KR20220086445A - 심음도 및 심전도 병합 측정을 수행하고 이를 기초로 심장질환을 모니터링하는 웨어러블 디바이스 및 이의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
심음도 및 심전도의 병합 측정을 수행하고 이를 기초로 심장질환을 모니터링하는 웨어러블 디바이스 및 이의 동작 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 대상에 접촉하여 심전도를 측정하는 심전도 패치; 상기 측정 대상의 심음도를 측정하는 심음도 측정용 멤브레인; 상기 심전도 패치를 통해 측정된 심전도 데이터와 상기 심음도 측정용 멤브레인을 통해 측정된 심음도 데이터를 병합하는 데이터 병합부; 및 심전도와 심음도가 병합된 데이터를, 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치로 전송하는 통신부를 포함하는, 웨어러블 디바이스가 개시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 대상에 접촉하여 심전도를 측정하는 심전도 패치; 상기 측정 대상의 심음도를 측정하는 심음도 측정용 멤브레인; 상기 심전도 패치를 통해 측정된 심전도 데이터와 상기 심음도 측정용 멤브레인을 통해 측정된 심음도 데이터를 병합하는 데이터 병합부; 및 심전도와 심음도가 병합된 데이터를, 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치로 전송하는 통신부를 포함하는, 웨어러블 디바이스가 개시될 수 있다.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 심음도 및 심전도 병합 측정을 통해 수집된 데이터를 분석하여 반려동물의 심장질환을 모니터링하는 기술에 대한 것이다.
반려동물 시장이 급성장하면서, 반려동물 질환이 발견되는 숫자도 함께 증가하고 있다. 반려동물 질환의 발병은 보호자의 경제적, 정서적 부담으로 연결되고 있다. 특히, 국내 반려견중에서 45.56%가 7세 이상 중노령견으로 집계되고 있으며, 중노령견 사이에서 심장질환 발병이 증가하고 있다. 이에 심장질환이 다발하는 7세 이상 중노령견을 대상으로 한 심장질환 조기 진단 기술의 개발이 요구되고 있다.
종래 반려동물 진단 방법으로는 주로 청진기를 이용하여 심음을 청취하는 방법이 활용되었는데, 소형견의 경우에는 심음의 크기가 매우 작아 청취에 어려움이 있고, 분당 120회 이상의 심음은 청취가 불가능한 단점이 존재하였다. 또한, 협착성, 폐쇄성 심질환의 진단이 어렵고, 수의사의 임상경험에 따른 개인차가 크다는 문제 또한 존재하였다.
전자청진기를 이용하는 경우 심음이 작더라도 그래프로 확인이 가능하다는 장점은 있지만, 반려동물 임상전용 장비가 부재한 상황이었으며, 이마저도 협착성, 폐쇄성 심질환의 진단이 어려운 단점이 존재하였다. 또한, 청진기를 활용하는 경우 동물병원에서 반려동물들이 긴장하기 때문에 비정상 데이터가 도출되고, 진동으로 인한 잡음이 발생하며 정확한 진단이 곤란하다.
이에 종래 반려동물 진단 방법의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 심전도와 심음도를 병합하여 분석하는 방식으로 심장질환을 검출하는 것을 그 목적으로 하며, 심장질환 검출에 있어서의 정확도를 향상시키는 것 또한 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따르면, 심장질환을 모니터링하는 웨어러블 디바이스에 있어서, 측정 대상에 접촉하여 심전도를 측정하는 심전도 패치; 상기 측정 대상의 심음도를 측정하는 심음도 측정용 멤브레인; 상기 심전도 패치를 통해 측정된 심전도 데이터와 상기 심음도 측정용 멤브레인을 통해 측정된 심음도 데이터를 병합하는 데이터 병합부; 및 심전도와 심음도가 병합된 데이터를, 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치로 전송하는 통신부를 포함하는, 웨어러블 디바이스가 개시될 수 있다.
상기 심전도 패치는, 2개의 전극으로 구성된 센서로 이루어지며, 상기 심전도 패치의 각 전극은 상기 웨어러블 디바이스 상에서 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 데이터 분석 장치는, 웨이블릿 변환 알고리즘을 통해 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하고, 이후 제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거된 데이터에서 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시켜 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 웨이블릿 변환 알고리즘을 통한 제1 주파수 대역 전원 노이즈 제거는 저역 통과 필터의 활용을 통해 이루어지고, 상기 웨이블릿 변환 알고리즘을 통한 제2 주파수 대역의 데이터 통과는 고역 통과 필터의 활용을 통해 이루어질 수 있다.
상기 데이터 병합부 또는 데이터 분석 장치는, 심전도 데이터와 심음도 데이터의 병합을 수행함에 있어, 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 동기화하여 플로팅하는 방식으로 데이터의 병합을 수행할 수 있다.
상기 데이터 병합부 또는 데이터 분석 장치는, 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터 상에서 R-spike 이후 발생하는 두 개의 심음을 순서대로 제1 심음(S1) 및 제2 심음(S2)으로 인식할 수 있다.
상기 데이터 분석 장치는, 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터의 파형 특징에 대응되는 심장질환의 종류를 검출할 수 있다.
상기 데이터 분석 장치는, 상기 웨어러블 디바이스를 장착하는 동물의 체장, 체중, 체고 또는 유전적 특성에 기초하여 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터 상의 특징을 분석하는 방법을 결정할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따르면, 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치가 심장질환 검출을 수행하는 방법은, 상기 웨어러블 디바이스로부터 심전도와 심음도가 병합된 신호 데이터를 수신하는 단계; 심전도와 심음도가 병합된 데이터 상에서 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하는 단계; 제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거된 데이터 상에서 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시키는 단계; 제2 주파수 대역의 데이터만이 통과된 데이터 상에서 R-spike 이후 발생하는 두 개의 심음을 순서대로 제1 심음 및 제2 심음으로 인식하는 단계; 및 인식된 제1 심음 및 제2 심음을 기초로 심장질환을 검출하는 단계를 포함하여 개시될 수 있다.
상기 데이터 분석 장치의 심장질환 검출 방법은, 상기 웨어러블 디바이스로부터 심전도와 심음도가 병합된 신호 데이터를 수신하고 이로부터 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하는 단계 이후에, 심전도와 심음도가 병합된 데이터를 심전도 데이터와 심음도 데이터로 구분하여 추출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시키는 단계는 구분되어 추출된 심전도 데이터와 심음도 데이터에 대해 각각 수행되며, 제2 주파수 대역 데이터 통과 단계 이후에, 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 동기화하여 플로팅하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 심음 및 제2 심음의 인식 단계는 플로팅을 통해 병합된 데이터를 기초로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 심전도 데이터와 심음도 데이터를 병합하여 통합적인 방식으로 심장질환 검출이 가능해지며, 동물에 대한 심장질환을 검출하는 경우 해당 동물의 신체적 특성, 유전적 특성에 따라 알맞은 방식으로 데이터 분석이 수행될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심장질환 모니터링용 웨어러블 디바이스가 동작하는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 포함하는 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성을 블록 다이어그램으로 나타낸 도면이며, 도 5는 심전도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도, 도 6은 심음도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이블릿 변환 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치에서 심음도 및 심전도 데이터를 통해 심음을 인식하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스 및 데이터 분석 장치가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 포함하는 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성을 블록 다이어그램으로 나타낸 도면이며, 도 5는 심전도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도, 도 6은 심음도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이블릿 변환 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치에서 심음도 및 심전도 데이터를 통해 심음을 인식하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스 및 데이터 분석 장치가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
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 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기로 한다.
본 명세서 상에서 개시되는 웨어러블 디바이스는 인간, 동물의 종류에 구애되지 않고 적용될 수 있으나 설명의 편의를 위해 반려동물 중 반려견에 상기 웨어러블 디바이스가 장착되어 활용되는 것으로 예시를 들어 설명하기로 한다.
본 명세서 상에서, 심전도 데이터는 심전도 신호로, 심음도 데이터는 심음도 신호와 동일한 의미로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심장질환 모니터링용 웨어러블 디바이스(100)가 동작하는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
웨어러블 디바이스(100)의 동작 환경은, 웨어러블 디바이스(100), 데이터 분석 장치(200) 및 관리 서버(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이외에 사용자 단말기, 관리자 단말기, 외부 서버 등의 추가적인 구성 또한 포함될 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 측정 대상에 접촉하여 심전도를 측정하는 심전도 패치(110), 측정 대상의 심음도를 측정하는 심음도 측정용 멤브레인(120), 심전도 패치(110)를 통해 측정된 심전도 데이터와 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 측정된 심음도 데이터를 병합하는 데이터 병합부(130) 및 심전도와 심음도가 병합된 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송하는 통신부(140), 데이터를 저장하는 저장부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)에서는 심전도 데이터와 심음도 데이터의 수집만이 이루어지고, 데이터 가공 및 분석을 통해 심장질환이 존재하는지 여부와 심장질환의 종류를 검출하는 동작은 별도의 데이터 분석 장치(200) 상에서 이루어질 수 있다.
이와 달리, 다른 실시예에 의하면 데이터 가공 및 분석을 수행하는 데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100) 내에 포함되는 형태로 구성될 수도 있다.
심전도 패치(110)는 측정 대상이 웨어러블 디바이스(100)를 착용시에 측정 대상의 신체에 접촉하는 곳에 위치할 수 있다. 심전도 패치(110)는 피부에 부착된 전극을 통해 심장의 전기 신호를 측정하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 패치(110)는 도 1에 도시된 것과 같이 2개의 전극으로 구성된 센서로 이루어질 수 있으며, 심전도 패치(110)의 각 전극은 웨어러블 디바이스(100) 상에서 이격된 위치에 배치될 수 있다.
심음도 측정용 멤브레인(120)은 웨어러블 디바이스(100) 상에서 심전도 패치(110)와 인접한 위치에 배치될 수 있으며, 다이아프램(diaphragm)과 벨(bell)이 포함된 형태로 구성될 수 있다.
심음도 측정용 멤브레인(120)은 MEMS 마이크를 통해서 수집되는 소리를 녹음할 수 있으며, 이를 다양한 파일 포맷으로 저장하고 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 집음된 심음은 저장부(150) 상에 저장될 수 있다.
데이터 병합부(130)는 심전도 패치(110)를 통해 측정된 심전도 데이터와 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 측정된 심음도 데이터의 병합을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 데이터 병합부(130)의 데이터 병합은 단순히 심전도 신호와 심음도 신호를 측정된 상태 그대로 로우 데이터(Raw Data)의 형식으로 단순 병합하는 것일 수도 있으나, 이와 달리 심음도 데이터와 심전도 데이터를 분석하고 특정한 방식으로 동기화하여 병합하는 것일 수도 있다.
데이터 병합부(130)가 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 분석하여 특정한 방식으로 동기화하는 일 예를 들어보면, 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 플로팅하는 방식으로 심음도 데이터와 심전도 데이터의 동기화가 수행될 수 있다.
심전도의 파형은 일반적으로 P파, QRS파 및 T파로 구분되는데, 이 중 가장 피크(Peak)값이 큰 부분은 QRS파의 R-spike 부분이라고 할 수 있다. 데이터 병합부(130)는 이와 같이 심전도 데이터의 QRS파의 R-spike를 기준으로 하여 심음도 데이터를 동기화하여 플로팅(Plotting)하는 방식으로 심음도 데이터와 심전도 데이터의 병합을 수행할 수 있다.
이와 같은 동기화 방식은 데이터 병합부(130)에서 이루어지지 않고, 추후 설명될 데이터 분석 장치(200) 상에서 수행되는 병합 방식일 수 있다.
통신부(140)는 데이터 병합부(130)에서 병합이 수행된 통합 데이터를 데이터를, 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다.
통신부(140)는 웨어러블 디바이스(100)가 데이터 분석 장치(200) 및 기타 외부 장치와의 통신을 수행할 수 있도록 한다. 통신부(140)가 통신을 수행하기 위해서 사용하는 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 것과 같이 통신부는 저전력 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy) 기술을 활용하여 데이터 분석 장치(200), 공유기, 서버 등과의 통신을 수행할 수 있으며, 이와 달리 WiFi(Wireless Fidelity) 기술을 활용하여 데이터 분석 장치(200), 공유기, 서버 등과의 통신을 수행할 수도 있다.
저장부(150)는 심전도 패치(110) 및 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 수집된 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 저장부(150)는 예를 들어, 메모리(memory), 캐시(cash), 버퍼(buffer) 등을 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면 저장부(150)는 Micro SD 카드와 같은 형태로 구성될 수도 있다.
제어부(160)는 웨어러블 디바이스(100) 내의 다른 구성 요소들을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제어부(160)는 마이크로컨트롤러가 탑재된 보드 형태로 구성될 수 있으며, 임베디드 시스템을 제어하기 위한 운영체제가 탑재되어 동작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)는 벨트와 같은 형태로 구성되어 인간 또는 동물과 같은 측정 대상의 바디에 장착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)를 포함하는 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명을 통해 개시되는 웨어러블 디바이스(100)는 다양한 환경 내에서 활용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)가 가정용으로 활용되는 경우, 가정내에서 웨어러블 디바이스(100)를 활용하는 사용자는 자신이 보유하고 있는 사용자 단말기를 통해 웨어러블 디바이스(100)에 접속할 수 있다. 이 경우, 사용자 단말기에 설치된 프로그램 또는 어플리케이션을 통해 사용자 단말기와 웨어러블 디바이스(100) 간의 접속이 수행될 수 있으며, 사용자 단말기와 웨어러블 디바이스 간의 통신은 블루투스, 와이파이 등을 통해 수행될 수 있다.
가정 내의 사용자가 사용자 단말기를 통해 웨어러블 디바이스(100)를 등록하는 경우, 사용자 단말기는 관리 서버(300)에 웨어러블 디바이스(100)에 대한 등록 정보를 전송할 수 있으며, 웨어러블 디바이스(100)가 동작함에 따라 수집되는 데이터를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다.
이후, 관리 서버(300)는 데이터 분석 장치(200)로부터 수신한 데이터, 즉 측정 대상에 대해 측정되어 병합된 심전도 및 심음도의 통합 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 관리 서버(300)로부터 수신한 데이터를 분석하고 분석 결과를 기초로 웨어러블 디바이스(100)를 사용하는 측정 대상의 심장질환을 검출할 수 있다.
도 3에서, 관리 서버(300)는 동물병원 클라우드 서버로 예시되어 표시되었으며, 데이터 분석 장치(200)는 동물병원 PC로 예시되어 표시되었다. 이와 달리, 데이터 분석 장치(200) 및 관리 서버(300)는 다양한 종류의 전자기기 또는 서버로 구성될 수 있다.
가정내가 아닌 병원 등의 장소에서 웨어러블 디바이스(100)가 활용되는 경우, 해당 장소에서 웨어러블 디바이스(100)를 활용하는 관리자는 자신이 관리하는 관리자 단말기를 통해 웨어러블 디바이스(100)에 접속할 수 있다. 이 경우, 관리자 단말기에 설치된 프로그램 또는 어플리케이션을 통해 사용자 단말기와 웨어러블 디바이스(100) 간의 접속이 수행될 수 있으며, 관리자 단말기와 웨어러블 디바이스 간의 통신은 블루투스, 와이파이 등을 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 관리자 단말기는 데이터 분석 장치(200)와 하나의 장치로 구성되어 동작할 수도 있다. 병원 내의 관리자는 데이터 분석 장치(200)를 통해 웨어러블 디바이스(100)를 관리 서버(300) 상에 등록할 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터를 분석하고 분석 결과를 기초로 웨어러블 디바이스(100)를 사용하는 측정 대상의 심장질환을 검출할 수 있다. 데이터 분석 장치(200)는 분석 대상이 되는 데이터, 분석 결과 등을 관리 서버(300)로 전송하여 보관되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)의 구성을 블록 다이어그램으로 나타낸 도면이며, 도 5는 심전도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도, 도 6은 심음도 데이터를 추출하는 하드웨어의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 측정된 심음도(PCG) 데이터는 MEMS 마이크를 통해 I2S 통신 방식을 통해 수집될 수 있다. 심전도(ECG) 데이터는 측정 대상에 접촉된 심전도 패치(110)를 통해 수집될 수 있으며, 심전도 패치(110)를 통해 수집된 심전도 데이터는 도 4에 도시된 것과 같이 다양한 종류의 필터, 앰플리파이어, 컨버터 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)는 가속도 센서, 자이로스코프 센서, GPS(Global Positioning System) 등의 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스(100) 내의 통신부(140)는 다양한 종류의 블루투스 및 WiFi 뿐 아니라 이외의 다양한 통신 방식을 통해 외부의 기기와 통신을 수행할 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)내에 포함되는 구성 간의 통신은 I2S, 12C, SPI, CAN, UART 등의 다양한 통신 방식을 통해 이루어질 수 있으며, 일 실시예에 따르면 웨어러블 디바이스(100)의 제어는 FreeRTOS와 같은 실시간 운영체제 커널을 통해 이루어질 수도 있다.
도 5를 참조하면, 심전도 패치(110)를 통해 수집되는 심전도 데이터는 웨이블릿 변환 알고리즘이 구현된 회로에 의해 제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거되고, 제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거된 데이터는 필터를 통과함으로써 제2 주파수 대역의 데이터만이 통과되어 획득될 수 있다.
웨이블릿 변환 알고리즘을 통한 제1 주파수 대역 전원 노이즈 제거는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 활용하여 이루어지고, 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시키는 것은 고역 통과 필터(High Pass Filter)의 활용을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 주파수 대역의 전원 노이즈는 60Hz 대역일 수 있으며, 제2 주파수 대역은 1Hz~3Hz 대역으로 설정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 심음도 측정용 멤브레인(120)은 MEMS 마이크 홀을 통해 소리를 집음하여 획득할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 수집된 심전도 데이터 및 심음도 데이터는 웨어러블 디바이스(100) 내의 제어부(CPU)를 통해 처리될 수 있으며, 다양한 파일 형태로 저장부(150)에 보관될 수 있으며, 통신부(140)를 통해 다른 기기나 서버 등으로 전달될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이블릿 변환 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)를 통해 측정된 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 처리하는데 있어 활용되는 함수에 대한 파형이 나타나 있으며, 심전도(ECG) 데이터 및 심음도(PCG) 데이터가 웨이블릿 변환으로 변화되는 형태가 나타나 있다.
도 7에서 스케일링 함수(Scailing function)은 저역 통과 필터로 특정 주파수 대의 전원 노이즈를 제거하는 역할을 수행할 수 있으며, 웨이블릿 함수(Wavelet function)은 고역 통과 필터로 특정 주파수의 대역만을 통과시키는 역할을 수행할 수 있다.
웨어러블 디바이스(100) 또는 데이터 분석 장치(200)는 이와 같은 함수를 활용한 웨이블릿 변환을 통해, 심전도 및 심음도에 포함되어 있는 노이즈를 제거할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(200)에서 심음도 및 심전도 데이터를 통해 심음을 인식하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스가 블루투스, WiFi 등의 통신 방식을 통해 심전도와 심음도가 단순 병합된 데이터를 전달하면, 이를 수신하여 데이터의 정확성을 체크섬(checksum) 방식으로 확인하고, 웨이블릿 변환 알고리즘을 적용하여 전원 노이즈를 제거할 수 있다.
이후, 데이터 분석 장치(200)는 심전도와 심음도가 단순하게 병합된 데이터 상에서 심전도 데이터와 심음도 데이터를 개별 추출하고, 각각의 데이터에 웨이블릿 변환을 수행하여 특정 주파수 대역(예를 들어 1Hz~3Hz)의 데이터만을 추출할 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 동기화하여 플로팅을 수행할 수 있으며, 이후에 R-spike이후 발생하는 두 개의 심음을 순서대로 제1 심음 및 제2 심음으로 인식할 수 있다.
제1 심음이란, 심장의 승모판과 삼첨판이 폐쇄될 때에 발생하는 소리이며, 제2 심음은 대동맥판과 폐동맥판이 폐쇄될 때에 발생하는 소리이다.
일 실시예에 따르면, 데이터 분석 장치(200)에서 심전도 데이터와 심음도 데이터가 동기화되어 플로팅된 상태의 데이터가 디스플레이부를 통해 표시될 수 있다. 데이터 분석 장치(200)의 디스플레이부를 통해 표시되는 화면에는 심전도 데이터와 심음도 데이터가 동기화된 상태에 P파, QRS파 및 T파 등이 표시될 수 있으며 QRS파 중 R-spike 파가 표시되고 그 이후에 제1 심음(S1) 및 제2 심음(S2)이 표시될 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 이후, 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 데이터의 파형 특징에 따라, 대응되는 심장질환의 종류를 검출할 수 있다. 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 데이터 상에서 제1 심음(S1) 및 제2 심음(S2)의 인식이 보다 명확하게 수행됨에 따라 데이터 상에서 전체 파형에 대한 분석의 정확성이 향상될 수 있다. 데이터 분석 장치(200)는 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 데이터의 전체 파형을 종합적으로 분석하고, 특정한 심장질환이 존재할 때의 파형과 비교함으로써 측정 대상의 심장질환 보유 여부와 심장질환 종류를 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100) 및 데이터 분석 장치(200)가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서, S910 내지 S930 단계는 웨어러블 디바이스(100)에 의해 수행되는 동작으로 설명되며, 이후의 S940 내지 S980 단계는 데이터 분석 장치(200)에 의해 수행되는 동작으로 설명된다. 다만, 본 발명의 범위는 이와 같은 각 단계를 수행하는 주체에 한정되지 않으며, 각 단계는 웨어러블 디바이스(100), 데이터 분석 장치(200) 또는 관리 서버(300) 중 어느 하나에서 수행될 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 심장질환을 측정하기 위한 대상에 장착될 수 있다(S910). 웨어러블 디바이스(100)가 측정 대상에 장착되는 경우, 심전도 패치(110)는 도 2에서와 같이 심장 부근의 신체에 접촉하는 형태로 장착될 수 있으며, 심음도 측정용 멤브레인(120)은 심음이 잘 측정되는 위치에 배치되도록 장착될 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 이후, 측정 대상의 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 획득할 수 있다(S920). 심전도 데이터 및 심음도 데이터의 획득은 전술된 바와 같이 심전도 패치(110) 및 심음도 측정용 멤브레인(120)을 통해 수행될 수 있다.
이후, 웨어러블 디바이스(100)는 수집한 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 획득된 시간에 따라 단순 병합하고, 병합된 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다(S930). 일 실시예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 획득한 심전도 및 심음도 데이터를 관리 서버(300)로 전송하고, 관리 서버(300)는 수신한 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송하는 방식으로 데이터가 전달될 수도 있다.
데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터에서 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거한 후, 전원 노이즈가 제거된 데이터를 심전도 데이터 및 심음도 데이터로 분리할 수 있다(S940).
이후, 데이터 분석 장치(200)는 전원 노이즈가 제거된 후 분리된 심전도 데이터 및 심음도 데이터 각각에 대해, 제2 주파수 대역만을 통과시킬 수 있다(S950).
데이터 분석 장치(200)는 제2 주파수 대역만을 통과시킨 상태의 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 동기화하는 방식으로 병합시킬 수 있다(S960). 상세하게는, 심음도 데이터와 심전도 데이터의 병합은 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 플로팅하는 방식으로 수행될 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 심전도 데이터와 심음도 데이터가 동기화가 수행된 데이터 상에서 R-spike 이후 발생하는 소음을 순서대로 제1 심음(S1) 및 제2 심음(S2)으로 인식할 수 있다(S970).
데이터 분석 장치(200)는 최종적으로 인식된 제1 심음 및 제2 심음을 포함하는 파형 등을 기초로 분석을 수행하여 측정 대상이 심장질환을 보유하고 있는지 여부와, 어떠한 종류의 심장질환이 의심되는지 여부를 검출할 수 있다(S980). 즉, 데이터 분석 장치(200)는 동기화를 통해 병합된 데이터의 전체 파형을 통해 심장질환을 검출할 수 있으며, 데이터 내에서 분석하는 대상이 제1 심음 및 제2 심음에 한정되지는 않는다.
이와 같은 데이터 분석 장치(200)의 심장질환 검출은 웨어러블 디바이스(100)를 장착한 사람의 특성에 따라 상이한 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 동물의 심장질환을 검출할 목적으로 인간이 아닌 동물에 장착하는 경우, 해당 동물의 체장, 체중, 체고 또는 유전적 특성에 기초하여 데이터 분석을 수행하는 방법 또는 기준이 상이하게 결정될 수 있다.
유전적 특징은 해당 동물이 어떠한 종류인지, 어떠한 유전적 질환을 가지고 있는지 등에 대한 정보일 수 있으며, 체장, 체중, 체고 또는 유전적 특성 등은 해당 동물을 기르는 반려인에 의해 입력되어 데이터 분석 장치(200) 또는 관리 서버(300)로 전송될 수 있다.
즉, 본 발명의 웨어러블 디바이스(100) 등에 따르면, 다양한 종류 및 상태의 동물들에 대해 맞춤형으로 데이터 분석을 수행함으로써 심장질환 검출의 정확성을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)에서 데이터 분석 장치(200)로 전달되는 데이터는 심전도 데이터와 심음도 데이터가 단순 병합된 상태가 아닌, 심전도 데이터와 심음도 데이터가 분리된 상태일 수 있으며, 데이터 분석 장치(200)는 도 9를 통해 예시된 것과 상이하게 심전도 데이터와 심음도 데이터로 분리된 상태의 데이터에서 각각 제1 주파수 대역의 전원 노이즈 제거를 수행하고 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시킨 이후 동기화를 통한 데이터 병합을 수행할 수 있다.
즉, 이와 같이 데이터 분석 장치(200)가 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신하는 심전도 데이터 및 심음도 데이터는 단순하게 병합된 상태일 수도 있으며, 각각의 데이터가 분리된 상태일 수도 있다.
데이터 분석 장치(200)는 심전도 데이터 및 심음도 데이터가 병합된 상태인 경우 전원 노이즈를 제거한 뒤 해당 데이터를 심전도 데이터와 심음도 데이터로 분리하며, 이후 각각의 데이터에서 특정 주파수 대역만을 통과시킨 후 동기화를 수행하여 다시 두 종류의 데이터를 병합시킬 수 있다. 이와 같이, 데이터 분석 장치(200)가 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 분리하고 가공한 이후 특정 방법으로 동기화를 수행하여 다시 병합함으로 인해, 제1 심음 및 제2 심음을 보다 정확한 형태로 인식할 수 있으며 그에 따라 심장질환 검출의 정확성도 향상될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 심전도 데이터 및 심음도 데이터를 병합하여 이를 토대로 심장질환을 판별함으로써, 판막의 협착성 질환과 폐쇄 부전 등으로 발생하는 심장질환을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 웨어러블 디바이스
200: 데이터 분석 장치
300: 관리 서버
200: 데이터 분석 장치
300: 관리 서버
Claims (10)
- 심장질환을 모니터링하는 웨어러블 디바이스에 있어서,
측정 대상에 접촉하여 심전도를 측정하는 심전도 패치;
상기 측정 대상의 심음도를 측정하는 심음도 측정용 멤브레인;
상기 심전도 패치를 통해 측정된 심전도 데이터와 상기 심음도 측정용 멤브레인을 통해 측정된 심음도 데이터를 병합하는 데이터 병합부; 및
심전도와 심음도가 병합된 데이터를, 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치로 전송하는 통신부를 포함하는, 웨어러블 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 심전도 패치는,
2개의 전극으로 구성된 센서로 이루어지며,
상기 심전도 패치의 각 전극은 상기 웨어러블 디바이스 상에서 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 데이터 분석 장치는,
웨이블릿 변환 알고리즘을 통해 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하고, 이후 제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거된 데이터에서 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시켜 획득하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 디바이스.
- 제3항에 있어서,
상기 웨이블릿 변환 알고리즘을 통한 제1 주파수 대역 전원 노이즈 제거는 저역 통과 필터의 활용을 통해 이루어지고,
상기 웨이블릿 변환 알고리즘을 통한 제2 주파수 대역의 데이터 통과는 고역 통과 필터의 활용을 통해 이루어지는 것인, 웨어러블 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 데이터 병합부 또는 데이터 분석 장치는,
심전도 데이터와 심음도 데이터의 병합을 수행함에 있어,
심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 동기화하여 플로팅하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 디바이스.
- 제5항에 있어서,
상기 데이터 병합부 또는 데이터 분석 장치는,
심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터 상에서 R-spike 이후 발생하는 두 개의 심음을 순서대로 제1 심음(S1) 및 제2 심음(S2)으로 인식하는 것인, 웨어러블 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 데이터 분석 장치는,
심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터의 파형 특징에 대응되는 심장질환의 종류를 검출하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 데이터 분석 장치는,
상기 웨어러블 디바이스를 장착하는 동물의 체장, 체중, 체고 또는 유전적 특성에 기초하여 심전도 데이터와 심음도 데이터가 병합된 통합 데이터 상의 특징을 분석하는 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 디바이스.
- 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터 분석을 통해 심장질환을 검출하는 데이터 분석 장치가 심장질환 검출을 수행하는 방법에 있어서,
상기 웨어러블 디바이스로부터 심전도와 심음도가 병합된 신호 데이터를 수신하는 단계;
심전도와 심음도가 병합된 데이터 상에서 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하는 단계;
제1 주파수 대역의 전원 노이즈가 제거된 데이터 상에서 제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시키는 단계;
제2 주파수 대역의 데이터만이 통과된 데이터 상에서 R-spike 이후 발생하는 두 개의 심음을 순서대로 제1 심음 및 제2 심음으로 인식하는 단계; 및
인식된 제1 심음 및 제2 심음을 기초로 심장질환을 검출하는 단계를 포함하는, 데이터 분석 장치의 심장질환 검출 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 웨어러블 디바이스로부터 심전도와 심음도가 병합된 신호 데이터를 수신하고 이로부터 제1 주파수 대역의 전원 노이즈를 제거하는 단계 이후에,
심전도와 심음도가 병합된 데이터를 심전도 데이터와 심음도 데이터로 구분하여 추출하는 단계를 더 포함하고,
제2 주파수 대역의 데이터만을 통과시키는 단계는 구분되어 추출된 심전도 데이터와 심음도 데이터에 대해 각각 수행되며,
제2 주파수 대역 데이터 통과 단계 이후에, 심음도 데이터를 심전도 데이터의 R-spike를 기준으로 동기화하여 플로팅하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 심음 및 제2 심음의 인식 단계는 플로팅을 통해 병합된 데이터를 기초로 이루어지는 것인, 데이터 분석 장치의 심장질환 검출 방법.
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|---|---|---|---|---|
| CN117281525A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-12-26 | 山东大学 | 一种心电和心音信号图形化联合分析的冠心病检测系统 |
| CN117281525B (zh) * | 2023-09-19 | 2024-03-29 | 山东大学 | 一种心电和心音信号图形化联合分析的冠心病检测系统 |
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