WO2023167374A1 - 웨어러블 센싱 장치 및 이를 이용한 진단 장치 - Google Patents

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WO2023167374A1
WO2023167374A1 PCT/KR2022/009601 KR2022009601W WO2023167374A1 WO 2023167374 A1 WO2023167374 A1 WO 2023167374A1 KR 2022009601 W KR2022009601 W KR 2022009601W WO 2023167374 A1 WO2023167374 A1 WO 2023167374A1
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fastening member
subject
circuit board
diaphragm
sensor
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PCT/KR2022/009601
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장현호
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젠트리 주식회사
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    • A61B7/00—Instruments for auscultation
    • A61B7/02—Stethoscopes
    • A61B7/04—Electric stethoscopes

Definitions

  • the present invention relates to a wearable sensing device, and more particularly, to a wearable sensing device capable of measuring the respiratory rate and heart rate of a subject and a diagnosis device using the same.
  • sensors mounted on an electronic device can collect information related to the electronic device, the outside of the electronic device, or the user.
  • electronic devices that provide a function of checking a user's biosignal are being developed.
  • the respiratory rate is one of the vital signs that determine the most basic level of vitality of the body, and various methods are used to measure the respiratory rate, that is, the number of breaths per minute.
  • methods of measuring the respiratory rate or respiratory rate of a subject include spirometry and capnometry.
  • Spirometry is a method of measuring the flow of air entering and leaving the lungs using a spirometry
  • capnometry is a method of measuring CO2 according to respiration.
  • Heart sounds are the sounds produced when the heart contracts and expands. Heart sound can generally be checked through a stethoscope, but when heart sound is checked through a stethoscope, since other noises are collected together, a filter for removing noise must exist.
  • an increase in the subject's respiration or heart rate may be an abnormal condition (e.g., For example, it is important to determine whether it is caused by disease) or external temperature.
  • the conventional measuring device does not consider the external temperature at all, if the external temperature of the test subject is higher than the standard value or colder than the standard value and the respiratory rate or heart rate increases due to the effect of the temperature, the test subject is in a normal state. and an error that is judged as an abnormal state may occur.
  • the problem to be solved by the present invention is to measure the subject's respiratory rate through a sensing value that is changed through the tensile force of the strap according to the subject's respiration, and measure the subject's heart rate through the amplified heart rate through the diaphragm. It is to provide a wearable sensing device and a diagnosis device using the same.
  • a wearable sensing device includes a body housing having a first fastening member and a second fastening member for fastening a strap on opposite sides and having a pressurizing hole formed on a lower surface, and the first fastening member Alternatively, the shape of the first fastening member or the attachment point of the first fastening member is attached to the inside of the first sidewall of the body housing where the first fastening member is provided and is generated by the tension of the strap according to the subject's respiration.
  • a strain sensor for measuring a change a diaphragm coupled to the pressure hole and having a flexible plate, and a diaphragm embedded in the body housing and amplifying the heartbeat of the subject by the diaphragm. It may include a circuit board on which a stethoscope sensor to be measured is mounted.
  • the first fastening member includes an elastic body to which the strain sensor is attached to one surface, and a fastening ring to which the strap is fastened, one side coupled to the other surface of the elastic body and the other side spaced apart from the elastic body.
  • a mounting groove is formed on the first sidewall of the body housing, and the first fastening member is mounted on the body housing through the mounting groove, and one side of the fastening ring coupled to the elastic body is connected to the mounting groove. can be inserted.
  • a bottom plate having a first sensing hole is further disposed at a lower end of the main body housing, and the stethoscope sensor is mounted at a position corresponding to the first sensing hole on a circuit board mounted on the main housing, and the diaphragm
  • the heartbeat transmitted by deformation may be amplified while passing through a transient space between the diaphragm and the bottom plate, and the amplified heartbeat may be input to the auscultation sensor through the first sensing hole.
  • the diaphragm may be formed of a shape and material that further amplifies a wavelength region representing the heartbeat of the subject.
  • a sealing pad disposed between the circuit board and the bottom plate and having a second sensing hole having a diameter smaller than that of the first sensing hole is formed at a position corresponding to the first sensing hole.
  • a counting circuit for calculating the respiratory rate using the measurement signal of the strain sensor and calculating the heart rate using the measurement signal of the auscultation sensor, and at least one of the calculated respiratory rate or the heart rate, is transmitted to the outside.
  • a communication circuit for transmission may be further mounted.
  • An external ECG module including a plurality of electrocardiogram sensors may be further included, and an interface circuit to be connected to the external ECG module may be further mounted on the circuit board.
  • a diagnostic circuit for determining an abnormal state or disease of the subject using at least one of the calculated respiratory rate, heart rate, and the measured electrocardiogram may be further mounted on the circuit board.
  • a diagnostic device includes a body housing having a first fastening member and a second fastening member for fastening a strap on opposite sides and having a pressurizing hole formed on a lower surface; It is attached to the inside of the first sidewall of the body housing where the first fastening member is provided and measures the shape change of the first fastening member or the attachment point of the first fastening member caused by the tension of the strap according to the subject's respiration.
  • a first circuit equipped with a strain sensor coupled to the pressing hole, a diaphragm having a flexible plate, and a stethoscope sensor embedded in the body housing and measuring the heartbeat of the subject amplified by the diaphragm.
  • a sensing device including a substrate, a second circuit board disposed spaced apart from the sensing device and having a counting circuit for calculating the respiratory rate using the measurement signal of the strain sensor mounted therein, and an arithmetic device having a built-in battery and the sensing device.
  • a power communication line connecting the device and the computing device may be included.
  • the first fastening member includes an elastic body to which the strain sensor is attached to one surface, and a fastening ring to which the strap is fastened, one side coupled to the other surface of the elastic body and the other side spaced apart from the elastic body.
  • a mounting groove is formed on the first sidewall of the body housing, and the first fastening member is mounted to the body housing through the mounting groove, and one side of the fastening ring coupled to the elastic body is inserted into the mounting groove. It can be.
  • a bottom plate having a first sensing hole is further disposed at a lower end of the body housing, and the stethoscope sensor is mounted at a position corresponding to the first sensing hole on the first circuit board, and the diaphragm is deformed.
  • the transmitted heartbeat sound may be amplified while passing through a transient space between the diaphragm and the bottom plate, and the amplified heartbeat sound may be input to the auscultation sensor through the first sensing hole.
  • the diaphragm may be formed of a shape and material that further amplifies a wavelength region representing the heartbeat of the subject.
  • It may further include a sealing pad disposed between the first circuit board and the bottom plate and having a second sensing hole having a diameter smaller than that of the first sensing hole formed at a position corresponding to the first sensing hole.
  • a counting circuit for calculating the respiratory rate using the measurement signal of the strain sensor and calculating the heart rate using the measurement signal of the auscultation sensor and at least one of the calculated respiratory rate or the heart rate A communication circuit for transmitting to the outside may be mounted.
  • An external ECG module including a plurality of electrocardiogram sensors may be further included, and an interface circuit to be connected to the external ECG module may be further mounted on the first circuit board.
  • a diagnostic circuit for determining an abnormal state or disease of the subject using at least one of the measured electrocardiograms may be further mounted.
  • the subject's respiration rate is measured through a sensing value that is changed through the tension of the strap according to the subject's respiration, and the subject's heart rate is measured through the amplified heart rate through the diaphragm.
  • a wearable sensing device and a diagnosis device can be designed with a simple structure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wearable sensing device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are exploded perspective views of the wearable sensing device illustrated in FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the wearable sensing device illustrated in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a detachable method of the first fastening member illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a view showing a shape change of a fastening member.
  • Example 7 is a perspective view showing a modified example of the first fastening member of Example 1;
  • Example 8 is an exploded perspective view showing a modified example of the first fastening member of Example 1;
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a state in which a strain sensor is mounted on a first fastening member.
  • FIGS. 8 and 9 are views showing the operation of the first fastening member illustrated in FIGS. 8 and 9 .
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a communication circuit and an external device of the wearable sensing device shown in FIG. 1 .
  • FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a wearable sensing device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a wearable sensing device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a wearable diagnostic device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the wearable sensing device shown in FIG. 13 .
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the arithmetic device shown in FIG. 13;
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a wearable diagnostic device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • ...unit means a unit that processes at least one function or operation, and includes hardware, software or It may be implemented as a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wearable sensing device (hereinafter, referred to as a 'sensing device') according to a first embodiment of the present invention.
  • the sensing device 10 is worn on the body of the subject through the strap (S).
  • the sensing device 10 calculates the respiratory rate by measuring the shape change of the fastening member caused by the tension of the strap S when the subject breathes.
  • the sensing device 10 measures the heart rate of the subject through a heartbeat amplified through the diaphragm 140 in contact with the chest of the subject.
  • the strap S may be implemented in the form of a band to be worn on the subject.
  • Members such as buckles (not shown), snap buttons (not shown), or Velcro (not shown) are provided at both ends of the strap (S) to facilitate putting on and off the strap (S).
  • the strap (S) is implemented to have elasticity or to adjust its length, so that it can provide a comfortable fit according to the body shape of the subject.
  • An extended ECG module 160 (electrocardiogram) may be selectively further connected to the sensing device 10 .
  • FIG. 2 and 3 are exploded perspective views of the sensing device 10 illustrated in FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensing device 10 illustrated in FIG. 1 .
  • the body housing 100 is a case that forms the outer shape of the sensing device 10, and may be formed in a rectangular shape, a circular shape, or other shapes.
  • the body housing 100 is worn on the body of the subject through the strap (S).
  • the body housing 100 has an open top, and the open top is closed by a cover (C).
  • the cover C may be detachably fastened to the body housing 100 .
  • the fastening method between the cover (C) and the body housing 100 is not limited to any one.
  • a circuit board 110 is mounted inside the body housing 100 .
  • the circuit board 110 is disposed on the side of the bottom plate 100c of the body housing 100 .
  • An electric circuit is patterned on the circuit board 110 to connect the strain sensor 133, the battery B, the extended ECG module 161, the auscultation sensor 113, and the like.
  • the battery B may be disposed on top of the circuit board 110 .
  • Battery B may be charged in a wired or wireless manner.
  • a wireless charging module (not shown) may be further provided on the circuit board 110 .
  • a charging hole 102 through which a charging cable passes may be formed at one side of the body housing 100 .
  • the charging cable passes through the charging hole 102 and is connected to the charging terminal 112 formed on the circuit board 110 .
  • the mounting groove 101 is a groove for mounting the first fastening member 130 to the body housing 100 .
  • a first fastening member 130 and a second fastening member 120 are mounted on the body housing 100 .
  • the first fastening member 130 includes an elastic body 131 and a fastening ring 132 .
  • the elastic body 131 is formed in a plate shape having elasticity.
  • the elastic body 131 is disposed inside the body housing 100 so as to face the first sidewall 100a having the mounting groove 101 formed thereon.
  • One end of the fastening ring 132 is coupled to a position corresponding to the mounting groove 101 of the elastic body 131, and the other end is formed to be spaced apart from the elastic body 131. That is, one end of the fastening ring 131 is coupled to the elastic body 131, and the other end of the fastening ring 131 is formed to extend in the longitudinal direction of the elastic body 131 along the outer surface of the first side wall 100a. . Accordingly, when the elastic body 131 is disposed inside the body housing 100, the first sidewall 100a of the body housing 100 is located at a spaced apart from the other end of the fastening ring 132 and the elastic body 131. will do
  • the first fastening member 130 may be mounted on the first sidewall 100a of the body housing 100 while the fastening ring 132 is inserted into the mounting groove 101 of the body housing 100 . In this state, the end of the strap (S) is wound around the fastening ring 132.
  • a strain sensor 133 is attached to the elastic body 131 .
  • the strain sensor 133 may be attached to a surface opposite to the surface to which the fastening ring 132 is connected in the elastic body 131 .
  • the strain sensor 133 measures the shape change of the first fastening member 130 or the shape change of the point where the first fastening member 130 is attached, which is caused by the tension of the strap S according to the subject's respiration. .
  • the thorax when the subject breathes, the thorax repeatedly contracts and expands.
  • a tensile force is generated in the strap (S), and the fastening ring 132 of the first fastening member 130 is pulled by the tensile force of the strap (S).
  • the fastening ring 132 is pulled, a change in shape of the elastic body 131 occurs, and the strain sensor 133 measures the change in shape of the elastic body 131 and transmits it to the circuit board 110 .
  • a fixing member 106 into which an end of the elastic body 131 (that is, the opposite side of one end of the elastic body 131 corresponding to the mounting groove) is fitted may be further formed.
  • the end of the elastic body 131 is inserted into the fixing member 106 and the position is fixed inside the body housing 100.
  • the second fastening member 120 is mounted on the second sidewall 100b of the body housing 100 facing the first sidewall 100a of the body housing 100 .
  • the second fastening member 120 may be formed in a ring shape. Both ends of the second fastening member 120 are coupled to the second sidewall 100b of the body housing 100 .
  • the second fastening member 120 is spaced apart from the second side wall 100b by a predetermined distance so that the other end of the strap S can be coupled to the second fastening member 120 in the form of being wound around the second fastening member 120. can be formed
  • the second fastening member 120 may be formed in the same shape as the first fastening member 130 and mounted to the body housing 100 in the same manner as the first fastening member 130 .
  • the second sidewall 100b of the body housing 100 to which the second fastening member 120 is mounted has the same groove as the mounting groove 101 of the first sidewall 100a to which the first fastening member 130 is mounted. (not shown) may be formed.
  • a fixing member 106 may be formed inside the second sidewall 100b of the body housing 100 to which the second fastening member 120 is mounted.
  • a bottom plate 100c is provided at the bottom of the body housing 100 .
  • a first sensing hole 105 is formed in a portion of the bottom plate 100c.
  • the first sensing hole 105 formed in the bottom plate 100c is formed on the outer surface (diaphragm 140 side) of the bottom plate 100c and the inner surface (circuit board (circuit board) of the bottom plate 100c). 110) side).
  • a fastening protrusion 104 for fastening the diaphragm 140 is formed on the outer surface of the bottom plate 100c.
  • An end of the fastening protrusion 104 may be bent in a lateral direction of the body housing 100 so that the diaphragm 140 is easily fastened thereto.
  • Pressing holes (not shown) for disposing the diaphragm 140 are formed in the lower part of the body housing 100 by the fastening protrusion 104 .
  • the diaphragm 140 is mounted on the fastening protrusion 104 so as to cover the entire bottom plate 100c of the body housing 100 . At this time, the diaphragm 140 is mounted spaced apart from the bottom plate 100c of the body housing 100 by a predetermined distance. In this way, when the diaphragm 140 is mounted at a predetermined distance from the bottom plate 100c of the main housing 100, there is a transition space between the bottom plate 100c of the main housing 100 and the diaphragm 140 ( R) (transient space) is formed.
  • the diaphragm 140 formed on the sensing device 10 is in contact with the chest of the subject, and at this time, the heartbeat of the subject transmitted by the deformation of the diaphragm 140 is It is amplified while passing through the transition space R between the diaphragm 140 and the bottom plate 100c.
  • the degree of amplification of the subject's heartbeat transmitted by deformation of the diaphragm 140 may vary depending on the shape or size of the transition space R.
  • the amplified heartbeat is input to the auscultation sensor 113 provided on the circuit board 110 through the first sensing hole 105 .
  • the stethoscope sensor 113 may be provided at a position corresponding to the first sensing hole 105 on the circuit board 110 .
  • a transition hole (not shown) connecting the first sensing hole 105 and the auscultation sensor 113 may be further formed in the circuit board 110 .
  • the transition hole may have the same diameter as the first sensing hole 105 or a smaller diameter than the first sensing hole 105 .
  • the diaphragm 140 may be formed of a shape and material capable of further amplifying a wavelength region representing a heartbeat of the subject.
  • the surface of the diaphragm 140 in contact with the test subject may be formed in the form of a flexible plate.
  • the diaphragm 140 may be formed in the form of a thin film made of a rubber material, and may be formed in the shape of a convex lens or dome convexly formed toward the object under test.
  • a sealing pad 150 may be further provided between the bottom plate 100c of the main housing 100 and the circuit board 110 .
  • the sealing pad 150 adheres to the bottom plate 100c of the body housing 100 and the circuit board 110 to prevent heartbeat sounds from leaking out.
  • a second sensing hole 151 having a diameter smaller than that of the first sensing hole 105 is formed in the sealing pad 150 at a position corresponding to the first sensing hole 105 . If a transition hole is formed in the circuit board 110 , the transition hole may have the same diameter as the second sensing hole 151 or a smaller diameter than the second sensing hole 151 .
  • the sensing device 10 may amplify only sound of a desired wavelength by adjusting the diameters of the first sensing hole 105 and the second sensing hole 151 .
  • the auscultation sensor 113 can measure even minute sounds, noise can be measured in addition to the heartbeat sound of the subject.
  • By adjusting the diameters of the first sensing hole 105 and the second sensing hole 151 desired If only the sound of the wavelength is amplified, only the desired sound (ie, heartbeat sound) can be measured through the auscultation sensor 113 .
  • the body housing 100 of the sensing device 10 may further have an extension hole 103 formed on a side surface.
  • the extension hole 103 is a hole through which the extension cable 161 for connecting the extension ECG module 160 passes toward the circuit board 110 .
  • the extended ECG module 160 (electrocardiogram) is selectively connected to the sensing device 10.
  • the extended ECG module 160 is attached to the subject's body, that is, the subject's arms, legs, or abdomen, and records the action current according to the contraction of the heart as a curve.
  • the extended ECG module 160 may be connected to an interface circuit (not shown) provided on the circuit board 110 through an extension cable 161 . At this time, the extension cable 161 is connected to the external connection terminal 111 connected to the interface circuit (not shown). If the extended ECG module 160 is wirelessly connected to the interface circuit, an external connection terminal may not be provided.
  • One or more ECG sensors may be included in the extended ECG module 160, and even when there are two or more ECG sensors, they may be connected to an interface circuit provided on the circuit board 110 through one extension cable 161.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a detachable method of the first fastening member 130 illustrated in FIG. 1 .
  • the first fastening member 130 may be detached from the body housing 100 .
  • the fastening ring 132 is moved from the mounting groove 101 in the direction of the first arrow 500 and the other end of the elastic body 131 inserted into the fixing member 106 is moved in the direction of the second arrow 510, 1
  • the fastening member 130 is detached from the body housing 100.
  • the first fastening member 130 can be easily attached or detached from the body housing 100, so that the strain sensor 133 can be easily replaced according to its lifespan.
  • FIG. 6 is a view showing a change in shape of the first fastening member 130 .
  • a tensile force in the direction of the first arrow 600 is generated in the strap S.
  • the fastening ring 132 is pulled by the strap S, and the elastic body 131 moves in the direction of the second arrow 610 while the other end of the elastic body 131 is fixed to the fixing member 106. it gets bent
  • the strain sensor 133 measures a displacement value for a shape change of the bent elastic body 131 .
  • the elastic body 131 is restored to its original state.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a modified example of the first fastening member of Example 1; As shown in FIG. 7 , the elastic body 134 of the first fastening member 130 includes a first partition wall portion 135 and a second partition wall portion 136 .
  • the first partition wall portion 135 is a portion to which the fastening ring 137 is connected.
  • the thickness of the first partition wall portion 135 is formed to a relatively smaller thickness than the thickness of the second partition wall portion 136 .
  • a strain sensor (not shown) is attached to the inner surface of the first partition wall portion 135 .
  • the second partition wall portion 136 is a part fitted to a fixing member (not shown) of the body housing (not shown).
  • the second partition wall portion 136 is formed to have a relatively thicker thickness than the first partition wall portion 135 .
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing a modified example of a body housing and a first fastening member of Example 1
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which a strain sensor is mounted on the first fastening member shown in FIG. 8 .
  • mounting grooves 108 are formed at both ends of the sidewall 107 of the body housing 100 where the first fastening member 170 is formed. Since the top of the mounting groove 108 is open, the first fastening member 170 can be detached from the body housing 100 in a sliding manner through the mounting groove 108 .
  • the first fastening member 170 includes a strap fastening plate 171, a sensor fastening part 172, and a sensor fitting groove 173.
  • the strap fastening plate 171 is a part where the strap is wound. Both ends of the strap fastening plate 171 are disposed to correspond to the mounting grooves 108 formed at both ends of the body housing 100 .
  • the length of the strap fastening plate 171 may be greater than the length between the mounting grooves 108 formed at both ends of the body housing 100 .
  • the sensor fastening portions 172 are formed to protrude from regions corresponding to the mounting grooves 108 in the strap fastening plate 171 toward the inside of the body housing 100 .
  • Each sensor fastening part 172 has an end bent in a 'c' shape. The open portion of the 'c' shape defines the sensor fitting groove 173.
  • Each sensor fastening part 172 may be arranged so that the sensor fitting grooves 173 face each other.
  • An end of the strain sensor 174 is fitted into the sensor fitting groove 173 .
  • the strain sensor 174 is spaced apart from the inside of the side surface 107 of the body housing 100 by a predetermined distance.
  • a protrusion 109 is formed inside the side wall 107 of the body housing 100 .
  • the protrusion 109 contacts the strain sensor 174 mounted on the first fastening member 170 .
  • Two or more protrusions 109 may be formed, but it may be preferable to form one at a location corresponding to the center of the strain sensor 174 .
  • FIGS. 8 and 9 are views showing the operation of the first fastening member illustrated in FIGS. 8 and 9 .
  • the strap fastening plate 171 of the first fastening member 170 is pulled in the direction of the tensile force of the strap, and the strain sensor 174 is moved to the body housing. (100) is pressed against the side wall (107).
  • the strain sensor 174 comes into contact with the protrusion 109 while being pulled to the inner wall 107 of the body housing 100 by the strap, and receives pressure at a position corresponding to the protrusion 109 .
  • the pressure value measured by the strain sensor 174 is used to measure the subject's respiration.
  • the sensing device 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 may further include a communication circuit 11 that may be connected to an external device 12 as shown in FIG. 11 .
  • the communication circuit 11 is provided on the circuit board 110 .
  • the communication circuit 11 transmits the measurement signal of the strain sensor 133 and the measurement signal of the auscultation sensor 113 to the external device 12 .
  • the external device 12 may mean a diagnosis device (not shown) or an analysis device (not shown).
  • the diagnosis device or analysis device receives at least one waveform signal of a heartbeat waveform signal (measured signal from the auscultation sensor 113) or a respiration waveform signal (measured signal from the strain sensor) from the sensing device 10, and receives the provided waveform signal. At least one of the heart rate and the respiratory rate of the subject may be calculated through.
  • the diagnosis device or analysis device may determine the abnormal state of the test subject through the heart rate, respiration rate, or electrocardiogram of the test subject.
  • the sensing device 10 may further include a temperature sensor (not shown).
  • the temperature sensor measures the external temperature of the sensing device 10 .
  • the external temperature means the temperature of an examination room in which an examination of a subject is performed.
  • the communication circuit 11 provides the temperature measured by the temperature sensor to a diagnosis device or analysis device.
  • the diagnostic device or analysis device determines the abnormal state of the test subject by comprehensively considering at least one of the heart rate or respiration rate of the subject and the external temperature measured by the temperature sensor.
  • the diagnosis device or analysis device determines whether it is caused by an abnormal condition (eg, disease) or external temperature. If at least one of the heart rate or respiratory rate of the subject increases or decreases despite the external temperature being within an appropriate room temperature, the diagnosis device or analysis device determines that an abnormal state has occurred in the subject. When the external temperature is out of the proper room temperature, the diagnosis device or the analysis device determines that the increase or decrease of at least one of the heart rate and the respiratory rate of the subject is caused by the external temperature.
  • an abnormal condition eg, disease
  • the diagnosis device or analysis device determines that an abnormal state has occurred in the subject.
  • the diagnosis device or the analysis device determines that the increase or decrease of at least one of the heart rate and the respiratory rate of the subject is caused by the external temperature.
  • an appropriate temperature range (room temperature) that does not seriously affect the determination of the abnormal state of the subject may be between 22 and 25 °, and when the temperature increases or decreases by 1 ° in the corresponding temperature range
  • the subject's respiratory rate or heart rate, which is increased every time, can be checked from an algorithm or a pre-built DB.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a wearable sensing device according to a second embodiment of the present invention.
  • the sensing device 20 of the second embodiment may be implemented in the same form as the sensing device 10 of the first embodiment, and a counting circuit 21 is further included on a circuit board (not shown). All other configurations except for the counting circuit 21 are the same as those of the first embodiment, so duplicate descriptions are omitted.
  • Respiration of the subject is divided into inhalation and expiration.
  • intercostal muscles contract to lift the ribs, and the diaphragm also contracts to go down, increasing the volume of the thoracic cage.
  • the intercostal muscles relax and the ribs go down, and the diaphragm also relaxes and goes up, reducing the volume of the thoracic cavity.
  • breathing can be defined in a broad sense that detects inspiration and expiration.
  • it may refer to expansion and contraction of the ribcage in a narrower sense, and expansion and contraction of the lungs in a more narrow sense. That is, the definition of respiration in the present invention is interpreted as a comprehensive meaning of inspiration and expiration as well as expansion and contraction of the chest or lungs.
  • the rib cage expands, and when the rib cage expands to the maximum value, it is the moment when the breathing changes, that is, the moment when the breath changes from inhalation to exhalation.
  • a tensile force is generated in the strap S.
  • the fastening ring is pulled by the strap, and the elastic body is bent while the end of the elastic body is fixed to the fixing member.
  • the elastic body is restored to its original state.
  • the strain sensor measures the displacement value of the shape change of the bent elastic body.
  • the counting circuit 21 calculates the number of breaths per minute using the peak value of the respiratory waveform measured by the strain sensor and the next peak value.
  • the heartbeat transmitted by the deformation of the diaphragm is amplified while passing through a transient space (R) between the diaphragm and the bottom plate, and the amplified heartbeat is formed on the bottom plate of the body housing 100. 1 It is measured by the auscultation sensor 113 through the sensing hole.
  • the counting circuit 21 calculates heartbeats per minute using the peak value of the heartbeat waveform measured by the auscultation sensor 113 and the next peak value.
  • the communication circuit 22 transmits at least one of the respiratory rate or the heart rate calculated by the counting circuit 21 to the external device 23 .
  • the external device 23 may be a diagnosis device or an analysis device, and the diagnosis device or analysis device may determine an abnormal state of the subject through a heart rate, a respiratory rate, or an electrocardiogram of the subject.
  • the sensing device 20 may further include a temperature sensor (not shown).
  • the temperature sensor measures the external temperature of the sensing device 20 .
  • the external temperature means the temperature of an examination room in which an examination of a subject is performed.
  • the communication circuit 22 provides the external temperature measured by the temperature sensor to the external device 23 (ie, a diagnosis device or an analysis device).
  • the diagnostic device or analysis device determines the abnormal state of the test subject by comprehensively considering at least one of the heart rate or respiration rate of the subject and the external temperature measured by the temperature sensor.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a wearable sensing device according to a third embodiment of the present invention.
  • the sensing device 30 of Embodiment 3 may be implemented in the same form as the sensing device 10 of Embodiment 1, and a counting circuit 31 and a diagnosis circuit 33 are further included on the circuit board. All other components except for the counting circuit 31 and the diagnosis circuit 33 are the same as those in the first embodiment, so duplicate descriptions are omitted. In addition, since the counting circuit 31 is the same as that of the second embodiment, redundant description will be omitted.
  • the diagnostic circuit 33 may determine an abnormal state of the subject through the heart rate or respiratory rate of the subject measured by the counting circuit 31 . For example, the diagnostic circuit 33 may determine that an abnormal state has occurred in the subject when at least one of the heart rate and the respiratory rate of the subject increases or decreases. In addition, the diagnosis circuit 33 may determine that an abnormal state has occurred if the heart rate or respiratory rate of the subject is irregular.
  • the sensing device 30 may further include a temperature sensor (not shown).
  • the temperature sensor measures the external temperature of the sensing device 30 .
  • the external temperature means the temperature of an examination room in which an examination of a subject is performed.
  • the diagnostic circuit 33 determines an abnormal state of the subject by comprehensively considering at least one of the heart rate or respiration rate of the subject and the external temperature measured by the temperature sensor.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a wearable diagnostic device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the wearable diagnosis device (40, hereinafter referred to as 'diagnosis device') of Example 4 is obtained by separating the sensor-related devices of Example 1 and the circuits for measuring the respiratory rate or heart rate through signals measured by the sensors. Components related to the sensor are built into the sensing device 50, and circuits for measuring respiration rate or heart rate are built into the arithmetic device 60.
  • the size of the sensing device 50 is limited. If a large sensing device 50 is used in spite of being a small animal, a measurement error may occur. For example, in the case of a small breed of dog, the chest is formed in a shape that protrudes sharply toward the front. If the sensing device 50 is formed large, it may not completely adhere to the chest of a small breed of dog, resulting in a measurement error.
  • Embodiment 4 it is possible to design the size of the sensing device 10 to be small by embedding sensor-related devices in the sensing device 50 and separating the remaining components from the arithmetic device 60.
  • the diagnosis device 40 of the fourth embodiment includes a sensing device 50 , an arithmetic device 60 , and a power communication line 41 .
  • Components related to the sensor are embedded in the sensing device 50 .
  • the sensing device 50 shown in FIG. 15 is included in the arithmetic device 60 rather than the main body housing 100, and the power communication line. Except for the fact that the communication through-hole (not shown) for connection of (41) is formed on the sidewall of the main body housing 500, only the drawing numbers of each component are different, and their functions are the same. For this purpose, among the configurations of the sensing device 50 of the fifth embodiment, only configurations different from those of the sensing device 10 of the first embodiment will be described.
  • a communication through-hole (not shown) through which the power communication line 41 passes is formed on the side of the body housing 500 of the sensing device 50 .
  • the power communication line 41 is connected to the communication terminal of the first circuit board 510 through the communication through hole.
  • a first circuit board 510 is mounted inside the body housing 500 . Since the sensing device 50 does not include a battery B, the first circuit board 510 has an electric circuit pattern for connection to the power communication line 41 instead of an electric circuit pattern for connection of the battery B.
  • the first circuit board 510 has the same function as the circuit board 100 except that it is formed, so a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the arithmetic unit shown in FIG. 14;
  • the arithmetic device 60 is disposed spaced apart from the sensing device 50 in a state fastened to the strap (S).
  • the arithmetic device 60 has a built-in battery B for supplying power to the sensing device 50 and a counting circuit for measuring a respiratory rate or heart rate through a measurement signal of the sensing device 50 .
  • the arithmetic unit 60 includes an upper case 600 and a lower case 700 .
  • a pair of fastening holes 610 for fastening the strap S are formed on the side of the upper case 600 of the arithmetic device 60.
  • the strap (S) passes through the inside of the upper case (600) through a pair of fastening holes (610).
  • the upper portion of the upper case 600 is shown as being formed to be closed so that the strap (S) is not visible, but may be formed to be open so that the strap (S) is visible.
  • the lower case 700 of the arithmetic unit 60 is coupled to the lower portion of the upper case 600 .
  • the lower case 700 of the arithmetic device 60 has a second circuit board 710 mounted therein.
  • An electric circuit is patterned on the second circuit board 710 so that the battery B and a counting circuit (not shown) are connected.
  • a charging hole 702 may be formed on a side of the lower case 700 .
  • the charging hole 702 is a hole through which a charging cable for charging the sensing device 50 passes.
  • the lower case 700 of the arithmetic device 60 has a communication through-hole (not shown) through which the power communication line 41 passes.
  • the power communication line 41 is connected to a communication terminal (not shown) of the second circuit board 710 through a communication through hole.
  • the battery B may supply power to the first circuit board 510 through the power communication line 41 .
  • the battery B may be charged in a wired or wireless manner, and when charged in a wireless manner, a wireless charging module may be further provided on the second circuit board 710 .
  • a charging hole 702 through which a charging cable passes may be formed on the side of the lower case 700 of the arithmetic device 60 .
  • the charging cable passes through the charging hole 702 and is connected to the charging terminal 712 formed on the circuit board 710 .
  • the counting circuit calculates the respiratory rate using the measurement signal of the strain sensor (533 in FIG. 15).
  • the counting circuit calculates the number of breaths per minute using the peak value of the respiratory waveform measured by the strain sensor and the next peak value.
  • the counting circuit calculates heartbeats per minute using the peak value of the heartbeat waveform measured by the stethoscope sensor (512 in FIG. 15) and the next peak value.
  • the communication circuit (not shown) transmits at least one of the respiratory rate or heart rate calculated in the counting circuit to an external device.
  • the external device may be a diagnosis device or an analysis device, and the diagnosis device or analysis device may determine an abnormal state of the subject through the heart rate or respiration rate of the subject.
  • the second circuit board 710 of the arithmetic device 60 may further include a diagnostic circuit (not shown).
  • the diagnosis circuit may determine an abnormal state of the subject through the heart rate, respiratory rate, or electrocardiogram of the subject measured by the counting circuit. For example, the diagnostic circuit may determine that an abnormal state has occurred in the test subject when at least one of the heart rate or respiration rate of the test subject increases or decreases. In addition, the diagnostic circuit may determine that an abnormal state has occurred if the heart rate or respiratory rate of the subject is irregular.
  • the communication circuit transmits the information determined by the diagnosis circuit to an external device.
  • One of the arithmetic device 60 and the sensing device 50 may further include a temperature sensor (not shown) for sensing an external temperature.
  • the external temperature means the temperature of an examination room in which an examination of a subject is performed.
  • the diagnostic circuit determines an abnormal state of the subject by comprehensively considering at least one of the heart rate or respiration rate of the subject and the external temperature measured by the temperature sensor.
  • the temperature sensor may be provided on the second circuit board 710 even when the diagnostic circuit is not provided, and in this case, the measured value of the temperature sensor may be transmitted to an external device through a communication circuit (not shown).
  • Example 17 is a schematic diagram showing a diagnosis device according to Example 5 of the present invention.
  • sensing device 70 and the extended ECG module 71 of Example 5 are the same as the sensing device 50 and the extended ECG module 51 of Example 4, duplicate descriptions will be omitted.
  • the arithmetic device 80 is connected to the sensing device 70 through a power communication line 81.
  • the arithmetic device 80 has a battery and a second circuit board equipped with a counting circuit for calculating the number of respirations using the measurement signal of the strain sensor. Since the counting circuit, the second circuit board, and the battery are the same as those of the fourth embodiment, the counting circuit, the second circuit board 710, and the battery B, duplicate descriptions are omitted.
  • the outer shape of the arithmetic device 80 may be formed in any shape as long as the counting circuit, the second circuit board, and the battery are embedded.
  • the arithmetic device 80 may be equipped with a communication circuit for transmitting the number of respirations calculated by the counting circuit to the outside.
  • the communication circuit transmits at least one of the respiratory rate or heart rate calculated in the counting circuit to an external device.
  • the external device may be a diagnosis device or an analysis device, and the diagnosis device or analysis device may determine an abnormal state of the subject through the heart rate, respiratory rate, or electrocardiogram of the subject.
  • the communication circuit may support at least one of wireless and wired communication.
  • the arithmetic device 60 may optionally be connected to an external device through wireless or wired communication.
  • the arithmetic device 80 may further include a diagnostic circuit.
  • the diagnostic circuit may determine an abnormal state of the subject through the heart rate or respiratory rate of the subject measured by the counting circuit. For example, the diagnostic circuit may determine that an abnormal state has occurred in the test subject when at least one of the heart rate or respiration rate of the test subject increases or decreases. In addition, the diagnostic circuit may determine that an abnormal state has occurred if the heart rate or respiratory rate of the subject is irregular.
  • the communication circuit transmits the result of the diagnosis circuit to an external device.
  • a computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and floptical disks. Included are hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, USB memory, and the like.

Abstract

본 발명은 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장력을 통해 변화되는 센싱값을 통해 피검체의 호흡수를 측정하고, 다이아프램을 통해 증폭된 심박음을 통해 피검체의 심박수를 측정할 수 있는 웨어러블 센싱장치 및 이를 이용한 진단장치에 관한 것이다. 본 발명은 제1 체결부재와 제2 체결부재가 구비되고, 하부면에 가압홀이 형성되는 본체 하우징과 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재의 부착 지점의 형상 변화를 측정하는 스트레인센서와, 다이아프램에 의해 증폭된 피검체의 심박음을 측정하는 청진센서를 실장하는 회로기판을 포함할 수 있다.

Description

웨어러블 센싱 장치 및 이를 이용한 진단 장치
본 발명은 웨어러블 센싱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검체의 호흡수와 피검체의 심박수를 측정할 수 있는 웨어러블 센싱장치 및 이를 이용한 진단장치에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 전자 장치를 이용한 헬스 케어 부분에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 전자 장치에 장착되는 센서들은 전자 장치, 전자 장치의 외부, 또는 사용자와 관련된 정보들을 수집할 수 있는데, 사용자가 자신의 상태를 체크하기 위해서는 지속적으로 생체 신호를 측정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이와 관련하여, 사용자의 운동 상태 또는 이상 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기술이 요구됨에 따라 사용자의 생체 신호를 체크하는 기능을 제공하는 전자 장치들이 개발되고 있다.
특히, 사용자로부터 수집하는 생체 신호 중 호흡수는 신체의 가장 기본적인 활력 정도를 파악하는 바이탈 사인 중 하나로서, 호흡률, 즉 분당 호흡수를 측정하기 위해 다양한 방식이 사용되고 있다.
예를 들어, 피검체의 호흡률 또는 호흡수를 측정하는 방식에는 폐활량측정법(spirometry), 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)의 방식이 존재한다.
폐활량측정법(spirometry)은 폐활량측정기를 이용하여 폐에 들어오고 나가는 공기의 흐름을 측정하는 방식이고, 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)은 호흡에 따른 CO2를 측정하는 방식이다. 이와 같은 종래의 방식은 정확도는 비교적 높으나, 추가 장비가 필요하고 지속적인 모니터링이 어렵다는 한계가 있다.
심음은 심장이 수축 및 확장할 때 발생하는 소리이다. 심음은 일반적으로 청진기를 통해 확인이 가능하지만, 청진기를 통해 심음을 확인할 경우 기타 잡음들이 함께 집음되기 때문에 잡음을 제거하기 위한 필터가 존재해야 한다.
또한, 청진기 내부에 여러 장치를 내장할 경우 청진기 내부의 구조가 복잡해져 잦은 고장으로 인한 유지보수 측면에서 불리한 단점이 있다.
뿐만 아니라, 개(강아지 포함), 고양이 및 조류와 같은 동물들은 이상 증상이 발현되지 않더라도 외부 온도에 따라 호흡수 및 심박수에 변화가 생길 수 있기 때문에 피검체의 호흡 또는 심박수의 증가가 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단하는 것이 중요하다. 그러나 종래의 측정 장치는 외부 온도를 전혀 고려하지 않기 때문에 피검체의 외부 온도가 기준치 이상으로 덥거나 기준치 이하로 추운 환경에서 기온의 영향으로 호흡수 또는 심박수가 증가될 경우 피검체가 정상 상태임에도 불구하고 이상 상태로 판단하는 오류가 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장력을 통해 변화되는 센싱값을 통해 피검체의 호흡수를 측정하고, 다이아프램을 통해 증폭된 심박음을 통해 피검체의 심박수를 측정할 수 있는 웨어러블 센싱장치 및 이를 이용한 진단장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 센싱장치는 마주보는 측부에 스트랩 체결을 위한 제1 체결부재와 제2 체결부재가 구비되고, 하부면에 가압홀이 형성되는 본체 하우징과, 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재가 구비되는 상기 본체 하우징의 제1 측벽 내부에 부착되며, 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장에 의해 발생하는 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재의 부착 지점의 형상 변화를 측정하는 스트레인센서(strain sensor)과, 상기 가압홀에 결합되며, 플렉시블 플레이트를 구비하는 다이아프램(diaphragm) 및 상기 본체 하우징에 내장되며, 상기 다이아프램에 의해 증폭된 피검체의 심박음을 측정하는 청진센서가 실장되는 회로기판을 포함할 수 있다.
상기 제1 체결부재는, 일면에 상기 스트레인센서가 부착되는 탄성몸체와, 상기 스트랩이 체결되고, 일측은 상기 탄성몸체의 타면에 결합되고 타측은 상기 탄성몸체로부터 이격되도록 형성된 체결 고리를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 본체 하우징의 상기 제1 측벽에는 장착홈이 형성되고, 상기 제1 체결부재는, 상기 장착홈을 통해 상기 상기 본체 하우징에 장착되되 상기 탄성몸체에 결합되는 상기 체결고리의 일측이 상기 장착홈에 삽입될 수 있다.
상기 본체 하우징의 하단에는 일부에 제1 센싱홀이 형성된 바닥판이 더 배치되고, 상기 청진센서는 상기 본체 하우징에 실장된 회로기판에서 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 실장되며, 상기 다이아프램의 변형에 의해 전달된 심박음은 상기 다이아프램과 상기 바닥판 사이의 전이공간(transient space)을 지나면서 증폭되고, 증폭된 심박음은 상기 제1 센싱홀을 통해 상기 청진센서로 입력될 수 있다.
상기 다이아프램은, 상기 피검체의 심박동을 나타내는 파장 영역을 더 증폭하는 형상 및 재질로 형성될 수 있다.
상기 회로기판과 상기 바닥판 사이에 배치되며, 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 상기 제1 센싱홀보다 작은 직경을 갖는 제2 센싱홀이 형성되는 실링패드를 더 포함할 수 있다.
상기 회로기판에는, 상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하고 상기 청진센서의 측정 신호를 이용하여 심박수를 계산하는 카운팅회로 및 상기 계산된 상기 호흡수 또는 상기 심박수 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신회로가 더 실장될 수 있다.
복수의 심전도 센서를 포함하는 외장 ECG 모듈을 더 포함하고, 상기 회로기판에는, 상기 외장 ECG 모듈과 연결되기 위한 인터페이스회로가 더 실장될 수 있다.
상기 회로기판에는, 상기 계산된 호흡수, 심박수, 및 상기 측정된 심전도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피검체의 이상 상태 또는 병명을 판단하는 진단회로가 더 실장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치는 마주보는 측부에 스트랩 체결을 위한 제1 체결부재와 제2 체결부재가 구비되고 하부면에 가압홀이 형성되는 본체 하우징과, 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재가 구비되는 상기 본체 하우징의 제1 측벽 내부에 부착되며 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장에 의해 발생하는 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재의 부착 지점의 형상 변화를 측정하는 스트레인센서와, 상기 가압홀에 결합되며, 플렉시블 플레이트를 구비하는 다이아프램 및 상기 본체 하우징에 내장되며, 상기 다이아프램에 의해 증폭된 피검체의 심박음을 측정하는 청진센서가 실장된 제1 회로기판을 포함하는 센싱장치와, 상기 센싱장치와 이격 배치되고 내부에 상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하는 카운팅회로가 실장된 제2 회로기판과 배터리가 내장되는 연산장치 및 상기 센싱장치와 상기 연산장치를 연결하는 전력 통신선을 포함할 수 있다.
상기 제1 체결부재는, 일면에 상기 스트레인센서가 부착되는 탄성몸체와, 상기 스트랩이 체결되고, 일측은 상기 탄성몸체의 타면에 결합되고 타측은 상기 탄성몸체와 이격되도록 형성된 체결 고리를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 본체 하우징의 상기 제1 측벽에는 장착홈 이 형성되고, 상기 제1 체결부재는 상기 장착홈을 통해 상기 본체 하우징에 장착되되, 상기 탄성몸체에 결합되는 상기 체결고리의 일측이 상기 장착홈에 삽입될 수 있다.
상기 본체 하우징의 하단에는 일부에 제1 센싱홀이 형성된 바닥판이 더 배치되고, 상기 청진센서는 상기 제1 회로기판에서 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 실장되며, 상기 다이아프램의 변형에 의해 전달된 심박음은 상기 다이아프램과 상기 바닥판 사이의 전이공간(transient space)을 지나면서 증폭되고, 증폭된 심박음은 상기 제1 센싱홀을 통해 상기 청진센서로 입력될 수 있다.
상기 다이아프램은, 상기 피검체의 심박동을 나타내는 파장 영역을 더 증폭하는 형상 및 재질로 형성될 수 있다.
상기 제1 회로기판과 상기 바닥판 사이에 배치되며, 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 상기 제1 센싱홀보다 작은 직경의 제2 센싱홀이 형성되는 실링패드를 더 포함할 수 잇다.
상기 제2 회로기판에는, 상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하고 상기 청진센서의 측정 신호를 이용하여 심박수를 계산하는 카운팅회로 및 상기 계산된 상기 호흡수 또는 상기 심박수 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신회로가 실장될 수 있다.
복수의 심전도 센서를 포함하는 외장 ECG 모듈을 더 포함하고, 상기 제1 회로기판에는, 상기 외장 ECG 모듈과 연결되기 위한 인터페이스회로가 더 실장될 수 있다.
상기 제2 회로기판에는, 상기 계산된 호흡수, 심박수 및. 상기 측정된 심전도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피검체의 이상 상태 또는 병명을 판단하는 진단회로가 더 실장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장력을 통해 변화되는 센싱값을 통해 피검체의 호흡수가 측정되고, 다이아프램을 통해 증폭된 심박음을 통해 피검체의 심박수가 측정되기 때문에 웨어러블 센싱장치 및 진단장치가 간단한 구조로 설계될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 웨어러블 센싱장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 예시된 웨어러벌 센싱장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 예시된 웨어러벌 센싱장치의 단면도이다.
도 5는 도 1에 예시된 제1 체결부재의 탈착 방식을 예시한 사시도이다.
도 6은 체결부재의 형상 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예1의 제1 체결부재의 변형된 예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 실시예1의 제1 체결부재의 변형된 예를 나타낸 분해사시도이다.
도 9는 제1 체결부재에 스트레인센서가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 8 및 도 9에 예시된 제1 체결부재의 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 웨어러블 센싱장치의 통신회로와 외부기기를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예2에 따른 웨어러블 센싱장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시예3에 따른 웨어러블 센싱장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 14은 본 발명의 실시예4에 따른 웨어러블 진단장치를 나타낸 사시도이다.
도 15는 도 13에 도시된 웨어러블 센싱장치의 단면도이다.
도 16은 도 13에 도시된 연산장치의 단면도이다.
도 17는 본 발명의 실시예5의 웨어러블 진단장치를 나타낸 개략도이다.
이하 본 발명의 몇 가지 실시예들을 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 다만 이것은 본 발명을 어느 특정한 실시예에 대해 한정하려는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상을 포함하는 모든 변형(transformations), 균등물(equivalents) 및 대체물(substitutions)은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 어느 한 구성이 어떤 서브 구성을 "구비(have)" 또는 "포함(comprise)" 한다고 기재한 경우, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른(other) 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서 "...유닛(Unit)", "...모듈(Module)" 및 "컴포넌트(Component)"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 웨어러블 센싱장치(10, 이하 '센싱장치'라 함)의 사시도이다.
센싱장치(10)는 스트랩(S)을 통해 피검체의 신체에 착용된다. 센싱장치(10)는 피검체가 호흡할 때 스트랩(S)의 인장에 의해 발생하는 체결부재의 형상 변화를 측정하여 호흡수를 계산한다. 센싱장치(10)는 피검체의 흉부에 접촉된 다이아프램(140)을 통해 증폭된 심박음을 통해 피검체의 심박수를 측정한다.
스트랩(S)은 피검체에 착용 가능하도록 밴드의 형태로 구현될 수 있다. 스트랩(S)의 양 끝단에는 버클(미도시), 스냅 단추(미도시) 또는 벨크로(미도시)와 같은 부재가 구비되어 스트랩(S)의 착용 및 해제를 용이하게 할 수 있다. 스트랩(S)은 신축성을 가지거나 길이를 조절할 수 있도록 구현됨으로써 피검체의 체형에 따라 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
센싱장치(10)에는 확장 ECG 모듈(160)(electrocardiogram)이 선택적으로 더 연결될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 예시된 센싱장치(10)의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 예시된 센싱장치(10)의 단면도이다.
본체 하우징(100)은 센싱장치(10)의 외형을 형성하는 케이스로서, 사각의 형상으로 형성될 수도 있고 원형 또는 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 본체 하우징(100)은 스트랩(S)을 통해 피검체의 신체에 착용된다.
본체 하우징(100)은 상부가 개방되고, 개방된 상부는 커버(C)에 의해 폐쇄된다. 커버(C)는 본체 하우징(100)에 탈착 가능하도록 체결될 수 있다. 커버(C)와 본체 하우징(100)의 체결 방식은 어느 하나로 한정하지 않는다.
본체 하우징(100)의 내부에는 회로기판(110)이 실장된다. 회로기판(110)은 본체 하우징(100)의 바닥판(100c) 쪽에 배치된다. 회로기판(110)에는 스트레인센서(133), 배터리(B), 확장 ECG 모듈(161), 청진센서(113) 등이 연결되도록 전기회로가 패턴 형성된다.
배터리(B)는 회로기판(110)의 상부에 배치될 수 있다. 배터리(B)는 유선 또는 무선 방식으로 충전될 수 있다. 배터리(B)가 무선 방식으로 충전되는 경우 회로기판(110)에는 무선충전 모듈(미도시)이 더 구비될 수도 있다. 배터리(B)가 유선 방식으로 충전되는 경우 본체 하우징(100)의 일측부에는 충전케이블이 관통되는 충전홀(102)이 형성될 수도 있다. 충전케이블은 충전홀(102)을 통과하여 회로기판(110)에 형성된 충전단자(112)에 접속된다.
본체 하우징(100)의 제1 측벽(100a)에는 본체 하우징(100)의 커버(C) 방향(즉, 상측 방향)으로 개방된 장착홈(101)이 형성된다. 장착홈(101)은 제1 체결부재(130)를 본체 하우징(100)에 장착시키기 위한 홈이다.
본체 하우징(100)에는 제1 체결부재(130) 및 제2 체결부재(120)가 장착된다.
제1 체결부재(130)는 탄성몸체(131) 및 체결고리(132)를 포함한다.
탄성몸체(131)는 탄성을 가지는 플레이트형태로 형성된다. 탄성몸체(131)는 장착홈(101)이 형성된 제1 측벽(100a)과 마주보도록 본체 하우징(100) 내부에 배치된다.
체결고리(132)는 일단이 탄성몸체(131) 중 장착홈(101)에 대응되는 위치에 결합되고, 타단이 탄성몸체(131)로부터 이격되도록 형성된다. 즉, 체결고리(131)의 일단은 탄성몸체(131)에 결합되고, 체결고리(131)의 타단은 제1 측벽(100a)의 외면을 따라 탄성몸체(131)의 길이 방향으로 연장되도록 형성된다. 이에 따라, 탄성몸체(131)가 본체 하우징(100) 내부에 배치되면 체결고리(132)의 타단과 탄성몸체(131)와의 이격된 부위에 본체 하우징(100)의 제1 측벽(100a)이 위치하게 된다.
제1 체결부재(130)는 체결고리(132)가 본체 하우징(100)의 장착홈(101)에 끼워지면서 본체 하우징(100)의 제1 측벽(100a)에 장착될 수 있다. 이 상태에서 체결고리(132)에는 스트랩(S)의 끝 단이 감겨지게 된다.
탄성몸체(131)에는 스트레인센서(133)가 부착된다. 스트레인센서(133)는 탄성몸체(131)에서 체결고리(132)가 연결된 면의 반대면에 부착될 수 있다. 스트레인센서(133)는 피검체의 호흡에 따른 스트랩(S)의 인장에 의해 발생하는 제1 체결부재(130)의 형상 변화 또는 제1 체결부재(130)가 부착되는 지점의 형상 변화를 측정한다.
예컨대, 피검체가 호흡할 때 흉곽은 반복하여 수축 및 팽창된다. 피검체의 흉곽이 팽창될 때 스트랩(S)에는 인장력이 발생되고, 스트랩(S)의 인장력에 의해 제1 체결부재(130)의 체결고리(132)가 당겨지게 된다. 체결고리(132)가 당겨지게 되면 탄성몸체(131)의 형상변화가 발생하게 되며 스트레인센서(133)는 탄성몸체(131)의 형상변화를 측정하여 회로기판(110)에 전송한다.
본체 하우징(100)의 내부에는 탄성몸체(131)의 끝단(즉, 장착홈에 대응되는 탄성몸체(131)의 일단의 반대측)이 끼워지는 고정부재(106)가 더 형성될 수 있다. 탄성몸체(131)의 끝단은 고정부재(106)에 끼워져 본체 하우징(100)의 내부에서 위치가 고정된다.
제2 체결부재(120)는 본체 하우징(100)의 제1 측벽(100a)과 마주보는 본체 하우징(100)의 제2 측벽(100b)에 장착된다. 제2 체결부재(120)는 고리 형상으로 형성될 수 있다. 제2 체결부재(120)의 양단은 본체 하우징(100)의 제2 측벽(100b)에 결합된다. 스트랩(S)의 타단이 제2 체결부재(120)에 감겨지는 형태로 제2 체결부재(120)에 결합될 수 있도록 제2 체결부재(120)는 제2 측벽(100b)으로부터 소정 간격 이격되게 형성될 수 있다.
제2 체결부재(120)는 제1 체결부재(130)와 동일한 형상으로 형성되어 제1 체결부재(130)와 동일한 방식으로 본체 하우징(100)에 장착될 수도 있다. 이때, 제2 체결부재(120)가 장착되는 본체 하우징(100)의 제2 측벽(100b)에는 제1 체결부재(130)가 장착되는 제1 측벽(100a)의 장착홈(101)과 동일한 홈(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 제2 체결부재(120)가 장착되는 본체 하우징(100)의 제2 측벽(100b) 내부에는 고정부재(106)가 형성될 수도 있다.
본체 하우징(100)의 하부에는 바닥판(100c)이 구비된다. 바닥판(100c)은 일부에 제1 센싱홀(105)이 형성된다. 바닥판(100c)에 형성된 제1 센싱홀(105)은 바닥판(100c)을 기준으로 바닥판(100c)의 외면(다이아프램(140) 쪽)과 바닥판(100c)의 내면(회로기판(110) 쪽)를 연통한다.
바닥판(100c)의 외면에는 다이아프램(140)이 체결되기 위한 체결돌기(104)가 형성된다. 체결돌기(104)는 다이아프램(140)이 용이하게 체결되게 하기 위해 단부가 본체 하우징(100)의 측면 방향으로 절곡될 수 있다. 체결돌기(104)에 의해 본체 하우징(100)의 하부에는 다이아프램(140)이 배치되기 위한 가압홀(도면부호 미도시)이 형성된다.
다이아프램(140)은 본체 하우징(100)의 바닥판(100c) 전체를 덮도록 체결돌기(104)에 장착된다. 이때, 다이아프램(140)은 본체 하우징(100)의 바닥판(100c)으로부터 소정 간격 이격되게 장착된다. 이와 같이, 다이아프램(140)이 본체 하우징(100)의 바닥판(100c)으로부터 소정 간격 이격되게 장착되면 본체 하우징(100)의 바닥판(100c)과 다이아프램(140)의 사이에는 전이 공간(R)(transient space)이 형성된다.
센싱장치(10)가 피검체에 착용되면, 센싱장치(10)에 형성된 다이아프램(140)이 피검체의 흉부에 접촉되고 이때 다이아프램(140)의 변형에 의해 전달된 피검체의 심박음은 다이아프램(140)과 상기 바닥판(100c) 사이의 전이 공간(R)을 지나면서 증폭된다. 다이아프램(140)의 변형에 의해 전달된 피검체의 심박음은 전이 공간(R)의 형상 또는 공간의 크기에 따라 증폭 정도가 달라질 수 있다.
증폭된 심박음은 제1 센싱홀(105)을 통해 회로기판(110)에 구비된 청진센서(113)로 입력된다. 청진센서(113)는 회로기판(110)에서 제1 센싱홀(105)에 대응하는 위치에 구비될 수 있다. 또한, 회로기판(110)에는 제1 센싱홀(105)과 청진센서(113)를 연결하는 전이홀(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 전이홀은 제1 센싱홀(105)과 동일한 직경 또는 제1 센싱홀(105)보다 작은 직경으로 형성될 수 있다.
다이아프램(140)은 피검체의 심박동을 나타내는 파장 영역을 더 증폭할 수 있는 형상 및 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 다이아프램(140)은 피검체와 접촉하는 면이 플렉시블 플레이트 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 다이아프램(140)은 고무 재질의 얇은 막 형태로 형성되고, 피검체를 향해 볼록하게 형성된 볼록렌즈 또는 돔(dome)의 형상으로 형성될 수도 있다.
본체 하우징(100)의 바닥판(100c)과 회로기판(110) 사이에는 실링패드(150)가 더 구비될 수도 있다. 실링패드(150)는 본체 하우징(100)의 바닥판(100c) 및 회로기판(110)에 밀착되어 심박음이 유출되지 않게 한다. 실링패드(150)에는 제1 센싱홀(105)에 대응하는 위치에 제1 센싱홀(105)보다 작은 직경을 갖는 제2 센싱홀(151)이 형성된다. 회로기판(110)에 전이홀이 형성된다면 전이홀은 제2 센싱홀(151)과 동일한 직경 또는 제2 센싱홀(151)보다 작은 직경으로 형성될 수도 있다.
센싱장치(10)는 제1 센싱홀(105) 및 제2 센싱홀(151)의 직경을 조절하여 원하는 파장의 소리만 증폭시킬 수 있다. 예컨대, 청진센서(113)는 미세한 소리까지 측정할 수 있기 때문에 피검체의 심박음 외에 잡음도 측정될 수 있는데, 제1 센싱홀(105) 및 제2 센싱홀(151)의 직경을 조절하여 원하는 파장의 소리만 증폭시키면 청진센서(113)를 통해 원하는 소리(즉, 심박음)만 측정될 수 있다.
센싱장치(10)의 본체 하우징(100)은 측면에 확장홀(103)이 더 형성될 수 있다. 확장홀(103)은 확장 ECG 모듈(160)이 접속되기 위한 확장 케이블(161)이 회로기판(110)을 향해 관통되는 홀이다.
확장 ECG 모듈(160)(electrocardiogram)은 센싱장치(10)에 선택적으로 연결된다. 확장 ECG 모듈(160)은 피검체의 신체 즉, 피검체의 팔, 다리 또는 복부에 부착되어 심장의 수축에 따른 활동전류를 곡선으로 기록한다.
확장 ECG 모듈(160)은 확장 케이블(161)을 통해 회로기판(110)에 구비된 인터페이스회로(미도시)에 접속될 수 있다. 이때, 확장 케이블(161)은 인터페이스회로(미도시)와 연결된 외부접속단자(111)에 접속된다. 만약, 확장 ECG 모듈(160)이 인터페이스회로와 무선 연결된다면 외부접속단자는 구비되지 않을 수도 있다.
확장 ECG 모듈(160)에는 심전도 센서가 하나 이상 구비될 수 있으며, 심전도 센서가 두 개 이상일 때에도 하나의 확장 케이블(161)을 통해 회로기판(110)에 구비된 인터페이스회로에 접속될 수 있다.
도 5는 도 1에 예시된 제1 체결부재(130)의 탈착 방식을 예시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 커버(C)를 본체 하우징(100)으로부터 탈착시킨 후 제1 체결부재(130)를 본체 하우징(100)으로부터 탈착시킬 수 있다. 체결고리(132)를 장착홈(101)으로부터 제1 화살표(500) 방향으로 이동시키고, 고정부재(106)에 삽입된 탄성몸체(131)의 타단을 제2 화살표(510) 방향으로 이동시키면 제1 체결부재(130)가 본체 하우징(100)으로부터 탈착된다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 본체 하우징(100)으로부터 제1 체결부재(130)의 탈착이 쉬워 스트레인센서(133)의 수명에 따른 교체가 용이해 진다.
도 6은 제1 체결부재(130)의 형상 변화를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 피검체가 호흡할 때 흉곽이 팽창하면 스트랩(S)에 제1 화살표(600) 방향의 인장력이 발생하게 된다. 이 때, 체결고리(132)가 스트랩(S)에 의해 당겨지고, 탄성몸체(131)의 타단이 고정부재(106)에 고정된 상태로 탄성몸체(131)가 제2 화살표(610) 방향으로 휘어지게 된다. 스트레인센서(133)는 휘어진 탄성몸체(131)의 형상 변화에 대한 변위값을 측정한다. 피검체가 호흡할 때 흉곽이 수축하면 탄성몸체(131)가 원래의 상태로 복구된다.
도 7은 실시예1의 제1 체결부재의 변형된 예를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 체결부재(130)의 탄성몸체(134)는 제1 격벽부(135)와 제2 격벽부(136)를 포함한다.
제1 격벽부(135)는 체결고리(137)가 연결된 부위이다. 제1 격벽부(135)의 두께는 제2 격벽부(136)의 두께보다 상대적으로 얇은 두께로 형성된다. 제1 격벽부(135)의 내측면에는 스트레인센서(미도시)가 부착된다.
제2 격벽부(136)는 본체 하우징(미도시)의 고정부재(미도시)에 끼워지는 부위다. 제2 격벽부(136)는 제1 격벽부(135)보다 상대적으로 두꺼운 두께로 형성된다.
스트랩(미도시)에 인장력이 발생되면 상대적으로 얇은 두께를 가지는 제1 격벽부(135)의 형상 변화가 발생하게 되고 스트레인센서는 제1 격벽부(135)의 변위량을 측정한다.
도 8은 실시예1의 본체 하우징 및 제1 체결부재의 변형된 예를 나타낸 분해사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 제1 체결부재에 스트레인센서가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8을 참조하면, 제1 체결부재(170)가 형성되는 본체 하우징(100)의 측벽(107)에는 양 끝 부위 각각에 장착홈(108)이 형성된다. 장착홈(108)은 상부가 개방되어 있어 제1 체결부재(170)가 장착홈(108)을 통해 슬라이딩 방식으로 본체 하우징(100)이 탈착될 수 있다.
제1 체결부재(170)는 스트랩체결플레이트(171), 센서체결부(172), 센서끼움홈(173)을 포함한다.
스트랩체결플레이트(171)는 스트랩이 감겨지는 부위이다. 스트랩체결플레이트(171)는 양끝 부위가 본체 하우징(100)의 양 끝 부위에 형성된 장착홈(108)에 대응하게 배치된다. 예컨대, 스트랩체결플레이트(171)의 길이는 본체 하우징(100)의 양 끝 부위에 형성된 장착홈(108) 사이의 길이보다 더 큰 길이로 형성될 수 있다.
센서체결부(172)는 스트랩체결플레이트(171)에서 장착홈(108)에 대응되는 영역으로부터 본체 하우징(100)의 내부를 향해 각각 돌출되게 형성된다. 각 센서체결부(172)는 단부가 'ㄷ'자 형상으로 절곡된다. 'ㄷ'자 형상 중 개방된 부위가 센서끼움홈(173)을 정의하게 된다. 각 센서체결부(172)는 센서끼움홈(173)이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
센서끼움홈(173)에는 스트레인센서(174)의 단부가 끼워진다. 예컨대, 스트레인센서(174)가 센서끼움홈(173)에 끼워졌을 때 스트레인선서(174)는 본체 하우징(100)의 측면(107) 내부로부터 소정간격 이격되게 배치된다.
본체 하우징(100)의 측벽(107) 내부에는 돌출부(109)가 형성된다. 돌출부(109)는 제1 체결부재(170)에 장착된 스트레인센서(174)와 접촉된다. 돌출부(109)는 두개 이상이 형성될 수도 있지만 스트레인센서(174)의 중심에 해당하는 위치에 한 개 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9에 예시된 제1 체결부재의 동작을 나타낸 도면이다.
피검체의 호흡 중 흉곽이 팽창되어 스트랩에 인장력(미도시)이 발생하면, 제1 체결부재(170)의 스트랩체결플레이트(171)가 스트랩의 인장력 방향으로 당겨지면서 스트레인센서(174)를 본체 하우징(100)의 측벽(107)으로 가압한다. 스트레인센서(174)는 스트랩에 의해 본체 하우징(100)의 내벽(107)으로 당겨지면서 돌출부(109)와 접촉하하게 되어 돌출부(109)에 대응하는 위치에 압력을 받게된다. 스트레인센서(174)에서 측정된 압력값은 피검체의 호흡을 측정하는데 사용된다.
도 1에 도시된 실시예1의 센싱장치(10)는 도 11에 도시된 바와 같이 외부기기(12)에 연결될 수 있는 통신회로(11)를 더 포함할 수 있다.
통신회로(11)는 회로기판(110)에 구비된다. 통신회로(11)는 스트레인센서(133)의 측정 신호와, 청진센서(113)의 측정 신호를 외부기기(12)로 전송한다. 여기서 외부기기(12)라 함은 진단장치(미도시) 또는 분석장치(미도시)를 의미할 수 있다. 진단장치 또는 분석장치는 센싱장치(10)로부터 심박 파형 신호(청진센서(113)의 측정 신호) 또는 호흡 파형 신호(스트레인 센서의 측정 신호) 중 적어도 하나의 파형 신호를 제공받고, 제공 받은 파형 신호를 통해 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나를 계산할 수 있다. 또한, 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수, 호흡수, 또는 심전도를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수도 있다.
한편, 센싱장치(10)에는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 온도센서는 센싱장치(10)의 외부 온도를 측정한다. 여기서 외부 온도는 피검체의 검사가 진행되는 검사실의 온도를 의미한다. 통신회로(11)는 온도센서에서 측정된 온도를 진단장치 또는 분석장치로 제공한다. 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나와 온도센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다.
예를 들면, 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하였을 때, 이상 상태(예를 들면, 질병)에 의한 것인지 또는 외부 온도에 의한 것인지를 판단한다. 만약, 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature) 임에도 불구하고 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 진단장치 또는 분석장치는 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단한다. 외부 온도가 적정 온도 범위(room temperature)를 벗어난 상태면 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나의 증가 또는 감소가 외부 온도에 의한 것으로 판단한다.
여기서, 피검체의 이상 상태 판단에 큰(serious) 영향을 미치지 않을 정도의 적정 온도 범위(room temperature)는 22~25° 사이일 수 있으며, 해당 온도 범위에서 온도가 1°씩 증가 또는 감소할 때마다 증가되는 피검체의 호흡수 또는 심박수는 알고리즘 또는 미리 구축된 DB로부터 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예2에 따른 웨어러블 센싱장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 실시예2의 센싱장치(20)는 실시예1의 센싱장치(10)와 동일한 형태로 구현될 수 있으며, 회로기판(미도시)에 카운팅회로(21)가 더 포함된다. 카운팅회로(21)를 제외한 다른 구성들은 모두 실시예1과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
피검체의 호흡은 흡기와 호기로 구분된다. 흡기(Inspiration) 과정에서는 늑간근(Intercostal muscle)이 수축하여 늑골(Rib)이 들리고, 횡격막 역시 수축함에 따라 내려가 흉강(Thoracic cage)의 부피가 늘어난다. 반대로, 호기(Expiration) 과정에서는 늑간근이 이완하여 늑골이 내려가고, 횡격막도 이완하여 올라가 흉강의 부피가 줄어든다.
본 발명에서 호흡은 흡기와 호기를 검출하는 광범위한 의미로 정의될 수 있다. 또는 좁은 의미로 흉곽의 팽창과 수축을 의미할 수 있으며, 더 좁은 의미로 폐의 팽창과 수축을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서 호흡이라는 정의는 흡기와 호기를 포괄적인 의미뿐만 아니라 흉곽 또는 폐의 팽창과 수축을 아우르는 의미로 해석된다.
여기서, 피검체가 호흡을 하면 흉곽이 팽창하는데 흉곽이 최대치로 팽창했을 때가 호흡이 변화되는 순간 즉, 들숨에서 날숨으로 변화되는 순간이다. 피검체의 호흡 중 흡기일 때 흉곽이 팽창하면 스트랩(S)에 인장력이 발생하게 된다. 이 때, 체결고리가 스트랩에 의해 당겨지고, 탄성몸체의 끝 단이 고정부재에 고정된 상태로 탄성몸체가 휘어지게 된다. 그리고 피검체의 호흡 중 호기 일 때 흉곽이 수축하면 탄성몸체가 원래의 상태로 복구된다. 스트레인센서는 휘어진 탄성몸체의 형상 변화에 대한 변위값을 측정한다.
카운팅회로(21)는 스트레인센서에서 측정된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 호흡수를 계산한다.
다이아프램의 변형에 의해 전달된 심박음은 다이아프램과 상기 바닥판 사이의 전이 공간(R)(transient space)을 지나면서 증폭되고, 증폭된 심박음은 본체 하우징(100)의 바닥판에 형성된 제1 센싱홀을 통해 청진센서(113)에서 측정된다.
카운팅회로(21)는 청진센서(113)에서 측정된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산한다.
통신회로(22)는 카운팅회로(21)에서 계산된 호흡수 또는 심박수 중 적어도 하나를 외부기기(23)로 송신한다. 외부기기(23)는 진단장치 또는 분석장치일 수 있으며, 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수, 호흡수, 또는 심전도를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수도 있다.
한편, 센싱장치(20)에는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 온도센서는 센싱장치(20)의 외부 온도를 측정한다. 여기서 외부 온도는 피검체의 검사가 진행되는 검사실의 온도를 의미한다. 통신회로(22)는 온도센서에서 측정된 외부 온도를 외부기기(23)(즉, 진단장치 또는 분석장치)로 제공한다.
진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나와 온도센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다.
도 13은 본 발명의 실시예3에 따른 웨어러블 센싱장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 실시예3의 센싱장치(30)는 실시예1의 센싱장치(10)와 동일한 형태로 구현될 수 있으며, 회로기판에 카운팅회로(31) 및 진단회로(33)가 더 포함된다. 카운팅회로(31) 및 진단회로(33)를 제외한 다른 구성들은 모두 실시예1과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다. 또한, 카운팅회로(31)는 실시예2와 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
진단회로(33)는 카운팅회로(31)에서 측정된 피검체의 심박수 또는 호흡수를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수 있다. 예컨대, 진단회로(33)는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 진단회로(33)는 피검체의 심박수 또는 호흡수가 불규칙하면 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수도 있다.
한편, 센싱장치(30)에는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 온도센서는 센싱장치(30)의 외부 온도를 측정한다. 여기서 외부 온도는 피검체의 검사가 진행되는 검사실의 온도를 의미한다. 진단회로(33)는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나와 온도센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다.
도 14은 본 발명의 실시예4에 따른 웨어러블 진단장치를 나타낸 사시도이다.
실시예4의 웨어러블 진단장치(40, 이하 '진단장치'라 함)는 실시예1에서 센서 관련된 장치들과 센서에서 측정된 신호를 통해 호흡수 또는 심박수를 측정하는 회로들을 분리시킨 것이다. 센서와 관련된 부품들은 센싱장치(50)에 내장되고, 호흡수 또는 심박수를 측정하는 회로들은 연산장치(60)에 내장된다.
예컨대, 피검체가 소형 동물일 경우 센싱장치(50)의 크기가 한정된다. 만약 소형 동물인데에도 불구하고 큰 센싱장치(50)를 사용하게 되면 측정 오차가 발생할 수 있다. 예를 들면, 소형 견종의 경우 흉부의 형태가 정면을 향해 뾰족하게 돌출되는 형태로 형성되는데 센싱장치(50)가 크게 형성되면 소형 견종의 흉부에 완전히 밀착되지 않아 측정 오차가 발생할 수도 있다.
실시예4에 따르면, 센서 관련 장치를 센싱장치(50)에 내장시키고 나머지 부품들을 연산장치(60)에 분리시킴으로써 센싱장치(10)의 크기를 작게 설계하는 것이 가능하다.
도 15는 도 14에 도시된 센싱장치의 단면도이다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 실시예4의 진단장치(40)는 센싱장치(50), 연산장치(60), 및 전력 통신선(41)을 포함한다.
센싱장치(50)에는 센서와 관련된 부품들이 내장된다.
도 15에 도시된 센싱장치(50)는 실시예1의 센싱장치(10)와 비교할 때, 배터리(B)가 본체 하우징(100)에 포함되지 않고 연산장치(60)에 포함된다는 점, 전력 통신선(41)의 연결을 위한 통신관통홀(미도시)이 본체 하우징(500)의 측벽에 형성된다는 점을 제외하고, 각 구성들의 도번만 상이할 뿐 그 기능은 동일하므로, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 실시예5의 센싱장치(50)의 구성들 중 실시예1의 센싱장치(10)와 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 센싱장치(50)의 본체 하우징(500)의 측면에는 전력 통신선(41)이 관통되는 통신관통홀(미도시)이 형성된다. 전력 통신선(41)은 통신관통홀을 통해 제1 회로기판(510)의 통신단자에 접속된다.
본체 하우징(500)의 내부에는 제1 회로기판(510)이 실장된다. 센싱장치(50)가 배터리(B)를 포함하지 않기 때문에, 제1 회로기판(510)에는 배터리(B)의 연결을 위한 전기회로 패턴 대신에 전력 통신선(41)과의 연결을 위한 전기회로 패턴이 형성된다는 점을 제외하면 제1 회로기판(510)은 회로기판(100)과 그 기능이 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 16은 도 14에 도시된 연산장치의 단면도이다.
도 14 및 도 16을 참조하면, 연산장치(60)는 스트랩(S)에 체결된 상태에서 센싱장치(50)와 이격되게 배치된다. 연산장치(60)는 센싱장치(50)로 전력을 공급하는 배터리(B), 센싱장치(50)의 측정신호를 통해 호흡수 또는 심박수를 측정하는 카운팅회로 등이 내장된다.
연산장치(60)는 상부케이스(600)와 하부케이스(700)를 포함한다.
연산장치(60)의 상부케이스(600) 측면에는 스트랩(S)이 체결되기 위한 한 쌍의 체결홀(610)이 형성된다. 스트랩(S)은 한 쌍의 체결홀(610)을 통해 상부케이스(600)의 내부를 가로지르게 관통한다. 상부케이스(600)의 상부는 스트랩(S)이 보이지 않도록 폐쇄되게 형성된 것으로 도시하였지만 스트랩(S)이 보이도록 개방되게 형성될 수도 있다.
연산장치(60)의 하부케이스(700)는 상부케이스(600)의 하부에 결합된다. 연산장치(60)의 하부케이스(700)는 내부에 제2 회로기판(710)이 실장된다.
제2 회로기판(710)에는 배터리(B) 및 카운팅회로(미도시) 등이 연결되도록 전기회로가 패턴 형성된다.
하부케이스(700)는 측면에 충전홀(702)이 형성될 수 있다. 충전홀(702)은 센싱장치(50)를 충전하기 위한 충전케이블이 관통되는 홀이다.
연산장치(60)의 하부케이스(700)는 측면에 전력 통신선(41)이 관통되는 통신관통홀(미도시)이 형성된다. 전력 통신선(41)은 통신관통홀을 통해 제2 회로기판(710)에의 통신단자(미도시)에 접속된다.
배터리(B)는 전력 통신선(41)을 통해 제1 회로기판(510)에 전력을 공급할 수도 있다. 배터리(B)는 유선 또는 무선 방식으로 충전될 수 있으며, 무선 방식으로 충전되는 경우 제2 회로기판(710)에는 무선충전 모듈이 더 구비될 수도 있다. 배터리(B)가 유선 방식으로 충전되는 경우 연산장치(60) 하부케이스(700)의 측면에는 충전케이블이 관통되는 충전홀(702)이 형성될 수도 있다. 충전케이블은 충전홀(702)을 통과하여 회로기판(710)에 형성된 충전단자(712)에 접속된다.
카운팅회로는 스트레인센서(도 15의 533)의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산한다. 카운팅회로는 스트레인센서에서 측정된 호흡 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 호흡수를 계산한다. 카운팅회로는 청진센서(도 15의 512)에서 측정된 심박 파형의 피크치와 다음 피크치를 이용하여 분당 심박수를 계산한다.
통신회로(미도시)는 카운팅회로에서 계산된 호흡수 또는 심박수 중 적어도 하나를 외부기기로 송신한다. 외부기기는 진단장치 또는 분석장치일 수 있으며, 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수 또는 호흡수를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수도 있다.
한편, 연산장치(60)의 제2 회로기판(710)에는 진단회로(미도시)가 더 포함될 수도 있다.
진단회로는 카운팅회로에서 측정된 피검체의 심박수, 호흡수, 또는 심전도를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수 있다. 예컨대, 진단회로는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 진단회로는 피검체의 심박수 또는 호흡수가 불규칙하면 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수도 있다.
통신회로는 진단회로에서 판단된 정보를 외부기기로 전송한다.
연산장치(60) 또는 센싱장치(50) 중 하나의 장치에는 외부 온도를 센싱하는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 여기서 외부 온도는 피검체의 검사가 진행되는 검사실의 온도를 의미한다. 진단회로는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나와 온도센서에서 측정된 외부 온도를 종합 고려하여 피검체의 이상 상태를 판단한다. 온도 센서는 진단회로가 구비되지 않은 경우에도 제2 회로기판(710)에 구비될 수 있으며, 이때 온도 센서의 측정값은 통신회로(미도시)에 의해 외부기기로 전송될 수 있다.
도 17는 본 발명의 실시예5의 진단장치를 나타낸 개략도이다.
실시예5의 센싱장치(70) 및 확장 ECG 모듈(71)은 실시예4의 센싱장치(50) 및 확장 ECG 모듈(51)과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
연산장치(80)는 센싱장치(70)와 전력 통신선(81)으로 연결된다. 연산장치(80)는 내부에 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하는 카운팅회로가 실장된 제2 회로기판과 배터리가 내장된다. 카운팅회로, 제2 회로기판 및 배터리는 실시예4의 카운팅회로, 제2 회로기판(710) 및 배터리(B)와 동일하므로 중복된 설명을 생략한다. 연산장치(80)의 외형은 카운팅회로, 제2 회로기판 및 배터리가 내장된다면 어떠한 형태로 형성되어도 무방하다. 연산장치(80)에는 카운팅회로에서 계산된 호흡수를 외부로 송신하는 통신회로가 실장될 수 있다.
통신회로는 카운팅회로에서 계산된 호흡수 또는 심박수 중 적어도 하나를 외부기기로 송신한다. 외부기기는 진단장치 또는 분석장치일 수 있으며, 진단장치 또는 분석장치는 피검체의 심박수, 호흡수 또는 심전도를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수도 있다. 통신회로는 무선 및 유선 통신 중 적어도 하나를 지원할 수 있다. 연산장치(60)는 선택적으로 무선 또는 유선 통신을 통해 외부기기와 연결될 수 있다.
연산장치(80)에는 진단회로가 더 포함될 수 있다. 진단회로는 카운팅회로에서 측정된 피검체의 심박수 또는 호흡수를 통해 피검체의 이상 상태를 판단할 수 있다. 예컨대, 진단회로는 피검체의 심박수 또는 호흡수 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 피검체에 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 진단회로는 피검체의 심박수 또는 호흡수가 불규칙하면 이상 상태가 발생된 것으로 판단할 수도 있다. 통신회로는 진단회로의 결과를 외부기기로 전송한다.
이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한 상술한 장치 또는 시스템의 부분적 기능들은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

Claims (18)

  1. 마주보는 측부에 스트랩 체결을 위한 제1 체결부재와 제2 체결부재가 구비되고, 하부면에 가압홀이 형성되는 본체 하우징;
    상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재가 구비되는 상기 본체 하우징의 제1 측벽 내부에 부착되며, 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장에 의해 발생하는 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재의 부착 지점의 형상 변화를 측정하는 스트레인센서(strain sensor);
    상기 가압홀에 결합되며, 플렉시블 플레이트를 구비하는 다이아프램(diaphragm); 및
    상기 본체 하우징에 내장되며, 상기 다이아프램에 의해 증폭된 피검체의 심박음을 측정하는 청진센서가 실장되는 회로기판을 포함하는 웨어러블 센싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 체결부재는,
    일면에 상기 스트레인센서가 부착되는 탄성몸체; 및
    상기 스트랩이 체결되고, 일측은 상기 탄성몸체의 타면에 결합되고 타측은 상기 탄성몸체로부터 이격되도록 형성된 체결 고리를 포함하는 웨어러블 센싱장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 본체 하우징의 상기 제1 측벽에는 장착홈이 형성되고,
    상기 제1 체결부재는 상기 장착홈을 통해 상기 본체 하우징에 장착되되, 상기 탄성몸체에 결합되는 상기 체결고리의 일측이 상기 장착홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 센싱장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징의 하단에는 제1 센싱홀이 형성된 바닥판이 더 배치되고, 상기 청진센서는 상기 회로기판에서 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 실장되며,
    상기 다이아프램의 변형에 의해 전달된 심박음은 상기 다이아프램과 상기 바닥판 사이의 전이공간(transient space)을 지나면서 증폭되고, 증폭된 심박음은 상기 제1 센싱홀을 통해 상기 청진센서로 입력되는 웨어러블 센싱장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회로기판과 상기 바닥판 사이에 배치되며, 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 상기 제1 센싱홀보다 작은 직경을 갖는 제2 센싱홀이 형성되는 실링패드를 더 포함하는 웨어러블 센싱장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이아프램은 상기 피검체의 심박동을 나타내는 파장 영역을 더 증폭하는 형상 및 재질로 형성되는 웨어러블 센싱장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판에는,
    상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하고 상기 청진센서의 측정 신호를 이용하여 심박수를 계산하는 카운팅회로; 및
    상기 계산된 상기 호흡수 또는 상기 심박수 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신회로가 더 실장되는 웨어러블 센싱장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회로기판에는 상기 계산된 호흡수, 심박수, 및 심전도 센서에 의해 측정된 심전도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피검체의 이상 상태 또는 병명을 판단하는 진단회로가 더 실장되는 웨어러블 센싱장치.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 심전도 센서를 포함하는 외장 ECG 모듈을 더 포함하고,
    상기 회로기판에는 상기 외장 ECG 모듈과 연결되기 위한 인터페이스회로가 더 실장되는 웨어러블 센싱장치.
  10. 마주보는 측부에 스트랩 체결을 위한 제1 체결부재와 제2 체결부재가 구비되고 하부면에 가압홀이 형성되는 본체 하우징과, 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재가 구비되는 상기 본체 하우징의 제1 측벽 내부에 부착되며 피검체의 호흡에 따른 스트랩의 인장에 의해 발생하는 상기 제1 체결부재 또는 상기 제1 체결부재의 부착 지점의 형상 변화를 측정하는 스트레인센서와, 상기 가압홀에 결합되며 플렉시블 플레이트를 구비하는 다이아프램, 및 상기 본체 하우징에 내장되며 상기 다이아프램에 의해 증폭된 피검체의 심박음을 측정하는 청진센서가 실장된 제1 회로기판을 포함하는 센싱장치;
    상기 센싱장치와 이격 배치되고 내부에 상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하는 카운팅회로가 실장된 제2 회로기판과 배터리가 내장되는 연산장치; 및
    상기 센싱장치와 상기 연산장치를 연결하는 전력 통신선을 포함하는 웨어러블 진단장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 체결부재는,
    일면에 상기 스트레인센서가 부착되는 탄성몸체;
    상기 스트랩이 체결되고, 일측은 상기 탄성몸체의 타면에 결합되고 타측은 상기 탄성몸체와 이격되도록 형성된 체결 고리를 포함하는 웨어러블 진단장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 본체 하우징의 상기 제1 측벽에는 장착홈 이 형성되고,
    상기 제1 체결부재는 상기 장착홈을 통해 상기 본체 하우징에 장착되되, 상기 탄성몸체에 결합되는 상기 체결고리의 일측이 상기 장착홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 진단장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 본체 하우징의 하단에는 제1 센싱홀이 형성된 바닥판이 더 배치되고, 상기 청진센서는 상기 제1 회로기판에서 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 실장되며,
    상기 다이아프램의 변형에 의해 전달된 심박음은 상기 다이아프램과 상기 바닥판 사이의 전이공간을 지나면서 증폭되고, 증폭된 심박음은 상기 제1 센싱홀을 통해 상기 청진센서로 입력되는 웨어러블 진단장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 회로기판과 상기 바닥판 사이에 배치되며, 상기 제1 센싱홀에 대응하는 위치에 상기 제1 센싱홀보다 작은 직경의 제2 센싱홀이 형성되는 실링패드를 더 포함하는 웨어러블 진단장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 다이아프램은 상기 피검체의 심박동을 나타내는 파장 영역을 더 증폭하는 형상 및 재질로 형성되는 웨어러블 진단장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제2 회로기판에는,
    상기 스트레인센서의 측정 신호를 이용하여 호흡수를 계산하고 상기 청진센서의 측정 신호를 이용하여 심박수를 계산하는 카운팅회로; 및
    상기 계산된 상기 호흡수 또는 상기 심박수 중 적어도 하나를 외부로 송신하는 통신회로가 실장되는 웨어러블 진단장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 회로기판에는 상기 계산된 호흡수, 심박수, 및 심전도 센서에 의해 측정된 심전도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피검체의 이상 상태 또는 병명을 판단하는 진단회로가 더 실장되는 웨어러블 진단장치.
  18. 제10항에 있어서,
    복수의 심전도 센서를 포함하는 외장 ECG 모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 회로기판에는 상기 외장 ECG 모듈과 연결되기 위한 인터페이스회로가 더 실장되는 웨어러블 진단장치.
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