KR101145646B1 - Device and Method for Measuring biological signal of noncontact - Google Patents

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KR101145646B1
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Abstract

본 발명은 도플러 레이더를 이용한 비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법에 관한 것으로서, 비접촉식 생체 신호 측정 장치의 도플러 레이더부에서 미리 설정된 주파수 신호를 생성하고, 장기의 움직임에 따라 반사되는 전파의 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호를 고주파 신호로 변환하여 전송하면, 디지털 신호 처리부에서 상기 고주파수 신호를 디지털 신호 처리를 거쳐 주파수 영역 분석을 수행하여 사용자의 심박수 및 호흡률을 판정하며, 디스플레이부에서 상기 디지털 신호 처리부에서 분석된 결과와, 측정된 생체 신호를 표시함으로써, 비접촉 및 무구속적으로 보다 정확하게 생체 신호를 측정할 수 있다. The present invention relates to a non-contact biosignal measuring apparatus using a Doppler radar and a method of measuring a non-contact biosignal in the apparatus, and generates a predetermined frequency signal in the Doppler radar unit of the non-contact biosignal measuring apparatus and reflects it as the organ moves. When the bio signal of the radio wave is measured, and the measured bio signal is converted into a high frequency signal and transmitted, the digital signal processor performs frequency domain analysis on the high frequency signal through digital signal processing to determine a user's heart rate and respiration rate. By displaying the results analyzed by the digital signal processor and the measured bio signals in the display unit, the bio signals may be measured more accurately without contact and without restraint.

Description

비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법{Device and Method for Measuring biological signal of noncontact}Non-contact biosignal measuring apparatus and method for measuring non-contact biosignal in the device {Device and Method for Measuring biological signal of noncontact}

본 발명은 비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도플러 레이더를 이용한 비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a contactless biosignal measuring apparatus and a contactless biosignal measuring method in the apparatus, and more particularly, to a contactless biosignal measuring apparatus using a Doppler radar and a contactless biosignal measuring method in the apparatus.

가장 보편적인 생체 신호로는 심전도(ECG) 신호가 있다. 이러한 심전도 신호의 측정은 심장의 전기적인 활동을 측정하는 가장 표준적인 방법이다. The most common biosignal is an electrocardiogram (ECG) signal. Measuring ECG signals is the most standard way of measuring the electrical activity of the heart.

기존의 심전도 신호 측정 방법은 전극의 형태가 다양하지만 심박 및 호흡을 측정하기 위해 몸에 전극을 접촉시켜 측정하는 방법으로서, 정확한 신호 측정이 가능하다. 하지만, 이러한 심전도 신호 측정 방법은 영유아나 소아, 화상 환자와 같이 장시간 사용이 어렵고, 활동성에 제약을 받을 경우 사용하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 기존의 심전도 신호 측정 방법은 접촉형 센서에 대한 불편함과 함께 거부감을 표현하거나 감염의 위험성을 지적하는 경우들이 종종 발생한다. Conventional electrocardiogram signal measurement methods have a variety of electrodes, but in order to measure heart rate and respiration, the electrode is measured by contacting the body, and accurate signal measurement is possible. However, the ECG signal measuring method is difficult to use for a long time, such as infants, children, burn patients, difficult to use when the activity is limited. In addition, conventional methods for measuring ECG signals often cause discomfort with contact sensors and express rejection or indicate the risk of infection.

때문에 일상생활에 불편을 주지 않고 지속적으로 생체 정보를 모니터링해야 하는 경우의 특정 용도에 활용할 수 있도록 비접촉식으로 생체 신호를 측정하기 위한 기술이 필요하게 되었다.
Therefore, there is a need for a technique for measuring a biosignal in a non-contact manner so that it can be used for a specific use where the biometric information must be continuously monitored without inconvenience to daily life.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 도플러 레이더를 이용하여 비접촉 및 무구속적으로 생체 신호를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide an apparatus and method for measuring the bio-signal non-contacted and unrestrained by using a Doppler radar.

또한, 본 발명은 대역통과 필터 및 곱셈기를 이용하여 생체 신호를 1차 및 2차 신호 처리하여 저대역 호흡률 신호의 간섭을 차단하여 보다 정확한 심박수를 검출하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법을 제공함에 있다.
In addition, the present invention provides a non-contact biosignal measuring apparatus and a device for detecting a more accurate heart rate by blocking the interference of the low-band respiratory rate signal by processing the biosignal first and second signal using a bandpass filter and a multiplier The present invention provides a method for measuring a contactless biosignal.

상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 장치는,미리 설정된 제 1 주파수 신호를 출력하여 장기의 움직임에 따라 반사되는 전파의 생체 신호를 측정하고, 상기 제 1 주파수 신호에 상기 측정된 생체 신호를 합성한 제 2 주파수 신호를 전송하는 도플러 레이더부; 상기 도플러 레이더부로부터 수신된 제 2 주파수 신호를 대역 통과 필터링을 통해 1차 신호 처리를 수행하고, 곱셈기를 통해 2차 신호 처리를 수행하여 유효 생체 신호를 선별하는 대역 통과 필터부; 상기 선별된 유효 생체 신호를 주파수 영역에서 고속 퓨리에 변환을 통해 분석하는 고속 퓨리에 변환부; 분석된 생체 신호에서 피크 주파수를 검출하는 피크 검출부; 및 상기 피크 검출부에서 수신한 피크 주파수 신호를 이용하여 분당 심박수를 도출하는 심박수 검출부를 포함하는 디지털 신호 처리부; 및 상기 디지털 신호 처리부에서 분석된 결과와, 측정된 생체 신호를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The non-contact biosignal measuring apparatus for achieving the objects of the present invention, outputs a preset first frequency signal to measure the biosignal of the radio wave reflected in accordance with the movement of the organ, the measured biometric signal to the first frequency signal A Doppler radar unit configured to transmit a second frequency signal synthesized with a signal; A band pass filter unit configured to perform primary signal processing through band pass filtering on the second frequency signal received from the Doppler radar unit, and to select an effective biological signal by performing secondary signal processing through a multiplier; A fast Fourier transform unit for analyzing the selected effective biosignals through a fast Fourier transform in a frequency domain; A peak detector detecting a peak frequency in the analyzed biosignal; And a heart rate detector for deriving a heart rate per minute using the peak frequency signal received by the peak detector. And a display configured to display the result analyzed by the digital signal processor and the measured bio signal.

또한, 상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법은, 도플러 레이더를 이용하여 장기로 제 1 주파수 신호를 전송하고 장기의 움직임에 따라 반사되는 전파로부터 생체 신호를 측정하여 상기 제 1 주파수 신호에 합성한 제 2 주파수 신호를 출력하는 단계; 상기 생체 신호에 대한 제 2 주파수 신호를 대역 통과 필터링을 통해 심박수 및 호흡률 신호를 분리하는 1차 신호 처리를 수행하고, 상기 분리된 심박수 및 호흡률 신호를 곱셈기를 통해 2차 신호 처리하여 유효 생체 신호를 선별하는 단계; 상기 유효 생체 신호를 고속 퓨리에 변환하여 피크 주파수를 검출하고, 검출된 상기 피크 주파수를 이용하여 사용자의 심박수 및 호흡율을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 결과와, 상기 측정된 생체 신호를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the contactless biosignal measuring method in a contactless biosignal measuring apparatus for achieving the objects of the present invention, the first signal is transmitted to the organ using a Doppler radar and the biological signal from the radio wave reflected by the movement of the organ Measuring and outputting a second frequency signal synthesized with the first frequency signal; Performing a first signal processing to separate the heart rate and respiration rate signals through band pass filtering of the second frequency signal for the bio signals, and performing a second signal processing on the separated heart rate and respiration rate signals through a multiplier Screening; Detecting a peak frequency by fast Fourier transforming the effective biosignal and detecting a user's heart rate and respiratory rate using the detected peak frequency; And displaying the detected result and the measured biosignal.

본 발명은 도플러 레이더를 이용하여 장기의 움직임에 따른 생체 신호를 측정할 수 있으며, 대역통과 필터링을 통해 1차 신호 처리하여 심박수 측정의 정확성을 높일 수 있으며, 필터링된 신호를 곱셈기를 통해 2차 신호 처리하여 저대역 호흡 신호에 의한 간섭을 차단할 수 있으므로 보다 정확한 생체 신호를 비접촉 및 무구속적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
The present invention can measure the bio-signal according to the movement of the organ using the Doppler radar, can improve the accuracy of heart rate measurement by processing the primary signal through the bandpass filtering, the secondary signal through the multiplier of the filtered signal By processing to block the interference by the low-band respiration signal, there is an effect that can be measured non-contact and non-consistently more accurate biological signal.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체 신호 측정 장치의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체 신호 측정 장치의 디지털 신호 처리 모듈의 구체적인 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 디지털 신호 처리부에서 1차 신호 처리 및 2차 신호 처리에 따른 결과 화면을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식으로 생체 신호를 측정하기 위한 방법을 도시한 도면.1 is a view showing the structure of a contactless bio-signal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a specific structure of a digital signal processing module of a contactless biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating a result screen according to primary signal processing and secondary signal processing in a digital signal processing unit according to an embodiment of the present invention;
4 illustrates a method for measuring a biosignal in a non-contact manner in a non-contact biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' a certain component means that the component may be further included, without excluding the other component unless specifically stated otherwise.

본 발명의 실시 예에서는 비접촉식으로 생체 신호를 측정하기 위해 도플러 레이더를 이용한다. 이러한 도플러 레이더에서는 발생점과 관측점이 가까워질 때는 겉보기 수신 주파수가 높아지고, 멀어질 때는 낮아지는 현상의 도플러 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도플러 레이더에서는 이동에 따른 도플러 효과에 의한 겉보기 수신 주파수의 변화량을 나타내는 도플러 천이가 발생하며, 이동체 이동 등에 의해 통신 채널이 시간에 따른 변화를 겪게 되어 주파수 상에서 넓게 늘어지며 확산되는 효과(도플러 확산)를 얻을 수 있다. 여기서 도플러 천이는 이동체의 속도, 수신전파 및 이동방향 사이의 각도와 관련(f=(v/λ)cosθ)되며, 이동방향이 전파방향과 반대면 음(-)을 나타내며, 같은 방향이면 양(+)을 나타낸다. In an embodiment of the present invention, a Doppler radar is used to measure a biosignal in a non-contact manner. In the Doppler radar, the Doppler effect of the apparent reception frequency is increased when the occurrence point is closer to the observation point and lowered when it is farther away. In the Doppler radar, a Doppler transition indicating an amount of change in the apparent reception frequency due to the Doppler effect due to the movement occurs, and the communication channel undergoes a change over time due to the movement of the moving body, and thus is widely spread and spread on the frequency (Doppler spreading). Can be obtained. Here, the Doppler transition is related to the angle between the speed of the moving object, the received radio wave and the moving direction (f = (v / λ) cosθ), and the negative direction is negative when the moving direction is opposite to the propagation direction, and positive when the same direction is used. +).

그러면 이와 같은 도플러 레이더를 이용한 비접촉식 생체 신호 측정 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. Next, a non-contact biosignal measuring apparatus using the Doppler radar will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체 신호 측정 장치의 구조를 도시한 도면이다. 1 is a view showing the structure of a non-contact biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 비접촉식 생체 신호 측정 장치는 도플러 레이더부(110), 디지털 신호 처리부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함하여 구성할 수 있다. As illustrated in FIG. 1, the non-contact biosignal measuring apparatus may include a Doppler radar unit 110, a digital signal processor 120, and a display unit 130.

도플러 레이더부(110)는 제 1 주파수 신호를 생성하고, 장기의 움직임에 따라 반사되어 돌아온 전파의 무선 주파수 신호를 수집한다. 도플러 레이더부(110)는 도플러 레이더 안테나를 적용하며, 마이크로스트립 패치방식이 활용되어 일반적인 콘형 안테나 면적대비 측정 성능을 향상시킨 구조로 구성될 수 있다. 생성되는 제 1 주파수 신호는 기존의 2.4GHz보다 측정 거리가 긴 10GHz RF 신호를 적용하며, 장기의 움직임에 따라 사용하는 주파수를 변경할 수 있다. The Doppler radar unit 110 generates a first frequency signal and collects radio frequency signals of radio waves reflected and returned according to movement of the organs. The Doppler radar unit 110 applies a Doppler radar antenna, and may be configured to have a structure that improves measurement performance compared to a general cone antenna area by using a microstrip patch method. The generated first frequency signal applies a 10 GHz RF signal having a longer measurement distance than the existing 2.4 GHz, and can change the frequency used according to the movement of the organ.

상기 도플러 레이더부(110)는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 공급부(111), 송/수신안테나(TX/RX)(112), 저잡음 증폭기(LNA)(113), 필터(114), 혼합기(Mixer)(115)를 포함하여 구성할 수 있다. As shown in FIG. 2, the Doppler radar unit 110 includes a frequency supply unit 111, a transmit / receive antenna (TX / RX) 112, a low noise amplifier (LNA) 113, and a filter 114. It can be configured to include a mixer (Mixer) (115).

주파수 공급부(111)는 10GHz의 VOC 주파수를 송신 안테나(TX)(112) 및 믹서(115)의 입출력 포트로 동등하게 공급한다. 안테나(112)는 도플러 레이더 안테나로서, 송신/수신의 분리도를 증가시키기 위해 송신 안테나(TX)와 수신 안테나(RX)가 별도로 사용되는 듀얼 안테나로 구성된다. 저잡음 증폭기(113)는 수신 안테나(RX)를 통해 수신된 생체 신호를 저잡음 증폭하고, 필터(114)는 저잡음 증폭된 생체 신호를 필터링한다. 믹서(115)는 필터링된 생체 신호와 10GHz의 주파수 신호를 합성하여 생체 신호를 제 2 주파수 신호로 변환하여 전송한다. The frequency supply unit 111 equally supplies a 10 GHz VOC frequency to the input / output ports of the transmitting antenna (TX) 112 and the mixer 115. The antenna 112 is a Doppler radar antenna, and is composed of a dual antenna in which a transmitting antenna TX and a receiving antenna RX are separately used to increase the separation of transmission / reception. The low noise amplifier 113 low noise amplifies the biosignal received through the receiving antenna RX, and the filter 114 filters the low noise amplified biosignal. The mixer 115 synthesizes the filtered biosignal and the frequency signal of 10 GHz, converts the biosignal into a second frequency signal, and transmits the converted biosignal.

디지털 신호 처리부(120)는 도플러 레이더부(110)로부터 수신된 생체 신호에 대한 제 2 주파수 신호를 증폭 및 필터링과 같은 전처리 과정을 거쳐 주파수 영역 분석을 통해 사용자의 심박수 및 호흡률을 판정한다. 디지털 신호 처리부(120)는 도플러 레이더부(110)로부터 수신한 측정 데이터를 심박수 신호와 호흡률 신호로 분리하기 위해 예를 들어 MP100(BIOPAC,USA)과 AcqKonwledg 프로그램을 활용하며, 프로세스(FFT 변환)적 특성상 약 30초의 데이터 수집 시간을 필요로 하고, HRV 분석을 통해 측정 데이터를 가공하여 사용자에게 맞춤형 정보를 제공한다. 여기서 HRV 분석은 HR(Heart Rate), SDNN(Standard Deviation of NN intervals), RMSSD(Root Mean Squared Difference of Successive NN intervals), POWER(VLF(Very Low Frequency(~0.04Hz))/LF(Low Frequency(0.04~0.15Hz))/HF(High Frequency (0.15~0.4Hz))), ANS(Autonomic nervous System) 등 임상학적 변수를 중심으로 생체 신호 해석을 하는 것이다.The digital signal processor 120 determines the heart rate and respiratory rate of the user through frequency domain analysis through a preprocessing process such as amplification and filtering of the second frequency signal for the biological signal received from the Doppler radar unit 110. The digital signal processor 120 utilizes, for example, MP100 (BIOPAC, USA) and AcqKonwledg programs to separate the measurement data received from the Doppler radar unit 110 into a heart rate signal and a respiratory rate signal. Due to its nature, it requires about 30 seconds of data collection time, and it provides customized information by processing measurement data through HRV analysis. HRV analysis includes HR (Heart Rate), Standard Deviation of NN intervals (SDNN), Root Mean Squared Difference of Successive NN intervals (RMSSD), POWER (Very Low Frequency (~ 0.04Hz)) / LF (Low Frequency) Biosignal analysis focuses on clinical variables such as 0.04 ~ 0.15Hz)) / HF (High Frequency (0.15 ~ 0.4Hz)) and ANS (Autonomic nervous system).

디지털 신호 처리부(120)는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 대역통과 필터부(121), 주파수 변환부(125), 피크검출부(126) 및 심박수 검출부(127)를 포함하여 구성할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the digital signal processor 120 may include a band pass filter 121, a frequency converter 125, a peak detector 126, and a heart rate detector 127. .

대역 통과 필터부(121)는 도플러 레이더부(110)로부터 수신된 무선 생체 신호(RF raw data)를 유효 생체 신호 선별을 위해 심박수와 호흡률 신호로 구분하고, 제1 및 제2 저역 통과 필터(LPF)(122a,122b) 및 제1 및 제2 고역 통과 필터(123a, 123b)를 포함하여 1차 신호처리를 수행하고, 곱셈기(124)를 포함하여 2차 신호 처리를 수행한다. 제1 및 제2 저역 통과 필터(122a, 122b)는 수신된 무선 생체 신호를 수신하여 각각의 대역 통과 필터링을 수행한다. 여기서 제1 저역 통과 필터(122a)는 심박수 신호를 추출하기 위한 2Hz의 대역폭으로 설정하고, 제2 저역통과 필터(122b)는 호흡률 신호를 추출하기 위한 0.5Hz의 대역폭으로 설정한다. 제1 고역 통과 필터(123a)는 제1 저역 통과 필터(122a)로부터 수신된 심박수 신호를 추출하기 위한 1Hz의 대역폭으로 설정하고, 제2 고역 통과 필터(123b)는 제2 저역 통과 필터(122b)로부터 수신된 호흡률 신호를 추출하기 위한 0.15Hz의 대역폭으로 설정한다. 곱셈기(124)는 제1 및 제2 고역 통과 필터(123a, 123b)로부터 심박수 신호 및 호흡률 신호를 각각 수신하여 두 신호를 곱함으로써 심박수 신호에 포함된 호흡률 신호를 재차 제거하여 유효 생체 신호를 선별한다. The band pass filter unit 121 classifies the wireless bio signal RF received from the Doppler radar unit 110 into a heart rate and a respiratory rate signal for effective bio signal selection, and first and second low pass filters LPF. ) 122a and 122b and first and second high pass filters 123a and 123b to perform first order signal processing, and a multiplier 124 to perform second order signal processing. The first and second low pass filters 122a and 122b receive the received wireless biosignal and perform respective bandpass filtering. Here, the first low pass filter 122a is set to a bandwidth of 2 Hz for extracting the heart rate signal, and the second low pass filter 122b is set to a bandwidth of 0.5 Hz for extracting the respiratory rate signal. The first high pass filter 123a is set to a bandwidth of 1 Hz for extracting the heart rate signal received from the first low pass filter 122a, and the second high pass filter 123b is the second low pass filter 122b. Set to a bandwidth of 0.15 Hz to extract the respiratory rate signal received from. The multiplier 124 receives the heart rate signal and the respiratory rate signal from the first and second high pass filters 123a and 123b, respectively, and multiplies the two signals to remove the respiratory rate signal included in the heart rate signal to select an effective biosignal. .

주파수 변환부(125)는 곱셈기(124)로부터 선별된 유효 생체 신호 즉, 심박수 신호를 수신하여 고속 퓨리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)을 통해 주파수 영역에서 심박수 신호를 분석한다.  The frequency converter 125 receives an effective biosignal selected from the multiplier 124, that is, a heart rate signal, and analyzes the heart rate signal in the frequency domain through a Fast Fourier Transform (FFT).

피크 검출부(126)는 주파수 변환부(125)에서 분석된 심박수 신호를 수신하여 심박수 신호에서 피크 주파수를 검출한다. The peak detector 126 receives the heart rate signal analyzed by the frequency converter 125 and detects the peak frequency from the heart rate signal.

심박수 검출부(127)는 피크 검출부(126)에서 수신한 심박수 신호를 T=1/F의 원리를 활용하여 분당 심박수 신호를 도출하고, 도출된 분당 심박수 신호를 60도의 위상 신호와 곱하여 최종 심박수를 검출한다. The heart rate detection unit 127 derives a heart rate signal per minute using the principle of T = 1 / F from the heart rate signal received by the peak detection unit 126, and multiplies the derived heart rate signal by a phase signal of 60 degrees to detect the final heart rate. do.

디스플레이부(130)는 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 처리부(120)에서 처리된 1차 및 2차 신호 처리 결과를 표시하고, 측정된 데이터를 분석(예를 들어 HRV 분석)된 결과와 함께 표시한다. As shown in FIG. 3, the display unit 130 displays primary and secondary signal processing results processed by the digital signal processor 120 and analyzes the measured data (for example, HRV analysis). Display with result.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 도플러 레이더를 이용한 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서 비접촉식으로 생체 신호를 측정하기 위한 방법을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. With reference to the accompanying drawings, a method for measuring a bio signal in a non-contact manner in a contactless bio signal measuring apparatus using a Doppler radar according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식으로 생체 신호를 측정하기 위한 방법을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a method for measuring a biosignal in a non-contact manner in a non-contact biosignal measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 210단계에서 비접촉식 생체 신호 측정 장치는 도플러 레이더부(110)에서 임의의 제 1 주파수 신호를 생성, 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 10GHz의 주파수 신호를 생성하여 생성된 제 1 주파수 신호를 생체 신호를 측정하기 위해 사용자의 장기로 전송한다. Referring to FIG. 4, in step 210, the non-contact biosignal measuring apparatus generates an arbitrary first frequency signal in the Doppler radar unit 110, for example, by generating a frequency signal of 10 GHz in the embodiment of the present invention. The first frequency signal is transmitted to the user's organ to measure the biosignal.

220단계에서 비접촉식 생체 신호 측정 장치는 도플러 레이더부(110)에서 상기 사용자의 장기 움직임에 따라 반사되는 전파의 주파수 신호를 수집함으로써 심박수나 호흡률과 같은 생체 신호를 측정하여 측정된 생체 신호를 상기 제 1 주파수 신호에 합성한 제 2 주파수 신호로 변환하여 전송한다. In operation 220, the non-contact biosignal measuring apparatus collects a frequency signal of radio waves reflected by the user's long-term movement in the Doppler radar unit 110 to measure a biosignal such as a heart rate or a respiratory rate, and then measure the biosignal measured by the first signal. A second frequency signal synthesized in the frequency signal is converted and transmitted.

이에 따라 비접촉식 생체 신호 측정 장치의 디지털 신호 처리부(120)에서는 생체 신호에 대한 제 2 주파수 신호를 증폭 및 필터링과 같은 전처리 과정을 거쳐 주파수 영역 분석을 통해 사용자의 심박수 및 호흡률을 판정한다. Accordingly, the digital signal processor 120 of the non-contact biosignal measuring apparatus determines the heart rate and respiratory rate of the user through frequency domain analysis through a preprocessing process such as amplifying and filtering the second frequency signal of the biosignal.

구체적으로, 230단계에서 디지털 신호 처리부(120)는 도플러 레이더부(110)로부터 제 2 주파수 신호를 수신하여 수신된 제 2 주파수 신호를 심박수 신호와 호흡률 신호로 구분하기 위한 대역 통과 필터링을 통한 1차 신호 처리를 수행한다. 이러한 1차 신호 처리는 제 2 주파수 신호를 제1 및 제2 저역 통과 필터(122a, 122b)에 각각 입력하여 각각 저역 통과 필터링을 하여 심박수 및 호흡률 신호로 분리한다. 그런 다음 분리된 신호를 각각 제1 및 제2 고역 통과 필터(123a, 123b)로 전달하여 각각 고역 통과 필터링을 하여 심박수 및 호흡률 신호를 추출한다. In detail, in operation 230, the digital signal processing unit 120 receives the second frequency signal from the Doppler radar unit 110 and performs first order through band pass filtering for dividing the received second frequency signal into a heart rate signal and a respiratory rate signal. Perform signal processing. This primary signal processing inputs the second frequency signal to the first and second low pass filters 122a and 122b, respectively, and performs low pass filtering to separate the heart rate and respiration rate signals. Then, the separated signals are transmitted to the first and second high pass filters 123a and 123b, respectively, to perform high pass filtering to extract the heart rate and respiratory rate signals.

240단계에서 디지털 신호 처리부(120)는 1차 신호 처리된 심박수 신호와 호흡률 신호를 2차 신호 처리하여 무선 주파수 신호의 특성인 하모닉 현상으로 인한 저대역 호흡 신호의 간섭을 차단한다. 즉, 곱셈기(124)를 통해 분리된 심박수 신호와 호흡률 신호를 합성하여 심박수 신호에 포함된 저대역 호흡률 신호 성분을 제거한다. In operation 240, the digital signal processor 120 blocks the interference of the low-band respiration signal due to the harmonic phenomenon, which is a characteristic of the radio frequency signal, by processing the first signal-processed heart rate signal and the respiratory rate signal as the second signal. That is, the low-frequency respiratory rate signal component included in the heart rate signal is removed by synthesizing the separated heart rate signal and the respiratory rate signal through the multiplier 124.

250단계에서 디지털 신호 처리부(120)는 2차 신호 처리된 심박수 신호를 고속 퓨리어 변환(FFT)을 통해 심박수 신호를 분석한다. 이후 260단계에서 디지털 신호 처리부(120)는 분석된 심박수 신호에서 심박수 측정 대역 (예를 들면, 1 내지 2Hz)에서 피크 주파수를 검출하고, 270단계에서 해당주파수를 시간으로 변환 즉, 변환된 시간에 60도를 곱하여 분당 심박수를 도출한다.In operation 250, the digital signal processor 120 analyzes the heart rate signal from the second signal processed heart rate signal through a fast Fourier transform (FFT). Thereafter, in step 260, the digital signal processor 120 detects a peak frequency in the heart rate measurement band (for example, 1 to 2 Hz) from the analyzed heart rate signal, and converts the frequency into time in step 270, that is, at the converted time. Multiply by 60 degrees to get heart rate per minute.

그런 다음 280단계에서 비접촉식 생체 신호 측정 장치는 디스플레이부(130)를 통해 측정된 생체 신호의 데이터와, 심박수율 분석결과(1차 신호 처리 및 2차 신호 처리 결과, 도출된 분당 심박수 등)를 표시하여 사용자에게 제공한다.Then, in step 280, the non-contact biosignal measuring apparatus displays the data of the biosignal measured through the display unit 130 and the heart rate analysis results (primary signal processing and secondary signal processing results, derived heart rate per minute, etc.). To the user.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 심박수 측정의 정확성을 높이기 위해 1차 신호처리를 통해 필터링된 신호에서 저대역 호흡신호의 간섭을 차단하기 위해 1차 신호처리를 수행하는데, 측정 파라미터(심박수 또는 호흡률, 기타 장기 움직임)에 따라 주변 2차 신호처리의 대상(호흡률 성분 제거, 심박수 성분제거, 기타 장기 움직임 성분 제거 등)이 변화될 수 있다. In the embodiment of the present invention as described above to perform the primary signal processing to block the interference of the low-band respiratory signal in the signal filtered through the primary signal processing in order to increase the accuracy of the heart rate measurement, the measurement parameters (heart rate or Depending on the respiratory rate and other long-term movements, the subjects of the peripheral secondary signal processing (respiratory rate component removal, heart rate component removal, and other long-term motion component removal) may change.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 2차 신호 처리 시 심박수 신호에 포함된 호흡률 신호를 제거하였으나, 측정 파라미터(심박수, 호흡률 또는 기타 장기 움직임)에 따라 심박수 성부 제거, 기타 장기 움직임 성부 제거 등으로 2차 신호 처리의 대상이 변화될 수 있다. In the embodiment of the present invention as described above, the respiratory rate signal included in the heart rate signal is removed during the secondary signal processing, but the heart rate is removed according to the measurement parameter (heart rate, respiratory rate or other long-term movement), or other long-term movement is removed. The object of secondary signal processing can be changed.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예들에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

110 : 도플러 레이더부 120: 디지털 신호 처리부
130 : 디스플레이부110: Doppler radar unit 120: digital signal processing unit
130: display unit

Claims (15)

미리 설정된 제 1 주파수 신호를 출력하여 장기의 움직임에 따라 반사되는 전파의 생체 신호를 측정하고, 상기 제 1 주파수 신호에 상기 측정된 생체 신호를 합성한 제 2 주파수 신호를 전송하는 도플러 레이더부;
상기 도플러 레이더부로부터 수신된 제 2 주파수 신호를 대역 통과 필터링을 통해 1차 신호 처리를 수행하고, 곱셈기를 통해 2차 신호 처리를 수행하여 유효 생체 신호를 선별하는 대역 통과 필터부; 상기 선별된 유효 생체 신호를 주파수 영역에서 고속 퓨리에 변환을 통해 분석하는 고속 퓨리에 변환부; 분석된 생체 신호에서 피크 주파수를 검출하는 피크 검출부; 및 상기 피크 검출부에서 수신한 피크 주파수 신호를 이용하여 분당 심박수를 도출하는 심박수 검출부를 포함하는 디지털 신호 처리부; 및
상기 디지털 신호 처리부에서 분석된 결과와, 측정된 생체 신호를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
A doppler radar unit configured to output a first preset frequency signal to measure a biosignal of radio waves reflected according to movement of an organ, and to transmit a second frequency signal obtained by synthesizing the measured biosignal to the first frequency signal;
A band pass filter unit configured to perform primary signal processing through band pass filtering on the second frequency signal received from the Doppler radar unit, and to select an effective biological signal by performing secondary signal processing through a multiplier; A fast Fourier transform unit for analyzing the selected effective biosignals through a fast Fourier transform in a frequency domain; A peak detector detecting a peak frequency in the analyzed biosignal; And a heart rate detector for deriving a heart rate per minute using the peak frequency signal received by the peak detector. And
And a display unit for displaying the result analyzed by the digital signal processor and the measured biosignal.
제1항에 있어서,
상기 도플러 레이더부는 장기의 움직임에 따른 도플러 효과에 의한 생체 신호에 대한 주파수 변화량을 측정하고, 무선 송신 안테나와 수신 안테나를 별도로 사용하는 듀얼 안테나를 포함함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The doppler radar unit measures the frequency change of the bio-signal due to the Doppler effect according to the movement of the organ, and comprises a dual antenna using a wireless transmitting antenna and a receiving antenna separately, characterized in that the non-contact biological signal measuring apparatus.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도플러 레이더부는 10GHz 대역의 제 1 주파수 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
The method according to claim 1 or 2,
The doppler radar unit outputs a first frequency signal of the 10 GHz band contactless bio-signal measuring apparatus, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 대역 통과 필터부는,
상기 도플러 레이더부로부터 수신된 제 2 주파수 신호를 미리 설정된 주파수로 각각 저역통과 필터링하여 심박수 신호와 호흡률 신호로 분리하는 제1 및 제2 저역통과 필터;
상기 분리되어 저역 통과 필터링된 심박수 신호와 호흡률 신호를 각각 미리 설정된 주파수로 고역 통과 필터링하여 출력하는 제1 및 제2 고역통과 필터; 및
상기 제1 및 제2 고역 통과 필터로부터 각각 수신된 심박수 신호와 호흡률 신호를 합성하여 심박수 신호에 포함된 저 대역 호흡률 신호 성분 제거함으로써 상기 유효 생체 신호를 선별하는 곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1, wherein the band pass filter,
First and second low pass filters that low-pass filter the second frequency signal received from the Doppler radar unit at a predetermined frequency to separate the heart rate signal and the respiratory rate signal;
First and second high pass filters configured to pass-pass filter the separated low pass filtered heart rate signal and the respiratory rate signal at predetermined frequencies, respectively; And
And a multiplier for synthesizing the effective biosignal by synthesizing the heart rate signal and the respiratory rate signal received from the first and second high pass filters, respectively, and removing the low band respiratory rate signal component included in the heart rate signal. Signal measuring device.
제5항에 있어서,
제1 저역 통과 필터는 심박수 신호를 추출하기 위한 2Hz의 대역폭으로 설정하고, 제2 저역 통과 필터는 호흡률 신호를 추출하기 위한 0.5Hz의 대역폭으로 설정함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 5,
And the first low pass filter is set to a bandwidth of 2 Hz for extracting a heart rate signal, and the second low pass filter is set to a bandwidth of 0.5 Hz for extracting a respiratory rate signal.
제5항에 있어서,
제1 고역 통과 필터는 심박수 신호를 추출하기 위한 1Hz의 대역폭으로 설정하고, 제2 고역 통과 필터는 호흡률 신호를 추출하기 위한 0.15Hz의 대역폭으로 설정함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 5,
And the first high pass filter is set to a bandwidth of 1 Hz for extracting the heart rate signal, and the second high pass filter is set to a bandwidth of 0.15 Hz for extracting the respiratory rate signal.
도플러 레이더를 이용하여 장기로 제 1 주파수 신호를 전송하고 장기의 움직임에 따라 반사되는 전파로부터 생체 신호를 측정하여 상기 제 1 주파수 신호에 합성한 제 2 주파수 신호를 출력하는 단계;
상기 생체 신호에 대한 제 2 주파수 신호를 대역 통과 필터링을 통해 심박수 및 호흡률 신호를 분리하는 1차 신호 처리를 수행하고, 상기 분리된 심박수 및 호흡률 신호를 곱셈기를 통해 2차 신호 처리하여 유효 생체 신호를 선별하는 단계;
상기 유효 생체 신호를 고속 퓨리에 변환하여 피크 주파수를 검출하고, 검출된 상기 피크 주파수를 이용하여 사용자의 심박수 및 호흡율을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 결과와, 상기 측정된 생체 신호를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
Transmitting a first frequency signal to an organ using a Doppler radar, measuring a biosignal from a radio wave reflected according to the movement of the organ, and outputting a second frequency signal synthesized to the first frequency signal;
Performing a first signal processing to separate the heart rate and respiration rate signals through band pass filtering of the second frequency signal for the bio signals, and performing a second signal processing on the separated heart rate and respiration rate signals through a multiplier Screening;
Detecting a peak frequency by fast Fourier transforming the effective biosignal and detecting a user's heart rate and respiratory rate using the detected peak frequency; And
And displaying the detected result and the measured biosignal. The method of claim 1, further comprising displaying the measured biosignal.
제8항에 있어서,
상기 도플러 레이더를 이용하여 상기 생체 신호를 측정하기 위해 사용자의 장기로 전송하기 위한 제 1 주파수 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
The method of claim 8,
And generating a first frequency signal for transmission to an organ of a user for measuring the biosignal using the Doppler radar.
제9항에 있어서,
상기 제 1 주파수 신호는 10GHz의 주파수로 설정하여 생성함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
10. The method of claim 9,
And the first frequency signal is generated by setting the frequency of 10 GHz.
삭제delete 제8항에 있어서, 상기 1차 신호 처리를 수행하는 단계는,
상기 제 2 주파수 신호를 미리 설정된 주파수로 각각 저역 통과 필터링하여 심박수 신호와 호흡률 신호로 분리하는 단계; 및
분리되어 저역 통과 필터링된 심박수 신호와 호흡률 신호를 각각 미리 설정된 주파수로 고역 통과 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
The method of claim 8, wherein performing the primary signal processing comprises:
Performing low pass filtering on the second frequency signal at a preset frequency to separate the second frequency signal into a heart rate signal and a respiratory rate signal; And
And a high pass filtering the separated low pass filtered heart rate signal and the respiratory rate signal at predetermined frequencies, respectively.
제8항에 있어서,
상기 2차 신호 처리하는 단계는, 상기 1차 신호 처리된 심박수 신호와 호흡률 신호를 상기 곱셈기를 통해 합성하여 상기 심박수 신호에 포함된 저대역 호흡률 신호 성분 제거함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
The method of claim 8,
In the second signal processing, the low-frequency respiratory rate signal component included in the heart rate signal is synthesized by synthesizing the primary signal processed heart rate signal and respiration rate signal through the multiplier. Method of measuring contactless biosignal.
제12항에 있어서,
상기 저역 통과 필터링은 2Hz의 대역폭으로 상기 심박수 신호를 저역통과 필터링하고, 0.5Hz의 대역폭으로 상기 호흡률 신호를 저역 통과 필터링함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 장치에서의 비접촉식 생체 신호 측정 방법.
The method of claim 12,
The low pass filtering is low-pass filtering the heart rate signal with a bandwidth of 2Hz, low-pass filtering the respiratory rate signal with a bandwidth of 0.5Hz non-contact biometric signal measuring method in a non-contact biometric signal measuring apparatus.
제12항에 있어서,
상기 고역 통과 필터링은 1Hz의 대역폭으로 상기 저역 통과 필터링된 심박수 신호를 고역 통과 필터링하고, 0.15Hz의 대역폭으로 상기 저역 통과 필터링된 심박수를 고역 통과 필터링함을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정 방법.The method of claim 12,
The high pass filtering is a high pass filtering of the low pass filtered heart rate signal with a bandwidth of 1Hz, and a high pass filtering of the low pass filtered heart rate with a bandwidth of 0.15Hz.
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