KR20150110898A

KR20150110898A - 산소포화도 측정방법

Info

Publication number: KR20150110898A
Application number: KR1020140033015A
Authority: KR
Inventors: 이원규
Original assignee: 주식회사 하이로시
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-05

Abstract

본 발명은 입력된 전압을 일정한 전류신호로 바꾸어 LED 발광부로 제공하는 단계, 상기 LED 발광부에서 인체의 일부분으로 광을 조사하는 단계, 상기 인체 일부분을 투과한 상기 LED 발광부의 광을 수신하는 단계, 상기 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭하는 단계, 증폭한 광 신호를 IR과 RED 각각의 신호로 분리하고 주변신호를 제거하는 단계, 잡음 제거된 광 신호를 이용하여 혈관 내 산소포화도를 측정하는 단계, 측정 결과를 원격지에 전송하는 단계를 포함하는 산소포화도 측정방법에 관한 것이다.

Description

산소포화도 측정방법{METHOD FOR MEASURING OXYGEN SATURATION}

본 발명은 환자의 손가락에서 혈중산소포화도(SpO₂)를 측정하고 혈액내 산소와 결합한 헤모글로빈의 양이 전체 헤모글로빈의 양에서 차지하는 비율을 백분율로 산출하여 표시하는 산소포화도 측정방법에 관한 것이다.

개인화 및 고령화가 진행될수록 개인은 스스로 건강에 관심을 가지고 정기적인 건강검진을 하고 있다. 그러나 건강검진을 하기 위해서는 별도의 시간을 내야하는 불편함이 따르기 때문에 대부분은 건강에 이상이 생긴 경우에 병원을 찾고 있다. 그런데 거동이 불편하거나 지병이 있는 노인이나 장애인의 경우는 병원을 다니기에 불편하고 또한 수시적으로 몸의 상태(즉, 생체 상태)를 파악하여야 위험 상황에 대한 대처가 가능하다.

개인 건강에 대한 측정 대상으로 산소포화도 측정이 많이 이용되고 있다. 산소포화도 측정은 동맥혈의 맥동성분에 의한 파장 별 광 흡수도를 측정하여 비침습적(non-invasive)으로 혈중 산소포화도(SpO₂)를 산출하고 있다. 그런데 종래의 산소포화도 측정 장치는 혈중 산소포화도를 사용자가 측정하여 확인할 수 있게 하지만, 사용자가 측정할 수 없는 위급한 상황인 경우에 이용되지 못하는 문제가 있다.

따라서, 항상 관찰 대상자의 건강을 체크하고 체크 결과를 원격에 알리는 장치가 요구된다. 그리고 이러한 장치의 사용에 있어서 금전적인 부담을 최소화하여 누구나가 쉽게 이용할 수 있는 하는 것이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 용이하게 산소포화도 측정을 가능하게 하고 원격지로 산소포화도 측정 결과의 전송을 가능하게 하는 산소포화도 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 입력된 전압을 일정한 전류신호로 바꾸어 LED 발광부로 제공하는 단계, 상기 LED 발광부에서 인체의 일부분으로 광을 조사하는 단계, 상기 인체 일부분을 투과한 상기 LED 발광부의 광을 수신하는 단계, 상기 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭하는 단계, 증폭한 광 신호를 IR과 RED 각각의 신호로 분리하고 주변신호를 제거하는 단계, 잡음 제거된 광 신호를 이용하여 혈관 내 산소포화도를 측정하는 단계, 그리고 측정 결과를 원격지에 전송하는 단계를 포함하는 산소포화도 측정방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 휴대가 용이하여 언제 어디서나 산소포화도 측정이 용이하고, 측정 결과를 원격지로 전송하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 산소포화도 검출용 구성을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 송신부의 구성을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 수신부의 구성을 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치의 외부를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에 탑재된 애플리케이션의 실행 화면을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정방법에 대한 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 광용적맥파(PPG, Photoplethysmogram) 센서를 이용하여 산소포화도를 측정한다. 광용적맥파 센서를 이용한 산소포화도 측정은 심장의 수축과 이완으로 변화하는 혈액용적과 혈액내의 헤모글로빈에 흡수되는 빛의 양의 선형적 관계를 이용하여 신호를 획득하는 방법을 이용하는 것으로, 생체에 투과성 빔을 사용하여 적외선의 광도변화를 측정하는 것으로, 일반적으로 손가락, 손목, 발가락, 귓볼 등에서 측정한다.

이하의 실시 예에서는 손가락에서 산소포화도를 측정하는 경우를 일 예로 하여 설명한다. 또한 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 환자 및 의사가 공간적으로 구속을 받지 않게 하기 위해 2.4GHz ISM 밴드 영역을 사용하고 있는 지그비(Zigbee)무선 통신 모듈을 사용하여, 산소포화도 측정결과를 원격에 전송한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 산소포화도 검출용 구성을 보인 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 두 개의 파장을 이용하여 산소 헤모글로빈과 헤모글로빈의 흡수 계수를 통해 PPG(Photo Plethysmo Graphy) 신호를 측정한다. 이때 산소 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈이 적색광 영역(650～750nm)과 적외광 영역(850～1000nm)에서의 흡수특성이 서로 바뀌기 때문에 적색 발광소자(Red LED)와 적외 발광소자(Infrared LED)를 사용한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 사용자의 손가락에 광(예: LED 광)을 조사하고 손가락을 투과한 광을 PD(포토 다이오드)를 통해 수신하고, 수신한 광을 이용하여 산소포화도를 측정한다.

이를 위해 전류구동부(current driver)(10)는 2개의 LED(파장 660nm와 900nm 적용)를 구동하기 위한 LED 발광부(1) 구동 제어를 하고 광량을 조절하기 위한 전압레벨의 신호를 일정한 전류신호로 바꾸어 LED 발광부(1)에 제공한다.

타이밍 콘트롤러(12)는 DAC(11)의 출력을 가변시켜 프로브의 광 다이오드(2)에 가해지는 전류의 양을 제어한다. 이는 사람마다 광의 투과도가 다르기 때문에 인체에 가해지는 광량 조절하기 위한 것이다. 여기서, LED 발광부(1)와 광 다이오드(2)를 포함하여 PPG 센서 모듈을 구성하며, LED 발광부(1)는 적외선 LED와 가시광 적색 LED를 포함한다.

PPG 센서모듈의 적외선 LED 및 가시광 적색 LED(108a)은 신체의 일부분 예컨대, 손가락으로 광을 조사한다. 이렇게 조사된LED 광은 인체 내의 혈관(P)을 투과하여 포토 다이오드에 수광된다. 이때 적외선 LED와 가시광 적색 LED 각각은 설정된 시간 차이를 두고 교번으로 광을 조사한다. 이에 따라 혈관에 투과된 각각의 LED 광은 혈액의 움직임, 혈압 등의 변화에 따라 투과향 및 광의 세기가 차이가 난다. 따라서 포토 다이오드에 수광된 광은 이러한 각 LED 광의 투과량 차이가 반영되어 나타난다.

손가락을 투과한 수광된 PPG 신호는 차동 C-V 증폭기(differential C-V amplifier)(13)을 통해 증폭된 신호로 만들고, 이 신호를 IR과 RED 각각의 신호로 분리하면서 샘플&홀딩 증폭기를 사용하여 주변 신호(ambient signal) 제거하고, 주변 신호 제거 후, 저역통과필터를 사용하여 노이즈를 제거한다. 그리고 효과적인 신호를 검출을 위해 ADC(15)를 통해 읽어들인 DC 레벨을 DAC 제어로 IR 과 RED을 같은 레벨로 일치시킨다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 송신부의 구성을 보인 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신부는 산소포화도 측정을 위한 아날로그 회로, 디지털 회로와 무선통신 컨트롤러가 통합된 하나의 시스템으로 구성되어 있다. 이러한 송신부는 PPG 센서로부터 수신된 신호를 마이컴에서 수신하고 마이컴은 근거리 무선통신 모듈을 통해 PPG 센서를 통해 파악한 생체 정보 즉, 산소포화도 측정결과를 무선으로 전송한다.

이때 무선통신 모듈은 m-health 분야에서 널리 사용되고 있는 지그비(Zigbee)또는 RF 통신 모듈 등을 사용한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에서 수신부의 구성을 보인 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 수신부는 디지털 회로와 무선통신 컨트롤러로 구성되어 있고, PC 또는 게이트웨이와 연결될 수 있도록 구성되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치의 외부를 보인 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 사용자의 손가락을 장치 내부에 위치시켜 손가락을 통한 산소포화도 측정을 가능하게 구성된다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 측정 결과를 화면상에 표시되게 하는 화면표시장치를 구비한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치에 탑재된 애플리케이션의 실행 화면을 보인 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치는 산소포화도 측정 및 표시를 위한 애플리케이션이 탑재되어 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 애플리케이션은 사용자의 개인정보(예; 나이, 성별, 이름 등)를 입력하고, 애플리케이션을 통해 산소포화도 측정 결과를 화면상에 표시한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정방법에 대한 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 우선 입력된 전압을 일정한 전류신호로 바꾸어 PPG 센서 모듈을 이루는 LED 발광부로 제공하고(S601), 이에 따라 LED 발광부에서는 장치 내에 인입된 인체의 일부분으로 광을 조사한다(S602).

이렇게 조사된 광은 인체 일부분을 투과하여 PPG 센서 모듈을 이루는 포토 다이오드(2)에 수신된다(S603). 이때 포토 다이오드(2)에는 서로 다른 파장의 2개의 광 신호가 수신된다.,

포토 다이오드(2)에 수신된 광 신호는 증폭기(13)에 의해 전기적 신호로 변환하여 증폭되며(S604), 샘플앤홀드 증폭기(14)에 의해 IR과 RED 각각의 신호로 분리되고 주변신호가 제거된다(S605).

잡음 제거된 광 신호는 디지털 신호로 변환된후 혈관 내 산소포화도 측정에 이용되고, 이에 따라 산소포화도가 측정된다(S606). 산소포화도가 측정되면, 송신부에 의해 산소포화도 측정결과가 원격지에 제공된다(S607). 여기서 원격지로의 전송은 측정 결과가 설정치 이상인 경우에 이루어지도록 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따른 산소포화도 측정장치 및 방법은 60세 이상의 호흡기 장애가 있는 노인분이나, 의식장애, 쇼크, 또는 심부전증 등이 확인되는 경우에 사용되며, 또한 장시간 집중을 필요로 하는 사람, 장거리 운전자나 만성피로에 피곤한 사람, 스포츠를 할 때 몸 상태에 관한 자료를 필요로 하는 경우 또는, 폐질환자나 만성 폐쇄성 폐질환자 등에게 사용될 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : LED 발광부 2 : 광 다이오드
10 : 전류 구동부 11 : DAC
12 : 타이밍 콘트롤러 13 : 차동 C-V 증폭기
14 : 샘플&홀드 증폭기 131 : ADC

Claims

입력된 전압을 일정한 전류신호로 바꾸어 LED 발광부로 제공하는 단계,
상기 LED 발광부에서 인체의 일부분으로 광을 조사하는 단계,
상기 인체 일부분을 투과한 상기 LED 발광부의 광을 수신하는 단계,
상기 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 증폭하는 단계,
증폭한 광 신호를 IR과 RED 각각의 신호로 분리하고 주변신호를 제거하는 단계,
잡음 제거된 광 신호를 이용하여 혈관 내 산소포화도를 측정하는 단계, 그리고
측정 결과를 원격지에 전송하는 단계를 포함하는 산소포화도 측정방법.