KR20110100156A - 마이크로 압력센서 유닛 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력센서 및 심박수 모니터링 헤어밴드에 관한 것으로서, 특히 마이크로 압력센서를 이용하여 심박수를 측정하며 모니터링할 수 있도록 한 마이크로 압력센서 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 동맥의 수축과 팽창에 따른 맥박을 측정하는 마이크로 압력센서 유닛; 상기 측정된 맥박 신호를 고려하여 심박수를 획득하는 심박수 획득부; 및 상기 심박수에 대한 정보를 특정 무선 통신방식에 의거하여 무선 전송하는 무선 통신부를 포함하되, 상기 마이크로 압력센서 유닛은, 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서; 서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부와, 접촉부 사이에 마이크로 압력센서가 접촉부보다 높게 안착되는 안착부로 이루어진 지지대; 및 지지대의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 마이크로 압력센서를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드를 제공한다.

Description

마이크로 압력센서 유닛 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드{MICRO PRESSURE SENSOR UNIT AND HAIR-BAND FOR MONITORING HEART RATE USING THE SAME}

본 발명은 압력센서 및 심박수 모니터링 헤어밴드에 관한 것으로서, 특히 마이크로 압력센서를 이용하여 심박수를 측정하며 모니터링할 수 있도록 한 마이크로 압력센서 유닛 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드에 관한 것이다.

IT산업의 발전에 따라 유비쿼터스의 개념이 사회 여러 분야에 퍼지고 있다. 휴대폰을 이용한 TV 시청은 물론 상거래에 있어서도 제품에 대한 정보를 얻고 결제하는 것 등이 사람이 가지고 다니는 소형 단말기에 의하여 언제 어디서나 가능해 지게 되었다.

이는 의료분야에서도 마찬가지로, 점차 고령화 사회가 되어감에 따라 전자 및 기타 산업의 발전으로 인해 의료 분야의 필요성이 점점 부각되어 가고 있다.

이에, 맥박, 호흡, 체온 등 생체신호(vital sign)를 정확히 측정할 수 있는 고도한 기술은 의료기관에서 활용되고 있으나, 이는 크기나 무게 등을 고려하지 않고 병원 같은 의료기관에서 설치하고 사용하는 거치형 기기들을 전제로 발전되었다.

그러나, 최근들어 직접 의료기관을 방문하지 않고도 생체신호를 측정할 수 있는 초소형 생체신호 측정기기를 인체에 부착하여 항시 인체의 변화를 모니터링함과 동시에 신뢰성있게 무선 등 네트워크를 통해 측정 데이터를 헬스케어 서비스센터로 전송하여 필요한 조치를 취할 수 있는 기술까지 발전된 상태이다.

이러한 시대 흐름에 발맞추어 유비쿼터스 헬스 모니터링 등, 원격 진료를 위한 시스템 개발을 목표로 심전도(ECG: Electocardiogram, 이하 "ECG"라 표기함)와 광전용적맥파(PPG: Photo-PlethysmoGraphy, 이하 "PPG"라 표기함) 신호등을 검출하는 기술이 개발되고 있는 상태이다. 여기서 ECG 방식은 심장박동시 발생하는 전기적 현상을 이용, 심전도 모니터링이 가능하며, PPG 방식은 광센서를 이용, 혈중산소포화도(SPO2) 및 심박수 모니터링이 가능하다.

그러나, 이와 같은 종래의 심박수 측정기기는 인체에 심박수 측정기기를 부착하여 활동하는데 지장을 주는 문제점이 있었다. 또한 종래의 심박수를 모니터링하는 장치가 정확하게 측정하지 못하는 심박수를 모니터링 하므로 운동 참고용도로만 사용하고, 동잡음 문제 해결 부재로 인하여 소비자의 구매욕구를 충족시키지 못하는 문제점이 있다.

또한 ECG 또는 PPG 형태의 심박수 측정중에는 움직임으로 인하여 생기는 잡음이 발생하여 전기적, 광학적 형태로 미약한 신호를 크게 증폭할 때 동잡음까지 같이 증폭되어 신호 해석의 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 마이크로 압력센서를 이용하여 심박수를 측정하며 모니터링할 수 있도록 한 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 검사자의 머리측 동맥에서 감지되는 맥파를 통해 심박수를 측정하여 검사자의 심박상태를 모니터링할 수 있도록 한 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 심박수 모니터링 헤어밴드를 착용한 검사자의 심박수에 대한 정보를 무선통신 방식을 이용하여 송신할 수 있도록 한 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동맥상층에 위치한 피부의 체적변화를 감지할 수 있게 돔 형상의 센서 내부에 실리콘 오일을 주입한 마이크로 압력센서를 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 마이크로 압력센서를 이용한 맥박측정 헤어밴드는, 동맥의 수축과 팽창에 따른 맥박을 측정하는 마이크로 압력센서 유닛; 상기 측정된 맥박 신호를 고려하여 심박수를 획득하는 심박수 획득부; 및 상기 심박수에 대한 정보를 특정 무선 통신방식에 의거하여 무선 전송하는 무선 통신부를 포함하되, 상기 마이크로 압력센서 유닛은, 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서; 서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부와, 접촉부 사이에 마이크로 압력센서가 접촉부보다 높게 안착되는 안착부로 이루어진 지지대; 및 지지대의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하여 두개골에서 동맥의 위치에 대응하는 위치에 장착되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 압력센서 유닛은, 2 × 2의 매트릭스 형태로 4 채널의 마이크로 압력센서를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 압력센서에는, 실리콘 오일의 매질이 주입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 압력센서는, 인체의 피부와 밀착하여 동맥상층에 위치한 피부의 체적변화를 감지하여 실리콘 오일로 전달해줄 수 있는 실리콘 또는 라텍스 재질의 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 마이크로 압력센서 유닛은, 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서; 서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부와, 접촉부 사이에 마이크로 압력센서가 접촉부보다 높게 안착되는 안착부로 이루어진 지지대; 및 지지대의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 압력센서 유닛은, 2 × 2의 매트릭스 형태로 4 채널의 마이크로 압력센서를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 압력센서에는, 실리콘 오일의 매질이 주입되는 것을 특징으로 한다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 기존의 의료용 또는 운동용으로 개발된 심박수 측정장치의 불편함을(동잡음으로 인한 신뢰성 저하 문제, 착용시 불편함 문제) 개선하고자 발명의 구성을 센서모듈 형태로 제작하여 헤어밴드내에 삽입, 운동중이나 일상생활 중 효과적으로 심박수를 감지하여 운동프로그램에 응용하거나 피검자의 일상생활 중 실시간 인체정보 중 가장 중요한 심박수의 추이를 모니터링할 수 있도록 하는 효과가 있다.

수집된 생체정보는 런닝머신 등과 같은 운동기구와 연동되어 전문가 운동프로그램으로 과학적이고 효과적인 운동을 할 수 있도록 하며, 사용자의 실시간 심박수 패턴을 추종하여 운동위험 요인, 건강위험 요인 등을 진단할 수 있으며 노령자 및 심혈관질환자의 효과적인 재활 치료용으로도 응용이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에서 제안하고 있는 헤어밴드형 무선맥박계는 인체의 실시간 심박수 감지(부정맥 및 이상심박수)와 감지된 심박수에 대한 정보를 무선통신 방식을 이용하여 수신기로 전송함으로써, 광역 모니터링 관리가 가능하여지며 각종 체육행사(마라톤 등)에 참가하는 선수들의 무리한 운동으로 인한 사망사고 및 부상 방지 등과 같은 안전도구로서 유용하게 쓰일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 마이크로 압력센서를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드는 각종 휘트니스 클럽 및 학교, 군부대 등지에서도 효과적이고 체계적인 체력관리 시스템 등으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

즉, 비만 및 심혈관 질환 보유자 등을 비롯한 대사성 질환환자 그리고 노인으로 분류되는 운동 위험군의 집중관리도 가능할 수 있으며, 병원의 재활치료에도 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 두개골에서 동맥의 위치를 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 압력센서를 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 마이크로 압력센서 유닛을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 두개골에 착용되는 헤어밴드를 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 심박수 모니터링 헤어밴드의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드를 보인 예시도.

본 발명에 따른 마이크로 압력센서 유닛 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드는 마라톤, 대규모 운동경기장에서 운동 및 시합하는 선수들의 심박상태를 모니터링할 수 있게 되어, 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 기술적 구성을 제안한다.

하기의 설명에서 본 발명의 마이크로 압력센서 유닛 및 그를 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

도 1은 일반적인 두개골에서 동맥의 위치를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 운동자의 머리 동맥에서 맥파를 감지하기 위한 위치를 설명하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 두개골의 좌측면임을 알 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에 따른 헤어밴드에 마이크로 압력센서를 위치시킨다.

이러한 두개골에서 동맥의 위치에 위치하여 맥파를 감지하는 마이크로 압력센서에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 압력센서를 보인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명 마이크로 압력센서(11)의 내부에는 실리콘 오일이 주입되어 압력을 전달해 주는 매질로 이용된다.

마이크로 압력센서(11)에는 인체의 피부와 거의 같은 기계적 특성으로 피부와 밀착하여 동맥상층에 위치한 피부의 체적변화를 감지하여 실리콘 오일로 전달해줄 수 있는 재질을 사용한다. 본 발명에서는 마이크로 압력센서(11)의 표면을 실리콘 또는 라텍스 재질로 하며 돔형상을 갖도록 한다.

이러한 실리콘 또는 라텍스 재질의 마이크로 압력센서 표면은 피부와의 마찰을 극대화시켜 움직임에 의한 동잡음 감소를 목적으로 한다.

또한 마이크로 압력센서(11)에는 마이크로 압력센서(11)가 너무 강하게 피부와 밀착되어 동맥상층에 위치한 피부의 체적변화를 정상적으로 감지할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해 일정 압력이상 마이크로 압력센서(11)가 눌러지는 것을 가이디해주는 가이드(11a)가 마이크로 압력센서(11)의 외주면에 설치된다.

전술한 마이크로 압력센서(11)를 복수개 구비하여 환자의 맥박을 측정하는 마이크로 압력센서 유닛에 대해서 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시에에 따른 마이크로 압력센서 유닛을 설명하기 위한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 도 3의 (a)와 같은 사시도 및 도 3의 (b)와 같은 측면도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 압력센서 유닛(10)은 일실시예로 **2 × 2 형식의 어레이 4채널로 구성될 수 있다.

이러한 마이크로 압력센서 유닛(10)은 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서(11), 서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부(13a)와, 접촉부(13a) 사이에 마이크로 압력센서(11)가 접촉부(13a)보다 높게 안착되는 안착부(13b)로 이루어진 지지대(13); 및 지지대(13)의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서(11)와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)(15)을 포함하여 구성된다.

이러한 마이크로 압력센서 유닛(10)에 구성된 돔 형태의 마이크로 압력센서(11)가 접촉부(13a)보다 더 높이 돌출되도록 구성한다.

즉, 실리콘 또는 라텍스 재질의 마이크로 압력센서(11)의 표면은 피부와 직접 맞닿아야 하는 부분으로서, 실리콘 재질의 접촉부(13a)보다 약 1.2mm 튀어 올라와 있도록 한다. 여기서, 실리콘 재질의 접촉부(13a)는 피부와의 부착강도를 이상적으로 조절해준다.

여기서 1.2mm는 돔 형상의 센서 표면이 너무 강하게 피부와 밀착되어도 신호가 감지되지 않고, 너무 약하게 밀착되어도 신호가 감지되지 않기 때문에 고려되어야 할 거리이다.

이때 실리콘 또는 라텍스 재질의 센서 표면은 피부와 직접 맞닿아야 하는 부분으로서, 실리콘 재질의 접촉부(13a)보다 약 1.2mm 튀어 올라와 있도록 한다. 여기서 1.2mm는 돔 형상의 센서 표면이 너무 강하게 피부와 밀착되어도 신호가 감지되지 않고, 너무 약하게 밀착되어도 신호가 감지되지 않기 때문에 고려되어야 할 거리이다.

이러한 마이크로 압력센서(11)를 채용하여 심박수 모니터링 헤어밴드의 검사자 심박수를 모니터링한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 두개골에 착용되는 헤어밴드를 설명하기 위한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 헤어밴드에는 마이크로 압력센서 유닛(10)과 심박수 획득부(20)가 부착되게 되는데, 이때 돔형태의 마이크로 압력센서(11)가 두개골에서 동맥의 위치에 위치할 수 있도록 하며, 심박수 획득부(20)는 두개골에서 동맥의 위치를 고려하지 않아도 되는 이유가 단순히 센서 모듈에서 감지한 아날로그(Analog) 정보를 디지털(Digital) 정보로 변환한다.

이렇게 변환된 디지털 정보는 무선 통신부의 특정 무선 방식에 의해 수신기측으로 전송된다. 이때 무선 방식에 의해 전송되는 정보는 아날로그 정보가 될 수 있도록 함이 바람직하다. 여기서 특정 무선 방식은 블루투스, 애드혹(AD-Hoc), 적외선통신(IrDA) 또는 지그비 방식 중 어느 하나가 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 심박수 모니터링 헤어밴드의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 마이크로 압력센서 유닛(10)은 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서(11)로 이루어져, 마이크로 압력센서(11)를 통해 맥파에 대한 압력을 센싱한다.

즉, 피부와 밀착되는 라텍스 재질의 마이크로 압력센서(11)의 표면은 심장박동시 전달되는 맥파를 왼쪽 이마부분의 동맥에서 감지하여 마이크로 압력 센서(11)를 채우고 있는 실리콘 오일을 매질로 하여 맥파에 대한 압력을 마이크로 압력 센서(11)에 전달한다.

이때 마이크로 압력 센서(11)에서 감지되는 신호는 1mV의 아주 미약한 신호로서 오프셋(offset) 전압이 섞여있는 상태로 감지가 되어, 오프셋 처리부(21)를 통해 오프셋을 처리한 후 증폭부(23)를 통해 증폭한다.

이후, 저역통과필터(25)는 증폭기(23)를 통해 증폭된 신호중에서 저역대역의 신호만을 통과시켜 고역통과필터(27)로 출력한다. 그러면 고역통과필터(27)는 저역통과필터(25)를 통해 필터링된 신호중에서 고역대역의 신호만을 통과시킨 후 아날로그/디지털 컨버터(29)로 출력한다.

아날로그/디지털 컨버터(29)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 컨버팅(converting)하여 무선통신부(30)로 출력한다.

무선통신부(30)는 특정 무선 통신 방식을 이용하여 수신기측으로 심박수에 대한 정보를 무선으로 전송하게 된다. 여기서 수신기와 특정 무선 통신 방식으로 통신을 수행하는 모듈은 무선통신부(30)가 되며, 그 무선통신부(30)는 헤어밴드에 구비된다.

본 발명에 따른 심박수 모니터링 헤어밴드는 검사자의 머리에 착용되는데, 이때 마이크로 압력센서는 검사자의 정확한 심박수를 측정할 수 있도록 도 1을 통해 전술한 두개골에서 동맥의 위치를 고려하여 헤어밴드에 장착된다.

지금까지 전술한 기술적 구성은 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드에 구비된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 동맥의 수축과 팽창에 따른 맥박을 측정하는 마이크로 압력센서 유닛;
   상기 측정된 맥박 신호를 고려하여 심박수를 획득하는 심박수 획득부; 및
   상기 심박수에 대한 정보를 특정 무선 통신방식에 의거하여 무선 전송하는 무선 통신부를 포함하되,
   상기 마이크로 압력센서 유닛은, 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서; 서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부와, 접촉부 사이에 마이크로 압력센서가 접촉부보다 높게 안착되는 안착부로 이루어진 지지대; 및 지지대의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하여 두개골에서 동맥의 위치에 대응하는 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 마이크로 압력센서 유닛은,
   2 × 2의 매트릭스 형태로 4 채널의 마이크로 압력센서를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드.
   
3. 제1 항에 있어서, 상기 마이크로 압력센서에는,
   실리콘 오일의 매질이 주입되는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드.
   
4. 제3 항에 있어서, 상기 마이크로 압력센서는,
   인체의 피부와 밀착하여 동맥상층에 위치한 피부의 체적변화를 감지하여 실리콘 오일로 전달해줄 수 있는 실리콘 또는 라텍스 재질의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛을 이용한 심박수 모니터링 헤어밴드.
   
5. 맥박을 측정하는 적어도 하나 이상의 마이크로 압력센서;
   서로 마주보는 양측에 피부와 밀착되어 접촉되도록 돌출된 접촉부와, 접촉부 사이에 마이크로 압력센서가 접촉부보다 높게 안착되는 안착부로 이루어진 지지대; 및
   지지대의 하면에 취부되어, 마이크로 압력센서와 전기적으로 연결되어 맥박신호를 수신하는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛.
   
6. 제5 항에 있어서, 상기 마이크로 압력센서 유닛은,
   2 × 2의 매트릭스 형태로 4 채널의 마이크로 압력센서를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛.
   
7. 제5 항에 있어서, 상기 마이크로 압력센서에는,
   실리콘 오일의 매질이 주입되는 것을 특징으로 하는 마이크로 압력센서 유닛.
   

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