[논문]체표 변화에 기반한 심전도 모니터링 의류의 센싱 위치 연구

조하경; 조상우

doi:10.5805/sfti.2015.17.5.844

[국내논문] 체표 변화에 기반한 심전도 모니터링 의류의 센싱 위치 연구
A Study of Sensing Locations for ECG Monitoring Clothing based on the Skin Change rate 원문보기

Fashion & textile research journal = 한국의류산업학회지, v.17 no.5, 2015년, pp.844 - 853

조하경 ((주)블랙야크 상품기획부) , 조상우 (호서대학교 스포츠과학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, according to change of lifestyle and increase of concerning in health, needs of the smart clothing based on the vital sign monitoring have increased. Along with this trend, smart clothing for ECG monitoring has been studied various way as textile electrode, clothing design and so on. Smart clothing for ECG monitoring can become a comfortable system which enables continuous vital sign monitoring in daily use. But, smart clothing for ECG monitoring has a weakness on artifact during motion. One of the motion artifact caused by shifting of the electrode position was affected skin change by motion. The aim of this study was to suggest electrode locations for clothing of ECG monitoring to reduce of motion artifacts. Therefore, change of skin surface during the movement were measured and analyzed in order to find location to minimize motion artifacts in ECG monitoring clothing by 3D motion capture. For the experiment, the subjects consisted of 5 males and 5 females in their 20' with average physique. As a result, the optimal location for ECG monitoring was deducted under the bust line and scapula which have least motion artifact. These locations were abstracted to be least affected by movement in this research.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

스마트 의류를 통한 심전도 신호의 측정은 전극과 체표간의 움직임으로 인한 마찰로 발생함에 따라, 동작에 따라 발생하는 체표의 특성을 고찰하고, 이를 적용하여 의복 내 최적의 생체 신호 센싱 최적 위치를 도출할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 9개의 대표 동작을 도출하고, 3D 모션 캡쳐 기술을 적용하여 동작 시 발생하는 체표 변화율을 고찰하여, 인체의 움직임으로부터 가장 영향이 적은 위치를 도출하고 이를 심전도 측정 위치와의 교차분석을 통해 심전도 모니터링 의류를 위한 최적의 전극 위치를 도출하고자 하였다.

가설 설정

, 2006). 의류 형태의 생체 신호 측정 시스템은 무자각, 비침습적으로 언제 어디서나 생체 신호를 측정할 수 있다는 점에서 유용한 시스템으로의 장점을 갖는다. 그러나, 심전도 등의 생체 신호 측정 과정에서 발생하는 동작에 의한 동작 잡음은 웨어러블 타입의 생체 신호 측정 시스템에서의 가장 큰 단점으로 나타나며, 특히 지속적 신호 측정이 요구되는 의류 시스템에서의 동작 잡음은 심전도 측정 신호에 가장 영향을 많이 미치는 주요 요소 중 하나로 작용하고 있다(Kishimoto et al.

제안 방법

동작에 따른 체표 변화 평가를 위하여, 9개 대표동작을 기준으로 정자세에서 각 동작들을 실행, 다시 정자세로 돌아오는 순으로 한 동작마다 3회씩 반복 측정하였다. 피험자들은 동작 시체표 변화율을 측정하기 위해 상의를 탈의하고 각각의 적용 위치에 마커를 부착, 9개 대표동작을 진행하였다(Fig.
본 연구는 심전도 모니터링 스마트 의류에 있어 가장 문제가 되는 동작 잡음을 최소화하는 전극 위치 도출을 위하여 동작 시 체표 변화율을 측정하고 그 결과를 분석하기 위하여 다음과 같은 실험설계를 진행하였다(Fig. 3).
본 실험은 2014년 10월 20일부터 12월 20일까지 두리 시스템 모션캡쳐 스튜디오에서 진행되었으며, 피험자는 체형에 따라 동작 범위의 차이가 있음을 고려하여, 실험 지원자 중 BMI를 기준으로 평균 체형을 갖는 지원자를 선정하였다. 실험 결과를 기반으로 각 변위에 따른 길이 및 방향의 변화를 분석하고, 동작에 따른 체표 변화율을 비교 분석하여, 심전도 신호 측정시 동작 잡음을 최소화하는 최적의 센서 위치를 도출하였다.
3). 심전도 측정에 영향을 미치는 상체의 체표변화를 중심으로 선행연구(Koo, 2008; Park et al., 2013) 고찰을 통해 9가지 대표 동작을 추출하였으며, 이를 기반으로 움직임으로 인한 체표 변화를 지속적으로 관찰하고 측정하기 위하여 모션캡쳐를 통한 실험을 설계하였다. 본 연구에 사용된 시스템은 3차원 광학식 동작분석 시스템으로 여러대의 카메라로 여러 방향에서 마커의 위치를 인식하고 그 변화위치를 컴퓨터로 송신, 3차원으로 형상화할 수 있는 구동원리를 갖는다(Fig.
세로선은 앞 중심선과 뒷 중심선을 기준으로 7칸으로 등분하여 가로, 세로선이 교차하는 지점에 총 72개의 마커를 부착하였다. 여성 피험자의 경우, 피험자가 정자세로 서있는 상태에서 남성 피험자와 동일한 기준선을 적용하여 분할하였으여, 심전도 측정을 위한 전극 위치 측정 범위 등의 신체적 조건을 고려하여, 윗가슴둘레와 밑가슴둘레를 추가로 구분하고 이를 기준으로 남성 피험자와 동일한 방식으로 마킹을 진행하였다.
인체 동작의 기본 계측점들, 패턴 제작의 기준선 상의 점들을 기준점으로 하여 인체의 오른쪽 부분에 마킹하여 실험을 진행하였으며, 옆구리 등의 체표변화 표기에 제한성이 있어 이를 평면화하여 표시하였다(Fig. 5).
동작에 따른 체표 변화 평가를 위하여, 9개 대표동작을 기준으로 정자세에서 각 동작들을 실행, 다시 정자세로 돌아오는 순으로 한 동작마다 3회씩 반복 측정하였다. 피험자들은 동작 시체표 변화율을 측정하기 위해 상의를 탈의하고 각각의 적용 위치에 마커를 부착, 9개 대표동작을 진행하였다(Fig. 7).

대상 데이터

본 실험은 2014년 10월 20일부터 12월 20일까지 두리 시스템 모션캡쳐 스튜디오에서 진행되었으며, 피험자는 체형에 따라 동작 범위의 차이가 있음을 고려하여, 실험 지원자 중 BMI를 기준으로 평균 체형을 갖는 지원자를 선정하였다. 실험 결과를 기반으로 각 변위에 따른 길이 및 방향의 변화를 분석하고, 동작에 따른 체표 변화율을 비교 분석하여, 심전도 신호 측정시 동작 잡음을 최소화하는 최적의 센서 위치를 도출하였다.
의복에서의 체표 변화측정을 위한 선행연구(Han et al., 2012; Koo, 2008) 및 사이즈 코리아의 동작들을 기준으로 심전도 신호 측정에 가장 영향을 많이 줄 것으로 예상되는 상체 대표동작 9가지를 선정하였다(Fig. 6).
측정 대상은 인체의 형태 및 관절동작의 범위를 고려하여, 20대 남자 및 여성으로 측정 대상을 제한하여 BMI 지수 20.0~25.0 사이에서의 표준체형을 갖는 남성 5명, 여성 5명으로 구성하였으며, 그 세부 사항은 다음 Table 1과 같다.

데이터처리

팔 동작의 경우 손끝이 정면진행에서 포인팅하는 지점과 정 측면을 포인팅하는 지점을 측정하였으며, 몸통 회전시는 최대 회전 점을 기준으로 측정하였다. 또한, 이 결과를 바탕으로 동작에 의해 영향을 받는 부분을 구분하여 변화율을 도출하고, 심전도 신호 측정 시 체표 변화로 인한 동작 잡음을 최소화하는 체표의 최소 변화 위치를 분석하고 이를 임상적 심전도 측정 위치와 교차 분석하여 심전도 측정을 위한 의류 내 최적의 전극 위치를 도출하여 제시하였다.

성능/효과

9가지 동작에 대한 체표 변화율을 비교·분석하여 동작에 따른 체표 변화율을 분석한 결과, 남성과 여성에 있어 유사한 체표 변화 양상을 갖는 것으로 나타났다.
, 2009)와의 교차분석 결과, 남성에서는 임상 심전도 V4, V5 부근의 위치에서 가장 체표변화가 적은 부분으로 분석되었으며, 여성에서는 V2, V4 위치에서 가장 체표변화가 적은 부분으로 분석되었다. 남성 피험자에 비해 여성 피험자의 경우 심전도 측정 전극 위치가 3cm 정도 위쪽으로 위치하는 것으로 분석되었는데, 이는 여성피험자의 신체 구조상 가슴둘레 및 밑가슴둘레를 세부적으로 분류한 결과로 분석된다.
최종적으로 동작으로 인한 체표변화를 고찰한 결과와 심전도 측정을 위한 센서 위치간의 비교분석 결과, 남성의 경우 가슴둘레 아래부위인 FB-FC:5-6라인에서의 심박 및 심전도 측정이 가장 적합하며, 뒷부분에서는 BC-BD:5-6라인에서의 심장 활동 측정이 가장 적합한 것으로 분석되었다. 여성의 경우에는 밑 가슴둘레 아랫부위인 FA-FB:5-6과 FA-FC:5-6 부위 및 등부위에서는 BA-BB:5-6 부위가 심전도센싱에 적합한 측정 위치로 도출되었다. 도출된 부위는 동작에 따른 변화량이 가장 적으며, 다중 동작에도 가장 영향을 적게 받는 체표 변화율을 보이는 부분과 의공학적 심전도 측정 센서 위치(Jeong et al.
최종적으로 동작으로 인한 체표변화를 고찰한 결과와 심전도 측정을 위한 센서 위치간의 비교분석 결과, 남성의 경우 가슴둘레 아래부위인 FB-FC:5-6라인에서의 심박 및 심전도 측정이 가장 적합하며, 뒷부분에서는 BC-BD:5-6라인에서의 심장 활동 측정이 가장 적합한 것으로 분석되었다. 여성의 경우에는 밑 가슴둘레 아랫부위인 FA-FB:5-6과 FA-FC:5-6 부위 및 등부위에서는 BA-BB:5-6 부위가 심전도센싱에 적합한 측정 위치로 도출되었다.

후속연구

그러나, 본 연구에서 도출된 심전도 측정 센싱 위치는 체표 변화의 영향만을 고려, 전극이 부착되는 의복과 체표 간에 발생하는 이격에 대한 연구가 추후 필요할 것으로 보이며, 부분적으로 동작에 영향을 받는 위치임을 고려하여 전극의 움직임을 최소화할 수 있는 의류 설계에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	의류 시스템에서의 동작 잡음은 어떤 요소 인가?	의류 형태의 생체 신호 측정 시스템은 무자각, 비침습적으로 언제 어디서나 생체 신호를 측정할 수 있다는 점에서 유용한 시스템으로의 장점을 갖는다. 그러나, 심전도 등의 생체 신호 측정 과정에서 발생하는 동작에 의한 동작 잡음은 웨어러블 타입의 생체 신호 측정 시스템에서의 가장 큰 단점으로 나타나며, 특히 지속적 신호 측정이 요구되는 의류 시스템에서의 동작 잡음은 심전도 측정 신호에 가장 영향을 많이 미치는 주요 요소 중 하나로 작용하고 있다(Kishimoto et al., 2007; Such, 2007).
	의류 형태의 생체 신호 측정 시스템의 장점은 무엇인가?	, 2006). 의류 형태의 생체 신호 측정 시스템은 무자각, 비침습적으로 언제 어디서나 생체 신호를 측정할 수 있다는 점에서 유용한 시스템으로의 장점을 갖는다. 그러나, 심전도 등의 생체 신호 측정 과정에서 발생하는 동작에 의한 동작 잡음은 웨어러블 타입의 생체 신호 측정 시스템에서의 가장 큰 단점으로 나타나며, 특히 지속적 신호 측정이 요구되는 의류 시스템에서의 동작 잡음은 심전도 측정 신호에 가장 영향을 많이 미치는 주요 요소 중 하나로 작용하고 있다(Kishimoto et al.
	심전도 측정 신호에 가장 영향을 미치는 동작잡음의 원인은 무엇인가?	, 2007; Such, 2007). 동적인 환경에서의 심전도 측정은 신호에 동작 잡음이 포함되어 나타나며, 동작 잡음이 발생되는 대표적 원인은 움직일 때 근육에서 발생되는 근잡음과 흉부의 움직임으로 인한 기저선 잡음 그리고 60Hz의 전력선 잡음으로 분류할 수있다(Kim et al., 2006).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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