KR101907675B1 - 신체 부착형 맥파 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 신체 부착형 맥파 측정 장치는, 피검사자의 신체에 탈 부착되는 맥파 측정용 일회용 패치와 전기적 및 기계적으로 연결되며, 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파 센서모듈을 구비하되, 상기 맥파 센서모듈은, 피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 제1 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수 및 주입 전류량을 수동 방식 만으로 조정하는 제2 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 맥파 신호가 포화 상태가 된 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 제3 기능을 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

신체 부착형 맥파 측정 장치{BODY ATTACHMENT TYPE PULSE WAVE MEASURING DEVICE}

본 발명은 신체 부착형 맥파 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검사자의 맥파 신호 측정 시 전극위치의 미세 조정기능, 주입전류량 및 주파수 조정기능, 전극 떨어짐 현상 탐지 및 맥파 신호의 포화를 빠르게 복원 가능한 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling) 기능을 포함함으로써, 보다 높은 품질의 정확하고, 차별성을 가진 맥파신호 검출이 가능하여 피검사자의 심혈관 건강 상태를 판단하고 진단하는데 도움을 주는, 신체 부착형 맥파 측정 장치에 관한 것이다.

최근 의학 기술의 발전으로 인하여 고령화 사회가 되어 감에 따라 의료 비용의 지출이 매우 높아지고 있다.

이러한 의료 비용의 지출을 줄이기 위하여 기존의 치료 중심의 의료 기술은 진단 및 예방 중심의 의료 기술로 점차 바뀌고 있다.

특히 심혈관 질환들은 한번 발생하면 완치가 어려운 만성 질환으로 발병 이후 뿐 만 아니라, 발병 이전에 심혈관 상태를 지속적으로 측정, 관리하여 예방하는 것이 매우 중요하다.

사용자의 혈관 건강 상태를 진단하기 위해서 대표적으로 사용되는 생체신호는 동맥파이다.

동맥파는 좌심실로부터 혈액이 대동맥으로 구출(Ejection) 됨과 동시에, 대동맥이 확장되면서 생성된 위치에너지가 운동에너지로 상호전환 되면서 혈관벽을 따라 말초로 이동함으로써, 생성되며, 동맥계의 어느 한 지점에서 동맥파는 전진파(Incident Wave)와 반사파(Reflection Wave)가 서로 중첩되어 발생하게 된다.

동맥파를 측정하는 방식에는 동맥 혈관의 압력을 침습적/비침습적으로 직접 측정하는 압맥파 측정방식이 있고, 동맥 혈관의 용적변화를 측정하는 용적맥파 측정 방식이 있다.

압맥파 측정방식에 비해, 용적맥파의 측정이 좀 더 용이하므로, 용적맥파 측정 방식은 현재, 맥파를 측정하기 위해 널리 사용되는 방식이다.

용적맥파를 측정하는 방법은 광모듈을 이용한 PPG 방식, 생체임피던스 측정을 이용한 방식, 홀 센서를 이용한 방식 등, 여러 가지 방식이 존재하나, 본 발명에서는 센서제작의 용이성 및 부착/착용형 시스템의 이점(Small Form-factor)을 고려하며, 마지막으로 모세혈관이 아닌, 동맥 특성에 대한 정보를 지닌 맥파신호를 측정하기 위해서 생체 임피던스 측정 방식을 사용하여 용적 맥파를 측정하였다.

사용자의 혈관 건강 상태를 진단/판단하는 방법에는 동맥에서의 맥파신호를 측정하여 파형(Waveform)을 분석하는 PWA(Pulse Wave Analysis) 방식이 있으며, 이 방식을 통해 Augmentation Index(AIx), 2차 미분 맥파의 a-b-c-d-e 특징점 등의 혈관 건강 상태를 반영하는 심혈관 지표들을 계산 해 낼 수 있다.

상기 PWA 방식 이외에, 혈관 건강 상태를 진단/판단하는 심혈관 지표로서, 맥파 전달속도가 널리 사용되고 있다.

인간의 노화과정이 진행됨에 따라, 또는 만성적인 혈관관련 질환을 가지게 됨에 따라, 동맥은 딱딱해지게 되며, 딱딱해진 동맥(Increase in arterial stiffness)을 따라, 맥파가 전달 될 때, 그 속도는 딱딱하지 않은 동맥을 따라 전달되는 맥파의 속도보다 빨라지게 된다.

따라서 맥파가 동맥을 따라 전달되는 속도인 맥파 전달속도를 측정함으로써, 사용자의 혈관건강상태를 비침습적(Non-invasive)으로 측정할 수 있어, 맥파 전달속도는 혈관 건강 상태를 진단/판단하는데 있어 널리 사용되고 있다.

맥파 전달속도를 측정하는 방식에는 첫 번째로, 동맥계(Arterial Tree)의 어느 두 지점에서 측정한 두 맥파 신호의 시간차 및 두 지점의 거리를 측정함으로써, 맥파 전달속도를 측정하는 방식(경동맥-대퇴동맥, 경동맥-요골동맥, 상완동맥-경골동맥 간 맥파 전달속도)이 있다.

최근에는 동맥계 두 지점에서 맥파를 측정하여 맥파 전달속도를 구하는 방식 이외에, 심장 근처의 심전도신호의 R-peak와 말초동맥에서 측정한 맥파의 기저점(Foot) 사이의 시간차 및 심전도와 맥파의 두 측정지점 사이의 거리를 측정함으로써 맥파 전달속도를 구하는 방식이 시도되고 있다.

하지만, 동맥계 두 지점에서의 맥파를 이용하여 맥파 전달속도를 측정하는 방식과는 달리, 심전도신호와 맥파를 이용하여 맥파 전달속도를 측정하는 방식에서는 심전도 신호의 R-peak와 맥파 신호의 기저점 사이의 시간차가 동맥계 두 지점을 통과하는데 소요되는 맥파 전달시간 이외에도, 심장의 전기적 흥분시점에서 좌심실이 수축하여 혈액이 대동맥으로 구출(Ejection)될 때까지의 시간인 PEP(Pre-ejection Period)를 포함하게 되며, 이에 따라 정확한 맥파 전달속도를 측정하는 것이 아님이 보고되고 있다.

한편 제1 선행기술문헌(한국등록특허, 제10-1571543호)은 인체 통신을 사용한 맥파 속도 측정 장치에 관한 것으로, 1) 심전도를 측정하기 위한 심전도 전극과, 측정한 심전도를 인체 통신을 통해 인체 통신 수신부로 전송하는 심전도 모듈, 2) 맥파를 측정하기 위한 생체 임피던스 전극과, 심전도 모듈로부터 인체 통신을 통해 전송되는 심전도 신호를 수신하는 생체 임피던스 모듈, 3) 심전도 신호 및 맥파신호를 이용하여 대상체의 맥파 속도를 계산하는 신호처리 부를 통해 대상체의 맥파전도 속도를 측정하는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 상기 제1 선행기술문헌(한국등록특허, 제10-1571543호)은 심전도 신호와 동맥계 한 지점에서의 맥파신호를 사용하여 맥파 전달속도를 측정하므로, 정확한 맥파 전달속도를 측정하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 맥파를 측정하고자 하는 사용자의 피부상태, 키, 몸무게, 손목 굵기, 체지방, 혈관의 해부학적 위치는 개개인마다 다르며, 이에 따라 생체 임피던스 및 생체 임피던스 변화량을 이용하여 맥파를 측정하기 위해서는 상기 제1 선행기술문헌(한국등록특허, 제10-1571543호)과 같이, 단일 주파수 및 고정된 전류량을 사용하는 경우에는 맥파를 측정하고자 하는 사용자 개개인의 상이한 측정 특성에 의해서 양질의 맥파를 측정할 수 없는 상황이 발생하는 문제점이 있었다.

또한 생체 임피던스 방식을 이용하여 맥파를 측정하는 도중, 갑작스러운 움직임이나 측정 중 간섭에 의해서 맥파 신호가 포화(Saturation)되는 경우, 포화된 맥파 신호의 기저라인(Baseline)이 본래의 값으로 되돌아오기 까지, 많은 시간이 소요되어 원활한 측정을 어렵게 만드는 문제점이 있었다.

한편, 제2 선행기술문헌(한국공개특허, 제10-2016-0150347호)은 스마트 기기 및 웨어러블 디바이스를 이용한 심혈관 평가 시스템 및 심혈관 평가 프로그램에 관한 것으로, 1) 서로 다른 신체의 위치에서 용적맥파를 측정하기 위한 스마트 기기 및 웨어러블 디바이스, 2) 측정된 용적맥파를 통신망을 통해 수신하고, 수신된 용적 맥파로부터 심혈관 지표를 계산하는 서버를 이용하여 사용자의 심혈관 상태를 평가하는 기술이 개시되어 있다.

상기 제2 선행기술문헌(한국공개특허, 제10-2016-0150347호)은 제1 선행기술문헌(한국등록특허, 제10-1571543호)과는 달리, 동맥계 두 지점에서 얻은 두 용적맥파를 사용하여 맥파 전달속도를 측정하므로 맥파전달속도를 정확하게 측정할 수 있으나, 이 역시 상기 제1 선행기술문헌(한국등록특허, 제10-1571543호)과 동일하게 상기 서술한 사용자의 피부상태, 키, 몸무게, 체지방, 손목굵기, 혈관의 해부학적 위치를 반영하여 용적맥파를 측정하지 않으므로, 다양한 측정 특성을 지닌 사용자에게서 양질의 맥파를 측정 할 수 없는 문제점이 있었다.

또한 상기 제2 선행기술문헌(한국공개특허, 제10-2016-0150347호)은 측정 중 간섭에 의해서 발생하는 포화(Saturation)상황을 복구할 수 있는 수단이 없으므로, 원활한 측정이 어려운 문제점이 있었다.

1)한국등록특허 제10-1571543호 2)한국공개특허 제10-2016-0150347호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 피검사자의 맥파 신호 측정 시 전극위치의 미세 조정기능, 주입전류량 및 주파수 조정기능, 전극 떨어짐 현상 탐지 및 맥파 신호의 포화를 빠르게 복원 가능한 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling) 기능을 포함함으로써, 보다 높은 품질의 정확하고, 차별성을 가진 맥파신호 검출이 가능하여 피검사자의 심혈관 건강 상태를 판단하고 진단하는데 도움을 주는, 신체 부착형 맥파 측정 장치를 제공하는데 있다.

따라서 본 발명에서는 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 하기와 같은 방법을 제시한다.

본 발명은 블루투스 시간 동기화 기능을 사용하고, 두개 이상의 맥파측정장치로부터 동맥계 두 지점의 맥파신호를 추출해 맥파전달속도를 측정함으로써 정확한 맥파 전달속도를 측정한다.

이 경우 동맥계(Arterial Tree)의 어느 한 지점에서 생체 임피던스 측정방식으로 용적맥파를 측정함으로써, 센서의 제작 용이성을 높이고, 부착/착용형 시스템의 폼 펙터(Form Factor)를 최대한 작게 가져갈 수 있도록 한다.

또한 모세혈관에서 맥파를 측정하는 PPG 방식의 경우 호흡, 자세변화, 주변광잡음, 동잡음 등에 의해서 신호의 기저선 변화가 용적맥파신호에 비해 매우 크게 변화하며 또한 측정자의 동맥 특성을 반영하는 맥파신호의 특징점 들이 소실되는 단점을 지니는데, 본 발명에서는 동맥에서 생체 임피던스 측정방식으로 용적 맥파를 측정함으로써 이러한 문제들을 해결하였다.

또한 본 발명은 여러 측정자를 대상으로 동맥계에서 용적맥파를 측정하고자 하는 경우, 측정대상자마다 동맥의 위치가 각각 다르기 때문에, 맥파 측정장치를 사용자의 신체에 부착한 상태에서도 맥파 측정부위를 미세하게 바꿀 수 있는 전극위치 조작방식을 적용하였다.

이 경우 전극위치 조작방식은 크게 수동방식 및 자동방식으로 나뉘는데, 수동방식의 경우, 스마트기기 및 애플리케이션 상에서 측정자가 직접 전극의 위치를 선택하여 맥파 측정위치를 조정한다.

반면, 자동방식의 경우, 스마트기기 또는 맥파측정 모듈상에서 신호처리를 통하여 자동적으로 맥파 측정위치를 조정하며, 생체 임피던스의 변화여부, 생체 임피던스의 변화가 맥파 인지의 여부를 단계적으로 판단함으로써, 측정자의 동맥위치가 변하게 될 경우에도 맥파를 정확하게 측정할 수 있다.

또한 본 발명은 여러 측정자를 대상으로 동맥계에서 용적맥파를 측정하는 경우, 동맥의 수평적인 위치 뿐 만 아니라, 동맥의 깊이 역시 제각각 다르기 때문에, 생체 임피던스 측정을 위해 인체로 주입하는 전류량 및 전류의 주파수를 변화시킴으로써, 측정자의 동맥이 다소 깊이 위치해 있더라도, 맥파를 정확하게 측정할 수 있다.

한편 생체 임피던스 측정방식으로 맥파를 측정하는 과정에서 갑작스러운 큰 움직임이 발생하였을 경우, 전극이 피검사자의 몸에서 떨어지는 전극 떨어짐 현상이 발생하거나, 맥파의 기저선이 크게 흔들려 맥파 신호가 포화(Saturation)되는 경우가 있다.

이러한 전극 떨어짐 현상 및 맥파신호의 포화가 발생하는 경우, 떨어진 전극을 다시 붙이거나, 맥파의 기저선이 정상적인 레벨로 회복되기 까지 많은 시간이 필요하게 되는데, 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 전극 떨어짐 현상 탐지 및 빠른 과도현상 안정화(Fast Transient Settling) 기능을 적용한다.

이 경우 전극 떨어짐 현상 탐지 기능은 생체 임피던스 측정 방식의 맥파 측정에서 사용되는 인체 내부로의 주입 전류를 한 쌍의 전류 전극, 한 쌍의 전압 전극에 각각 주입 시켰을 때, 전류가 주입되는가의 여부를 판별함으로써 전극 떨어짐 현상이 발생하였는지의 여부를 판단할 수 있다.

빠른 과도현상 안정화(Fast Transient Settling) 기능은 수동 방식 및 자동 방식으로 나뉘는데, 수동 방식의 경우 측정자가 스마트 기기 및 애플리케이션 상에서 빠른 과도현상 안정화(Fast Transient Settling) 기능을 활성화함으로써, 맥파신호의 포화를 바로잡을 수 있고, 자동 방식의 경우 스마트 기기 및 애플리케이션이나 맥파 측정모듈에서 자동적으로 신호처리를 통해서 맥파 신호의 포화를 바로잡을 수 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 신체 부착형 맥파 측정 장치는, 피검사자의 신체에 탈 부착되는 맥파 측정용 일회용 패치와 전기적 및 기계적으로 연결되며, 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파 센서모듈을 구비하되, 상기 맥파 센서모듈은, 피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 제1 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수 및 주입 전류량을 수동 방식 만으로 조정하는 제2 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 맥파 신호가 포화 상태가 된 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 제3 기능을 포함하는 기술을 제공한다.

또한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 신체 부착형 맥파 측정 장치는, 피검사자의 신체에 탈 부착되는 맥파 측정용 일회용 패치와 전기적 및 기계적으로 연결되며, 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파 센서모듈; 및 상기 맥파 센서모듈과 무선통신을 통해 피검사자의 맥파에 대한 생체신호 데이터를 주고받으며, 피검사자의 맥파 측정이 가능한 2군데 이상의 신체 부위에서 측정된 시간 동기화된 맥파로부터 심혈관 지표를 계산하고, 상기 맥파 센서모듈을 원격으로 조정하기 위한 제어 명령신호를 생성한 후 생성된 제어 명령신호를 상기 맥파 센서모듈로 전송하는 외부 단말기를 구비하며, 상기 맥파 센서모듈은, 자체 생성된 제어 신호 또는 상기 외부 단말기로부터 전송된 제어 명령신호에 따라, 피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 제1 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수 및 주입 전류량을 수동 방식 만으로 조정하는 제2 기능과, 피검사자의 맥파 측정 시 맥파 신호가 포화 상태가 된 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 제3 기능을 수행하는 기술을 제공한다.

본 발명은 종래 기술과 대비하여 심장 부위에서 측정한 심전도 신호와 말초부위에서 측정한 맥파 신호로부터 맥파 전달속도를 측정하지 않고, 생체 임피던스 방식으로 맥파를 측정 가능한, 서로 다른 측정 부위에서, 블루투스 저 에너지통신 및 시간 동기화 기능을 통해 두 맥파 신호로부터 맥파 전달속도를 측정한다는 점에서 맥파 전달속도에 대한 더 높은 정확성과 차별성을 제공하는 기술적 효과가 있다.

또한 본 발명은 피검사자의 맥파 신호 측정 시 전극위치의 미세 조정기능, 주입전류량 및 주파수 조정기능, 전극 떨어짐 현상 탐지 및 맥파 신호의 포화를 빠르게 복원 가능한 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling) 기능을 포함함으로써, 보다 높은 품질의 정확하고, 차별성을 가진 맥파신호 검출이 가능하여 피검사자의 심혈관 건강 상태를 판단하고 진단하는데 도움을 주는 기술적 효과가 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 신체 부착형 맥파 측정 장치에 대한 사용 예를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈의 구성을 나타낸 것이다.
도 1c는 본 발명에 따른 외부 단말기의 구성을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 기계적 연결과정을 단면도로 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 기계적 및 전기적 연결과정을 단면도로 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명에 따른 맥파 측정용 일회용 패치에 겔 전극을 부착 전후의 전면 형태를 단면도로 나타낸 것이다.
도 2d는 본 발명에 따른 맥파 측정용 일회용 패치에 겔 전극을 부착 전후의 후면 형태를 단면도로 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 생체 임피던스 측정 방식으로 맥파 측정 시 측정 전극들이 요골동맥으로부터 수평적 위치를 벗어난 경우의 상황을 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 수동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 맥파 센서모듈에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 도 4a의 맥파 센서모듈에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택을 구현하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 제3 실시예로, 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 외부 단말기에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 5b는 본 발명에 따른 제3 실시예로, 도 5a의 외부 단말기에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택을 구현하는 과정을 나타낸 것이다.
도 6a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 다양한 측정자들로부터 다양한 동맥의 수직적 위치 변화가 발생하였을 때, 이를 보상하기 위한 수동적인 주입전류의 주파수 조정 방법을 나타낸 것이다.
도 6b는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 다양한 측정자들로부터의 다양한 생체조직 특성에 따른, 동맥혈관의 생체 임피던스 변화가 발생하였을 때, 이를 보상하기 위한 수동적인 주입전류의 전류량 조정 방법을 나타낸 것이다.
도 7a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 맥파 신호의 포화 발생 시 이를 해결하기 위한 외부 단말기의 기저선 수동 조정 메뉴 및 전극 떨어짐 메뉴를 나타낸 것이다.
도 7b는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 도 7a의 맥파 신호의 포화 발생 시 외부 단말기를 이용하여 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복을 수행하는 수동방식을 나타낸 것이다.
도 8a는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 맥파 신호의 포화 발생 시 이를 해결하기 위한 외부 단말기의 기저선 자동 조정 메뉴 및 전극 떨어짐 메뉴를 나타낸 것이다.
도 8b는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 도 8a의 맥파 신호의 포화 발생 시 외부 단말기 또는 맥파 센서모듈의 신호 처리부를 이용하여 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복을 수행하는 자동방식을 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 신체 부착형 맥파 측정 장치에 대한 사용 예를 나타낸 것이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 신체 부착형 맥파 측정 장치는 맥파 센서모듈(100), 맥파 측정용 일회용 패치(200) 및 외부 단말기(300)를 포함한다.

맥파 센서모듈(100)은 맥파 측정용 일회용 패치(200)에 기계적 및 전기적으로 연결되며(도 2a ~ 도 2d 참조), 생체 임피던스 측정방식으로 피검사자의 맥파를 측정한다.

이를테면, 맥파 센서모듈(100)은 목 부위의 경동맥과 손목부위의 요골동맥 등, 즉 피검사자 동맥계의 두 지점에서 생체 임피던스 측정방식으로 맥파를 측정하는데, 상기 맥파 센서모듈(100)의 구성 및 기능에 대해서는 도 1b에서 후술한다.

맥파 측정용 일회용 패치(200)로는 피검사자의 신체에 맥파 센서모듈(100)을 간단히 탈부착 시킬 수 있는 1회용 패치(patch)가 바람직하며, 이 경우 맥파 측정용 일회용 패치(200)의 형태, 연결 방식 등은 도 2a ~ 도 2d에서 후술한다.

외부 단말기(300)는 검사자가 소지한 이동 단말(이를테면, 스마트폰, 태블릿 PC, PDA 등)로, 내부의 애플리케이션을 통해 2개 이상의 맥파 센서모듈(100)과 블루투스(bluetooth) 저 에너지 통신을 통해 생체신호 데이터를 주고받으며, 또한 시간 동기화가 되어 있어서 서로 다른 지점에서 측정한 2개 이상의 맥파 신호를 동일한 시간 축 위에서 분석 등을 수행할 수 있도록 해주는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 1c 및 도 3a ~ 도 8b에서 후술한다.

도 1b는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈의 구성을 나타낸 것이다.

도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 맥파 센서모듈(100)은 금속 전극부(110), 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120), 신호 처리부(130), 통신부(140) 및 컨트롤러부(150)를 포함한다.

금속 전극부(110)는 상기 맥파 측정용 일회용 패치(200)의 겔 전극(230)과 기계적, 전기적으로 연결되어(도 2b 참조), 피검사자의 동맥에서 발생된 맥파를 측정할 수 있도록 해준다.

맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)는 상기 금속 전극부(110)를 통해 전달된 전압신호로부터 피검사자의 맥파를 측정하며, 측정된 아날로그 맥파신호를 디지털 신호로 아날로그-디지털(A/D) 변환 한다.

신호 처리부(130)는 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)에서 아날로그-디지털(A/D) 변환된 맥파에 대하여, 원 신호를 그대로 통신부로 전송, 신호반전, 필터링, 맥파신호의 기저선 포화 감지, 첨두치 측정, FFT 분석, 템플릿 매칭, 맥파의 특징점 검출 및 분석, Deep Neural Network 기반의 맥파 파형 분석 등 다양한 신호처리를 수행한다.

통신부(140)는 상기 신호 처리부(130)로부터 신호처리 된 맥파 신호를 블루투스 저 에너지(Bluetooth Low Energy) 통신 방식과 같은 방법을 통해 외부 단말기(300)로 생체 데이터를 전송한다.

컨트롤러부(150)는 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120), 신호 처리부(130) 및 통신부(140)를 제어한다.

이를테면, 컨트롤러부(150)는 상기 외부 단말기(300)로부터 상기 통신부(140)를 통해 전달된 명령 정보 또는 상기 신호 처리부(130)에서 자체적으로 도출된 명령 정보를, 상기 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)로 전달하도록 명령함으로써, 상기 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)의 성능(이를테면, 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거함) 및 구조를 실시간으로 가변시킬 수 있도록 해준다.

도 1c는 본 발명에 따른 외부 단말기의 구성을 나타낸 것이다.

도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 외부 단말기(300)는 입력부(310), 표시부(320), 신호 처리부(330), 저장부(340), 무선 통신부(350) 및 컨트롤러부(360)를 포함한다.

입력부(310)는 이를테면, 터치 스크린, 자판, 마우스, 키 패드 등의 입력기를 통해 검사자로부터 각종 명령정보를 입력 받는다.

표시부(320)는 신호 처리부(330)의 각종 신호처리를 통해 계산된 피검사자의 맥박수, 맥파전달속도(PWV), 증강지수 등의 심혈관 지표 및 맥파 신호를 화면(이를테면, LCD, OLED 디스플레이 등)으로 디스플레이 해준다.

신호 처리부(330)는 상기 맥파 센서모듈(100)로부터 전송받은 피검사자의 맥파 신호를 신호 처리한다.

저장부(340)는 기기 내부에 맥파 신호를 처리하기 위한 전용 애플리케이션 또는 전용 소프트웨어(software)를 저장하며, 또한 처리된 각종 데이터를 저장하는데, 저장매체로 이를테면 플래시 메모리 등 비휘발성 메모리 소자를 사용할 수 있다.

무선 통신부(350)는 상기 맥파 센서모듈(100)과 통신을 수행할 수 있도록 인터페이스를 제공하는데, 이를테면, 블루투스(Bluetooth), 블루투스 저 에너지(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee), 알에프(RF), 와이파이(WiFi), 3G, 4G, LTE, LTE-A, 와이브로(Wireless Broadband Internet) 등의 무선통신을 사용할 수 있다.

이 경우 무선 통신부(350)는 시간 동기화 된 블루투스 저 에너지(Bluetooth Low Energy) 통신을 이용하여 1개 이상의 상기 맥파 센서모듈(100)로부터 측정된 맥파 신호를 실시간 전송 받을 수 있다.

컨트롤러부(360)는 입력부(310), 표시부(320), 신호 처리부(330), 저장부(340) 및 무선 통신부(350)를 제어하는데, 이를테면, 컨트롤러부(360)는 상기 입력부(310) 또는 상기 신호 처리부(330)의 명령정보 및 신호처리 결과물을 반영하여 무선 통신부 (350)를 통해 상기 맥파 센서모듈(100)로 명령정보를 전달하도록 제어한다.

도 2a는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 기계적 연결과정을 단면도로 나타낸 것이고, 도 2b는 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 기계적 및 전기적 연결과정을 단면도로 나타낸 것이며, 도 2c는 본 발명에 따른 맥파 측정용 일회용 패치에 겔 전극을 부착 전후의 전면 형태를 단면도로 나타낸 것이고, 도 2d는 본 발명에 따른 맥파 측정용 일회용 패치에 겔 전극을 부착 전후의 후면 형태를 단면도로 나타낸 것이다.

이하 도 2a ~ 도 2d를 참조하여, 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 기계적 연결과정 및 전기적 연결과정을 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 맥파 센서모듈(100)과 맥파 측정용 일회용 패치(200) 간의 기계적 연결과정을 설명한다.

도 2a에 도시된 바대로, 맥파 측정용 일회용 패치(200)는 패치 본체(210) 및 상기 패치 본체(210)의 후면에 전도성 겔(gel) 전극(230)을 끼워 넣을 수 있는 삽입 홈(220)으로 이루어 진 전극 배열부들이, 일정한 간격을 두고 복수개 형성되며, 상기 전극 배열부들 각각의 사이에는 접촉부(C10)가 형성되어 상기 접촉부(C10)를 통해 맥파 센서모듈(100)의 금속 전극부(110)가 기계적으로 연결된다.

다음으로, 본 발명에 따른 맥파 센서모듈과 맥파 측정용 일회용 패치 간의 전기적 연결과정을 설명한다.

도 2b 및 도 2d에 도시된 바대로, 맥파 측정용 일회용 패치(200)의 후면에 형성된 삽입 홈(220)에 겔(gel) 전극(230)을 부착시킨 상태에서, 앞의 도 2a에서 설명한 상기 맥파 센서모듈(100)의 하단에 노출된 금속 전극부(110)를 맥파 측정용 일회용 패치(200) 전면 부의 접촉부(C10)에 부착하는데, 이로써 맥파 센서모듈(100)과 맥파 측정용 일회용 패치(200)는 전기적으로 연결된다.

또한 전도성 겔(gel) 전극(230)은 점착성을 가지므로, 맥파 센서모듈(100) 하단의 금속 전극부(110)와 전도성 겔(gel) 전극(230) 사이에는 기계적으로도 연결된다.

이를 부연설명 하면, 맥파 측정용 일회용 패치(200)의 경우, 일회용 패치 제조 업체에서 패치 후면의 삽입 홈(220)에 전도성 겔(gel) 전극(230)을 부착하여 검사자에게 공급하면, 검사자는 패치의 전면부에 맥파 센서모듈(100)을 부착하여 사용하는데, 이 경우 전도성 겔(Gel) 전극으로 생체신호 측정 시 일반적으로 사용되는 Ag/Agcl 겔 전극 등을 사용할 수 있다.

한편 맥파 센서모듈(100)의 내부에는 도 2b에 도시된 바대로, 제1 좌측 전류전극(11d), 제1 좌측 전압전극(21d), 제2 좌측 전압전극(22d) 및 제2 좌측 전류전극(12d)(도 3b 참조)과, 도 2b에 도시되어 있지는 않지만 제1 우측 전류전극(11b), 제1 우측 전압전극(21b), 제2 우측 전압전극(22b) 및 제2 우측 전류전극(12b)(도 3a 참조)이 각각 형성되는데, 이에 대해서는 도 3b 및 도 3a에서 후술한다.

도 3a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 생체 임피던스 측정 방식으로 맥파 측정 시 측정 전극들이 요골동맥으로부터 수평적 위치를 벗어난 경우의 상황을 나타낸 것이고, 도 3b는 상기 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 수동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 나타낸 것이다.

도 3a를 참조하면, 본 발명은 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 요골동맥으로부터 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 검사자가 외부 단말기(300)의 전극선택 메뉴를 수동으로 조작하여 맥파 센서모듈(100)에 장착된 전극들의 측정 위치를 미세 조정할 수 있도록 해준다.

외부 단말기(300)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바대로, 상단에 차례로 형성된 전류전극 선택메뉴(1a)와 전압전류 선택메뉴(2a), 우측의 상단에서 하단으로 차례대로 형성된 제1 우측 전류전극메뉴(11a), 제1 우측 전압전극메뉴(21a), 제2 우측 전압전극메뉴(22a) 및 제2 우측 전류전극메뉴(12a)와, 좌측의 상단에서 하단으로 차례대로 형성된 제1 좌측 전류전극메뉴(11c), 제1 좌측 전압전극메뉴(21c), 제2 좌측 전압전극메뉴(22c) 및 제2 좌측 전류전극메뉴(12c)를 제공한다.

이 경우 검사자는 전류전극 선택메뉴(1a)를 통해 제1 우측 전류전극메뉴(11a)와 제2 우측 전류전극메뉴(12a), 또는 제1 좌측 전류전극메뉴(11c)와 제2 좌측 전류전극메뉴(12c)를 선택할 수 있게 된다.

마찬가지 방식으로, 검사자는 전압전류 선택메뉴(2a)를 통해 제1 우측 전압전극메뉴(21a)와 제2 우측 전압전극메뉴(22a), 또는 제1 좌측 전압전극메뉴(21c)와 제2 좌측 전압전극메뉴(22c)를 선택할 수 있게 된다.

한편, 맥파 센서모듈(100)에 장착된 전극들은 상기 외부 단말기(300)에서 제공되는 전극메뉴들과 1 : 1로 상응하여 형성 된다.

즉 맥파 센서모듈(100)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바대로, 우측의 상단에서 하단으로 차례대로 형성된 제1 우측 전류전극(11b), 제1 우측 전압전극(21b), 제2 우측 전압전극(22b) 및 제2 우측 전류전극(12b)과, 좌측의 상단에서 하단으로 차례대로 형성된 제1 좌측 전류전극(11d), 제1 좌측 전압전극(21d), 제2 좌측 전압전극(22d) 및 제2 좌측 전류전극(12d)을 포함한다.

다시 도 3a를 참조하면, 검사사가 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 상황에서 측정에 필요한 제1 우측 전류전극(11b)과 제2 우측 전류전극(12b), 제1 우측 전압전극(21b)과 제2 우측 전압전극(22b)이 혈관위치인 요골동맥에서 우측방향으로 벗어나 있는 경우, 전류 인가부(10b) 또는 전압 측정부(20b)를 통해 얻은 측정 데이터를 통해서는 좋은 품질의 맥파를 제공할 수 없게 된다.

이로 인해, 도 3b에 도시된 바대로, 검사자가 외부 단말기(300)에서 제공되는 전류전극 선택메뉴(1a) 및 전압전류 선택메뉴(2a)를 직접 조작하는 방식을 통해 혈관위치인 요골동맥에 가까운 위치인 제1 좌측 전류전극(11d)과 제2 좌측 전류전극(12d), 제1 좌측 전압전극(21d)과 제2 좌측 전압전극(22d)로 위치가 변동되도록 직접 조정한 후, 새롭게 조정된 전류전극들(11d, 12d) 및 전압전극들(21d, 22d)과 전기적으로 연결된 전류 인가부(10d) 또는 전압 측정부(20d)의 측정을 함으로써, 보다 좋은 품질의 맥파를 제공할 수 있게 된다.

도 4a는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 맥파 센서모듈에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 순서도로 나타낸 것이고, 도 4b는 상기 도 4a의 맥파 센서모듈에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택을 구현하는 과정을 나타낸 것이다.

이하 도 1b 및 도 4a를 참조하여, 본 발명에 따른 맥파 센서모듈에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 설명한다.

우선, 맥파 센서모듈(100)은 현재 설정된 전극위치에서 내부의 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)에서 출력된 진폭의 첨두치(Peak to Peak Amplitude)를 측정하는 제1 단계(S10)를 갖는다.

다음으로, 상기 제1 단계(S10)에서 출력된 진폭의 첨두치(Peak to Peak Amplitude)를 체크하여 피검사자의 맥파에 대한 생체 임피던스의 변화가 존재하는 지를 판단하는 제2 단계(S20)를 갖는다.

만일 제2 단계(S20)에서 생체 임피던스의 변화가 존재하지 않는다고 판단한 경우(아니오), 즉 상기 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바대로, 측정 전극들이 요골동맥으로부터 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 맥파 센서모듈(100)은 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 자동으로 변경하는(도 4b 참조) 제3 단계(S30)를 가지며, 상기 제3 단계(S30) 수행 완료 후 상기 제1 단계(S10)로 리턴 한다.

만일 제2 단계(S20)에서 생체 임피던스의 변화가 존재한다고 판단한 경우(예), 각종 알고리즘 및 신호처리 기법을 사용하여 생체 임피던스 변화의 원인을 추정하는 제4 단계(S40)를 갖는다.

여기서 각종 알고리즘 및 신호처리 기법은 이를테면, FFT(Fast Fourier Transfer) 방식, 템플릿 매칭 방법, 맥파의 특징점 검출 및 각 특징점 간의 시간간격 분석 방법, 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반의 PWA(Pulse Wave Analysis) 기법 등을 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 제4 단계(S40)의 각종 알고리즘 및 신호처리 기법을 사용하여 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것인지를 판단하는 제5 단계(S50)를 갖는다.

만일 제5 단계(S50)에서 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것이 아니라고 판단한 경우(아니오), 상기 제3 단계(S30)에서의 설명과 마찬가지 이유로, 맥파 센서모듈(100)은 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 자동 변경하는(도 4b 참조) 상기 제3 단계(S30)로 리턴 한다.

반면 제5 단계(S50)에서 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것이라고 판단한 경우(예), 즉 측정 전극들이 요골동맥으로부터 정상적인 수평적 위치에 있다고 판단되는 경우, 마지막 단계로 맥파 센서모듈(100)은 더 이상의 전극 위치를 변화시키지 않도록 전극위치 변경 조작을 종료하는 제6 단계(S60)를 갖는다.

도 5a는 본 발명에 따른 제3 실시예로, 도 3a의 수평적 위치를 벗어난 상황 발생 시 이를 보상하기 위한, 외부 단말기에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 순서도로 나타낸 것이고, 도 5b는 상기 도 5a의 외부 단말기에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택을 구현하는 과정을 나타낸 것이다.

이하 도 1b, 도 1c, 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명에 따른 외부 단말기에서의 자동적인 최적 전극 위치 선택 방법을 설명한다.

우선, 외부 단말기(300)는 맥파 센서모듈(100)로부터 전송된 맥파신호에 대한 진폭의 첨두치(Peak to Peak Amplitude)를 측정하는 제1 과정(S110)을 갖는다.

다음으로, 외부 단말기(300)는 상기 제1 과정(S110)에서 신호 처리된 진폭의 첨두치(Peak to Peak Amplitude)를 체크하여 피검사자의 맥파에 대한 생체 임피던스의 변화가 존재하는 지를 판단하는 제2 과정(S120)을 갖는다.

다음으로, 만일 제2 과정(S120)에서 생체 임피던스의 변화가 존재하지 않는다고 판단한 경우(아니오), 즉 상기 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바대로, 측정 전극들이 요골동맥으로부터 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 외부 단말기(300)는 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 자동으로 변경하도록 요청하는 변경요청신호를 맥파 센서모듈(100)로 전송하는 제3 과정(S130)을 갖는다.

이 경우 상기 제3 과정(S130)을 통해 변경요청신호를 수신한 맥파 센서모듈(100)은 상기 변경요청신호에 따라 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 변경시키는(도 5b 참조) 제4 과정(S140)을 연속해서 진행하며, 상기 제4 과정(S140) 수행 완료 후 상기 제1 과정(S110)으로 리턴 한다.

반면 제2 과정(S120)에서 생체 임피던스의 변화가 존재한다고 판단한 경우(예), 외부 단말기(300)는 각종 알고리즘 및 신호처리 기법을 사용하여 생체 임피던스 변화의 원인을 추정하는 제5 과정(S150)을 갖는다.

여기서 각종 알고리즘 및 신호처리 기법은 이를테면, FFT(Fast Fourier Transfer) 방식, 템플릿 매칭 방법, 맥파의 특징점 검출 및 각 특징점 간의 시간간격 분석 방법, DNN(Deep Neural Network) 기반의 PWA(Pulse Wave Analysis) 기법 등을 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 제5 과정(S150)의 각종 알고리즘 및 신호처리 기법을 사용하여 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것인지를 판단하는 제6 과정(S160)을 갖는다.

만일 제6 과정(S160)에서 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것이 아니라고 판단한 경우(아니오), 상기 제3 과정(S130)에서의 설명과 마찬가지 이유로 외부 단말기(300)는 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 자동으로 변경하도록 요청하는 변경요청신호를 맥파 센서모듈(100)로 전송하는 상기 제3 과정(S130) 및 상기 변경요청신호에 따라 전류주입 전극위치와 전압측정 전극위치를 요골동맥과 가까운 위치로 변경시키는(도 5b 참조) 상기 제4 과정(S140)을 갖는다.

반면 제6 과정(S160)에서 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것이라고 판단한 경우(예), 즉 측정 전극들이 요골동맥으로부터 정상적인 수평적 위치에 있다고 판단되는 경우, 마지막 단계로 외부 단말기(300)는 더 이상의 전극 위치를 변화시키지 않도록 전극위치 변경 조작을 종료하는 제7 과정(S170)을 갖는다.

도 6a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 다양한 측정자들로부터 다양한 동맥의 수직적 위치 변화가 발생하였을 때, 이를 보상하기 위한 수동적인 주입전류의 주파수 조정 방법을 나타낸 것이다.

도 6a를 참조하면, 본 발명은 다양한 측정자들로부터 다양한 동맥의 수직적 위치 변화가 발생하였다고 판단한 경우, 검사자가 외부 단말기(300)의 전류주파수 선택메뉴(3a)를 수동으로 조작하여 생체 임피던스 측정에 필요한 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수를 조정할 수 있도록 해준다.

이를 부연설명하면, 인체에 교류 전류를 주입 할 때, 전류의 주파수가 낮을수록 허용 전류량은 적어지지만, 침투 깊이가 더 깊어지는 특성이 있고, 반대로, 전류의 주파수가 높을수록 허용 전류량은 많아지지만, 침투 깊이가 더 얕아지게 되는 특성을 갖는다.

이와 같은 특성으로 인해, 피검사자의 요골동맥의 혈관이 맥파 센서모듈(100)로부터 보다 깊이(h1) 위치하게 될 경우, 높은 교류 전류의 주파수에서는 전류 경로가 혈관이 위치한 부분까지 도달하지 못하여 맥파가 잘 측정되지 않지만, 낮은 교류 전류의 주파수에서는 전류 경로가 피검사자의 요골동맥의 혈관이 위치한 깊이(h1)까지 도달하여 맥파를 보다 손쉽게 측정할 수 있게 된다.

이로 인해, 검사자는 외부 단말기(300)의 전류주파수 선택메뉴(3a)를 수동으로 조작하여, 생체 임피던스 측정에 필요한 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수의 크기를 조정할 수 있게 된다.

도 6b는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 다양한 측정자들로부터의 다양한 생체조직 특성에 따른, 동맥혈관의 생체 임피던스 변화 발생하였을 때, 이를 보상하기 위한 수동적인 주입전류의 전류량 조정 방법을 나타낸 것이다.

도 6b를 참조하면, 본 발명은 다양한 측정자들로부터의 다양한 생체조직 특성에 따른, 동맥혈관의 생체 임피던스 변화가 발생하여 맥파 신호의 크기가 너무 크거나, 작게 측정된다고 판단한 경우, 검사자가 외부 단말기(300)의 전류량 선택메뉴(4a)를 수동으로 조작하여, 생체 임피던스 측정에 필요한 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 전류량의 크기를 조정할 수 있도록 해준다.

이를 부연설명하면, 피검사자의 인체에 주입되는 전류량이 적어 맥파의 크기가 작은 경우, 검사자가 외부 단말기(300)의 전류량 선택메뉴(4a)를 수동으로 조작하여 전류량을 선택하여 보다 증가시킴으로써 더 큰 진폭을 가지는 맥파 신호를 측정할 수 있다.

즉 피검사자의 생체조직 특성에 의해서 동맥혈관의 생체 임피던스가 다소 낮은 값을 가질 때에는, 검사자가 외부 단말기(300)의 전류량 선택메뉴(4a)를 수동으로 조작하여 높은 전류량을 주입하여 V=IR의 옴의 법칙에 근거하여 더 큰 전압 형태의 맥파를 측정할 수 있도록 해준다.

또한 이와 반대로, 피검사자의 생체조직특성에 의해서 동맥혈관의 생체임피던스가 다소 높은 값을 가질 때에는, 검사자가 외부 단말기(300)의 전류량 선택메뉴(4a)를 수동으로 조작하여, 보다 낮은 전류량을 주입하여 V=IR의 옴의 법칙에 근거하여 신호가 포화되지 않는 정도의 크기를 가지는 전압 형태의 맥파를 측정할 수 있도록 해준다.

한편 본 발명의 경우 상기 주파수 조작 방식(도 6a 참조) 및 상기 주입 전류량 조작 방식(도 6b 참조)을 자동 방식이 아닌, 수동 방식으로 구현 한 이유는, 인체에 주입할 수 있는 전류의 허용 주파수 및 허용 전류량은 엄격하게 지켜져야 하므로, 자칫 자동 방식 적용에 의한 오동작으로 피검사가 감전사고 등의 위해를 예방하기 위함이다.

이로써 본 발명은 생체 임피던스 측정 방식으로 맥파를 측정하기 위해, 스마트폰 애플리케이션 상에서 사용자(피검사자)의 체내로 주입하는 주파수/전류량을 수동으로 변경함으로써, 사용자(피검사자)의 피부상태, 측정부위에 따른 동맥깊이의 변화에 영향 받지 않고, 정확하고 훌륭한 품질의 맥파 신호를 측정 할 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 본 발명은 맥파 측정 시 발생할 수 있는 전극 떨어짐 현상 발생의 유무를 탐지 할 수 있으며, 맥파 측정 시 동잡음에 의한 맥파 신호의 포화를 빠르게 복원할 수 있는 기저선 복원기능(Fast Transient Settling)의 기능을 가지므로, 맥파 신호를 정확하고 신뢰성 높게 측정할 수 있는 장점을 제공한다.

도 7a는 본 발명에 따른 제1 실시예로, 맥파 신호의 포화 발생 시 이를 해결하기 위한 외부 단말기의 기저선 수동 조정 메뉴 및 전극 떨어짐 메뉴를 나타낸 것이고, 도 7b는 상기 도 7a의 맥파 신호의 포화 발생 시 외부 단말기를 이용하여 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복을 수행하는 수동방식을 나타낸 것이다.

도 7a를 참조하면, 피검사자의 맥파 신호의 측정 중, 피검사자의 손목에 부착된 맥파 센서모듈(100)이 손목의 갑작스런 움직임 등이 발생하면, 측정 부위에 큰 동잡음이 발생하여 맥파 신호가 포화 상태가 되는데, 이 경우 아무런 조치를 취하지 않을 시 맥파 신호의 기저선이 정상 레벨로 회복되기 까지 긴 시간(slow settling)이 필요하게 되어 측정의 신뢰성에 문제가 발생한다.

이로 인해, 외부 단말기(300)는 맥파 센서모듈(100)로부터 포화 발생을 알리는 신호를 수신하면, 검사자는 외부 단말기(300)의 표시부(320)에 나타난 맥파의 파형을 체크하고, 맥파 신호의 포화 상태를 인지하여, 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정을 수행하는데, 이에 대해서는 하기 도 7b에서 설명한다.

도 7b를 참조하면, 우선 검사자는 외부 단말기(300)에서 제공하는 기저선 수동조정 메뉴(5a)를 직접 눌러, 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령을 상기 맥파 센서모듈(100)로 전송하는 제1 과정을 수행한다.

다음으로, 상기 맥파 센서모듈(100)은 제1 과정을 통해 전송받은 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령에 따라, 생체 임피던스 측정방식으로 맥파를 측정하기 위해서 사용되는 인체 내부로의 주입 전류원을 현재 설정된 한 쌍의 전류 전극(11b, 12b) 및 한 쌍의 전압 전극(21b, 22b)에 각각 주입하여 전극 떨어짐 현상의 발생 유무를 확인 한 후, 상기 맥파 센서모듈(100) 내부의 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)의 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거하는, 즉 수동 기저선 조정 방식에 따라 기저선을 조정하는 제2 과정을 수행한다.

마지막으로, 상기 맥파 센서모듈(100)은 전극 떨어짐 발생 유무에 대한 신호를 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주며, 또한 맥파 신호를 수집하여 블루투스 저 에너지 통신을 통해 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주는 제3 과정을 수행한다.

도 8a는 본 발명에 따른 제2 실시예로, 맥파 신호의 포화 발생 시 이를 해결하기 위한 외부 단말기의 기저선 자동 조정 메뉴 및 전극 떨어짐 메뉴를 나타낸 것이고, 도 8b는 상기 도 8a의 맥파 신호의 포화 발생 시 외부 단말기 또는 맥파 센서모듈을 이용하여 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복을 수행하는 자동방식을 나타낸 것이다.

도 8a를 참조하면, 피검사자의 맥파 신호의 측정 중, 피검사자의 손목에 부착된 맥파 센서모듈(100)이 손목의 갑작스런 움직임 등이 발생하면, 측정 부위에 큰 동잡음이 발생하여 맥파 신호가 포화 상태가 되는데, 이 경우 아무런 조치를 취하지 않을 시 맥파 신호의 기저선이 정상 레벨로 회복되기 까지 긴 시간(slow settling)이 필요하게 되어 측정의 신뢰성에 문제가 발생한다.

이로 인해 본 발명은 자동적으로 전극 떨어짐 발생의 유무를 탐지하고, 맥파신호의 기저선을 정상레벨로 회복시키기 위한 빠른 과도현상 안정화(Fast Transient Settling) 방식으로서, 외부 단말기(300) 주도의 자동 기저선 조정 방식 또는 맥파 센서모듈(100) 주도의 자동 기저선 조정 방식을 사용하는데, 이에 대해서 이하 도 8b를 참조하여 설명한다.

첫째, 외부 단말기(300) 주도의 자동 기저선 조정 방식에 대해 설명한다.

도 8b를 참조하면, 우선 맥파신호 측정 중, 동잡음 발생으로 인한 맥파신호의 포화가 발생하였을 경우, 상기 외부 단말기(300)는 기저선 자동조정 메뉴(7a)의 활성화 및 신호처리부(330)에서의 신호처리를 통하여 맥파 신호의 포화 상태를 탐지한 후, 생성된 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령을 상기 맥파 센서모듈(100)로 자동 전송하는 제1 과정을 수행한다.

다음으로, 상기 맥파 센서모듈(100)은 제1 과정을 통해 전송받은 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령에 따라, 생체 임피던스 측정방식으로 맥파를 측정하기 위해서 사용되는 인체 내부로의 주입 전류원을 현재 설정된 한 쌍의 전류 전극(11b, 12b) 및 한 쌍의 전압 전극(21b, 22b)에 각각 주입하여 전극 떨어짐 현상의 발생 유무를 확인 한 후, 상기 맥파 센서모듈(100) 내부의 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)의 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거하는 제2 과정을 수행한다.

마지막으로, 상기 맥파 센서모듈(100)은 전극 떨어짐 발생 유무에 대한 신호를 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주며, 또한 맥파 신호를 수집하여 블루투스 저 에너지 통신을 통해 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주는 제3 과정을 수행한다.

둘째, 맥파 센서모듈(100) 주도의 자동 기저선 조정 방식에 대해 설명한다.

우선, 맥파신호 측정 중, 동잡음 발생으로 인한 맥파신호의 포화가 발생하였을 경우, 상기 맥파 센서모듈(100) 내부의 신호처리 부(130)의 신호처리를 통해 맥파 신호의 포화 상태를 탐지한 후, 상기 맥파 센서모듈(100)의 컨트롤러부(150)로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 자동적 기저선 조정명령을 전달하는 제1 과정을 갖는다.

다음으로, 도 8b에 도시된 바대로, 상기 맥파 센서모듈(100)의 컨트롤러부(150)는 제1 과정을 통해 전송받은 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령에 따라, 생체 임피던스 측정방식으로 맥파를 측정하기 위해서 사용되는 인체 내부로의 주입 전류원을 현재 설정된 한 쌍의 전류 전극(11b, 12b) 및 한 쌍의 전압 전극(21b, 22b)에 각각 주입하여 전극 떨어짐 현상의 발생 유무를 확인 한 후, 상기 맥파 센서모듈(100) 내부의 맥파측정 아날로그 프런트엔드(120)의 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거하는 제2 과정을 수행한다.

마지막으로, 상기 맥파 센서모듈(100)은 전극 떨어짐 발생 유무에 대한 신호를 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주며, 또한 맥파 신호를 수집하여 블루투스 저 에너지 통신을 통해 상기 외부 단말기(300)로 전송해 주는 제3 과정을 수행한다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 맥파 센서모듈
110 : 금속 전극부
120 : 맥파측정 아날로그 프런트엔드
130 : 신호 처리부
140 : 통신부
150 : 컨트롤러부
200 : 맥파 측정용 일회용 패치
300 : 외부 단말기
310 : 입력부
320 : 표시부
330 : 신호 처리부
340 : 저장부
350 : 무선통신부
360 : 컨트롤러부

Claims (17)

1. 피검사자의 신체에 탈 부착되는 맥파 측정용 일회용 패치와 전기적 및 기계적으로 연결되며, 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파 센서모듈을 구비하되,
   상기 맥파 센서모듈은,
   피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 제1 기능과,
   피검사자의 맥파 측정 시 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수 및 주입 전류량을 수동 방식 만으로 조정하는 제2 기능과,
   피검사자의 맥파 측정 시 맥파 신호가 포화 상태가 된 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 제3 기능을 포함하고,
   상기 제3 기능은,
   외부 단말기의 표시부를 통해, 검사자가 맥파신호의 포화를 인지 한 후에, 상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 기저선 수동조정 메뉴를 검사자가 수동으로 조작 시에 생성된 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 수동식 맥파신호 포화제거 알고리즘을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 기능은,
   상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 전극선택 메뉴를 검사자가 수동으로 조작 시에 생성된 조정신호에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 맥파 센서모듈의 측정 전극들은, 상기 외부 단말기에서 제공되는 전극메뉴들과 1 : 1로 상응해 형성된 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 기능은,
   상기 맥파 센서모듈이 자체적으로 피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 측정 전극들의 위치를 자동으로 미세 조정하는 맥파 센서모듈 주도형 전극위치선택 알고리즘을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 맥파 센서모듈 주도형 전극위치선택 알고리즘은,
   현재 설정된 전극위치에서 출력된 맥파에 대한 진폭의 첨두치(Peak to Peak Amplitude)를 체크하여 피검사자의 맥파에 대한 생체 임피던스의 변화가 존재하는 지를 판단하는 제1 과정; 및
   상기 제1 과정에서 생체 임피던스의 변화가 존재한다고 판단한 경우, 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것인지를 판단하는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 과정에서 생체 임피던스의 변화가 존재하기 않는다고 판단한 경우 또는 상기 제2 과정에서 생체 임피던스 변화의 원인이 맥파로 인한 것이 아니라고 판단한 경우,
   상기 맥파 센서모듈은 상기 측정 전극들의 위치를 자동으로 미세 조정하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제2 기능은,
   상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 전류주파수 선택메뉴를 검사자가 수동으로 조작 시에 생성된 주파수 조정신호에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 맥파 센서모듈은,
   피검사자의 맥파 측정 시 주파수 크기에 따른 동맥의 수직 침투 깊이를 고려하여, 상기 주입 전류의 주파수의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제2 기능은,
   상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 전류량 선택메뉴를 검사자가 수동으로 조작 시에 생성된 전류량 조정신호에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 전류량의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 1항에 있어서, 상기 수동식 맥파신호 포화제거 알고리즘은,
    상기 외부 단말기는 상기 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령을 상기 맥파 센서모듈의 컨트롤러 부로 전송하는 제1 과정; 및
    상기 맥파 센서모듈은 상기 전극 떨어짐 발생 탐지 명령에 따라 상기 측정 전극들로 주입 전류원을 주입하여 전극 떨어짐 현상의 발생 유무를 확인하고, 상기 기저선 조정 명령에 따라 맥파측정 아날로그 프런트엔드의 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거하는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제3 기능은,
    상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 기저선 자동조정 메뉴의 활성화를 통해 전송된 전극 떨어짐 발생 자동 탐지 및 기저선 자동 조정 명령에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 자동식 맥파신호 포화제거 알고리즘을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 자동식 맥파신호 포화제거 알고리즘은,
    상기 외부 단말기는 상기 기저선 자동조정 메뉴의 활성화 후, 외부 단말기 또는 상기 맥파 센서모듈 내부의 신호처리 부에서 신호처리를 통해, 맥파신호의 포화를 인지 한 후에, 생성된 전극 떨어짐 발생 자동 탐지 및 기저선 자동 조정 명령을 상기 맥파 센서모듈의 컨트롤러 부로 전송하는 제1 과정; 및
    상기 맥파 센서모듈은 전송된 상기 전극 떨어짐 발생 자동 탐지 명령에 따라 상기 측정 전극들로 주입 전류원을 주입하여 전극 떨어짐 현상의 발생 유무를 확인하고, 전송된 상기 기저선 자동 조정 명령에 따라 맥파측정 아날로그 프런트엔드의 시정수를 조정하여 빠르게 맥파 신호의 포화를 제거하는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
15. 피검사자의 신체에 탈 부착되는 맥파 측정용 일회용 패치와 전기적 및 기계적으로 연결되며, 생체 임피던스 측정 방식으로 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파 센서모듈; 및
    상기 맥파 센서모듈과 무선통신을 통해 피검사자의 맥파에 대한 생체신호 데이터를 주고받으며, 피검사자의 맥파 측정이 가능한 2군데 이상의 신체 부위에서 측정된 시간 동기화된 맥파로부터 심혈관 지표를 계산하고, 상기 맥파 센서모듈을 원격으로 조정하기 위한 제어 명령신호를 생성한 후 생성된 제어 명령신호를 상기 맥파 센서모듈로 전송하는 외부 단말기를 구비하며,
    상기 맥파 센서모듈은,
    자체 생성된 제어 신호 또는 상기 외부 단말기로부터 전송된 제어 명령신호에 따라,
    피검사자의 맥파 측정 시 측정 전극들이 수평적 위치를 이탈했다고 판단되는 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 상기 측정 전극들의 위치를 미세 조정하는 제1 기능과,
    피검사자의 맥파 측정 시 피검사자의 인체 내부로 흘러들어가는 주입 전류의 주파수 및 주입 전류량을 수동 방식 만으로 조정하는 제2 기능과,
    피검사자의 맥파 측정 시 맥파 신호가 포화 상태가 된 경우, 수동 방식 또는 자동 방식으로 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 제3 기능을 수행하고,
    상기 제3 기능은,
    외부 단말기의 표시부를 통해, 검사자가 맥파신호의 포화를 인지 한 후에, 상기 맥파 센서모듈과 통신을 수행하는 외부 단말기의 기저선 수동조정 메뉴를 검사자가 수동으로 조작 시에 생성된 전극 떨어짐 발생 탐지 및 기저선 조정 명령에 따라, 상기 맥파 센서모듈은 전극 떨어짐 발생 유무 탐지 및 기저선의 회복 과정(Fast Transient Settling)을 수행하는 수동식 맥파신호 포화제거 알고리즘을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
16. 제 15항에 있어서, 상기 맥파 센서모듈은,
    상기 맥파 측정용 일회용 패치의 겔 전극과 전기적으로 연결되어, 피검사자의 동맥에서 발생된 맥파를 측정할 수 있도록 해주는 금속 전극부;
    상기 금속 전극부를 통해 전달된 데이터로부터 피검사자의 맥파를 측정하는 맥파측정 아날로그 프런트엔드;
    상기 맥파측정 아날로그 프런트엔드에서 측정된 아날로그 형태의 맥파를 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리부;
    블루투스(bluetooth) 방식의 저 에너지 통신을 통해 상기 외부 단말기와 통신을 수행하는 통신부; 및
    상기 금속 전극부, 상기 맥파측정 아날로그 프런트엔드, 상기 신호 처리부 및 상기 통신부를 제어하는 컨트롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.
17. 제 15항에 있어서, 상기 외부 단말기는,
    검사자로부터 각종 명령정보를 입력받는 입력부;
    상기 맥파 센서모듈로부터 전송받은 피검사자의 맥파 신호를 신호 처리하는 신호 처리부;
    기기 내부에 맥파 신호를 처리하기 위한 전용 애플리케이션을 저장하며, 또한 처리된 각종 데이터를 저장하는 저장부;
    상기 신호 처리부의 신호처리를 통해 계산된 피검사자의 심혈관 지표를 화면으로 디스플레이 해주는 표시부;
    시간 동기화 된 블루투스(bluetooth) 방식의 저 에너지 통신을 이용하여 상기 맥파 센서모듈로부터 측정된 맥파 신호를 실시간 무선 전송하는 무선 통신부; 및
    상기 입력부, 상기 신호 처리부, 상기 저장부, 상기 표시부 및 상기 무선 통신부를 제어하는 컨트롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부착형 맥파 측정 장치.

Images