KR20140086182A - 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펄스 레이더를 이용하여 산모와 태아의 심박수를 측정하는 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치는 설정된 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 송신하는 임펄스 레이더 송신부, 상기 임펄스 레이터 송신부에서 송신된 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부, 상기 임펄스 레이더 수신부에서 수신한 임펄스 레이더를 필터링하는 필터, 상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 산모의 심박정보를 추출하는 산모 심박정보 분석부, 상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 태아의 심박정보를 추출하는 태아 심박정보 분석부를 포함한다.

Description

임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치{Apparatus for measuring heart rate}

본 발명은 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펄스 레이더를 이용하여 산모와 태아의 심박수를 측정하는 장치에 관한 것이다.

현재 많은 병원에서 인체에 심전도계의 전극을 부착해서 심장박동을 측정하는 방식을 사용하고 있다. 하지만 이 방식은 전극을 인체에 직접 부착해야만 심장박동을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 장비를 다룰 수 있는 인력이 필요하다. 또한 측정시 환자가 심장박동을 측정한다는 사실을 알게 되므로 거부감을 일으킬 수 있다.

한국공개특허 제2004-0027577호(발명의 명칭: 심장박동 무선 감지 시스템 및 그 방법)는 특정 주파수의 신호를 생성하는 발진기; 상기 발진기에서 생성된 신호의 전력을 분배하는 전력 분배기; 상기 전력 분배기에서 출력된 제1 신호를 환자의 흉부를 향해 방사하는 송신 안테나; 상기 환자의 흉부의 움직임에 의해 주파수가 천이되고 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 수신 안테나; 상기 수신 안테나를 통하여 수신된 RF 신호와 상기 전력 분배기에서 출력된 제2 신호의 주파수 성분을 합성하는 혼합기; 및 상기 혼합기에서 합성된 신호를 필터링하고 모니터에 표시되도록 디지털 신호로 변환하여 출력하는 베이스밴드부를 포함하는 심장박동 무선 감지 시스템을 제안하고 있다.

한국공개특허 제2010-0062736호(발명의 명칭: 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치)는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치에 관한 것으로, 운동이나 일상생활 중에도 무구속 상태로 정확한 심박수를 측정할 수 있는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치를 제공하며, 사용자의 움직임을 동잡음(motion artifact)으로서 감지하는 가속도 센서부와, 혈류량을 측정하는 적외선 센서부가 내장된 이어폰부와; 상기 측정된 혈류량의 신호에서 상기 동잡음을 제거하는 노이즈 제거부와, 상기 동잡음이 제거된 혈류량 신호를 기초로 심박수를 산출하는 심박수 산출부를 포함하는 본체부와; 상기 이어폰부와 상기 본체부 사이의 신호를 전달하는 연결부를 포함한다.

한국공개특허 제2011-0043993호(발명의 명칭: 휴대용 무선통신 단말기 및 그의 유더블유비 임펄스 라디오를 이용한 생체이상 분석 수행방법)은 UWB 임펄스 라디오를 생체 특정부위에 조사시켜 반사되는 무선신호를 수신하는 임펄스 라디오 레이더 모듈; 상기 수신된 생체 특정부위에 대한 무선신호를 비교가능한 생체변환정보로 변환시키는 변환모듈; 상기 변환된 생체변환정보와 기 저장된 상기 생체 특정부위의 생체기본정보를 비교하여 이상지점을 판단하는 생체이상 분석모듈; 상기 생체기본정보 및 상기 생체변환정보, 그리고 상기 생체이상 분석모듈에 의해 판단된 이상지점에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리 모듈; 및 상기 생체이상 분석모듈에 의해 판단된 이상지점에 대한 정보를 무선망을 통해 외부 서버 또는 외부 단말에 전송하기 위한 무선통신모듈;을 포함하여 이루어지는 UWB 임펄스 라디오를 이용하여 생체이상 분석을 수행하는 휴대용 무선통신 단말기를 제안하고 있다.

하지만, 병원에 가지 않고 건강상태를 지속적으로 확인할 수 있는 방안이 요구되며, 특히 패치 형태 이외의 방식으로 사용자의 건강 상태를 측정할 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명이 해결하려는 과제는 임펄스 레이더를 이용하여 산모와 태아의 심박수를 측정하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 임펄스 레이더를 이용하여 측정한 산모와 태아의 심박수를 이용하여 산모와 태아의 건강 상태를 측정하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 산모와 태아의 건강 상태에 이상이 발생한 경우 원거리에 있는 의료기관이나 의료 관계자에게 제공하는 방안을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치는 설정된 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 송신하는 임펄스 레이더 송신부, 상기 임펄스 레이터 송신부에서 송신된 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부, 상기 임펄스 레이더 수신부에서 수신한 임펄스 레이더를 필터링하는 필터, 상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 산모의 심박정보를 추출하는 산모 심박정보 분석부, 상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 태아의 심박정보를 추출하는 태아 심박정보 분석부를 포함한다.

본 발명에 따른 임펄스 레이터를 이용한 심박수 측정 방법은 무선 통신을 기반으로 태아와 산모의 심박수를 지속적으로 모니터링함으로서 태아와 산모의 건강 이상 여부를 실시간으로 판단할 수 있다. 또한, 태아와 산모의 건강 상태에 이상이 발생한 경우 원격지에 있는 의료기관이나 의료 관계자에게 해당 정보를 전송함으로써 태아와 산모의 위험을 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 임펄스 레이더를 이용한 건강 모니터링 장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 필터의 구성을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 프레임에 따른 샘플러를 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 임펄스 레이더를 이용한 건강 모니터링 장치를 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 임펄스 레이더를 이용한 건강 모니터링 장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 1에 의하면, 건강 모니터링 장치는 임펄스 레이더 송신부, 임펄스 레이더 수신부, 필터, 제어부, 산모 심박정보 분석부, 태아 심박정보 분석부, 통신부, 이상상태 판단부, 데이터베이스, 표시부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 건강 모니터링 장치에 포함될 수 있음은 자명하다.

임펄스 레이더 송신부(100)는 500㎒ 이상의 주파수 대역을 갖는 임펄스 레이더를 발신한다. 임펄스 레이더 수신부(110)는 임펄스 레이더 송신부(100)에서 발신한 임펄스 레이더가 인체에 의해 반사된 반사 임펄스 레이터를 수신한다. 본 발명과 관련하여 임펄스 레이터 송신부(100)와 임펄스 레이더 수신부(110)는 수 미터 이내의 거리에서 인체의 심박수를 체크한다.

필터(120)는 임펄스 레이더 수신부(110)에서 수신한 임펄스 레이더에 포함된 잡음을 제거한다. 필터(120)의 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

데이터베이스(130)는 일반인의 심박수에 대한 정보를 저장하고 있다. 또한, 데이터베이스(130)는 성인, 태아에 대한 심박수 정보를 저장하고 있다.

산모 심박정보 분석부(140)는 필터(120)에 의해 필터링된 임펄스 레이더를 분석하여 산모 심박정보를 추출한다. 태아 심박정보 분석부(150)는 필터(120)에 의해 필터링된 임펄스 레이더를 분석하여 태아의 심박정보를 추출한다.

이상상태 판단부(160)는 산모 심박정보 분석부, 태아 심박정보 분석부에서 분석한 심박정보와 데이터베이스에 저장되어 있는 정보를 이용하여 산모나 태아의 이상여부를 판단한다. 이상상태 판단부(160)는 산모 심박정보 분석부, 태아 심박정보 분석부에서 분석한 심박정보가 데이터베이스에 저장되어 있는 심박정보의 범위를 벗어나는 경우에는 이상이라고 판단한다.

표시부(170)는 산모 심박정보 분석부에서 분석한 산모의 심박정보, 태아 심박정보 분석부에서 분석한 태아의 심박정보를 표시한다. 또한, 표시부(170)는 이상상태 판단부에서 판단한 산모나 태아의 이상 유무를 표시한다.

제어부(180)는 건강 모니터링 장치를 구성하고 있는 각 구성에 대한 동작을 제어한다. 즉, 제어부(180)는 산모 심박정보 분석부 또는 태아 심박정보 분석부를 제어하여 필터링된 임펄스 레이더로부터 산모의 심박정보나 태아의 심박정보를 추출하여 분석하도록 한다. 또한, 제어부(180)는 산모 심박정보 분석부에서 분석한 산모의 심박이나 태아 심박정보 분석부에서 분석한 태아의 심박에서 이상이 발생한 경우에는 이에 대한 정보를 표시부에 표시하도록 제어하거나, 통신부(190)를 이용하여 외부의 의료기관에 통보하도록 한다.

이를 위해 본 발명의 건강 모니터링 장치는 외부의 의료기관이나 관리자에게 필요한 정보를 수신하거나 필요한 정보를 전송하기 위한 통신부를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 입력된 임펄스 레이더에는 태아와 산모 및 잡음이 포함되어 있을 가능성이 높기 때문에 태아의 심박정보와 산모의 심박정보를 분리하여 처리한다. 태아와 산모의 심박정보를 분리하는 방법은 태아의 연령대별로 심박수와 파형이 일반 성인의 심장 파형과 매우 상이하므로 주파와 대역폭의 적절한 필터링을 통해 분리한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 필터의 구성을 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 필터의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

본 발명은 임펄스라는 펄스를 인체에 조사한 심장이나 허파처럼 수축과 이완을 하는 장기에 대해서는 수축할 때의 거리와 팽창할 때의 거리에 대한 차이점을 가지고 심장이나 허파의 수축이나 팽창 횟수를 산출한다.

본 발명의 필터는 적어도 두 개의 샘플러(200), 이동 평균 필터(210), 평활 필터(220)를 포함한다.

하나의 프레임은 512개의 샘플러로 분할해서 볼 수 있다. 또한 프레임의 길이는 거리로 환산할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 프레임에 따른 샘플러를 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 프레임은 512개의 샘플러로 분할 가능하며, 임펄스 레이더가 인체를 투과했을 때 수축과 이완하는 심장이나 폐가 몇 번째 샘플러에 있는 지 확인이 가능하다.

샘플러에 의해 심장과 폐의 위치를 확인하면, 이동 평균 필터는 입력된 임펄스 레이더를 필터링한다. 평균 필터는 신호에 동적인 요소가 없는 경우에 사용할 수 있지만, 동적인 요소가 포함되어 있는 경우에는 일정한 크기의 큐(Queue) 버퍼를 갖고 최근의 데이터를 계속 반영하면서 버퍼의 크기 내에서만 평균을 적용하는 이동 평균 필터(210)를 사용한다.

n 개의 데이터에 대한 이동 평균은 하기 수학식 1과 같이 나타낸다.

[수학식1]

여기서 k는 실시간으로 계속 데이터가 지나갈 때, k 번째 데이터를 의미한다. 수학식 1에서 큐의 크기는 n이며, 현재 데이터의 크기는 k가 된다.

이동평균필터(210)에 의해 필터링된 수신된 임펄스 레이더는 평활필터(210)로 입력된다. 평활필터(220)는 입력된 임펄스 레이더를 수치로 표시할 수 있는 신호로 변환한다. 평활필터(220)는 급격한 변화가 포함되어 있는 신호에서 급격한 변화 부분을 제거한다. 이와 같이 평활필터(220)에 의해 필터링된 신호는 수치 및 펄스 형태의 파형으로 표시할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 임펄스 레이더를 이용하여 장기의 수축과 팽창 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이 심장이나 허파가 팽창할 때의 거리를 거리A라고 하며, 심장이나 허파가 수축할 때의 거리를 거리 B 또는 거리 C라고 한다.

도 4에 의하면, 심장이 수축할 때와 심장이 팽창할 때 임펄스 레이더 발신부(또는 임펄스 레이더 수신부)와 심장까지의 거리가 달라지게된다. 따라서 임펄스 레이더 발신부에서 발신한 임펄스 레이더가 인체에 의해 반사되어 임펄스 레이더 수신부에서 수신될 때까지의 시간을 측정하고, 측정한 값을 이용하여 심박수를 산출한다.

본 발명은 무선 통신망과 연계하여 산모 및 태아의 원격 진료를 위한 모니터링 단말로 가능하며, 응급 의료기관과 연계하여 심박수 모니터링 및 분석을 통해 이상상태가 발견되면, 즉시 응급처치가 가능하다.

또한, 스마트폰의 앱을 통해서 지속적으로 개인용 태아 심박수 관리 모니터링 시스템을 구축할 수 있으며, 분석 시스템을 탑재하여 심장 또는 건강 이상 여부를 사용자에게 통보해서 의료기관에 가도록 유도할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 임펄스 레이더 송신부 110: 임펄스 레이더 수신부
120: 필터 130: 데이터베이스
140: 산모 심박정보 분석부 150: 태아 심박정보 분석부
160: 이상상태 판단부 170: 표시부
180: 제어부 190: 통신부

Claims (5)

1. 설정된 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 송신하는 임펄스 레이더 송신부;
   상기 임펄스 레이터 송신부에서 송신된 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부,
   상기 임펄스 레이더 수신부에서 수신한 임펄스 레이더를 필터링하는 필터;
   상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 산모의 심박정보를 추출하는 산모 심박정보 분석부;
   상기 필터링된 임펄스 레이더로부터 태아의 심박정보를 추출하는 태아 심박정보 분석부;를 포함함을 특징으로 하는 임펄스 레이더을 이용한 심박수 측정 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 태아와 산모의 심박정보를 저장하고 있는 데이터베이스;
   상기 데이터베이스에 저장되어 있는 산모의 심박정보와 상기 산모 심박정보 분석부에서 추출한 산모의 심박정보를 비교하거나, 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 태아의 심박정보와 상기 태아 심박정보 분석부에서 추출한 태아의 심박 정보를 비교하는 이상상태 판단부를 포함함을 특징으로 하는 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 산모 심박정보 분석부에서 추출한 산모의 심박정보와 상기 태아 심박정보 분석부에서 추출한 태아의 심박정보를 표시하는 표시부;
   상기 이상상태 판단부에서 산모나 태아의 심박수가 설정된 범위를 초과하면, 상기 산모나 태아의 이상 여부를 원격지의 의료기관으로 전송하는 통신부를 포함함을 특징으로 하는 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 필터는,
   상기 임펄스 레이더 수신부에서 수신한 임펄스 레이더로부터 심장의 위치를 산출하는 샘플러;
   확인된 상기 심장의 위치에 대응되는 임펄스 레이더를 일정 기간 누적하여 필터링하는 이동 평균 필터;
   상기 이동 평균 필터에 의해 필터링된 임펄스 레이더를 평활 필터링하는 평활 필터를 포함함을 특징으로 하는 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 이동 평균 필터와 상기 평활 필터에서 필터링되는 주파수와 대역폭에 따라 상기 필터링된 임펄스 레이더를 상기 산모 심박정보 분석부 또는 태아 심박정보 분석부 중 어느 하나로 입력됨을 특징으로 하는 임펄스 레이더를 이용한 심박수 측정 장치.

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