심박동계와 플렉서블 필름 센서 생체 모니터링 솔루션

심장 질환은 현대 사회에 영향을 미치는 가장 흔하고 치명적인 질환 중 하나로 꼽힙니다. 심장 기능의 효과적인 모니터링은 이상 징후를 조기에 발견하고 적시에 진단 및 치료를 할 수 있도록 하여 궁극적으로 생명을 구하는 데 매우 중요합니다. 전통적인 심전도(ECG) 모니터링에 더하여, 심탄도(BCG)는 심장 박동으로 인한 힘의 변화를 측정하여 심장 활동을 평가하는 데 필수적인 도구로서 귀중한 통찰을 제공합니다.   또한 맥박과 호흡과 같은 생체 신호를 감지할 수 있는 유연한 필름 센서, 즉 Picoleaf의 통합은 생리학적 모니터링의 정확성을 크게 향상시킵니다. 본 기사는 BCG와 Picoleaf의 원리를 탐구하며, 이 중요한 건강 기술 분야에서 Murata가 제공하는 혁신적인 솔루션을 강조할 것입니다.

비침습적이고 유지보수가 필요 없는 심탄도 센서

심장의 기능은 인간 생존에 가장 중요한 조건 중 하나로, 심장 활동을 모니터링하는 것이 심장 관련 질병을 조기에 발견하는 가장 좋은 방법입니다. 현재 심장 기능을 모니터링하는 여러 방법이 존재합니다. ECG는 전기적 활동을 보여주며, 심장 전문의는 초음파를 사용하여 밸브 작동 및 혈액 흐름을 모니터링할 수 있고, 혈압 측정은 압력파를 추적하며, ballistocardiography (BCG)는 심장의 펌핑 메커니즘을 측정하여 각 심장 박동의 타이밍과 상대적인 박출량에 대한 정보를 제공합니다.   ECG의 장점은 부정맥, 신호 지연, 막힘, 또는 비정상적 분극화나 재분극화와 같은 심장의 전기적 활동에 실패를 감지하는 능력입니다. 그러나 전극 부착이 필요하고 심장의 실제 펌핑 성능에 대한 정보가 부족하다는 한계를 가지고 있습니다.   반면, BCG 센서는 침대에 설치되어 비침습적이고 유지보수가 필요하지 않아 장기적인 야간 측정에 이상적입니다. 따라서 회복 및 수면의 질을 측정하는 데 훌륭한 도구이며, 잠재적인 수면무호흡증이나 야간 부정맥과 같은 상태를 드러낼 수 있습니다. 추가적으로, 침대에서의 BCG 측정을 낮 동안의 혈압파(BPW) 측정(예: 손목밴드를 이용한)과 결합하면 심장 및 자율신경계 상태를 24시간 모니터링할 수 있습니다. 비침습 BPW 측정은 심장과 혈관의 기능을 모니터링하는 데 훌륭한 도구입니다.

심박동기록법으로 수면의 질 측정

좋은 수면은 모든 사람에게 필수적이며, 다양한 질병을 예방하고 수명을 연장하는 데 도움을 줍니다. 심장이나 혈관 관련 상태를 넘어서는 긍정적인 효과가 있으며, 정신 건강과 심지어 암 예방에도 중요한 역할을 합니다. 노년층의 경우, 가정이나 요양 시설에서 지속적인 생체 신호 모니터링이 필요합니다. 이는 웰빙을 향상시키고, 독립적인 생활을 가능하게 하며, 환자의 안전을 개선하고, 노동과 비용을 줄이며, 안전한 원격 관리로 조기 퇴원을 가능하게 합니다. 운동선수의 경우, 회복과 양질의 수면은 최상의 훈련과 경기 성과를 위해 필수적입니다. 최적의 훈련과 회복은 최상의 운동 선수를 만들어냅니다.
 
게다가 심박수와 호흡 매개 변수는 개인의 일반적인 상태와 기대 수명의 훌륭한 지표로 작용합니다. 심박수와 호흡 매개 변수는 심장 상태를 측정할 뿐만 아니라 자율 신경계를 통해 신체 전체 상태를 반영하여 다양한 병리적 상태를 나타냅니다. 예를 들어, 심박출량 변동(SVV)은 체액 상태를 측정하는 지표로 활용될 수 있습니다.
 
노년층 관리와 독립 생활에서 야간 회복은 중요하며, 침대 기반 모니터링도 마찬가지로 가치가 있습니다. BCG를 활용하면 측정에서 얻은 데이터를 행동 변화 감지를 포함한 다른 정보와 결합하여 근본적인 문제를 파악할 수 있습니다. 양질의 수면은 다양한 질병 예방과 수명 연장에 필수적이며, BCG는 장기적으로 수면 품질을 모니터링하는 비침습적 방법을 제공합니다. 또한, BCG는 운동선수와 적극적인 운동가들이 회복 상태를 모니터링하여 급성 및 만성 과훈련을 방지하는 데 도움을 줍니다.

병원 및 가정을 위한 비접촉 바이오모니터링 솔루션

BCG 애플리케이션을 위해 Murata는 병원과 가정에서 침대에서 잠을 자는 개인의 상태를 모니터링하도록 설계된 비접촉 바이오 모니터링 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 맥박, 호흡률, 호흡 시간 등의 생체 신호를 감지하고, 침대를 떠날 때를 감지하거나 수면 상태를 분석할 수 있습니다. 이 BCG 솔루션은 사전 프로그래밍된 마이크로컨트롤러(BCGMCU-D01)와 SCL3300-D01 기울기 센서를 포함하며, 부품 수준 솔루션을 형성합니다.
 
이 혁신적인 침대 장착 센서는 BCG 원리를 활용합니다. 심장이 뛸 때, 대동맥에서 동맥으로 흐르는 혈액의 힘이 신체에 반작용을 일으킵니다. 사람이 침대에 누워있으면 이러한 신체 운동으로 인해 침대 프레임이 미세하게 진동합니다. 초민감도 가속도계가 이러한 미세 신호를 감지하고, 마이크로컨트롤러에 내장된 알고리즘이 맥박과 같은 생체 신호를 추출합니다. BCG 제품은 맥박, 호흡 비율, 심박 변이성(스트레스 관련), 1회 박동량, 침대 점유 감지 등을 포함한 다양한 생체 신호를 모니터링하는 센서 노드를 가능하게 합니다.
 
이 솔루션의 BCGMCU는 성능이 향상된 2세대 BCG 제품으로, 병원과 가정에서 수면자를 모니터링하는 데 새로운 가능성을 열어줍니다. 이 제품은 Murata의 BCG 알고리즘이 사전 프로그래밍된 마이크로컨트롤러와 저소음 SCL3300 기울기 센서와 고객 PCB 설계에 결합되어 있습니다. 저통합 설계를 통해 다양한 헬스케어 제품에 BCG 측정을 통합할 수 있습니다.
 
이 BCG 솔루션의 주요 특징으로는 연속적이고 방해 없는 모니터링을 위한 비접촉 측정, 넓은 통합 옵션을 지원하는 참조 설계 방법, 저전력 소비, 및 사실상 무제한 수명의 MEMS 가속도계가 포함됩니다. 이는 일반 제조 방법과 호환 가능하고, 사용하기 쉬운 직렬 UART 인터페이스를 제공하며, 다양한 심박수(HR) 및 심박 변이성(HRV) 계산을 위한 박동 간 간격 데이터를 출력합니다. 주요 애플리케이션에는 병원, 노인 복지, 지원 생활, 박동 간 간격 감지, 호흡률 감지, 침대 점유 모니터링, 수면 품질 측정, 스트레스/이완 분석 등이 포함됩니다.
 
BCGMCU는 BCG 참조 설계의 일부로 설계된 SCL3300-D01 기울기계와 함께 작동하도록 설계되었습니다. BCGMCU는 사전 프로그래밍된 Silicon Labs EFM32PG1B100F256GM32 마이크로컨트롤러로, 고객 애플리케이션을 위해 간단히 사용할 수 있는 직렬 UART 인터페이스를 제공합니다. 제품 설계는 EFM32PG 시리즈 MCU 사양을 준수해야 하며, SCL3300은 사전 프로그래밍된 애플리케이션을 통해 구성되고 인터페이스됩니다.
 
SCL3300은 각도 출력이 가능한 고성능 3축 기울기계로 경사 측정에서 우수한 성능을 제공합니다. 7.6 x 8.6 x 3.3mm (W x L x H)의 크기를 가지며, 애플리케이션 요구사항에 따라 네 가지 측정 모드 중에서 선택할 수 있습니다. 초저소음, 고해상도 (0.001°/√Hz), 유연한 SPI 디지털 인터페이스 및 우수한 기계적 감쇠 특성을 자랑합니다. 센서와 ASIC은 12핀 사출 성형된 플라스틱 하우징에 포장되어 있어 수명 동안 안정적인 작동을 보장합니다.
 
SCL3300은 -40에서 125°C의 온도에서 작동하며, 1.2mA의 전류(3.0–3.6V 공급 전압에서)를 소비합니다. 입증된 캐패시티브 3D-MEMS 기술을 사용하며, 높은 안정성, 신뢰성 및 품질 기준을 충족하도록 설계, 제조 및 테스트되었습니다. 이 부품은 넓은 온도 및 진동 범위에서 매우 안정적인 출력을 제공하며, 고급 자기 진단 기능을 포함합니다. 표면 실장 장착(SMD)에 적합하며 RoHS 및 ELV 지침을 준수합니다.
 
SCL3300 기울기계는 고성능과 견고한 설계를 특징으로 하여 혹독한 환경에서 안정성을 요구하는 애플리케이션에 이상적입니다. 주요 사용처는 레벨링, 기울기 감지, 기계 제어, 구조 건강 모니터링, 관성 측정 장치(IMU), 로봇공학, 위치 및 가이던스 시스템 등이 포함됩니다.
 
Murata는 SCL3300과 BCGMCU를 최종 애플리케이션에 통합하는 것을 돕기 위해 BCG 참조 설계도 제공합니다. 이는 완전히 테스트된 디버거 및 BCG 성능 검증 도구로 사용됩니다. BCG 참조 설계는 SCL3300 기울기계와 사전 프로그래밍된 BCGMCU를 포함하며, 5–9V 입력 전압으로 작동하고, 데이터 및 펌웨어 업데이트를 위한 UART 인터페이스와 40 MHz 크리스탈 발진기를 제공합니다.

생체 모니터링 응용을 위한 압전 필름 센서

결론

스마트 의료 기술이 발전함에 따라, 중환자실(ICU)은 디지털 및 지능형 혁신을 겪고 있습니다. 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷(IoT), 머신러닝과 같은 기술을 통해 의료진은 환자 상태를 더 정밀하게 모니터링하고, 진단 정확도를 향상시키며, 치료 계획을 최적화할 수 있습니다. 또한, 원격 모니터링, 스마트 의사결정 지원, 자동화 장치는 의료 효율성을 높이고, 인간 오류를 줄이며, 환자 결과와 안전성을 개선합니다. 앞으로 기술이 계속 발전하고 응용 범위가 확장됨에 따라, 스마트 병원 솔루션은 중환자실에서 보다 효율적이고, 정밀하며, 환자 중심의 중증 치료를 가능하게 하는 추가 발전을 이끌 것입니다. 본 기사에서 소개된 ADI 스마트 병원 기술 솔루션은 관련 응용 프로그램 개발에 있어 최고의 선택지 중 일부를 나타냅니다.