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심장의 전기활동 측정이 가능한 체중계 설계에 관한 연구
A Study on the Weighing scales Design for Electrical Activity Monitoring of the Heart 원문보기

한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회, 2015 Oct. 28, 2015년, pp.1822 - 1825  

이강휘 (건국대학교 의학공학과) ,  강승진 (건국대학교 의학공학과) ,  김경남 (건국대학교 의학공학과) ,  민세동 (순천향대학교 의료IT공학과) ,  최동학 (순천향대학교 의료IT공학과) ,  이정환 (건국대학교 의학공학과)

초록
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본 논문에서는 운동 전후 또는 심장 질환과 관련 있는 사용자가 체중을 측정하면서 동시에 심전도 신호를 측정하여 운동 부하에 따른 심장의 활동 상태를 모니터링 할 수 있는 장치를 고안하였다. 이를 위한 방법으로 체중계에 수정된 바이폴라 금속전극을 적용하여 표준사지 측정법을 이용하여 심장활동 신호를 측정할 수 있는 방법을 제안하였다. 체중계에서 심전도를 측정하기 위해 기존의 Ag-AgCl 전극이 아닌 금속 판 형태의 전극을 사용하였으며 이를 위해 입력 임피던스의 설계를 브릿지 형의 AC-Coupling 회로를 통해 높은 CMRR이 유지되도록 설계하였다. 또한 시시각각 변화하는 노이즈를 제거하기 위해 Savitzky-golay filter를 사용하였으며 이를 통해 Baseline wandering 이 제거된 최종 심장활동 신호를 획득하였다. R-peak 검출을 통해 기준신호와의 심박수 및 Sensitivity의 비교평가를 수행하여 이 장치의 성능을 평가한 결과 심박 검출률의 평균 Sensitivity가 97.1%로 나타났다. 동잡음 제거에 대한 알고리즘이 보다 최적화 되어 최종 출력 신호의 안정성이 향상 된다면 체중계를 통한 심박 검출의 가능성과 그 유효성이 충분할 것으로 사료된다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • [2] 특히 최근에는 유-헬스케어 분야에서 심전도 신호와 각종 헬스케어 기기 들간의 융합이 이루어지고 있다. 따라서 본 논문에서는 평상시 또는 운동 전후 체중을 측정하면서 동시에 심장활동 정보를 관리할 수 있도록 체중계에 바이폴라 금속 전극을 장착하여 심장 활동 상태를 모니터링 할 수 있는 장치를 고안하였다. 체중계의 특성상 금속전극을 사용하여 사용자의 발바닥 표면에서 심전도를 측정하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 심전도 측정회로를 체중계에 적용하기 위해 바이폴라 금속 전극을 사용하여 입력임피던스를 최적화 하고 심장활동 신호의 유의성을 판단하기 위해 표준 심전도 신호와 동시에 심장활동을 측정하여 이를 비교 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디지털 저역통과필터와 이동평균필터의 단점은? 일반적으로는 디지털 저역통과필터나 이동평균필터를 많이 사용하지만, 이러한 필터들은 심전도 신호의 피크(peak)성분도 감쇄시킨다는 단점이 있다. 본 연구에서는 사용한 Savitzky-golay filter는 원 신호에서 노이즈 성분은 제거하며 피크성분을 복원하기 때문에 저역통과 필터와 이동평균 필터가 갖는 평활화(flattening)와 확장(widening)의 단점을 보완하였다[5].
입력부에 브릿지(Bridge)형의 AC- Coupling 회로를 사용한 이유는? 입력부에는 기저선 변동을 제거하기 위한 AC-Coupling회로가 설계되었다[3][4]. 일반적으로 AC-C oupling을 위한 회로는 Bypass용 커패시터와 저항이 병렬로 연결되도록 설계 되나 이러한 방법은 접지를 통해 CMRR이 낮아지는 결과를 초래한다. 따라서 높은 CMRR을 유지하기 위해 브릿지(Bridge)형의 AC- Coupling 회로를 사용하였다.
Savitzky-golay filter가 평활화와 확장의 단점을 보완할 수 있는 이유는? 일반적으로는 디지털 저역통과필터나 이동평균필터를 많이 사용하지만, 이러한 필터들은 심전도 신호의 피크(peak)성분도 감쇄시킨다는 단점이 있다. 본 연구에서는 사용한 Savitzky-golay filter는 원 신호에서 노이즈 성분은 제거하며 피크성분을 복원하기 때문에 저역통과 필터와 이동평균 필터가 갖는 평활화(flattening)와 확장(widening)의 단점을 보완하였다[5].
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