KR102243824B1 - 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치 및 그 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 신호 처리하는 프로세서;를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 이종의 생체 신호를 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심전도 신호 및 호흡 신호를 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
인간 수면의 연구를 포함하여, 다수의 분야에서는 서로 다른 종류의 생체 신호를 함께 측정할 필요가 있다. 예를 들면 수면에 대한 연구의 경우, 심전도 신호뿐만 아니라, 수면 무호흡의 측정을 위한 호흡 신호의 측정도 요구된다.
그런데, 패치 등의 형태로 생체 신호 측정 장치를 구현할 경우, 수일(數日)이 소용되는 장시간의 측정에 따른 피검자의 불편함 등을 최대한 억제하기 위해 소형화를 실현할 필요가 있다.
생체 신호 측정 장치의 소형화의 방법으로, 이종의 생체 신호를 동시에 측정 시 다수의 구성을 일부 공유하는 방법을 예로 들 수 있다.
미국등록특허 제9,192,316호(Systems and methods using flexible capacitive electrodes for measuring biosignals)에는, 심전도 신호와 호흡 신호를 위해 측정 전극을 공유할 수 있는 생체 신호 측정 장치 및 방법이 개시되어 있다.
미국등록특허 제9,192,316호에서는, 심전도 신호와 호흡 신호의 임피던스 특성을 이용하여 높은 임피던스 신호(High Impedance Signal)와 낮은 임피던스 신호(Low Impedance Signal)를 분리할 수 있는 신호 아이솔레이터(Signal Isolator)를 사용한다. 그런데, 이 경우 트랜스포머와 같이 비교적 물리적 크기가 큰 전자 소자가 필요한 까닭에 측정 장치를 소형화하여 패치 형태로 구현하는 것에는 어려움이 예상된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 이종의 생체 신호를 동시에 측정 시 구성의 일부를 공유하여 소형화된 패치 형태로 구현할 수 있는 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치 및 그 측정 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 신호 처리하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기는, 상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기 각각이 별도로 구성되거나, 상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기가 하나의 집적 회로 내부에 포함되어 구성될 수 있다.
아울러, 상기 멀티플렉서는, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나를 선택하여 출력하되, 상기 제 1 생체 신호와 상기 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 프로세서로 입력되는 신호를 처리하여, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호로 분리하여 출력한다. 바람직하게는, 상기 프로세서는, 상기 제 1 생체 신호가 입력된 경우 제 1 필터를 이용하여 신호 처리하고, 상기 제 2 생체 신호가 입력된 경우 제 2 필터를 이용하여 신호 처리하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 프로세서는, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호에 해당 신호가 측정된 시간 정보를 추가하여 출력하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 상기 프로세서에서 처리된 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 저장하는 메모리; 및 상기 프로세서에서 처리된 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 외부 장치로 송신하는 송수신기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 안정적인 경우에는, 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치로 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 전송하고, 상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 불안정한 경우에는, 상기 메모리에 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 저장하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 불안정한 상태로부터 안정된 상태로 변경된 경우, 상기 메모리에 저장된 데이터를 상기 송수신기를 통해 외부 장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 프로세서는, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 각각의 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프로세서는, 상기 제 1 생체 신호 및 상기 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상이 아니라고 판단된 경우, 상기 제 1 생체 신호의 해당 부분 및 상기 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 각각 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 시각 또는 청각적인 경고 신호를 출력하는 경보기;를 더 포함하되, 상기 경보기는, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호에 추가된 이벤트 마크에 따라 미리 설정된 방식의 경고 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 1 생체 신호를 측정하는 제 1 센싱단; 및 적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 제 2 센싱단;을 더 포함하고, 상기 제 1 센싱단과 상기 제 2 센싱단은, 적어도 하나의 전극을 공유하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고, 상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고, 상기 제 1 센싱단과 상기 제 2 센싱단은, 하나의 전극을 공유하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제 2 센싱단은, 상기 제 1 센싱단과 공유하는 전극과 연결된 용량성 소자; 및 상기 용량성 소자와 연결되어 용량값을 센싱하는 커패시티브 센싱 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 용량성 소자는, 커패시터; 또는, ESD 보호 소자; 중 하나를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 생체 신호를 측정하기 위한 장치는, 적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 1 생체 신호를 측정하는 제 1 센싱단; 및 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 제 2 센싱단;을 더 포함하고, 상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고, 상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고, 상기 제 2 센싱단은, 부저(Buzzer)와 연결되어, 상기 부저와 대상자의 피부 사이의 용량값의 변화를 이용하여 상기 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다.
본 발명의 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치 및 그 측정 방법에 따르면, 이종의 생체 신호를 동시에 측정 시 구성의 일부를 공유하여 소형화된 패치 형태로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치의 구성도.
도 2는 제 1 센싱단과 제 2 센싱단이 전극을 공유하지 않는 경우의 설명도.
도 3은 제 1 센싱단과 제 2 센싱단이 하나의 전극을 공유하는 설명도.
도 4는 하나의 전극을 공유할 경우의 제 1 센싱단 및 제 2 센싱단의 구성도.
도 5는 제 2 센싱단이 별도의 전극 대용물을 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 경우의 설명도.
도 2는 제 1 센싱단과 제 2 센싱단이 전극을 공유하지 않는 경우의 설명도.
도 3은 제 1 센싱단과 제 2 센싱단이 하나의 전극을 공유하는 설명도.
도 4는 하나의 전극을 공유할 경우의 제 1 센싱단 및 제 2 센싱단의 구성도.
도 5는 제 2 센싱단이 별도의 전극 대용물을 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 경우의 설명도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치 및 그 측정 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 발명의 이종(異種)의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)는, 2가지 종류 이상의 생체 신호를 측정하기 위한 장치이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)는, 제 1 센싱단(110), 제 2 센싱단(120), 멀티플렉서(130), 아날로그-디지털 변환기(140), 프로세서(150), 메모리(160), 송수신기(170) 및 경보기(180)를 포함하여 구성된다.
제 1 센싱단(110)은, 제 1 생체 신호를 측정하는 역할을 한다. 제 1 센싱단(110)은 심전도 신호를 측정하는 심전도 센싱단을 예로 들 수 있다.
구체적으로 제 1 센싱단(110)은, 적어도 하나의 전극을 이용하여, 제 1 생체 신호를 측정하는 역할을 한다. 제 1 센싱단(110)이 심전도 센싱단인 경우, 2개의 전극으로부터의 입력 신호를 이용하여, 2개의 전극이 피부와 접촉하는 부위의 전압을 측정하게 된다. 즉, 심전도 센싱단은, 심장 근육을 자극하는 전압을 시계열(Time Series)로 측정하게 된다.
제 2 센싱단(120)은, 제 2 생체 신호를 측정하는 역할을 한다. 제 2 센싱단(120)은 호흡 신호를 측정하는 커패시티브 센서(Capacitive Sensor)를 예로 들 수 있다.
구체적으로 제 2 센싱단(120)은, 적어도 하나의 전극을 이용하거나 별도의 전극 대용물을 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 역할을 한다.
멀티플렉서(130)는, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 역할을 한다. 즉, 멀티플렉서(130)에 의해 2개의 생체 신호는 하나로 통합되어, 후단의 아날로그-디지털 변환기(140)를 공유할 수 있게 된다.
구체적으로, 멀티플렉서(130)는, 프로세서(150)로부터 선택 신호를 입력받아, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호 중 하나를 선택하여 출력하되, 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 역할을 한다.
아날로그-디지털 변환기(140)는, 멀티플렉서(130)의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다.
일반적으로 심전도 신호는 300Hz 정도이고, 호흡 신호는 10Hz 정도이다. 이러한 2종의 생체 신호를 하나의 아날로그-디지털 변환기(140)를 이용하여 디지털 신호로 변환하고자 하는 경우, 아날로그-디지털 변환기(140)는 주파수가 높은 심전도 신호의 주파수 보다 2배 이상 높은 샘플링 레이트에 의해 동작할 필요가 있다. 예를 들면, 아날로그-디지털 변환기(140)는 샘플링 레이트가 3kHz 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 아날로그-디지털 변환기(140)의 전단의 멀티플렉서(130)는, 아날로그-디지털 변환기(140)의 샘플링 레이트와 동일한 스위칭 주파수로, 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 것이 바람직하다.
즉, 멀티플렉서(130)는 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호를 교대로 출력하고, 이에 따라 아날로그-디지털 변환기(140)도 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호를 교대로 출력하게 된다.
여기서는 설명의 편의상 멀티플렉서(130)과 아날로그-디지털 변환기(140)를 별도의 구성물로 설명하였으나, 아날로그-디지털 변환기가 멀티플렉서를 포함한 것으로 대체할 수 있음은 당연하다. 즉, 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140)는, 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140) 각각이 별도로 구성되거나, 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140)가 하나의 집적 회로 내부에 포함되어 구성될 수 있다. 참고로, 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140) 각각이 별도로 구성된다는 것은, 각각을 별도의 단품 소자로 구성하거나, 각각을 다수의 회로 소자에 의해 구성하는 것을 포함한다. 아울러, 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140)가 하나의 집적 회로 내부에 포함되어 구성된다는 것은, 아날로그-디지털 변환기 단품 소자에 멀티플렉서(130)를 포함하는 경우 또는 하나의 집적 회로 내부에 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140) 이외의 다른 구성도 포함하는 경우 등을 예로 들 수 있다.
또는, 멀티플렉서 없이 2개의 아날로그-디지털 변환기로 구성할 수 있음도 당연하다.
프로세서(150)는, 아날로그-디지털 변환기(140)의 출력을 신호 처리하여, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호로 분리하여 출력하는 역할을 한다. 프로세서(150)로는 DSP(Digital Signal Processor) 기능을 할 가 사용될 수 있다. 프로세서(150)로는 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호가 교대로 입력되는 데, 프로세서(150)가 멀티플렉서(130)의 선택 신호를 생성하므로, 이 선택 신호에 의해 입력된 신호가 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호 중 어떤 신호인지 프로세서(150)가 판단할 수 있게 된다. 즉, 아날로그-디지털 변환기(140)로부터 출력된 신호는 프로세서(150)에 의해 1차적으로 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호 중 어떤 신호인지 판단된다. 아울러, 프로세서(150)는, 아날로그-디지털 변환기(140)의 신호 변환 여부를 제어할 수도 있다. 즉, 프로세서(150)는, 멀티플렉서(130) 및 아날로그-디지털 변환기(140)의 입장에서는 제어기로서 동작하게 된다.
만약 프로세서(150)의 의해 제 1 생체 신호로 판단된 경우에는, 제 1 필터(미도시)를 이용하여 신호 처리되게 된다. 아울러, 프로세서(150)의 의해 제 2 생체 신호로 판단된 경우에는, 제 2 필터(미도시)를 이용하여 신호 처리되게 된다. 제 1 필터 및 제 2 필터는 모두, 저역통과필터로 잡음을 제거하는 역할을 하며, 프로세서(150)를 이용하여 컴퓨터 프로그램의 형태인 디지털 필터에 의해 구현될 수 있다. 아울러, 제 1 필터 및 제 2 필터는 입력되는 생체 신호가 상이하므로, 그 통과대역도 상이한 것이 바람직하다.
또한, 프로세서(150)는, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호에 해당 신호가 측정된 시간 정보를 추가하여 출력하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 시간 정보는 RTC(Real Time Clock)(미도시)로부터 프로세서(150)가 시간 정보를 입력 받는 것에 의해 추가할 수 있다. 아울러, 측정된 시간 정보는, 프로세서(150)에 해당 생체 신호가 입력된 시간 또는 처리된 시간을 이용할 수도 있다. 왜냐하면, 제 1 센싱단(110) 또는 제 2 센싱단(120)에서 해당 생체 신호가 측정된 시간 정보는, 장시간의 관점에서 보았을 때 프로세서(150)에 해당 생체 신호가 입력된 시간 또는 처리된 시간과 실질적으로 동일하기 때문이다.
여기서는 설명의 편의상 RTC(Real Time Clock)을 사용하는 것으로 하였으나, 외부 장치에서 수신 시간을 기준으로 시간 정보를 이용할 수 있다.
프로세서(150)는, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 각각의 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하여 출력하는 것이 바람직하다. 각각의 생체 신호의 해당 부분에 대해 추가하는 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크는, 정상이 아닌 종류를 알 수 있도록 이벤트 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 생체 신호가 심전도 신호라고 할 때, 심전도 신호의 정상 여부는, PQRST파 중 모든 파의 존재 여부, PQRST파의 순서가 바른 지 여부, PQRST파의 모양이 바른 지(혹은 일정한지) 여부, QRS파의 인터벌이 일정한지 여부, 심전도 신호의 주기가 지정된 범위 이내인지 여부 등을 이용하여, 프로세서(150)에 의해 판단될 수 있다. 아울러, 제 2 생체 신호가 호흡 신호라고 할 때, 호흡 신호의 정상 여부는, 호흡수 등을 이용하여, 프로세서(150)에 의해 판단될 수 있다.
또한, 프로세서(150)는, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상이 아니라고 판단된 경우, 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 제 1 생체 신호의 해당 부분 및 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 각각 추가하여 출력하는 것을 특징으로 한다. 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상적인지 정상이 아닌지의 판단은 심박수와 호흡수를 이용할 수 있다. 예를 들면, 호흡수와 심박수가 모두 빠른 경우에는 정상, 호흡수는 느린데 심박수가 빠른 경우에는 정상이 아니라고 판단할 수 있으며, 그 외에도 정상이 아니라고 판단할 수 있는 여러 경우가 있다. 다만, 정상이 아니라고 판단된 경우에도, 이벤트 마크의 종류를 달리하여, 비정상 또는 계속적인 모니터링 요망 등으로 그 분류를 다양하게 나타낼 수 있다. 즉, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호에 대해 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크는, 정상이 아닌 것의 종류를 알 수 있도록 이벤트 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
프로세서(150)에 의한 신호 처리의 순서는, 제 1 필터 및 제 2 필터를 이용하여 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 각각 처리한 후, 이후 분리된 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호에 대해 시간 정보 및 각종 이벤트 마크를 추가하는 처리를 하는 것이 바람직하다.
메모리(160)는, 프로세서(150)에서 처리된 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호를 저장하는 역할을 한다. 아울러, 송수신기(170)는, 프로세서(150)에서 처리된 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호를 외부 장치로 전송하고, 외부 장치로부터 신호를 수신하는 역할을 한다. 송수신기(170)는 다양한 유선 또는 무선 통신을 이용할 수 있다.
구체적으로, 송수신기(170)를 이용한 통신 상태가 안정적인 경우에는, 송수신기(170)를 통해 외부 장치로 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호를 전송한다. 아울러, 송수신기(170)를 이용한 통신 상태가 불안정한 경우에는, 메모리(160)에 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호를 저장하는 것을 특징으로 한다. 또한, 송수신기(170)를 이용한 통신 상태가 불안정한 상태로부터 안정된 상태로 변경된 경우, 메모리(160)에 저장된 데이터를 송수신기(170)를 통해 외부 장치로 전송하는 것이 바람직하다. 송수신기(170)를 이용한 통신 상태의 안정 여부도 프로세서(150)가 판단할 수 있다. 송수신기(170)를 이용한 통신 상태가 불안정한 경우에만 메모리(160)에 저장하는 것에 의해, 메모리(160)는 작은 용량의 것을 이용할 수 있다.
또한, 송수신기(170)를 통해 제 1 센싱단(110), 제 2 센싱단(120), 멀티플렉서(130)와 아날로그-디지털 변환기(140), 프로세서(150), 메모리(160), 경보기(180)의 특성 변경을 할 수 있다. 간단한 예로, 제 1 센싱단(110)만 사용하는 구성을 하는 것이다.
경보기(180)는 시각 또는 청각적인 경고 신호를 출력하는 역할을 한다. 경보기(180)는, 부저(Buzzer) 또는 발광 소자 등 다양한 디바이스를 이용하여 구현할 수 있다. 아울러, 경보기(180)는, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호에 추가된 이벤트 마크에 따라 미리 설정된 방식의 경고 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호에 추가된 이벤트 마크에 따라, 다른 경고 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 아울러, 프로세서(150)는, 경보기(180)가 경고 신호를 출력하도록 제어한다.
도 2는 제 1 센싱단(110)과 제 2 센싱단(120)이 전극을 공유하지 않는 경우의 설명도이다.
즉, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제 1 센싱단(110)과 제 2 센싱단(120)은 전극을 공유하지 않고, 별도의 전극을 이용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)가 패치 형태로 구현될 경우, 다수의 전극을 모두 사용하게 되면 패치의 소형화에 어려움이 예상된다. 따라서, 제 1 센싱단(110)과 제 2 센싱단(120)은 적어도 하나의 전극을 공유하는 것이 바람직하다. 또는 제 2 센싱단(120)은, 전극이 아닌 전전극 대용물을 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 것에 의해 패치의 소형화를 도모할 수도 있다.
도 3은 제 1 센싱단(110)과 제 2 센싱단(120)이 하나의 전극을 공유하는 설명도이다. 아울러, 도 4는 하나의 전극을 공유할 경우의 제 1 센싱단(110) 및 제 2 센싱단(120)의 구성도를 나타낸다.
구체적으로, 제 1 생체 신호는 심전도 신호이고, 제 2 생체 신호는 호흡 신호라고 할 때, 하나의 전극을 공유할 수 있다. 이 경우에는 제1 센싱단(110)과 제 2 센싱단(120)을 시분할 방식으로 동작을 하는 것에 적용될 수 있다.
제 1 센싱단(110)은, 적어도 하나의 전극의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭기(111)를 포함한다. 구체적으로, 증폭기(111)는, 공유하는 전극 뿐만 아니라, 공유하지 않는 전극의 신호도 입력받아 증폭하는 차동 신호 증폭기를 이용하는 것이 바람직하다. 아울러, 증폭기(111)는 높은 임피던스(High Impedance) 특성의 전압 증폭기를 이용할 수 있다
제 2 센싱단(120)은, 제 1 센싱단(110)과 공유하는 전극과 연결된 용량성 소자(121); 및 용량성 소자(121)와 연결되어 용량값을 센싱하는 커패시티브 센싱 회로(Capacitive Sensing Circuit, 122);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 용량성 소자(121)는, 단순한 커패시터 소자 뿐만 아니라, 용량값을 나타낼 수 있는 전자 소자를 의미한다. 아울러, 용량성 소자(121)는, 커패시터; 또는, ESD((Electro-Static Discharge) 보호 소자; 중 하나를 이용할 수 있다. 참고로, 커패시티브 센싱 회로(122)는, 인터넷 또는 특허 등의 검색을 통해 알 수 있듯이, 다양한 방법에 의해 구현될 수 있다.
일반적으로, ESD 보호 소자는, 높은 전압이 인가되는 경우에는 턴온 상태가 되지만, 낮은 전압이 인가되는 경우에는 턴온되지 않고 커패시터로서 동작하게 된다.
참고로, 공유하는 전극에 의한 용량과 용량성 소자는 등가 회로상 직렬로 연결되어, 직렬의 용량값이 용량성 소자(121)와 연결된 커패시티브 센싱 회로(122)에서 측정된다.
도 5는 제 2 센싱단(120)이 별도의 전극 대용물을 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 경우의 설명도이다.
구체적으로, 도 5는 패치로 구현된 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치의 단면도이다.
제 1 생체 신호는 심전도 신호이고, 제 2 생체 신호는 호흡 신호라고 할 때, 제 2 센싱단(120)은 경고 신호를 출력하기 위한 부저(Buzzer)와 연결될 수 있다. 부저의 경우, 직접적으로 대상자의 피부에 접촉되는 것은 아니지만, 호흡에 따라 부저와 피부 사이의 용량값이 변화하는 것으로 나타난다. 이에 따라 제 2 센싱단(120)은, 부저와 대상자의 피부 사이의 용량값의 변화를 이용하여 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 방법은, 상술한 본 발명의 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)를 이용하므로, 별도의 설명이 없더라도 본 발명의 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100)의 모든 특징을 포함하고 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 방법은, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 단계(S10); S10 단계의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계(S20); S20 단계의 디지털 신호를 입력받아 신호 처리하는 단계(S30); S30 단계에서 출력된 신호를 외부 장치로 전송하는 단계(S40); 및 S40 단계의 전송이 어려운 경우, S30 단계에서 출력된 신호를 메모리(160)에 저장하는 단계(S50);를 포함한다.
구체적으로 S10 단계는, 선택 신호를 이용하여, 제 1 생체 신호 또는 제 2 생체 신호 중 하나를 선택하여 출력하되, 제 1 생체 신호와 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 것을 특징으로 한다.
아울러, S30 단계는, 제 1 생체 신호가 입력된 경우 제 1 필터를 이용하여 필터링하는 단계(S31); 제 2 생체 신호가 입력된 경우 제 2 필터를 이용하여 필터링하는 단계(S32); S31 단계의 필터링된 제 1 생체 신호에 측정된 시간 정보를 추가하는 단계(S33); S32 단계의 필터링된 제 2 생체 신호에 측정된 시간 정보를 추가하는 단계(S34); S31 단계의 필터링된 제 1 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 제 1 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계(S35); S32 단계의 필터링된 제 2 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계(S36); 및 S31 단계의 필터링된 제 1 생체 신호 및 S32 단계의 필터링된 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상이 아니라고 판단된 경우, 제 1 생체 신호의 해당 부분 및 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계(S37);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다만, S35 단계는, S33 단계와 동시에 또는 병렬로 실시될 수도 있고, S33 단계 이후에 실시될 수 있다. 마찬가지로, S36 단계는, S34 단계와 동시에 또는 병렬로 실시될 수도 있고, S34 단계 이후에 실시될 수 있다. 아울러, S37 단계는, S35 및 S36 단계와 동시에 또는 병렬로 실시될 수도 있고, S35 및 S36 단계 이후에 실시될 수도 있다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이종의 생체 신호의 동시 측정 방법은, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호는, 적어도 하나의 전극을 공유하여 측정될 수 있다.
구체적으로, 제 2 생체 신호는, 용량성 소자(121)와 연결된 노드를 이용하여 용량값을 센싱하는 것에 의해 측정된다. 아울러, 용량성 소자(121)는, 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 측정하기 위해 공유하는 전극과 연결된 것이 바람직하다.
즉, 공유하는 전극에 의한 용량과 용량성 소자는 등가 회로상 직렬로 연결되어, 직렬의 용량값이 용량성 소자(121)와 연결된 노드를 이용하여 측정된다.
또한, 또 다른 실시 예에 따르면, 제 2 생체 신호는, 경고 신호를 출력하기 위한 부저(Buzzer)와 대상자의 피부 사이의 용량값의 변화를 이용하여 측정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치(100) 및 그 측정 방법에 따르면, 이종의 생체 신호를 동시에 측정 시 구성의 일부를 공유하여 소형화된 패치 형태로 구현할 수 있음을 알 수 있다.
100 : 이종의 생체 신호의 동시 측정 장치
110 : 제 1 센싱단 120 : 제 2 센싱단
130 : 멀티플렉서 140 : 아날로그-디지털 변환기
150 : 프로세서 160 : 메모리
170 : 송수신기 180 : 경보기
111 : 증폭기 121 : 용량성 소자
122 : 커패시티브 센싱 회로
110 : 제 1 센싱단 120 : 제 2 센싱단
130 : 멀티플렉서 140 : 아날로그-디지털 변환기
150 : 프로세서 160 : 메모리
170 : 송수신기 180 : 경보기
111 : 증폭기 121 : 용량성 소자
122 : 커패시티브 센싱 회로
Claims (25)
- 생체 신호를 측정하기 위한 장치에 있어서,
제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 멀티플렉서;
상기 멀티플렉서의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 신호 처리하는 프로세서;
적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 1 생체 신호를 측정하는 제 1 센싱단; 및
적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 제 2 센싱단;을 포함하고,
상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고,
상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고,
상기 제 1 센싱단과 상기 제 2 센싱단은, 적어도 하나의 전극을 공유하고,
상기 제 2 센싱단은, 상기 제 1 센싱단과 공유하는 하나의 전극과 연결된 용량성 소자; 및 상기 용량성 소자와 연결되어 용량값을 센싱하는 커패시티브 센싱 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기는,
상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기 각각이 별도로 구성되거나, 상기 멀티플렉서 및 상기 아날로그-디지털 변환기가 하나의 집적 회로 내부에 포함되어 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 멀티플렉서는,
상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나를 선택하여 출력하되,
상기 제 1 생체 신호와 상기 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 프로세서로 입력되는 신호를 처리하여, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호로 분리하여 출력하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1 생체 신호가 입력된 경우 제 1 필터를 이용하여 신호 처리하고, 상기 제 2 생체 신호가 입력된 경우 제 2 필터를 이용하여 신호 처리하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호에 해당 신호가 측정된 시간 정보를 추가하여 출력하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는,
상기 프로세서에서 처리된 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 저장하는 메모리; 및
상기 프로세서에서 처리된 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 외부 장치로 전송하는 송수신기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제7항에 있어서,
상기 장치는,
상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 안정적인 경우에는, 상기 송수신기를 통해 외부 장치로 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 전송하고,
상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 불안정한 경우에는, 상기 메모리에 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호를 저장하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제8항에 있어서,
상기 장치는,
상기 송수신기를 이용한 통신 상태가 불안정한 상태로부터 안정된 상태로 변경된 경우, 상기 메모리에 저장된 데이터를 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제7항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 각각의 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제10항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1 생체 신호 및 상기 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상이 아니라고 판단된 경우, 상기 제 1 생체 신호의 해당 부분 및 상기 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 각각 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제11항에 있어서,
상기 장치는,
시각 또는 청각적인 경고 신호를 출력하는 경보기;를 더 포함하되,
상기 경보기는,
상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호에 추가된 이벤트 마크에 따라 미리 설정된 방식의 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 용량성 소자는,
커패시터; 또는,
ESD 보호 소자; 중 하나를 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치. - 생체 신호를 측정하기 위한 장치에 있어서,
제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 멀티플렉서;
상기 멀티플렉서의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 신호 처리하는 프로세서;
적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 1 생체 신호를 측정하는 제 1 센싱단; 및
적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 제 2 센싱단;을 포함하고,
상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고,
상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고,
상기 제 2 센싱단은,
부저(Buzzer)와 연결되어, 상기 부저와 대상자의 피부 사이의 용량값의 변화를 이용하여 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치. - 생체 신호를 측정하기 위한 방법에 있어서,
(a) 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 디지털 신호를 입력받아 신호 처리하는 단계;를 포함하되,
상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고,
상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고,
상기 제 1 생체 신호 및 상기 제 2 생체 신호는, 적어도 하나의 전극을 공유하여 측정되고,
상기 제 2 생체 신호는, 용량성 소자와 연결된 노드를 이용하여 용량값을 센싱하는 것에 의해 측정되되,
상기 용량성 소자는, 상기 제 1 생체 신호 및 상기 제 2 생체 신호를 측정하기 위해 공유하는 하나의 전극과 연결된 것을 특징으로 하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나를 선택하여 출력하되,
상기 제 1 생체 신호와 상기 제 2 생체 신호를 연속하여 교대로 출력하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 제 1 생체 신호가 입력된 경우 제 1 필터를 이용하여 필터링하는 단계;
(c-2) 상기 제 2 생체 신호가 입력된 경우 제 2 필터를 이용하여 필터링하는 단계;
(c-3) 상기 (c-1) 단계의 필터링된 제 1 생체 신호에 측정된 시간 정보를 추가하는 단계; 및
(c-4) 상기 (c-2) 단계의 필터링된 제 2 생체 신호에 측정된 시간 정보를 추가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c-5) 상기 (c-1) 단계의 필터링된 제 1 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 상기 제 1 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계;
(c-6) 상기 (c-2) 단계의 필터링된 제 2 생체 신호가 정상이 아니라고 판단된 경우, 상기 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계; 및
(c-7) 상기 (c-1) 단계의 필터링된 제 1 생체 신호 및 상기 (c-2) 단계의 필터링된 제 2 생체 신호가 동시에 또는 일정한 시간 이내에 모두 정상이 아니라고 판단된 경우, 상기 제 1 생체 신호의 해당 부분 및 상기 제 2 생체 신호의 해당 부분에 대해 복합적으로 정상이 아님을 나타내는 이벤트 마크를 추가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 방법은,
(d) 상기 (c) 단계에서 출력된 신호를 외부 장치로 전송하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계의 전송이 어려운 경우, 상기 (c) 단계에서 출력된 신호를 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 생체 신호를 측정하기 위한 방법에 있어서,
(a) 제 1 생체 신호 및 제 2 생체 신호를 입력받아, 상기 제 1 생체 신호 또는 상기 제 2 생체 신호 중 하나의 생체 신호를 출력하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 디지털 신호를 입력받아 신호 처리하는 단계;를 포함하되,
상기 제 1 생체 신호는, 심전도 신호이고,
상기 제 2 생체 신호는, 호흡 신호이고,
상기 제 1 생체 신호 및 상기 제 2 생체 신호는, 적어도 하나의 전극을 공유하여 측정되고,
상기 제 2 생체 신호는,
부저와 대상자의 피부 사이의 용량값의 변화를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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