서와 같이 피검사자의 신체의 일부분(101)에서 상기 피검사자의 피부에 포함되는 임피던스들(도 2의 Zs1, Zs2, Zs3, Zs4)을 생략하여 도시할 수 있다.
바이오 임피던스 신호 처리부(170)는 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)에서 제공된 상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공한다. 바이오 임피던스 신호 처리부(170)는 포락선 검출기(envelope detector, 172) 및 대역 통과 필터(174)를 포함할 수 있다.
포락선 검출기(172)는 상기 증폭 바이오 임피던스 신호의 포락선을 검출할 수 있다. 테스트 신호(it)가 일정한 주파수를 가지는 교류 전류인 경우, 포락선 검출기(172)는 상기 증폭 신호에 포함된 교류 성분을 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 포락선 검출기(172)는 다이오드 및 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 및 저역 통과 필터를 포함하는 포락선 검출기(172)의 구성에 대해서는 종래 기술에 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
대역 통과 필터(174)는 상기 포락선 검출기의 출력 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시켜 상기 바이오 임피던스 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 대역 통과 필터(174)는 2차 대역 통과 필터일 수 있다. 이 경우 대역 통과 필터(174)의 주파수 통과 대역은 약 0.7 Hz 내지 약 4.4 Hz일 수 있다.
도 3에서는 대역 통과 필터(174)가 포락선 검출기(172)의 후단에 위치하는 경우를 도시하였으나, 실시예에 따라서 대역 통과 필터(174)는 포락선 검출기(172)의 전단에 위치할 수도 있다.
제1 증폭기(160)는 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)와 바이오 임피던스 신호 처리부(170) 사이에 위치할 수 있으며, 상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 증폭하여 바이오 임피던스 신호 처리부(170)에 제공할 수 있다. 제2 증폭기(180)는 바이오 임피던스 신호 처리부(170)의 후단에 위치할 수 있으며, 상기 바이오 임피던스 신호를 증폭하여 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 맥파 전달 속도 측정 장치(400)는 바이오 임피던스 신호 측정부(100), 심전도 신호 측정부(200) 및 데이터 처리부(350)를 포함한다. 맥파 전달 속도 측정 장치(400)는 변환부(300), 데이터 저장부(360) 및 표시부(370)를 더 포함할 수 있다.
바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 전달 되는 테스트 전류(it)에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 테스트 전류 생성부(110), 바이오 임피던스 신호 전극부(130), 바이오 임피던스 신호 증폭부(150) 및 바이오 임피던스 신호 처리부(170)를 포함할 수 있다. 바이오 임피던스 신호 측정부(100)는 바이오 임피던스 신호 전극부(130)를 통해 피검사자의 신체의 일부분(101)과 연결될 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 피검사자의 신체의 일부분(101)은 맥파에 따라 변화하는 임피던스(△Zi)와 상기 맥파에 관계없이 일정한 임피던스(Zi)를 포함하여 모델링 될 수 있다.
테스트 전류 생성부(110)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 전달되는 테스트 전류(it)를 생성할 수 있다. 테스트 전류 생성부(110)는 국부 발진기(112) 및 전압-전류 변환기(114)를 포함할 수 있다. 국부 발진기(112)는 접지에 연결되고 국부 발진 신호를 생성할 수 있다. 전압-전류 변환기(114)는 상기 국부 발진 신호를 테스트 전류(it)로 변환할 수 있다.
바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스트 전류(it)를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출할 수 있다. 바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 제1 전극부(132) 및 제2 전극부(142)를 포함할 수 있다. 제1 전극부(132)는 테스트 전류 생성부(110)와 연결되고, 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스트 전류(it)를 전달할 수 있다. 제2 전극부(142)는 상기 전달된 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출할 수 있다.
바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 바이오 임피던스 신호 전극부(130)를 통해 검출된 상기 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 증폭하여 증폭 바이오 임피던스 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 3개의 연산 증폭기를 포함하는 기기 증폭기(Instrumentation amplifier)의 형태로 구현될 수 있다.
바이오 임피던스 신호 처리부(170)는 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)에서 제공된 상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공할 수 있다. 바이오 임피던스 신호 처리부(170)는 포락선 검출기(172) 및 대역 통과 필터(174)를 포함할 수 있다. 포락선 검출기(172)는 상기 증폭 바이오 임피던스 신호의 포락선을 검출할 수 있다. 대역 통과 필터(174)는 상기 포락선 검출기의 출력 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시켜 상기 바이오 임피던스 신호를 제공할 수 있다.
심전도 신호 측정부(200)는 상기 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 심전도 신호 측정부(200)는 심전도 신호 전극부(210), 심전도 신호 증폭부(230) 및 심전도 신호 처리부(250)를 포함할 수 있다. 심전도 신호 측정부(200)는 제3 증폭기(240) 및 제4 증폭기(260)를 더 포함할 수 있다.
심전도 신호 전극부(210)는 상기 피검사자의 심전도를 검출하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 제공할 수 있다. 심전도 신호 전극부(210)는 피검사자의 신체의 일부분(101)과 다른 부분에 부착되는 제5 전극 패드(212) 및 제6 전극 패드(214)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제5 전극 패드(212)는 상기 피검사자의 한 쪽 손목에 부착될 수 있고 제6 전극 패드(214)는 상기 피검사자의 다른 쪽 손목에 부착될 수 있다. 실시예에 따라서, 제5 및 제6 전극 패드들(212, 214)은 접착 부재를 이용하여 상기 피검사자의 신체에 고정될 수 있다.
심전도 신호 증폭부(230)는 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호에 기초하여 증폭 심전도 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 심전도 신호 증폭부(230)는 3개의 연산 증폭기를 포함하는 기기 증폭기의 형태로 구현될 수 있다. 이 경우 심전도 신호 증폭부(230)는 3개의 연산 증폭기 및 복수의 저항 소자들을 포함할 수 있고, 높은 입력 임피던스 및 높은 동상제거비 특성을 가질 수 있다.
심전도 신호 처리부(250)는 상기 증폭 심전도 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 심전도 신호 처리부(250)는 대역 통과 필터(252) 및 노치 (Notch) 필터(254)를 포함할 수 있다.
대역 통과 필터(252)는 상기 증폭 심전도 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시킬 수 있다. 일 실시예에서, 대역 통과 필터(252)는 2차 대역 통과 필터일 수 있다. 이 경우 대역 통과 필터(252)의 주파수 통과 대역은 약 0.05 Hz 내지 약 50 Hz일 수 있다.
노치 필터(254)는 대역 통과 필터(252)의 출력 신호의 노이즈를 제거하여 상 기 심전도 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 노치 필터(254)는 높은 Q 값을 가지고 60 Hz 성분을 저지하도록 설계될 수 있다. 이 경우 60 Hz의 전원 노이즈만을 제거할 수 있다.
도 4에서는 노치 필터(254)가 대역 통과 필터(252)의 후단에 위치하는 경우를 도시하였으나, 실시예에 따라서 노치 필터(254)는 대역 통과 필터(252)의 전단에 위치할 수도 있다.
제3 증폭기(240)는 심전도 신호 증폭부(230)와 심전도 신호 처리부(250) 사이에 위치할 수 있으며, 상기 증폭 심전도 신호를 증폭하여 심전도 신호 처리부(250)에 제공할 수 있다. 제4 증폭기(260)는 심전도 신호 처리부(230)의 후단에 위치할 수 있으며, 상기 심전도 신호를 증폭하여 제공할 수 있다.
데이터 처리부(350)는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다. 예를 들어, 데이터 처리부(350)는 먼저 상기의 [수학식 1]과 같이 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값이 검출되는 시간과 상기 심전도 신호의 R 피크 값이 검출되는 시간의 차를 계산하여 맥파 전달 시간을 측정할 수 있다. 그 다음에, 상기 맥파 전달 시간을 하기의 [수학식 2]에 대입하여 상기 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009061071727-PAT00001
상기의 [수학식 2]에서, PWV는 상기 피검사자의 맥파 전달 속도, d는 상기 피검사자의 심장에서부터 상기 바이오 임피던스 신호가 측정된 신체의 일부분(101)까지의 거리, PTT는 상기의 [수학식 1]을 이용하여 계산된 맥파 전달 시간을 나타낸다. 일 실시예에서, 상기 바이오 임피던스 신호가 측정된 피검사자의 신체의 일부분(101)이 손목인 경우 상기 거리 d는 상기 피검사자의 팔 길이로 대체할 수 있다. 이 때 상기 거리 d는 상기 피검사자의 키에 따라 데이터 베이스화 되어 있을 수도 있고 상기 바이오 임피던스 신호 측정 시에 함께 측정될 수도 있다.
일 실시예에서, 데이터 처리부(350)는 디지털 신호 처리를 수행할 수 있는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등의 형태로 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 데이터 처리부(350)는 상기 맥파 전달 시간 및 데이터 저장부(360)에 저장된 저장 데이터에 기초하여 상기 피검사자의 심혈관 계통의 건강 상태를 진단할 수 있다.
변환부(300)는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호를 디지털 변환하여 데이터 처리부(350)에 제공한다. 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호는 아날로그 신호이므로, 상기와 같이 데이터 처리부(350)가 디지털 신호 처리를 수행할 수 있는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등의 형태로 구현되는 경우에 변환부(300)는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호를 데이터 처리부(350)가 처리하기에 적합한 형태로 변환하여 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 변환부(300)는 상기 바이오 임피던스 신호를 디지털 변환하는 제1 아날로그-디지털 변환기(ADC, 310) 및 상기 심전도 신호를 디지털 변환하는 제2 ADC(320)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 변환부(300)는 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호를 각각 디지털 변환하는 하나의 ADC를 포함하여 구현될 수 있다.
데이터 저장부(360)는 데이터 처리부(350)에서 측정된 상기 피검사자의 맥파 전달 속도 및 진단 결과가 포함된 데이터를 저장하거나, 상기 저장 데이터를 데이터 처리부(350)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 저장 데이터는 측정된 상기 피검사자의 맥파 전달 속도 및 진단 결과를 날짜 별로 분류하여 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 또한 상기 저장 데이터는 심혈관계 질환 여부를 판단할 수 있는 기준 데이터를 포함할 수 있다.
표시부(370)는 데이터 처리부(350)에서 측정된 상기 피검사자의 맥파 전달 속도 및 진단 결과를 표시한다. 상기 측정된 맥파 전달 속도 및 진단 결과는 문자, 음성, 그래프 또는 영상으로 표시될 수 있다. 일 실시예에서, 표시부(370)는 브라운관, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등을 포함할 수 있다. 또한 표시부(370)에는 LED(Light Emitting Diodes), 부저, 스피커 등을 포함할 수도 있다.
맥파 전파 속도 측정 장치(400)는 광혈류 측정 기술과 달리 별도의 센서를 필요로 하지 않아 제조 비용이 절감된다. 또한 전기전자 소자들을 사용하여 구현됨으로써 집적화가 가능하고 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심혈관계 질환 진단 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 심혈관계 질환 진단 시스템(500)은 맥파 전달 속도 측정 장치(520), 네트워크(530) 및 의료 서비스 서버(540)를 포함한다.
맥파 전달 속도 측정 장치(520)는 도 4의 맥파 전달 속도 측정 장치(400)일 수 있다. 맥파 전달 속도 측정 장치(520)는 의료 서비스 서버(540)와의 통신을 위한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 맥파 전달 속도 측정 장치(520)는 피검사자(510)로부터 측정된 맥파 전달 속도를 네트워크(530)를 통해 의료 서비스 서버(540)로 전송하여 심혈관계 질환의 진단 서비스를 요청하고, 상기 요청에 응답하여 의료 서비스 서버(540)가 제공하는 진단 데이터를 수신할 수 있다. 이 경우 네트워크(530)는 인터넷 통신 네트워크일 수 있다.
상기 맥파 전달 속도는 피검사자(510)의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호 및 피검사자(510)로부터 측정된 심전도 신호에 기초하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 맥파 전달 속도 측정 장치(520)는 상기의 [수학식 1]과 같이 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값이 검출되는 시간과 상기 심전도 신호의 R 피크 값이 검출되는 시간의 차를 계산하여 맥파 전달 시간을 측정하고, 상기 맥파 전달 시간을 하기의 [수학식 2]에 대입하여 상기 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다
의료 서비스 서버(540)는 네트워크(530)를 통해 제공된 피검사자(510)의 상기 맥파 전달 속도를 분석하여 상기 진단 데이터를 생성하고, 상기 진단 데이터를 네트워크(530)를 통해 맥파 전달 속도 측정 장치(520)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 진단 데이터는 맥파 전달 속도 측정 장치(520)가 이전에 전송한 피검사자(510)의 맥파 전달 속도 및 심혈관계 질환 여부를 판단할 수 있는 기준 데이터에 기초하여 생성될 수 있다. 또한 상기 진단 데이터는 미리 설정된 가상 시뮬레이션 프로그램에 의해 생성될 수도 있다. 일 실시예에서, 의료 서비스 서버(540)는 피검사자(510)가 등록된 사용자인지를 판단하여 등록된 사용자인 경우에만 서비스를 제공하는 사용자 인증부를 더 포함할 수 있다.
심혈관계 질환 진단 시스템(500)은 전기전자 소자들을 사용하여 구현된 맥파 전달 속도 측정 장치(520)를 포함함으로써 집적화가 가능하고 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한 집적화, 소형화에 따라 피검사자(510)가 장소에 구애 받지 않고 의료 서비스를 제공받을 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 (PPG) 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에 포함된 각각의 전극이 피검사자의 신체의 일부분에 부착된 것을 나타내는 도면이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정된 바이오 임피던스 신호, PPG 신호 및 심전도 신호를 나타내는 그래프이다. 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치의 성능에 대한 상관도를 나타내는 그래프이다.
이하 도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전파 속도 측정 장치(400)와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치의 성능을 비교 및 평가한다.
도 6a를 참조하면, 심전도 전극(ECG)은 피검사자의 양쪽 팔목에 부착되어 심전도 신호를 측정한다. 광혈류 측정 센서(PPG sensor)는 상기 피검사자의 엄지손가 락에 부착되어 PPG 신호를 측정한다. 바이오 임피던스 전극(Bioimpedance)은 상기 피검사자의 팔꿈치 및 손목에 일렬로 부착되어 각각 팔꿈치 및 손목에서의 바이오 임피던스 신호를 측정한다.
도 6b를 참조하면, 상기 측정된 심전도 신호(ECG signal)에는 규칙적으로 R 피크(R peak) 값이 나타나고 상기 측정된 PPG 신호(PPG signal), 상기 팔꿈치에서 측정된 바이오 임피던스 신호(Bioimpedance signal(elbow)) 및 상기 손목에서 측정된 바이오 임피던스 신호(Bioimpedance signal(wrist))에는 각각 상기 R 피크 값(R peak)에 동기화된 극 값(PPG pole, BIM pole1, BIM pole2)이 규칙적으로 나타난다. 상기 R 피크 값(R peak)및 각각의 극 값(PPG pole, BIM pole1, BIM pole2)에 기초하여 맥파 전달 시간을 측정한다.
도 6c를 참조하면, 단일 선형 회귀 분석법(single linear regression analysis)을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치(400)와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에서 각각 측정된 상기 맥파 전달 시간을 도시하였다. 신뢰성을 높이기 위해 상기 피검사자가 흡연 및 카페인을 섭취한 후, 운동한 후, 식사 후 및 휴식 중일 때와 같은 다양한 조건에서 상기 맥파 전달 시간을 측정하였다. X축은 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정된 맥파 전달 시간이고, Y축은 맥파 전달 속도 측정 장치(400)에서 측정된 손목 및 팔꿈치에서의 맥파 전달 시간을 나타낸다. 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정된 맥파 전달 시간과 맥파 전달 속도 측정 장치(400)에서 측정된 맥파 전달 시간 사이의 상관 계수(correlation coefficient, r)가 각각 0.930, 0.817로 아주 높은 값을 가짐을 확인 할 수 있고, 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치(400)가 종래 기술과 비교하여 우수한 성능을 가짐을 나타낸다.
이하 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전파 속도 측정 장치(400)에서 맥파 전파 속도 측정 방법을 설명한다.
먼저 바이오 임피던스 신호 측정부(100)에서 피검사자의 신체의 일부분(101)에 전달되는 테스트 전류(it)에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정한다. 예를 들어, 바이오 임피던스 신호 전극부(130)는 피검사자의 신체의 일부분(101)에 테스트 전류 생성부(110)에서 생성된 테스트 전류(it)를 전달시키고, 테스트 전류(it)에 기초하여 발생된 피검사자의 신체의 일부분(101)의 전위차를 검출할 수 있다. 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)는 상기 검출된 전위차를 차동 증폭하고, 바이오 임피던스 신호 처리부(170)는 상기 바이오 임피던스 신호 증폭부(150)의 출력 신호를 복조하고, 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공할 수 있다.
다음에 심전도 신호 측정부(200)에서 상기 피검사자의 심전도 신호를 측정한다. 예를 들어, 심전도 신호 전극부(210)는 제1 및 제2 심전도 신호를 검출할 수 있다. 심전도 신호 증폭부(230)는 상기 제1 및 제2 심전도 신호를 차동 증폭하고, 심전도 신호 처리부(250)는 상기 심전도 신호 증폭부(230)의 출력 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 제공할 수 있다.
다음에 데이터 처리부(350)에서 상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정한다. 예를 들어, 상기의 [수학식 1]을 이용하여 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 제공하고, 상기의 [수학식 2]를 이용하여 맥파 전달 속도를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기전자 소자를 사용하여 비용이 저렴하고 집적화가 가능하고 전력 소모를 줄일 수 있으며, 비침습적으로 맥파 전달 속도를 측정하는 효과가 있어 이러한 맥파 전달 속도 측정 장치의 성능 향상을 가져오며, 피검사자가 장소에 구애 받지 않고 진단 결과를 받아볼 수 있는 심혈관계 질환의 진단 시스템 등에 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정되는 바이오 임피던스 신호 및 심전도 신호를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치를 적용하는데 있어서 피검사자의 신체의 일부를 전기적 성분으로 모델링 하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치에 포함되는 바이오 임피던스 신호 측정부를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심혈관계 질환 진단 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 (PPG) 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에 포함된 각각의 전극이 피검사자의 신체의 일부분에 부착된 것을 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치에서 측정된 바이오 임피던스 신호, PPG 신호 및 심전도 신호를 나타내는 그래프이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 속도 측정 장치와 광혈류 측정 센서를 이용한 종래의 맥파 전달 속도 측정 장치의 성능에 대한 상관도를 나타내는 그래프이다.

Claims (14)

  1. 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 장치에 있어서,
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정하는 바이오 임피던스 신호 측정부;
    상기 피검사자의 심전도 신호를 측정하는 심전도 신호 측정부; 및
    상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 데이터 처리부를 포함하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하며,
    상기 심전도 신호의 R 피크 값은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 측정부는,
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 상기 테스트 전류를 생성하는 테 스트 전류 생성부;
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출하는 바이오 임피던스 신호 전극부;
    상기 검출된 전위차에 기초하여 증폭 바이오 임피던스 신호를 생성하는 바이오 임피던스 신호 증폭부; 및
    상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공하는 바이오 임피던스 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 테스트 전류 생성부는,
    접지에 연결되고 국부 발진 신호를 생성하는 국부 발진기; 및
    상기 국부 발진 신호를 상기 테스트 전류로 변환하는 전압-전류 변환기를 포함하고,
    상기 테스트 전류는 일정한 주파수를 가지는 교류 전류인 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 전극부는,
    상기 테스트 전류 생성부와 연결되고, 상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달하는 제1 전극부; 및
    상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출하는 제2 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 처리부는,
    상기 증폭 바이오 임피던스 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출기; 및
    상기 포락선 검출기의 출력 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시켜 상기 바이오 임피던스 신호를 제공하는 대역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 심전도 신호 측정부는,
    상기 피검사자의 심전도를 검출하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 제공하는 심전도 신호 전극부;
    상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호에 기초하여 증폭 심전도 신호를 생성하는 심전도 신호 증폭부; 및
    상기 증폭 심전도 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 제공하는 심전도 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 심전도 신호 처리부는,
    상기 증폭 심전도 신호 중 일정 대역의 주파수를 통과시키는 대역 통과 필 터; 및
    상기 대역 통과 필터의 출력 신호의 노이즈를 제거하여 상기 심전도 신호를 제공하는 노치 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 장치.
  9. 네트워크 및 의료 서비스 서버를 통하여 피검사자의 심혈관계 질환을 진단하는 시스템에 있어서,
    상기 네트워크를 통해 상기 피검사자로부터 측정된 맥파 전달 속도를 상기 의료 서비스 서버로 전송하여 심혈관계 질환의 진단 서비스를 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 의료 서비스 서버가 제공하는 진단 데이터를 수신하는 맥파 전달 속도 측정 장치; 및
    상기 네트워크를 통해 제공된 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 분석하여 상기 진단 데이터를 생성하고, 상기 네트워크를 통해 상기 진단 데이터를 상기 맥파 전달 속도 측정 장치로 전송하는 상기 의료 서비스 서버를 포함하고,
    상기 맥파 전달 속도 측정 장치는,
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정하는 바이오 임피던스 신호 측정부;
    상기 피검사자의 심전도 신호를 측정하는 심전도 신호 측정부; 및
    상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 데이터 처리부를 포함하는 진단 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하며,
    상기 심전도 신호의 R 피크 값은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타내는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 바이오 임피던스 신호 측정부는,
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 상기 테스트 전류를 생성하는 테스트 전류 생성부;
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 상기 테스트 전류를 전달하고, 상기 전달된 테스트 전류에 기초하여 발생된 상기 피검사자의 신체의 일부분의 전위차를 검출하는 바이오 임피던스 신호 전극부;
    상기 검출된 전위차를 증폭하여 증폭 바이오 임피던스 신호를 생성하는 바이오 임피던스 신호 증폭부; 및
    상기 증폭 바이오 임피던스 신호를 복조하고 필터링하여 상기 바이오 임피던스 신호를 제공하는 바이오 임피던스 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 심전도 신호 측정부는,
    상기 피검사자의 심전도를 검출하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 제공하는 심전도 신호 전극부;
    상기 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 증폭하여 증폭 심전도 신호를 생성하는 심전도 신호 증폭부; 및
    상기 증폭 심전도 신호를 필터링하여 상기 심전도 신호를 생성하는 심전도 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  13. 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 피검사자의 신체의 일부분에 전달되는 테스트 전류에 기초하여 생성된 바이오 임피던스 신호를 측정하는 단계;
    상기 피검사자의 심전도 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 바이오 임피던스 신호 및 상기 심전도 신호에 기초하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하는 단계를 포함하는 맥파 전달 속도 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 맥파 전달 속도를 측정하는 단계는 상기 심전도 신호의 R 피크 값과 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값 사이의 시간 간격인 맥파 전달 시간을 이용하여 상기 피검사자의 맥파 전달 속도를 측정하며,
    상기 심전도 신호의 R 피크 값은 상기 심전도 신호에서 나타나는 복수의 극 값 중 세 번째 극 값을 나타내고, 상기 바이오 임피던스 신호의 극 값은 상기 바이오 임피던스 신호의 최대값을 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 전달 속도 측정 방법.
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