KR101311294B1 - 생체신호 무선전송시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선전송시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인체 또는 동물의 심전도, 혈압, 호흡, 온도, 산소포화도 등의 다양한 생체신호와 생체신호 발생원의 식별번호, 생체신호에 따른 경고신호 등의 생체신호와 관련한 다양한 부가 정보들을 함께 전송할 수 있는 생체신호 무선전송시스템에 관한 것이다.

Description

생체신호 무선전송시스템{Wireless transmission system for biological signal}

본 발명은 무선전송시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인체 또는 동물의 심전도, 혈압, 호흡, 온도, 산소포화도 등의 다양한 생체신호와 생체신호 발생원의 식별번호, 생체신호에 따른 경고신호 등의 생체신호와 관련한 다양한 부가 정보들을 함께 전송할 수 있는 생체신호 무선전송시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 인체나 동물로부터 심전도, 혈압, 호흡, 온도, 산소포화도 등의 다양한 생체신호가 발생하며, 이러한 생체신호들은 의용기기에 의하여 검지되어 인체나 동물을 모니터하는 기초 데이터를 이루게 된다.

그런데, 이러한 생체신호를 디지털신호로 변환하는 경우, 높은 주파수 대역의 반송 주파수로 주파수 변조된 생체신호를 통상의 아날로그디지털변환기(Analog-Digital Converter)에 의하여 디지털 신호로 변환하게 되면, 고 샘플링변환비(sampling rate)에 따라서 고속의 아날로그디지털변환기를 설계하여야 하기 때문에 반송 주파수를 높이는데 한계점을 가지고 있다.

또한, 통상의 아날로그디지털변환기의 고 샘플링변환비에 따라서 디지털 변환된 데이터의 주파수가 커지기 때문에 저속의 직렬데이터는 무선으로 전송하기 어려운 단점이 있었다.

또한, 상기의 생체신호를 이용할 경우 생체신호 발생원의 식별번호나 생체신호에 따른 경고신호 등의 생체신호와 관련한 다양한 부가 정보들은 생체신호와 별도로 송신하여야 하므로 이를 위한 별도의 시스템이 구비되어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 생체신호와 부가정보신호의 디지털신호 변환 방식을 종래와 같이 통상의 아날로그디지털변환기를 사용하지 않고 마이크로컨트롤러를 이용하여 직렬데이터로 변환하는 방식을 채용함으로써, 반송주파수의 제약 사항을 극복하고 고대역 반송주파수도 무선으로 전송할 수 있으며, 아울러 생체신호와 부가정보신호를 함께 전송함으로써 부가정보신호를 위한 별도의 시스템을 구비할 필요가 없는 생체신호 무선전송시스템의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 가진 본 발명 생체신호 무선전송시스템의 구성은, 다수개의 생체신호를 수신하여 증폭하는 각각의 증폭기; 상기 증폭기에 의하여 증폭된 생체신호를 저대역의 주파수 대역으로 변조하는 각각의 저대역주파수변조기; 다수개의 부가정보신호를 수신하여 각각의 부가정보신호의 주파수에 따라서 정현파 신호를 생성하는 각각의 발진기; 상기 저대역주파수변조기가 출력하는 주파수변조된 생체신호와 상기 발진기가 출력하는 부가정보신호의 정현파신호를 상호 혼합시키는 혼합기; 상기 혼합기에서 혼합된 주파수변조된 생체신호와 부가정보신호의 정현파 신호를 고대역의 반송주파수로 주파수변조하는 고대역주파수변조기; 마이크로컨트롤러에 의하여 상기 주파수변조된 생체신호를 직렬디지털데이터로 변환하며 상기 정현파신호의 부가정보신호를 직렬디지털데이터에 기록하는 디지털신호변환기; 상기 디지털신호변환기에 의하여 출력된 직렬디지털데이터 신호를 무선의 데이터신호로 변조하는 디지털무선변조기; 상기 디지털무선변조기에 의하여 출력되는 무선의 데이터신호를 안테나를 통하여 송출하는 발신단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명 생체신호 무선전송시스템의 효과는 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 무선전송시스템은 생체신호와 부가정보신호를 높은 반송주파수 대역에서 마이크로콘트롤러를 이용하여 디지털데이터로 변환할 수 있으므로, 종래의 고속 아날로그디지털컨버터를 사용하지 않게 되어 제조비용의 절감과 설계상의 신뢰성이 향상된 장점을 수득하게 되었다.

둘째, 마이크로콘트롤러를 이용하여 한개의 비트만 신호전송으로 사용하기 때문에 나머지 7 개의 비트는 별도의 정보를 보낼 수 있는 효과가 있다.

셋째, 생체신호 뿐만 아니라 부가정보신호를 함께 송신할 수 있으므로, 부가정보신호를 위한 별도의 시스템을 구비할 필요가 없어 경제적이고 효율적인 무선전송시스템을 구축할 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명 생체신호 무선전송시스템의 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 생체신호 무선전송시스템의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명 생체신호 무선전송시스템의 구성도이다.

본 발명의 생체신호 무선전송시스템은 각종 의료기기로부터 발생하는 인체 또는 동물의 심전도, 혈압, 호흡, 온도, 산소포화도 등의 다양한 생체신호(1,2)를 무선으로 원격지의 시스템으로 전송하기 위한 시스템이다.

또한, 본 발명의 생체신호 무선전송시스템은 생체신호 발생원의 식별번호, 생체신호에 따른 경고신호, 무선전송시스템 자체의 현재상태신호, 무선전송시스템의 전원상태 등의 상기 생체신호 발생에 따라서 부가적으로 발생할 수 있는 모든 종류의 부가정보신호(3,4)를 상기 생체신호와 함께 무선으로 원격지의 시스템으로 전송하기 위한 시스템이다.

이를 위하여 본 발명 무선전송시스템은, 다수개의 생체신호(1,2)를 입력받고 입력된 생체신호를 증폭하는 각각의 증폭기(10)와, 상기 증폭기(10)에 의하여 증폭된 생체신호를 저대역의 주파수 대역으로 변조하는 각각의 저대역주파수변조기(20)와, 다수개의 부가정보신호(3,4)를 수신하여 각각의 부가정보신호의 주파수에 따라서 정현파 신호를 생성하는 각각의 발진기(30)와, 상기 저대역주파수변조기(20)가 출력하는 주파수변조된 생체신호와 상기 발진기(30)가 출력하는 부가정보신호의 정현파신호를 상호 혼합시키는 혼합기(40)를 포함한다.

여기서, 상기 증폭기(10)는 심전도 신호, 혈압 신호, 호흡 신호, 온도 신호, 산소포화도 신호 등의 생체신호들은 주파수가 수십Hz 내지 수백Hz로서 신호의 전압이 낮기 때문에 이를 증폭시키는 기능을 하며, 신호대 잡음비가 양호한 통상의 저주파 증폭기 회로를 채용하여 설계한다.

상기 저대역주파수변조기(20)는 상기 증폭기(10)를 통하여 증폭된 생체신호를 반송주파수가 상호 중첩되지 않도록 주파수 변조하는 기능을 하며, 공지의 주파수변조(Frequency Modulation, FM) 회로를 채용하여 설계한다.

상기 발진기(30)는 각각의 주파수를 가진 부가정보신호를 입력받아 부가정보신호의 주파수에 따른 정현파 신호를 발생시키는 기능을 하며, 통상의 공진 발진기 회로를 채용하여 설계한다. 이러한 발진기 회로에는 비안정 멀티바이브레이터 등의 발진기 회로가 있다.

다음으로, 상기 혼합기(40)에서 혼합된 주파수변조된 생체신호와 부가정보신호의 정현파 신호를 고대역의 반송주파수로 주파수변조하는 고대역주파수변조기(50)와, 마이크로컨트롤러(micro-controller)에 의하여 상기 주파수변조된 생체신호를 직렬디지털데이터(serial digital data)로 변환하며 상기 정현파신호의 부가정보신호를 직렬디지털데이터에 기록하는 디지털신호변환기(60)와, 상기 디지털신호변환기(60)에 의하여 출력된 직렬디지털데이터 신호를 무선의 데이터신호로 변조하는 디지털무선변조기(70)와, 상기 디지털무선변조기(70)에 의하여 출력되는 무선의 데이터신호를 안테나(90)를 통하여 송출하는 발신단(80)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 고대역주파수변조기(50)의 반송주파수는 혼합된 신호의 최고주파수와 대비하여 최소 2 배 이상의 반송주파수로 설정한다.

상기 디지털신호변환기(60)는 본 발명 무선전송시스템의 특징적인 구성요소로서, 상기 고대역주파수변조기(50)에 의하여 고주파의 반송주파수를 가지도록 변조된 생체신호를 마이크로콘트롤러에 의하여 직렬데이터(serial data) 형태의 디지털신호로 변환시키는 부분이다.

이때, 상기 디지털신호로의 변환은 종래의 아날로그디지털컨버터(ADC)를 사용하는 것이 아니라 비교적 저가의 마이크로컨트롤러(micro controller)의하여 이루어지므로, 간단하고 경제적으로 디지털데이터로 변환시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 디지털신호변환기(60)는 생성되는 직렬데이터에 상기 부가정보신호를 기록한다.

즉, 상기 생체신호의 디지털신호로의 변환은, 고대역주파수변조기(50)에 의하여 주파수 변조된 생체신호가 디지털신호변환기(60)의 마이크로콘트롤러의 인터럽트(interupt) 입력 포트로 입력되면, 마이크로콘트롤러는 입력된 생체신호의 상승 상태 혹은 하강상태를 식별하여, 입력된 생체신호가 상승 상태이면 직렬데이터의 최상위 키코드 값(Most Significant Number,MSN)을 1 로 부여하고, 입력된 생체신호가 하강 상태이면 직렬데이터의 최상위키코드값을 0 으로 부여하여 생체신호의 상태를 알 수 있도록 한다. 그리고, 상기 최상위키코드값을 제외한 직렬데이터의 나머지 부분의 키코드 값은 부가정보신호가 기록되게 된다.

예를 들어, 입력된 생체신호가 상승 상태면 1XXXXXXX의 8 비트(bit) 직렬데이터를 생성하고, 입력된 생체신호가 하강 상태이면 0XXXXXXX의 8 비트 직렬데이터를 생성하고, 상기 생체신호의 나머지 7 비트(즉, 위 1XXXXXXX 의 직렬데이터에서 'XXXXXXX'부분 및 위 0XXXXXXX 의 직렬데이터에서 'XXXXXXX' 부분)에 상기 부가정보신호가 기록되는 것이다.

따라서, 위와 같이 직렬데이터로 변환된 직렬데이터의 '1' 부분 및 '0' 부분을 제외한 나머지 7 비트의 부분은 생체신호 발생원의 식별번호, 생체신호에 따른 경고신호, 무선전송시스템 자체의 현재상태신호, 무선전송시스템의 전원상태 등의 부가정보신호가 기록된다. 이때, 필요에 따라서는 상기 직렬데이터의 크기를 16 비트로 구성하여도 된다.

한편, 상기 디지털무선변조기(70)는 상술한 바와 같이 디지털신호변환기(60)에 의하여 출력된 직렬디지털데이터 신호를 FSK(Frequency Shift Keying), ASK(Amplitude Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 등의 공지된 디지털무선변조방식을 이용하여 무선데이터신호로 변조하는 부분이다.

그리고, 상기 발신단(80)은 상기 디지털무선변조기(70)에서 변조된 무선데이터신호를 안테나(90)를 통하여 원격지 시스템으로 송신하는 모뎀(MODEM) 등의 공지의 송신 인터페이스이다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 무선전송시스템은, 다수개의 생체신호와 부가정보신호들을 동시에 무선으로 전송할 수 있게 되며, 비교적 저가의 마이크로콘트롤러를 채용함으로써 고가의 아날로그디지털 변환기를 사용한 시스템과 비교하여 생체신호를 고주파의 반송주파수를 가진 직렬데이터의 변환이 가능한 잇점이 있으며, 이로 인하여 저비용의 효과적인 디지털 무선 전송시스템을 구현할 수 있게 되었다.

이상의 설명에서 본 발명의 생체신호 무선전송시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2; 생체신호
3, 4; 부가정보신호
10; 증폭기
20; 저대역 주파수 변조기
30; 발진기
40; 혼합기
50; 고대역 주파수 변조기
60; 디지털신호 변환기
70; 디지털 무선변조기
80; 발신단
90; 안테나

Claims (3)

1. 무선전송시스템에 있어서,
   다수개의 생체신호를 입력받아 증폭하는 각각의 증폭기(10);
   상기 증폭기(10)에 의하여 증폭된 생체신호를 저대역의 주파수 대역으로 변조하는 각각의 저대역주파수변조기(20);
   다수개의 부가정보신호를 수신하여 각각의 부가정보신호의 주파수에 따라서 정현파 신호를 생성하는 각각의 발진기(30);
   상기 저대역주파수변조기(20)가 출력하는 주파수변조된 생체신호와 상기 발진기(30)가 출력하는 부가정보신호의 정현파신호를 상호 혼합시키는 혼합기(40);
   상기 혼합기(40)에서 혼합된 주파수변조된 생체신호와 부가정보신호의 정현파 신호를 고대역의 반송주파수로 주파수변조하는 고대역주파수변조기(50);
   마이크로컨트롤러에 의하여 상기 주파수변조된 생체신호를 직렬디지털데이터로 변환하며 상기 정현파신호의 부가정보신호를 직렬디지털데이터에 기록하는 디지털신호변환기(60);
   상기 디지털신호변환기(60)에 의하여 출력된 직렬디지털데이터 신호를 무선의 데이터신호로 변조하는 디지털무선변조기(70);
   상기 디지털무선변조기(70)에 의하여 출력되는 무선의 데이터신호를 안테나(90)를 통하여 송출하는 발신단(80); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생체신호 무선전송시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디지털신호변환기(60)의 마이크로콘트롤러는 입력된 생체신호의 상승 상태 혹은 하강상태를 식별하여,
   입력된 생체신호가 상승 상태이면 직렬데이터의 최상위 키코드 값(Most Significant Number, MSN)을 1 로 부여하고, 입력된 생체신호가 하강 상태이면 직렬데이터의 최상위키코드값을 0 으로 부여하고,
   상기 최상위키코드값을 제외한 직렬데이터의 나머지 부분의 키코드 값은 부가정보신호가 기록되는 것을 특징으로 하는 생체신호 무선전송시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   입력된 생체신호가 상승 상태일 경우 1XXXXXXX의 8 비트 직렬데이터가 생성되고, 입력된 생체신호가 하강 상태일 경우 0XXXXXXX의 8 비트 직렬데이터가 생성되고,
   상기 직렬데이터의 '1' 부분의 비트와 '0' 부분의 비트를 제외한 나머지 7 비트 부분에 상기 부가정보신호가 기록되는 것을 특징으로 하는 생체신호 무선전송시스템.

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