KR100697211B1 - 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템 및방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자가 의자에 앉아 컴퓨터를 사용할 때 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 의자의 등받이를 이용한 전기적 비접촉 심전도 측정과 컴퓨터의 마우스를 이용한 광용적맥파 측정을 이용하여 무구속적으로 맥파도달시간을 측정하며, 이를 이용하여 혈압을 측정할 수 있도록 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 사용자가 컴퓨터를 사용하는 환경하의 의자의 소정 부위에 설치되는 전극 및 접지판을 이용하여 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 사용자의 심전도를 측정하는 전기적 비접촉 심전도 측정수단; 컴퓨터 마우스를 이용한 말초혈관 혈류량 측정을 통해 무구속적으로 사용자의 용적맥파를 측정하는 무구속 광용적맥파 측정수단; 및 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 상기 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하며, 이로부터 혈압정보를 출력하는 신호처리수단;을 포함하여 구성된다.
맥파도달시간, 무구속, 용적맥파, 심전도, 혈압측정, 서버
Description
도 1은 본 발명에 따른 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템의 개략적인 블록 구성도.
도 3은 도 2의 전기적 비접촉 심전도 측정장치가 의자에 적용된 실시 예를 나타낸 도.
도 4는 도 2의 전기적 비접촉 심전도 측정장치의 블록 구성도.
도 5는 4의 필터 및 증폭부의 상세 구성도.
도 6은 본 발명의 전기적 비접촉 심전도 측정장치의 이득값에 따른 입력 임피던스를 나타낸 도.
도 7은 도 2의 무구속 광용적맥파 측정장치가 컴퓨터의 마우스에 적용된 실시 예도.
도 8은 도 2의 무구속 광용적맥파 측정장치의 블록 구성도.
도 9는 도 2의 신호처리장치의 블록 구성도.
도 10은 본 발명의 전체적인 동작 흐름도.
도 11은 본 발명에서의 광용적맥파의 특징점 검출 파형도.
도 12는 혈압과 맥파도달시간과의 관계를 나타낸 도.
도 13은 본 발명의 응용 예도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전기적 비접촉 심전도 측정장치 200 : 무구속 광용적맥파 측정장치
110 : 앰프 부착형 전극 120,220 : 필터 및 증폭부
130,230 : A/D 변환부 140 : 디지털 신호 처리부
150,240 : 신호전송부 160 : 접지판
170 : 의자 300 : 신호처리장치
310 : 맥파도달시간 계산부 320 : 혈압정보 출력부
330 : 표시부 340 : 저장부
본 발명은 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 사용자가 의자에 앉아 컴퓨터를 사용할 때 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 의자의 등받이를 이용한 전기적 비접촉 심전도 측정과 컴퓨터의 마 우스를 이용한 광용적맥파 측정을 이용하여 무구속적으로 맥파도달시간을 측정하며, 이를 이용하여 혈압을 측정할 수 있도록 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템 및 방법에 관한 것이다.
사회의 전반적인 고령화로 인해 재택 고령자의 숫자가 늘어남에 따라 노인 복지 및 관리에 대한 관심이 점차로 증가하게 되어 다양한 각도에서 새로운 방법으로 고령자의 건강관리에 접근하기 시작했고, 건강진단의 기초가 되는 혈압측정에 관심이 모아지고 있다.
혈압을 재는 일은 이제 일반화된 임상측정의 하나로써, 의사가 진찰실에서나 또는 특별한 수술 중에도 시행하고 있는 것으로, 심장의 각 심실이나 심장에서의 혈압치나 주변 혈관계에서의 혈압치는 의사로 하여금 환자의 심혈관계의 통합된 기능을 이해하는데 도움을 주는 건강진단의 기초이다.
혈압이란 혈관 속을 흐르는 혈액이 혈관 벽에 미치는 압력을 말하는 것으로, 혈액의 양, 혈관의 탄력성, 수축 등의 저항에 의해 결정되는 것이다. 혈압을 측정하는 것에 의해 심장이나 혈관의 기능 등을 추측해 볼 수 있는데, 심장이 수축하면서 우리의 온몸에 혈액을 송출할 때의 혈압, 즉 최고혈압은 심장의 수축력을 나타내며, 심장의 확장시기의 최저혈압은 혈액이 혈관 속을 어느 정도로 원활하게 잘 돌고 있는지를 나타내는 지표로 볼 수 있다.
사람의 혈관은 혈액이 심장에서 온몸으로 나가는 동맥과 온몸에서 심장으로 들어오는 정맥 및 그 사이를 이어주는 모세혈관으로 이루어져 있다. 일반적으로 동맥내의 압력, 즉 동맥혈압을 혈압이라고 부르고 있는데, 이 혈압은 혈관의 크기와 위치에 따라서 각각 큰 차이가 있으며, 대동맥, 동맥, 소동맥, 모세혈관, 소정맥, 정맥, 중공정맥의 순서대로 압력이 점점 낮아지기 때문에 그 혈관의 이름에 따라서 대동맥압, 동맥혈압, 소동맥혈압 등으로 부르고 있다. 심장의 박동에 의해서 유지되고 있는 동맥혈압은 심혈관계의 기능을 평가하는 기본적이고도 관습적인 임상 징후 중의 하나이며, 모든 조직의 관류에 관여하나 특히 뇌혈류와 관상혈류에 중요한 영향을 미치는 인자이다.
기존 혈압의 측정에는 청진기를 이용하여 측정하는 청진법, 오실로메트릭 방법(Oscillometric Method) 및 맥파전달속도 측정방법 등이 있다.
청진법은 외부 압력에 의해 차단되어 있는 동맥이 열리면서 발생되는 코로트코프(Korotkoff) 음을 검출하는 방식으로서 병원에 가서 혈압을 측정해야 하는 번거로움이 있으며, 의사의 주관에 영향을 받을 수 있다는 단점이 있다.
현재에 주로 사용되는 오실로메트릭 측정법은 측정 대상의 상완에 부착시킨 커프(cuff)의 압력을 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure)보다 높은 압력으로 가압하여 혈관을 차단시킨 후, 점차적으로 압력을 감소시킬때 커프내의 압력 값에 특징적인 진동이 발생하며, 이 진동 파형의 크기가 최고 값에 다다를 때의 커프 압력을 평균 혈압에 가장 가까운 압력값으로 정하는 방식이다.
일반적으로 수축기 혈압과 이완기 혈압 때의 커프 압력의 진동 파형의 크기가 평균 혈압때의 진동 파형의 크기와 특정 비율을 가지는데, 이 비율을 특성 비율(Characteristic Ratios)이라 하며, 특성 비율은 개인에 따라 여러 가지 요인에 의해 다소 큰 변화폭(10-20%)을 가지기 때문에 고정된 특성 비율을 적용할 경우 개인에 따라 오차가 발생할 수 있다. 또한, 커프를 이용한 혈압계는 혈압을 측정할 시에 혈관 경도, 혈관 벽의 점성, 맥압의 크기, 심박수, 상완 조직의 상태, 측정 자세, 커프 재질의 특성 및 크기 등등에 의해 영향을 받으며, 커프에 가압, 감압하는 과정에서 팔에 피가 통하지 않는 불편함이 있다.
또한, 맥파전달속도 측정방법은 심전도 전극을 3개 이상 피부에 부착하여야 하며, 말초 맥파 측정을 위해 손목에 초음파나 압전소자로 구성된 센서를 감아야 하거나 광용적맥파 검출장치를 손가락에 끼워야 하는 부담이 존재한다.
본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 사용자가 의자에 앉아 컴퓨터를 사용할 때 사용자가 인지하지 못하는 상황에서 사용자의 의자에 구비된 전기적 비접촉 심전도계와 마우스에 장착된 광용적맥파 측정장치를 이용하여 심전도 측정용 전극이나 광용적맥파 센서를 몸에 부착하지 않고서도 무구속적으로 맥파전달속도를 측정할 수 있도록 하며, 이를 이용하여 무구속적으로 혈압을 측정할 수 있도록 한 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템은, 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되 게 설치되는 전극 및 접지판을 이용하여 사용자의 심전도를 측정하는 전기적 비접촉 심전도 측정수단; 컴퓨터 마우스를 이용한 말초혈관 혈류량 측정을 통해 무구속적으로 사용자의 용적맥파를 측정하는 무구속 광용적맥파 측정수단; 및 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 상기 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 해당 혈압정보를 출력하는 신호처리수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단은 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극; 상기 앰프 부착형 전극에서 얻어지는 생체 신호의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭하는 필터 및 증폭부; 상기 필터 및 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부; 상기 A/D변환부의 출력을 상기 신호처리수단으로 전송하는 신호전송부; 및 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 구비되는 접지판;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 앰프 부착형 전극은 사용자가 컴퓨터를 사용하는 환경하의 의자의 등받이부에 설치되고, 상기 접지판은 의자의 좌석부에 설치되거나 또는 앰프 부착형 전극이 의자의 좌석부에 설치되고, 접지판이 등받이부에 설치됨이 바람직하다.
그리고 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단은 상기 A/D변환부와 신호전송부의 사이에, 상기 A/D변환부를 통하여 입력되는 디지털화된 생체 신호의 신호차를 얻기 위한 감산기 및 상기 감산기를 통해 입력되는 생체 신호의 감산과정에서 발 생되는 노이즈를 필터링하기 위한 감산 필터로 이루어지는 디지털 신호 처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무구속 광용적맥파 측정수단은 컴퓨터의 마우스 측면에 설치되어 혈관 용적의 시간적 변화인 용적맥파를 측정하기 위해 말초혈관의 혈류량을 측정하는 센싱부; 상기 센싱부의 출력중의 잡음 성분을 제거하고 증폭하는 필터 및 증폭부; 상기 필터 및 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부; 및 상기 A/D변환부의 출력을 상기 신호처리수단으로 전송하는 신호전송부;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 신호처리수단은 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 사용자의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하는 맥파도달시간 계산부; 해당 사용자의 맥파도달시간에 따른 혈압정보가 저장되어 있는 저장부; 상기 저장부의 정보를 바탕으로 상기 맥파도달시간 계산부의 계산결과에 해당하는 혈압정보를 출력하는 혈압정보 출력부; 및 상기 혈압압정보 출력부의 출력을 사용자 화면에 표시하는 표시부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정방법은, 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치된 전극 및 접지판을 통해 사용자의 생체신호를 입력받아 이를 필터링 및 증폭한 후, A/D변환하여 전송하는 제 1 단계; 컴퓨터 마우스를 이용하여 측정되는 말초혈관 혈류량을 필터링 및 증폭한 후, A/D변환하여 전송하는 제 2 단계; 및 상 기 제 1 단계로부터 얻어지는 심전도 신호와 제 2 단계로부터 얻어지는 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 해당 혈압정보를 출력하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 사용자가 의자에 앉아 컴퓨터를 사용할 때 무구속적으로 사용자가 인지하지 못하는 상황에서 사용자의 심전도 및 말초부위 맥파측정이 이루어져 이를 바탕으로 맥파도달시간이 계산됨과 더불어 해당 혈압측정이 가능토록 한 것으로, 일반적으로 사무실 등에서의 컴퓨터의 사용은 의자에 앉은 상태로 이루어지므로 이하의 본 발명에서는 심전도 측정에 대하여는 의자를, 용적맥파의 측정에 대하여는 컴퓨터 마우스를 이용한 경우에 대하여 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템의 개념도를, 도 2는 도 1에 대한 개략적인 블록 구성도를 나타낸 것으로, 본 발명은 크게 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100), 무구속 광용적맥파 측정장치(200) 및 신호처리장치(300)로 구성된다.
상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)는 사용자의 의자 등받이에 구비된 전극 및 의자 좌석부에 위치하는 접지판을 이용하여 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 사용자의 심전도를 측정하며, 상기 무구속 광용적맥파 측정장치(200)는 컴 퓨터(1)의 마우스(2)에 접목되어 사용자를 구속하지 않는 상태에서 사용자의 용적맥파를 측정하며, 상기 신호처리장치(300)는 상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)에서 측정된 심전도 신호와 상기 무구속 광용적맥파 측정장치(200)에서 측정된 사용자의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 측정된 혈압정보를 출력하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)가 의자에 적용된 실시 예를 나타낸 것이고, 도 4는 이의 블록 구성도를, 도 5는 도 4의 필터 및 증폭부(120)의 상세 구성도를, 도 6은 본 발명의 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)의 이득값에 따른 입력 임피던스를 나타낸 도이다.
상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)는 앰프 부착형 전극(110), 필터 및 증폭부(120), A/D변환부(130), 디지털 신호 처리부(140), 신호 전송부(150) 및 접지판(160)으로 구성된다.
상기 앰프 부착형 전극(110 : Active Electrode)은 일측에 전극면(111 : Electrode face)을 갖고, 직접적인 신체 접촉 없이 변위 전류를 통하여 입력되는 미세한 생체 신호를 증폭하여 전압으로 변환시키기 위한 프리앰프(113 : Pre-amp)를 포함하며, 상기 프리앰프(113)는 그 외측에 구비되는 실드(115 : Shield)에 의해 차폐되도록 이루어지되, 앰프 부착형 전극(110)은 적어도 하나 이상으로 구비된다.
본 발명에서는 상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)를 사용자가 컴퓨터를 사용하는 환경인 의자(170)에 적용하므로, 상기 앰프 부착형 전극(110)이 사용 자의 양 측 어깨가 위치하는 의자(170)의 등받이부(171) 적소 양 측에 적어도 하나 이상 설치되고, 상기 접지판(160)이 피검자의 둔부가 위치하는 의자(170)의 좌석부(172) 소정 위치에 설치된다. 여기서, 의자(170)의 좌석부(172)에 설치되는 접지판(160)이 기준 전압으로 사용된다.
또한, 사용자의 허벅지가 위치하는 의자(170)의 좌석부(172) 적소 양 측에 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극(110)이 설치되고, 피검자의 양 측 어깨 또는 등이 위치하는 의자(170)의 등받이부(171)에 접지판(160)이 설치될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 상기 앰프 부착형 전극(110) 및 접지판(160)이 의자(170)의 등박이부(171) 또는 좌석부(172)에 각각 설치되어 있으나, 의자(170)의 좌석부(172) 및 등받이부(171)에 위치시켜 사용하는 방석, 보조 시트 또는 보조 등받이 등에 상기 앰프 부착형 전극(110) 및 접지판(160)이 설치되어 상기한 바와 같은 역할을 수행하도록 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 신체의 표면과 전기적으로 접촉되지 않는 시스템에서 생체 전위의 측정은 변위 전류에 의하여 달성된다. 여기서, 변위 전류란, 인체의 피부와 전극면 간에 전기적 신호의 전달 방식이며, 신체에 전위가 변함에 따라 비전도성 물질, 가령 옷, 이불, 가죽 등을 사이에 둔 전극에도 전압의 변화가 발생되고, 그에 따라 발생되는 전류를 의미한다.
본 발명에서는 신체(10)의 표면에서 발생되는 생체 신호가 변위 전류를 통하여 앰프 부착형 전극(110)으로 입력된 후, 증폭 및 임피던스 변환에 따라 발생되는 신호를 측정하고, 측정된 미세한 생체 신호를 높은 이득값의 전압으로 변환시키기 위하여 상기 앰프 부착형 전극(110)에는 고입력의 임피던스가 발생되도록 이루어진다.
상기 도 4의 필터 및 증폭부(120)는 상기 앰프 부착형 전극(110)의 프리앰프(113)에 연결됨으로써 앰프 부착형 전극(110)에서 감지된 심전도에 따라 발생되는 생체 신호를 전압으로 변환시키도록 이루어진다.
이때, 상기 프리앰프(113)를 통과한 생체 신호에서 베이스 라인이 출렁이는 현상을 방지하고, 생체 신호를 전압으로 변환 시 생체 신호에 따른 잔류 편차(Offset)의 변화를 제거 및 필터링하기 위한 고역통과필터(121)와 상기 고역통과필터(121)를 통과한 심전도 신호에 따른 변위 전류에 포함되는 인체의 방해 전압인 60㎐대의 커먼 모드 노이즈(Common-mode Noise)를 제거 및 필터링하기 위한 대역저지필터(122)와 커먼 모드 노이즈가 제거된 미세한 생체 신호를 일정한 배율로 증폭하기 위한 도 5의 증폭부(123) 및 상기 증폭부(123)를 통하여 증폭된 후 50㎐ 이하에 존재하는 저역 신호대의 아날로그 신호를 출력하기 위한 저역통과필터(124)로 구비된다.
상기 A/D변환부(130)는 상기 도 4의 필터 및 증폭부(120)를 통하여 출력되는 심전도에 따른 생체 신호를 디지털 신호로 변환시킨다.
상기 디지털 신호 처리부(140)는 상기 A/D변환부(130)의 일측에 구비되어 상기 앰프 부착형 전극(110)에서 측정된 심전도에 따른 각 생체 신호를 감산하기 위한 감산기(141)와 상기 감산기(141)를 통하여 입력되는 디지털 신호의 감산 과정에 서 발생되는 노이즈를 제거하기 위한 감산 필터(142)를 갖는다.
상기 신호 전송부(150)는 디지털 신호 처리부(140)의 출력을 상기 신호처리장치(300)로 전송한다.
상기 접지판(160 : Ground Plate)은 본 발명에 의한 비접촉 심전도 측정장치(100)의 적용 시 사용자의 의복(20)에 근접되게 설치된다.
여기서, 상기 접지판(160)은 직접 접지에 연결시키는 방법과 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극(110)으로부터의 신호를 가산시켜 커먼 모드(Common Mode) 신호를 검출하고, 이 신호를 적절한 이득으로서 부궤환(Negative Feedback)으로 접지에 연결하는 방법으로 나뉘며, 전체적인 시스템은 부궤환으로 접지에 연결하는 방법이 더 복잡하나, 커먼 모드 노이즈의 제거에 있어 직접 접지에 연결시키는 방법이 있으나, 후자가 보다 효과적으로 나타난다.
즉, 부궤환으로 접지에 연결하는 방법은 두 전극의 출력 신호를 합산함에 따라 검출되는 커먼 모드 노이즈 성분을 음이득 또는 부이득을 갖는 앰프로 증폭한 후 접지판(160)을 통하여 인체에 전달함으로써 인체의 전위를 커먼 모드 노이즈와 반대로 끌어 내려 전극에 검출되는 커먼 모드 노이즈의 크기를 감소시킬 수 있어 직접 접지에 의한 방법보다 효과적으로 커먼 모드 노이즈를 제거할 수 있다.
한편, 상기 앰프 부착형 전극(110)의 프리앰프(113)로 입력되는 생체 신호의 입력값(Vin)과 출력되는 생체 신호의 출력값(Vout)이 동일할 경우, 생체 신호의 출력 신호 이득값은 Vout / Vin = (jwRinCE) / (1+jwRin(Cin + CE))로 나타낼 수 있으며, 이때 이득값이 커지기 위해서는 Cin(앰프의 총 입력량)이 CE(전극과 인체간의 전기적 용량 : Capacitance)보다 월등히 작아야 하기 때문에 입력 임피던스가 매우 큰 시스템을 필요로 하게 된다. 여기서, Rin은 앰프의 총 병렬 입력 저항을 의미하며, Cin이 커질수록 Vout/Vin은 감소하게 된다.
이를 위한 본 발명에서는 입력 임피던스가 충분히 큰 OPA 124를 이용하여 시스템의 입력단을 구성한다. 여기서, OPA 124는 저잡음, 저바이어스 전류, 고입력 임피던스의 반도체 IC 앰프이다.
한편, 상기 전극면(111) 및 전극면(111)과 프리앰프(113)까지의 전기적 경로는 접지에 대해 매우 높은 임피던스를 유지하므로 외부의 노이즈에 크게 영향을 받지 않는다. 상기 전극면(111)에서 증폭부(123)까지의 높은 임피던스 부분을 최소화하여 외부의 입력 노이즈를 감소시키기 위해 프리앰프(113)가 전극면(111)에 부착되는 앰프 부착형 전극(110)이 사용된다.
도 7은 본 발명에 따른 무구속 광용적맥파 측정장치(200)가 컴퓨터(1)의 마우스(2)에 적용된 실시 예를, 도 8은 이의 회로 블록도를 나타낸 것으로, 무구속 광용적맥파 측정장치(200)는 컴퓨터(1)의 마우스(2) 측면에 설치되어 혈관용적의 시간적 변화인 용적맥파를 측정하기 위해 말초혈관의 혈류량을 측정하는 센싱부(210), 상기 센싱부(210)의 출력중의 잡음 성분을 제거하고 증폭하는 필터 및 증폭부(220), 상기 필터 및 증폭부(220)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부(230), 상기 A/D변환부(230)의 출력을 상기 신호처리장치(300)로 전송하는 신호전 송부(240)로 구성된다.
상기 필터 및 증폭부(220)의 필터는 소정의 주파수 대역만을 통과하게 된다. 용적맥파는 주로 낮은 주파수 대역의 성분이지만 개인에 따라서 혹은 맥박수에 따라 용적맥파의 저점 부분에서 상대적으로 높은 주파수 성분이 발생할 수 있으므로 상기 소정의 주파수 대역을 0.05Hz에서부터 20Hz까지의 주파수 대역으로 할 수 있다.
또한, 상기 신호처리장치(300)는 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)로부터의 심전도 신호와 무구속 광용적맥파 측정장치(200)로부터의 사용자의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하는 맥파도달시간 계산부(310), 상기 맥파도달시간 계산부(310)의 계산결과로부터 해당 혈압정보를 출력하는 혈압정보 출력부(320) 및 상기 혈압정보 출력부(320)의 출력을 사용자 화면에 표시하는 표시부(330)로 구성된다.
일반적으로 사람에 따라 맥파도달시간에 따른 혈압값이 상이함에 따라 본 발명의 신호처리장치(300)는 저장부(340)를 구비하여 해당 사용자별 맥파도달시간에 따른 혈압정보를 갖고 있으며, 상기 혈압정보 출력부(320)는 상기 저장부(340)에 저장되어 있는 맥파도달시간에 따른 혈압정보를 이용하여 해당 사용자에 따른 혈압정보를 출력하게 된다. 또한, 상기 표시부(330)는 본 발명에서는 컴퓨터(1)의 모니터가 사용될 수 있다.
이러한 본 발명은 사용자가 의자(170)에 앉아 컴퓨터(1)를 사용하는 환경에서 무구속적으로 심전도 및 용적맥파를 측정하고자 하는 것이므로, 도 1의 컴퓨터 (1)에 상기 신호처리장치(300)의 각 기능블록을 구비하여 컴퓨터(1)에서 신호처리장치(300)의 기능을 행하도록 함이 바람직하다. 또한, 본 발명을 구현하기 위해서는 컴퓨터(1)에 본 발명의 운영 소프트웨어가 설치되어 있어야 함은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 발명을 도 10의 흐름도와 함께 살펴본다.
먼저, 본 발명에서 사용자가 의자(170)에 앉아 컴퓨터(1)를 사용하는 환경에서 사용자의 신체(10)에서 발생되는 생체신호가 변위 전류를 통하여 앰프 부착형 전극(110)으로 입력된다(S110)
이때, 의복(20)을 사이에 두고 상기 앰프 부착형 전극(110)의 전극면(111)을 통하여 입력되는 신체(10)의 미세한 생체 신호가 증폭 및 임피던스 변환되고, 상기 앰프 부착형 전극(110)에 입력되어 변환된 생체 신호는 필터 및 증폭부(120)로 입력된다.
상기 앰프 부착형 전극(110)에는 신체(10)에서 발생되는 미세한 생체 신호를 높은 이득값의 전압으로 변환시키기 위하여 높은 임피던스가 적용된다.
한편, 상기 앰프 부착형 전극(110)은 신체(10) 피부 표면의 전위를 감지(Sensing)하는 일종의 센서 역할을 담당하며, 이를 위하여 PCB(Printed Circuit Board)의 일측면에 동박을 입히고, 금도금하여 제작된다.
이렇게 제작되는 앰프 부착형 전극(110)은 의복(20)의 두께를 1mm, 의복(20)의 비유전율을 2로 가정할 경우, 전극과 인체와의 커패시턴스(Capacitance)가 약 30㎊ 정도로 계산되고, 임피던스는 20㎐에서 0.25G ohm 정도로 예상할 수 있다.
한편, 상기 앰프 부착형 전극(110) 내에 구비되는 프리앰프(113)는 앰프 부착형 전극(110)에서 감지되는 심전도에 따라 발생되는 생체 신호를 필터 및 증폭부(120)에서 사용하기 용이한 전압으로 변환시키는 역할을 담당하며, 이를 위하여 상기 프리앰프(113)에서는 OPA 124가 사용되고, OPA 124는 입력 저항이 1013 Ω이고, 입력 커패시턴스가 1㎊가 된다.
상기한 바와 같은 구조 및 구성으로 이루어지는 앰프 부착형 전극(110)에서 출력되는 생체 신호는 필터 및 증폭부(120)로 입력된 후, 필터링 및 증폭되고(S120), 필터링 및 증폭된 생체 신호가 A/D변환부(130)로 입력된다.
한편, 상기 필터 및 증폭부(120)에서는 고역통과필터(121)에서 생체 신호의 베이스 라인이 출렁이는 현상과 잔류 편차의 변화가 제거 및 필터링된 후 대역저지필터(122)를 통과하면서 60㎐대의 커먼 모드 노이즈(Common-mode Noise)가 제거 및 필터링되고, 커먼 모드 노이즈가 제거된 미세한 생체 신호는 증폭부(123)에 의하여 일정한 배율로 증폭되고, 상기 증폭부(123)에 의하여 증폭된 신호는 저역통과필터(124)를 통과한 후, 아날로그 신호로 출력되어 A/D변환부(130)로 입력된다.
상기 고역통과필터(121)는 프리앰프(113)를 거친 생체 신호의 베이스 라인이 출렁이는 현상 및 잔류 편차의 변화를 제거 및 필터링하기 위하여 4차 sallen-key High pass filter로 구성된다.
여기서, 상기 저역통과필터(124)는 증폭부(123)를 통과한 신호 중 심전도에 해당하는 50㎐ 이하의 신호가 존재하고, 그 이상의 대역대의 신호들은 잡음으로 인식될 수 있으며, 저역통과필터(124)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여야 하기 때문에 주파수의 겹침 현상인 에일리어싱(aliasing)을 방지하기 위하여 심전도를 포함하는 대역의 두 배에 해당하는 100㎐ 이하의 신호를 통과시키도록 이루어지며, 이를 위하여 상기 저역통과필터(124)는 능동형 필터 회로의 일종인 4차 sallen-key Low pass filter로 구성된다.
상기 필터 및 증폭부(120)를 통하여 출력되는 아날로그 신호는 상기 A/D변환부(130)에 의하여 디지털 신호로 변환된다(S130).
상기 A/D 변환부(130)를 통하여 출력되는 디지털 신호는 디지털 신호 처리부(140)로 입력되고, 입력된 디지털 신호는 감산기(141)를 통하여 감산된 후, 감산 필터(142)에 의하여 감산 과정에서 발생되는 노이즈가 제거되어 신호 전송부(150)를 통해 신호처리장치(300)로 전송된다(S140).
한편, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)에 의해 심전도 신호가 측정될 때, 상기 무구속 광용적맥파 측정장치(200)는 용적맥파를 측정하게 된다.
즉, 사용자가 의자(170)에 앉아 마우스(2) 사용시 마우스(2)의 측면에 설치된 센싱부(210)는 엄지에 흐르는 혈류의 양을 측정하게 된다(S210).
상기 센싱부(210)의 출력은 필터 및 증폭부(220)에서 잡음 성분이 제거되고 증폭된 후, A/D변환부(230)를 통해 디지털 신호로 변환되며, 이는 신호전송부(240)를 통해 신호처리장치(300)로 전송된다(S220-S240).
이에 따라 상기 신호처리장치(300)는 도시하지 않은 수신부를 통해 상기 전기적 비접촉 심전도 측정장치(100)로부터의 심전도 신호와 무구속 광용적맥파 측정장치(200)로부터의 용적맥파를 수신하여 맥파도달시간 계산부(310)에서 맥파도달시간을 계산하게 된다(S310).
맥파도달시간은 일반적으로 심전도의 R-피크의 순간부터 말초부위의 맥파가 나타나는 시점까지의 시간으로, 본 발명에서는 사용자가 마우스(2)를 잡는 힘에 의한 광용적맥파 파형의 변형을 최소화하기 위해 광용적맥파의 기울기가 최대가 되는 점을 특징점으로 추출한다. 이는 광용적맥파를 측정하기위한 센서는 손가락이 센서에 닿는 힘에 따라 파형의 변화가 심하기 때문에 그 힘에 의한 파형의 변화에도 불구하고 1차 미분점의 변화는 변화가 가장 적으므로 이 점을 선택한 것이다.
즉, 본 발명에서의 맥파도달시간(Pulse Arrival Time : PAT)은 심전도의 R-피크로부터 광용적맥파의 최대 기울기 점으로 정의될 수 있으며, 이는 도 11의 파형도에 나타낸 바와 같다.
그리고 혈압정보 출력부(320)는 저장부(340)에 저장되어 있는 해당 사용자에 대한 맥파도달시간에 따른 혈압정보를 바탕으로 해당 혈압정보를 출력하게 되며(S320), 이는 표시부(330)를 통해 사용자에게 보여지게 된다(S330). 상기 맥파도달시간과 혈압과의 관계는 도 12에 도시한 바와 같다.
도 13은 본 발명의 응용예를 나타낸 것으로, 유무선 통신망을 이용한 서버와의 연결을 통해 사용자의 장시간에 걸친 혈압 관리를 통한 건강관리 시스템을 나타낸 것이다.
도 13과 같이, 본 발명의 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템(1100)이 유무선 통신망(1200)을 통해 건강관리서버(1300)에 접속되어 있으며, 이를 위해 상기 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템(1100)이 유무선 통신망(1200)을 통해 통신 가능토록 되어 있음은 물론이다.
상기 건강관리서버(1300)는 상기 무구속 기반의 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템(1100)으로부터 주기적 또는 비주기적으로 혈압측정결과를 전송받아 이를 데이터베이스(1400)에 저장하여 해당 사용자에 대한 장시간에 걸친 혈압의 변화를 파악할 수 있도록 하며, 또한, 해당 사용자에 대한 혈압을 바탕으로 식생활 개선등의 조언을 통해 해당 사용자의 건강관리가 가능토록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖게 된다.
첫째, 본 발명은 사용자가 의자에 앉아 컴퓨터를 사용할 때 사용자가 인지하지 못하는 상황에서 사용자의 의자에 구비된 전기적 비접촉 심전도계와 마우스에 장착된 광용적맥파 측정장치를 이용하여 심전도 측정용 전극이나 광용적맥파 센서를 몸에 부착하지 않고서도 무구속적으로 맥파도달시간을 측정할 수 있도록 하며, 이를 이용하여 무구속적으로 혈압을 측정할 수 있게 된다.
둘째, 서구화된 식생활에 따라 고혈압 환자가 증가하고 있는 현실에서 정기적으로 혈압의 측정은 매우 중요함에 따라 별도로 시간을 들여 혈압을 측정하지 않더라도 마우스를 잡는 시간 동안 혈압을 알 수 있게 됨에 따라 혈압측정의 편리함 을 제공하게 된다.
셋째, 스트레스를 받았을 때 나타나는 여러 가지 생체 변화 중 혈압의 변화를 측정하기란 매우 어려운 일이지만 본 발명을 이용하면 스트레스에 따른 혈압의 변화를 쉽게 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 바이오 피드백 효과도 가져올 수 있게 된다.
넷째, 통신망을 통한 서버와의 연결을 통해 원격건강관리가 가능하다.
Claims (11)
- 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 전극 및 접지판을 이용하여 사용자의 심전도를 측정하는 전기적 비접촉 심전도 측정수단;컴퓨터 마우스를 이용한 말초혈관 혈류량 측정을 통해 무구속적으로 사용자의 용적맥파를 측정하는 무구속 광용적맥파 측정수단; 및상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 상기 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 해당 혈압정보를 출력하는 신호처리수단;으로 구성됨을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단은사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극;상기 앰프 부착형 전극에서 얻어지는 생체 신호의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭하는 필터 및 증폭부;상기 필터 및 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부;상기 A/D변환부의 출력을 상기 신호처리수단으로 전송하는 신호전송부; 및사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 구비되는 접지판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단이 의자에 적용되는 경우,사용자가 착석하는 의자의 등받이부의 적소 양 측에 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극이 설치되고, 사용자의 둔부가 위치하는 의자의 좌석부의 소정 위치에 접지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단이 의자에 적용되는 경우,사용자가 착석하는 의자의 좌석부 적소 양 측에 적어도 하나 이상의 앰프 부착형 전극이 설치되고, 의자의 등받이부의 소정 위치에 접지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단은 상기 A/D변환부와 신호전송부의 사이에, 상기 A/D변환부를 통하여 입력되는 디지털화된 생체 신호의 신호차를 얻기 위한 감산기 및 상기 감산기를 통해 입력되는 생체 신호의 감산과정에서 발생되는 노이즈를 필터링하기 위한 감산 필터로 이루어지는 디지털 신호 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 무구속 광용적맥파 측정수단은컴퓨터의 마우스 측면에 설치되어 혈관 용적의 시간적 변화인 용적맥파를 측정하기 위해 말초혈관의 혈류량을 측정하는 센싱부;상기 센싱부의 출력중의 잡음 성분을 제거하고 증폭하는 필터 및 증폭부;상기 필터 및 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부; 및상기 A/D변환부의 출력을 상기 신호처리수단으로 전송하는 신호전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리수단은상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 사용자의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하는 맥파도달시간 계산부;해당 사용자의 맥파도달시간에 따른 혈압정보가 저장되어 있는 저장부;상기 저장부의 정보를 바탕으로 상기 맥파도달시간 계산부의 계산결과에 해당하는 혈압정보를 출력하는 혈압정보 출력부; 및상기 혈압압정보 출력부의 출력을 사용자 화면에 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 제 7 항에 있어서, 상기 맥파도달시간 계산부는광용적맥파의 기울기가 최대가 되는 점을 특징점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정시스템.
- 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 전극 및 접지판을 이용하여 사용자의 심전도를 측정하는 전기적 비접촉 심전도 측정수단; 컴퓨터 마우스를 이용한 말초혈관 혈류량 측정을 통해 무구속적으로 사용자의 용적맥파를 측정하는 무구속 광용적맥파 측정수단; 및 상기 전기적 비접촉 심전도 측정수단으로부터의 심전도 신호와 상기 무구속 광용적맥파 측정수단으로부터의 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 해당 혈압정보를 출력하는 신호처리수단;을 포함하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정장치; 및상기 혈압측정장치와 유무선 통신망을 통해 연결되며, 상기 혈압측정장치로부터 주기적 또는 비주기적으로 혈압측정결과를 전송받아 이를 데이터베이스에 저장하여 해당 사용자에 대한 혈압 관리가 가능토록 하는 건강관리서버;로 구성됨을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정 기반 건강관리시스템.
- 사용자의 신체에 직접적인 접촉없이 의복의 적소에 근접되게 설치된 전극 및 접지판을 통해 사용자의 생체신호를 입력받아 이를 필터링 및 증폭한 후, A/D변환하여 전송하는 제 1 단계;컴퓨터 마우스를 이용하여 측정되는 말초혈관 혈류량을 필터링 및 증폭한 후, A/D변환하여 전송하는 제 2 단계; 및상기 제 1 단계로부터 얻어지는 심전도 신호와 제 2 단계로부터 얻어지는 용적맥파를 이용하여 맥파도달시간을 계산하고, 계산된 맥파도달시간을 이용하여 해당 혈압정보를 출력하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측 정방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 맥파도달시간 계산시 광용적맥파의 기울기가 최대가 되는 점을 특징점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파도달시간 측정을 이용한 혈압측정방법.
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