KR101007818B1 - 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법 - Google Patents

비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

피검자의 신체 피부에 직접적인 접촉 없이 심장 박동 신호를 측정함은 물론, 측정된 심장 박동 신호가 주위의 노이즈로부터 간섭받지 않도록 함으로써, 품질 높은 심장 박동 신호를 측정할 수 있는 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법이 개시되어 있다. 이를 위하여 전극부, LC 오실레이터, 인버터, 위상동기회로, 버퍼, RC 저역 통과 필터, 및 증폭기를 포함하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법을 사용하면, 신체 피부의 직접적인 접촉이 없어 피검자가 심장 박동 측정을 의식하지 않는 상태에서 측정이 가능하고, 주위로부터 간섭되는 노이즈를 제거함으로써, 품질 높고 정확한 심장 박동 상태를 측정할 수 있다는 이점이 있다.

Description

비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법{NON-CONTACT HEARTBEAT SENSOR AND HEARTBEAT SIGNAL PROCESSING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 심장 박동 측정 센서 및 신호 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극을 신체 피부에 접촉시키지 않고 심장 박동 신호를 측정할 수 있는 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법에 관한 것이다.
ECG(ElectroCardioGram)라 불리는 심전도란 심장의 박동에 의해 심장근육이 수축 확장되면서 발생되는 활동전류를 기록한 것으로, 신체 피부에 전극을 부착시켜 심장 근육의 수축에 따른 활동 전류를 측정한 후 측정된 전류데이터를 그래프로 묘사하는 것이다.
보다 상세하게는 심장 근육이 수축 이완할 때 발생되는 활동 전위는 심장으로부터 온몸으로 퍼지는 전류를 일으키며 이 전류는 몸의 위치에 따라 전위차를 발생시키는데 이 전위차는 인체의 피부에 부착된 표면 전극을 통해 검출하여 기록할 수 있다.
이처럼 심장 근육이 활동할 때(심장 박동) 일어나는 전기적인 흥분으로 인해 발생되는 활동 전위가 신체의 표면에 전달된 후 전류에 의한 파형으로 기록되는 것이 심전도이며, 협심증, 심근경색 및 부정맥 등의 심장계 질환을 진단하는데 있어 매우 중요한 방법이다.
이러한 심전도는 근전도, 뇌파, 생체 임피던스 신호와 더불어 대표적인 생체전기 신호로서, 피검자의 건강 상태를 비관혈적인 방법으로 진단하는데 있어 가장 기본이 되는 신호이며, 심전도는 호흡 신호와 함께 가장 기본이 되는 생체신호로 임상에서 널리 사용되고 있다.
이렇게 적절한 치료를 위해 심전도, 근전도, 뇌전도 등의 생체 전위를 측정하는 의학 분야에 있어 체내의 전기 신호를 외부 장치로 보내 적절한 치료를 위한 진단 방법들이 개발되고 있다.
현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 심장의 생체 신호를 측정하는 방법으로는 전극 유도법을 들 수 있다.
전극 유도법은 심장의 동방결정에서 발생한 전기적 자극이 좌우 심실과 좌우 심방으로 전도되면서 발생하는 생체 전위를 측정하는 것으로 2개 이상의 전극을 인체 표면에 부착하여 측정하는 방법이다.
이처럼 전극을 이용한 측정법으로는 사지 전극 유도법과 2전극 측정법이 주로 이용되고 있다.
사지 전극 유도법은 전자기학적으로 선적분의 경로가 길면 길수록 큰 전위를 측정할 수 있어 인체의 양쪽팔과 다리에 전극을 부착하고 이를 케이블로 심장 전기 활동 측정 장치에 연결하여 심장의 전기적 활동을 측정토록 하는 방법이다. 이러한 사지 전극 유도법의 경우 선적분의 경로가 길면 길수록 큰 전위를 측정할 수 있는 특성에 의해 소형화가 어렵다는 문제점과 잡음에 민감하다는 단점이 있다.
그리고 2전극 측정법은 신축성을 가지는 밴드를 이용하여 가슴 부위에 전극을 부착하여 심장의 전기적 활동을 측정토록 하는 방법이다. 이러한 2전극 측정법의 경우 신축성을 가지는 밴드를 가슴 부위에 착용시 가슴 압박감 때문에 장시간 착용하기가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 최초 부착시 사용자의 실수로 인해 느슨하게 부착되거나 장시간 사용으로 인해 전극의 습도가 저감될 경우 측정되는 심장박동 신호의 품질이 떨어진다는 문제점이 있다.
위에서 언급한 심전도 측정 방법들은 신체 피부의 손상을 가져올 수 있다는 문제점과 함께 신체 일부에 압박을 가함으로써 피검자가 심전도 측정을 의식하게 되어 정상적인 심전도 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로 신체 피부에 직접적인 접촉을 시키지 않음으로써 피검자가 심장 박동 측정을 의식하지 않도록 하여 보다 품질 높은 심전도 측정이 가능한 심장 박동 측정 기술이 개발되었다.
예를 들면, 천을 사이에 두고 피부와 전극사이의 정전 용량을 통하여 심전도 신호를 직접 검출하는 방법과 도플러 레이더를 이용하여 심장 박동을 측정하는 방법을 들 수 있다.
그러나 전극사이의 정전 용량을 통하여 심전도를 측정하는 방법의 경우 고성능의 계장용 앰프와 임피던스 매칭이 필요하다는 문제점이 있으며, 또한, 도플러 레이더를 이용한 심장 박동 측정 방법의 경우 전파를 신체에 직접 입사시킴에 따른 신체의 부작용을 수반할 수 있다는 문제점과, 아울러 고가의 고주파 부품을 사용함에 따른 비용이 상승한다는 문제점이 있다.
이외에도 청진기나 마이크로폰을 이용하여 심장 박동 소리를 측정하는 방법도 있다. 이 경우는 주변 노이즈에 매우 민감하여 주위가 조금이라도 소란스러울 경우 품질 높은 심장 박동 소리의 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
이에 따라서 종래의 심장 박동을 측정할 수 있는 여러 방법들로부터 발생되는 문제점들을 해결할 수 있는 심전도 측정 방법의 개발이 요구되고 있다. 즉, 신체에 직접적인 접촉이 없고 주위의 노이즈로부터 간섭받지 않고 심장 박동 정보(신호)를 측정할 수 있는 심장 박동 측정 방법의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 제 1 목적은 피검자의 신체 피부에 직접적인 접촉 없이 심장 박동 신호를 측정함은 물론, 측정된 심장 박동 신호가 주위의 노이즈로부터 간섭받지 않도록 함으로써, 품질 높은 심장 박동 신호를 측정할 수 있는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 신체 피부에 직접적인 접촉 없이 심장 박동을 측정할 수 있는 비접촉식 심장 박동 측성 센서를 이용한 심장 박동 신호 처리 방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 심장 박동에 의한 전기적 용량이 충전되는 전극부; 상기 전극부로 충전되는 전기적 용량에 따른 심장 박동에 의한 생체 신호를 발진하는 LC 오실레이터; 상기 LC 오실레이터를 통해 출력되는 발진된 주파수 신호를 기계가 알 수 있는 구형파 신호로 변환시키는 인버터; 상기 인버터를 통해 출력된 변환된 생체 신호가 주위 노이즈에 의해 변하지 않도록 인버터를 통해 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 위상동기회로; 상기 위상동기회로를 통해 출력된 생체 신호를 버퍼링하는 버퍼; 상기 버퍼를 통해 출력된 생체 신호를 필터링 하는 RC 저역 통과 필터; 및 상기 RC 저역 통과 필터를 통해 필터링된 생체 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 제공한다.
또한 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극부 및 LC 오실레이터를 통해 심장 박동에 의한 생체 신호를 측정하는 단계; 인버터를 통해 상기 측정된 심장 박동 생체 신호를 기계가 알 수 있는 구형파로 변환시키는 단계; 위상동기회로를 통해 상기 구형파로 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 단계; 상기 위상이 동기된 생체 신호를 버퍼링하는 단계; 상기 버퍼링된 생체 신호를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 생체 신호를 증폭하는 단계를 포함하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법을 사용하면, 신체 피부의 직접적인 접촉이 없어 피검자가 심장 박동 측정을 의식하지 않는 상태에서 측정이 가능하여 보다 품질 높고 정확한 심장 박동 상태를 측정할 수 있다는 이점이 있다.
그리고 주위로부터 간섭되는 노이즈를 제거함으로써, 보다 품질 높은 정확한 심장 박동 상태를 측정할 수 있다는 이점이 있다.
이처럼 피검자의 보다 정확한 심장 박동 상태를 측정할 수 있음에 따라 피검자의 심장 질환에 대한 보다 정확한 진료를 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 비접촉식으로 심장 박동 신호를 측정함으로써, 심장 박동 신호를 측정하기 위한 별도의 작업이 필요치 않아 숙련이 부족한 의료 진료자의 사용이 가능하여 사용의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서 및 이를 이용한 신호 처리 방법을 상세하게 설명한다.
심장 박동이란, 심장의 수축과 확장의 반복운동을 의미하는 것이다.
즉, 심장은 펌프와 비슷한 작용을 하는데, 주기적으로 수축하여 혈액을 동맥속으로 밀어내고, 이완하여 정맥에서 오는 혈액을 내강에 채운다. 이때 판막의 개폐가 차례로 일어나 혈액의 역류를 막음으로써 펌프 작용이 원활하게 반복되고, 이 에 의하여 혈액이 온몸을 순환하게 된다. 이와 같은 심장의 수축과 확장의 반복을 박동이라 한다.
이처럼 수축과 확장을 반복적으로 운동하는 심장은 일정한 패턴을 가지면서 박동하게 되며, 이러한 심장 박동의 일정한 패턴을 측정함으로써 사람의 건강상태를 파악할 수 있게 되는 것이다.
그러나 심장 박동의 신호(생체 신호)가 일반인들이 들을 수 있을 정도의 신호가 아닌 매우 작은 주파수 대역을 갖는 미세한 신호인 관계로 주위의 노이즈로부터 간섭받을 위험이 높을 수밖에 없다.
즉, 심장 박동의 생체 신호가 매우 미세한 신호인 관계로 주위의 보이지 않는 노이즈(화이트 노이즈라 함)에 의해 간섭을 받음에 따라 심장 박동의 생체 신호를 측정하기가 어렵다.
상기 화이트 노이즈란 인간의 가청주파수대 내에 존재하는 모든 주파수에서 동일한 음향으로 소리가 날경우에 들을 수 있는 잡음으로써, 이러한 화이트 노이즈에 의해 측정된 심장 박동 신호에 잡음이 생겨 품질 높은 심장 박동 신호를 측정하기가 어렵다.
이에 따라서 본 발명은 아주 미세한 신호로 인해 주위의 화이트 노이즈로부터 간섭 받기가 매우 쉬운 심장 박동 신호를 측정하여 측정을 원하는 주파수 대역의 심장 박동 신호(예를 들면 0.3 내지 20㎐ 내의 주파수 대역, 본 발명의 일실시예에서는 30㎐이하의 주파수에 해당하는 심장 박동 신호가 출력되도록 설계하였음)를 제외한 나머지 영역대의 주파수를 제거하는 기술에 관한 것이다.
나아가 본 발명은 신체 피부에 직접적인 접촉이 없이 심장 박동 신호를 측정할 수 있는 기술에 관한 것이다.
먼저, 본 발명은 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 전극부(100) 및 LC 오실레이터(110)를 포함한다.
상기 전극부(100)에는 심장 박동에 의한 전기적 용량이 충전된다.
이를 위해 상기 전극부(100)는 일예로 두 개의 금속으로 구성되는 것이 바람직하며, 이에 따라서 두 금속간에는 정전용량이 존재하게 되고, 두 금속간의 정전 용량의 값은 금속간의 거리나 금속 주변 물질의 유전율에 의해 결정될 것이다.
즉, 상기 전극부(100)는 측정하고자 하는 심장이 위치하는 가슴에 직접적으로 부착되지 않고 비접촉 방식으로 위치하여 심장 박동에 의한 전기적 용량을 충전하는 것이다. 다만, 상기 전극부(100)를 심장이 위치한 가슴에 가까이 위치시킬수록 보다 정확한 심장 박동 신호를 측정할 수 있을 것이다.
그리고 상기 LC 오실레이터(oscillator)(110)는 전극부(100)로부터 충전되는 전기적 용량에 따른 심장 박동에 의한 생체 신호를 발진하는 역할을 한다.
상기 LC 오실레이터(110)는 공진현상을 이용하여 특정 주파수의 파형 혹은 진동을 이끌어 내는 공진기로 사용되는 것으로서, 코일의 인덕턴스(L)와 커패시 터(capacitor)의 커패시턴스(전기적 용량)(C)로 이루어지는 공진회로를 주파수 결정요소로 하는 사인파 교류발진기이다.
이에 따라서 상기 LC 오실레이터(110)는 상기 전극부(110)로부터 충전된 전기적 용량(C)에 따라 생체 신호를 발진하게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 LC 오실레이터와 인버터를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 상기 전극부(100)를 통해 충전된 전기적 용량이 Q2로 입력되도록 설계되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 LC 오실레이터(110)를 통해 출력되는 생체 신호
Figure 112009031981263-pat00001
로 결정된다. 즉, 상기 생체 신호(f)는 L3, C10, 및 C11에 의해 결정되고, 상기
Figure 112009031981263-pat00002
에 의해 결정될 것이다.
이에 따라서 상기 LC 오실레이터(110)로 입력(Q2)된 전극부(100)의 전기적 용량이 상기 C11에 더해진 결과 값에 의해 생체신호의 주파수가 출력될 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 LC 오실레이터를 통해 출력되는 파형을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 LC 오실레이터(110)를 통해 출력되는 생체신호의 주 파수는 1.09㎒, 진폭 4.52 VP-P를 가지는 것으로 측정되었다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 인버터(120)를 포함한다.
상기 인버터(inverter)(120)는 상기 LC 오실레이터(110)를 통해 출력되는 발진된 주파수 신호를 입력받아 입력받은 발진된 주파수 신호를 기계가 알 수 있는 기계적인 구형파 신호로 변환시키는 역할을 한다.
보다 상세하게는 상기 인버터(120)는 상기 LC 오실레이터(110)를 통해 측정된 일정한 패턴을 가지는 사람의 심장 박동을 주기별 로직 주파수로 구분하여 구형파 신호로 변환시킨다.
도 2를 참조하면, 상기 인버터(120)는 상기 LC 오실레이터(110)의 출력(oscillator output)단과 연결되도록 설계하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 인버터로 입력되는 생체 신호의 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 인버터를 통과한 출력 파형을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 LC 오실레이터(110)로부터 입력(A)된 파형이 상기 인버터(120)를 통과(B)해 구형파로 변경됨을 확인할 수 있다.
상기 인버터(120)는 상기 LC 오실레이터(110)를 통해 인버터(120)로 입력되 는 심장 박동에 의한 생체 신호 주파수는 0 내지 3V 사이의 파형을 갖도록 중심 주파수를 낮추는 것이 바람직할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 위상동기회로(130)를 포함한다.
상기 위상동기회로(PLL : Phase Locked Loop)(130)는 상기 인버터(120)를 통해 출력된 변환된 생체 신호를 입력받아 입력받은 생체 신호가 주위 노이즈에 의해 변하지 않도록 상기 인버터(120)를 통해 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 역할을 한다.
보다 상세하게는 상기 전극부(100)의 위치나 주변 환경의 변화 등으로 인해 상기 전극부(100)의 전기적 용량(커패시턴스)이 변함에 따라 상기 전극부(100)로부터 충전되는 전기적 용량에 의해 생체 신호의 발진이 결정되는 상기 LC 오실레이터(110)의 주파수가 변하게 된다.
이로 인해 상기 LC 오실레이터(110)의 주파수가 변하게 되고 주파수가 변함에 따라 전압이 변하게 되는데, 이때 상기 위상동기회로(130)의 가변저항을 변화시켜 상기 인버터(120)를 통해 출력되는 생체 신호에 외부 노이즈 간섭이 이루어지지 않도록 전압을 동기시키는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력되는 생체 신호의 노이즈를 보다 효과적으로 제거하기 위한 방법으로, VDD 입력 핀에 인접되어 커패시터를 추가로 설계할 수도 있을 것이다.
즉, 기준 전압을 원하는 전압으로 높이게 되면, 원하는 기준 전압 이하의 노이즈들이 사라지게 되어 보다 깨끗한 신호를 출력할 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 위상동기회로를 나타낸 회로도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 전극부 앞에 사람이 위치하지 않을 경우와 심장이 위치할 경우에 각각 위상동기회로를 통해 출력되는 전압을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 인버터(120)로부터 생체 신호가 출력되는 단자에 연결되도록 설계하는 것이 바람직하다.
그리고 도 7을 참조하면, 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력(C)되는 전압을 확인할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 전극부(100)가 신체 피부 즉, 심장 박동을 측정할 수 있는 심장 위치에 위치하기 전(a)과 심장 위치에 위치할 때(b) 출력되는 각각의 전압을 확인 할 수 있다.
상기 전극부(100) 앞에 아무것도 없을 경우에는 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력되는 전압이 2.9V로 측정되었고, 상기 전극부(100)를 심장 위치에 위치시켰을 경우에 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력되는 전압이 2.0V로 낮아진 것을 확인할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 버퍼(140)를 포함한다.
상기 버퍼(buffer)(140)는 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력된 생체 신호를 버퍼링하는 역할을 한다. 즉, 상기 버퍼(140)는 상기 위상동기회로(130)로부터 출력되는 신호가 노이즈의 간섭을 받지 않고 출력된 신호 그대로 상기 RC 저역 통과 필터(150)로 입력될 수 있도록 하는 것이다.
보다 상세하게는 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력된 생체 신호의 경우 회로의 전압에 의해서 노이즈 간섭을 받을 수도 있을 것이고, 이외에도 외부의 노이즈로부터 간섭을 받을 수도 있을 것이다. 이에 따라 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력된 생체 신호에 노이즈 간섭이 이루어지지 않고 출력된 생체 신호 그대로 상기 RC 저역 통과 필터(150)로 입력될 수 있도록 하는 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 나타낸 회로도이다.
도 8을 참조하면, 상기 버퍼(140)를 상기 위상동기회로(130)를 통해 출력되는 단자에 연결되어 설계하는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 RC 저역 통과 필터(150)를 포함한다.
상기 RC 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter)(150)는 상기 버퍼(140)를 통해 출력된 생체 신호를 필터링하는 역할을 한다.
보다 상세하게는 상기 버퍼(140)를 통해 출력된 생체 신호는 심장 박동에 의해 발생되는 생체 신호의 주파수를 외부의 노이즈로부터 간섭받지 않도록 하여 측 정된 생체 신호의 주파수를 그대로 측정한 심장 박동 신호이다.
이렇게 측정된 심장 박동 신호를 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통해 원하는 특정 주파수 이하의 신호만을 통과시키는 것이다.
본 발명의 RC 저역 통과 필터(150)는 일예로 30㎐ 이하의 주파수 신호만을 통과시키도록 하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 RC 저역 통과 필터를 나타낸 회로도이다.
도 9를 참조하면, 상기 버퍼(140)의 출력단과 연결되도록 설계되어 버퍼(140)를 통해 출력된 생체 신호 중 30㎐ 이하의 주파수 신호만이 통과되도록 한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 통과한 생체 신호를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 통과한 생체 신호를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 버퍼(140)로부터 출력되어 입력(D)되는 625㎐의 노이즈가 제거되지 않은 생체 신호가 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통과(E)한 후 노이즈가 제거된 깨끗한 생체 신호가 출력됨을 알 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 증폭기(160)를 포함한다.
상기 증폭기(amplifier)(160)는 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통해 필터링된 생체 신호를 증폭시키는 역할을 한다.
보다 상세하게는 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통해 필터링 되어 출력되는 생체 신호는 심장 박동에 의해 발생되는 생체 신호의 주파수 중 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통과한 생체 신호 주파수 신호로써, 이러한 생체 신호 주파수는 사람의 귀로 들을 수 있는 신호가 아닌 매우 미세한 신호이다. 이러한 미세한 신호를 상기 증폭기(160)를 통해 사람이 들을 수 있는 신호의 크기로 증폭하는 것이다.
본 발명의 일예에서 상기 증폭기(160)는 상기 RC 저역 통과 필터(150)를 통해 필터링된 생체 신호를 15 내지 25배 증폭토록 하는 것이 바람직할 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 증폭기를 나타낸 회로도이다.
도 12를 참조하면, 상기 증폭기(160)는 상기 RC 저역 통과 필터(150)의 출력단과 연결되도록 설계하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 설계된 증폭기(160)는 24배 증폭이 가능한 증폭기로 설계되었다. 위에서 언급한 바와 같이 상기 증폭기(160)는 ADC(Analog to Digital Converter) 특성에 따라 15 내지 25배의 증폭이 가능하도록 설계할 수 있을 것이다. 이는 최초 설계 목적에 따라 증폭 비율을 선택적으로 설계할 수 있을 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 그라운드를 나타낸 회로도이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 비접 촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 전원부를 나타낸 회로도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서는 그라운드 및 전원부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 그라운드는 및 전원부는 본 발명에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서가 구동되도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 그라운드는 본 발명의 비접촉식 심장 박동 측정 센서가 정상적인 작동을 위해서 출력에 전극을 달아 센서의 바깥쪽에 위치하도록 설계하는 것이 바람직하다. 나아가 외부 물체의 움직임에 영향을 받지 않도록 쉴딩(shielding) 설계를 하는 것이 바람직할 것이다.
그리고 본 발명은 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법을 제공한다. 이하, 상술한 비접촉식 심장 박동 측정 센서에 대한 기재와 공통되는 부분의 기재는 생략하거나 약술하기로 한다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 심장 박동에 의한 생체 신호를 측정하는 단계(S100); 인버터를 통해 상기 측정된 심장 박동 생체 신호를 기계가 알 수 있는 구형파로 변환시키는 단계(S200); 위상동기회로를 통해 상기 구형파로 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 단계(S300); 상기 위상이 동기된 생체 신호를 버퍼링하는 단계(S400); 상기 버퍼링된 생체 신호를 필터링하는 단계(S500); 및 상기 필터링된 생체 신호를 증폭하는 단계(S600)를 포함한다.
상기 스텝 S100은 전극부 및 LC 오실레이터를 통해 심장 박동에 의한 생체 신호의 측정이 가능하다.
상기 스텝 S500은 30㎐ 이하의 주파수 대역의 생체 신호만을 통과시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 스텝 S600은 상기 스텝 S500을 거친 생체 신호의 주파수를 15 내지 25배 증폭되도록 하는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 LC 오실레이터와 인버터를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 LC 오실레이터를 통해 출력되는 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 인버터로 입력되는 생체 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 인버터를 통과한 출력 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 위상동기회로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 전극부 앞에 사람이 위치하지 않을 경우와 심장이 위치할 경우에 각각 위상동기회로를 통해 출력되는 전압을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 RC 저역 통과 필터를 나타낸 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 통과한 생체 신호를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 버퍼를 통과한 생체 신호를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 증폭기를 나타낸 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 그라운드를 나타낸 회로도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 설명하기 위한 전원부를 나타낸 회로도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
100 : 전극부 110 : LC 오실레이터
120 : 인버터 130 : 위상동기회로
140 : 버퍼 150 : RC 저역 통과 필터
160 : 증폭기

Claims (7)

  1. 심장 박동에 의한 전기적 용량이 충전되는 전극부;
    상기 전극부로 충전되는 전기적 용량에 따른 심장 박동에 의한 생체 신호를 발진하는 LC 오실레이터;
    상기 LC 오실레이터를 통해 출력되는 발진된 주파수 신호를 기계가 알 수 있는 구형파 신호로 변환시키는 인버터;
    상기 인버터를 통해 출력된 변환된 생체 신호가 주위 노이즈에 의해 변하지 않도록 인버터를 통해 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 위상동기회로;
    상기 위상동기회로를 통해 출력된 생체 신호를 버퍼링하는 버퍼;
    상기 버퍼를 통해 출력된 생체 신호를 필터링 하는 RC 저역 통과 필터; 및
    상기 RC 저역 통과 필터를 통해 필터링된 생체 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상동기회로가
    출력신호의 노이즈를 효과적으로 제거하기 위하여 VDD 입력 핀에 인접하여 커패시터가 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 RC 저역 통과 필터가
    30㎐ 이하의 생체 신호 주파수 대역만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 심장 박동 측정 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭기가
    상기 RC 저역 통과 필터를 통과한 생체 신호에 해당하는 주파수를 15 내지 25배 증폭하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서.
  5. 전극부 및 LC 오실레이터를 통해 심장 박동에 의한 생체 신호를 측정하는 단계;
    인버터를 통해 상기 측정된 심장 박동 생체 신호를 기계가 알 수 있는 구형파로 변환시키는 단계;
    위상동기회로를 통해 상기 구형파로 변환된 생체 신호의 위상에 동기시키는 단계;
    상기 위상이 동기된 생체 신호를 버퍼링하는 단계;
    상기 버퍼링된 생체 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 생체 신호를 증폭하는 단계를 포함하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터링 단계가 30㎐ 이하의 주파수 대역의 생체 신호만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 증폭 단계가 상기 필터링 단계를 거친 생체 신호에 해당하는 주파수를 15 내지 25배 증폭하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 심장 박동 측정 센서를 이용한 신호 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337402B1 (ko) * 2011-08-29 2013-12-05 주식회사 헤르메티스 듀얼밴드의 도플러 효과를 이용한 생체 신호 검출 시스템
KR101386720B1 (ko) * 2012-08-07 2014-04-24 인하대학교 산학협력단 생체신호 감지회로를 이용한 델타-시그마 아날로그 디지털 변환기
ES2843690T3 (es) * 2014-09-23 2021-07-20 Rr Sequences Inc Electrocardiografía sin contacto
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KR20170004428U (ko) * 2016-06-21 2017-12-29 씨아이에스포유 주식회사 도플러 레이더를 이용한 인체 감지 센서
KR20210058676A (ko) 2019-11-13 2021-05-24 영남대학교 산학협력단 심장신호 처리장치 및 방법, 이를 포함하는 모니터링 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040045364A (ko) * 2002-11-25 2004-06-01 산요덴키가부시키가이샤 심박/호흡 측정 장치
KR20090022085A (ko) * 2007-08-29 2009-03-04 한국과학기술원 Ｌｃ 발진회로를 이용한 비접촉식 호흡·심장박동신호 측정장치 및 이를 위한 신호 처리 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040045364A (ko) * 2002-11-25 2004-06-01 산요덴키가부시키가이샤 심박/호흡 측정 장치
KR20090022085A (ko) * 2007-08-29 2009-03-04 한국과학기술원 Ｌｃ 발진회로를 이용한 비접촉식 호흡·심장박동신호 측정장치 및 이를 위한 신호 처리 방법

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