KR100673607B1 - 행태 분석이 가능한 생체신호 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체에 부착되어 착용자의 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치는 착용자의 생체 데이터를 추출하는 생체 센서를 구비한 생체 신호 측정 장치에 있어서, 추가로 착용자의 행태를 파악하는 행태 검출부를 구비하며, 검출된 착용자의 행태 데이터와 생체 데이터를 관련시켜 처리하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 본 발명은 생체 데이터를 피검자의 행태와 관련시켜 처리함에 의해, 피검자의 행태에 따른 생체 데이터의 변동을 관찰할 수 있을 뿐 아니라 행태에 따른 측정치의 영향을 배제함에 의해 보다 정확한 실시간 생체 데이터 분석이 가능해진다.

생체 신호, 가속도 센서, 행태, 분석, 진단, 알람, 경보, 센서

Description

행태 분석이 가능한 생체신호 측정장치{A biosignal measuring apparatus capable of analysing activity }

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정 장치를 착용한 착용자와 이 측정 장치와 통신하는 호스트 컴퓨터를 포함하는 생체 데이터 모니터링 시스템의 일 예를 도시한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 이동통신 단말기 13 : 심박 측정 센서 모듈

15 : 가속도 센서 모듈 20 : 이동통신 단말기

30 : 개인용 컴퓨터 40 : 정합장치

50 : 호스트 컴퓨터 100 : 데이터 처리부

110 : 모니터링부 111 : 행태별생체반응모니터링부

113 : 생체반응별 행태 모니터링부 130 : 데이터 보정부

150 : 에러 산출부 170 : 이상 분석부

190 : 이상 경보부 300 : 행태 검출부

310 : 가속도 센서 330 : 행태 분석부

500 : 생체 센서 700 : 출력부

본 발명은 생체에 부착되어 착용자의 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.

종래 생체 신호 측정 장치는 다양한 생체 센서를 통해 착용자의 생체 신호를 검출하고 이를 신호 처리하여 의사 또는 보호자에게 유의미한 정보를 제공해주고 있다.

1992. 7. 12.자 공고된 한국 특허공고 제1992-0005638호에는 환자의 심장 활동 상태를 모니터링하기 위한 이동성 평가 장치로, 환자 몸통에 착용되기에 적합한 조끼에 장착 브래킷을 통해, 방사선 표지된 혈구에 의해 방출된 감마선의 검출에 의해 환자 심장을 통하는 혈액량을 감지하기 위한 주 방사선 검출기를 장착하고, 심장 박동을 검출하는 EKG 센서를 포함하며, 측정된 혈액량 및 EKG 데이터를 저장 장치에 지속적으로 기록하여 저장하고, 이 저장된 정보를 검색하거나 표시하는 것이 가능한 기술을 개시하고 있다.

특정한 분야에 있어서, 예를 들어 당뇨 환자나 심장 질환 환자의 경우, 당뇨 수치나 심전도의 지속적인 모니터링이 중요하다. 하지만 센서의 한계로 인하여 지속적인 모니터링은 쉽지가 않다. 또한 모니터링 기간 중에 여러 가지 오차 요인, 예를 들면 착용자의 움직임이나 운동 상태에 따라 센서가 측정하는 값이 달라지므로 생체 상태에 대한 정확하고 유의미한 정보를 얻는 일은 점점 더 어렵게 된다.

한편, 소형 가속도 센서가 널리 보급되면서 이를 이용하여 착용자의 행태를 모니터링하는 기술이 발전하고 있다. 2003. 12. 간행된 연세대학교 대학원 의공학과 이승형 저, "가속도 센서를 이용한 행태 분석 모니터링 시스템 개발"이라는 제목의 논문에는 착용자의 허리 뒤 척추 부분에 부착하여 인체의 세 방향의 가속도 신호를 측정함에 의해, 일상 생활에서 일어날 수 있는 대표적인 아홉 가지 자세 및 동작을 구분하는 행태 구분 알고리즘을 소개하고 있다. 이에 따르면, 3 축 가속도 성분을 일정 시간 동안 대표 값을 추출하여 이 값을 각 축성분별로 기준 값과 비교함에 의해 서기, 숙여 앉기, 기대어 앉기, 바로 눕기, 엎드려 눕기의 5 가지 자세와 걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 뛰기의 4 가지 동적 동작을 평균 93.3%의 검출율로 구분하는 것이 가능하다. 이때 모니터링하는 시간 주기 간격과, 기준 값은 사용자별로 달라질 수 있으므로 적응적으로 갱신된다. 이 행태 구분 알고리즘은 초기 기준 값 분석 및 보정과 동작 결정 및 에러 처리부로 구성된다.

예를 들어 각 축별로 일정 시간 동안 직류 레벨을 측정하여 이 값을 기준 값 과 비교한다. 유전 저항(piezoresistive) 헝태의 가속도 센서는 중력 방향에 대한 기울기의 차이에 따라 신호의 직류 값이 변화하는 특성을 가지고 있다. 따라서 z축의 직류 레벨은 몸이 앞 뒤로 기울어진 상태를 나타낸다. 또한 Y 축의 직류 레벨을 이용하여 누운 자세인지 또는 앉기/서기 자세인지 구분할 수 있다. 또 Y 축 교류 신호의 평균 전력을 기준 값과 비교 분석함으로써 계단 내려오기 또는 뛰기 자세를 구분할 수 있다. 가속도 센서를 이용하여 행태를 분석하는 기술은 이 외에도 몇 가지 예가 공지되어 있다.

본 발명자는 이 같은 행태 분석 알고리즘을 이용하여 생체 신호의 측정 시점의 행태를 생체 신호 측정치와 함께 모니터링한다면 여러 가지 측면에서 좋은 분석 자료가 되지 않을까 하는 착상을 하였다.

즉, 본 발명은 행태 요인으로 인한 생체 신호 측정의 교란을 제거해서 생체 신호 모니터링 혹은 측정의 신뢰도를 높이는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 피검자의 행태에 따른 생체 신호의 변동을 모니터링하여 피검자의 건강 상태에 대한 정확한 진단을 가능하게 하는 것을 추가적인 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 생체 신호 측정 장치는 착용자의 생체 데이터를 추출하는 생체 센서를 구비한 생체 신호 측정 장치에 있어서, 추가로 착용자의 행태를 파악하는 행태 검출부를 구비하며, 검출된 착용자 의 행태 데이터와 생체 데이터를 관련시켜 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치는 착용자의 생체 신호와 행태를 관련시켜 파악하는 것이 가능하다.

본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 생체 신호 측정 장치는 가속도 센서를 이용하여 각 축별 가속도 값으로부터 착용자의 행태를 파악하는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명의 또다른 추가적인 양상에 따르면, 행태 데이터와 생체 데이터는 상호간에 관련되어 저장된다. 이에 따라 생체 데이터는 특정한 행태를 보일 때의 생체 데이터만이 관찰되는 식으로 측정시의 행태 데이터와 관련지어 관찰될 수 있고, 또한 행태 데이터 역시 특정한 이상을 보일 때의 행태 데이터만이 관찰되는 식으로 생체 데이터와 관련시켜 관찰될 수 있다.

더 나아가 본 발명의 또다른 추가적인 양상에 따르면, 행태 데이터에 의한 생체 데이터의 영향을 평가한 에러를 산출하고, 이 산출된 에러에 따라 생체 데이터를 보정함에 의해, 행태에 따른 영향을 제거한 생체 데이터를 산출하여 보다 정확한 평가를 가능하게 한다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정 장치를 착용한 착용자 와 이 측정 장치와 통신하는 호스트 컴퓨터를 포함하는 생체 데이터 모니터링 시스템의 일 예를 도시한다.

일 실시예에 있어서, 생체 데이터 측정 장치는 착용자의 팔목에 설치되며 블루투쓰 무선 통신을 수행하는 심박 측정 센서 모듈(13)과, 착용자의 등 뒤 척추에 밀착되어 허리 밴드에 의해 설치되고, x,y,z 3축 방향의 가속도와 관련된 전기량을 출력하는 가속도 센서와, 이 가속도 센서에 의해 출력된 전기량으로부터 각 축방향의 가속도 값을 산출하는 마이크로프로세서와, 측정된 가속도 값을 무선으로 전송하는 블루투쓰 모듈을 포함하는 가속도 센서 모듈(15)과, 상기 심박 측정 센서 모듈(13) 및 가속도 센서 모듈(15)과 블루투쓰 통신을 수행하며, 가속도 값으로부터 행태를 분석하고, 분석된 행태 데이터와 생체 신호 데이터를 저장하고 호스트 컴퓨터와 이와 관련된 통신을 수행하는 이동통신 단말기(11)를 포함하여 구성된다.

심박 측정 센서 모듈(13)은 예를 들어 착용자의 심장 근처의 전기적인 신호를 측정하는 근전도 센서일 수도 있고, 모세 혈관에서의 혈류의 흐름을 측정하여 간접적으로 심전도를 산출하는 광학묘기법(photoplethysmography) 방식을 사용하는 적외선 발광부/수광부로 구성된 광학 센서일 수도 있다.

본 실시예에 있어서 생체 데이터 측정 장치는 무선으로 통신하는 3 개의 모듈을 예로 들었으나 이들은 유선으로 통신할 수도 있고, 2개의 모듈 또는 단일의 모듈로 통합되어 구성될 수도 있다.

생체 데이터 측정 장치는 유,무선 통신망을 통해 호스트 컴퓨터(50)와 통신한다. 측정된 생체 데이터 및 행태 데이터는 이동통신 단말기(11)에 저장되며, 일 정 분량이 차거나 또는 호스트 컴퓨터와 통신이 필요한 경우에 호스트 컴퓨터로 전송되어 회원별로 관리된다. 또한 이동통신 단말기(11)는 측정된 생체 데이터를 분석하되 행태 데이터를 참조하여 분석한 결과, 이상 징후가 예측이 되면 즉시 무선 통신망을 통해 보호자의 단말기(20)로 알람 메시지를 송신한다. 예를 들어 이 같은 메시지는 이동통신 단말기의 메시징 시스템을 통해 이루어질 수 있다. 이 메시지는 착용자의 측정 결과에 대한 분석을 포함할 수 있다.

또한 착용자의 주치의 또는 전문가는 자신의 사무실에서 개인용 컴퓨터(30)를 통해 호스트 컴퓨터(50)로 접속하여 피검자별로 취합된 데이터를 분석할 수 있다. 이때 피검자별로 행태가 분석되고, 이에 따라 행태 데이터와 생체 데이터가 상호간에 관련되어 분석될 수 있다. 일 예로, 시간적인 순서에 따라 행태 데이터와 생체 데이터가 동시에 비교되어 그래프로 출력될 수 있다. 또다른 예로, 특정한 행태를 보인 구간의 생체 데이터 만이 추출되어 비교될 수 있다. 또다른 예로, 특정한 특성을 보인 생체 데이터가 측정된 구간에서의 행태 데이터만을 추출하여 비교될 수 있다. 예를 들어 특정한 심전도 상의 이상이 있을 경우에 행태를 분석함으로써 피검자가 과도한 운동 중에 이상 증세를 보인다든가, 혹은 안정된 수면 중에 이상 증세를 보이는 등의 상황이 파악될 수 있다.

미설명부호 40은 무선 통신망과 유선 통신망 간의 이종 망 간의 데이터 통신을 정합하는 정합 장치로 널리 공지된 장비이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이 생체 신호 측정 장치는 착용자 의 행태를 파악하는 행태 검출부(300)와, 착용자의 생체 신호를 검출하여 생체 데이터를 추출하는 생체 센서(500)와, 상기 행태 검출부(330)로부터 검출된 착용자의 행태 데이터와, 상기 생체 센서(500)에서 측정된 생체 데이터를 관련시켜 처리하는 데이터 처리부(100)와, 상기 데이터 처리부(100)에 의해 처리된 결과를 외부로 출력하는 출력부(700)를 포함하여 구성된다.

일 실시예에 있어서, 행태 검출부(300)는 가속도 센서(310)와, 상기 가속도 센서(310)에 의해 측정된 가속도 값으로부터 착용자의 행태를 판단하여 출력하는 행태 분석부(330)를 포함하여 구성된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 행태 검출부(300)에서 채택되는 센서는 지자기 센서, 자이로 센서 그리고 이들과 가속도 센서의 조합 등 다양한 종류의 센서를 활용할 수 있다.

가속도 센서는 piezoelectric, piezoresistive, piezocapacitive 의 3 가지 종류가 있다. piezoelectric 센서는 인가된 물리력에 의해 발생하는 전기적인 전하에 의해 반응하는 센서로 스스로 신호를 생성하기 때문에 공급 전원이 필요하지 않아 능동 디바이스에 속한다. 그러나 안정상태 입력, 예를 들어 중력 등에 대해서는 응답을 하지 않기 때문에 인체의 행태를 측정하는데는 적합하지 않다. piezoresistive 센서는 움직임에 의해 변화하는 실리콘 저항에 의해 가속도를 측정하는 센서이다. 이 저항은 전기적으로 가속도의 크기와 주파수에 비례하는 전압을 제공하는 휫스톤 브릿지(whitstone bridge)에 연결되어 있다. piezoresistive 센서는 중력 등의 안정상태 입력에 대해 직류 응답을 가지고 있기 때문에 자세 변화 같은 정적 운동을 측정하기에 용이하고 가격이 저렴하기 때문에 본 실시예에서 채 택되었다. piezocapacitive 센서는 높은 민감도를 가지지만 가격이 비싸기 때문에 잘 사용되지 않는다. 본 실시예에서 채택된 piezoresistive 센서는 하나의 센서에 3 축 방향의 가속도 측정이 가능한 타입으로, Crossbow 사의 CXL04LP3 센서이다.

행태 분석부(330)는 마이크로프로세서에 프로그램으로 구현된다. 입력된 센서 신호는 마이크로프로세서에 일체로 내장된 아날로그/디지탈 변환기에서 디지탈 값으로 샘플링되고 이들은 내부 메모리에 저장되고 처리된다. 3축 방향 가속도 센서를 이용하여 자세 및 동적 상태인 행태를 분석하는 알고리즘은 전술한 논문 등에서 몇 가지 기술이 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 가속도 센서는 허리 뒤 척추 부분에 부착된다. 본 실시예에 있어서 행태 검출부는 블루투쓰 모듈을 포함하며, 이에 의해 생체 신호 측정 장치의 본체인 단말기와 통신한다.

일 실시예에 있어서, 행태 분석부(330)의 출력 값은 자세 및/또는 동적 동작을 포함한다. 자세에는 서기, 숙여 앉기, 기대어 앉기, 바로 눕기, 엎드려 눕기의 자세 를 포함한다. 동적 동작은 걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 뛰기의 동작 중 적어도 하나를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 생체 센서는 심전도 센서이다. 본 실시예에 있어서 심전도 센서는 모세 혈관에 적외선을 투사하여 반사광을 관찰함에 의해 혈구의 움직임, 즉 속도를 측정하고 그에 의해 혈압을 시간에 대해 연속적으로 추정하는 광학묘기법(photoplethysmography) 에의한 적외선 센서를 사용한다. 이 센서는 신체의 모세 혈관이 적절히 분포된 말단 부위에 부착하며, 단말기와는 블루투쓰에 의해 데이터를 송수신한다.

그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 생체 센서는 EKG(elctrocardiogram, 심전도), EEG(electroencephalogram, 뇌전도), EMG(electromyogram, 근전도), 맥박, 체온, 호흡량 등 다양한 생체 데이터를 측정할 수 있는 센서 중의 하나 혹은 이들의 조합이 될 수도 있다.

데이터 처리부(100)는 마이크로프로세서와 몇 개의 집적회로로 구현된다. 블루투쓰 호스트 인터페이스는 행태 검출부(300) 및 생체 센서(500)와 데이터를 송수신한다. 데이터 처리부(100)는 디지탈 데이터를 이 2 개의 채널로 수신하여 행태 데이터와 생체 데이터를 관련시켜 처리한다.

일 실시예에 있어서, 데이터 처리부(100)는 상기 행태 검출부(300)에서 출력되는 행태 데이터와 상기 생체 센서(500)에서 출력되는 생체 데이터를 관련시켜 저장하는 모니터링부(110)를 포함한다. 본 실시예에 있어서 행태 검출부(300)에서 출력되는 행태 값은 각각의 자세와 동적 동작에 대해 코드 형태로 표현하고, 이들을 지속 시간 데이터와 함께 쌍으로 표현된다. 모니터링부(110)는 이 행태 값과 생체 데이터를 시간별로 인코딩하여 저장한다.

본 발명의 추가적인 양상에 따라 모니터링부(110)는 행태 검출부(300)에서 출력되는 행태 데이터가 특정한 행태를 나타낼 때 상기 생체 센서(500)에서 관찰된 생체 데이터를 수집하여 행태별 생체 반응을 시간대별로 저장하는 행태별 생체반응 모니터링부(111)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 행태별 생체반응 모니터링부(111)는 시간에 따라 행태 검출부(300)인 가속도 센서의 출력과 생체 센서(500)인 EKG 센서로부터 코드 형태로 표현된 착용자의 자세와 동적 동작, 그리고 EKG 데이 터 값을 누적한다. 이후에 행태별 생체 반응 모니터링부(111)는 착용자 또는 외부 단말기의 요청에 따라 수집된 데이터를 처리하여 특정한 자세와 동적 동작을 보인 구간 동안의 EKG 파형을 시간과 함께 출력할 수 있다. 예를 들어 운동 선수의 경우 특정한 자세의 운동 상태에서 EKG 파형과 호흡량 데이터를 조합함으로써 운동 능력의 파악이 가능하다. 또다른 예로, 전문가는 특정한 환자의 수면 중 또는 업무 중의 당뇨 측정치의 추이를 관찰함으로써 환자에게 보다 특정된, 즉 개인화된 조언을 할 수 있다.

이 같은 행태별 생체반응 모니터링부(111)의 구성은 반드시 하나의 장치로 존재할 필요는 없으며, 예를 들어 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치는 행태 검출부를 구성하는 가속도 센서 모듈과, 생체 센서(500)를 구비하는 EKG 전극 모듈과, 모니터링부(110)를 포함하는 데이터 처리부(100)를 구성하는 측정 단말기와, 이 단말기와 유, 무선으로 접속 가능하며, 이 단말기로부터 업로드받은 데이터를 처리하여 행태별 생체반응 데이터를 출력하는 행태별 생체반응 모니터링부를 구현한 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터로 구성될 수 있다.

본 발명의 추가적인 양상에 따라 모니터링부(110)는 상기 생체 센서(500)에서 관찰된 생체 데이터를 분석하여 복수의 카테고리 중의 하나로 구분하고, 해당 카테고리를 가진 생체 데이터가 출력될 때 상기 행태 검출부(300)에서 출력되는 행태 데이터를 수집하여 생체 반응별 행태를 저장하는 생체반응별 행태 모니터링부(113)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 생체반응별 행태 모니터링부(113)는 시간에 따라 생체 센서(500)인 EKG 센서로부터 측정된 심전도 데이터의 시간 및 주파 수 영역에서의 특성을 분석하여 복수의 카테고리 중의 하나로 구분한다. 예를 들어 빈박이나 부정맥과 같은 이상에 관련된 표준적인 데이터가 시간 및 주파수 영역에서 준비되고, 측정된 데이터가 정규화된 후 이들 데이터가 표준 데이터와 시간 영역에서 상관도가 산출되며, 동시에 주파수 영역에서도 상관도가 산출된다. 측정된 상관도는 기준치와 비교되고, 근접하다고 판단된 경우에는 이상 검출 신호가 출력된다. 이 신호에 응답하여 이상을 보인 EKG 신호가 검출된 시각을 중심으로 소정 시간, 예를 들면 10분 전후의 행태 데이터가 생체 반응별 행태 모니터링부(113)에 할당된 메모리 영역에 관리된다.

이 같은 생체반응별 행태 모니터링부(113)의 구성은 반드시 하나의 장치로 존재할 필요는 없으며, 예를 들어 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치는 행태 검출부를 구성하는 가속도 센서 모듈과, 생체 센서(500)를 구비하는 EKG 전극 모듈과, 모니터링부(110)를 포함하는 데이터 처리부(100)를 구성하는 측정 단말기와, 이 단말기와 유, 무선으로 접속 가능하며, 이 단말기로부터 업로드받은 데이터를 처리하여 생체반응별 행태 데이터를 출력하는 생체반응별 행태 모니터링부를 구현한 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터로 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 데이터 처리부(100)는 모니터링부(110)에서 모니터링된 결과로부터 행태 데이터에 의한 생체 데이터의 영향을 평가한 에러를 산출하는 에러 산출부(150)와, 상기 생체 센서(500)에서 출력되는 생체 데이터를 상기 에러 산출부(150)에서 산출된 에러값에 의해 보정하는 데이터 보정부(130)를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 에러 산출부(150)는 정상 상태, 예를 들어 누워 있는 상태에서의 혈압 파형을 기준으로, 뛰기, 계단 오르기, 앉기 등의 자세에서 혈압 파형을 비교한다. 이 같은 비교 특성은 시간 영역에서 이루어질 수도 있고, 디지탈 푸리에 변환 등을 통해 주파수 영역에서 이루어질 수도 있다. 본 실시예에 있어서, 에러 값은 주파수 성분에 대한 계수 값의 차이이다. 즉, 일정한 수의 샘플에 대해 특정한 행태에서의 혈압 파형의 각 주파수 성분의 계수를 정상 상태의 각 주파수 성분의 계수와 비교하여 그 차이 성분을 에러 성분으로 한다. 예를 들어 운동이 격한 상태에서는 심박동 성분은 고주파 성분이 증가할 것으로 예상할 수 있다.

일 실시예에 있어서 데이터 보정부(130)는 에러 산출부(150)에서 산출된 계수 값을 현재 입력된 생체 센서 값에 반영하여 데이터를 보정한다. 데이터 보정부(130)는 모니터링부(110)에서 저장된 샘플 값을 예를 들어 256 샘플 주기 동안 취하여 디지탈 푸리에 변환을 수행하고, 이때 산출된 계수 값을 에러 산출부(150)에서 산출된 계수 값을 반영하여 보정한다. 예를 들어 에러 성분이 측정된 샘플 계수 값에서 직접 감산될 수 있다. 한편, 심박동 데이터의 경우 이상 파형을 보이는 경우는 순간적일 수 있으므로 시간 영역의 관찰도 필요하다. 따라서 에러가 보정된 데이터는 주파수 영역 및 시간 영역에서 일정 샘플씩 저장되거나 출력된다.

일 실시예에 있어서, 상기 데이터 처리부(100)는 상기 생체 센서(500)에서 출력되는 생체 데이터를 모니터링하여 이상이 검출되면, 그 시간의 생체 데이터와 그 시간의 상기 행태 검출부(300)에서 출력되는 행태 데이터를 함께 관련시켜 저장하는 이상 분석부(170)를 포함한다. 이상 분석부(170)는 입력되는 생체 데이터 및 행태 데이터를 직접 처리할 수도 있고, 데이터 보정부(130)에서 출력되는 보정된 데이터로부터 처리할 수도 있다. 심박동 파형의 왜곡으로부터 심장 질환을 진단하는 기술은 오래 전부터 알려진 기술이다. 전문가들은 시간 영역 또는 주파수 영역의 파형을 분석하여 심장 질환을 진단할 수 있고 이상 징후를 감지할 수 있다. 파형의 분석을 통해 시간 영역 또는 주파수 영역에서 프로그램에 의해 긴급한 이상 상태를 인지하는 것이 가능하다.

일 실시예에 있어서, 데이터 처리부(100)는 이상 분석부(170)에서 이상이 검출되면 지정된 단말기로 통신을 연결하여 해당 사실을 알리는 이상 경보부(170)를 더 포함한다. 예를 들어 보호자 또는 주치의의 이동통신 단말기의 번호가 미리 저징되고, 이상이 감지된 경우 지정된 하나 혹은 그 이상의 단말기로 현재 상태를 알리는 메시지를 송신하거나 음성호를 연결하여 음성 메시지를 합성하여 출력할 수 있다.

출력부(700)는 일 실시예에 있어서 측정된 데이터를 외부의 개인용 컴퓨터 등으로 업로드하는 예를 들면 직렬 인터페이스일 수 있다. 추가적으로, 또는 대체 가능하게 출력부(700)는 모니터링된 데이터를 그래프 등으로 표시하는 액정 화면일 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 생체 신호 측정은 가속도 센서 값을 입력하는 단계(단계 S101)로 시작된다. 가속도 센서와 생체 센서는 아날로그 센서로 전원이 공급되면 동시에 동작하는 동시성을 가진(concurrent) 구성이다. 각각의 센서 값 입력은 각각의 센서 모듈에서 시간적으로 선후를 따질 수 없이 동시에 처리된다. 가속도 센서에서 입력된 전기 신호 값은 디지탈 값으로 변환되고 행태 분석부(330)에서 분석되어 현재 착용자의 자세와 동적 동작을 판단한다 (단계 S103). 판단된 행태 데이터는 시간 데이터와 함께 코딩되어 데이터 처리부(100)로 유선, 혹은 무선 통신을 통해 전송된다. 또한 생체 센서(500)에서 입력된 생체 신호 값은 (단계 S105) 아날로그/디지탈 변환되고 센서 모듈 내의 마이크로프로세서에 의해 처리되어 생체 데이터로 환산된다 (단계 S107). 환산된 생체 데이터는 데이터 처리부(100)로 유선, 혹은 무선 통신을 통해 전송된다.

그러나 또다른 실시예에 있어서, 이 같은 가속도 센서 값은 일정한 주기마다 샘플링되고, 이 샘플링된 값은 중앙의 단일의 마이크로프로세서에 의해 처리되어 행태가 분석될 수도 있다. 또한 이 같은 동일한 주기 내의 또다른 시점에서 생체 신호는 샘플링되고 이 값이 동일한 단일의 마이크로프로세서에 의해 처리되어 생체 데이터가 획득될 수도 있다.

이후에 획득된 데이터 값은 모니터링부(110)에서 시간 단위로 취합되어 메모리로 저장된다. 모니터링부(110)는 행태 데이터, 생체 데이터, 시간 값을 코딩 규칙에 따라 인코딩하여 저장한다(단계 S109). 예를 들어 초기 절대 시간이 데이터 열의 헤더에 포함되고, 그 이후에는 지속 시간, 행태 데이터, 생체 데이터의 순으로 인코딩된 값이 저장될 수 있다. 지속 시간이 일정한 간격일 경우에는 주기만이 저장되고, 행태 데이터와 생체 데이터는 2차원 어레이 혹은 2차원 벡터 양자화된 값으로 압축되어 저장될 수 있다.

한편, 이 같이 측정된 생체 데이터를 특정한 행태 별로 일정 주기 동안 모니터링하면, 개인별로, 각각의 행태 별로 정상 상태의 생체 데이터 값을 취할 수 있다. 이에 따라 각각의 행태 별로 비정상 편이 부분을 쉽게 발견할 수 있게 된다. 따라서 정상 상태의 생체 데이터를 에러치로 저장하고, 측정치에서 이 에러치의 영향을 감산한 값으로 측정된 생체 데이터를 보정한다 (단계 S111).

이후에 보정된 데이터의 전력 값 또는 평균값이나 순시 피크치로부터 심박동 상의 비정상적인 반응을 판단하여, 이상 상태를 분석한다 (단계 S113). 추가적으로 이상이라고 판단된 경우에는 지정된 보호자나 주치의에게 경보 메시지를 발송한다 (단계 S115).

본 발명은 심박동 측정과 관련되어 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 뇌전도(EEG)의 경우 행태에 따른 뇌파를 분석하여 과잉행동장애 아동이나 정신 지체 아동의 행태별 반응이나 운동 치료에 활용할 수 있다. 또한 근전도(EMG)의 경우 행태에 따른 특정한 근육의 반응을 지속적으로 분석함에 의해 에너지 소비나 치료, 스포츠 선수의 훈련 등에 활용할 수 있다. 또한 혈당 측정의 경우, 무채혈 방식으로 지속적인 혈당 모니터링 기술이 개발되고 있어 동일한 응용이 가능해지고 있다. 측정된 혈당 값은 행태 데이터에 따라 분석될 수 있고 행태 데이터를 고려하여 측정치를 보정할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 생체 데이터를 피검자의 행태와 관련시켜 처리함에 의해, 피검자의 행태에 따른 생체 데이터의 변동을 관찰할 수 있을 뿐 아니라 행태에 따른 측정치의 영향을 배제함에 의해 보다 정확한 실시간 생체 데이터 분석이 가능해진다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통해 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 많은 다양한 변형예들을 포괄한다. 따라서 본 발명은 이 같은 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위에 의해 해석되어져야 한다.

Claims (11)

1. 착용자의 행태를 파악하는 행태 검출부와;

   착용자의 생체 신호를 검출하여 생체 데이터를 추출하는 생체 센서와;

   상기 행태 검출부로부터 검출된 착용자의 행태 데이터와, 상기 생체 센서에서 측정된 생체 데이터를 처리하되, 두 종류의 데이터를 상호간에 관련시켜 처리하는 데이터 처리부와;

   상기 데이터 처리부에 의해 처리된 결과를 외부로 출력하는 출력부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 행태 검출부가 :

   가속도 센서와,

   상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도 값으로부터 착용자의 행태를 판단하여 출력하는 행태 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 행태 분석부의 출력 값은 서기, 숙여 앉기, 기대어 앉기, 바로 눕기, 엎드려 눕기의 자세 중 적어도 하나를 포함하는 자세 및/또는 걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 뛰기의 동작 중 적어도 하나를 포함하는 동적 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 처리부가 :

   상기 행태 검출부에서 출력되는 행태 데이터와 상기 생체 센서에서 출력되는 생체 데이터를 저장하되, 두 종류의 데이터를 상호간에 관련시켜 저장하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 모니터링부가 :

   상기 행태 검출부에서 출력되는 행태 데이터가 복수의 행태 중 어느 한 행태에 해당하는 경우 해당 행태에 대해 상기 생체 센서에서 관찰된 생체 데이터를 수집하여 행태별 생체 반응을 시간대별로 저장하는 행태별 생체반응 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 모니터링부가 :

   상기 생체 센서에서 관찰된 생체 데이터를 분석하여 복수의 카테고리 중의 하나로 구분하고, 해당 카테고리를 가진 생체 데이터가 출력될 때 상기 행태 검출부에서 출력되는 행태 데이터를 수집하여 해당 생체 데이터의 카테고리에 대해 생체 반응별 행태를 저장하는 생체 반응별 행태 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 데이터 처리부가 :

   상기 모니터링부에서 모니터링된 결과로부터 행태 데이터에 의한 생체 데이터의 영향을 평가한 에러를 산출하는 에러 산출부와,

   상기 생체 센서에서 출력되는 생체 데이터를 상기 에러 산출부에서 산출된 에러값에 의해 보정하는 데이터 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 처리부가 :

   상기 생체 센서에서 출력되는 생체 데이터를 모니터링하여 착용자가 이상상태에 있다고 검출되면, 그 시간의 생체 데이터와 그 시간의 상기 행태 검출부에서 출력되는 행태 데이터를 함께 저장하는 이상 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 생체 신호 측정 장치가 :

   상기 이상 분석부에서 이상이 검출되면 지정된 단말기로 통신을 연결하여 해당 사실을 알리는 이상 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
10. 3축 가속도 센서와;

    심전도 신호를 측정하는 심전도 센서와;

    상기 3축 가속도 센서에서 출력되는 각 축별 가속도 값을 일정 시간 동안 분석하여 자세 및 동적 동작을 구분하는 행태 분석부와;

    상기 심전도 센서에서 측정된 심전도 데이터로부터 착용자의 심전도의 이상을 판단하여, 이상이 검출되면 그 시간의 생체 데이터와 그 시간의 상기 행태 검출부에서 출력되는 행태 데이터를 함께 관련시켜 저장하는 이상 분석부와;

    상기 이상 분석부에서 출력되는 데이터를 외부로 출력하는 출력부;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 생체 신호 측정 장치가 :

    상기 이상 분석부에서 이상이 검출되면 지정된 단말기로 통신을 연결하여 해당 사실을 알리는 이상 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.

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