KR20180032829A - Apparatus for detecting heart beat signal - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for measuring a heart rate signal for clothing which is attached or coupled to clothing. The apparatus comprises: a first sensor measuring heart rate of a user; a second sensor measuring amount of activity of the user; a filter performing noise removal on each of signals transmitted from the first and second sensors; a signal synthesizing unit synthesizing the signals transmitted from the first and second sensors; a signal processing unit measuring the heart rate and the amount of activity of the user by performing Fourier transform on a signal outputted by the signal synthesizing unit; and a communication unit transmitting a signal outputted from the signal processing unit to an external device through a wired or wireless way.

Description

의류용 심박 신호 측정 장치{Apparatus for detecting heart beat signal}[0001] Apparatus for detecting heart beat signals [

본 발명은 스포츠웨어와 같은 의류에 장착되어, 사용자의 심박 정보와 활동량 정보를 취득하여 사용자의 단말기로 전달함으로써, 사용자의 위험 상황을 미리 예방할 수 있는 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a device installed in a garment such as sportswear, and capable of obtaining a user's heartbeat information and activity amount information, and transmitting the information to a user's terminal, thereby preventing a user's risk situation in advance.

근거리 무선통신 기술과, 헬스케어 장비간의 컨버젼스는 의료 헬스케어 모니터링을 실시간으로 가능하게 하여 진료 및 진단을 성취할 수 있는 부가가치가 높은 분야로 기대되고 있다. Convergence between short-range wireless communication technology and healthcare equipment is expected to be a high value-added field that enables medical care healthcare monitoring to be performed in real time, thereby achieving medical care and diagnosis.

근거로 통신 기술로는 RFID(radio frequency identification), UWB(ultra wide band), 블루투스, 지그비, 무선센서네트워크 등이 있으며, 이런 기술들은 여러 분야에서 유선을 대체하여 사용자에게 편리성을 제공하고 있다. As a basis, communication technologies include radio frequency identification (RFID), ultra wide band (UWB), Bluetooth, ZigBee, and wireless sensor networks.

따라서, 최근 웨어러블 헬스케어 문헌이나 제품에서는 ECG(ElectroCardioGram : 심전도)와 PPG(PhotoPlethysmoGraph : 맥파) 신호를 실시간으로 계측하고, 근거리 통신망을 이용하여 생체신호를 전달하는 소형화된 웨어러블 타입의 생체센서노드를 발표하거나 다양한 제품들이 출시되고 있는 추세이다. Accordingly, recently, a wearable healthcare literature and products disclose a miniaturized wearable type biosensor node that measures ECG (ElectroCardioGram: ECG) and PPG (PhotoplethysmoGraph: pulse wave) signals in real time and transmits biomedical signals using a local communication network Or a variety of products are on the market.

생체신호 중 가장 대표적인 ECG 신호는 신박동, 스트레스 지수, 호흡수, 부정맥 등 다양한 생체 정보 추출이 가능하여 환자의 심장 상태나 일반적인 건강상태의 정보를 제공하기 위한 지표로 삼고 있다. The ECG signal, which is one of the most representative of vital signs, is used as an index for providing information on the heart condition and general health status of the patient, which can extract a variety of biometric information such as new heart rate, stress index, respiratory rate, and arrhythmia.

이 생체기반의 웨어러블 타입의 헬스케어 시스템은 호흡에 의한 기저선 잡음, 주변장치들의 영향이나 환자의 움직임에 의해 발생되는 근잡음 등이 유발될 수 있다. This bio-based wearable type health care system may cause basal noise due to breathing, influence of peripheral devices, or near noise caused by patient's movement.

특히, 모션 아티펙트(motion artifacts)는 신체에 전극을 착용하고 걷기, 달리기, 호흡에 따라 전극의 임피던스 변화로 인해서 발생된다. 이 잡음은 ECG 신호를 기록하는데 있어서 자주 나타나는 신호이며, 신호를 분석하데 많은 어려움이 있기 때문에 이의 적절한 제거 없이는 정확한 진단 및 분석결과를 기대하기 어렵다. In particular, motion artifacts are caused by changes in the impedance of the electrodes due to walking, running, and breathing while wearing electrodes on the body. This noise is a frequent signal in recording the ECG signal and it is difficult to expect accurate diagnosis and analysis results without proper removal because of the difficulty in analyzing the signal.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자유로운 움직임에서도 센싱 장치에서의 기저선 변동을 최소할 수 있도록 주파수 분석을 통하여 사용자의 생체 신호, 예를 들면 ECG신호와 같은 심박동 신호를 보다 정확히 측정할 수 있는 장치를 제안하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for analyzing a user's biological signal, for example, an ECG signal We propose a device that can measure heart beat signals more accurately.

본 발명의 의류용 심박 신호 측정 장치는, 의류에 부착 또는 결합되는 장치로서, 사용자의 심박수를 측정하기 위한 제 1 센서와, 상기 사용자의 활동량을 측정하기 위한 제 2 센서와, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서로부터 전달되는 신호 각각에 대해서 노이즈 제거를 수행하는 필터와, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서로부터 전달된 각 신호들을 합성하기 위한 신호 합성부와, 상기 신호 합성부에 의하여 출력되는 신호에 대해서 푸리에 변환하여 사용자의 심박수와 활동량을 측정하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부에서 출력되는 신호를 외부의 기기로 유선 또는 무선으로 전달하기 위한 통신부를 포함한다. The apparatus for measuring a heart rate signal for clothing according to the present invention is a device attached to or coupled to a garment, comprising: a first sensor for measuring a heart rate of a user; a second sensor for measuring the amount of activity of the user; A signal synthesizer for synthesizing the signals transmitted from the first sensor and the second sensor, a signal synthesizer for synthesizing the signals transmitted from the first sensor and the second sensor, And a communication unit for transmitting the signal output from the signal processing unit to an external device in a wired or wireless manner.

본 발명의 의류용 심박 측정 장치에 의해서, 사용자는 본 발명의 심박 측정 장치가 구비된 의류를 입게 되면, 위험 상황 등의 사용자 정보가 스마트폰 등의 외부 기기로 전송될 수 있어 사용자의 건강과 안전을 편리하게 보장받을 수 있는 장점이 있다. When the user wears the garment provided with the heart-rate measuring device of the present invention, the user can transmit the user information such as a dangerous situation to an external device such as a smart phone, Can be easily ensured.

도 1은 본 발명의 의류용 심박 신호 측정 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따라 사용자의 생체 신호를 분석하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호에서의 심박 신호, 분당 심박수, 심박 변이를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 심박 측정 장치를 이용한 건강 상태 확인을 보여주는 일예이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heart rate signal measuring apparatus for clothes according to the present invention. FIG.
2 is a flowchart illustrating a method of analyzing a user's bio-signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a heart rate signal, heart rate per minute, and heart rate variation in an electrocardiogram signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an example showing a health status check using the heart rate measuring apparatus of the present invention.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.

본 발명과 관련되는 설명에 사용되는 접미어 "모듈", "수단" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. Suffix ", "module ", " module ", and" part "used in the description relating to the present invention are given or mixed in consideration only of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

도 1은 본 발명의 의류용 심박 신호 측정 장치의 구성을 보여주는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heart rate signal measuring apparatus for clothes according to the present invention. FIG.

사용자의 심탄도 또는 심박 신호를 수집하기 위한 압전 센서(11,12)들이 의류(1)의 의류에 장착된다. 상기 압전 센서(11,12)들은 사용자의 심박 신호의 측정이 원활하도록 의류(1)의 소매에 구성되고, 사용자의 활동량을 측정하기 위하여 의류의 팔 부위에 각각 장착될 수 있다. 이 경우, 압전 센서와 함께 사용자 활동을 측정하기 위한 자이로 센서나 가속도 센서 등이 더 포함될 수 있다. Piezoelectric sensors 11, 12 for collecting a user's cardiac trajectory or heartbeat signal are mounted on the garment of the garment 1. The piezoelectric sensors 11 and 12 are configured in the sleeve of the garment 1 to facilitate measurement of the heartbeat signal of the user and can be mounted respectively on the arms of the garment to measure the amount of activity of the user. In this case, a gyro sensor, an acceleration sensor, or the like may be further included to measure user activity together with the piezoelectric sensor.

상시 센서들에 의하여 측정된 신호들 각각은 고주파 성분을 제거하기 위한 LPF(21,22)(Low Pass Filter)로 제공되고, 상기 LPF(21,22)에 의하여 고주파 성분이 제거된 신호들은 버퍼를 거침으로써 동기화된 다음 신호 합성부(23)로 전달된다. Each of the signals measured by the regular sensors is provided as an LPF 21 or 22 (Low Pass Filter) for eliminating a high frequency component. Signals whose high frequency components have been removed by the LPF 21 and 22, And is then transmitted to the next signal synthesizing unit 23 which is synchronized with the other.

상기 신호 합성부(23)에서는 제 1 센서(11)에 의하여 측정된 생체 신호(예를 들면, 심박 신호)와, 제 2 센서(12)에 의하여 측정된 생체 신호(예를 들면, 활동량 신호)를 합하여 심박 정보와 활동량 정보가 포함된 단일의 신호가 출력된다. The signal synthesizing unit 23 synthesizes a biological signal (for example, a heartbeat signal) measured by the first sensor 11 and a biological signal (for example, an activity signal) measured by the second sensor 12, And outputs a single signal including the heart rate information and the activity amount information.

상기 신호 합성부(23)에서 합쳐진 신호는 더욱 정확한 생체 신호를 분석하기 위한 신호 처리부(30)로 전달된다. The signal synthesized by the signal synthesis unit 23 is transmitted to a signal processing unit 30 for analyzing a more accurate bio-signal.

상기 신호 처리부(30)는 입력된 생체 신호에 포함된 사용자의 심박 정도 및/또는 활동량 정보를 보다 정확히 판단하기 위한 신호 처리 과정을 수행하고, 로우 패스 필터와 하이 패스 필터 등의 구성을 포함할 수 있다. The signal processing unit 30 performs a signal processing process for more accurately determining the heart rate and / or activity amount information of the user included in the input bio-signal, and may include a configuration such as a low pass filter and a high pass filter have.

상기 신호 처리부(30)에 의한 신호 처리 및 분석 과정에 대해서는 도 2를 참조하여 본다. The signal processing and analysis process performed by the signal processing unit 30 will be described with reference to FIG.

도 2는 본 실시예에 따라 사용자의 생체 신호를 분석하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of analyzing a user's bio-signal according to an embodiment of the present invention.

사용자의 생체 신호(심탄도 신호 또는 심박동 신호)로부터 심박수를 산출하는 방법은, 압전 센서를 이용하여 측정된 사용자의 심탄도 신호를 수집하고(S101), 수집된 심탄도 신호로붜ㅌ 사용자의 심박 신호를 검출한다(S102). A method for calculating a heart rate from a user's bio-signal (heart valve signal or heart rate signal) is a method of calculating a heart rate signal of a user measured using a piezoelectric sensor (S101) And detects a signal (S102).

그리고, 이동 표준편차 필터(Moving Standard Deviation Filter)를 이용하여 사용자의 심탄도 신호로부터 심박 신호를 검출할 수 있다. A heart rate signal can be detected from a user's heart ballistic signal using a moving standard deviation filter.

그리고, 이동 표준편차 필터를 이용하여 사용자의 심탄도 신호의 잡음 성분을 제거하여 심박 신호를 검출할 수도 있다. 이때, 잡음 성분은 사용자의 호흡 신호, 사용자의 움직임 또는 뒤척임에 따른 신호 및 잡음을 포함한다. Also, it is possible to detect a heartbeat signal by removing a noise component of a user's heart ballistic signal using a moving standard deviation filter. At this time, the noise component includes a user's respiration signal, a signal due to the user's movement or movement, and noise.

또한, 미리 결정된 윈도우 크기와 윈도우 크기에서의 심탄도 신호의 평균값을 이용하여 심탄도 신호와 평균값의 이동 표준편차를 연산하고, 연산된 이동 표준편차를 이용하여 사용자의 심탄도 신호로부터 심박 신호를 검출할 수도 있다. Also, the moving standard deviation of the heart ballistic signal and the mean value is calculated using the average value of the cardiac trajectory signal at the predetermined window size and the window size, and the heartbeat signal is detected from the user's heart ballistic signal using the calculated moving standard deviation You may.

이후, 검출된 심박 신호를 푸리에 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환하고(S103), 주파수 영역으로 변환된 사용자의 심박 신호의 주파수 피크치를 이용하여 분당 심박수를 산출한다(S104). Thereafter, the detected heartbeat signal is converted into a frequency domain using Fourier transform (S103), and the heart rate per minute is calculated using the frequency peak value of the user's heartbeat signal converted into the frequency domain (S104).

주파수 스펙트럼으로부터 심박수의 대표 주파수를 찾는 방법은 최대값을 찾는 방법 또는 중간 주파수를 찾는 방법이 있다. 중간 주파수를 찾는 방법은 주파수 스펙트럼 구간을 2등분하는 주파수를 찾는 방법을 의미하며, 이러한 방법으로 심박수 자푸슬 찾을 경우에 잡음 성분의 영향이 크게 반영될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 심박수의 대표 주파수를 찾기 위하여 피크치를 찾는 방법을 이용할 수 있다. 피크치를 찾는 방법을 이용하면 중간 주파수를 찾는 방법돠 고주파의 잡음이나 저주파의 잡음 성분의 영향을 줄일 수 있어 더욱 더 정확한 신호 분석이 가능해진다. The method of finding the representative frequency of the heart rate from the frequency spectrum is to find the maximum value or find the intermediate frequency. The method of finding the intermediate frequency means to find the frequency dividing the frequency spectrum section into two equal parts. In this way, the influence of the noise component can be largely reflected in finding the heart rate pulse. Therefore, in the present invention, a method of finding a peak value can be used to find a representative frequency of the heart rate. Finding the peak value reduces the influence of high frequency noises and low frequency noise components, and enables more accurate signal analysis.

주파수 영역으로 변환된 심박 신호 중 미리 결정된 주파수 범위에서의 주파수 피크치를 이용하여 분당 심박수를 산출할 수도 있으며, 미리 결정된 주파수 범위는 0.67Hz ~ 3.33Hz일수도 있다. 예를 들어, 미리 결정된 주파수 범위에서의 주파수 피크치만을 1분동안 카운팅하여 분당 심박수를 산출할 수도 있다. 그리고, 미리 결정된 주파수 범위 이외에도 주파수 범위를 경우에 따라 다르게 설정할 수도 있다. The heart rate per minute may be calculated using the frequency peak value in a predetermined frequency range among the heart rate signals converted into the frequency domain, and the predetermined frequency range may be 0.67 Hz to 3.33 Hz. For example, the frequency peak per minute in a predetermined frequency range may be counted for one minute to calculate the heart rate per minute. In addition to the predetermined frequency range, the frequency range may be set differently depending on the case.

이러한 방법을 통해서, 본 발명에서는 특징 신호를 한개만 산출하고, 잡음과 대조적인 심박의 신호를 추출하고 주파수 분석을 통해 간접적인 심박의 횟수를 산출하므로, 그 연산량이 기존 기술에 비하여 적어서 빠른 동작이 가능해지는 장점이 있다. According to the present invention, since only one characteristic signal is calculated, a signal of a heartbeat in contrast to noise is extracted, and the number of indirect heartbeats is calculated through frequency analysis, the amount of computation is smaller than that of the existing technology, There are advantages to be able.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호에서의 심박 신호, 분당 심박수, 심박 변이를 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a graph showing a heart rate signal, heart rate per minute, and heart rate variation in an electrocardiogram signal according to an exemplary embodiment of the present invention.

분당 심박수(Heart rate)는 단위 시간당 심박 신호의 횟수를 나타내고, 기본적으로 1분씩 측정하여 BPM(Beat Per Minute) 단위를 사용한다. 심박 변이(Heart Rate Variability)는 심박 신호에서 각 심박 변이 사이의 간격을 가리키며, 초 또는 밀리초 단위가 사용될 수 있다. The heart rate per minute represents the number of heartbeat signals per unit of time, and basically measures one minute and uses BPM (Beat Per Minute) unit. Heart Rate Variability refers to the interval between each heart beat in the heart rate signal, in seconds or milliseconds.

다시 도 1을 참조하면, 상기 신호 처리부(30)에 의하여 신호처리된 신호는 본 발명의 변환부(40)로 전달된다. 상기 변환부(40)는 외부의 통신 가능한 스마트폰, 태블릿 PC 및 PC 등에 유무선으로 데이터의 송수신이 가능하도록 하기 위한 통신부(42)를 포함하고, 상기 통신부(42)를 통해서 상기 신호 처리부(30)에 의하여 처리된 신호를 디지털로 변환한 다음 유선 또는 무선으로 전달한다. Referring again to FIG. 1, the signal processed by the signal processing unit 30 is transmitted to the converting unit 40 of the present invention. The conversion unit 40 includes a communication unit 42 for enabling data transmission / reception to / from a smart phone, a tablet PC, and a PC that can communicate with an external device. The communication unit 42 is connected to the signal processing unit 30, Converts the processed signal into a digital signal, and then transmits the digital signal by wire or wirelessly.

그리고, 상기 변환부(40)는 상기 통신부(42)와 함께 상기 신호 처리부(30)에서 처리된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(41)를 포함한다. The conversion unit 40 includes an ADC 41 for converting a signal processed by the signal processing unit 30 into a digital signal together with the communication unit 42. [

이러한 구성을 갖는 본 발명의 장치에 의해서, 사용자의 심박 정보와 활동량 정보는 외부의 다른 기기(스마트폰 등)에 전달될 수 있으며, 스마트폰 등에서는 전달받은 데이터에 기초하여 사용자의 몸 상태, 건강 상태 등을 확인할 수 있다. According to the apparatus of the present invention having such a configuration, the user's heart rate information and activity amount information can be transmitted to another external device (smart phone or the like). On the basis of the received data, Status, and so on.

도 4는 본 발명의 심박 측정 장치를 이용한 건강 상태 확인을 보여주는 일예이다. FIG. 4 is an example showing a health status check using the heart rate measuring apparatus of the present invention.

본 발명의 심박 측정 장치(10)는 앞서 설명한 바와 같이 의류에 구성되고, 사용자의 심박 정보와 활동량 정보는 신호 처리가 된 다음 유선 또는 무선으로 스마트 기기(100)로 전달된다. The heartbeat measuring apparatus 10 of the present invention is configured as described above, and the user's heartbeat information and activity amount information are subjected to signal processing and then transmitted to the smart device 100 by wire or wirelessly.

이때, 스마트 기기(100)는 전달받은 심박 정보와 활동량 정보를 기설정된 기준값과 비교하여 사용자의 몸 상태를 쉽게 확인할 수 있도록 표시한다. At this time, the smart device 100 compares the received heart rate information and the activity amount information with a preset reference value, and displays the state of the user so that the user can easily check the user's body condition.

이러한 방법을 통하여, 사용자는 본 발명의 심박 측정 장치가 구비된 의류를 입게 되면, 위험 상황 등의 사용자 정보가 스마트폰 등의 외부 기기로 전송될 수 있어 사용자의 건강과 안전을 편리하게 보장받을 수 있는 장점이 있다. Through such a method, when the wearer wearing the heart rate measuring device of the present invention is worn, the user information such as a dangerous situation can be transmitted to an external device such as a smart phone, so that the health and safety of the user can be conveniently ensured There is an advantage.

Claims (1)

의류에 부착 또는 결합되는 장치로서,
사용자의 심박수를 측정하기 위한 제 1 센서와,
상기 사용자의 활동량을 측정하기 위한 제 2 센서와,
상기 제 1 센서 및 제 2 센서로부터 전달되는 신호 각각에 대해서 노이즈 제거를 수행하는 필터와,
상기 제 1 센서 및 제 2 센서로부터 전달된 각 신호들을 합성하기 위한 신호 합성부와,
상기 신호 합성부에 의하여 출력되는 신호에 대해서 푸리에 변환하여 사용자의 심박수와 활동량을 측정하는 신호 처리부와,
상기 신호 처리부에서 출력되는 신호를 외부의 기기로 유선 또는 무선으로 전달하기 위한 통신부를 포함하는 의류용 심박 신호 측정 장치.
Apparatus for attaching or bonding to a garment,
A first sensor for measuring a user's heart rate,
A second sensor for measuring the amount of activity of the user,
A filter for performing noise removal on each of the signals transmitted from the first sensor and the second sensor,
A signal synthesizer for synthesizing the signals transmitted from the first sensor and the second sensor,
A signal processor for Fourier-transforming the signal output by the signal combiner to measure a user's heart rate and activity;
And a communication unit for transmitting a signal output from the signal processing unit to an external device by wire or wirelessly.
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