KR101113172B1 - 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템 - Google Patents

휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 휴대용 생체정보 모니터링 장치는 운동 중 사용자의 생체정보와 운동정보를 측정/저장하는 생체정보 모니터링 장치에 있어서, 휴대형으로 구성되어 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도 중 적어도 하나 이상의 운동정보를 측정/저장하고, 신체활동량, 심박수, 호흡수, 피부온도, 자세, 심박변이도 중 적어도 하나 이상의 생체정보를 측정/저장하는 것을 특징으로 하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치이며,
생체정보 모니터링 시스템 전술한 휴대용 생체정보 모니터링 장치로서, 측정된 운동정보와 생체정보를 연결된 사용자 단말기로 출력하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치; 상기 휴대용 생체정보 모니터링 장치에 연결되어 모니터링 장치로부터 출력되는 운동정보와 생체정보를 입력받아 운동기록을 분석하는 사용자 단말기; 및 상기 사용자 단말기로부터 전송되는 운동정보와 생체정보를 수신/저장하고, 수신된 사용자의 운동정보와 생체정보를 이용하여 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 생성하여 상기 사용자 단말기로 전송하는 관리서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체정보 모니터링 시스템이다.
본 발명에 따르면, 편리하고 손쉽게 많은 운동관련정보를 제공함으로써 자신의 운동에 대해 더욱더 쉽게 이해할 수 있고, 심장질환의 유무를 확인할 수 있으며, 어린이의 과잉활동장애 모니터링 및 수면장애 모니터링을 할 수 있으고, 남녀노소 누구나 부담스럽지 않고 운동데이터는 운동처방과 영양처방에 대한 정보를 함께 제공하여 건강에 관심을 쉽게 가질 수 있도록 유도할 수 있다는 장점이 있다.

Description

휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템{Apparutus and System for Physical Status Monitoring}
본 발명은 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산행 및 운동중 생체정보와 산행정보를 기록하고 모니터링하며 운동정보를 모니터링할 수 있는 장치 및 시스템으로서, 운동정보 기록(신체 활동량, 심박수, 호흡수, 피부온도, 자세, 심박변이도를 포함하는 생체정보와 위치, 시간, 고도, 산행 속도를 포함하는 운동정보)를 측정하고, 운동정보 기록에 의한 운동처방, 영양처방, 심박변이도 관찰과 상실성 부정맥 기록, 예측 운동기록, 산행기록을 제공할 수 있는 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템이다.
건강에 대한 관심이 높아지면서 건강을 유지하기 위한 여러가지 서비스들이 제공되고 있으며, 이러한 서비스 중 하나로서 운동시 운동정보와 생체정보를 측정하고, 측정된 운동정보와 생체정보를 이용하여 운동처방, 영양처방 등을 제시하는 서비스가 각광을 받고 있다.
과거 이러한 측정값을 얻기위해 병원이나 스포츠의학센터를 방문하여 운동부하 심전도(심박수와 목표심박수 측정 및 협심증이나 심경경색에 대한 조기진단 목적) 와 운동부하 호흡가스 대사분석기(최대산소 섭취량 측정을 토대로 운동능력 측정, 폐기능, 호흡수) 검사를 해야했고 가속도계를 통해 신체 활동량을 측정해야 했다.
이러한 측정은 필드가 아닌 정해진 공간에서 트래드밀(런닝머신)과 에르고메터(자전거)를 통해서 이루어졌다. 운동부하 심전도와 운동부하 호흡가스 대사분석은 데이터는 정확하지만 개인이 자주 검사를 할 수 없으며 필드검사는 더욱더 받기 힘들었다.
더욱이 호흡수 검사를 하기 위해서는 마스크를 착용하고 분석을 해야만 하는 어려움이 있었으며, 심박변이도를 측정하기 위해서는 병원에서 자율신경계 검사나 홀터 심전도를 이용하여야만 했다. 또한, 또, 운동시 체온을 측정하기 위해서 병원과 같은 곳에서는 별도의 부착형 체온계를 부착하여 피검자의 불편을 초래했었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 지피에스(GPS) 모듈, 디지털 고도계, 신체 활동량 측정기, 심박수 측정기, 체온기, 호흡수 측정기를 활용하여 전에 없던 포괄적인 운동정보와 산행기록을 측정하고, 심박변이도를 측정/기록하고, 기록된 데이터를 웹서비스를 이용하여 운동처방, 영양처방, 예측 운동기록, 심장의 이상유무 등을 산출/제공할 수 있는 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 운동 중 사용자의 생체정보와 운동정보를 측정/저장하는 생체정보 모니터링 장치에 있어서, 휴대형으로 구성되어 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도 중 적어도 하나 이상의 운동정보를 측정/저장하고, 신체활동량, 심박수, 호흡수, 피부온도, 자세, 심박변이도 중 적어도 하나 이상의 생체정보를 측정/저장하는 것을 특징으로 하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치가 제공된다.
여기서, 전술한 휴대용 생체정보 모니터링 장치는, 사용자의 조작을 입력받아 제어신호를 출력하는 입력부; 사용자의 위치와 고도를 측정하고, 측정된 위치정보와 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 측정/저장하는 운동정보 측정부; 센서를 이용하여 운동 중 사용자의 생체정보를 측정/저장하는 생체정보 측정부; 운동정보와 생체정보를 측정/저장하는 과정에서 관련정보를 출력하는 디스플레이부; 및 측정된 운동정보와 생체정보가 저장되는 저장부를 포함할 수 있다.
또한, 보다 바람직하게 전술한 운동정보 측정부는, 지피에스 시스템을 이용하여 사용자의 위치정보를 측정하는 지피에스 모듈; 사용자의 고도정보를 측정하는 디지털 고도계; 및 상기 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 지피에스 모듈로부터 출력되는 위치정보와 상기 디지털 고도계로부터 출력되는 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 산출/저장하는 운동정보 측정모듈을 포함하며,
전술한 생체정보 측정부는, 사용자의 신체 활동량을 측정하여 출력하는 신체 활동량 측정기; 사용자의 심박수를 측정하여 출력하는 심박수 측정기; 적외선 센서를 이용하여 사용자의 체온을 검출하여 출력하는 체온기; 호흡 센서(respiration sensor)를 이용하여 사용자의 호흡수를 검출하여 출력하는 호흡수 측정기; 및 상기 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 신체 활동량 측정기, 상기 심박수 측정기, 상기 체온기 및 상기 호흡수 측정기를 제어하여 신체 활동량 정보, 심박수 정보, 체온정보, 호흡수 정보를 측정/저장하는 생체정보 측정모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 전술한 생체정보 측정모듈은 측정된 심박수 정보를 이용하여 심박변이도 정보와 상실성 부정맥 정보를 산출하여 저장하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 전술한 특징을 가지는 휴대용 생체정보 모니터링 장치로서, 측정된 운동정보와 생체정보를 연결된 사용자 단말기로 출력하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치; 및 상기 휴대용 생체정보 모니터링 장치에 연결되어 모니터링 장치로부터 출력되는 운동정보와 생체정보를 입력받아 운동기록을 분석하는 사용자 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체정보 모니터링 시스템이 제공된다.
여기서, 전술한 사용자 단말기는 입력된 운동정보와 생체정보를 네트워크를 통해 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버로부터 전송되는 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하여 출력하며, 전술한 생체정보 모니터링 시스템은 상기 사용자 단말기로부터 전송되는 운동정보와 생체정보를 수신/저장하고, 수신된 사용자의 운동정보와 생체정보를 이용하여 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 생성하여 상기 사용자 단말기로 전송하는 관리서버를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 전술한 사용자 단말기는 이동통신 단말기로 구현될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이를 이용한 생체정보 모니터링 시스템에 따르면 운동을 즐기는 사람이 일반적인이고 일상적인 운동이 아닌 운동을 하면서 자신이 추구하는 건강을 다시 한번 확인할 수 있는 재미있는 정보를 제공하고 이러한 시스템을 기반으로 더 많은 사람들의 운동을 유도할 수 있으며 이는 국민 건강증진에 긍정적으로 작용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 편리하고 손쉽게 많은 운동관련정보를 제공함으로써 자신의 운동에 대해 더욱더 쉽게 이해할 수 있고, 심장질환의 유무를 확인할 수 있으며, 어린이의 과잉활동장애 모니터링 및 수면장애 모니터링을 할 수 있으고, 남녀노소 누구나 부담스럽지 않고 운동데이터는 운동처방과 영양처방에 대한 정보를 함께 제공하여 건강에 관심을 쉽게 가질 수 있도록 유도할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 구성 블록도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 측정정보를 개념적으로 도시한 예시도.
도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치의 사용 상태도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 동작과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 심박수 측정기가 사용자의 심박수를 측정한 결과를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 심박수 측정기의 동작을 설명하기 위한 심박수를 측정하는 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 심전도 그래프의 예시도.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 휴대용 생체정보 모니터링 장치 및 이용한 생체정보 모니터링 시스템에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 구성 블록도와 도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 측정정보를 개념적으로 도시한 예시도이고, 도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치의 사용 상태도이다. 이하에서 도 1, 2를 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 구성과 기능에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템은 휴대용 생체정보 모니터링 장치(이하 '측정장치'라 함)(100), 사용자 단말기 및 관리서버(130)를 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 측정기기(100)는 사용자의 신체(심장이 위치한 가슴부위)에 부착되어 운동 중 사용자의 운동정보와 신체정보를 측정하게 되며, 도 2a에 도시된 바와 같이 이때 측정되는 정보로서 사용자의 위치정보, 높이정보, 이동거리, 이동속도, 이동시간 등의 운동정보와 심박수, 호흡수, 피부온도, 신체활동량 등의 생체정보가 측정 및 기록되게 된다.
이러한 기능을 수행하기 위해서 본 발명에 따른 측정기기(100)는 입력부, 운동정보 측정부, 생체정보 측정부, 디스플레이부 및 저장부를 포함할 수 있다.
입력부는 사용자의 조작을 입력받아 제어신호를 출력하게 되며, 통상적으로 널리 사용되는 다양한 공지의 입력수단(키패드, 터치패드 등)을 이용하여 구현될 수 있다. 디스플레이부는 운동정보와 생체정보를 측정/저장하는 과정에서 관련정보를 출력하게 되며, 저장부는 측정된 운동정보와 생체정보가 저장된다. 이러한 입력부, 디스플레이부, 저장부에 대해서는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
운동정보 측정부는 사용자의 위치와 고도를 측정하고, 측정된 위치정보와 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 측정/저장하게 된다. 이러한 기능을 수행하기 위하여 보다 바람직하게 본 발명에 따른 운동정보 측정부는 지피에스 모듈, 디지털 고도계 및 운동정보 측정모듈을 포함할 수 있다.
지피에스 모듈은 지피에스 시스템을 이용하여 사용자의 위치정보를 측정하고 측정된 위치정보를 운동정보 측정모듈로 출력하게 되며, 디지털 고도계는 사용자의 고도정보를 측정하고 측정된 고도정보를 운동정보 측정모듈로 출력하게 된다.
운동정보 측정모듈은 운영프로그램과 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 지피에스 모듈로부터 출력되는 위치정보와 디지털 고도계로부터 출력되는 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 산출하고, 산출된 운동정보를 저장부()에 저장하게 된다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 운동정보 측정모듈()은 전술한 지피에스 모듈과 디지털 고도계를 이용하여 측정된 사용자의 운동정보를 X, Y, Z축으로 변환하여 3차원적인 운동정보를 생성하여 디스플레이부를 통해 출력하도록 구성될 수 있다. 이러한 운동정보 측정모듈은 하드웨어를 통해 물리적으로 구현될 수도 있으며, 또는 소프트웨어를 통해 논리적으로 구현될 수도 있다.
생체정보 측정부는 센서를 이용하여 운동 중 사용자의 생체정보를 측정/저장하게 된다. 이러한 기능을 수행하기 위하여 본 발명에 따른 생체정보 측정부는 신체 활동량 측정기, 심박수 측정기, 체온기, 호흡수 측정기 및 생체정보 측정모듈을 포함할 수 있다.
신체 활동량 측정기는 사용자의 신체 활동량을 측정하여 생체정보 측정모듈로 출력하며, 심박수 측정기는 사용자의 심박수를 측정하여 생체정보 측정모듈로 출력하게 된다.
체온기는 사용자의 체온을 검출하여 생체정보 측정모듈로 출력하게 되며, 보다 바람직하게 적외선 센서를 이용하여 구현될 수 있다. 체온기가 적외선 센서로 구현되는 경우 운동시 편리하게 사용자의 체온을 측정할 수 있다는 장점이 있다.
호흡수 측정기는 사용자의 호흡수를 검출하여 생체정보 측정모듈로 출력하게 되며, 이러한 본 발명에 따른 호흡수 측정기는 보다 바람직하게 호흡 센서(respiration sensor)를 이용하여 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이 종래기술에 따르는 경우 호흡수 검사를 위해서는 마스크를 착용한 상태에서 검사를 수행해야 한다는 문제점이 있었으나, 본 발명은 호흡 센서(respiration sensor)를 채택함으로써 마스크를 착용하지 않은 상태에서도 어느 정도 신뢰성을 가질 수 있는 호흡수 검출이 가능하도록 구성되었다.
생체정보 측정모듈은 운영 프로그램과 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 신체 활동량 측정기, 심박수 측정기, 체온기 및 호흡수 측정기를 제어하여 신체 활동량 정보, 심박수 정보, 체온정보, 호흡수 정보를 측정/저장하게 된다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 생체정보 측정모듈은 측정된 심박수 정보를 이용하여 심박변이도 정보와 상실성 부정맥 정보를 산출하여 저장하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 심박수 측정기가 사용자의 심박수를 측정한 결과를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 심박수 측정기의 동작을 설명하기 위한 심박수를 측정하는 방식을 설명하기 위한 개념도이며, 도 6은 심전도 그래프의 예시도이다.
발명을 구성하기에 따라 생체정보 측정모듈은 사용자의 심박수만을 측정/기록하고, 측정된 심박수 정보를 사용자 단말기(110) 또는 사용자 단말기(110)를 통해 관리서버(130)로 전송하도록만 구성될 수도 있으며, 또는 측정된 심박수에 기초하여 심박변이도 정보와 부정맥 정보를 생성하여 사용자에게 제공하도록 구성될 수도 있다. 측정기기(100) 자체가 독자적으로 심박수 정보를 이용하여 관련 정보를 생성하도록 구성된 경우, 별도의 소프트웨어가 측정기기(100)에 설치될 필요가 있다.
도 5에 도시된 심전도 파형에서 심전도 파형의 R-R이 분당 발생 횟수가 심박수가 되므로, 심박수 변화량을 소프트웨어를 이용하여 상세하게 분석할 수 있으며, 또한 개략적인 심전도 파형을 유추할 수 있으므로 심장상태를 어느정도 신뢰성 있는 방식으로 판단하여 제공할 수 있게 된다. 특히, 도 6에 도시된 심전도 그래프를 참조할 때, 상실성 부정맥은 R-R 파형에서 ±20% 범위를 벗어남을 의미하고, Pause 신호는 R-R 간의 시간이 2초 이상인 것을 의미하므로, 본 발명에 따른 측정기기(100)를 이용하여 측정된 심박수에 기초하여 상실성 부정맥에 대한 개략적인 진단이 가능하게 된다.
한편, 이러한 측정기기(100)는 사용자 단말기(110)에 연결되어 측정/저장된 사용자의 운동정보와 생체정보를 연결된 사용자 단말기(110)로 출력하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 측정기기(100)가 구현되는 경우 측정기기(100)에는 사용자 단말기(110)에 연결되어 유선 또는 무선 데이터 통신을 수행할 수 있는 통신부 또는 인터페이스부가 구비된다.
사용자 단말기(110)는 개인용 컴퓨터, 노트북, 이동통신 단말기 등의 개인용 정보통신기기 중 하나의 기기가 채택되어 이용될 수 있으며, 유선 또는 무선을 통해 측정기기(100)에 연결되어 측정기기(100)로부터 출력되는 사용자의 운동정보와 생체정보를 입력받게 된다.
본 발명에 따른 전체적인 시스템에 있어 사용자 단말기(110)는 두가지 기능으로 이용될 수 있다. 첫번째 기능은 사용자 단말기(110) 상에 측정기기(100)로부터 입력된 사용자의 운동정보와 생체정보를 분석할 수 있는 운동기록 분석 프로그램이 설치된 경우 사용자의 운동기록을 분석하고, 분석된 결과를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 물론, 이러한 기능을 수행하기 위해서는 전용 프로그램이 설치되어야 할 필요성이 있으며, 사용자는 사용자 단말기(110)를 조작하여 관리서버(130)에 접속하여 전용 프로그램을 전송받아 설치함으로써 이러한 기능을 이용할 수 있다.
사용자 단말기(110)의 두번째 기능은 측정기기(100)와 관리서버(130) 사이의 데이터통신을 중계하는 기능이다. 즉, 측정기기(100)에 인터넷을 통하여 관리서버(130)에 연결되어 데이터통신을 수행할 수 있는 통신부()가 별도로 구비되지 않은 경우, 사용자 단말기(110)는 측정기기(100)로부터 입력된 운동기록을 관리서버(130)로 전송하는 기능을 수행하며, 운동기록을 토대로 산출되어 관리서버(130)로부터 전송되는 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보를 수신하여 출력하여 사용자에게 제공하는 기능을 수행하게 된다. 물론, 측정기기(100) 자체가 인터넷을 통한 통신기능이 지원되도록 구성된 경우 사용자 단말기(110)는 필요 없어질 수도 있다. 이하에서는 측정기기(100)에 이러한 인터넷을 통한 통신기능은 구비되지 않은 실시예를 기준으로 설명하나, 측정기기(100)에 인터넷을 통한 통신기능이 구비된 경우에도 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
이러한 기능을 수행하기 위하여 본 발명에 따른 사용자 단말기(110)는 입력부, 디스플레이부, 중앙 처리장치, 통신부, 저장부 등을 구비하고 있다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 사용자 단말기(110)는 스마트폰을 이용하여 구현될 수 있으며, 전술한 전용 프로그램은 스마트폰의 어플 형식으로 공급되도록 구현될 수 있다,
관리서버(130)는 측정기기(100) 또는 사용자 단말기(110)로부터 전송되는 운동정보와 생체정보를 수신/저장하고, 수신된 사용자의 운동정보와 생체정보를 이용하여 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보를 생성하여 사용자 단말기(110) 또는 측정기기(100)로 전송하게 된다.
본 발명에 따른 관리서버(130)에 측정기기(100)로부터 전송된 사용자의 운동기록을 분석하는 알고리즘과 산출방식 등에 대하여 살펴 보면 아래와 같다.
먼저, 운동기록 분석 및 운동처방, 영양처방을 위한 기준을 다음과 같이 정의하고, 정의된 공식을 이용하여 최대 심박수, 목표 심박수, 칼로리 소모량, METs, 최대산소섭취량 등이 산출된다.
* 최대 심박수는 다음의 수학식 1을 이용하여 산출된다.
[수학식 1]
Max HR = 220 - Age
최대 심박수(Max HR)는 표준 최대심박수 수식을 사용하였으나 시간대별, 운동중 최대, 특정 구간으로 나누어 세밀하게 관찰할 수 있으며 최대 심박수보다 높게 나올 수 있고 낮게 나올 수 있으나 이를 최대 심박수 대비 %율로 표시할수도 있다.
* 목표 심박수는 다음의 수학식 2를 이용하여 산출된다.
[수학식 2]
목표 심박수 = 최대심박수 / 85
일반적으로 병원과 같은 곳에서 목표심박수를 정해두고 하는데 이는 심장병이 있는 사람일 경우 위험하다고 판단할 수 있기 때문이다. 이러한 기능을 통해 자신의 운동기록을 모니터링하며 목표심박수의 운동강도를 기억하며 안전한 운동을 유도하기 위함이다.
* 칼로리 소모량은 다음의 수학식 3을 이용하여 산출된다.
[수학식 3]
kcal/min=0.00094 x counts/min + 0.1346 x body mass in kg - 7.37418
가속도계 센서의 카운트 수치와 체중과 상수를 이용하여 구할 수 있으며, 이를 Freedson 방정식이라 하며 실제로 운동생리학 부분에서 많이 사용되고 있다. 이 수식을 통해 분당 칼로리 소모량을 시간당 칼로리 소모량과 운동중 총 칼로리 소모량을 구할 수 있다.
* METs 는 다음의 수학식 4를 이용하여 산출된다.
[수학식 4]
kcal/min = METs x 3.5 (constant) x body weight in kg / 200 (constant)
이는 일반적으로 사용되는 칼로리 소모량을 구하는 방법이다.
칼로리 소모량을 구하기 위해 본 발명은 가속도계 센서를 사용했으나 Mets 값을 구하기 위해 본 수식을 통해 Mets 값을 구해낼 수 있다.
* 최대산소섭취량은 다음의 수학식 5를 이용하여 산출된다.
[수학식 5]
VO2max(ml/kg/min)=Mets x 3.5
* 무산소성 역치(AT)는 다음의 수학식 6을 이용하여 산출된다.
[수학식 6]
AT=0.7(Max HR-Rest HR)+Rest HR
여기서 Max HR는 220-나이 를 의미하며 Rest HR 는 운동 시작후 가장 낮은 심박수를 의미한다(취침 시 HR 제외)
* 유산소성 역치(AeT)는 다음의 수학식 7을 이용하여 산출된다.
[수학식 7]
AT=0.5(Max HR-Rest HR)+Rest HR
여기서 Max HR는 220-나이 를 의미하며 Rest HR 는 운동 시작후 가장 낮은 심박수를 의미한다(취침 시 HR 제외)
다음으로, 본 발명에 따른 관리서버(130)에서 정의하고 있는 운동강도의 세부기준은 다음과 같으며, 이러한 기준은 운동기록 분석, 운동처방 등에 이용된다.
* 매우 강하다 : 신체 활동량계 카운터 9498 이상 또는 9.0 Mets 이상
* 강하다 : 신체 활동량계 카운터 5725 ~ 9498 또는 6.0 ~ 8.99 Mets
* 보통이다 : 신체 활동량계 카운터 1953 ~ 5724 또는 3.0 ~ 5.99 Mets
* 가볍다 : 신체 활동량계 카운터 101 ~ 1952 또는 2.99 Mets 이하
* 매우 가볍다 : 신체 활동량계 카운터 100 이하
다음으로 운동 레벨 결과는 다음과 같이 산출된다.
측정된 최대산소섭취량(VO2 max) 값을 국민체육진흥 관리공단에서 발표한 자료에 근거하여 비교하여 연령대별, 나이별, 성별에 기준하여 이해하기 편하게 표시하여 준다. 표 1과 표 2는 국민체육진흥공단 체육과학연구원에서 발표한 최대산소섭취량 기준표(Vo2 Max)이다(단위 : ml/kg/min).
남자 매우 나쁨 나쁨 보통 좋음 매우 좋음
-19세 36.1 이하 36.2-39.7 39.8-46.7 46.8-54.2 54.3 이상
20대 35.5 이하 35.6-42.0 42.1-49.3 49.4-56.4 56.4 이상
30대 33.8 이하 33.9-38.5 38.6-44.0 44.1-49.7 49.8 이상
40대 32.1 이하 32.3-36.7 36.8-42.3 42.4-47.3 47.4 이상
50대 28.8 이하 28.9-33.8 33.9-39.8 39.9-44.7 44.8 이상
60대- 23.1 이하 23.2-27.8 27.9-33.3 33.4-35.4 35.5 이상
여자 매우 나쁨 나쁨 보통 좋음 매우 좋음
-19세 24.9 이하 25.0-30.4 30.5-35.5 35.6-40.9 41.0 이상
20대 29.5 이하 29.6-33.1 32.2-38.2 38.3-44.4 44.5 이상
30대 27.7 이하 27.8-31.4 31.5-35.6 35.7-40.1 40.2 이상
40대 25.8 이하 25.9-29.6 29.7-33.8 33.9-37.9 38.0 이상
50대 23.4 이하 23.5-27.3 27.4-31.2 31.3-35.5 35.6 이상
60대- 20.5 이하 20.6-23.4 23.5-28.6 28.7-30.7 30.8 이상
* AT Peak Vo2
70 이상 : 선수급, 50-60 : 일반 , 50 이하 : 빈약
*METs : ÷3.5
나아가 본 발명에 따른 관리서버는 사용자의 최대산소섭취량 값을 통해 목표 운동 구역을 설정하고, 이를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 목표 운동구역은 심박수와 시간당 칼로리 소모량을 토대로 계산된다.
1. 낮은 운동강도(지방연소) : 이 구역에서는 신체가 완전하게 유산소성 에너지 자원을 사용합니다. 이 구역은 지방연소에 최상입니다. 심장과 폐가 활동에 필요한 산소를 쉽게 공급합니다. (Rest HR ~ AeT전)
2. 보통 운동강도(지구력 강화) : 이 구역은 운동강도를 증가시킴에 따라 신체는 필요한 무산소성 에너지량을 증가 시킵니다. 신체는 피로하게 되기 전까지 오랫동안 이 수준을 유지할 수 있습니다.(AeT ~ AT)
3. 높은 운동강도(심장 강화) : 이 구역에서는 신체가 무산소성 에너지 자원에 크게 의존합니다. 당신은 신체에 산소의 빚을 빠르게 쌓을 것입니다. 당신은 이 격심한 활동의 수준을 오랫동안 유지할 수 없을 것입니다.(AT ~ 목표심박수 이상)
한편, 본 발명에 따른 관리서버(130)에서 영영처방을 제공하기 위한 기준, 알고리즘, 산출공식 등을 살펴보면, 다음과 같다.
영양처방에서 기초대사량의 공식은 다음의 수학식 8을 이용하여 산출된다.
[수학식 8]
남자 : 66.47 + (13.75 x 체중) + (5 x 키) - (6.76 x 나이)
여자 : 655.1 + (9.56 x 체중) + (1.85 x 키) - (4.68 x 나이)
수학식 8을 이용하여 사용자가 사용자 단말기(110)를 조작하여 그날 그날 섭취한 식단을 관리서버(130)로 전송하면, 관리서버(130)는 이를 활용하여 사용자의 그날 활동 칼로리 소모량과 기초대사량을 근거로 영양처방 한다. 물론, 다음날 추천 식단도 처방하여 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위하여 음식별 칼로리 정보 등 관련정보가 데이터베이스로 관리서버(130)에 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 관리서버(130)는 에너지 밸런스결과를 통한 체중 감소 구역 및 체중 유지구역 처방을 사용자에게 제공할 수 있다. 즉, 추정된 기초대사량을 토대로 칼로리 섭취량에 따른 체중 관리 구역을 설정한다.
'기초대사량(A) + 일상생활 칼로리 소모량(B) = 하루에 소모된 총 칼로리 소모량(C)'로서, 일상생활 칼로리 소모량은 각각의 활동(예:청소, 빨래, 몇동동안 걷기, 배드민턴)을 도표화 하여 사용자에게 제공하고, 사용자가 사용자 단말기(110)를 조작하여 제공된 리스트 중 자신에게 해당되는 활동을 선택하면 이를 이용하여 관리서버(130)에서 사용자의 총 칼로리 소모량을 산출하는 방식이 적용된다.
칼로리 섭취량(D)은 그날 먹은 식단을 토대로 산출되며, 전술한 바와 같이 관리서버(130)에서 음식 리스트를 사용자에게 제공하고, 사용자가 제공된 리스트 중 자신이 섭취한 식단에 해당되는 음식을 선택하면, 이를 이용하여 관리서버(130)에서 사용자의 칼로리 섭취량을 산출하는 방식이 적용된다.
다음은 전술한 바와 같은 기준에 따라 판단되어 사용자에게 제공되는 체중 관리 구역 분류와 실제적으로 사용자에게 제공되는 정보의 예시이다.
1. 체중 증가 구역 (C<D)
"체중 증가 구역은 당신을 혼란하게 만들 수 있습니다. 너무 많이 먹게 되면, 신진대사는 그런 과다한 칼로리를 연소시켜 버리기 위해 과다하게 열심히 움직입니다. 결과적으로 체중은 매우 천천히 불어납니다. 심지어 섭취해야 하는 것 보다 훨씬 많이 섭취함으로써 이런 초과 중량을 유지할지도 모릅니다. 체중을 감소시키려고 시도할 때, 당신은 체중 유지 구역을 가로질러 체중 감소 구역에 도달하기 위해 보통과는 달리 많은 양의 칼로리를 감량할 필요가 있을 수 있습니다."
2. 체중 유지 구역(C=D or CD)
"체중 유지 구역내에서의 섭취는 " 당신의 신진대사까지 먹는" 것이 어떤 느낌인지를 가르쳐 줍니다. 이것은 매우 편안하고 만족스러운 생활방식이어야 하는데, 이것은 신체가 요구하는 만큼 정확하게 영양소를 섭취하는 방법을 습득했다는 것을 의미합니다."
3. 체중 감소 구역(C>D)
"체중 감소 구역은 당신이 더 먹을 수 있지만 그렇지 않고 체내의 영양소를 소비하여 체중이 감소하는 것을 가리킵니다. 이 구역에서의 신체는 건강하고, 행복하며 만족스러울 것입니다. 다이어트가 이렇게 좋은 느낌일 때 당신이 가질 성공을 상상해 보십시오!"
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 관리서버(130)는 전술한 과정을 통하여 사용자에게 '신체 활동량 지수 그래프 표시', '심박 변이도 그래프 표시', '상실성 부정맥 표시', '호흡수 변이도 그래프 표시', '체온 변화 그래프 표시', '칼로리 소모량 시간대별 모니터링' '어린이의 과잉활동장애 모니터링(활동량 분석을 통한 방법)', '수면장애 모니터링(수면시 활동량 분석을 통한 방법)', '총 걸음수'를 제공하고, 동시에 운동처방정보 및 영양처방정보를 사용자에게 제공하여 종합적이고 다각적인 건강관리가 이루어질 수 있도록 기능하게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 동작과정을 나타낸 순서도이다. 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대용 생체정보 모니터링 장치를 이용한 생체정보 모니터링 시스템의 동작과정을 상세히 설명한다.
먼저 검사자(사용자)가 산행 등의 운동을 시작하기 전 본 발명에 따른 측정기기(100)를 지정된 위치에 부착한다(S200).
측정기기 부착 후, 검사자가 운동을 시작하면(S210), 측정기기(100)는 운동 중 사용자의 심박수, 호흡수, 피부온도, 신체활동량, 위치, 고도, 이동거리, 이동속도, 이동시간을 측정한다(S220 내지 S238).
검사자가 운동을 종료하면, 측정기기는 측정된 운동정보와 생체정보를 저장하고 일단 과정을 종료한다(S240). 이러한 운동정보와 생체정보는 검사자의 운동날짜, 시간별로 다수 저장될 수 있으며, 운동이 종료된 후 사용자는 저장된 운동기록을 로딩하여 살펴볼 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 측정기기(100)를 사용자 단말기(110)에 연결하여 저장된 운동기록을 전송하고, 사용자 단말기(110)를 통해 운동기록을 분석하거나 모니터링할 수 있다(S250).
또한, 측정기기(100)에 저장된 운동기록을 측정기기(100) 자체적으로 또는 사용자 단말기(110)를 통해 관리서버(130)로 전송하면, 관리서버(130)는 수신된 운동기록에 근거하여 운동처방, 영양처방, 운동계획 수립 등의 과정을 수행하고, 과정의 수행결과 산출된 운동처방정보, 영양처방정보, 운동계획 정보 등을 사용자 단말기(110)로 전송하여 사용자에게 제공한다(S260 내지 S266).
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 측정기기 110 : 사용자 단말기
120 : 관리자 서버

Claims (7)

  1. 휴대형으로 구성되어 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도 중 적어도 하나 이상의 운동정보를 측정/저장하고, 신체활동량, 심박수, 호흡수, 피부온도, 자세, 심박변이도 중 적어도 하나 이상의 생체정보를 측정/저장하는 것을 특징으로 하는 운동 중 사용자의 생체정보와 운동정보를 측정/저장하는 생체정보 모니터링 장치에 있어서,
    사용자의 위치와 고도를 측정하고, 측정된 위치정보와 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 측정/저장하는 운동정보 측정부; 및
    센서를 이용하여 운동 중 사용자의 생체정보를 측정/저장하는 생체정보 측정부;를 포함하고,
    상기 운동정보 측정부는,
    지피에스 시스템을 이용하여 사용자의 위치정보를 측정하는 지피에스 모듈;
    사용자의 고도정보를 측정하는 디지털 고도계; 및
    상기 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 지피에스 모듈로부터 출력되는 위치정보와 상기 디지털 고도계로부터 출력되는 고도정보를 이용하여 사용자의 이동거리, 이동시간, 이동속도를 산출/저장하는 운동정보 측정모듈을 포함하며,
    상기 생체정보 측정부는,
    사용자의 신체 활동량을 측정하여 출력하는 신체 활동량 측정기;
    사용자의 심박수를 측정하여 출력하는 심박수 측정기;
    적외선 센서를 이용하여 사용자의 체온을 검출하여 출력하는 체온기;
    호흡 센서(respiration sensor)를 이용하여 사용자의 호흡수를 검출하여 출력하는 호흡수 측정기; 및
    상기 입력부로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 신체 활동량 측정기, 상기 심박수 측정기, 상기 체온기 및 상기 호흡수 측정기를 제어하여 신체 활동량 정보, 심박수 정보, 체온정보, 호흡수 정보를 측정/저장하는 생체정보 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휴대용 생체정보 모니터링 장치는,
    사용자의 조작을 입력받아 제어신호를 출력하는 입력부;
    운동정보와 생체정보를 측정/저장하는 과정에서 관련정보를 출력하는 디스플레이부; 및
    측정된 운동정보와 생체정보가 저장되는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치.
  3. 삭제
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생체정보 측정모듈은 측정된 심박수 정보를 이용하여 심박변이도 정보와 상실성 부정맥 정보를 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따르는 휴대용 생체정보 모니터링 장치로서, 측정된 운동정보와 생체정보를 연결된 사용자 단말기로 출력하는 휴대용 생체정보 모니터링 장치; 및
    상기 휴대용 생체정보 모니터링 장치에 연결되어 모니터링 장치로부터 출력되는 운동정보와 생체정보를 입력받아 운동기록을 분석하는 사용자 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체정보 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는 입력된 운동정보와 생체정보를 네트워크를 통해 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버로부터 전송되는 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하여 출력하며,
    상기 생체정보 모니터링 시스템은,
    상기 사용자 단말기로부터 전송되는 운동정보와 생체정보를 수신/저장하고, 수신된 사용자의 운동정보와 생체정보를 이용하여 운동처방정보, 영양처방정보, 예측 운동기록정보, 심장이상유무 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 생성하여 상기 사용자 단말기로 전송하는 관리서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체정보 모니터링 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는 이동통신 단말기인 것을 특징으로 하는 생체정보 모니터링 시스템.
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