WO2024035138A1 - 생체활성징후 측정 장치 - Google Patents

생체활성징후 측정 장치 Download PDF

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WO2024035138A1
WO2024035138A1 PCT/KR2023/011795 KR2023011795W WO2024035138A1 WO 2024035138 A1 WO2024035138 A1 WO 2024035138A1 KR 2023011795 W KR2023011795 W KR 2023011795W WO 2024035138 A1 WO2024035138 A1 WO 2024035138A1
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WO
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sensor
axis
equation
acceleration
unit
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PCT/KR2023/011795
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English (en)
French (fr)
Inventor
김인호
김종훈
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럭스나인 주식회사
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    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a device for measuring vital signs of the body, including a position determination unit. More specifically, embodiments of the present invention relate to an apparatus for measuring body vital signs based on the determined body position while easily determining the body position when measuring body data.
  • electronic devices to which the above information and communication technology is applied such as wearable watches, provide body data such as body temperature, pulse, blood oxygen partial pressure, and electrocardiogram.
  • body data such as body temperature, pulse, blood oxygen partial pressure, and electrocardiogram.
  • vital signs that can confirm changes in the user's body can be detected.
  • the electronic device measures body data
  • problems may arise in the reliability of the body data as the data varies depending on measurement conditions.
  • the measurement conditions for an electrocardiogram test are, “The patient is placed in a supine (or semi-sitting) position, the patient is not moved during the test, and metal is removed from the patient’s body. [Source: Cardiology Department ECG Measurement Manual].” Therefore, in order to measure an electrocardiogram that has medical significance when there is no metal in the patient's body, first, the position of the subject must be supine, semi-sitting, or semi-Fowler's position, and second, it must be confirmed that the subject is sufficiently stable. do. Therefore, in a medical environment, body data needs to be measured while the patient's position is specified.
  • patient positions are broadly classified into 12 positions: supine, prone, side, dorsolateral position, lithotomy position, hamstring position, Simms position, Fowler position, semi-Fowler position, Trendelberg position, and modified Trendel position. It is defined as bug position, jackknife position, etc.
  • the hospitalized patient's position should be close to the basic anatomical position to maintain a comfortable state, the joints should be slightly bent to prevent an increase in muscle tension and fatigue, and the normal range of motion (ROM) of the joint should be observed when changing.
  • ROM normal range of motion
  • supine position has been the standard nursing position for hundreds of years is because it has a wide range of benefits, including reduced risk of suffocation, reduced esophageal reflux, reduced strain on lung function, and increased sleep.
  • benefits including reduced risk of suffocation, reduced esophageal reflux, reduced strain on lung function, and increased sleep.
  • the prone position or prone position, is often used in spine and neck surgery, neurosurgery, colorectal surgery, vascular surgery, and tendon repair. Additionally, a position close to the sitting position is used in neurosurgery and shoulder surgery. Additionally, the Fowler position, which is similar to sitting on a beach chair, is used in rhinoplasty, abdominoplasty, and breast augmentation.
  • each wearable digital healthcare device mainly measures vital signs.
  • the four major vital signs include blood pressure, pulse, respiration, and body temperature.
  • normal blood pressure is 120/80 mmHg systolic/diastolic
  • normal pulse is 60 to 100 beats per minute
  • normal respiration is 12 to 20 beats per minute
  • normal body temperature is 36 to 37°C.
  • the measured values cannot be used as a basis for determining whether the subject's vital signs are normal.
  • the vital signs are stable, if it is not possible to determine whether the subject is stable in a standing or lying state, the usefulness of the measured values as medical data is lost.
  • the smartwatch can measure blood oxygen saturation and pulse.
  • the data measured while the subject is shaking their arms is not used for medical purposes at all, and only serves the function of determining whether or not the patient is asleep based on reduced movement even when sleeping.
  • the conditions for measuring an electrocardiogram are, "The patient is placed in a supine (or semi-sitting) position, the patient is not moved during the test, and metal is removed from the patient's body. [Source: Cardiovascular Medicine ECG Measurement Manual]" The measurement conditions for other vital signs are no different. Therefore, if it can be confirmed that the subject is stable in the supine or supine position, the data measured thereafter can be used for medical purposes.
  • pulse rate per minute, blood oxygen partial pressure, and respiratory rate per minute are measured based on the blood oxygen saturation (SpO2) sensor, and I-guided electrocardiogram is performed based on the ECG sensor.
  • SpO2 blood oxygen saturation
  • I-guided electrocardiogram is performed based on the ECG sensor.
  • a vital sign measurement device that can measure vital signs such as V1 to V6 electrocardiogram and blood sugar based on a strip sensor.
  • the main vital signs to be measured may differ for each user, but a system that can measure pulse/blood oxygen partial pressure/respiration/ECG I/ECG (V1 ⁇ V6)/blood sugar, etc. is expensive when used. However, it inevitably has disadvantages such as short battery life and significant sensor system weight. Therefore, there is a demand for a vital signs measuring device that uses only one or two sensor systems as needed and can add sensor systems later as needed.
  • Embodiments of the present invention provide a vital sign measuring device capable of measuring vital signs while recognizing that a stable position has been maintained for a certain period of time.
  • the vital signs measuring device includes a position measurement unit attachable to the inside of a pentagonal cubic space of the body, detachably connected to the position measurement unit, and at least one of the body vital signs.
  • a bio-signal measuring unit capable of measuring, a wireless communication unit that transmits data calculated by the bio-signal measuring unit to the outside when the position measuring unit determines the body to be in a specific position, and the position measuring unit and a vital signal measuring unit.
  • a power supply unit that supplies power to the wireless communication unit, and the pentagonal space is defined as the inside of a pentagon connecting the pectoralis major apex on the left and right sides of the body, the apex of both shoulder deltoid muscles, and the chin.
  • the position measurement unit determines that the direction opposite to gravity is the Z-axis direction, the frontal viewing direction in the upright state of the body is the X-axis direction, and the Y-axis direction is the vector product of the X-axis direction.
  • a sensor that calculates acceleration or angular velocity for each of the three absolute directions according to an absolute coordinate system each defined as the direction for generating the Z-axis, and a sensor for each of the three absolute directions using the acceleration or angular velocity.
  • a calibrator that calculates tilt values a calibrator that derives corrected sensor tilt values by correcting the tilt values of the sensor using the tilt value of the sensor itself, which changes depending on the attachment position of the sensor when the body stands up, and It may include a determiner that specifies the body position from the corrected sensor tilt values.
  • the senor may include an acceleration sensor or a gyro sensor.
  • the acceleration in the X - axis direction is defined as ⁇ is defined,
  • Acceleration measurements for each of the X-axis and Z-axis directions are vector It is defined as,
  • Equation 1 The acceleration ( ⁇ y ) in the Y-axis direction satisfies Equation 1 to Equation 2 below,
  • a method for determining body position characterized in that the tilt values of the sensor are defined by Equation 3 below.
  • ⁇ xr arccos(R x /R)
  • ⁇ Yr arccos(R Y /R)
  • ⁇ zr arccos(R z /R)
  • ⁇ xr , ⁇ Yr , and ⁇ zr are the sensor tilts in the X-axis , Y-axis, and Z - axis directions, respectively, and R is the size for each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and R is is the size of
  • the calibrator may be provided to correct tilt values of the sensor by matching the three-axis absolute directions and the three-axis local directions according to a local coordinate system defined by the sensor itself.
  • the calibrator may be equipped to correct the obtained tilt values of the sensor using matrix transformation using Equation 4 below.
  • ⁇ is a rotation angle that rotates the z-axis direction according to the local coordinate system of the sensor attached to the patient when the patient stands up to match the z-axis direction according to the absolute coordinate system along the counterclockwise direction.
  • the bio-signal measuring unit may include at least one of a PPG sensor, a body temperature sensor, a standard electrocardiogram induction sensor, and a blood sugar sensor.
  • the position measurement unit, the bio-signal measurement unit, and the wireless communication unit may transmit and receive data using I2C communication.
  • the position measurement unit may function in master mode
  • the bio-signal measurement unit may function in slave mode
  • vital signs can be measured when it is recognized that a stable position has been maintained for a certain period of time. Furthermore, only one or two sensor modules are used as needed, and sensors are added as needed later. Modules can be added.
  • Figure 1 is a photograph defining the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and the pentagonal cubic space based on the patient's standing state.
  • Figure 2 is a block diagram for explaining a vital signs measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a plan view for explaining the bio-signal measuring unit of Figure 2.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining I2C communication of the wireless communication unit of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method by which the position measuring unit of FIG. 2 determines the position.
  • Figure 6 is a schematic diagram for explaining an example of determining the semi-sitting position.
  • Figure 7 is an azimuth coordinate system for explaining a method of calculating the tilt value of a sensor using acceleration measurements.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the difference between the directions defined in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions defined in FIG. 4 and the directions of the sensor itself.
  • Figure 9 is a schematic diagram illustrating the step of correcting the tilt values of the sensor using the tilt value of the sensor itself.
  • Figure 10 is a flow chart for explaining the operation of the physical activity sign measuring device according to embodiments of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • Figure 1 is a photograph defining the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and the pentagonal cubic space based on the patient's standing state.
  • Figure 2 is a block diagram for explaining a vital signs measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a plan view for explaining the bio-signal measuring unit of Figure 2.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining I2C communication of the wireless communication unit of FIG. 2.
  • the vital signs measuring device 10 includes a body position measurement unit 110, a biosignal measurement unit 130, a wireless communication unit 150, and a power supply unit. Includes (170).
  • the position measurement unit 110 can be attached inside the pentagonal cubic space of the body. The configuration and method of the position measurement unit to determine the body position will be described later.
  • the bio-signal measuring unit 130 is provided to be connectable with the body position measuring unit 110. That is, the bio-signal measurement unit 130 includes a plurality of modular measurement modules and can be connected to the body position measurement unit 110. Accordingly, the bio-signal measuring unit 130 uses only one or two sensor modules as needed, and sensor modules may be added later as needed.
  • the biosignal measurement unit 130 can measure at least one of the body's bioactivity signs. For example, the biosignal measurement unit 130 measures pulse rate per minute, blood oxygen partial pressure, and respiratory rate per minute based on a blood oxygen saturation (SpO2) sensor, and measures I-induced electrocardiogram and V1 to V6 based on the ECG sensor. It can measure vital signs such as electrocardiogram and blood sugar based on strip sensor.
  • SpO2 blood oxygen saturation
  • B represents a PPG sensor
  • C represents a body temperature sensor
  • D represents a standard electrocardiogram I induction sensor
  • E represents an electrocardiogram V1 to V6 induction sensor
  • F represents a blood sugar sensor.
  • the wireless communication unit 150 transmits data calculated by the position measurement unit 110 and the biosignal measurement unit 130 to the outside.
  • the wireless communication unit 150 performs data transmission using I2C communication.
  • the I2C (Inter-integrated circuit) communication method is a line. It has an SDA line for sending and receiving data and an SCL line corresponding to a clock line for synchronizing timing.
  • each measurement module (B, C, D, E%) included in the biosignal measurement unit 130 includes SDA and SCL terminals required for I2C communication. All measurement modules share a total of four terminals, including the SDA terminal, SCL terminal, and - (ground) and + (power) power terminals connected to the power supply.
  • the position measurement unit 110 functions as a master mode for communication, and the remaining measurement modules operate in a slave mode.
  • Each slave is given an address with a number between 0 and 127, and upon request from the master, measurement data is transmitted to the body position measurement unit through the SDA and SCL lines.
  • the position measuring unit 110 transmits data to the outside through the wireless communication unit 150.
  • the master's command provided to the slave's address regardless of the order in which the biosignal measuring unit 130 is coupled to the body position measuring unit 110 Data can be sent to the address assigned accordingly.
  • each address can be assigned as B: 0x01, C: 0x02, D: 0xA, E: 0x0C, and F: 0x0F. . Therefore, the position measurement unit 110 can transmit the measurement data read from each measurement module to the outside through the wireless communication unit, regardless of the combination order. In this way, the biosignal measurement unit 130 can add or subtract up to 127 measurement modules.
  • Figure 5 is a flowchart for explaining a method of determining the position of a nursing patient according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic diagram for explaining an example of determining the semi-sitting position.
  • the position measurement unit includes a sensor, a calculator, a calibrator, and a determinator.
  • the opposite direction of gravity is defined as the Z-axis direction
  • the frontal viewing direction in the upright state of the body is defined as the can be defined.
  • each of the three axis directions according to the absolute coordinate system is defined.
  • the sensor can first measure acceleration or angular velocity in three axes according to the absolute coordinate system.
  • the calculator calculates tilt values of the sensor for each of the three axis directions using the acceleration or angular velocity.
  • the calibrator calculates corrected sensor tilt values by correcting the tilt values of the sensor using the tilt value of the sensor itself, which changes depending on the attachment position of the sensor when the body stands up.
  • the determiner specifies the patient's position from the corrected sensor tilt values.
  • the pentagonal cubic space can be defined as the inside of a pentagon connecting the patient's left and right pectoralis major tips, both shoulder deltoid muscle tips, and the chin.
  • the pentagonal cubic space is defined as the inside of a pentagon connecting the patient's left and right pectoralis major tips, both shoulder deltoid muscle tips, and the chin.
  • the sensor may be attached to the anterior mediastinum of the patient.
  • the supine position semi-sitting (Fowler's position)
  • semi-Fowler's position which are frequently used during medical diagnosis.
  • the pentagonal cubic space can secure the most accurate acceleration or angular velocity value when a sensor is located.
  • the sensor may be, for example, an acceleration sensor or a gyro sensor.
  • acceleration may be measured
  • gyro sensor angular velocity may be measured.
  • Patient positions are broadly classified into 12 positions: supine, prone, side, dorsolateral, lithotomy, hamstring, Sims, Fowler, anti-Fowler, Trendelberg, modified Trendelberg, jackknife, etc. It can be divided into:
  • tilt values of the sensor for each of the three axes directions according to the absolute coordinate system are calculated using the acceleration or angular velocity (S120).
  • Equation 1 the acceleration ( ⁇ Y ) in the Y-axis direction satisfies Equation 1 and Equation 2 below.
  • the senor is receiving 9.8m/s ⁇ 2 gravitational acceleration in the direction of the center of the Earth, that is, in the direction of gravity. Accordingly, if the sensor is attached to the chest of a standing patient and the patient to which the sensor is attached is standing, an acceleration of 9.8 m/s 2 is acting in the minus direction of the z-axis, which is opposite to the direction of gravity.
  • the vector sum of the gravitational acceleration value of the sensor is always a vector with a magnitude of 1G (9.8m/sec 2 ) and a direction of -Z in the absence of patient fluctuations.
  • the size of the vector sum of the x, y, and z values of the stationary accelerometer always converges to the value of 9.8.
  • Figure 6 is an azimuth coordinate system for explaining a method of calculating the tilt value of a sensor using acceleration measurements.
  • the acceleration measurements for each of the X-axis and Z-axis directions are vectors. It is defined as, and the tilt values of the sensor are defined as Equation 3 below.
  • ⁇ xr arccos(R x /R)
  • ⁇ Yr arccos(R Y /R)
  • ⁇ zr arccos(R z /R)
  • ⁇ xr , ⁇ Yr and ⁇ zr are the sensor tilts in the X-axis, Y-axis and Z - axis directions, respectively, and R is the magnitude for each direction, and R is the vector is the size of
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the difference between the directions defined in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions defined in FIG. 1 and the directions of the sensor itself.
  • Figure 9 is a schematic diagram illustrating the step of correcting the tilt values of the sensor using the tilt value of the sensor itself.
  • the tilt values of the sensor are corrected using the sensor's own tilt value that changes depending on the attachment position of the sensor, thereby deriving the corrected sensor tilt values (S130 ).
  • the gravity value of the sensor may vary depending on the attachment surface of the sensor, which is a part of the patient's body. Therefore, it is necessary to correct using the tilt value of the sensor itself.
  • the z-axis direction of the sensor itself which changes depending on the attachment position of the sensor, is adjusted according to the absolute coordinate system. It can be aligned with the Z-axis direction.
  • the surface where the chip is attached to the circuit board is the The normal direction is defined as the z-axis direction of the sensor itself. Therefore, the local coordinate system including the x-axis, y-axis, and z-axis directions of the sensor itself attached to the pentagonal cubic space of the patient on the other hand is based on the space with the vertical direction of the patient's standing state as the Z-axis. It is different from the absolute coordinate system.
  • the step of matching the z-axis direction of the sensor itself with the z-axis direction may rotate the z-axis direction of the sensor itself by 60 to 70°. This is because the patient's chest is tilted at an angle of 20 to 30° with respect to the (-)Z-axis direction, which is the direction of gravity.
  • the corrected sensor tilt values ( ⁇ xr' , ⁇ Yr', and ⁇ zr' ) are derived through matrix transformation using the obtained sensor tilt value using Equation 4 below.
  • ⁇ is a rotation angle that rotates the z-axis direction according to the local coordinate system of the sensor attached to the patient when the patient stands up counterclockwise to match the z-axis direction according to the absolute coordinate system.
  • the patient's position is specified from the corrected sensor tilt values (S140).
  • Figure 10 is a flow chart for explaining a method of securing data on physical activity signs of nursing patients according to embodiments of the present invention.
  • the presence or absence of a signal regarding the patient's preliminary physical activity signs is checked (S210).
  • the preliminary physical activity signs are bioactivity signs that only the human body has. For example, body temperature, respiration, pulse, blood oxygen saturation, and electrocardiogram are first measured and then processed as a start command.
  • the patient's position is determined by measuring the body angle (S220). It is determined whether the patient's position is suitable (S225). Afterwards, the patient's main physical activity signs are measured, and then data regarding the main physical activity signs is transmitted (S230).
  • the direction of gravity is defined as the Z-axis direction
  • the frontal viewing direction in the patient's standing state is defined as the X-axis direction.
  • tilt values of the sensor for each of the three axes directions are calculated using the acceleration or angular velocity.
  • corrected sensor tilt values are derived.
  • the patient's position is specified from the corrected sensor tilt values.
  • the pentagonal cuboid space is defined as the inside of a pentagon connecting the patient's left and right pectoralis major tips, both shoulder deltoid muscle tips, and the chin.
  • Devices include a processor, memory for storing and executing program data, permanent storage such as a disk drive, a communication port for communicating with an external device, a touch panel, keys, and buttons. It may include user interface devices such as the like.
  • Methods implemented as software modules or algorithms may be stored on a computer-readable recording medium as computer-readable codes or program instructions executable on the processor.
  • computer-readable recording media include magnetic storage media (e.g., ROM (read-only memory), RAM (random-access memory), floppy disk, hard disk, etc.) and optical read media (e.g., CD-ROM). ), DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • the computer-readable recording medium is distributed among computer systems connected to a network, so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
  • the media may be readable by a computer, stored in memory, and executed by a processor.
  • Embodiments of the invention may be represented by functional block configurations and various processing steps. These functional blocks may be implemented as any number of hardware or/and software configurations that execute specific functions. For example, embodiments may include integrated circuit configurations such as memory, processing, logic, look-up tables, etc., capable of executing various functions under the control of one or more microprocessors or other control devices. can be hired. Similar to the fact that the components of the invention can be implemented as software programming or software elements, embodiments may include various algorithms implemented as combinations of data structures, processes, routines or other programming constructs, such as C, C++, , may be implemented in a programming or scripting language such as Java, assembler, etc. Functional aspects may be implemented as algorithms running on one or more processors.
  • embodiments may employ conventional technologies for electronic environment settings, signal processing, and/or data processing.
  • Terms such as “mechanism,” “element,” “means,” and “configuration” may be used broadly and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include the meaning of a series of software routines in connection with a processor, etc.
  • connections or connection members of lines between components shown in the drawings exemplify functional connections and/or physical or circuit connections, and in actual devices, various functional connections or physical connections may be replaced or added. Can be represented as connections, or circuit connections. Additionally, if there is no specific mention such as “essential,” “important,” etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.

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Abstract

생체활력징후 측정 장치는, 신체의 오각입방체상존 공간 내부에 부착 가능한 체위 측정부, 체위 측정부와 탈착 가능하게 연결되며, 상기 신체의 생체활성징후들 중 적어도 하나를 측정할 수 있는 생체신호 측정부, 상기 체위 측정부가 상기 신체를 특정 체위로 판정할 경우, 상기 생체신호 측정부에서 산출된 데이터를 외부로 전송하는 무선 통신부 및 상기 체위 측정부, 생세신호 측정부 및 상기 무선통신부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다. 이로써, 신체의 특정 체위에 대하여 안정적이고 신뢰 가능한 생체활력징후 데이터가 확보될 수 있다.

Description

생체활성징후 측정 장치
본 발명의 실시예들은 체위 판정 유닛을 포함하여 신체의 생체활성징후 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 신체 데이터를 측정시 측정시 신체의 체위를 용이하게 판정할 수 있으면서 판정된 체위를 기준으로 신체의 생체활성징후 측정 장치에 관한 것이다.
최근, 정보통신기술이 비약적으로 발전되고, 보건의료에 대한 사회적인 인식이 크게 변화되면서 정보통신기술과 보건의료기술의 결합을 통하여 진료중심의 의료에서 예방중심의 의료로, 질병관리 중심의 의료에서 건강관리 중심의 의료시스템을 구축하고자 하는 노력이 진행되고 있다.
특히, 상기 정보통신기술이 적용된 전자 기기, 예를 들면 웨어러블 와치 등은 신체의 체온, 맥박, 혈중 산소분압, 심전도와 같은 신체 데이터를 제공한다. 이로써, 신체 데이터가 누적됨에 따라 사용자의 신체 변화를 확인할 수 있는 생활활력징후가 감지될 수 있다.
하지만, 상기 전자 기기가 신체 데이터를 측정할 때, 측정 조건에 따라 그 데이터가 달라짐에 따라 상기 신체 데이터의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 예를 들면, 심전도 검사의 측정 조건은 "환자를 앙와위(혹은 반좌위)로 눕히고 검사하는 동안 움직이지 않도록 하며, 환자의 신체에 금속을 제거한다.[출처; 순환기내과 심전도 측정 매뉴얼]" 이다. 따라서 환자의 신체에 금속이 없는 경우 의학적 의미가 있는 심전도의 측정을 위해서는 첫째, 피측정자의 체위가 앙와위나 반좌위, 반파울러씨위 일 것이며, 둘째, 피측정자가 충분히 안정적이었다고 확인할 수 있을 것이 요구된다. 따라서, 의료 환경에서 환자의 체위가 특정된 상태에서, 신체 데이터가 측정될 필요가 있다.
여기서, 의료 환경에서 환자의 체위는 크게 12가지로 분류되며 앙와위, 복와위, 측위,배횡와위, 쇄석위, 슬흉위, 심스체위, 파울러체위, 반파울러체위, 트렌델버그체위, 변형트렌델버그체위, 잭나이프체위 등으로 정의된다.
즉, 입원 환자의 체위는 기본 해부학적 체위에 가깝게 하여 편안한 상태를 유지하도록 하며, 관절은 약간 굴곡시켜 근긴장도와 피로의 증가를 막고, 변경 시 관절의 운동정상범위(ROM)를 준수한다. 욕창의 위험이 있는 환자의 경우 2시간 마다 체위를 변경한다.
체위의 선택, 변경, 유지, 기록 등의 모든 단계는 의료진의 인력에 의해서만 이루어지며 또한 이런 상태를 자동적으로 판별할 수 있는 방법도 없다.
예를 들면, 병원에서 호흡, 맥박, 혈압, 체온의 4대 생체활성징후는 모두 앙와위에서 측정하는 것을 기본으로 하며, 너무나도 당연한 일이어서 차트에 따로 기록하지 않는 한 앙와위에서 측정한 것으로 인지된다.
앙와위가 수백 년 간 간호 체위의 기본이 된 것은, 질식 위험의 감소, 식도역류 감소, 폐 기능 부담 감소, 수면 증가 등 폭넓은 범위의 이득이 있기 때문이다. 그러나 수술 후 회복기간 동안 특정 체위만을 유지할 필요가 있는 경우도 발생한다.
이와 다르게, 경막하 출혈이나 지주막하 출혈에 대한 뇌 수술의 경우 최소 15일 간 복위(Prone Position)을 유지하여야 한다. 암 치료 등을 위하여 간동맥 화학색전술 등을 시행한 후에도 바로 움직이는 것이 아니라 24시간 앙와위를 취했을 때 더 나은 치료 효과를 보이는 것으로 알려져 있다.
나아가, 욕창이 발생할 가능성이 있는 환자의 경우는 정기적으로 체위를 바꾼다. 앙와위, 반좌위, 복위, 측위 등으로 일정 시간마다 체위를 바꾸는 것이 사망의 원인이 되기도 하는 욕창을 방지하는 중요한 방법이다.
엎드린 자세인 복위는 척추 및 목 수술, 신경외과, 결장직장 수술, 혈관 수술 및 힘줄 수리에 자주 사용된다. 또한, 앉은 자세에 가까운 좌위는 신경외과 및 어깨 수술에 사용된다. 그리고, 비치 체어에 앉은 자세와 같은 파울러씨체위는 코수술, 복부성형, 가슴성형술 등에 사용된다.
이와 같이 병원에서의 특정 간호, 수술 행위에 따른 체위들이 존재하는데, 체위의 확인은 의료진의 육안으로만 이루어지고 있으며, 체위의 유지 상황에 따른 생체활성징후 시계열 데이터를 확보할 필요가 있다.
한편, 웨어러블 디지털 헬스케어 기기들 각각은 주로 생체활력징후들을 측정한다. 4대 생체활력징후는 혈압, 맥박, 호흡 및 체온을 포함한다. 예를 들면, 정상혈압은 수축기/이완기 120/80 mmHg, 정상 맥박은 분당 60 ~ 100회, 정상호흡은 분당 12 ~ 20회, 정상체온은 36 ~ 37℃ 범위의 값을 갖는다.
이러한 기준값들은 피측정자가 안정 상태에 있을 것을 조건으로 수립되었다. 기상 직후 혈압은 몸이 깨어나는 과정에 있으므로 하루 중 가장 높은 값을 갖게 되며, 운동을 하는 중에는 근력을 사용하기 위해 혈액 순환 속도를 높여야 하므로 혈압이 올라가지만 운동을 하고 나서는 운동의 영향으로 통상 수축기 혈압이 5 내지 8 mmHg 낮아진다.
즉, 운동 여부 및 그 강도 만으로도 혈압과 맥박, 호흡, 체온 값은 모두 달라짐에 따라, 측정값들이 피측정자의 생체활력징후가 정상여부를 판정하는 근거로 사용될 수 없다. 또한 생체활력징후가 안정된 경우라 할지라도 피측정자가 선 상태로 안정된 것인지, 누운 상태에서 안정된 것인지 판단할 수 없으면 측정값의 의료용 데이터로서의 효용이 없어지게 된다.
또한, 스마트워치는 혈중산소포화도 및 맥박을 측정할 수 있다. 이 경우, 피측정자가 팔을 흔들고 다니는 상태에서 측정된 데이터는 의료용으로 전혀 사용되지 않고 있으며, 수면 시에도 줄어든 움직임을 기반으로 수면 여부를 판단하는 정도의 기능만을 감당하고 있다.
하지만, 스마트워치의 개발자 측에서는 측정 결과와 기존 의료기기 측정값 사이에 밀접한 상관관계가 있다고 주장하며 의료용 데이터로 사용할 수 있다고 주장한다, 하지만, 사람의 생명을 다루기 때문에 보수적일 수밖에 없는 의료계에서는 환자가 내원한 병원에서 측정한 데이터만을 신뢰하는 실정이다.
한편, 심전도를 측정하는 조건은 "환자를 앙와위(혹은 반좌위)로 눕히고 검사하는 동안 움직이지 않도록 하며, 환자의 신체에 금속을 제거한다.[출처; 순환기내과 심전도 측정 매뉴얼]" 이다. 여타 생체활력징후의 측정 조건도 다르지 않다. 따라서 왕와위나 반좌위로 피측정자가 안정이 된 것을 확인할 수 있으면 그 후에 측정되는 데이터는 의료용으로 활용될 수 있다.
따라서, 앙와위, 반좌위 등 안정된 체위가 일정시간 유지되었음을 인지한 상태에서 혈중산소포화도 (SpO2)센서를 기반으로 분당 맥박수, 혈중산소분압, 분당 호흡수를 측정하며, ECG센서를 기반으로 I유도 심전도 및 V1 ~ V6 심전도, 스트립센서 기반 혈당 등의 생체활력징후를 측정할 수 있는 생체활력징후 측정 장치가 요구되고 있다.
나아가, 사용자마다 측정하고자 하는 주요 생체활력징후가 다를 수 있는데, 굳이 맥박/혈중산소분압/호흡/ECG I/ECG(V1~V6)/혈당 등을 모두 측정할 수 있는 시스템은, 사용하면서 높은 비용과 짧은 배터리 수명, 상당한 센서 시스템의 중량과 같은 단점을 가질 수 밖에 없다. 따라서, 필요에 따라 1, 2가지 센서 시스템만 사용하고 추후 필요에 따라 센서 시스템이 추가될 수 있는 생체활력징후 측정 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 안정된 체위가 일정시간 유지되었음을 인지된 상태에서 생체활력징후를 측정할 수 있는 생체활력징후 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 생체활력징후 측정 장치는, 신체의 오각입방체상존 공간 내부에 부착 가능한 체위 측정부, 상기 체위 측정부와 탈착 가능하게 연결되며, 상기 신체의 생체활성징후들 중 적어도 하나를 측정할 수 있는 생체신호 측정부, 상기 체위 측정부가 상기 신체를 특정 체위로 판정할 경우, 상기 생체신호 측정부에서 산출된 데이터를 외부로 전송하는 무선 통신부 및 상기 체위 측정부, 생세신호 측정부 및 상기 무선통신부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 오각입방체상존 공간은, 상기 신체의 좌우측 대흉근 첨단, 양쪽 어깨 삼각근 첨단, 턱을 잇는 5각형 내부로 정의된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 체위 측정부는, 중력의 반대 방향이 Z축 방향으로, 신체의 기립 상태에서의 정면 시야 방향이 X축 방향으로, Y축 방향은 상기 X축 방향의 벡터곱을 통하여 상기 Z축을 생성하는 방향으로 각각 정의되는 절대 좌표계에 따른 3축 절대 방향들 각각에 대한 가속도 또는 각속도를 산출하는 센서, 상기 가속도 또는 각속도를 이용하여 상기 3축 절대 방향들 각각에 대한 상기 센서의 기울기 값들을 계산하는 칼큐레이터, 상기 신체의 기립시 상기 센서의 부착 위치에 따라 변경되는 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정함으로써, 보정된 센서 기울기 값들을 도출하는 캘리브레이터 및 상기 보정된 센서 기울기 값들로부터 상기 신체의 체위를 특정하는 디터미네이터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센서는, 가속도 센서 또는 자이로 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서가 가속도 센서일 경우, X축 방향의 가속도는 αx, Z축 방향의 가속도는 αz, 로 정의되고, Y축 방향은, X축 방향의 벡터곱을 통하여 Z축을 생성하는 방향으로 정의되며,
상기 X축 방향 내지 Z축 방향들 각각에 대한 가속도 측정값들은 벡터
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000001
로 정의되며,
상기 Y축 방향의 가속도(αy)는 아래의 수학식 1 내지 수학식 2를 만족하고,
상기 센서의 기울기 값들은, 아래의 수학식 3으로 정의되는 것을 특징으로 하는 신체의 체위 판정 방법.
수학식 1
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000002
수학식 2
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000003
수학식 3
θxr = arccos(Rx/R), θYr = arccos(RY/R), θzr = arccos(Rz/R)
여기서, θxr, θYr 및 θzr은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 센서 기울기이며, Rx, RY 및 Rz 각각은
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000004
의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향들 각 방향에 대한 크기이며, R은
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000005
의 크기이다.
한편, 상기 캘리브레이터는, 상기 3축 절대 방향 및 센서 자체로 정의되는 로컬 좌표계에 따른 3축 로컬 방향들을 상호 일치시켜 상기 센서의 기울기 값들을 보정할 수 있도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 캘리브레이터는, 하기의 수학식 4를 이용하는 매트릭스 변환을 이용하여 상기 획득된 센서의 기울기 값들을 보정할 수 있도록 구비될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000006
여기서, θXr, θYr 및 θZr은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 따른 산출된 센서 기울기이며,
θXr', θYr' 및 θZr'은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 보정된 센서 기울기이고,
β는 환자의 기립시 환자에 부착된 센서의 로컬 좌표계에 따른 z축 방향을 회전시켜 반시계 방향을 따라 상기 절대 좌표계에 따른 Z축 방향에 일치시키는 회전각도이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 생체신호 측정부는, PPG 센서, 체온 센서, 표준 심전도 유도 센서 및 혈당 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 체위 측정부, 상기 생체신호 측정부 및 상기 무선 통신부는, I2C 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
여기서, 상기 체위 측정부는 마스터 모드로서 기능하며, 상기 생체신호측정부는 슬레이브 모드로 기능할 수 있다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 안정된 체위가 일정시간 유지되었음을 인지된 상태에서 생체활력징후를 측정할 수 있다.나아가, 필요에 따라 1, 2가지 센서 모듈만 사용하고 추후 필요에 따라 센서 모듈이 추가될 수 있다.
도 1은 환자의 기립 상태를 기준으로 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향과 5각입방체상존공간을 정의하는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체활력징후 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 생체신호 측정부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2의 무선 통신부의 I2C 통신을 설명하기 위한 블록 다이어드그램이다.
도 5는 도 2의 체위 측정부가 체위를 판정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 반좌위를 판정하는 일 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 가속도 측정값을 이용하여 센서의 기울기 값을 계산하는 방법을 설명하기 위한 방위 좌표계이다.
도 8은 도 4에서 정의된 X축, Y축과 Z축 방향 각각의 정의된 방향 및 센서 자체의 방향들 간의 차이를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 센서의 기울기 값들을 보정하는 단계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 신체활성징후 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 환자의 기립 상태를 기준으로 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향과 5각입방체상존공간을 정의하는 사진이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체활력징후 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 2의 생체신호 측정부를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 2의 무선 통신부의 I2C 통신을 설명하기 위한 블록 다이어드그램이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체활력징후 측정 장치(10)는, 체위 측정부(110), 생체신호 측정부(130), 무선 통신부(150) 및 전원 공급부(170)를 포함한다.
상기 체위 측정부(110)는, 신체의 오각입방체상존 공간 내부에 부착 가능하다. 상기 체위 측정부가 신체의 체위를 판정하는 구성 및 방법에 대하여는 후술하기로 한다.
상기 생체신호 측정부(130)는, 상기 체위 측정부(110)와 연결 가능하게 구비된다. 즉, 상기 생체신호 측정부(130)는 복수의 모듈화된 측정 모듈을 포함함으로써, 체위 측정부(110)와 연결될 수 있다. 따라서, 상기 생체신호 측정부(130)는, 필요에 따라 1, 2가지 센서 모듈만을 사용하고 추후 필요에 따라 센서 모듈이 추가될 수 있다.
상기 생체신호 측정부(130)는, 상기 신체의 생체활성징후 중 적어도 하나를 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 생체신호 측정부(130)는, 혈중산소포화도 (SpO2)센서를 기반으로 분당 맥박수, 혈중산소분압, 분당 호흡수를 측정하며, ECG센서를 기반으로 I유도 심전도 및 V1 ~ V6 심전도, 스트립센서 기반 혈당 등의 생체활력징후를 측정할 수 있다.
도 3을 참조하면, B는 PPG센서, C는 체온센서 D는 표준 심전도 I유도센서 E는 심전도 V1 ~ V6유도 센서, F는 혈당센서를 나타낸다.
한편, 무선 통신부(150)는, 상기 체위 측정부(110) 및 상기 생체신호 측정부(130)에서 산출된 데이터를 외부로 전송한다. 상기 무선 통신부(150)는, I2C 통신 방식으로 데이터 전송을 수행한다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, I2C(Inter-intergrated circuit) 통신 방식은, 선이다. 이는, 데이터를 주고 받기 위한 SDA 선 및 타이밍을 동기화 하기 위한 클럭 선에 해당하는 SCL 선을 구비한다.
이때, 하나의 마스터 모드 및 다른 하나의 슬레이브 모드로 구성된다. 그리고 슬레이브는 127개까지 구비될 수 있다.
여기서, 생체신호 측정부(130)에 포함된 각 측정 모듈들(B, C, D, E..).는 I2C 통신에 필요한 SDA, SCL 단자를 포함한다. 모든 측정 모듈들은 SDA 단자, SCL 단자와 상기 전원 공급부와 연결되는 -(접지)와 +(전원) 전원단자들을 포함하여 총 4개의 단자를 공유한다.
한편, 체위 측정부(110)는 통신의 마스터 모드 역할을 하며 나머지 측정 모듈들은 슬레이브 모드로 작동된다. 각각의 슬레이브는 0 내지 127 사이의 수가 주소로 부여되어 마스터의 요구에 의해 측정 데이터를 SDA, SCL 선을 통하여 체위 측정부로 전송한다.
이후, 체위 측정부(110)에서는 무선 통신부(150)를 통해 외부로 데이터를 송출하게 된다. 이때, 측정 대상 생체활력징후와 슬레이브에 관한 통신부의 주소가 고정될 경우, 생체신호 측정부(130)가 체위 측정부(110)에 결합되는 순서와 무관하게 자신의 슬레이브 주소로 제공되는 마스터의 명령에 따라 할당된 주소로 데이터를 보낼 수 있게 된다.
따라서, 상기 생체신호 측정부(130)가 B 내지 F 측정 모듈을 포함할 경우, 각각의 주소를 B: 0x01, C: 0x02, D: 0xA, E: 0x0C, F: 0x0F 와 같이 부여할 수 있다. 따라서, 체위 측정부(110)가 결합 순서와 상관없이 각각의 측정 모듈에서 읽는 측정 데이터를 무선 통신부를 통하여 외부로 송출할 수 있다. 이와 같이, 생체신호측정부(130)는, 최대 127개의 측정 모듈을 가감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 간호 환자의 체위를 판정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 반좌위를 판정하는 일 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 체위 측정부는, 센서, 칼큐레이터, 캘리브레이터, 디터미네이터를 포함한다.
중력의 반대 방향이 Z축 방향으로 정의되고, 신체의 기립 상태에서의 정면 시야 방향이 X축 방향으로 정의하고, Y축 방향은, X축 방향의 벡터곱을 통하여 상기 Z축 방향을 생성하는 방향으로 정의될 수 있다. 이로써, 절대 좌표계에 따른 3축 방향들 각각이 정의된다.
한편, 센서 자체에 관한 로컬 좌표계는 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향을 포함하는 3축 방향이 로컬 좌표계에서 정의된다. 상기 로컬 좌표계에 관하여는 도 7을 참고로 후술하기로 한다.
센서는 먼저 절대 좌표계에 따른 3축 방향에 대한 가속도 또는 각속도를 측정할 수 있다.
상기 칼큐레이터는, 상기 가속도 또는 각속도를 이용하여 상기 3축 방향들 각각에 대한 상기 센서의 기울기 값들을 계산한다.
상기 캘리브레이터는, 상기 신체의 기립시 상기 센서의 부착 위치에 따라 변경되는 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정함으로써, 보정된 센서 기울기 값들을 산출한다.
상기 디터미네이터는, 상기 보정된 센서 기울기 값들로부터 상기 환자의 체위를 특정한다. 이때, 상기 오각입방체상존 공간은, 상기 환자의 좌우측 대흉근 첨단, 양쪽 어깨 삼각근 첨단, 턱을 잇는 5각형 내부로 정의될 수 있다.
이하 체위 측정부가 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 환자의 오각입방체상존 공간 내부에 부착된 센서를 이용하여, 절대 좌표계에 따른 3축 방향들 각각에 대한 가속도 또는 각속도를 산출한다(S110).
이때, 상기 오각입방체상존 공간은, 상기 환자의 좌우측 대흉근 첨단, 양쪽 어깨 삼각근 첨단, 턱을 잇는 5각형 내부로 정의된다. 특히, 상기 센서는, 상기 환자의 종격동 전방부에 부착될 수 있다.
이로써, 센서가 환자의 누운 자세에서도 눌리지 않아 사용자에게 불편을 초래하지 않을 수 있다. 또한, 의료진단 시 빈번하게 적용되는 앙와위, 반좌위(파울러씨위), 반파울러씨위에 대한 판별이 용이하다. 또한, 환자의 수면 무호흡의 부담을 줄일 수 있는 측위가 우측위인지를 좌측위인지 판별할 수 있게 된다.
나아가, 상기 오각입방체상존 공간은 센서가 위치할 경우, 가장 정확한 가속도 또는 각속도 값을 확보할 수 있다.
상기 센서는 예를 들면, 가속도 센서 또는 자이로 센서를 들 수 있다. 상기 가속도 센서의 경우, 가속도가 측정되며, 상기 자이로 센서의 경우, 각속도가 측정될 수 있다.
환자 체위는 크게 12가지로 분류되며 앙와위, 복와위, 측위, 배횡와위, 쇄석위, 슬흉위, 심스체위, 파울러체위, 반파울러체위, 트렌델버그체위, 변형트렌델버그체위, 잭나이프체위 등으로 구분될 수 있다.
상기 환자의 체위와 관련하여, 환자의 검사 부위 및 적용상황은 아래의 표1과 같이 정리될 수 있다.
체위 검사 부위 적용 상황
앙와위 겨드랑이, 심장, 복부, 맥박측정 남성의 인공도뇨 시, 척추 골절, 수술 후 의식회복 전, 심전도 측정
반좌위 - 호흡곤란, 수술 후 의식회복
슬흉위 직장, 직장경검사 태아위치 교정, 월경통 완화 자궁후굴 예방, 제대탈출 후 태아 생존
쇄석위 여성생식기, 자궁경부암 검사, 방광경검사 분만
배횡와위 복부검진(복압제거) 여성 인공도뇨, 복부창으로 탈장
심스위(좌측위) 직장, 질 내시경 검사
복위 골반관절 신전 격막하 출혈 드레이니지 수술 후, 등 마사지
이어서, 상기 가속도 또는 각속도를 이용하여 상기 절대 좌표계에 따른 3축 방향들 각각에 대한 상기 센서의 기울기 값들을 계산한다(S120).
이때, 상기 Y축 방향의 가속도(αY)는 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 만족한다.
수학식 1
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000007
수학식 2
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000008
즉, 상기 센서는 지구 중심 방향 즉, 중력 방향으로 9.8m/s^2 중력 가속도를 받고 있다. 이로써, 기립된 환자의 흉부에 상기 센서가 부착괴고, 상기 센서가 부착된 환자가 기립된 상태라면, 중력 방향의 반대인 z축의 마이너스 방향으로 9.8m/s2의 가속도가 작용하고 있기 때문이다.
따라서, 가속도 센서를 이용하면 환자의 요동이 없는 상태에서 센서의 중력 가속도값의 벡터합은 항상 크기가 1G (9.8m/sec2)이고, 방향은 - Z 인 벡터이다. 즉, 정지 상태 가속도계의 x, y, z 값의 벡터합의 크기(세 값의 제곱의 합의 제곱근)는 언제나 9.8 값에 수렴하게 된다.
도 6은 가속도 측정값을 이용하여 센서의 기울기 값을 계산하는 방법을 설명하기 위한 방위 좌표계이다.
도 6을 참고하면, 상기 X축 방향 내지 Z축 방향들 각각에 대한 가속도 측정값들은 벡터
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000009
로 정의되며, 상기 센서의 기울기 값들은, 아래의 수학식 3으로 정의된다.
수학식 3
θxr = arccos(Rx/R), θYr = arccos(RY/R), θzr = arccos(Rz/R)
여기서, θxr, θYr 및 θzr는, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 센서 기울기이며, Rx, RY 및 Rz 각각은 벡터
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000010
의 각 방향에 대한 크기이며, R은 벡터
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000011
의 크기이다.
도 8은 도 1에서 정의된 X축, Y축과 Z축 방향 각각의 정의된 방향 및 센서 자체의 방향들 간의 차이를 설명하기 위한 개략도이다. 도 9는 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정하는 단계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 센서의 부착 위치에 따라 변경되는 상기 센서의 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정함으로써, 보정된 센서 기울기 값들을 도출한다(S130).
즉, 센서는 환자의 신체중 일부인 부착면에 따라 상기 센서의 중력값이 달라질 수 있다. 따라서, 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 보정할 필요가 있다.
보다 상세하게는, 상기 환자의 기립시 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정하기 위하여, 상기 센서의 부착 위치에 따라 변화하는 센서 자체의 z축 방향을 상기 절대 좌표계에 따른 Z축 방향과 일치시킬 수 있다.
예를들면, 환자의 종격동 전방부에 부착된 신체각도 측정 센서는 회로기판에 칩이 부착된 면을 x-y 평면으로 하며, 센서가 부착된 종격동 전방부인 부착면에 해당하며, 칩을 관통하도록 연장된 법선방향이 센서 자체의 z축 방향으로 정의된다다. 따라서, 한편의 환자의 오각입방체상존 공간에 부착된 센서 자체의 x축, y축 및 z축 방향을 포함하는 로컬 좌표계는, 환자의 기립한 상태의 수직방향을 Z축으로 하는 공간을 기준으로 한 절대 좌표계와는 서로 다르다.
이 경우, 상기 센서 자체의 z축 방향을 상기 Z축 방향과 일치시키는 단계는, 상기 센서 자체의 z축 방향을 60 내지 70°으로 회전시킬 수 있다. 이는, 환자의 흉부가 중력 방향인 (-)Z축 방향에 대하여 20 내지 30°로 기울어 있기 때문이다.
즉, 획득된 센서 기울값을 하기의 수학식 4를 이용하는 매트릭스 변환을 통하여 보정된 센서 기울기 값(θxr', θYr' 및 θzr')을 도출한다.
수학식 4
Figure PCTKR2023011795-appb-img-000012
여기서, θXr, θYr 및 θZr은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 따른 산출된 센서 기울기이며,
θXr', θYr' 및 θZr'은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 보정된 센서 기울기이며,
β는 환자의 기립시 환자에 부착된 센서의 로컬 좌표계에 따른 z축 방향을 반시계방향을 따라 회전시켜 상기 절대 좌표계에 따른 Z축 방향에 일치시키는 회전각도이다.
이후, 상기 보정된 센서 기울기 값들로부터 상기 환자의 체위를 특정한다(S140).
상기 보정된 센서 기울기 값들인 θXr', θYr' 및 θZr'은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 보정된 센서 기울기에 해당한다.
구분 X축 기울기 각도
(θxr', ˚)		 Y축 기울기 각도
(θyr', ˚)		 Z축 기울기 각도
(θxz', ˚)
앙와위 0 0 90(-90)
반좌위
(파울러씨위)		 45∼60 0 30∼45
반파울러씨위 25∼30 0 60∼65
측와위 90(-90) 90(-90) 90(-90)
복위 -180 0 90(-90)
프렌델버그위 -10 0 >100(-100)
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 간호 환자의 신체활성징후에 관한 데이터 확보 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 간호 환자의 신체활성징후에 관한 데이터 확보 방법에 있어서, 환자의 예비 신체활성징후에 관한 신호의 존재 여부를 확인한다(S210). 상기 예비 신체 활성징후는, 인체만이 가지는 생체활성징후로서, 예를 들면, 체온, 호흡, 맥박, 혈중산소포화도, 심전도를 먼저 측정한 후 이것을 시작 명령으로 처리한다.
이어서, 상기 시작 명령으로 처리된 신호가 존재할 경우, 신체 각도를 측정함으로써 상기 환자의 체위를 판정한다(S220). 상기 환자의 체위가 적격 여부를 판정한다(S225). 이후, 상기 환자의 메인 신체활성징후를 측정한 후, 상기 메인 신체활성징후에 관한 데이터를 전송한다(S230).
상기 환자의 체위를 판정하기 위하여, 환자의 오각입방체상존 공간 내부에 부착된 센서를 이용하여, 중력 방향이 Z축 방향으로 정의되고, 환자의 기립 상태에서의 정면 시야 방향이 X축 방향으로 정의하여 3축 방향들 각각에 대한 가속도 또는 각속도를 산출한다. 이어서, 상기 가속도 또는 각속도를 이용하여 상기 3축 방향들 각각에 대한 상기 센서의 기울기 값들을 계산한다. 상기 센서의 부착 위치 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정함으로써, 보정된 센서 기울기 값들을 도출한다. 이어서, 상기 보정된 센서 기울기 값들로부터 상기 환자의 체위를 특정한다. 여기서, 상기 오각입방체상존 공간은, 상기 환자의 좌우측 대흉근 첨단, 양쪽 어깨 삼각근 첨단, 턱을 잇는 5각형 내부로 정의된다.
본 발명의 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
실시예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 신체의 오각입방체상존 공간 내부에 부착 가능한 체위 측정부;
    상기 체위 측정부와 탈착 가능하게 연결되며, 상기 신체의 생체활성징후들 중 적어도 하나를 측정할 수 있는 생체신호 측정부;
    상기 체위 측정부가 상기 신체를 특정 체위로 판정할 경우, 상기 생체신호 측정부에서 산출된 데이터를 외부로 전송하는 무선 통신부; 및
    상기 체위 측정부, 생세신호 측정부 및 상기 무선통신부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고,
    상기 오각입방체상존 공간은, 상기 신체의 좌우측 대흉근 첨단, 양쪽 어깨 삼각근 첨단, 턱을 잇는 5각형 내부로 정의되는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 체위 측정부는,
    중력의 반대 방향이 Z축 방향으로, 신체의 기립 상태에서의 정면 시야 방향이 X축 방향으로, Y축 방향은 상기 X축 방향의 벡터곱을 통하여 상기 Z축을 생성하는 방향으로 각각 정의되는 절대 좌표계에 따른 3축 절대 방향들 각각에 대한 가속도 또는 각속도를 산출하는 센서;
    상기 가속도 또는 각속도를 이용하여 상기 3축 절대 방향들 각각에 대한 상기 센서의 기울기 값들을 계산하는 칼큐레이터;
    상기 신체의 기립시 상기 센서의 부착 위치에 따라 변경되는 상기 센서 자체의 기울기 값을 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정함으로써, 보정된 센서 기울기 값들을 도출하는 캘리브레이터; 및
    상기 보정된 센서 기울기 값들로부터 상기 신체의 체위를 특정하는 디터미네이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서는, 가속도 센서 또는 자이로 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 센서가 가속도 센서일 경우, X축 방향의 가속도는 αx, Z축 방향의 가속도는 αz, 로 정의되고, Y축 방향은, X축 방향의 벡터곱을 통하여 Z축을 생성하는 방향으로 정의되며,
    상기 X축 방향 내지 Z축 방향들 각각에 대한 가속도 측정값들은 벡터
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000013
    로 정의되며,
    상기 Y축 방향의 가속도(αy)는 아래의 수학식 1 내지 수학식 2를 만족하고,
    상기 센서의 기울기 값들은, 아래의 수학식 3으로 정의되는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
    수학식 1
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000014
    수학식 2
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000015
    수학식 3
    θxr = arccos(Rx/R), θYr = arccos(RY/R), θzr = arccos(Rz/R)
    여기서, θxr, θYr 및 θzr은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 센서 기울기이며, Rx, RY 및 Rz 각각은
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000016
    의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향들 각 방향에 대한 크기이며, R은
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000017
    의 크기이다.
  5. 제2항에 있어서, 상기 캘리브레이터는, 상기 3축 절대 방향 및 센서 자체로 정의되는 로컬 좌표계에 따른 3축 로컬 방향들을 상호 일치시켜 상기 센서의 기울기 값들을 보정할 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 캘리브레이터는, 하기의 수학식 4를 이용하여 상기 센서의 기울기 값들을 보정할 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
    수학식 4
    Figure PCTKR2023011795-appb-img-000018
    여기서, θXr, θYr 및 θZr은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 따른 산출된 센서 기울기이며, θXr', θYr' 및 θZr'은 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각의 보정된 센서 기울기이며,
    β는 환자의 기립시 환자에 부착된 센서의 로컬 좌표계에 따른 z축 방향을 반시계방향을 따라 회전시켜 상기 절대 좌표계에 따른 Z축 방향에 일치시키는 회전각도이다.
  7. 제1항에 있어서, 상기 생체신호 측정부는, PPG 센서, 체온 센서, 표준 심전도 유도 센서 및 혈당 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 체위 측정부, 상기 생체신호 측정부 및 상기 무선 통신부는, I2C 통신 방식으로 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 체위 측정부는 마스터 모드로서 기능하며, 상기 생체신호측정부는 슬레이브 모드로 기능하는 것을 특징으로 하는 생체활성징후 측정 장치.
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