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문제 정의
- 구현된 제품들은 휴대성이 좋고 측정 방법이 간단하지만 심전도 파형을 모니터링 하기위해서는 장소의 제약이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 이를 개선하기 위하여 휴대가 용이하고 측정 방법이 간단하며 심전도 파형과 심박수를 스마트폰에 전송하여 생체신호를 확인할 수 있는 심전도계를 개발한다.
제안 방법
- 단의 OP-AMP를 이용하여 51배 증폭한다. 60Hz 대역의 전원잡음을 제거하기 위해 상태변수 대역 저지 필터를 사용하고 0.05~ 150Hz의 생체신호를 제외한 잡음을 제거하기 위해 고역통과 필터와 저역통과 필터를 사용하여 잡음이 제거된 신호를 20배 증폭하여 전체 이득을 1020으로 증폭한다.
- 6은 ATmega-2561의 ADC 단자로 전송된 아날로그 신호를 측정하기 위한 코드와 변환된 데이터를 스마트폰으로 전송하기 위해 블루투스 모듈인 FB155BC와의 USART통신을 하는 코드이다. A/D변환을 위한 ADCSRA의 ADEN과 ADSC 그리고 ADFR을 1로 설정함으로써 첫번째 A/D변환 이후에는 반복적으로 변환 동작을 수행한다. USART통신에서는 8비트의 데이터와 하나의 스톱비트를사용하였고 전송 속도는 9600bps로 설정하였다.
- 그리고 화면 캡쳐 기능을 통해 심전도 파형과 심박 수가 자동으로 저장되어 진료를 할 때 보다 정확한 진단에 도움이 되도록 설계하였다. 만약 설계 및 구현된 심전도계의 화면을 실시간으로 의료진과 공유할 수 있는 체계가 구축된다면 보다 빠르고 정확한 의료서비스가 가능해지고 심장 질환을 예방 및 진단하는데 사용할 수 있을 것이다.
- 블루투스를 통해 전송되는 심전도 데이터를 정수형으로 변환하고 좌표 간격을 변수로 선언하여 다양한 스마트폰 화면 크기에 맞춰 연속적인 심전도 파형을 관찰하기 용이하도록 제작하였다. 데이터값이 점으로 표현될 경우 눈으로 자신의 심전도 그래프를 식별하기 어렵기 때문에 BarGraph클래스를 통해 점과 점을 선으로 이어주어 파형을 보다 자연스럽게 표현하였다. Fig.
- 또한 심박수의 측정 및 디스플레이를 위해 측정 시작 후 60초간의 심박수 데이터는 10초간 전송된 데이터 중 R 파형을 검출 후 수에 6을 곱하여 심박수를 디스플레이 하며 60초 이후 데이터는 R파형의 카운트 값을 표기한다.
- 1은 설계된 심전도계의 구성도를 나타낸다. 본 논문에서 구현한 심전도계는 크게 생체신호 증폭과 잡음 필터링을 위한 아날로그 회로부와 신호를 스마트폰에 전송하기 위한 디지털 회로부 그리고 시스템 전체의 전원공급을 위한 전원부로 구성된다.
- 제작하였다. 블루투스를 통해 전송되는 심전도 데이터를 정수형으로 변환하고 좌표 간격을 변수로 선언하여 다양한 스마트폰 화면 크기에 맞춰 연속적인 심전도 파형을 관찰하기 용이하도록 제작하였다. 데이터값이 점으로 표현될 경우 눈으로 자신의 심전도 그래프를 식별하기 어렵기 때문에 BarGraph클래스를 통해 점과 점을 선으로 이어주어 파형을 보다 자연스럽게 표현하였다.
- 3과 같다. 아날로그 회로로부터 전송된 데이터를 저전력형 마이크로컨트롤러인 ATmega-2561을 사용하여 디지털 신호로 변환 후 블루투스 모듈인 FB155BC를 통해 블루투스를 이용하여 변환된 심전도 신호를 스마트폰에 전송한다.
- 어플리케이션은 Java를 이용하여 안드로이드용 어플리케이션으로 제작하였다. 블루투스를 통해 전송되는 심전도 데이터를 정수형으로 변환하고 좌표 간격을 변수로 선언하여 다양한 스마트폰 화면 크기에 맞춰 연속적인 심전도 파형을 관찰하기 용이하도록 제작하였다.
- 또한, 심전도 신호는 호흡과 근육의 잡음 그리고 전원 잡음 등에 의한 영향을 받는다[9]. 잡음이 제거된 올바른 심전도 파형을 측정하고 낮은 생체전위를 증폭하기 위해 Fig. 2와 같은 아날로그 계측 회로를 설계하였다.
- 블루투스 모듈과 페어링 된 스마트폰이 데이터를 수신하면 사용자가 심전도 파형과 심박 수를 확인할 수 있도록 화면에 디스플레이 한다. 화면이 꽉 차면 이미지 형태로 심전도 파형을 저장하여 추후 자신의 심전도 파형을 확인할 수 있도록 설계하였다.
대상 데이터
- 9에 나타낸다. 크기는 75*40mm이고 중량은 배터리를 포함하여 76g으로 휴대하기 용이하도록 소형으로 제작하였다. 그리고 심전도 집게전극 및 생체 센서 패드를 양 손목과 왼쪽 발목에 위치시킴으로써 심전도 파형 및 심박 수를 얻을 수 있다.
이론/모형
- QRS 군은 심장질환을 진단하는데 있어 중요한 신호이다[10]. 본 논문에서의 심전도 측정은 표준 12 유도 법 중 오른 손목과 왼손목의 전위차를 통해 심전도를 유도하고 왼 발목에 접지전극을 연결하여 측정하는 표준 사지유도법을 사용하였다.
성능/효과
- 12는 휴메디사의 의료용 생체신호 측정기인 Dinamika-p를 이용하여 심전도 파형과 심박수를 측정한 결과이다. Dinamika-p와 본 논문에서 제작된 심전도계를 이용하여 심박수를 측정한 결과 측정시작 후 60초간 의심 박수는 5% 내외의 오차가 있었으나 60초 이후의 심박 수는 의료기기의 측정결과와 크게 차이가 없었고, PQRST 파형이 기존 의료용 기기의 심전도 파형과 다르지 않음을 확인하였다.
- Fig. 11로부터 오실로스코프의 심전도 파형과 스마트폰으로 전송된 심전도파형의 동일함을 확인할 수 있으며 스마트 폰으로 데이터가 정확히 전송되고 있음을 확인할 수 있다.
- 제작된 심전도계는 측정된 심전도 파형 및 심 박수가 실시간으로 스마트폰 화면상에 정확히 출력 되는 것을 확인할 수 있고 기존 무겁고 측정이 복잡한 심전도계와 심전도 파형을 디스플레이 할 수 없던 개인건강기기의 문제점과 크기 및 가격 등의 문제점을 개선하기 위해 크기가 75*45mm이고 배터리를 포함한 무게가 76g으로 소형화하였다. 그리고 화면 캡쳐 기능을 통해 심전도 파형과 심박 수가 자동으로 저장되어 진료를 할 때 보다 정확한 진단에 도움이 되도록 설계하였다.
후속연구
- 그리고 화면 캡쳐 기능을 통해 심전도 파형과 심박 수가 자동으로 저장되어 진료를 할 때 보다 정확한 진단에 도움이 되도록 설계하였다. 만약 설계 및 구현된 심전도계의 화면을 실시간으로 의료진과 공유할 수 있는 체계가 구축된다면 보다 빠르고 정확한 의료서비스가 가능해지고 심장 질환을 예방 및 진단하는데 사용할 수 있을 것이다.
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