가속도 센서를 부착한 홀터ECG의 개발과 USB class driver를 이용한 전송 시스템 구현

Abstract

[한글]

본 논문은 가속도 센서가 내장된 휴대용 심혈관계 질환 진단시스템을 개발하는데 목적이 있다. 전체 시스템은 시스템에 전원을 공급하는 전원부, 심전도신호를 받을 수 있는 아날로그부, 신호를 처리하고 메모리에 데이터를 저장하고 전원관리를 하는 디지털부, 호스트 프로그램으로 데이터를 전송하기위해 USB Mass Storage Class Driver를 이용한 데이터 통신부, 데이터를 호스트 프로그램에서 저장하고 Raw Data를 관리하는 호스트 데이터 저장부로 구성하였다. 전원을 3.3V로 공급하도록 설계하였으며 USB 장착시 배터리 전원을 OFF하고 USB 전력을 쓸 수 있도록 회로를 설계하여 전력소비를 줄였다. 디지털 시스템의 CPU로는 5가지의 전력모드를 갖고 있어 다양한 전원관리가 용이하고 다기능 통합되어 있을 뿐 아니라 소형화시 장점이 있는 MSP430을 사용하였다. 삼성 플래쉬 메모리는 데이터선과 어드레스선이 통합되어 있기 때문에 어드레스선이 없는 MSP430에 유리하다. CPU에서 데이터가 파일시스템으로 저장되고 그것을 USB를 통해 데이터를 전달 할 수 있도록 하였다.기존 홀터 시스템은 고정된 단일 샘플링을 갖는 반면 본 연구 시스템은 사용 용도에 따라 200Hz, 300Hz, 500Hz의 다양한 샘플링을 선택할 수 있도록 설계되었기 때문에 융통성을 발휘할 수 있다. 그리고 본 시스템의 아날로그 대역폭도 0.05Hz에서 100Hz로 진단 심전계의 기준으로 설계되었으며, 데이터 저장시간은 기존의 시스템이 대부분 약 48 시간인 것에 비해 83 시간 ～ 113 시간 범위를 갖도록 설계되었다. 그리고 시스템의 많은 부분에서 소형화에 적합한 칩의 선택으로 인해 기존 시스템에서 보이는 부피에 대한 불편함을 해소 할 수 있었다. 또한 가속도, 심전도, 듀얼모드 선택에 의해서 가속도 신호와 심전도신호의 개별 판별이 가능한 것으로 확인되었으며 또한 듀얼모드 선택으로 인해 심전도 신호에 대한 이상증후 판별 시 신체의 움직임과 자세를 고려한 정확한 판별을 할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 USB전송 방식을 채택함으로써 대용량으로 데이터전송을 가능케 하였다.본 논문의 연구를 통해 데이터 저장용량의 확대, 소형화, 그리고 간단한 USB 인터페이스로 재택 의료기기에 부합 할 수 있는 시스템의 개발이 가능할 것으로 예측된다.

[영문]The purpose of this study is the development of cardiovascular diseases diagnosis system with acceleration sensor.The whole system is composed of the part of power supply, the part of analog that receives the ECG signal, the part of digital that processes signals, stores data in memory and takes charge of management of electric power, the part of data communication using USB mass storage class driver to transmit data to host program, and the part of host data storage that saves data in host program, manages Raw Data.To supply power at a regular 3.3V, using a DC-DC Converter, we take the 3.3V regular power supply from abattery, and installing USB, we can reduce the power consumption, designing a circuit to be able to USB power when the battery power is OFF. We use MSP430 as a main CPU for the digital part. It is easier to manage the power variously because it has 5 kinds of power mode, and there is a merit to its miniaturization, because many functions are combined at CPU.The Samsung flash memory has a combined line with the data and the address line, so it is more suitable to MSP430 which has no address line. Acquisition data is supposed to be stored as a file system, which is able to be transmitted through USB.Meanwhile, an existing Holter system has a fixed single sampling, but the system for this study has various samplings of 200Hz, 300Hz, 500Hz. This system can make a better analog bandwidth from 0.05Hz to 100Hz, and most of the existing systems'' storage time is about 48 hours but with this system we can control the storage time from at least 83 hours to at maximum 113 hours. Also, if we chose chips for miniaturization the most parts of this system, so we could solve the problem of volume in comparison of former one. Also depending on choosing electrocardiogram, acceleration, duel-mode, it seems to be able to make each distinction between acceleration and ECG signal. We also chose duel-mode, so we can make a more exact distinction based on movement and posture of a body, when distinguishing strange symptoms about the ECG signal. The existing system has serial communication as a way of transmission, but this one utilizes a USB transmission, so this can make the system transmit data of a much larger scale.Throughout the study, we can expect to develop a system that is appropriate to medical equipment for home health care using enlargement of data storage, miniaturization, and simple USB interface.