WO2020242048A1 - 생체 전기 신호 측정 장치 - Google Patents

생체 전기 신호 측정 장치 Download PDF

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WO2020242048A1
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주식회사 유메딕스
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Definitions

  • the present technology relates to a bioelectrical signal measuring device.
  • the electrocardiogram refers to the analysis of the electrical activity of the heart and recording it in the form of a wavelength.
  • the heart's muscle cells contract/relax in response to electric current, and this activity is controlled by the electric current flowing from the heart's conduction system. Therefore, it is possible to grasp the operation of the heart by analyzing the electrical activity of the heart.
  • the most representative elements of the conduction system of the heart are the SA node (Sinoatrial Node) and the atrioventricular node (Atrioventicular Node).
  • the sinus node is the basic pace maker of the heart. If it is a normal heart, the current signal occurs only in the sinus node.
  • the AV node (Atrioventicular Node) performs the function of temporarily storing the current generated in the sinus node.
  • the atrioventricular nodule itself plays a role of storing the current provided by the eastern nodule, but the part where the atrioventricular nodule and the conduction system are connected can generate a current signal. If the connection part of the atrioventricular nodule suddenly emits current while the sinus node is in operation, the atrial flutter in which the atrium is not controlled, or if the condition worsens, it enters the state of atrial fibrillation.
  • the ventricle's beating is delayed. can not do it. If this condition is repeated, it is more likely to progress to a heart attack.
  • the heart performs a function by moving the atrium and ventricle by electrical stimulation. Monitoring the electrical stimulation of the heart is the same as monitoring the movement of the heart.
  • the electrocardiogram was measured by attaching electrodes to the left wrist, right wrist and left ankle according to Einthoven's triangle. In this case, since the electrode must be attached to the limb, the ECG cannot be measured during the daily life of the subject.
  • the ECG detection patch According to the prior art of attaching the ECG detection patch to the user's chest, the ECG detection patch must be attached to the correct position. Since the method of attachment is difficult, when it is attached to the actual user, personnel who have received professional training are put in and attached by them. Therefore, it is uneconomical in terms of time and cost because the user must visit a professional manpower (or vice versa) in order to accurately measure the ECG. In another way, the user must be educated in order to use the electrocardiogram measuring device, but there have been many cases of incorrectly measuring the electrocardiogram despite the education.
  • the present embodiment is to solve the shortcomings of the above-described existing technology, and provides a device capable of measuring an electrocardiogram simply without a complicated education or a visit to an expert while a subject leads a daily life.
  • the bioelectrical signal measuring apparatus extends in a first direction so as to be positioned on the sternum of the subject, and includes a first branch, a first branch, and a first electrode measuring a bioelectrical signal at a distal end thereof. It is connected to the second branch and the first branch, which is extended to be located in the left infraclavicular fossa of the subject and where the second electrode for measuring the bioelectrical signal is located at the distal end, and the concave under the right claw of the subject And a third branch extending to be positioned at the distal end portion and in which a third electrode for measuring a bioelectrical signal is positioned.
  • the biometric information detection apparatus extends in a first direction so as to be located at an end of the sternum of the subject, and is connected to the first branch and the first electrode at the distal end of which a first electrode for measuring a bioelectrical signal is located, It extends to be located in the left infraclavicular fossa of the subject and is connected to the second branch and the first branch where the second electrode for measuring the bioelectrical signal is located at the distal end, and is located in the concave under the right clasp of the subject.
  • Bioelectrical signal measurement including a third branch on which a third electrode for measuring bioelectrical signals is extended and a processing circuit for wirelessly transmitting bioelectrical signal information measured by the first electrode, the second electrode, and the third electrode Measurement of a patch and bioelectrical signal It includes a user terminal on which an application for receiving and displaying bioelectrical signal information transmitted by the patch is executed.
  • the user can easily detect his/her bioelectrical signal while living in daily life, thereby providing an advantage of being able to monitor his/her health status.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment is attached to a human body.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a case of detecting a bipolar limb lead using the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a case of detecting a unipolar limb lead using the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an outline of a communication unit according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an overview of a connection relationship between a device for measuring a bioelectrical signal and a terminal on which an application interlocked with an application according to the present embodiment is executed.
  • FIG. 1 is a view showing an outline of a bioelectrical signal measuring apparatus 10 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the bioelectrical signal measuring apparatus 10 according to the present embodiment is attached to a human body to be.
  • the apparatus 10 for measuring a bioelectrical signal according to the present embodiment has a center C positioned on the sternal incision of the subject, and is positioned on the sternum (S, sternum) of the subject from the center.
  • the first electrode 112 extending in the first direction and measuring a bioelectrical signal is connected to the first branch 110 and the first branch 110 located at the distal end, and the concave under the left latch of the subject (L , left infraclavicular fossa) and connected to the second branch 120 and the first branch 110 in which the second electrode 122 for measuring the bioelectrical signal is located at the distal end, and is concave under the right latch of the subject
  • the center C of the bioelectrical signal measuring apparatus 10 has a first branch 110, a second branch 120, and a third branch 130 in the suprasternal notch of the subject. Connected centers can be located.
  • the first branch 110 extends from the center C to be located on the sternum S of the subject, and the first electrode 112 is located at the end of the first branch 110.
  • the first electrode 112 measures a bioelectrical signal of the subject by being positioned at the xiphoid process of the subject, the end of the sternum (S), or the subject's bright tooth.
  • the first branch 110, the second branch 120, and the third branch 130 may be connected in a Y-shape, but in an embodiment not shown, the first branch 110
  • the branch 110, the second branch 120, and the third branch 130 may be connected in a T-shape.
  • the second branch 120 has a second electrode 122 positioned at a distal end, and the second electrode 122 is positioned in a concave L below the left latch of the subject to measure the bioelectric signal of the subject.
  • the third branch 130 has a third electrode 132 positioned at its distal end, and the third electrode 132 is positioned in a concave R below the right latch of the subject to measure the bioelectrical signal of the subject.
  • the first branch 110, the second branch 120 and the third branch 130 are formed on a flexible substrate, and the first electrode 112, the second electrode 122, and the third electrode 124 ) And the subject's body may have an adhesive surface attached to the body.
  • the bioelectrical signal measuring apparatus may detect bioelectrical signals such as electrocardiogram (ECG) and electromyography (EMG).
  • ECG electrocardiogram
  • EMG electromyography
  • 3 illustrates a case of measuring a bipolar limb lead by using the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • ECG electrocardiogram
  • EMG electromyography
  • 3 illustrates a case of measuring a bipolar limb lead by using the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • the second electrode 122 attached to the concave under the left latch (L) of the subject is used as an anode
  • the third electrode 132 attached to the concave under the right latch (R) is used as the cathode.
  • the third electrode 132 attached to the concave R below the right clasp of the subject is used as the cathode, and the first electrode 112 located at the end of the subject's xiphoid process, the sternum (S) or the subject's bright tooth
  • the bioelectrical signal is measured using as an anode to obtain induction II (LEAD II).
  • the second electrode 122 attached to the concave L under the left latch of the subject is used as the cathode, and the first electrode located at the end of the subject's xiphoid process, the sternum (S), or the subject's bright tooth ( 112) is used as a positive electrode to measure bioelectrical signals to obtain induction III (LEAD III).
  • the bipolar limb induction can be measured by performing the measurement in this way.
  • FIG. 4 illustrates a case of unipolar limb lead using the bioelectric signal measuring apparatus according to the present embodiment.
  • the third electrode 132 attached to the concave under the right claw (R) is used as the anode
  • the second electrode 122 disposed in the concave under the left claw (L) and the examination of the subject AVR is obtained by measuring the first electrode 112 located at the end of the sternum (S) or the subject's bright tooth with a cathode during the xiphoid process.
  • the second electrode 122 attached to the left clasp lower concave (L) is used as an anode
  • the third electrode 132 positioned in the right lower claw concave (R) and the examinee AVL is obtained by measuring a protrusion (xiphoid process), the end of the sternum (S), or the first electrode 112 located on the subject's name with a cathode.
  • the second electrode 122 attached to the concave under the left latch (L) and the third electrode 132 disposed in the concave under the right latch (R) are used as cathodes, and
  • the aVF is obtained by measuring the protrusion (xiphoid process), the end of the sternum (S), or the first electrode 112 positioned on the subject's bright tooth with an anode.
  • resistance is an electrical model of a body between each electrode and the electrode. According to the embodiment described above, bipolar limb induction of LEAD I, LEAD II and LEAD III and unipolar limb induction of aVR, aVL, and aVF can be obtained among 12 induction of electrocardiogram.
  • the center (C) is located on the upper sternal incisions, which are areas that the subject can easily find in their body by tactile sensation, and any of the xiphoid process or the lower part of the sternum and
  • the first electrode 112 is placed in one place, the second electrode 122 is placed in the concave under the left latch, and the third electrode 132 is simply attached to the concave under the right latch to measure the bioelectrical signal.
  • bioelectrical signal measuring device without visiting a professional manpower, and it is possible to measure bioelectrical signals such as an electrocardiogram and an electromyogram during the daily life of the subject.
  • the bioelectrical signal measuring apparatus 10 is a processing circuit that processes an electric signal measured by the first electrode 112, the second electrode 122, and the third electrode 132 And a communication unit 114 including a communication circuit 1600 for transmitting the processed signal to the terminal of the subject (1141).
  • 5 is a block diagram showing an outline of the communication unit 114 according to the present embodiment.
  • the biosignal readout circuit 1141 according to the present embodiment receives and amplifies the biosignal, and impedance boosting capacitors Cfa and Cfb connected in a positive feedback configuration between an output and an input.
  • variable gain amplifier 1210 for amplifying a signal output by the amplifying unit with different gains according to the amplitude of the signal output from the amplifying unit 1100 and amplifying unit 1100 including a.
  • the signal processing circuit 1141 further includes an envelope signal forming unit 1300 that receives and detects a signal output from the amplifying unit 1100, and outputs an envelope to provide the variable gain amplification unit.
  • the input signal provided to the readout circuit 1141 is a bioelectric signal of a subject, an electrocardiogram (ECG) signal detected by the first to third electrodes, and an electromyogram (EMG) detection device mounted by the wearer. It may include the detected EMG signal.
  • the bioelectrical signal may be converted into a differential signal and provided to the readout circuit 1141 according to the present embodiment. According to another embodiment not shown, the bioelectrical signal is a single ended signal. ) Can be provided.
  • the coupling capacitor Cc blocks the inflow of a DC component from the biosignal provided to the readout circuit 1141 and provides the signal component to the input chopper circuit 412.
  • the input chopper circuit 1412 receives an input signal, performs switching at a predetermined frequency and a predetermined period so that the provided input signal has a desired duty ratio, and outputs it to the amplifying unit 1100.
  • the amplifier 1100 receives the signal output from the input chopper circuit 1412, amplifies the signal and outputs the amplified signal.
  • the amplification unit 1100 includes a capacitor Ca and a resistor Ra connected in parallel between an inverting input and a non-inverting output of an operational amplifier, and a capacitor Cb connected in parallel.
  • the resistor Rb may be implemented as a differential integrator connected between the non-inverting input and the inverting output of the operational amplifier.
  • the amplifying unit 1100 may be a single-stage integrator in which a capacitor and a resistor connected in parallel are connected between an inverting input and an inverting output of an operational amplifier.
  • the amplification unit 1100 may be implemented as a low pass filter.
  • the output of the amplifying unit 1100 is provided to the output chopper circuit 1414, and the output chopper circuit 1414 is a predetermined frequency and predetermined frequency so that the signal output and provided by the amplifying unit 1100 has a desired duty ratio. It is output by switching in cycle.
  • an input chopper circuit 1412 and an output chopper circuit 1414 are respectively disposed at an input of an amplifying unit to an output, but according to an embodiment not shown, the amplifying unit 1100 Only one of the input chopper circuit 1412 and the output chopper circuit 1414 can be connected to the.
  • the output of the output chopper circuit 1414 is fed back to the input side of the amplifying unit 1100 through the impedance boost capacitors Cfa and Cfb.
  • a signal output from the non-inverting output of the amplifying unit 1100 and passing through the output chopper circuit 1414 is connected to the non-inverting input side of the amplifying unit 1100 through an impedance boost capacitor Cfb.
  • a signal output from the inverting output of the amplifying unit 1100 and passing through the output chopper circuit is connected to the inverting input side of the amplifying unit 1100 through an impedance boost capacitor Cfa.
  • An advantage of improving the input impedance characteristics of the read-out circuit 1141 is provided by the positive feedback configuration using the impedance boost capacitors Cfa and Cfb of the amplifying unit 1100.
  • the input chopper circuit 1412, the output chopper circuit 1414 and the impedance boost capacitors Cfa and Cfb are used.
  • An advantage of being able to remove motion artifacts caused by movement of the wearer by the included amplification unit 1100 is provided.
  • the second switch SWb when the signal output from the output chopper circuit 1414 is a signal obtained by amplifying the ECG signal, the second switch SWb is cut off and the first switch SWa is conducted. Accordingly, the signal is provided to the variable gain amplifier 1220 along the first path P1.
  • the signal output from the output chopper circuit 1414 is a signal obtained by amplifying an EMG signal
  • the first switch SWa is cut off and the second switch SWb is conducted. Accordingly, the signal is provided to the envelope signal forming unit 1300 along the second path P2.
  • the level detector 1210 may control the first switch SWa and the second switch SWb based on the magnitude of a signal input to the level detector 1210.
  • the first switch SWa and the second switch SWb may be controlled by a controller (not shown).
  • the first switch SWa When the signal output from the output chopper circuit 1414 is the amplified electrocardiogram signal ECG, the first switch SWa is turned on and provided to the variable gain amplifier 1220.
  • the level detector 1210 detects the amplitude of the input signal to control the gain of the variable gain amplifier 1220, and the variable gain amplifier 1220 amplifies the provided signal and provides it to the analog-to-digital converter 1500.
  • the first switch SWa When the signal output from the output chopper circuit 1414 is an amplified EMG signal, the first switch SWa is cut off, and the second switch SWb is conducted to be provided to the envelope signal forming unit 1300.
  • the envelope signal forming unit 1300 rectifies and detects an EMG signal concentrated at a high frequency to form an envelope signal of the EMG signal and provides it to the variable gain amplifier 1220.
  • the level detector 1210 detects the amplitude of the input signal to control the gain of the variable gain amplifier 1220, and the variable gain amplifier 1220 amplifies the provided signal and provides it to the analog-to-digital converter 1500.
  • the digital signal converted by the analog-to-digital converter 1500 may be provided to the communication circuit 1600 and provided to the terminal 20 of the subject.
  • the communication circuit 1600 may include a wired communication module such as a serial communication interface (SPI).
  • the processing circuit 1600 is a wireless communication interface, and may include a wireless communication module such as Zigbee, Wi-Fi, and Bluetooth.
  • the communication unit 114 may further include any one or more of an acceleration sensor, a gravity sensor, an atmospheric pressure sensor, and a temperature sensor, from which the motion state of the user and the external environment state in which the user is located are additionally Can be detected and transmitted to the portable terminal 20.
  • the apparatus 10 for measuring a bioelectrical signal detects an electrocardiogram (ECG), an electromyogram (EMG), acceleration, gravity, air pressure, and temperature, and transmits it to the portable terminal 20.
  • ECG electrocardiogram
  • EMG electromyogram
  • the bioelectrical signal measuring apparatus 10 and the terminal 20 can communicate through wireless communication protocols such as zigbee, Bluetooth, and Wi-Fi or wired communication protocols. have.
  • the application stored in the terminal 20 and executed in the terminal 20 analyzes data such as transmitted electrocardiogram (ECG), electromyogram (EMG) and acceleration, gravity, air pressure, and temperature.
  • ECG transmitted electrocardiogram
  • EMG electromyogram
  • the application may analyze an electrocardiogram waveform and pulse based on the transmitted electrocardiogram data, detect a user's atrial flutter or atrial fibrillation, and warn the user of a health condition.
  • the application may display exercise information to the user, recommend exercise, and suggest an appropriate amount of exercise.
  • the application detects a health abnormality of the user based on data transmitted by the bioelectrical signal measuring device 10 worn by the user.
  • the application can display the abnormality on the screen, stop exercising, instruct the user to take medication, and, if necessary, call a medical staff through an emergency phone call.
  • the application collects data transmitted by the bioelectrical signal measuring device 10, transmits it to a server, and accumulates the data.
  • the accumulated bioelectrical signal data may be used to confirm medical history.
  • the accumulated bioelectrical signal data may be used to extract life pattern information, and based on this, a user may be guided to sleep, eat, take medicine, and the like.
  • a user's exercise amount may be suggested based on the accumulated ECG data.

Abstract

본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치는 피검자의 흉골(sternum)에 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극이 위치하는 제1 가지와, 제1 가지와 연결되며, 피검자의 좌측 빗장아래오목(left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극이 위치하는 제2 가지 및 제1 가지와 연결되며, 피검자의 우측 빗장아래오목에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극이 위치하는 제3 가지를 포함한다.

Description

생체 전기 신호 측정 장치
본 기술은 생체 전기 신호 측정 장치와 관련된다.
심전도는 심장의 전기적 활동을 분석하여 파장 형태로 기록한 것을 의미한다. 심장의 근육 세포들은 전류에 반응하여 수축/이완 하며, 이러한 활동은 심장의 전도계에서 흘려보내는 전류에 의해 제어된다. 따라서, 심장의 전기적 활동을 분석하여 심장의 동작을 파악할 수 있다.
심장의 전도계 중 제일 대표적인 요소로는 동방 결절(SA node, Sinoatrial Node)과 방실 결절(Atrioventicular Node)이 있다. 동방 결절은 심장의 기본적인 페이스 메이커(pace maker)로 정상적인 심장이라면 동방 결절에서만 전류 신호가 발생한다. 방실 결절(AV node, Atrioventicular Node)은 동방 결절에서 발생한 전류를 일시적으로 저장하는 기능을 수행한다.
방실 결절 자체는 동방 결절이 제공하는 전류를 저장하는 역할을 수행하나, 방실 결절과 전도계가 연결되는 부분은 전류 신호를 발생시킬 수 있다. 동방 결절이 동작중인 상태에서 갑자기 방실 결절의 연결부가 전류를 내보내면 심방이 제어 되지 않는 심방 조동(Atrial Flutter) 또는 상태가 악화될 경우 심방세동(Atrial Fibrillation) 상태로 돌입한다.
방실 결절이 동방 결절의 신호를 제때 심실로 흘려보내지 않는 경우에는 심실의 박동이 늦어지며, 방실 결절이 전류를 방출하지 않고 심실로 아무 전류 신호도 전달되지 않는 상황이 벌어지는 경우에는 심실이 박동을 하지 못한다. 이러한 상태가 반복되면 심장마비로 진행할 가능성이 높다.
심장은 전기적 자극에 의하여 심방과 심실이 운동하여 기능을 수행하는 것으로, 심장의 전기적 자극을 모니터하는 것은 심장의 운동을 모니터 하는 것과 동일하다.
종래 기술의 경우, 아인트호벤의 삼각형(Einthoven's triangle)에 따라 왼손목, 오른손목 및 왼발목에 전극을 부착하여 심전도를 측정하였다. 이 경우 전극을 사지에 부착하여야 하므로 피검자의 일상 생활 중에서 심전도를 측정할 수 없다.
사용자의 흉부에 심전도 검출 패치를 부착하는 종래 기술에 의하면 심전도 검출 패치가 정확한 위치에 부착되어야 한다. 부착 방식이 까다롭기 때문에 실제 사용자에게 부착시 전문 교육을 받은 인력이 투입되어 이들에 의해 부착된다. 따라서, 심전도를 정확하게 측정하기 위하여 사용자가 전문 인력에게(혹은 역으로) 방문하여야 하므로 시간과 비용측면에서 비경제적이다. 다른 방식으로, 심전도 측정 장치의 사용을 위하여 사용자를 교육하여야 하나, 교육에도 불구하고 심전도를 잘못 측정하는 경우가 많이 있었다.
본 실시예는 상기한 기존 기술의 단점을 해소하기 위한 것으로, 피측정자가 일상 생활을 영위하면서 복잡한 교육이나, 전문가 방문 없이 간단하게 심전도를 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치는 피검자의 흉골(sternum)에 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극이 위치하는 제1 가지와, 제1 가지와 연결되며, 피검자의 좌측 빗장아래오목(left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극이 위치하는 제2 가지 및 제1 가지와 연결되며, 피검자의 우측 빗장아래오목에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극이 위치하는 제3 가지를 포함한다.
본 실시예에 의한 생체 정보 검출 장치는 피검자의 흉골 단부에 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극이 위치하는 제1 가지와, 제1 가지와 연결되며, 피검자의 좌측 빗장아래오목(left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극이 위치하는 제2 가지 및 제1 가지와 연결되며, 피검자의 우측 빗장아래오목에 위치하도록 연장되어 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극이 위치하는 제3 가지 및 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극이 측정한 생체 전기 신호 정보를 무선으로 송신하는 프로세싱 회로를 포함하는 생체 전기 신호 측정 패치 및 생체 전기 신호 측정 패치가 전송한 생체 전기 신호 정보를 수신하여 표시하는 어플리케이션이 수행되는 사용자 단말을 포함한다.
본 실시예에 생체 전기 신호 측정 장치에 의하면, 사용자가 자신의 생체 전기 신호를 일상 생활을 영위하면서 간편하게 검출할 수 있으며, 이로부터 자신의 건강 상태를 모니터할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치의 개요를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치를 인체에 부착한 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치를 이용하여 양극 사지 유도(bipolar limb lead)를 검출하는 경우를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치를 이용하여 단극 사지 유도(unipolar limb lead)를 검출하는 경우를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시예에 의한 통신부의 개요를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치와 연동되는 어플리케이션이 수행되는 단말과의 연결관계 개요를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치(10)를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치(10)의 개요를 도시한 도면이며, 도 2는 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치(10)을 인체에 부착한 상태를 예시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치(10)는 중심(C)가 피검자의 흉골상절흔에 위치하며, 중심으로부터 피검자의 흉골(S, sternum)상 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극(112)이 말단부에 위치하는 제1 가지(110)와, 제1 가지(110)와 연결되며, 피검자의 좌측 빗장아래오목(L, left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극(122)이 위치하는 제2 가지(120) 및 제1 가지(110)와 연결되며, 피검자의 우측 빗장아래오목(R)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극(132)이 위치하는 제3 가지(130)를 포함한다.
일 실시예로, 생체 전기 신호 측정 장치(10)의 중심(C)는 피검자의 흉골상절흔(suprasternal notch)에 제1 가지(110), 제2 가지(120) 및 제3 가지(130)가 연결된 중심이 위치할 수 있다. 제1 가지(110)는 중심(C)으로부터 피검자의 흉골(S) 상에 위치하도록 연장되며, 제1 전극(112)은 제1 가지(110)의 단부에 위치한다. 일 실시예로, 제1 전극(112)은 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하여 피검자의 생체 전기 신호를 측정한다.
도 1 및 도 2로 예시된 실시예에서, 제1 가지(110), 제2 가지(120) 및 제3 가지(130)는 Y자 형태로 연결될 수 있으나, 도시되지 않은 실시예에서, 제1 가지(110), 제2 가지(120) 및 제3 가지(130)는 T자 형태로 연결될 수 있다.
제2 가지(120)는 말단부에 제2 전극(122)이 위치하며, 제2 전극(122)은 피검자의 좌측 빗장아래오목(L)에 위치하여 피검자의 생체 전기 신호를 측정한다. 제3 가지(130)는 말단부에 제3 전극(132)이 위치하며, 제3 전극(132)은 피검자의 우측 빗장아래오목(R)에 위치하여 피검자의 생체 전기 신호를 측정한다.
제1 가지(110), 제2 가지(120) 및 제3 가지(130)는 유연 기판(flexible substrate)에 형성되며, 제1 전극(112), 제2 전극(122) 및 제3 전극(124)과 피검자의 신체가 접촉하는 면에는 신체에 부착되는 접착면(adhesive surface)이 형성될 수 있다.
본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치는 심전도(ECG), 근전도(EMG) 등의 생체 전기 신호를 검출할 수 있다. 도 3은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치를 이용하여 양극 사지 유도(bipolar limb lead)를 측정하는 경우를 설명한다. 도 3을 참조하면, 피검자의 좌측 빗장아래오목(L)에 부착된 제2 전극(122)을 양극으로 하고, 우측 빗장아래오목(R)에 부착된 제3 전극(132)을 음극으로 하여 생체 전기 신호를 측정하여 유도 I(LEAD I)을 얻는다.
피검자의 우측 빗장아래오목(R)에 부착된 제3 전극(132)을 음극으로 하고 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하는 제1 전극(112)를 양극으로 하여 생체 전기 신호를 측정하여 유도 II(LEAD II)을 얻는다. 또한, 피검자의 좌측 빗장아래오목(L)에 부착된 제2 전극(122)을 음극으로 하고 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하는 제1 전극(112)를 양극으로 하여 생체 전기 신호를 측정하여 유도 III(LEAD III)을 얻는다. 이와 같이 측정을 수행하여 양극 사지 유도를 측정할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치를 이용하여 단극 사지 유도(unipolar limb lead)를 경우를 설명한다. 도 4(a)를 참조하면, 우측 빗장아래오목(R)에 부착된 제3 전극(132)을 양극으로 하고, 좌측 빗장아래오목(L)에 위치하는 제2 전극(122)과 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하는 제1 전극(112)을 음극으로 측정하여 하여 aVR을 얻는다.
도 4(b)를 참조하면, 좌측 빗장아래오목(L)에 부착된 제2 전극(122)을 양극으로 하고, 우측 빗장아래오목(R)에 위치하는 제3 전극(132)과 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하는 제1 전극(112)를 음극으로 측정하여 하여 aVL을 얻는다. 도 4(c)를 참조하면, 좌측 빗장아래오목(L)에 부착된 제2 전극(122)과 우측 빗장아래오목(R)에 위치하는 제3 전극(132)을 음극으로 하고, 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(S)의 단부 또는 피검자의 명치에 위치하는 제1 전극(112)를 양극으로 측정하여 하여 aVF을 얻는다. 도시된 도면들에서 저항은 각 전극과 전극 사이의 신체를 전기적으로 모델링한 것이다. 위에서 설명된 실시예에 따라서 심전도의 12 유도 중 LEAD I, LEAD II 및 LEAD III의 양극 사지 유도와, aVR, aVL 및 aVF의 단극 사지 유도를 얻을 수 있다.
종래의 심전도 측정기에 의하면, 피검자의 좌측 손목, 우측 손목 및 좌측 발목에 심전도 측정 패치를 부착하고 심전도를 측정하므로, 피검자의 일상 생활 중에 심전도를 측정하는 것은 매우 곤란하였다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 피검자가 자신의 신체에서 손쉽게 촉감으로 찾을 수 있는 부위들인 흉골상절흔에 중심(C)을 위치시키고, 검상돌기(xiphoid process) 혹은 흉골(strernum) 하부 및 명치 중 어느 한 곳에 제1 전극(112)를 배치하고, 좌측 빗장아래오목에 제2 전극(122)를 배치하며, 우측 빗장아래오목에 간단하게 제3 전극(132)을 부착하여 생체 전기 신호를 측정할 수 있다.
따라서, 전문 인력의 방문 없이 생체 전기 신호 측정 장치를 부착할 수 있다는 장점이 제공되며, 피검자의 일상 생활 중에도 심전도, 근전도 등의 생체 전기 신호를 측정할 수 있다는 장점이 제공된다.
생체 전기 신호 측정 장치의 일 실시예로, 생체 전기 신호 측정 장치(10)는 제1 전극(112), 제2 전극(122) 및 제3 전극(132)이 측정한 전기 신호를 처리하는 프로세싱 회로(1141)와 처리된 신호를 피검자의 단말에 전송하는 통신 회로(1600)를 포함하는 통신부(114)를 포함한다. 도 5는 본 실시예에 의한 통신부(114)의 개요를 도시한 블록도이다. 도 5을 참조하면, 본 실시예에 의한 생체 신호 리드 아웃 회로(1141)는 생체 신호를 제공받아 증폭하며, 출력과 입력 사이에 포지티브 피드백(positive feedback) 구성으로 연결된 임피던스 부스팅 커패시터(Cfa, Cfb)를 포함하는 증폭부(1100)와, 증폭부(1100)가 출력한 신호의 진폭에 따라 서로 다른 이득(gain)으로 증폭부가 출력한 신호를 증폭하는 가변 이득 증폭부(1210)를 포함한다. 일 실시예로, 신호 프로세싱 회로(1141)은 증폭부(1100)가 출력한 신호를 제공받아 검파하고, 포락선을 출력하여 가변 이득 증폭부에 제공하는 포락선 신호 형성부(1300)를 더 포함한다.
일 실시예에서, 리드 아웃 회로(1141)에 제공되는 입력 신호는 피검자의 생체 전기 신호로, 제1 내지 제3 전극으로 검출한 심전도(ECG) 신호, 착용자가 장착한 근전도(EMG) 검출 장치에서 검출한 근전도 신호를 포함할 수 있다. 생체 전기 신호는 차동 신호(differential signal)로 변환되어 본 실시예에 의한 리드 아웃 회로(1141)에 제공될 수 있으며, 도시되지 않은 다른 실시예에 의하면, 생체 전기 신호는 단일단 신호(single ended signal)로 제공될 수 있다.
커플링 커패시터(Cc)는 리드 아웃 회로(1141)로 제공된 생체 신호에서 직류 성분(DC component)의 유입을 차단하고, 신호 성분을 입력 초퍼 회로(412)에 제공한다. 입력 초퍼 회로(1412)는 입력 신호를 제공받고, 제공된 입력 신호가 목적하는 듀티비를 가지도록 미리 정해진 주파수, 미리 정해진 주기로 스위칭을 수행하여 증폭부(1100)에 출력한다.
증폭부(1100)는 입력 초퍼 회로(1412)가 출력한 신호를 제공받고, 이를 증폭하여 출력한다. 도 1로 예시된 실시예에서, 증폭부(1100)는 병렬로 연결된 커패시터(Ca)와 저항(Ra)가 연산 증폭기의 반전 입력과 비반전 출력 사이에 연결되고, 병렬로 연결된 커패시터(Cb)와 저항(Rb)가 연산 증폭기의 비반전 입력과 반전 출력 사이에 연결된 차동 적분기(differential integrator)로 구현될 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 증폭부(1100)는 병렬로 연결된 커패시터와 저항이 연산 증폭기의 반전 입력과 반전 출력 사이에 연결된 단일단 적분기일 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 증폭부(1100)는 저역 통과 필터(low pass filter)로 구현될 수 있다.
증폭부(1100)의 출력은 출력 초퍼 회로(1414)에 제공되고, 출력 초퍼 회로(1414)는 증폭부(1100)가 출력하여 제공한 신호가 목적하는 듀티비를 가지도록 미리 정해진 주파수 및 미리 정해진 주기로 스위칭하여 출력한다.
도 5로 예시된 실시예에서, 증폭부의 입력에 출력에 각각 입력 초퍼 회로(1412)와 출력 초퍼 회로(1414)를 배치한 실시예를 도시하였으나, 도시되지 않은 실시예에 의하면 증폭부(1100)에 입력 초퍼 회로(1412)와 출력 초퍼 회로(1414) 중 어느 하나만을 연결할 수 있다.
출력 초퍼 회로(1414)의 출력은 임피던스 부스트 커패시터(Cfa, Cfb)를 통하여 증폭부(1100)의 입력측으로 피드백(feedback) 된다. 도 5로 예시된 실시예에서, 증폭부(1100)의 비반전 출력에서 출력되어 출력 초퍼 회로(1414)를 거친 신호는 임피던스 부스트 커패시터 Cfb를 거쳐 증폭부(1100)의 비반전 입력측으로 연결된다. 또한, 증폭부(1100)의 반전 출력에서 출력되어 출력 초퍼 회로를 거친 신호는 임피던스 부스트 커패시터 Cfa를 거쳐 증폭부(1100)의 반전 입력측으로 연결된다.
증폭부(1100)가 가지는 임피던스 부스트 커패시터(Cfa, Cfb)를 이용한 포지티브 피드백 구성에 의하여 리드 아웃 회로(1141)의 입력 임피던스 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 제공된다. 또한, 심전도(ECG) 측정 장치 및 근전도(EMG) 측정 장치의 착용자가 걷거나, 뛰는 등 운동을 하는 경우에도 입력 초퍼 회로(1412), 출력 초퍼 회로(1414)와 임피던스 부스트 커패시터(Cfa, Cfb)를 포함하는 증폭부(1100)에 의하여 착용자가 움직여서 발생하는 이동 상태 오차(motion artifact)를 제거할 수 있다는 장점이 제공된다.
일 실시예에서, 출력 초퍼 회로(1414)가 출력한 신호가 심전도(ECG) 신호를 증폭한 신호인 경우에, 제2 스위치(SWb)는 차단되고, 제1 스위치(SWa)가 도통된다. 따라서, 신호는 제1 경로(P1)를 따라 가변 이득 증폭기(1220)로 제공된다. 출력 초퍼 회로(1414)가 출력한 신호가 근전도(EMG) 신호를 증폭한 신호인 경우에는 제1 스위치(SWa)는 차단되고, 제2 스위치(SWb)가 도통된다. 따라서, 신호는 제2 경로(P2)를 따라 포락선 신호 형성부(1300)로 제공된다.
일 실시예로, 제1 스위치(SWa) 및 제2 스위치(SWb)는 레벨 검출기(1210)에 입력되는 신호의 크기로부터 레벨 검출기(1210)가 제어할 수 있다. 다른 예로, 제1 스위치(SWa) 및 제2 스위치(SWb)는 제어부(미도시)에 의하여 제어될 수 있다.
출력 초퍼 회로(1414)가 출력한 신호가 증폭된 심전도 신호(ECG)이면, 제1 스위치(SWa)가 도통되어 가변 이득 증폭기(1220)에 제공된다. 레벨 검출기(1210)는 입력된 신호의 진폭 크기를 검출하여 가변 이득 증폭기(1220) 이득을 제어하고, 가변 이득 증폭기(1220)는 제공된 신호를 증폭하여 아날로그 디지털 변환기(1500)에 제공한다.
출력 초퍼 회로(1414)가 출력한 신호가 증폭된 근전도 신호(EMG)이면, 제1 스위치(SWa)는 차단되고, 제2 스위치(SWb)가 도통되어 포락선 신호 형성부(1300)에 제공된다. 포락선 신호 형성부(1300)는 높은 주파수로 밀집된 근전도 신호를 정류 및 검파하여 근전도 신호의 포락선 신호를 형성하여 가변 이득 증폭기(1220)에 제공한다. 레벨 검출기(1210)는 입력된 신호의 진폭 크기를 검출하여 가변 이득 증폭기(1220) 이득을 제어하고, 가변 이득 증폭기(1220)는 제공된 신호를 증폭하여 아날로그 디지털 변환기(1500)에 제공한다.
아날로그 디지털 변환기(1500)가 변환한 디지털 신호는 통신 회로(1600)에 제공되어 피검자의 단말(20)에 제공될 수 있다. 일 실시예로, 통신 회로(1600)는 직렬 통신 인터페이스(SPI, Serial Peripheral Interface) 등의 유선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 프로세싱 회로(1600)는 무선 통신 인터페이스로, 지그비(zigbee), 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
도시되지 않은 실시예에 의하면, 통신부(114)는 가속도 센서, 중력 센서, 기압 센서 및 온도 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 이로부터 사용자의 운동 상태, 사용자가 위치한 외부 환경 상태를 추가적으로 검출하고, 휴대 단말(20)에 전송할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 의한 생체 전기 신호 측정 장치(10)와 연동되는 어플리케이션이 수행되는 단말(20)의 개요를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 생체 전기 신호 측정 장치(10)는 심전도(ECG), 근전도(EMG) 및 가속도, 중력, 기압 및 온도 등을 검출하여 휴대 단말(20)에 전송한다. 상술한 바와 같이 생체 전기 신호 측정 장치(10)와 단말(20)는 직비(zigbee), 블루투스(bluetooth) 및 와이파이(wi-fi) 등의 무선 통신 프로토콜 혹은 유선 통신 프로토콜을 통하여 통신을 수행할 수 있다.
단말(20)에 저장되고, 단말(20)에서 실행되는 어플리케이션은 전송된 심전도(ECG), 근전도(EMG) 및 가속도, 중력, 기압 및 온도 등의 데이터를 분석한다. 일 실시예로, 어플리케이션은 전송된 심전도 데이터를 기초로 심전도 파형 및 맥박을 분석하고, 사용자의 심방 조동 또는 심방 세동의 징후 등을 검출하여 사용자에게 건강 상태를 경고할 수 있다. 또한, 어플리케이션은 운동 정보를 사용자에게 표시하여 운동을 권고하고, 알맞은 운동량을 제안할 수 있다.
어플리케이션은 사용자가 착용한 생체 전기 신호 측정 장치(10)가 전송하는 데이터를 기초로 사용자의 건강 이상을 검출한다. 어플리케이션은 전송된 데이터로부터 심전도 혹은 근전도 신호에 이상이 발생하면 이상을 화면으로 표시하고, 사용자에게 운동을 중지하고, 복약을 지시할 수 있으며, 필요한 경우 긴급 전화 통화로 의료진을 호출할 수 있다.
어플리케이션은 생체 전기 신호 측정 장치(10)가 전송한 데이터를 수집하여, 서버(server)에 전송하여 데이터를 누적한다. 누적된 생체 전기 신호 데이터는 병력 확인을 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예로, 누적된 생체 전기 신호 데이터는 생활 패턴 정보 추출에 사용될 수 있으며, 이를 기초로 사용자에게 수면, 식사, 복약 등을 지도할 수 있다. 또한 누적된 심전도 데이터를 기초로 사용자의 운동량을 제안할 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 피검자의 흉골(sternum)에 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극이 위치하는 제1 가지;
    상기 제1 가지와 연결되며, 상기 피검자의 좌측 빗장아래오목(left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극이 위치하는 제2 가지 및
    상기 제1 가지와 연결되며, 상기 피검자의 우측 빗장아래오목에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극이 위치하는 제3 가지를 포함하는 생체 전기 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가지, 상기 제2 가지 및 상기 제3 가지는 중심에서 연결된 생체 전기 신호 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중심은 상기 피검자의 흉골상절흔에 위치하도록 배치된 생체 전기 신호 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가지, 상기 제2 가지 및 상기 제3 가지는 Y 자 형태 및 T 자 형태 중 어느 하나로 배치된 생체 전기 신호 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생체 전기 신호 장치는,
    인체에 접촉하는 면에 접착면(adhesive surface)이 형성된 생체 전기 신호 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 검상돌기(xiphoid process), 흉골(strernum) 하부 및 명치중 어느 한 곳에 위치하도록 배치된 생체 전기 신호 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은
    양극 사지 유도 및 단극 사지 유도를 측정하는 생체 전기 신호 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 생체 전기 신호 측정 장치는,
    측정된 생체 전기 신호 정보를 사용자의 단말에 전송하는 프로세싱 회로를 더 포함하는 생체 전기 신호 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 생체 전기 신호는,
    심전도 및 근전도 중 어느 하나 이상인 생체 전기 신호 측정 장치.
  10. 피검자의 흉골(sternum)에 위치하도록 제1 방향으로 연장되고, 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제1 전극이 위치하는 제1 가지와, 상기 제1 가지와 연결되며, 상기 피검자의 좌측 빗장아래오목(left infraclavicular fossa)에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제2 전극이 위치하는 제2 가지 및 상기 제1 가지와 연결되며, 상기 피검자의 우측 빗장아래오목에 위치하도록 연장되어 말단부에 생체 전기 신호를 측정하는 제3 전극이 위치하는 제3 가지를 포함하는 생체 전기 신호 측정 장치.및 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극이 측정한 생체 전기 신호 정보를 무선으로 송신하는 프로세싱 회로를 포함하는 생체 전기 신호 측정 패치 및
    상기 생체 전기 신호 측정 패치가 전송한 상기 생체 전기 신호 정보를 수신하여 표시하는 어플리케이션이 수행되는 사용자 단말을 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가지, 상기 제2 가지 및 상기 제3 가지는 중심에서 연결된 생체 정보 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중심은 상기 피검자의 흉골상절흔(suprasternal notch)상에 위치하도록 배치된 생체 정보 검출 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가지, 상기 제2 가지 및 상기 제3 가지는 Y 자 형태 및 T 자 형태 중 어느 하나로 배치된 생체 정보 검출 징치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 피검자의 검상돌기(xiphoid process), 흉골(strernum) 하부 및 명치 중 어느 한 곳에 위치하는 생체 정보 검출 징치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은
    양극 사지 유도 및 단극 사지 유도를 측정하는 생체 정보 검출 징치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 어플리케이션은,
    상기 생체 전기 신호 정보를 측정 일자, 측정 시간 별로 저장하는 생체 정보 검출 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 어플리케이션은,
    상기 생체 전기 신호정보로부터 상기 사용자의 건강 상태를 경고하는 생체 정보 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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