KR101041943B1

KR101041943B1 - 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치

Info

Publication number: KR101041943B1
Application number: KR1020090007399A
Authority: KR
Inventors: 박광석; 이승민; 임용규; 김고근
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2011-06-15
Also published as: KR20100088280A

Abstract

본 발명은 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기적 비접촉 심전도 측정시에 발생하는 전기적 왜곡을 제거하고 이를 통해 얻어진 정밀한 심전도를 이용하여 체표면 전위를 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치는 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 다수개의 앰프 부착형 전극을 가로 및 세로로 구성되는 격자형으로 배열한 심전도 측정부와, 상기 심전도 측정부의 일측에 전기적으로 연결되어 외부의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부의 일측에 전기적으로 연결되는 A/D 변환부와, 상기 A/D 변환부의 일측에 전기적으로 연결되고, 인가받은 신호들을 분석하는 컴퓨터와, 본 발명에 따른 체표전위 측정장치에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 접지판을 포함하며, 상기 컴퓨터는 인가받은 다수개의 심전도 신호들을 이차원 평면상에 매핑하는 방법으로 피검사자 체표면 전위 분포를 분석하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치를 개시한다.

심전도, 체표전위, 비접촉, 앰프부착형 전극, 바이어스 저항

Description

전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치{Apparatus for Measuring Body Surface Potential Mapping Using Electric Non-Contact Electrocardiogram}

본 발명은 전기적 비접촉 심전도(ECG, electrocardiogram)를 이용한 체표전위 측정장치에 관한 것이다.

심전도란, 심장의 수축에 따른 활동 전류를 곡선으로 기록한 것으로 심장 전기도의 약칭이다.

심근의 흥분은 정맥동(靜脈洞)에서 일어나 심방, 심실 방향으로 나아가므로 이 흥분을 임의의 두 점에서 전류계(심전계)에 유도하면 심장의 활동전류가 그래프로 묘사된다.

이와 같은 방법을 이용하여 심근이 활동할 때 일어나는 전기적인 흥분으로 인해 발생되는 활동 전위가 신체의 표면에 전달된 후 전류에 의한 파형으로 기록되는 것이 심전도이며, 심장질환을 진단하는데 있어 매우 중요하다.

여기서, 심장의 기저부(基底部)가 흥분해서 첨부(尖部)에 대하여 전기적으로 음성이 될 때 전류계의 지침(바늘)이 위쪽으로 향하게 곡선을 그릴 경우, 등전위선(等電位線)에서 돌출하는 곳을 W. 에인트호벤의 명명에 따라 P파, Q파, R파, S파, T파, U파라고 한다.

이렇게 심장질환을 진단하기 위한 심전도를 얻는 방법으로는 양손, 오른손과 왼발, 왼손과 왼발의 표준지유도(標準肢誘導)를 이용한 심전도 측정방법이 사용되고 있으며, 그 외에 단극유도(單極誘導), 흉부유도 등이 있다.

심전도 측정은 협심증이나 심근경색(心筋梗塞) 등의 관동맥 질환을 비롯하여 여러 가지 부정맥(不整脈)이나 전해질이상(電解質異常) 등을 진단함에 있어, 또는 수술 중의 심장이상의 유무의 조사, 확인함에 있어 그 응용면이 넓고, 심장질환의 진단학상 매우 중요하다.

이러한 심전도는 근전도, 뇌파, 생체 임피던스 신호와 더불어 대표적인 생체 전기 신호로서, 피검사자의 건강 상태를 비관혈적(non-invasive)인 방법으로 진단하는데 있어 가장 기본이 되는 신호이며, 심전도는 호흡 신호와 함께 가장 기본이 되는 바이탈 신호로 임상에서 널리 사용되고 있다.

하지만 현재 상용화되어 병원등에서 널리 사용되고 있는 심전도계측장비는 사지에 각 1개씩 그리고 흉부에 6개의 전극을 붙여서 총 12개의 lead를 구성하여 측정을 하고 있으나, 심근 경색을 포함하여 다수의 질병을 잘 측정하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

한편, 체표면 전위 분포는 약 64개 내지 128개에 달하는 전극을 피부를 직접 부착하여 흉부 모든 부위의 심전도를 측정하여, 이차원 평면에 매핑(mapping) 시키고, 심장의 활동을 모니터링 하는 방법으로 파악할 수 있다.

이러한, 체표면 전위 분포의 측정은 상체의 전위 차이를 가지고 측정하는 것이므로, 각 전극에서 측정되는 심전도가 정밀하고 왜곡이 없어야만 한다.

상기와 같이 체표면 전위 분포를 파악하는 방법은 Simon D. Carley의 논문(Simon D. Carley, Michelle Jenkins, Kevin Mackway Jones, 'Body surface mapping versus the standard 12 lead ECG in the detection of myocardial infraction amongst Emergency Department patiens: a Bayesian approach', Resuscitation Volume 64, Issue 3, March 2005, pages 309-314)에 언급된 바와 같이, 심근 경색이나 다른 심장 질환들에서 기존에 사용되고 있는 12 유도 심전도 장치에 비해 질병 진단력이 월등히 우수한 것으로 알려져 있다.

하지만, 이를 측정시에 검사자가 피검사자의 피부에 전극을 일일이 붙여야 하고, 피검사자는 측정 준비시 부터 측정 후 전극이 제거될 때 까지 움직임의 제약을 받게 되며, 한 번의 검사를 위해 많은 시간적 손해를 본다는 문제점이 있다.

또한, 전극이 일회용이므로 한 번의 검사를 위해 많은 수의 전극이 낭비된다는 문제점도 있다.

최근에 소개되고 있는 전기적 비접촉 심전도 계측장치는 피부와 전극 간에 커패시턴스를 형성하여 옷을 입은 상태에서도 심전도를 측정할 수 있다.

이와같은 전기적 비접촉 심전도의 특성상 이 전극을 이용하여 체표변위 측정 을 하게 되면 전극을 일일이 붙일 필요도 없어서 검사시간이 현저히 줄어들 수 있을 것으로 예상되며, 피부 접촉식 전극의 폐기물도 생기지 않을 것으로 예측할 수 있다.

도 1에는 비접촉 심전도 측정의 개념도가 도시되어 있다. 이러한 비접촉 심전도 계측장치에 관한 기술은 임용규에 의해 논문으로 게재된 바 있다(Yong Gyu Lim, Ko Keun Kim, Suk Park 'ECG measurement on a chair without conductive contact', IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Volume: 53, Issue: 5 on page(s): 956-959, 2006-04-18).

상기 논문에서 앰프형 전극은 입력저항이 10¹³[Ω], 입력 커패시턴스가 1 [pF]을 가지는 OPA124를 OP앰프로 사용하였으나, OP앰프의 입력단에 바이어스 임피던스 3 [GΩ]을 접지와 연결하여 사용하였다. 하지만 이 시스템을 통하여 심전도를 측정하여 보면 피부와 전극 간에 있는 옷이 일종의 고대역 필터를 형성하여, 저주파 대역의 신호에 있어서 왜곡이 생기게 되고, 이는 비접촉 심전도 계측장치로는 심박율 이외에는 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

비접촉식 체표면 전위 분포의 측정은 상체의 전위 차이를 가지고 측정하는 것이므로, P파 Q파 R파 S파 T파 모두 각 전극에서 측정되는 심전도가 정밀하고 왜곡이 없어야만 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기적 비접촉 심전도 측정시에 발생하는 전기적 왜곡을 제거하고 이를 통해 얻어진 정밀한 심전도를 이용하여 간편하고 짧은 시간 안에 피험자가 거부감을 느끼지 않도록 체표면 전위를 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치는 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 다수개의 앰프 부착형 전극을 가로 및 세로로 구성되는 격자형으로 배열한 심전도 측정부와, 상기 심전도 측정부의 일측에 전기적으로 연결되어 외부의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부의 일측에 전기적으로 연결되는 A/D 변환부와, 상기 A/D 변환부의 일측에 전기적으로 연결되고, 인가받은 신호들을 분석하는 컴퓨터와, 본 발명에 따른 체표전위 측정장치에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 접지판을 포함하며, 상기 컴퓨터는 인가받은 다수개의 심전도 신호들을 이차원 평면상에 매핑하는 방법으로 피검사자 체표면 전위 분포를 분석할 수 있다.

상기 심전도 측정부는 가로로 7개, 세로로 7개가 배열되는 총 49개의 앰프 부착형 전극을 포함할 수 있다.

상기 앰프 부착형 전극은, 일측에 구비되는 전극면과, 상기 전극면을 통하여 입력되는 생체 신호를 증폭 및 임피던스 변환시키기 위한 프리앰프와, 상기 프리앰프의 외측에 구비되는 실드를 포함할 수 있다.

상기 프리앰프의 비반전 입력단에는 바이어스 저항이 전기적으로 연결되고, 상기 바이어스 저항의 값은 100 기가옴일 수 있다.

상기 신호 처리부는 상기 앰프 부착형 전극의 각각에 전기적으로 연결되며, 상기 신호 처리부에 인가되는 심전도 신호는 순차적으로 고역통과필터, 신호 증폭기 및 저역통과필터를 통과할 수 있다.

상기 고역통과필터는 0.05 Hz 이상의 신호를 통과시키는 2차 고역통과필터일 수 있다.

상기 증폭기는 500 V/V인 전압 증폭기일 수 있다.

상기 저역통과필터는 250 Hz 이하의 신호를 통과시키는 2차 저역통과필터일 수 있다.

상기 A/D 변환부는 상기 신호 처리부를 통하여 입력되는 아날로그 심전도 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.

상기 컴퓨터는 상기 A/D 변환부로부터 인가받은 다수개의 심전도 신호들을 앙상블 에버리지하며, 이를 이차원 평면상에 매핑하는 방법으로 다수개의 심전도 신호로부터 피검사자 체표면 전위 분포를 분석할 수 있다.

상기 컴퓨터는 데스크탑 컴퓨터 또는 랩탑 컴퓨터일 수 있다.

상기 전원 공급부는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 의자에 적용될 경우, 의자의 등받이부에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 의자의 좌석부 중 피검사자의 둔부가 위치하는 곳에 상기 접지판이 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 침대에 적용될 경우, 피검사자의 어깨가 위치하는 침대시트 상부면 일측에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 피검사자의 둔부가 위치하는 침대시트 상부면 타측에 상기 접지판이 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 자동차 운전석에 적용될 경우, 운전석 시트의 좌석부 중 운전자의 허벅지가 위치하는 곳에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 운전석 전면에 구비되어 차량의 조향을 조절하는 스티어링 휠에 직접적인 접촉이 가능하도록 접지판이 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치에 의하면, 전기적 비접촉 심전도 측정시에 발생하는 저주파 대역에서의 신호 왜곡을 제거함으로써, 심전도의 P파, T파 및 ST분절의 신호까지 정확한 심전도를 얻을 수 있게 하여, 피검사자의 정신적, 신체적 활동을 정확하게 알아낼 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 측정된 정확한 심전도를 이용하여 체표 전위 분포를 검사함에 있어서, 전극을 일일이 부착하지 않고도 쉽게 정확한 체표 전위 분포를 계측할 수 있고, 피검사자가 느끼는 제약감과 불편함을 해소 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 계측된 체표면 전위 분포 매핑(mapping)도 QRS파와 같은 고주파 이외에 저주파에 속하는 P파, T파 및 ST분절에서의 매핑까지 정확하게 볼 수 있으므로, 기존에 사용되고 있는 피부 부착형 전극을 통한 체표전위 분포 측정보다 쉽고, 빠르며, 정확한 검사가 가능한 효과가 있으며, 측정 대상자가 제약감을 느끼지 않으므로 일상생활에서도 체표변위를 측정할 수 있어서 심전도보다 더 정확한 질병유무를 알 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)는 심전도 측정부(100), 신호 처리부(200), A/D 변환부(300), 컴퓨터(400), 전원 공급부(500) 및 접지판(600)을 포함하여 구성된다.

상기 심전도 측정부(100)는 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 다수개의 앰프 부착형 전극(110)을 포함한다. 도 2에는 상기 앰프 부착형 전극(110)이 가로 방향으로 7개, 세로 방향으로 7개가 배열되어 상기 심전도 측정부(100)에 총 49개의 앰프 부착형 전극(110)이 설치되어 있으나, 다수개의 앰프 부착형 전극(110)이 설치되어 복수의 심전도를 획득할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 상관없으며 여기서 상기 앰프 부착형 전극(110)의 개수나 배열 형태를 한정하는 것은 아니다.

상기 앰브 부착형 전극(110, Active Electrode)은 도 3에 도시된 바와 같이,일측에 전극면(111, Electrode face)을 갖고, 직접적인 신체 접촉 없이 변위 전류를 통하여 입력되는 미세한 생체 신호를 증폭하여 전압으로 변환시키기 위한 프리앰프(112, pre-amp)를 포함하며, 상기 프리앰프(112)는 그 외측에 구비되는 실드(113. shield)에 의해 차폐되도록 이루어진다.

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.

예를 들면, 커패시터(Capacitor)를 방전하였을 때 극판 상부의 전하는 외부 도선을 통하여 전도 전류로 흐르고, 그와 동시에 커패시터의 극판 사이에는 전기력밀도가 변화하여 변위 전류가 되도록 이루어짐으로써 전체로서 하나의 전기 회로가 형성되며, 이들 전류에 의하여 시간적으로 변화하는 자기장이 발생하여 전자기파의 형태로 공간에 전파된다.

본 발명에서는 피검사자의 신체(B)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 신호 처리부(200)는 상기 심전도 측정부(100)의 일측에 전기적으로 연결되어, 외부의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭한다.

보다 자세하게, 상기 신호 처리부(200)는 앰프 부착형 전극(110)의 프리앰프(112) 각각에 전기적으로 연결됨으로써 상기 앰프 부착형 전극(110)에서 감지된 심전도(ECG)에 따라 발생되는 생체 신호를 전압으로 변화시키도록 이루어진다.

상기 신호 처리부(200)는 상기 프리앰프(112)를 통과한 생체 신호에서 베이스 라인이 출렁이는 현상을 방지하고, 생체 신호를 전압으로 변환시 생체 신호에 따른 잔류 편차(offset)의 변화를 제거 및 필터링하기 위한 고역통과필터(210)와 미세한 생체 신호를 일정한 배율로 증폭하기 위한 증폭기(220) 및 상기 증폭기(220)를 통하여 증폭된 후 저역 신호대의 아날로그 신호를 출력하기 위한 저역통과필터(230)를 포함한다.

여기서, 상기 고역통과필터(210)는 0.05 Hz 이상의 주파수를 가지는 신호를 통과시키는 2차 sallen-key 고역통과필터를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 증폭 기(220)로는 500 V/V인 전압 증폭기를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 저역통과필터(230)로는 250 Hz 이하의 주파수를 가지는 신호를 통과시키는 저역통과필터가 바람직하다. 왜냐하면, 보통의 심전도는 100 Hz 이하의 신호를 보지만, 차단 주파수(cut-off frequency)에서 위상이 변하게 되므로 심전도 주파수가 50 Hz 정도 미만임을 고려하여 약 250 Hz로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 A/D 변환부(300)는 상기 신호 처리부(200)를 통하여 입력되는 아날로그 심전도 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이러한 A/D 변환부(300)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있는 장치이면 어떠한 장치라도 상관없으며, 여기서 상기 A/D 변환부(300)의 종류 등을 한정하는 것은 아니다.

상기 컴퓨터(400)는 상기 A/D 변환부(300)의 일측에 전기적으로 연결되고, 인가되는 신호들을 분석하여 체표전위 분포를 분석한다.

보다 자세하게, 상기 컴퓨터(400)는 먼저 상기 A/D 변환부(300)로부터 인가받은 다수개의 심전도 신호들을 R 피크(R peak)를 기준으로 앙상블 에버리지한다.

여기서, 앙상블 에버리지(ensemble average)란, 어느 하나의 실험에서 주기적인 파형이 나올 경우 일정 시간동안의 파형의 평균을 구하는 것으로 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 방법이다. 여기서는 R피크를 중심으로 앙상블 에버리지를 취하였다.

다음으로, 이렇게 얻어진 심전도 신호들의 앙상블 에버리지 값을 이용하여 이차원 평면상에 매핑(mapping)하는 방법으로 피검사자 체표면 전위 분포를 분석할 수 있다.

한편, 상기 컴퓨터(400)는 퍼스널 컴퓨터(PC)를 이용할 수 있으며, 종류와 관련하여서는 데스크탑 컴퓨터 또는 랩탑 컴퓨터를 이용할 수 있으나, 여기서 상기 컴퓨터의 종류 등을 한정하는 것은 아니다.

상기 전원 공급부(500)는 본 발명에 따른 체표전위 측정장치에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(500)는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있으나. 본 발명에 따른 체표전위 측정장치에 전원을 공급할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 상관없으며, 여기서 상기 전원 공급부(500)의 종류 등을 한정하는 것은 아니다.

상기 접지판(600)은 피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되어, 상기 앰프 부착형 전극(110)과의 관계에서 접지(ground)될 수 있도록한다.

도 3은 피검사자와 앰프 부착형 전극의 접촉관계를 나타내는 개략도이고, 도 4는 앰프 부착형 전극의 구성도이고, 도 5는 앰프 부착형 전극을 모델링한 개념도이며, 도 6은 바이어스 저항값에 따른 주파수 특성을 나타내는 그래프이고, 도 7은 래의 입력바이어스 저항을 3기가옴으로 비접촉 심전도를 측정했을 경우와 입력바이어스 저항을 100기가옴으로 하였을 때 측정한 심전도 파형을 비교한 그래프이다.

한편, 전극면(111) 및 상기 전극면(111)과 프리앰프(112)까지의 전기적 경로 는 접지에 대해 매우 높은 임피던스를 유지하므로 외부의 노이즈에 크게 영향을 받는다. 따라서, 상기 전극면(111)에서 증폭기(220, 도2참조) 까지의 높은 임피던스 부분을 최소화하여 외부의 입력 노이즈를 감소시키기 위해 프리앰프(112)가 전극면(111)에 부착되는 앰프 부착형 전극(110)이 사용된다.

본 발명에서는 종래의 전기적 비접촉 심전도 측정장치에서 사용된 전극을 개량하였다. 즉, 본 발명에서 사용되는 앰프 부착형 전극(110)은 고입력 임피던스 앰프 부착형 전극으로, 도 4에 도시된 바와 같이 PCB의 한쪽면에 동박을 입히고 금도금을 하였으며, 프리앰프(112)로 OPA124를 사용하였다. 여기서 OPA124는 저잡음, 저바이어스 전류, 고입력 임피던스의 반도체 IC 앰프이다.

이 때, 전극의 입력단에서 심전도 신호의 offset이 요동치지 않도록 바이어스 저항을 접지와 맞물려주는데, 종래에는 이 저항으로써 3 기가옴 정도의 크기를 가지는 저항을 사용하였다.

도 5를 참조하면, 앰프 부착형 전극을 모델링한 개념도가 도시되어 있다. 여기서 Rs는 피부와 옷의 저항, Rc과 Cc는 옷의 저항과 커패시턴스, Cs는 전극의 기생 커패시턴스, Rb는 바이어스 저항, Ra와 Ca는 OPA124 앰프의 입력저항과 입력커패시턴스이다. 한편, Rc와 Cc가 고대역 필터를 이루고 있기 때문에 비접촉 심전도 전극은 저주파 대역에서 왜곡을 나타낸다.

만일 바이어스 저항 Rb의 값이 작아진다면 Rc와 Cc에 의한 영향을 상대적으로 많이 받게 되고, 여기서 상기 Rb값의 영향 정도를 계산하면 도 6과 같이 된다.

도 6을 참조하면, 파란색 실선이 1 기가옴의 바이어스 저항에 해당하는 주파수 특성 곡선이며, 붉은색으로 갈수록 100 기가옴의 바이어스 저항에 해당하는 주파수 특성 곡선이 된다.

도 6에 도시된 바와 같이 바이어스 저항값이 작아지면 10 Hz 이하의 저주파 대역에서 신호의 왜곡이 생길 수 있다. 따라서, 종래에 사용되던 3 기가옴 정도의 바이어스 저항값 대신 100 기가옴 정도의 바이어스 저항을 사용하게 되면 저주파 영역부터 고주파 영역까지 골고루 동일한 전압이득을 가지는 신호를 얻어낼 수 있고, 종래에 사용되고 있는 접촉형 심전도 장비와 동일한 심전도를 획득할 수 있게 된다.

도 7에는 종래의 3기가옴의 입력바이어스를 가지는 비접촉 심전도 측정장치 및 본 발명에 따른 장치에서 측정한 심전도 파형을 비교한 그래프를 도시하였다.

즉, 도 7을 참조하면, 피부에 접촉식으로 측정한 심전도와 바이어스 저항으로 3 기가옴 정도의 저항값을 가지는 저항을 사용하였을 때의 심전도, 그리고 100 기가옴 정도의 저항값을 가지는 바이어스 저항을 사용하였을 때의 심전도를 비교한 그래프를 확인할 수 있다. 3기가옴을 이용하여 측정된 그래프는 ST분절이 있는 저주파 대역에서 왜곡이 생기고 있으나, 100기가옴을 이용하여 측정된 그래프에서는 이러한 왜곡이 없음을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 체표전위 측정장치에서는 비접촉 심전도 전극의 바이어스 저항을 100 기가옴으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 신호처리부의 구성도이고, 도 9a 내지 도 9c는 측정된 파형, 고역통과필터를 통과한 후의 파형 및 저역통과필터를 통과한 후의 파형을 도시한 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 앰프 부착형 전극(111)을 통하여 피검사자의 심전도가 인가되면, 프리앰프(112)를 통과한 후, 신호 처리부(200)의 고역통과필터(210), 증폭기(220) 및 저역통과필터(230)을 차례로 통과하게 된다. 상기 파형의 개략적인 모습은 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있다.

도 10은 각 전극에서 측정된 심전도를 앙상블 에버리지한 파형을 도시한 그래프이고, 도 11a 및 도 11b는 P파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이고, 도 12a는 및 도 12b는 Q파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이며, 도 13a 및 도 13b는 R파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이고, 도 14a 및 도 14b는 ST분절에서의 체표전위 분포를 도시한 도이다.

본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치는 피검사자가 심전도 측정부에 옷을 입을 상태로 밀착됨으로써 바로 측정이 시작될 수 있다. 이렇게 하여 총 49개의 심전도를 얻을 수 있게 되는데, 이러한 심전도를 신호 처리부의 고역통과필터, 증폭기 및 저역통과필터를 통과시키고, 아날로그/디지털 변환한다. 이렇게 얻어진 정보는 컴퓨터에서 앙상블 에버리지되고, 이를 이차원 평면에 매핑시킨다. 이러한 방법으로 P파, Q파, R파, S파, ST분절, T파 등에서 체표 전위 분포를 관측하고 질병을 유추할 수 있다.

즉, 상기 P파, Q파 등의 각 파는 심장의 상태(수축기, 이완기 등)에 대한 정보를 나타내 주는 것이지만, 이 때 몸에 퍼지는 심전도 분포를 보면 보다 정확히 질병을 유추해낼 수 있다는 점과 이를 측정하는 시간이 현저히 줄어들고, 전극 폐기물이 발생하지 않는다는 것이 본 발명에 따른 체표전위 측정장치의 장점이다.

도 15는 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 제 1실시예를 나타내는 개념도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)가 의자(50)에 적용될 경우, 상기 심전도 측정부(100)가 피검사자의 양측 어깨가 위치하는 의자의 등받이부(51)에 설치되고, 접지판(600)이 피검사자의 둔부가 위치하는 의자의 좌석부(52)에 설치되어, 피검사자의 심전도를 측정하게 된다. 여기서, 상기 의자(50)에 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)를 설치할 경우 의자의 좌석부(52)에 설치되는 접지판(600)이 기준전압으로 사용된다. 이렇게 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 의자(50)에 본 발명에 의한 전기적 비접촉 심전도 측정장치(1)를 설치함으로써 피검사자가 체표전위 분포의 측정을 인식하지 않고, 보다 편안하게 체표전위 분포를 측정할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는 의자(50)에 설치되는 상기 심전도 측정부(100) 및 접지판(600)이 의자(50)에 노출되게 각각 설치되어 있으나, 상기 심전도 측정부(100) 및 접지판(600)이 의자(50)의 내부에 매립되어 설치되는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 상기 심전도 측정부(100) 및 접지판(600)이 의자의 좌석부(52) 또는 등받이부(51)에 각각 설치되어 있으나, 의자의 좌석부(52) 및 등받이부(51)에 위치시켜 사용하는 방석, 보조 시트 또는 보조 등받이 등에 상기 심전도 측정부(100) 및 접지판(600)이 설치되어 상기한 바와 같은 역할을 수행하도록 이루어지는 것도 가능하다.

도 16는 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 제 2실시예를 나타내는 개념도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)가 침대(60)에 적용될 경우, 상기 심전도 측정부(100)가 피검사자의 양측 어깨 또는 등이 위치하는 침대(60)의 시트 상부면 일측에 설치되고, 피검사자의 둔부가 위치하는 침대(60)의 시트 상부면 타측에 접지판(600)이 설치되어, 피검사자의 체표전위 분포를 측정하게 된다.

이렇게 수면을 취할 수 있는 침대(60)에 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)를 설치함으로써 피검사자가 체표전위 분포의 측정을 인식하지 않고, 보다 편안하게 체표전위 분포를 측정할 수 있게 된다.

도 17는 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 제 3실시예를 나타내는 개념도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치(1)가 자동차 운전석 시트(70)에 적용될 경우, 운전석 시트의 좌석부(71) 중 운전자의 허벅지가 위치하는 곳에 상기 심전도 측정부(100)가 설치되고, 운전석 전면에 구비되어 차량의 조향을 조절하는 스티어링 휠(80)에 직접적인 접촉이 가능하도록 접지판(600)이 설치되어, 운전자의 체표전위 분포를 측정하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 비접촉 심전도 측정의 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 구성도이다.

도 3은 피검사자와 앰프 부착형 전극의 접촉관계를 나타내는 개략도이다.

도 4는 앰프 부착형 전극의 구성도이다.

도 5는 앰프 부착형 전극을 모델링한 개념도이다.

도 6은 바이어스 저항값에 따른 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 7은 종래의 입력바이어스 저항을 3기가옴으로 비접촉 심전도를 측정했을 경우와 입력바이어스 저항을 100기가옴으로 하였을 때 측정한 심전도 파형을 비교한 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치의 신호처리부의 구성도이다.

도 9a 내지 도 9c는 측정된 파형, 고역통과필터를 통과한 후의 파형 및 저역통과필터를 통과한 후의 파형을 도시한 그래프이다.

도 10은 각 전극에서 측정된 심전도를 앙상블 에버리지한 파형을 도시한 그래프이다.

도 11a 및 도 11b는 P파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이다.

도 12a는 및 도 12b는 Q파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이다.

도 13a 및 도 13b는 R파에서의 체표전위 분포를 도시한 도이다.

도 14a 및 도 14b는 ST분절에서의 체표전위 분포를 도시한 도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 본 발명에 따른 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치

100: 심전도 측정부 110: 앰프 부착형 전극

111: 전극면 112: 프리앰프

113: 실드 200: 신호 처리부

210: 고역통과필터 220: 증폭기

230: 저역통과필터 300: A/D 변환부

400: 컴퓨터 500: 전원 공급부

600: 접지판 B: 피검사자의 신체

C: 의복 50: 의자

51: 의자의 등받이부 52: 의자의 좌석부

60: 침대 70: 자동차 운전석 시트

71: 운전석 시트의 좌석부 80: 스티어링 휠

Claims

피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 다수개의 앰프 부착형 전극을 가로 및 세로로 구성되는 격자형으로 배열한 심전도 측정부;

상기 심전도 측정부의 일측에 전기적으로 연결되어 외부의 노이즈를 필터링하며, 필터링된 신호를 증폭하는 신호 처리부;

상기 신호 처리부의 일측에 전기적으로 연결되는 A/D 변환부;

상기 A/D 변환부의 일측에 전기적으로 연결되고, 인가받은 신호들을 분석하는 컴퓨터;

본 발명에 따른 체표전위 측정장치에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및

피검사자의 신체에 직접적인 접촉 없이 의복의 적소에 근접되게 설치되는 접지판;

을 포함하며, 상기 컴퓨터는 상기 A/D 변환부로부터 인가받은 다수개의 심전도 신호들을 앙상블 에버리지하며, 이를 이차원 평면상에 매핑하는 방법으로 다수개의 심전도 신호로부터 피검사자 체표면 전위 분포를 분석하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

상기 심전도 측정부는 가로로 7개, 세로로 7개가 배열되는 총 49개의 앰프 부착형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

상기 앰프 부착형 전극은,

일측에 구비되는 전극면;

상기 전극면을 통하여 입력되는 생체 신호를 증폭 및 임피던스 변환시키기 위한 프리앰프; 및

상기 프리앰프의 외측에 구비되는 실드;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 3에 있어서,

상기 프리앰프의 비반전 입력단에는 바이어스 저항이 전기적으로 연결되고, 상기 바이어스 저항의 값은 100 기가옴인 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

상기 신호 처리부는 상기 앰프 부착형 전극의 각각에 전기적으로 연결되며, 상기 신호 처리부에 인가되는 심전도 신호는 순차적으로 고역통과필터, 신호 증폭기 및 저역통과필터를 통과하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 5에 있어서,

상기 고역통과필터는 0.05 Hz 이상의 신호를 통과시키는 2차 고역통과필터인 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 5에 있어서,

상기 증폭기는 500 V/V인 전압 증폭기인 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 5에 있어서,

상기 저역통과필터는 250 Hz 이하의 신호를 통과시키는 2차 저역통과필터인 것을 특징으로 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

상기 A/D 변환부는 상기 신호 처리부를 통하여 입력되는 아날로그 심전도 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 컴퓨터는 데스크탑 컴퓨터 또는 랩탑 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전원 공급부는 직류 전압원 또는 교류 전압원인 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 의자에 적용될 경우,

의자의 등받이부에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 의자의 좌석부 중 피검사자의 둔부가 위치하는 곳에 상기 접지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 침대에 적용될 경우,

피검사자의 어깨가 위치하는 침대시트 상부면 일측에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 피검사자의 둔부가 위치하는 침대시트 상부면 타측에 상기 접지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.
청구항 1에 있어서,

본 발명에 따른 체표전위 측정장치가 자동차 운전석에 적용될 경우,

운전석 시트의 좌석부 중 운전자의 허벅지가 위치하는 곳에 상기 심전도 측정부가 설치되고, 운전석 전면에 구비되어 차량의 조향을 조절하는 스티어링 휠에 직접적인 접촉이 가능하도록 접지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기적 비접촉 심전도를 이용한 체표전위 측정장치.