KR20140050374A - 패치형 심전도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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조희섭
박영진
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

본 발명은, 사람의 심전도를 측정하기 위한 심전도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 종래의 복잡한 배선들로 구성된 심전도 측정 장치를 사용하여 일정 시간 동안 지속적으로 심전도를 측정하는 것이 필요한 경우 발생하는 불편함을 해소하기 위하여, 무선 통신을 활용하는 패치형 심전도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 심전도 측정 장치와 피부가 접촉하는 부분에 생체적합소재 전극을 이용함으로써, 장기간 부착하는 것이 가능하게 한다.

Description

패치형 심전도 측정 장치 및 방법 {Patch-type Electrocardiogram Measurement Apparatus and Method}
본 발명은, 순환기내과 질환 중 심장질환이 있거나 이의 보유가 의심되는 환자의 검사를 위해 심전도를 측정하는 심전도 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 심장질환 수술 후에 일상생활 중인 환자의 심장기능을 모니터링하거나 24시간 생활 심전도 검사 등을 하는 경우에 활용되는 심전도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
고령인구와 만성질환자의 증가로 다양한 사회경제적 문제가 대두되고 있으며 이를 해결하기 위한 기술적 대안으로서 IT 기술을 접목한 지능적인 생체 센서 시스템의 중요성이 증대되고 있다.
생체 센서 시스템의 하나인 24시간 생활 심전도 검사는 사람이 활동하는 중에 발생한 모든 심박동을 24시간 동안 연속적으로 기록하는 검사이다. 각종 부정맥의 출현, 발생빈도, 부정맥의 예후를 진단하며 관상동맥 질환의 진단 및 치료에 도움이 되는 검사이다.
도 1 내지 도 3은 심전도 검사를 받는 모습들을 나타낸 것으로서, 도 1은 24시간 생활 심전도 검사를 받는 것을 나타낸 것이고, 도 2는 운동 과부하 검사, 도 3은 심전도 검사를 받는 환자를 모니터링하는 모습을 나타낸 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 24시간 생활 심전도 검사를 위해서는 다수의 전극과 이들 각각에 연결된 배선들, 그리고 심전도를 저장하기 위한 휴대형 장치가 필요하다. 이러한 장치를 부착/착용하고 나면 신체 활동의 제한이 가해져 일상생활을 영위하는 데에 많은 불편함이 따르게 된다.
특히, 취침 시에는 이러한 장치들로 인해 쾌적한 수면을 취할 수 없다는 것이 대표적인 단점으로 부각된다. 이를 삶의 질의 관점에서 살펴본다면, 환자에게 기존의 24시간 생활 심전도 검사는 삶의 질을 저하시키는 요소로 작용한다고 볼 수 있다.
이 외에 병원에서 볼 수 있는 도 2의 운동 과부하 검사나 도 3의 환자 모니터링에서도 다수의 전극과 이에 연결된 다수의 배선들이 고가의 장비에 연결되어 환자의 심장 기능을 모니터링 하는 데에 활용됨을 알 수 있다. 다수의 배선들이 연결되어 있다는 것이 장비를 운용하는 의료전문가와 환자 모두에게 상당한 불편함으로 작용하고 있으며 또한, 하나의 장비가 한 명의 환자에게만 연결되는 일대일 대응식 활용을 초래해 장비 활용의 효율을 떨어뜨리는 결과를 낳게 된다.
그리고, 심장질환이 의심되는 환자나 심장질환 수술 환자의 심장 상태를 장시간 관찰하기 위해서는 일상생활을 영위하는 중에 장기간(1주일 이상) 동안 심전도를 측정할 수 있는 시스템이 요구되는데, 종래의 심전도 측정 시스템으로는 전술한 여러 가지 불편한 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 배선을 간소화하고 심전도 데이터를 무선으로 전송하는 패치형 심전도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 패치형 심전도 측정 장치는 생체적합소재를 사용하도록 하며, 하나의 심전도 분석 장비로 다수의 심전도 데이터를 동시에 모니터링 할 수 있는, 심전도 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 생체적합 실리콘에 도전성 물질을 교반하여 경화시킨 것으로서, 피부에 직접 접촉하여 생체 전위를 유도하는 생체적합소재 전극; 상기 생체적합소재 전극으로부터 생체 전위를 입력받고 디지털 심전도 데이터로 변환하는 아날로그 신호처리부, 상기 아날로그 신호처리부로부터 전달받은 상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 외부 기기에 전송하는 무선 송수신부 및 외부로부터 전력 공급 무선 신호를 수신하고 상기 전력 공급 무선 신호를 전력으로 변환하며 상기 전력을 상기 충전 배터리에 공급하는 전력변환 회로부를 포함하는 연성기판; 상기 연성기판에 전원을 공급하는 충전 배터리; 및 상기 생체적합소재 전극과 상기 연성기판을 연결하는 배선을 포함하는 패치형 심전도 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일면에 따르면, 상기 패치형 심전도 측정 장치는, 상기 연성기판 및 상기 충전 배터리가 피부에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해 생체적합 실리콘 등을 이용하여 상기 연성기판 및 상기 충전 배터리가 피부에 접촉하는 부분을 코팅하는 생체적합소재 코팅을 더 포함하며, 상기 연성기판, 상기 충전 배터리 및 상기 생체적합소재 전극들이 피부에 접촉되는 부분의 반대쪽을 덮어서, 상기 연성기판, 상기 충전 배터리 및 상기 생체적합소재 전극들을 원하는 위치에 고정되도록 하는 하이드로콜로이드 시트를 더 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 신체에 부착되어 인간의 생체 전위를 측정하고, 상기 생체 전위를 디지털 심전도 데이터로 변환하며, 상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 송신하는 패치형 심전도 측정 장치; 및 상기 패치형 심전도 측정 장치로부터 상기 디지털 심전도 데이터를 수신하고, 분석하는 심전도 분석 장치를 포함하는 패치형 심전도 측정 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 패치형 심전도 측정 장치를 피부에 부착하고, 인간의 생체 전위를 측정하는 단계; 상기 측정된 생체 전위를 디지털 심전도 데이터로 변환하는 단계; 상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 심전도 분석 장치로 전송하는 단계; 상기 수신한 디지털 심전도 데이터를 분석하고, 인간의 심전도를 모니터링하는 단계; 및 복수의 패치형 심전도 측정 장치로부터 디지털 심전도 데이터를 수신하고, 상기 수신한 디지털 심전도 데이터를 병렬 처리함으로써, 복수의 인간의 심전도를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 패치형 심전도 측정 방법을 제공한다.
본 발명은, 흉부에 패치와 같은 형태로 부착하여, 24시간 생활 심전도 검사와 운동 과부하 검사 또는 환자 모니터링 시스템에서 기존에 사용되고 있는 전극과 배선을 대치함으로써, 무선 통신에 의해 환자의 심전도 데이터를 전송할 수 있게 한다.
또한, 원격진료나 일상생활에서 장시간 전극을 부착하여 환자의 심전도를 관찰할 필요가 있는 경우에 사용될 수 있는 새로운 생체적합소재 전극을 활용하며, 무선 통신을 통해 심전도 데이터를 전송하는 방식에 의해 하나의 심전도 분석장비와 다수 환자에게 부착된 패치형 심전도 측정 시스템 간에 다채널 데이터 송수신이 가능하게 한다.
도 1 내지 도 3은 심전도 검사 모습을 나타낸 도면.
도 4와 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 패치형 심전도 측정 장치 및 상기 장치의 착용 모습을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 심전도 측정 데이터를 분석하는 시스템을 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패치형 심전도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 패치형 심전도 측정 장치는 연성기판(400), 생체적합소재 전극(410), 배선(420), 충전 배터리(430), 생체적합소재 코팅(440) 및 하이드로콜로이드 시트(450)를 포함한다.
연성기판(400)은, 아날로그 신호처리부(401)와 무선 송수신부(402)를 포함하며, 접착되는 피부의 굴곡면에 따라 적당히 휘어지도록 되어있어 피부와의 접착력이 극대화되도록 이루어져 있다.
아날로그 신호처리부(401)는 생체적합소재 전극(410)으로부터 생체 전위를 입력받아 잡음을 제거하고, 신호를 증폭하여 디지털화함으로써, 상기 생체 전위를 디지털 심전도 데이터로 변환한다.
무선 송수신부(402)는 아날로그 신호처리부(401)로부터 전달된 디지털 심전도 데이터를 외부의 의료기기나 스마트 디바이스(스마트폰, 스마트패드 등)로 전달한다. 무선 송수신부(402)는 블루투스, WLAN, 지그비 등의 무선 통신 방식을 활용하여 외부 기기와 데이터를 주고 받는다.
생체적합소재 전극(410)은, 생체적합 실리콘에 도전성 물질(CNT, 카본나노튜브)을 교반하여 경화시킨 것으로서, 피부에 직접 닿아 생체 전위를 유도하는 데에 활용된다. 생체적합소재 전극(410)은 수 mm의 두께에 다양한 지름을 가지는 원형으로 가공하여 사용된다.
생체적합소재란, 사람의 생체 조직 또는 생체 물질과 오랫동안 접촉해도 악영향을 미치지 않는 고분자 재료를 의미하는 것으로서, 의료 분야에서 사용된다. 인공 신장용 투석막, 인공 혈관, 인공 치아, 수혈용 혈액 저장 주머니, 혈액의 회로에 사용되는 튜브 등의 용도가 있으며, 재료로는 폴리염화비닐, 실리콘, 테플론 등이 이용된다.
기존 심전도 측정 시스템에서는 전극(Ag/AgCl전극)을 피부에 부착할 때 전기 전도도를 향상시키기 위해 전해 젤을 사용하지만, 시간이 경과함에 따라 젤이 건조되고 이에 의한 전기적 특성의 저하로 인해 장기 부착에는 근본적인 한계를 내포하고 있다. 또한, 기존 전극은 피부에 접착력을 높이기 위해 접착제를 사용하게 되는데 이로 인해 피부에 가려움 등의 염증 반응이 나타날 수 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전해 젤과 접착제를 사용하지 않고 장시간 부착하여도 피부에 해가 없는 생체적합소재 전극(410)을 사용하는 것이다.
배선(420)은, 연성기판(400)과 생체적합소재 전극(410)을 연결하는 용도로 사용되며 양 끝단을 제외하고는 절연이 되어 있다. 배선(420)은 생체적합소재로 패턴을 구성하여 만들 수도 있고, 기존에 사용되는 배선을 짧게 가공하여 활용할 수도 있다.
충전 배터리(430)는, 연성기판(400)에 포함된 회로부에 전력을 공급하기 위한 것으로서, 재충전이 가능한 리튬폴리머, 리튬이온 계통의 것이 사용되며 이를 충전하기 위한 충전 회로부가 연성기판(400)에 포함되어 있다. 충전 회로부는 전력변환 회로부로부터 전력을 공급받는다.
본 발명에서 제안하는 패치형 심전도 측정 장치는 외부로부터 무선으로 전력을 공급받아 충전하는 방식으로 구동되며 이를 위해 전력변환 회로부를 포함한다. 전력변환 회로부는 외부로부터 전력 공급 무선 신호를 수신하고 상기 전력 공급 무선 신호를 전력으로 변환하며 상기 충전 회로부를 통해 충전 배터리(430)에 전력을 공급한다.
생체적합소재 코팅(440)은, 피부에 위해를 주지 않는 생체적합소재로 이루어진 것으로서, 패치형 심전도 측정 장치와 피부의 접촉면 사이에 코팅된 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 패치형 심전도 측정 장치가 피부에 부착된 형태를 보면 연성기판(400)과 충전 배터리(430)가 피부에 접촉하게 됨을 알 수 있다. 이에 의해 피부에 대한 위해 작용이 발생할 수 있으므로 피부와의 접촉을 막기 위해 생체적합소재인 생체적합 실리콘 등으로 연성기판(400), 충전 배터리(430)을 코팅하는 것이다.
생체적합소재 코팅(440)을 사용함으로써, 피부 위해 요소를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 장기부착시 피부에서 발생된 땀 등에 의한 회로부 부식과 단선을 막을 수 있다.
또한, 패치형 심전도 측정 장치에서 생체적합소재 전극(410)을 제외한 나머지 구성품들은 한 번 사용한 후에 소독 과정을 거쳐 재사용할 수 있는데, 이는 연성기판(400)과 충전 배터리(430)가 생체적합소재 코팅(440)에 의해 밀폐되어 있기 때문에 가능한 것이다.
하이드로콜로이드 시트(450)는, 생체적합소재 전극(410), 배선(420) 및 생체적합소재로 코팅된 연성기판(400), 충전 배터리(430)가 평면적으로 결합된 형태를 흉부에 부착하기 위해 전술한 전체 구성품들을 덮고 있는 것으로서, 하이드로콜로이드 소재의 점착성 시트로 이루어져 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 생체적합소재로 코팅된 연성기판(400), 충전 배터리(430)는 가슴뼈 상에 위치하게 되고 생체적합소재 전극(410)들은 Limb Leads나 Chest Leads에 따라 배치하게 된다. 점착성을 가지는 하이드로콜로이드 시트(450)는 이들을 덮어서 피부에 부착함으로써 원하는 위치에 고정하는 용도로 사용되며, 하이드로콜로이드 시트(450) 자체는 생체적합성을 가지는 물질로서 장기부착 (약 7일 이하)이 가능하다.
도 4와 도 5에서는 Limb Leads 중 Lead-II 배치를 따르고 있는 모습을 나타내고 있으나 전극의 개수와 위치를 바꾸어 구성하면 Limb Lead와 Chest Leads를 통한 전통적인 12-Lead를 모두 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 패치형 심전도 측정 시스템 및 방법을 나타낸 도면이다.
병원에서 환자의 심전도 모니터링을 위한 종래의 방법은 환자 한 명에게 부착된 전극과 연결된 한 대의 모니터링 장비를 통해 심전도를 관측하는 것이었다. 그러나, 동시에 관찰해야하는 환자의 수가 늘어나는 정도에 비해 보유하고 있는 모니터링 장비가 적을 경우에는 장비수를 초과한 환자가 적시에 조치를 받을 가능성이 낮아진다.
그러나, 본 발명에서 제안하는 시스템을 활용할 경우, 다수의 환자에게 부착된 패치형 심전도 측정시스템으로부터 무선으로 전송되어 오는 다수의 데이터를 하나의 심전도 분석 장비로 수신하여 병렬로 처리함으로써 하나의 장비로 다수 환자의 심전도를 모니터링 하는 것이 가능해진다.
이는 심전도를 전송하기 위해 요구되는 무선 데이터 전송률이 비교적 낮기 때문에 Bluetooth나 WLAN 등의 통신 방식을 통해서 다수의 채널로 여러 개의 심전도 데이터를 동시에 송수신하는 데에는 기술적인 애로점이 없다는 것에 기인한다. 또한, 기존의 심전도 분석 장비에 무선 통신을 위한 하드웨어를 추가하고 동시에 여러 개의 심전도 데이터를 모니터링 할 수 있도록 응용 소프트웨어를 일부 수정하면 가능해지는 것이므로 비교적 손쉽게 구현할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
400 : 연성기판
401 : 아날로그 신호처리부
402 : 무선 송수신부
410 : 생체적합소재 전극
420 : 배선
430 : 충전 배터리
440 : 생체적합소재 코팅
450 : 하이드로콜로이드 시트

Claims (9)

  1. 생체적합 실리콘에 도전성 물질을 교반하여 경화시킨 것으로서, 피부에 직접 접촉하여 생체 전위를 유도하는 생체적합소재 전극;
    상기 생체적합소재 전극으로부터 생체 전위를 입력받고 디지털 심전도 데이터로 변환하는 아날로그 신호처리부 및 상기 아날로그 신호처리부로부터 전달받은 상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 외부 기기에 전송하는 무선 송수신부를 포함하는 연성기판;
    상기 연성기판에 전원을 공급하는 충전 배터리; 및
    상기 생체적합소재 전극과 상기 연성기판을 연결하는 배선
    을 포함하는 패치형 심전도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연성기판은
    외부로부터 전력 공급 무선 신호를 수신하고 상기 전력 공급 무선 신호를 전력으로 변환하며 상기 전력을 상기 충전 배터리에 공급하는 전력변환 회로부를 더 포함하는 것
    인 패치형 심전도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연성기판은
    접착되는 피부의 굴곡면에 따라 휘어지게 되어 상기 피부와의 접착력이 극대화된 것
    인 패치형 심전도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연성기판 및 상기 충전 배터리가 피부에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해 생체적합 실리콘 등을 이용하여 상기 연성기판 및 상기 충전 배터리가 피부에 접촉하는 부분을 코팅하는 생체적합소재 코팅
    을 더 포함하는 패치형 심전도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연성기판, 상기 충전 배터리 및 상기 생체적합소재 전극들이 피부에 접촉되는 부분의 반대쪽을 덮어서, 상기 연성기판, 상기 충전 배터리 및 상기 생체적합소재 전극들을 원하는 위치에 고정되도록 하는 하이드로콜로이드 시트
    를 더 포함하는 패치형 심전도 측정 장치.
  6. 신체에 부착되어 인간의 생체 전위를 측정하고, 상기 생체 전위를 디지털 심전도 데이터로 변환하며, 상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 송신하는 패치형 심전도 측정 장치; 및
    상기 패치형 심전도 측정 장치로부터 상기 디지털 심전도 데이터를 수신하고, 분석하는 심전도 분석 장치
    를 포함하는 패치형 심전도 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 심전도 분석 장치는
    동시에 두 개 이상의 패치형 심전도 측정 장치로부터 상기 디지털 심전도 데이터를 수신하고 분석하는 것
    인 패치형 심전도 측정 시스템.
  8. 패치형 심전도 측정 장치를 피부에 부착하고, 인간의 생체 전위를 측정하는 단계;
    상기 측정된 생체 전위를 디지털 심전도 데이터로 변환하는 단계;
    상기 디지털 심전도 데이터를 무선 통신을 통해 심전도 분석 장치로 전송하는 단계; 및
    상기 수신한 디지털 심전도 데이터를 분석하고, 인간의 심전도를 모니터링하는 단계
    를 포함하는 패치형 심전도 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 패치형 심전도 측정 장치로부터 디지털 심전도 데이터를 수신하고, 상기 수신한 디지털 심전도 데이터를 병렬 처리함으로써, 복수의 인간의 심전도를 모니터링하는 단계
    를 더 포함하는 패치형 심전도 측정 방법.
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