KR101503604B1 - Wearable type System for realtime monitoring blood pressure estimation and Method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wearable system for monitoring blood-pressure estimation in real time and to a control method of the same, wherein the wearable system is equipped with a measuring electrode and a display part in a main body having a human-wearable shape and can continuously monitor blood pressure using a non-invasive method in a ubiquitous environment. The wearable system has a sensor module which includes: a first electrode prepared on the inner surface of the main body having a human-wearable shape, and touching a human body when worn by a user; and a second electrode prepared on the outer surface of the main body. The wearable system measures the electrocardiogram (ECG) signal, photoplethysmography (PPG) signal, and saturation of peripheral oxygen (SpO_2) signal of the human body.

Description

착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 그의 제어 방법{Wearable type System for realtime monitoring blood pressure estimation and Method for controlling the same}[0001] WATER-BASED REAL-TIME Blood Pressure Estimation Monitoring System and Control Method [0002]

본 발명은 다중 생체신호를 이용한 실시간 혈압 추정에 관한 것으로, 구체적으로 인체 착용 가능한 형태의 본체에 측정 전극 및 표시부를 구비하여 유비쿼터스 환경에서 비침습적인 방법을 적용하여 지속적으로 혈압을 모니터링할 수 있도록 한 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to real-time blood pressure estimation using multiple bio-signals. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for measuring blood pressure continuously by applying a non-invasive method in a ubiquitous environment, To a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and a control method thereof.

최근 과학 기술의 비약적인 발전으로 인해 인류 전체의 삶의 질이 향상되고 있으며, 의료 환경에서도 많은 변화가 발생하였다. 과거 병원에서는 X-ray, CT, fMRI 등의 의료영상을 촬영한 후 몇 시간 또는 며칠을 기다려야 영상 판독이 가능하였다.Recently, the rapid development of science and technology has improved the quality of life of the whole human being, and many changes have occurred in the medical environment. In past hospitals, medical images such as X-ray, CT, and fMRI were taken and it was possible to read the images only after several hours or several days.

그러나 10년 전부터 의료영상을 촬영한 후 영상의학과 전문의의 모니터 화면으로 영상이 전송되어 즉시 판독하는 영상저장 및 전송시스템(PACS;Picture Archive Communication System)이 도입되었다.However, after a medical image was taken 10 years ago, a Picture Archive Communication System (PACS) was introduced, which allows images to be transmitted to a monitor screen of a radiologist and then read out immediately.

또한, 병원에 가지 않고서도 자신의 혈당과 혈압을 언제 어디서나 확인할 수 있는 유비쿼터스(ubiquitous) 헬스케어 관련 의료기기들이 많이 보급되어, 혈당 환자나 고혈압 환자들은 자신의 집이나 사무실에서 이를 사용하고 있다.Also, many ubiquitous healthcare-related medical devices that can confirm their blood sugar and blood pressure at any time without going to a hospital are widely used, and blood glucose patients or hypertension patients use them in their own homes or offices.

고혈압은 심혈관 질환의 주요 원인이 되고 있으며, 또한 뇌졸중의 주요한 발병 원인이 된다. 고혈압으로 인해 전 세계적으로 매년 3천억 달러의 의료비용이 소요되고 있다. 우리나라뿐만 아니라 전 세계 성인들의 25%가 고혈압 환자이며, 미국인은 성인 3명 중 1명이 고혈압 환자이라고 보고되었다.Hypertension is a major cause of cardiovascular disease and is also a major cause of stroke. Hypertension is costing the world $ 300 billion a year in medical costs. It is reported that 25% of adults around the world as well as Korea are hypertensive, and 1 in 3 Americans are hypertensive.

우리나라 30세 이상 전체 성인 중 30%가 고혈압 위험군에 속하며, 나이가 증가할수록 고혈압 유병률이 증가하여 60세 이상 성인의 경우에는 50% 정도의 유병률을 나타내고 있다.In Korea, 30% of adults over 30 years belong to the high - risk group, and the prevalence of hypertension increases with age. The prevalence of hypertension is about 50% in adults over 60 years of age.

좀 더 빠른 시간 안에 고혈압의 위험을 알리기 위해서는 혈압을 지속적으로 측정하여, 실시간으로 알려주는 시스템이 필요하다.In order to inform the risk of hypertension in a shorter time, we need a system that continuously measures blood pressure and informs it in real time.

이와 같은 고혈압으로 인한 사망률을 감소시키기 위한 다양한 유형의 연구들이 시도되고 있다.Various types of studies have been attempted to reduce the mortality due to hypertension.

그들 중의 하나는 만성 심장질환 환자들의 폐동맥(pulmonary artery)에 혈압 측정 센서를 삽입하여 실시간으로 혈압을 측정한 후 이를 무선통신을 이용하여 주치의에게 전송하면 주치의는 원격지에서 환자의 폐동맥 혈압 변화 양상을 모니터링 하여 처방을 환자에게 전달하는 유비쿼터스 헬스케어(u_Health;ubiquitous Healthcare)를 적용함에 의해 환자들이 병원을 내원하는 횟수를 획기적으로 감소시킬 수 있는 방법이 제시되었다.One of them is to measure the blood pressure in real time by inserting the blood pressure measurement sensor into the pulmonary artery of the patients with chronic heart disease and then transmit it to the primary care physician using the wireless communication to monitor the patient's pulmonary artery blood pressure change pattern (U_Health; ubiquitous healthcare), which delivers prescriptions to patients, has been proposed to dramatically reduce the number of times patients are required to enter the hospital.

임상에서는 침습적 혈압 측정 방법 중 카테터(catheter)를 동맥혈관에 삽입하여 혈압을 측정하는 방법을 주로 사용하고 있다. 하지만, 이러한 방법은 지속적이고 정확하게 혈압을 측정할 수 있으나, 시술 상의 어려움과 동맥 손상, 감염 등의 위험성 때문에 꼭 필요한 경우에만 시술하고 있다.In clinical practice, a method of measuring blood pressure by inserting a catheter into an arterial blood vessel is one of the methods of measuring invasive blood pressure. However, this method can measure blood pressure continuously and accurately, but it is performed only when it is absolutely necessary due to the difficulty of operation, the risk of arterial injury, and infection.

따라서, 동맥혈관에 혈압 측정용 센서를 삽입하지 않고 비침습적인 방법으로 혈압을 실시간으로 측정할 수 있는 시스템에 관한 연구가 지속적으로 수행되었다. Therefore, a system for real-time measurement of blood pressure in a non-invasive manner without inserting a sensor for blood pressure measurement into arterial blood vessels has been continuously studied.

그리고 유비쿼터스 환경에서 혈압을 모니터링 한 후 측정된 혈압을 사용자에게 바이오 피드백(biofeedback)하여 혈압을 조절하는 연구도 수행되었다.Also, blood pressure was monitored in ubiquitous environment, and blood pressure was adjusted by biofeedback to measured blood pressure.

일례로, 환자가 근심 및 스트레스에 의해 고혈압 위험 징후가 나타날 때 이를 인식한 후 환자에게 통보하여 환자 자신이 바이오 피드백 즉, 안정상태로 전환하게 하여 혈압 강하를 스스로 조절할 수 있는 연구도 수행되었다.For example, when a patient is alerted to signs of hypertension due to anxiety and stress, the patient is notified of the risk of hypertension, and the patient is able to adjust his or her own blood pressure drop by switching to a biofeedback or stable state.

특히, 짧은 시간 안에 응급 치료를 받기 위해서는 보다 빠른 시간 안에 고혈압의 위험을 알리기 위해서는 혈압을 지속적으로 측정하여, 실시간으로 알려주는 시스템이 필요하다.In particular, in order to receive emergency treatment within a short time, it is necessary to provide a system that continuously measures the blood pressure and informs it in real time in order to inform the risk of hypertension in a shorter time.

커프 (cuff)를 팔에 부착하여 혈압을 측정하는 방식은 지속적인 혈압을 측정하기 어렵다. 업무를 진행하거나 휴식을 취할 때, 누군가가 혈압을 측정해 주거나 사용자 스스로 혈압 측정기를 작동시키지 않는다면, 자신의 혈압을 측정하기는 불가능하다.It is difficult to measure the blood pressure continuously by attaching a cuff to the arm. It is impossible to measure your own blood pressure when you work or relax, unless someone measures your blood pressure or you do not operate your blood pressure monitor yourself.

그래서 상시적으로 혈압을 측정해 주는 장치가 필요하다. 또, 혈압이 위험 수치에 도달하였을 때 신속하게 모니터링(monitoring)하여 환자에게 피드백 (feedback)하여 줌으로써 환자 스스로가 고혈압을 예방하고 관리할 수 있는 시스템Therefore, a device that measures blood pressure at all times is needed. In addition, when the blood pressure reaches the danger level, it is monitored quickly and feedback is provided to the patient to prevent and manage hypertension by the patient himself

의 도입이 필요한 실정이다.Is required.

이와 같이 유비쿼터스 환경에서 비침습적인 방법으로 지속적으로 혈압을 모니터링 하며, 약물에 의존하지 않고 혈압을 관리할 수 있는 새로운 모니터링 시스템의 개발이 요구되고 있다.As such, there is a need to develop a new monitoring system capable of continuously monitoring blood pressure in a non-invasive manner in a ubiquitous environment and managing blood pressure without relying on drugs.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 혈압 모니터링 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 인체 착용 가능한 형태의 본체에 측정 전극 및 표시부를 구비하여 유비쿼터스 환경에서 비침습적인 방법을 적용하여 지속적으로 혈압을 모니터링할 수 있도록 한 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of the conventional blood pressure monitoring system, the present invention is equipped with a measurement electrode and a display unit in a body of a wearable form for monitoring the blood pressure continuously by applying a non-invasive method in a ubiquitous environment A real-time blood-pressure monitoring system and method.

본 발명은 인체 착용 가능한 형태의 본체 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 센서 모듈로부터 무선 전송된 생체 신호 데이터를 수신한 후 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 인터넷으로 전송하는 게이트 모듈이 본체에 내장되는 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a sensor module for measuring the electrocardiogram (ECG), photoelectric pulse wave (PPG) and oxygen saturation (SpO 2 ) signals of a human body, And a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and method in which a gate module that receives biometrics signal data wirelessly transmitted from a sensor module and transmits the biometrics signal data to the Internet using IPv4 or IPv6 based TCP / IP communication is provided in the main body. .

본 발명은 인체 착용 가능한 형태의 본체 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 신호 분석을 위한 신호 분석 프로세서, 화면 출력 및 알람을 위한 모니터링 시스템이 본체에 내장되는 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a sensor module for measuring the electrocardiogram (ECG), photoelectric pulse wave (PPG) and oxygen saturation (SpO 2 ) signals of a human body, And a signal analysis processor for analyzing a signal, a monitor for a screen output and an alarm, and a method for monitoring and monitoring a wearable real-time blood pressure.

본 발명은 ECG, PPG, SpO2 생체신호를 측정하고 ECG와 PPG 신호 및 ECG와 SpO2 신호를 이용하여 맥파전달시간(Pulse Transit Time)을 산출한 후 혈압을 추정하고 지속적으로 혈압을 모니터링 할 수 있도록 한 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention measures the ECG, PPG and SpO 2 vital signs, calculates the pulse transit time using the ECG, the PPG signal, the ECG and the SpO 2 signal, estimates the blood pressure and continuously monitors the blood pressure A real-time blood-pressure monitoring system and method.

본 발명은 전력 공급이 안정적으로 유지되고, 무선통신을 이용하여 측정된 생체신호들을 송신 또는 수신할 수 있도록 구성하고, 언제, 어디서나 생체신호를 측정할 수 있도록 인체에 부착되는 센서들의 측정된 데이터가 무선통신에 의해 인터넷 환경으로 전송되도록 하여 유비쿼터스 헬스 및 모바일 헬스케어 환경에서 휴대가 가능하면서 사용하기 편리한 혈압 관리 시스템을 구현하는데 그 목적이 있다.The present invention provides an apparatus and method for monitoring and measuring bio-signals, which is capable of maintaining stable power supply and transmitting or receiving measured bio-signals using wireless communication, The present invention aims to provide a blood pressure management system which can be carried in a ubiquitous health and mobile healthcare environment and is easy to use by being transmitted to an internet environment by wireless communication.

본 발명은 기존의 IPv4를 기반으로 하는 TCP/IP 통신을 지원할 뿐만 아니라 IPv6 환경에서도 제약 없이 동작할 수 있는 WBAN 기반의 플랫폼을 제공하고, 이를 통해, 고혈압 환자들은 지속적으로 혈압을 모니터링 하여 위험이 닥치기 전에 관리할 수 있으며, 정상인들의 경우 일상적인 고혈압 예방도 가능하도록 한 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a WBAN-based platform capable of supporting existing TCP / IP communication based on IPv4 as well as being able to operate without restriction even in an IPv6 environment. Through this, hypertensive patients continuously monitor their blood pressure, The present invention provides a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and method that can be managed before stroke and prevent normal hypertension in normal people.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 인체 착용 가능한 형태를 갖는 본체의 안쪽 면에 구성되어 착용에 의해 인체에 접촉되는 제 1 전극;본체의 바깥쪽 면에 구성되는 제 2 전극;을 포함하는 센서 모듈을 갖고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하는 것을 특징으로 한다.In order to attain the above object, a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention comprises: a first electrode formed on an inner surface of a body having a wearable form to be in contact with a human body, (ECG), photoelectric pulse wave (PPG), and oxygen saturation (SpO 2 ) signals of the human body.

여기서, 상기 인체 착용 가능한 형태를 갖는 본체에는 측정된 신호의 표시 및 분석에 따른 결과의 표시를 위한 표시 화면이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Here, the body having a wearable form is further provided with a display screen for displaying the result of the measurement and analysis of the measured signal.

그리고 상기 표시 화면에는, 수축기 혈압, 이완기 혈압, 맥박이 표시되고, ECG 신호 및 PPG 신호의 변화 그래프를 표시할 수 있고, 표시 내용 및 표시 스타일은 본체에 구성되는 디스플레이 모드 및 표시 내용 선택 버튼에 의해 변경되어 표시되는 것을 특징으로 한다.The systolic blood pressure, the diastolic blood pressure, and the pulse are displayed on the display screen, and the graph of the change of the ECG signal and the PPG signal can be displayed. The display contents and the display style can be displayed by the display mode and the display contents selection buttons And is displayed by being changed.

그리고 상기 인체 착용 가능한 형태를 갖는 본체에 구비되는 표시 화면이 제 2 전극이 되어 생체 신호의 측정시에 표시 화면에 인체를 접촉하는 것을 특징으로 한다.The display screen provided on the main body having the human-wearable form becomes the second electrode, and the human body is brought into contact with the display screen when the living body signal is measured.

그리고 상기 인체 착용 가능한 형태를 갖는 본체는 생체 신호를 측정하기 위한 다른 전극들을 연결하기 위한 전극 접속 단자를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The main body having a human-wearable shape further includes an electrode connection terminal for connecting other electrodes for measuring a living body signal.

그리고 상기 전극 접속 단자에는 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하기 위해 손가락 끝에 끼워지는 측정 전극 모듈이 연결되고, 측정 전극 모듈은 발광부에 660nm의 적색 LED와 940nm의 적외선 LED가 구성되고, 수광부에는 포토 다이오드가 구성되는 것을 특징으로 한다.The measurement electrode module is connected to the electrode connection terminal to measure PPG and SPO 2 signals. The measurement electrode module includes a red LED having a wavelength of 660 nm, an infrared ray having a wavelength of 940 nm An LED is configured, and a photodiode is configured in the light receiving portion.

그리고 상기 인체 착용 가능한 형태를 갖는 본체에는 발광부에 660nm의 적색 LED와 940nm의 적외선 LED가 구성되고, 수광부에는 포토 다이오드가 구성되는 측정 전극 모듈이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the main body having a human-wearable form may further include a measurement electrode module in which a red LED having a wavelength of 660 nm and an infrared LED having a wavelength of 940 nm are formed in the light emitting portion and a photodiode is formed in the light receiving portion.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 손목 착용시 안쪽 면이 되는 본체 후면에 구성되는 제 1 전극 및 손목 착용시 바깥쪽 면이 되는 본체 전면에 구성되는 제 2 전극을 통하여 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈;상기 센서 모듈로부터 무선 전송된 생체 신호 데이터를 수신한 후 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 인터넷으로 전송하는 게이트 모듈;이 본체에 내장되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above objects, the present invention provides a wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system, comprising: a first electrode formed on a rear surface of a main body, which is an inner surface of a wrist; and a second electrode, A sensor module for measuring the electrocardiogram (ECG), the photoelectric pulse wave (PPG), and the oxygen saturation (SpO 2 ) signals of the human body through a digital conversion and wirelessly transmitting the signals, Or a gate module for transmitting to the Internet using IPv6-based TCP / IP communication.

여기서, 상기 게이트 모듈을 통하여 수신된 생체 신호 데이터를 분석하여 실시간으로 혈압을 추정하여 화면 출력 및 데이터 저장을 수행하는 모니터링 시스템과, IPv4와 IPv6 환경을 동시에 지원하고 주소 등록 및 SPI(Serial to Peripheral Interface) 초기화, 하드웨어 리셋 동작을 수행하고, 하드웨어 리셋 후의 IPv6와 IPv4에 대한 자동 구성(Auto-configuration) 과정, 수신 또는 송신되는 패킷의 상태에 따른 동작 모드를 결정하는 루프 백 동작을 수행하는 듀얼 스택 드라이버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, a monitoring system for analyzing bio-signal data received through the gate module and estimating blood pressure in real time to perform screen output and data storage, and a monitoring system for simultaneously supporting IPv4 and IPv6 environments, address registration, and Serial to Peripheral Interface ) Initialization and hardware reset operation, an auto-configuration process for IPv6 and IPv4 after hardware reset, and a dual-stack driver for performing a loopback operation to determine an operation mode according to the state of a received or transmitted packet ; ≪ / RTI >

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 손목 착용시 안쪽 면이 되는 본체 후면에 구성되는 제 1 전극 및 손목 착용시 바깥쪽 면이 되는 착용형의 본체 전면에 구성되는 제 2 전극을 통하여 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈;상기 센서 모듈에 의해 측정된 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 분석하여 실시간으로 혈압을 추정하는 신호 분석 프로세서;상기 신호 분석 프로세서의 분석 결과에 따라 화면 출력 및 알람을 위한 모니터링 시스템;을 포함하고, 센서 모듈 및 신호 분석 프로세서, 모니터링 시스템이 본체에 내장되는 것을 특징으로 한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system comprising: a first electrode formed on a back surface of a main body which is an inner surface of a wrist; (ECG) measured by the sensor module, and a sensor module for measuring an electrocardiogram (ECG), a photoelectrical pulse wave (PPG) and an oxygen saturation (SpO 2 ) A signal analysis processor for analyzing a photoelectric pulse wave (PPG) and an oxygen saturation (SpO 2 ) signals to estimate a blood pressure in real time, and a monitoring system for screen output and alarm according to an analysis result of the signal analysis processor, A sensor module, a signal analysis processor, and a monitoring system are built in the main body.

여기서, 상기 센서 모듈은, 신체에서 측정되는 생체신호를 처리하는 센서부와,상기 센서부에 의해 측정된 아날로그 신호를 양자화하여 디지털 신호로 변환하는 디지털 측정 시스템과,디지털 측정 시스템에 의해 측정된 신호를 무선 전송하는 블루투스 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sensor module includes a sensor unit for processing biological signals measured in the body, a digital measurement system for quantizing and converting the analog signals measured by the sensor unit into digital signals, And a Bluetooth communication unit for wirelessly transmitting the data.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 제어 방법은 ECG와 PPG 신호 및 SpO2 신호를 이용하여 맥파전달시간(Pulse Transit Time)을 산출한 후 혈압을 추정하기 위하여, 손목 착용시의 안쪽 면이 되는 착용형의 본체 후면에 구성되는 제 1 전극 및 손목 착용시의 바깥쪽 면이 되는 착용형의 본체 전면에 구성되는 제 2 전극을 통하여 측정된 ECG 및 PPG 신호로부터 정점 분석(Peak Analysis)에 사용되는 임계값을 설정하기 위해 대기한 후 ECG 데이터를 설정 단위로 구분하는 단계;구분된 데이터들을 이용하여 정점 분석(Peak Analysis) 알고리즘으로 첫 번째 피크값을 산출하는 단계;첫 번째 Peak 값을 추출한 후 동일한 방법을 적용하여 다음 Peak 값을 연속해서 추출하고, 추출된 시간 정보(t1 , t2)를 저장하는 단계;R-R 인터벌이 되는 두 Peak 지점의 시간 차 (t2 - t1)를 계산하여 샘플링 데이터 수를 파악하여 PPG 신호의 무빙 윈도우 사이즈(Moving window size)에 반영하는 단계;ECG 데이터의 R-R 인터벌 사이에 존재하는 PPG 데이터의 네거티브 피크(Negative Peak)와 포지티브 피크(Positive Peak) 지점을 정점 분석을 이용하여 시간 정보 (TN)와 (TP)로 각각 추출하는 단계;첫 번째 ECG의 피크 지점의 시간 정보(t1)과 PPG 신호의 S점과 P점의 중간 지점의 시간 정보 T1 =( TN + TP )/2을 이용하여 첫 번째 PTT 시간 정보인 PTT = (T1- t1)를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of controlling a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention is a method for estimating a blood pressure after calculating a pulse transit time using an ECG, a PPG signal, and an SpO 2 signal A first electrode formed on a back surface of a wearable body which is an inner surface when wrist is worn, and an ECG and PPG signal measured through a second electrode formed on the front surface of a wearable body which is an outer surface when wrist is worn A step of classifying the ECG data by a setting unit after waiting for setting a threshold value used for peak analysis, a step of calculating a first peak value by a peak analysis algorithm using the divided data, ; further comprising: after extracting the first Peak values by applying the same method to extract in succession the following: Peak value, and stores the extracted time information (t1, t2); the RR interval Is the time difference between the two Peak point - to calculate the (t2 t1) identifying the number of sampling data size moving window of the PPG signal (Moving window size) comprising: reflected on; negative of the PPG data existing between the RR interval ECG data Extracting a peak (Negative Peak) and a positive peak from time information ( TN ) and ( TP ) using vertex analysis, extracting time information ( t1 ) of the peak point of the first ECG and And calculating PTT = ( T1 - t1 ) which is the first PTT time information using the time information T1 = ( TN + TP ) / 2 at the midpoint between the S point and the P point.

여기서, 상기 PTT는 ECG 파형의 R 피크 이후 말초혈관에서 측정된 PPG의 피크까지의 시간 차이이고, 첫 번째 ECG 신호의 R 피크와 두 번째 ECG 신호의 R 피크 사이에 반드시 하나의 PPG 신호의 피크가 존재하는 것을 특징으로 한다.Here, the PTT is a time difference from the R peak of the ECG waveform to the peak of the PPG measured in the peripheral blood vessel, and a peak of one PPG signal necessarily exists between the R peak of the first ECG signal and the R peak of the second ECG signal .

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 제어 방법은 ECG와 PPG 신호 및 SpO2 신호를 이용하여 실시간 수축기 혈압 추정을 위하여, 손목 착용시의 안쪽 면이 되는 착용형의 본체 후면에 구성되는 제 1 전극 및 손목 착용시의 바깥쪽 면이 되는 착용형의 본체 전면에 구성되는 제 2 전극을 통하여 ECG와 PPG 신호 및 SpO2 신호를 측정하고, 정점 분석을 위한 임계값을 설정하기 위하여 대기 한 후에 샘플링된 데이터의 크기를 감소시키는 단계;연산되는 데이터 수가 줄어든 적외선 광원에 의한 AC 성분(IRAC ), 적외선 광원에 의해 DC 성분(IRDC ), 적색 광원에 의한 AC 성분(REDAC ), 적색 광원에 의한 DC 성분(REDDC ) 데이터를 설정시간 동안 저장하고 그 평균값을 설정 시간 간격으로 산출하는 단계;산출된 IRAC, IRDC, REDAC, REDDC 데이터의 평균값을 이용하여 실시간으로 SpO2 값을 1초에 한 번씩 연산하는 단계;산출된 SpO2 값, 추출된 PTT 값, 실시간으로 측정되는 ECG 데이터를 해당 레지스터에 각각의 배열로 저장하는 단계;상기 단계들을 53초 동안 반복적으로 수행한 후 결과값을 저장한 후 53 번째 저장된 SpO2값 SpO2[k53], 9 번째 저장된 PTT값 PTT[j9], 첫 번째 저장된 ECG 값 ECG[i1] 값을 추출하는 단계;SpO2[k53], PTT[j9], ECG[i1] 정보를 수축기 혈압 추정 모델에 적용하여 실시간 수축기 혈압(SYS BP)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a control method of a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention is a method for estimating real-time systolic blood pressure using an ECG, a PPG signal and an SpO 2 signal, The PPG signal and the SpO 2 signal are measured through the first electrode formed on the rear surface of the main body of the wrist and the second electrode formed on the front surface of the wearable body which is the outer surface when wrist is worn, ( IRAC ) by an infrared light source, a DC component ( IRDC ) by an infrared light source, and an AC component by a red light source ( REDAC ) , Storing DC component ( REDDC ) data by a red light source for a preset time and calculating an average value thereof at a set time interval; calculating IRAC , IRDC , RED AC , REDDC Storing the ECG data, as measured by the output SpO 2 value, the extracted PTT values, real-time, each arranged in the corresponding registers, the method comprising using an average value of the data operation once the SpO 2 value in real time in one second; Save and after performing the above steps repeatedly for 53 seconds results to 53rd stored SpO 2 value SpO 2 [k53], 9 beonjjae stored PTT value PTT [j9], the first stored ECG value ECG [i1] value And calculating the real-time systolic blood pressure (SYS BP) by applying SpO 2 [ k53 ], PTT [ j9 ], and ECG [ i1 ] information to the systolic blood pressure estimation model.

여기서, 산출된 실시간 수축기 혈압(SYS BP)을 다시 혈압 정보 SYS BP[x1]으로 저장하고, 사용자의 기준 혈압(Reference SYS BP)보다 20mmHg 이상일 경우 사용자에게 통보하는 것을 특징으로 한다.Here, the calculated real-time systolic blood pressure SYS BP is stored again as the blood pressure information SYS BP [ x1 ] and notified to the user when the calculated real time systolic blood pressure SYS BP is 20 mmHg or more than the reference blood pressure of the user (reference SYS BP).

그리고 상기 산출된 IRAC, IRDC, REDAC, REDDC 데이터의 평균값을 이용하여 실시간으로 SpO2 값을 연산하는 단계는, 적색 광원과 적외선 광원에 의한 AC 성분과 DC 성분에 대한 변화양을 And the calculated IRAC, IRDC, REDAC, REDDC The step of calculating the SpO 2 value in real time using the average value of the data is a step of calculating the amount of change in the AC component and the DC component by the red light source and the infrared light source

Figure 112013088440664-pat00001
으로 연산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013088440664-pat00001
.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 제어 방법은 PTT 신호 및 SpO2 신호를 이용하여 실시간 이완기 혈압 추정을 위하여, 손목 착용시의 안쪽 면이 되는 착용형의 본체 후면에 구성되는 제 1 전극 및 손목 착용시의 바깥쪽 면이 되는 착용형의 본체 전면에 구성되는 제 2 전극을 통하여 ECG와 PPG 신호 및 SpO2 신호를 측정하고, 정점 분석을 위한 임계값을 설정하기 위하여 대기 한 후에 샘플링된 데이터의 크기를 감소시키는 단계;연산되는 데이터 수가 줄어든 적외선 광원에 의한 AC 성분(IRAC ), 적외선 광원에 의해 DC 성분(IRDC ), 적색 광원에 의한 AC 성분(REDAC ), 적색 광원에 의한 DC 성분(REDDC ) 데이터를 설정시간 동안 저장하고 그 평균값을 설정 시간 간격으로 산출하는 단계;산출된 IRAC, IRDC, REDAC, REDDC 데이터의 평균값을 이용하여 실시간으로 SpO2 값을 1초에 한 번씩 연산하는 단계;이전 단계에서 산출된 SpO2 값과 추출된 PTT 값을 해당 레지스터에 각각의 배열로 저장하는 단계;상기 단계들을 31초까지 반복적으로 수행하여 결과값을 저장한 후 31 번째 저장된 SpO2 값(SpO2[k31])과 첫 번째 저장된 PTT 값(PTT[j1])을 추출하는 단계;이후 10초 동안 저장된 SpO2[k31 -40]과 PTT[j1 -10] 데이터를 구간 평균 수식을 이용하여 Rj (t)Rk (t)를 산출하는 단계;Rj (t)Rk(t) 정보를 이완기 혈압 추정 모델을 적용하여 실시간 이완기 혈압(DIA BP)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a wearable real-time blood pressure estimation system, comprising the steps of: sensing a real-time diastolic blood pressure using a PTT signal and an SpO 2 signal; The ECG, the PPG signal, and the SpO 2 signal are measured through the first electrode formed on the rear surface and the second electrode formed on the front surface of the wearable body that is the outer surface when the wrist is worn, and a threshold value for the vertex analysis is set ( IRAC ) by an infrared light source, a DC component ( IRDC ) by an infrared light source, an AC component ( REDAC ) by a red light source, storing the DC components of the red light source (REDDC) data for a set period of time and calculating an average value by setting a time interval; calculated IRAC, IRDC, REDAC, RE DDC The step of using the average value of the data operation once the SpO 2 value in real time in one second; 31, the above steps; step for storing the SpO 2 value and the extracted PTT value calculated in the previous step in each array to the register after the in early performed repeatedly stores the result 31st stored SpO 2 value (SpO 2 [k31]) and first stored PTT value (PTT [j1]) the step of extracting; stored for 10 seconds after the SpO 2 [ k31 - 40 ] and PTT [ j1 - 10 ] data using the interval averaging formula; calculating Rj (t) and Rk (t) ; And calculating a real diastolic blood pressure (DIA BP) by applying a diastolic blood pressure estimation model to Rj (t) and Rk (t) information.

여기서, 산출된 실시간 이완기 혈압(DIA BP)을 다시 혈압 정보 DIA BP[y1]으로 저장하고, 사용자의 기준 혈압(Reference DIA BP)보다 20mmHg 이하일 경우 사용자에게 통보하는 것을 특징으로 한다.Here, the calculated real-time diastolic blood pressure (DIA BP) is stored again as the blood pressure information DIA BP [ y1 ] and notified to the user when it is 20 mmHg or less than the reference blood pressure of the user (reference DIA BP).

이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 그의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system and its control method according to the present invention have the following effects.

첫째, 별도의 전극 구성없이 착용형 본체의 전후면에 구비되는 측정 전극을 이용하여 유비쿼터스 환경에서 비침습적인 방법을 적용하여 지속적으로 혈압을 모니터링 하고 전송할 수 있다.First, the blood pressure can be continuously monitored and transmitted by applying a non-invasive method in a ubiquitous environment using measurement electrodes provided on the front and back surfaces of the wearable body without a separate electrode configuration.

둘째, 인체에서 발생하는 다양한 생체신호 중 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 동시에 측정하여 혈압을 추정할 수 있다.Second, blood pressure can be estimated by simultaneously measuring electrocardiogram (ECG), photoelectrical pulse wave (PPG), and oxygen saturation (SpO 2 ) signals among various bio-signals generated in the human body.

셋째, 전력 공급이 안정적으로 유지되고, 무선통신을 이용하여 측정된 생체신호들을 송신 또는 수신할 수 있어 휴대 및 사용의 편리성을 높일 수 있다.Third, the power supply can be stably maintained, and the measured bio-signals can be transmitted or received using wireless communication, thereby enhancing the convenience of carrying and using.

넷째, 측정된 데이터가 무선통신에 의해 인터넷 환경으로 전송되도록 하여 유비쿼터스 헬스 및 모바일 헬스케어 환경에서 휴대가 가능하면서 사용하기 편리한 혈압 관리 시스템을 구현할 수 있다.Fourth, since the measured data is transmitted to the Internet environment by wireless communication, it is possible to implement a blood pressure management system which is portable in a ubiquitous health and mobile healthcare environment and is easy to use.

다섯째, IPv4를 기반으로 하는 TCP/IP 통신을 지원할 뿐만 아니라 IPv6 환경에서도 제약 없이 동작할 수 있는 WBAN 기반의 플랫폼을 제공한다.Fifth, it provides WBAN-based platform that supports TCP / IP communication based on IPv4 as well as IPv6 without any restrictions.

여섯째, 고혈압 환자들을 지속적으로 혈압을 모니터링 하여 위험이 닥치기 전에 관리할 수 있으며, 정상인들의 경우 일상적인 고혈압 예방도 가능하도록 한다.Sixth, patients with hypertension can be continuously monitored for blood pressure and managed before the risk, and normal people can also prevent daily hypertension.

도 1은 무선 인체 센서 네트워크(WBSN)를 이용한 헬스 케어 과정을 나타낸 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명의 제 1,2 실시 예에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 구성도
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템을 이용한 혈압 추정을 나타낸 구성도
도 4는 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 하드웨어 블록의 상세 구성도
도 5는 ECG 신호를 측정하기 위한 센서 구성도
도 6은 PPG 센서 모듈의 구성도
도 7은 SpO2 센서 모듈의 구성도
도 8은 다중 생체신호를 모니터링 하기 위한 소프트웨어 모듈의 구성도
도 9a는 PC 기반의 모니터링 시스템 세부 구성도
도 9b는 웹 기반의 모니터링 시스템의 구성도
도 10은 IPv4/IPv6 듀얼 스택 드라이버의 동작을 나타낸 플로우 차트
도 11은 듀얼 스택 드라이버 구동을 위한 초기화 과정을 나타낸 플로우 차트
도 12는 자동 구성 과정을 나타낸 플로우 차트
도 13은 루프백을 위한 UDP 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트
도 14는 루프백을 위한 TCP 서버 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트
도 15는 루프백을 위한 TCP 클라이언트 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트
도 16은 본 발명에 따른 실시간 PTT 산출을 위한 플로우 차트
도 17은 본 발명에 따른 실시간 수축기 혈압 추정을 위한 플로우 차트
도 18은 본 발명에 따른 실시간 이완기 혈압 추정을 위한 플로우 차트
1 is a block diagram illustrating a healthcare process using a wireless human body sensor network (WBSN)
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the first and second embodiments of the present invention
FIGS. 3A to 3C are views showing a blood pressure estimation using a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention;
4 is a detailed block diagram of a hardware block of a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system
5 is a sensor configuration diagram for measuring an ECG signal
6 is a block diagram of the PPG sensor module
7 is a block diagram of the SpO 2 sensor module
8 is a block diagram of a software module for monitoring multiple biological signals
9A is a detailed configuration diagram of a PC-based monitoring system
9B shows a configuration diagram of a web-based monitoring system
10 is a flowchart showing the operation of the IPv4 / IPv6 dual stack driver
11 is a flowchart showing an initialization process for driving the dual stack driver
12 is a flowchart showing an automatic configuration process
13 is a flowchart showing an operation procedure of the UDP mode for loopback
14 is a flowchart showing an operation procedure of the TCP server mode for loopback
15 is a flowchart showing the operation sequence of the TCP client mode for loopback
16 is a flowchart for real time PTT calculation according to the present invention;
17 is a flowchart for real-time systolic blood pressure estimation according to the present invention
18 is a flowchart for real-time diastolic blood pressure estimation according to the present invention;

이하, 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 그의 제어 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and a control method thereof according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 그의 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and control method thereof according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 1은 무선 인체 센서 네트워크(WBSN)를 이용한 헬스 케어 과정을 나타낸 구성도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명의 제 1,2 실시 예에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a healthcare process using a wireless human body sensor network (WBSN), and FIGS. 2A and 2B are block diagrams of a wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system according to the first and second embodiments of the present invention.

인체에서 발생하는 생체신호를 측정한 후 무선통신 방식을 적용하여 전송하고, 전송된 생체신호를 모니터링 하여 질환 진단 및 추이 변화 양상 등에 이용하는 u_Health에 관한 연구가 지속적으로 수행되었다.U_Health, which uses bio-signals generated from the human body, transmits the data by applying the wireless communication method, and monitors the transmitted bio-signals to diagnose the disease and change the trend, has been continuously carried out.

도 1에서와 같이, 인체의 여러 부위에 센서를 부착하여 생체신호를 측정하여 USN에 적용하는 기술을 WBSN(Wireless Body Sensor Network)라 한다.As shown in FIG. 1, a technique of attaching a sensor to various parts of a human body to measure a living body signal and applying it to a USN is called a Wireless Body Sensor Network (WBSN).

본 발명은 착용형 본체의 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 센서 모듈로부터 무선 전송된 생체 신호 데이터를 수신한 후 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 인터넷으로 전송하는 게이트 모듈이 착용형의 본체에 내장되는 기술 구성을 포함한다.The present invention relates to a sensor module and a sensor module which are equipped with measuring electrodes on the front and back surfaces of a wearable body and measure and digitally convert electrocardiogram (ECG), photoelectric pulse wave (PPG) and oxygen saturation (SpO 2 ) The present invention includes a technology structure in which a gate module for receiving biometric signal data wirelessly transmitted from a module and transmitting the biometric signal data to the Internet using IPv4 or IPv6 based TCP / IP communication is embedded in a wearable main body.

본 발명은 착용형 본체의 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 신호 분석을 위한 신호 분석 프로세서, 화면 출력 및 알람을 위한 모니터링 시스템이 착용형의 본체에 내장되는 기술 구성을 포함한다.The present invention relates to a sensor module for measuring the electrocardiogram (ECG), photoelectric pulse wave (PPG), and oxygen saturation (SpO 2 ) signals of a human body, A signal analysis processor for analysis, a screen output and a monitoring system for alarming are built into the wearable body.

본 발명은 신뢰도 높은 TCP/IP 기반의 IPv6 지원이 가능한 WBSN를 구현하면서, 인터넷과의 연결이 손 쉽고, 보안에도 취약점이 적은 WBSN 구축 기술을 포함한다.The present invention includes a WBSN construction technique that is easy to connect to the Internet, and has a weak vulnerability to security while implementing WBSN capable of supporting IPv6 based on reliable TCP / IP.

본 발명은 유비쿼터스 환경에서 비침습적인 방법을 적용하여 지속적으로 혈압을 모니터링 하고 전송할 수 있도록 인체에서 발생하는 다양한 생체신호 중 심전도(ECG;Electrocardiogram)와 광전용적맥파(PPG; Photoplethysmography), 산소포화도(SpO2; Saturation of peripheral Oxygen) 신호들을 동시에 측정하여 혈압을 추정할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an electrocardiogram (ECG), a photoplethysmography (PPG), an oxygen saturation (SpO), and a blood oxygen saturation 2 ; Saturation of Peripheral Oxygen) signals at the same time.

심전도(ECG)는 심장의 특수흥분전도시스템(special excitatory & conductive system)에 의해 발생되는 활동전위(action potential)을 벡터 합으로 구성된 파형이다. 즉, 심장의 각 구성요소인 동방결절(SA node; sinoatrial node), 방실결절 (AV node;atrioventricular node), 히스속(His bundle), 히스속 가지(bundle branch), 퍼킨스 섬유(furkinje fibers) 등에서 발생되는 활동전위의 벡터 합 신호를 체외에 부착한 전극으로부터 측정한 신호이다.Electrocardiogram (ECG) is a waveform consisting of a vector sum of action potentials generated by a special excitatory & conductive system of the heart. In other words, in the case of the SA node (sinoatrial node), atrioventricular node (AV node), His bundle, bundle branch, furkinje fibers, The vector sum signal of the action potential is a signal measured from an electrode attached to the outside of the body.

일반적으로 ECG 신호는 4개의 전극을 사용한 표준 사지 유도법(standard limb lead method)을 이용하여 획득한다.In general, the ECG signal is acquired using the standard limb lead method using four electrodes.

그리고 광전용적맥파(PPG)는 심실 수축기 동안 박출(ejection)된 혈액이 말초혈관까지 전달될 때 말초혈관에서 측정한 맥파 신호를 의미한다. PPG 신호를 측정하기 위해 생체조직의 광학적 특성을 이용한다.And photoelectrically pulse wave (PPG) refers to a pulse wave signal measured in peripheral blood vessels when blood ejected during ventricular systole is delivered to peripheral blood vessels. The optical properties of the biotissue are used to measure the PPG signal.

즉, 손끝과 발끝의 말초혈관이 분포된 위치에 맥파신호를 측정할 수 있는 PPG 센서를 부착한 후 말초혈관의 용적 변화인 혈류량 변화 양상을 광량 변화로 변환시켜 나타낸 생체신호이다.That is, a PPG sensor capable of measuring a pulse wave signal at a location where peripheral blood vessels of the fingertip and a toe are distributed is a biological signal obtained by converting the change in blood flow, which is the volume change of the peripheral blood vessel, into a change in light amount.

일반적으로, PPG 신호만 사용하지 않고 PPG와 ECG 신호의 상관관계를 분석하여, 맥파전달시간(PTT;Pulse Transit Time) 또는 맥파전달속도(PWV;Pulse Wave Velocity)를 추출하여 심혈관 질환 진단에 활용하고 있다. 이를 위해 PPG 신호를 2차 미분하여 특징점을 구한 후 ECG 신호의 정점(R파)과의 시간 간격을 측정한다. In general, the correlation between PPG and ECG signals is analyzed without using only PPG signal, and the pulse transit time (PTT) or the pulse wave velocity (PWV) is extracted and used for diagnosis of cardiovascular diseases have. To do this, the PPG signal is second-differentiated to obtain the feature points, and then the time interval with the apex (R wave) of the ECG signal is measured.

이러한 방식으로 추출한 PTT 및 PWV 신호를 분석하여 혈관의 상태, 동맥경화, 말초 순환 장애 진단 등에 활용하고 있다.The PTT and PWV signals extracted in this way are analyzed and used for the status of blood vessels, arteriosclerosis, diagnosis of peripheral circulatory disorders.

혈중 산소 포화도(SpO2)는 혈액을 구성하고 있는 여러 가지 성분 중 헤모글로빈 내에 존재하는 산소의 함유량을 나타내는 생체신호이다.Blood oxygen saturation (SpO 2 ) is a biological signal that indicates the content of oxygen present in hemoglobin among various constituents of blood.

그리고 WBSN 기반에서 동작하는 대부분의 생체신호 측정 유틸리티는 로컬에서 동작하는 응용 프로그램을 기반으로 구현되어 있다. 생체신호 자체가 방대하기 때문에, 이를 웹 기반에서 실시간으로 여러 명의 사용자가 동시에 사용할 수 있는 형태로 구현하기에는 매우 힘든 실정이다.Most of the bio-signal measurement utilities running on the WBSN base are based on locally running applications. Since the vital signal itself is vast, it is very difficult to implement it in a form that can be used by a plurality of users at the same time in real time on the web base.

따라서, 본 발명에서는 웹 기반 환경에서 동작하는 대용량 데이터 분석에 적용할 수 있도록 시스템을 구성한다.Accordingly, the present invention configures the system so that it can be applied to large-scale data analysis that operates in a web-based environment.

본 발명의 제 1 실시 예에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 도 2a에서와 같이, 다중 생체신호 측정 및 전송을 위한 시스템을 하드웨어 블록과 소프트웨어 블록으로 구분하여 구성한다.As shown in FIG. 2A, the wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system according to the first embodiment of the present invention is configured by dividing a system for measuring and transmitting multiple bio-signals into a hardware block and a software block.

하드웨어 블록은 크게 센서 모듈 (sensor module)(20)과 게이트웨이 모듈 (gateway module)(30)을 포함하고, 전후면에 측정 전극이 구비되는 착용형 본체에 센서 모듈 (sensor module)(20)과 게이트웨이 모듈 (gateway module)(30)이 내장되는 구조이다.The hardware block includes a sensor module 20 and a gateway module 30 and a wearable body having measurement electrodes on the front and back surfaces. And a module (gateway module) 30 is embedded therein.

그리고 소프트웨어 블록은 PC 기반, 스마트폰 기반, 웹 기반의 모니터링 시스템(40) 및 IPv4/IPv6 듀얼 스택을 가지는 TCP/IP 드라이버(50), 소켓 프로그램을 포함한다.The software block includes a PC-based, smartphone-based, web-based monitoring system 40 and a TCP / IP driver 50 having a dual IPv4 / IPv6 stack, and a socket program.

그리고 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 도 2b에서와 같이, 착용형 본체의 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 신호 분석을 위한 신호 분석 프로세서, 화면 출력 및 알람을 위한 모니터링 시스템이 착용형의 본체에 내장되는 것이다.2B, the wearable-type real-time blood-pressure-estimation monitoring system according to the second embodiment of the present invention includes measurement electrodes on the front and rear surfaces of a wearable body, electrocardiogram (ECG) and photoelectrical pulse wave (PPG) , it is incorporated in the body of type a signal analysis processor, a monitoring system for the screen output and alarm for the wireless transmission module and the sensors to the signal analysis by measuring the oxygen saturation (SpO 2) digital signal converted wear.

이와 같은 본 발명의 제 1,2 실시 예에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템에서 본체에 구성되는 전극은 본체 후면(손목 착용시의 안쪽 면)에 생체 신호 측정을 위한 제 1 전극이 구성되고, 본체 전면(손목 착용시의 바깥쪽 면)에 생체 신호 측정을 위한 제 2 전극이 구성되고, 측정에 필요한 제 3,4 전극들이 본체에 연결될 수 있는 구조이다.In the wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system according to the first and second embodiments of the present invention, the electrodes constituting the main body constitute a first electrode for measuring a living body signal on the back surface (inner surface when wrist is worn) A second electrode for measuring a living body signal is formed on the front surface of the main body (an outer surface when the wrist is worn), and the third and fourth electrodes necessary for measurement are connected to the main body.

물론, 본체 전면(손목 착용시의 바깥쪽 면)에 접촉 부위를 다르게 하여 측정에 필요한 제 3,4 전극들이 구성될 수 있음은 당연하다.Of course, it is natural that the third and fourth electrodes necessary for the measurement may be constituted by making contact portions different from the front surface of the main body (the outer surface when the wrist is worn).

도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템을 이용한 혈압 추정을 위한 생체 신호 측정을 나타낸 구성도이다.FIGS. 3A to 3C are views illustrating bio-signal measurement for estimating a blood pressure using the wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템이 인체에 착용된 상태을 나타낸 것으로, 본체의 전면에 화면(A)이 구성되고, 본체 후면(손목 착용시의 안쪽 면)에 생체 신호 측정을 위한 제 1 전극(B)이 구성되고, 본체 전면(손목 착용시의 바깥쪽 면)에 생체 신호 측정을 위한 제 2 전극(C)이 구성되어, 사용자의 제 1 전극(B)에 본체가 착용된 손목이 접촉되고, 다른 쪽 손가락을 제 2 전극(C)에 접촉시켜 인체의 심전도(ECG)를 측정하는 것을 나타낸 것이다.FIG. 3A shows a state in which a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention is worn on a human body. FIG. 3 shows a state in which a screen A is formed on the front surface of the body and a living body signal is measured on the rear surface A second electrode C for measuring a living body signal is formed on the front surface of the main body (an outer surface when wrist is worn), and a main body is worn on the first electrode B of the user (ECG) of the human body is measured by bringing the other finger into contact with the second electrode (C).

여기서, 본체 후면(손목 착용시의 안쪽 면)에 생체 신호 측정을 위한 제 1 전극(B)이 구성되고, 제 2 전극(C)을 화면(A)에 구성하여 다른 쪽 손가락을 화면(A)에 접촉시켜 ECG를 측정할 수 있도록 하는 것도 가능하다.Here, the first electrode B for measuring a living body signal is formed on the rear surface of the main body (the inner surface when the wrist is worn), the second electrode C is formed on the screen A, So that the ECG can be measured.

이 경우에는 화면(A)이 터치 패널로 구성되는 것이 바람직하다.In this case, the screen A preferably comprises a touch panel.

도 3b는 손끝이나 발끝에 있는 말초혈관에 흐르는 혈류 량을 적색 광원을 이용하여 투과하는 광량을 측정하는 광센서를 사용하여 광전용적맥파(PPG;Photo Plethmo Graph) 및 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하는 구성을 나타낸 것이다.FIG. 3B is a graph showing the relationship between the photoplethysmogram (PPG) and the oxygen saturation (SpO 2 ) signals using a photosensor for measuring the amount of light passing through the peripheral blood vessels at the fingertips or toes using a red light source Fig.

첫 번째 방법은 투과형 타입으로 본체의 접속 단자(E1)에 연결되고, 손가락 끝에 끼워지는 측정 단자(E2)를 이용하여 광전용적맥파(PPG;Photo Plethmo Graph) 및 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하는 것이다.The first method is a transmissive type and is connected to the connection terminal E1 of the main body and measures a photoplethysmogram (PPG) and an oxygen saturation (SpO 2 ) signal using a measuring terminal E 2 fitted to the fingertip .

여기서, 측정 단자(E2)는 발광부에 660nm의 적색 LED와 940nm의 적외선 LED가 구성되고, 수광부에는 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor)를 부착한 광 모듈(optic module)을 구성하여야 한다.Here, the measurement terminal E2 is composed of a red LED having a wavelength of 660 nm and an infrared LED having a wavelength of 940 nm, and an optical module having a photodiode and a photo transistor shall.

두 번째 방법은 반사형 타입으로 본체에 660nm의 적색 LED(D1)와 940nm의 적외선 LED(D2), 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor)(D3)가 구성하여 측정하는 것이다.The second method is a reflection type, which is composed of a 660 nm red LED (D1), a 940 nm infrared LED (D2), a photo diode and a photo transistor (D3).

도 3c는 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템을 이용한 혈압 추정을 위한 생체 신호 측정시의 화면 구성을 나타낸 것이다.FIG. 3c is a view showing a screen configuration when measuring a living body signal for blood pressure estimation using the wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention.

본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 화면에 수축기 혈압(F1), 이완기 혈압(F2), 맥박(F3)을 표시할 수 있다.The wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention can display systolic blood pressure (F1), diastolic blood pressure (F2), and pulse (F3) on the screen.

그리고 ECG 신호(G1) 및 PPG 신호(G2)의 변화 그래프를 표시할 수 있고, 이와 같은 표시 내용 및 표시 스타일은 디스플레이 모드 및 표시 내용 선택 버튼(H1)(H2)에 의해 변경되어 표시될 수 있다. It is also possible to display a change graph of the ECG signal G1 and the PPG signal G2 and such display content and display style can be changed and displayed by the display mode and the display content selection buttons H1 and H2 .

이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 본체에 WiFi 또는 블루투스 모듈을 구비하여 측정된 생체 신호 및 분석 결과 데이터를 외부의 서버로 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.The wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system according to the present invention may include a WiFi or Bluetooth module in the body, and may transmit the measured bio-signal and analysis result data to an external server.

이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템은 측정된 ECG 신호만을 이용하여 혈압을 추정할 수 있는데, ECG 신호의 정점(R파)의 시간 간격(R-R interval)을 측정하여 혈압을 추정하는 것도 가능하다.The wearable real-time blood pressure estimation monitoring system according to the present invention can estimate the blood pressure using only the measured ECG signal. The blood pressure can be estimated by measuring the time interval (RR interval) of the apex (R wave) of the ECG signal It is also possible.

또한, ECG 신호의 R-R interval 을 이용하여 흥분 상태와 안정 상태를 구분할 수 있으며, 고속 푸리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform) 기법을 적용하여 시간영역에서의 시계열(time series) 데이터를 주파수 영역의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD;Power Spectrum Density)로 변환하여 감정의 변화와 스트레스 여부의 진단을 할 수 있다.In addition, the RR interval of the ECG signal can be used to distinguish the excited state from the stable state. The time series data in the time domain can be divided into a power spectrum of the frequency domain by applying a Fast Fourier Transform (FFT) It can be converted into density (PSD: Power Spectrum Density) to diagnose emotional changes and stress.

이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 상세 구성을 설명하면 다음과 같다.The detailed construction of the wearable real-time blood pressure estimation and monitoring system according to the present invention will now be described.

도 4는 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 하드웨어 블록의 상세 구성도이다.4 is a detailed block diagram of a hardware block of a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system.

다중 생체신호 측정을 위한 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템의 하드웨어 블록은 크게 센서 모듈(20)과 게이트웨이 모듈(30)을 포함한다. The hardware block of the wearable real-time blood pressure estimation monitoring system for measuring multiple bio-signals includes a sensor module 20 and a gateway module 30.

여기서, 센서 모듈(20)은 신체에서 측정되는 생체신호를 처리하는 센서부(21)와, 센서부(21)에 의해 측정된 아날로그 신호를 양자화하여 디지털 신호로 변환하는 디지털 측정 시스템(22)과, 디지털 측정 시스템(22)에 의해 측정된 신호를 무선 전송하는 블루투스 통신부(23)를 포함한다.Here, the sensor module 20 includes a sensor unit 21 for processing biological signals measured in the body, a digital measurement system 22 for quantizing the analog signals measured by the sensor unit 21 and converting the quantized analog signals into digital signals, And a Bluetooth communication unit 23 for wirelessly transmitting the signal measured by the digital measurement system 22.

센서 모듈(20)은 다중 생체신호를 측정하기 위하여 ECG, PPG, SpO2 신호를 측정하고 이들을 신호처리한 후 블루투스(Bluetooth) 무선통신 방법으로 전송한다.The sensor module 20 measures ECG, PPG, and SpO 2 signals to measure multiple bio-signals, processes them, and transmits them through a Bluetooth wireless communication method.

ECG, PPG, SpO2 신호는 각각 고유의 특성인 주파수 범위 및 진폭,주파수 폭에 대한 이득(GB;Gain Bandwidth) 등이 다르기 때문에 별도로 신호처리를 하여야 한다. ECG, PPG, SpO2 신호들의 주요 특성은 표 1에서와 같다.Since the ECG, PPG, and SpO 2 signals have different characteristics such as frequency range and amplitude, and gain bandwidth (GB), they must be separately processed. The main characteristics of ECG, PPG and SpO 2 signals are shown in Table 1.

Figure 112013088440664-pat00002
Figure 112013088440664-pat00002

ECG의 경우 잡음을 감쇠시켜 주는 동상제거비(CMRR;Common Mode Rejection Ratio) 회로가 필요하며, SpO2는 적색 광원과 적외선 광원을 순차적으로 조사시켜 줄 수 있는 타이밍 회로가 필요하고, ECG의 경우 차동증폭(differential amplifier) 회로가 구비되어야 한다.For ECG statue rejection to attenuate the noise; required (CMRR Common Mode Rejection Ratio) circuit and, SpO 2 will need a timing circuit that can was irradiated with red light and infrared light sources one by one, and if the ECG differential amplifier (differential amplifier) circuit.

센서 모듈에 의해 획득된 생체신호들을 블루투스를 이용하여 게이트웨이로 전송한다. 게이트웨이 모듈에서는 블루투스 통신을 통해 생체신호들을 수신한 후 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 인터넷으로 전송한다.The biometric signals obtained by the sensor module are transmitted to the gateway using Bluetooth. The gateway module receives biometrics signals through Bluetooth communication, and then transmits them to the Internet using TCP / IP communication based on IPv4 or IPv6.

도 5는 ECG 신호를 측정하기 위한 센서 구성도이다.5 is a sensor configuration diagram for measuring an ECG signal.

ECG 신호는 인체의 여러 부위에 부착한 전극으로부터 발생되는 신호들간의 전위차를 검출하여 증폭하여야 한다. 이를 위하여 차동증폭기를 사용하여 ECG 신호를 획득할 수 있는 회로를 구성한다.The ECG signal should be amplified by detecting the potential difference between the signals generated from the electrodes attached to various parts of the human body. To this end, a circuit capable of acquiring an ECG signal is constructed using a differential amplifier.

본 발명에 따른 ECG 신호 획득 회로는 다음과 같은 특징이 있다.The ECG signal acquisition circuit according to the present invention has the following features.

첫째, ECG 신호에 혼입되어 입력되는 전원 잡음인 60Hz 잡음을 제거하기 위한 노치 필터(notch filter) 회로와 차동증폭기 입력전원인 ±15V 직류전압에 혼입된 리플(ripple) 잡음을 제거하기 위한 동상제거(CMRR; Common Mode rejection Ratio) 회로를 구비한다.First, a notch filter circuit for eliminating 60 Hz noise, which is a power supply noise mixed into the ECG signal, and a common mode rejection circuit for eliminating ripple noise mixed in a ± 15 V DC voltage, CMRR (Common Mode Rejection Ratio) circuit.

CMRR 회로는 참조 신호(reference signal)에 해당하는 오른쪽다리에서 측정된 신호(r(t))를 토대로 ECG 전극에 혼입된 잡음을 제거하는 역할을 한다.The CMRR circuit serves to remove noise mixed into the ECG electrode based on the signal r (t) measured at the right leg corresponding to the reference signal.

본 발명에 적용한 ECG 신호는 Lead Ⅱ 신호이므로 s(t)는 오른쪽 손목에 부착한 ECG 전극으로부터 획득된 신호이고, g(t)는 왼쪽 다리에 부착한 ECG 신호이고, r(t)는 접지 전극인 오른쪽 다리에 부착한 ECG 전극으로부터 획득된 신호이다.ECG signal is applied to the present invention because Lead Ⅱ signal s (t) is a signal obtained from the ECG electrodes attached to the right wrist, g (t) is the ECG signal attached to the left leg, r (t) is the ground electrode Which is obtained from an ECG electrode attached to the right leg.

둘째, ECG 전극들 간의 전위차를 보다 정확하게 검출하기 위하여 차동증폭기를 포함시켜 회로를 구성한다. ECG 신호를 보다 정확하게 획득하기 위해서는 높은 CMRR 비율과 높은 입력 임피던스를 지니도록 하여야 한다Second, a circuit is constructed by including a differential amplifier in order to more accurately detect the potential difference between the ECG electrodes. To obtain the ECG signal more accurately, it should have a high CMRR ratio and high input impedance

본 발명의 실시 예에서는 10배로 증폭되도록 차동증폭 회로를 설계하는데, 저전력에서 구동하며, CMRR은 120 dB, 입력 임피던스(10 GΩ과 2 pF이 병렬)가 비교적 높아 ECG 신호를 측정 시 잡음을 최소화할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.In the embodiment of the present invention, the differential amplifier circuit is designed to be amplified 10 times, and it is driven at a low power, and the CMRR is 120 dB and the input impedance (10 GΩ and 2 pF in parallel) It is desirable to design it.

셋째, 차동증폭 회로와 CMRR 회로를 거친 ECG 신호를 표 1에서 언급한 ECG 신호의 특성에 적합하도록 회로를 구성하기 위하여 0.1Hz 이상의 신호를 통과시켜주는 고역통과필터와 50 Hz 이하의 신호를 통과시켜주는 저역통과필터를 거치도록 설계한다.Third, in order to configure the ECG signal through the differential amplification circuit and the CMRR circuit to meet the characteristics of the ECG signal mentioned in Table 1, a high-pass filter for passing a signal of 0.1 Hz or higher and a signal of 50 Hz or less are passed Is designed to pass through a low-pass filter.

넷째, 고역통과필터와 저역통과필터를 거친 ECG 신호를 100 배의 증폭하여 ADC(analog to digital convertor)로 전달되도록 한다.Fourth, the ECG signal passed through the high-pass filter and the low-pass filter is amplified 100 times and transmitted to the ADC (analog to digital converter).

따라서, 이와 같은 일련의 과정에 의하여 ECG 센서 모듈에서 ECG 신호의 전체 증폭비는 차동증폭기에서 10 배 증폭한 후 연산증폭기에서 100배 증폭되기 때문에 총 1,000 배로 증폭되며, 최종 GB는 40 dB가 되도록 구성한다.Therefore, the total amplification ratio of the ECG signal in the ECG sensor module is amplified 10 times in the differential amplifier and then amplified 100 times in the operational amplifier by the series of processes, so that it is amplified 1,000 times in total, and the final GB is configured to be 40 dB do.

그리고 도 6은 PPG 센서 모듈의 구성도이다.And Fig. 6 is a configuration diagram of the PPG sensor module.

PPG 신호를 측정하기 위하여 사용한 센서는 PPG와 SpO2를 동시에 측정할 수 있는 센서이며, 발광부는 940nm의 파장을 가진 적외선 LED와 660nm의 파장을 가진 적색 LED가 포함되어 있고, 수광부에는 포토 다이오드가 내장되어 있다.The sensor used to measure the PPG signal is a sensor capable of simultaneously measuring PPG and SpO 2. The light emitting part includes an infrared LED having a wavelength of 940 nm and a red LED having a wavelength of 660 nm. A photodiode .

PPG 신호는 오른쪽 손가락에 부착한 TP320 센서에서 적색 광 신호만 연속적으로 발광시키도록 광 다이오드로 검출하면 된다.The PPG signal can be detected by the photodiode so that only the red light signal is continuously emitted from the TP320 sensor attached to the right finger.

TP320 센서에 의해 검출된 PPG 신호를 전압이득이 10 배가 되도록 연산증폭기 회로가 구성되고, 증폭된 신호는 0.1Hz 이상의 신호를 통과시켜주는 고역통과필터로 전달된 후 12Hz 이하의 신호를 통과시켜주는 저역통과필터를 거치도록 구성된다.An operational amplifier circuit is constructed so that the PPG signal detected by the TP320 sensor is 10 times as high as the voltage gain. The amplified signal is transmitted to a high-pass filter which passes a signal of 0.1 Hz or more, Pass filter.

필터를 거친 신호는 다시 한번 연산증폭기를 통해 신호의 극성이 반전 (inverting)되어 PPG 신호가 검출된다. 두 번째 연산증폭기를 통해 전압이득이 50 배가 되도록 연산증폭기 회로를 설계하였기 때문에 PPG 센서 모듈의 전체 전압이득은 총 500배 증폭되며, 최종 GB는 25dB가 되도록 구성된다.The filtered signal is again inverted through the op amp to detect the PPG signal. Since the operational amplifier circuit is designed so that the voltage gain is 50 times through the second operational amplifier, the total voltage gain of the PPG sensor module is amplified 500 times in total, and the final GB is configured to be 25 dB.

이와 같은 과정에 의해 획득된 PPG 신호 P(t)는 직류성분과 교류성분이 공존하기 때문에 필요한 PPG 신호를 획득하기 위해서는 직류성분은 제거하고 교류성분만 추출하여야 한다. 이를 위해 신호 P(t)에서 교류성분만 추출할 수 있는 AC 커플링 회로를 구성한다.Since the direct current component and the ac component coexist in the PPG signal P (t) obtained by the above process, in order to obtain the necessary PPG signal, the DC component should be removed and only the AC component should be extracted. To this end, an AC coupling circuit is formed which can extract only the AC component from the signal P (t) .

그리고 도 7은 SpO2 센서 모듈의 구성도이다.And Fig. 7 is a configuration diagram of the SpO 2 sensor module.

SpO2 신호를 측정하기 위해서는 타이밍 회로(timing circuit)가 필요하다. A timing circuit is required to measure the SpO 2 signal.

이 회로는 660nm 파장을 가진 적색 광과 940nm 파장의 적외선 광을 한 주기씩 순차적으로 발광시켜 인체의 말초혈관 부위에 조사한 후 인체를 투과한 광량이 포토 다이오드에 의해 검출되도록 구성한 회로이다.In this circuit, red light having a wavelength of 660 nm and infrared light having a wavelength of 940 nm are sequentially emitted one at a time and irradiated to peripheral blood vessels of a human body, and then the amount of light transmitted through the human body is detected by a photodiode.

타이밍 회로를 통과한 SpO2 신호는 첫 번째 연산증폭기에 의해 전압 이득이 10 배가 되도록 증폭하고, 증폭된 신호는 0.1 Hz 이상의 신호를 통과시켜 주는 고역통과필터와 20 Hz 이하의 신호를 통과시켜 주는 저역통과필터를 거치도록 구성한다.The SpO 2 signal passed through the timing circuit is amplified by the first operational amplifier so that the voltage gain is 10 times. The amplified signal is passed through a high-pass filter for passing a signal of 0.1 Hz or higher and a low- Pass filter.

그 후 연산증폭기를 통해 전압이득이 50 배가 되도록 증폭하였기 때문에 최종적으로 총 500 배로 증폭되며, 최종 GB는 25 dB가 되도록 구성한다.Since the voltage gain is amplified 50 times through the operational amplifier, it is finally amplified to 500 times, and the final GB is configured to be 25 dB.

일반적으로 적색 광과 적외선 광에 의해 나타나는 직류성분의 크기는 서로 비슷하다. 하지만 헤모글로빈 내의 산소 함유량에 따라 달라지는 교류성분은 차이를 나타낸다.Generally, the magnitudes of the DC components represented by the red light and the infrared light are similar to each other. However, the ac component, which depends on the oxygen content in the hemoglobin, is different.

HbO2의 경우 적색 광에 의한 흡수율은 낮게 나타나나, 적외선 광에 의한 흡수율은 상대적으로 높게 나타나며 건강한 사람의 경우 대개 100%에 가까운 98~99% 사이로 관찰된다.In the case of HbO 2 , the absorptance by red light is low, but the absorptivity by infrared light is relatively high. In healthy people, it is usually between 98% and 99%, which is close to 100%.

그리고 도 8은 다중 생체신호를 모니터링 하기 위한 소프트웨어 모듈의 구성도이다.And FIG. 8 is a configuration diagram of a software module for monitoring multiple bio-signals.

다중 생체신호를 모니터링 하기 위한 소프트웨어 모듈은 첫째, PC 기반의 모니터링 시스템(70)이고, 두 번째는 스마트폰 환경에서 동작하는 스마트폰 기반 모니터링 시스템(71), 세 번째는 대용량 데이터 처리가 가능한 웹 기반의 모니터링 시스템(72)이며, 마지막으로 IPv4와 IPv6 환경을 동시에 지원하게 해주는 듀얼 스택 드라이버(Dual stack driver)(73)로 구분하여 구성한다.The software module for monitoring the multiple bio-signals is firstly a PC-based monitoring system 70, the second is a smartphone-based monitoring system 71 operating in a smartphone environment, the third is a web- And a dual stack driver 73 for supporting IPv4 and IPv6 environments at the same time.

도 9a는 PC 기반의 모니터링 시스템 세부 구성도이다.9A is a detailed configuration diagram of a PC-based monitoring system.

PC 기반의 모니터링 시스템은 신호 모니터링을 위한 신호 모니터링부, 신호 처리를 위한 신호 처리부, 신호 분석 및 알람을 위한 검출부로 구성되고, 1개의 채널로부터 전달되는 데이터 크기는 16 bit이다. The PC-based monitoring system consists of a signal monitoring unit for signal monitoring, a signal processing unit for signal processing, and a detection unit for signal analysis and alarm, and the data size transmitted from one channel is 16 bits.

ADC의 데이터 크기는 12 bit이고, 나머지 4 bit는 각 채널에 대한 정보를 포함하고 있다. 이 채널 정보를 통해 ECG, PPG, SpO2 신호를 구분할 수 있도록 구성한다.The data size of the ADC is 12 bits, and the remaining 4 bits contain information about each channel. The ECG, PPG, and SpO 2 signals can be distinguished through the channel information.

ECG, PPG, SpO2 신호의 화면 출력은 2초 동안의 데이터를 한 번에 나타내도록 구성하고, 화면 출력과 동시에 텍스트 파일에 실시간으로 저장되도록 한다.The screen output of the ECG, PPG, and SpO 2 signals is configured to display data for two seconds at a time, and is stored in a text file in real time simultaneously with the screen output.

본 발명에서는 다중 생체신호 분석을 위하여 크게 두 가지 신호처리 과정으로 구분한다.In the present invention, there are roughly two signal processing processes for analyzing multiple bio-signals.

첫 번째 신호처리 과정은 FFT(Fast Fourier Transform) 과정이다.The first signal processing process is an FFT (Fast Fourier Transform) process.

일반적으로 대부분의 생체신호들은 시간영역에서 시계열(time series) 형태로 연속된 아날로그 신호로 이루어져 있다. 이러한 시계열 데이터만을 분석할 경우 진단에 활용할 수 있는 파라미터의 추출이 용이하지 않다. 따라서, 시간영역에서의 시계열 데이터를 주파수 영역(frequency domain)으로 변환하여 진단에 활용할 수 있는 보다 많은 파라미터 및 정보를 추출하고 있다.Generally, most of the biological signals consist of a series of analog signals in a time series in the time domain. When analyzing only the time series data, it is not easy to extract the parameters that can be used for diagnosis. Therefore, time series data in the time domain is converted into a frequency domain to extract more parameters and information that can be used for diagnosis.

PC 기반용 소프트웨어에서는 FFT 기법을 적용하여 다중 생체신호의 획득 시스템의 검증 및 모니터링을 실시간으로 처리할 수 있도록 최적화한다.In the PC-based software, the FFT technique is applied to optimize the verification and monitoring of the multi-bio signal acquisition system in real time.

두 번째 신호처리 과정으로 유한 임펄스 응답(FIR; Finite Impulse Response)을 적용한다.A finite impulse response (FIR) is applied to the second signal processing.

FIR은 소프트웨어로 구현할 수 있는 디지털 필터로서 하드웨어 상에서 구현되는 아날로그 필터의 단점을 효과적으로 보완할 수 있기 하드웨어 필터에 비해 높은 성능을 나타낼 수 있다.FIR is a digital filter that can be implemented in software. It can effectively compensate for the disadvantages of analog filters implemented in hardware, and it can exhibit higher performance than hardware filters.

따라서, 본 발명에 따른 PC 기반용 소프트웨어에서는 FIR 필터를 적용하여 다중 생체신호의 획득 시스템의 검증 및 모니터링을 실시간으로 처리할 수 있도록 최적화한다.Therefore, in the PC-based software according to the present invention, the FIR filter is applied to optimize the verification and monitoring of the multi-bio signal acquisition system in real time.

그리고 스마트폰 기반의 모니터링 시스템(71)은 PC 기반의 모니터링 시스템(70)과 유사한 특성을 지니나, 다중 생체신호를 저장하는 모듈을 생략하여 구성할 수 있다.The smartphone-based monitoring system 71 has similar characteristics to the PC-based monitoring system 70, but can be configured by omitting a module for storing multiple biological signals.

이는 시간에 따라 연속적으로 변화하는 생체신호의 데이터 용량은 대용량이기 때문에 스마트폰에 저장하기에는 무리가 따르기 때문이다.This is because the data capacity of the continuously changing bio-signals according to time is large, and therefore it is difficult to store them in a smart phone.

또한, 실시간 FFT 기능을 제외하고 구성할 수 있는데, 이는 실시간 FFT 기능을 포함할 경우 스마트폰에서 시스템이 다운되는 현상이 자주 발생하기 때문이다. In addition, the real-time FFT function can be excluded, because if the real-time FFT function is included, the system often goes down in the smartphone.

따라서, 실시간 FFT 기능은 제외하고 FIR 기능만 수행하도록 구성하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to configure to perform only the FIR function except the real-time FFT function.

그리고 도 9b는 웹 기반의 모니터링 시스템의 구성도이다.And FIG. 9B is a configuration diagram of a web-based monitoring system.

웹 기반의 모니터링 시스템은 서버 플랫폼, 파일 프로세싱부,실시간 분석부를 포함한다.The web-based monitoring system includes a server platform, a file processing unit, and a real-time analysis unit.

서버 환경을 대용량 데이터 분석에 적합하도록 웹 서버 및 데이터베이스 서버를 구축하는 것이 바람직하다.It is desirable to construct a Web server and a database server so that the server environment is suitable for large-scale data analysis.

웹 서버로는 이벤트 지향 비동기식 API를 지원해 주는 이벤트 기반의 분산 웹 서버(Distributed Web Server)를 사용하여 구축한다.The web server is built using an event-based distributed web server that supports event-oriented asynchronous API.

웹 기반의 모니터링 시스템은 ECG, PPG, SpO2 신호의 화면 출력을 1초에 한 번씩 업데이트 하도록 구성하고, 화면 출력과 동시에 생체 신호 정보들을 데이터베이스 서버에 저장되도록 구성한다.The web-based monitoring system is configured to update the screen output of the ECG, PPG, and SpO 2 signals once a second, and to configure the biometric signal information to be stored in the database server simultaneously with the screen output.

도 10은 IPv4/IPv6 듀얼 스택 드라이버의 동작을 나타낸 플로우 차트이다.10 is a flowchart showing the operation of the IPv4 / IPv6 dual stack driver.

IPv4/IPv6 듀얼 스택 드라이버는 3 단계의, 초기화(S1001), 자동 구성(S1002), 루프백(S1003) 단계를 수행한다.The IPv4 / IPv6 dual stack driver performs three steps of initialization (S1001), automatic configuration (S1002), and loopback (S1003).

도 11은 듀얼 스택 드라이버 구동을 위한 초기화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.11 is a flowchart showing an initialization process for driving the dual stack driver.

IPv4/IPv6 듀얼 스택 드라이버의 초기화 과정은 IPv4 환경에 속하고 있는지 IPv6 환경에 속하고 있는지를 체크하여(S1101), 주소 등록(S1102), SPI(Serial to Peripheral Interface) 초기화(S1103), H/W reset 과정(S1104) 등 중요한 동작들을 포함하고 있다.The initialization process of the IPv4 / IPv6 dual stack driver checks whether it belongs to the IPv4 environment or the IPv6 environment (S1101), registers the address (S1102), initializes the SPI (Serial to Peripheral Interface) (S1103) and a reset process (S1104).

이들 중 SPI 초기화 과정과 H/W 리셋 과정은 소켓 통신이 끝날 때마다wizCheckCmdCmplth() 함수를 반복적으로 호출하여 수행하도록 한다.Among them, SPI initialization process and H / W reset process are performed by repeatedly calling wizCheckCmdCmplth () function at the end of each socket communication.

왜냐하면, SPI 통신에서 사용되는 버퍼와 소켓 통신을 위해 사용하였던 메모리들을 초기화하는 과정이 포함되어 있기 때문이다. This is because the buffer used for SPI communication and the memory used for socket communication are initialized.

도 12는 자동 구성 과정을 나타낸 플로우 차트이다.12 is a flowchart showing an automatic configuration process.

앞서 설명한 wizCheckCmdCmplth() 함수는 H/W reset 이후 IPv6와 IPv4에 대한 자동 구성(Auto-configuration) 과정을 포함하고 있으며, 이들에 관하여 설명하면 다음과 같다.The wizCheckCmdCmplth () function described above includes an auto-configuration process for IPv6 and IPv4 after H / W reset.

먼저, IPv4 환경에 속하고 있는지 IPv6 환경에 속하고 있는지를 탐색한 후 만약 IPv6 주소가 할당되지 않은 상태라면, 기본적으로 IPv4 환경에서 동작하도록 한다.(S1201)First, if the IPv6 address is not assigned after searching for whether it belongs to the IPv4 environment or the IPv6 environment, it is basically operated in the IPv4 environment (S1201)

다음으로, IPv6 환경에 속해 있다면 수동으로 IPv6 주소가 할당되어 있는지 자동으로 IPv6 주소를 할당받을 것인지를 판단한다.(S1202)Next, if it is in the IPv6 environment, it is determined whether the IPv6 address is manually assigned or whether an IPv6 address is automatically assigned (S1202)

만약, 수동 IPv6 주소일 경우에는 이를 즉시 반영하여 Main 함수로 진입한다.(S1203)If it is a manual IPv6 address, it immediately reflects this and enters the Main function (S1203)

그러나 IPv6 주소가 수동으로 할당되지 않았다면, Link-local address를 할당한다.(S1204)However, if the IPv6 address is not manually assigned, a Link-local address is assigned (S1204)

Link-local address는 상위64 bit의 Link-local Prefix와 인터페이스 아이디를 포함하고 있는 하위 64 bit를 결합한 주소이며, 이 주소를 할당한 후 Duplicate Address Detection(DAD)를 수행한다.The link-local address combines the lower 64 bits of the link-local prefix of the upper 64 bits and the lower 64 bits containing the interface ID, and performs the Duplicate Address Detection (DAD) after allocating the address.

DAD를 수행하기 위한 첫 번째 과정은 NS(Neighbor Solicitation) 패킷을 송신하는 것이다.(S1205) The first process for performing the DAD is to transmit a NS (Neighbor Solicitation) packet (S1205)

이후 NA(Neighbor Advertisement) 패킷을 수신하면(S1206) 주변에 같은 주소를 사용하는 주소가 존재한다는 의미이므로 다시 새로운 주소를 생성해서 같은 과정을 반복한다.When receiving an NA (Neighbor Advertisement) packet (S1206), it means that there is an address using the same address in the vicinity, so a new address is generated again and the same process is repeated.

만약, 100ms 안에서 NA 패킷 수신이 없다면, RS(Router Solicitation) 패킷을 송신하고(S1207), RA(Router Advertisement) 패킷을 수신을 기다린다.(S1208)If there is no NA packet reception within 100 ms, a Router Solicitation (RS) packet is transmitted (S1207) and a RA (Router Advertisement) packet is received (S1208)

RA 패킷을 받는 의미는 Global IPv6 Address의 외부 연결하기 위한 상위 64 bit의 Prefix 주소를 받는 과정이다.The meaning of receiving the RA packet is the process of receiving the upper 64 bits of the prefix address for external connection of the global IPv6 address.

이 과정에서 외부 통신이 가능한 Global IPv6 Address를 라우터로부터 상위 64 bit 주소를 다시 할당 받음으로써 Full IPv6 address를 할당받게 된다.In this process, a global IPv6 address that is capable of external communication is allocated to the full IPv6 address by reallocating the upper 64 bit address from the router.

이때 RA 패킷을 수신하지 못하면 내부 통신이 가능한 Link Local address만으로 동작하도록 한다. Global IPv6 Address를 할당받은 후(S1209) 100 ms 내에 다시 DAD 과정을 수행한다.At this time, if RA packet is not received, it is operated only by the link local address which can communicate internally. After the global IPv6 address is allocated (S1209), the DAD process is performed again within 100 ms.

이는 NS 패킷을 송신한 후(S1210) NA 패킷이 수신되지 않으면(S1211), 주변에 같은 주소를 사용하는 노드가 없다는 것으로 판단하여 Main 함수로 진입하도록 하기 위함이다.If the NA packet is not received (S1211) after transmitting the NS packet (S1210), it is determined that there is no node using the same address in the vicinity and the main function is entered.

이러한 일련의 과정이 모두 완료되면 IPv4 또는 IPv6 주소가 모두 할당되어 있다는 것을 핑 테스트(Ping test)를 통한 핑 응답(Ping reply)으로 확인할 수 있다.When all of the above procedures are completed, it is confirmed that all the IPv4 or IPv6 addresses are allocated by a ping reply through a ping test.

마지막으로 명령어 실행 확인 함수를 이용하여 자동 구성(Configuration)이 끝남을 확인할 수 있다.Finally, you can confirm that the configuration is completed by using the command execution confirmation function.

도 13은 루프백을 위한 UDP 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트이다.13 is a flowchart showing an operation procedure of the UDP mode for loopback.

게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈이 원활한 소켓 통신을 하기 위해서는 추가적인 설정들이 필요하다.The IPv4 / IPv6 module used in the gateway requires additional settings for smooth socket communication.

그 중 대표적인 설정이 IPv4/IPv6 모듈이 서버모드(Server mode)로 동작할 것인지 클라이언트 모드(Client mode)로 동작할 것인지를 자동으로 설정하는 과정이다.A typical setting is a process of automatically setting whether the IPv4 / IPv6 module operates in a server mode or a client mode.

IPv4/IPv6 모듈은 소켓 통신을 위해 스스로 서버가 될 것인지 클라이언트가 될 것인지를 선택하여야 한다.The IPv4 / IPv6 module should choose whether to be a server or a client for socket communication.

선택된 모드에 따라 동작하는 방식이 달라지기 때문에 이를 선택하는 것은 매우 중요한 단계이다. 따라서, Main 함수 내에 3가지 경우의 Loopback 모드를 구성한다.Choosing it is a very important step because it depends on the mode selected. Therefore, three types of loopback modes are configured in the Main function.

이 Loopback은 어떤 모드로 동작할지를 결정하기 위해 무한히 반복하며 수행하면서, 수신 또는 송신되는 패킷의 상태에 적합하게 동작 모드를 결정하게 된다.The Loopback performs an infinite repetition to determine which mode to operate and determines the mode of operation appropriate to the state of the packet being received or transmitted.

Loopback 모드는 3가지 모드 즉, UDP loopback 모드, TCP server loopback 모드, TCP client loopback 모드로 구분하여 수행된다.Loopback mode is divided into three modes: UDP loopback mode, TCP server loopback mode, and TCP client loopback mode.

먼저, UDP 소켓을 Open한 후 수신 모드로 동작할 것인지 송신 모드로 동작할 것인지를 결정한다.(S1301)First, after opening the UDP socket, it is determined whether to operate in the reception mode or the transmission mode (S1301)

이때, wizGetSocketStatus() 함수를 이용하면 UDP의 상태를 확인할 수 있다. At this time, you can check the status of UDP by using wizGetSocketStatus () function.

수신 모드와 송신 모드는 항상 내부적으로 소켓 상태가 UDP_OPENED인가를 확인하여야 한다.The receiving mode and the sending mode should always check internally that the socket state is UDP_OPENED.

다음으로, 수신 모드일 때는 수신 데이터의 크기를 반환하여(S1302) 0보다 큰지를 확인하여야 한다.(S1303)Next, in the reception mode, the size of the received data is returned (S1302) and it is confirmed whether it is larger than 0. (S1303)

이때, 데이터 크기가 0보다 크다면 해당 데이터를 읽어 들인다.(S1304)At this time, if the data size is larger than 0, the corresponding data is read (S1304)

마지막으로, 송신 모드일 경우에는 게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈에서 Destination의 IP address와 port를 read한 후(S1305) Destination의 IP address와 port를 듀얼 스택 드라이버의 레지스터에 저장하여야 한다.(S1306)Finally, in the transmission mode, the IP address and port of the destination are read from the IPv4 / IPv6 module used in the gateway (S1305), and the IP address and port of the destination are stored in the register of the dual stack driver (S1306)

그리고 수신 모드와 마찬가지로 내부적으로 소켓상태가 UDP_OPENED 인가를 확인하고 버퍼 크기를 체크 한 후(S1307) 전송하고자 하는 데이터를 UDP_Send() 함수를 이용하여 Destination에 전송하도록 하였다.(S1308)Then, it is checked whether the socket state is UDP_OPENED internally as in the reception mode and the buffer size is checked (S1307), and the data to be transmitted is transmitted to the destination using the UDP_Send () function (S1308)

도 14는 루프백을 위한 TCP 서버 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트이다.14 is a flowchart showing an operation procedure of the TCP server mode for loopback.

UDP 모드를 수행한 후 다음으로 살펴볼 동작 모드는 TCP 통신을 기반으로 할 경우, TCP Server 모드와 TCP Client 모드에서 동작하는 경우이다.After performing UDP mode, the operation mode to be examined next is a case of operating in TCP Server mode and TCP Client mode when it is based on TCP communication.

TCP Server 모드일 경우, UDP 모드와 달리 TCP server 모드에서는 수신하였을 때 반드시 ACK를 전송하여야 하는 과정을 거쳐야 한다.In case of TCP server mode, unlike UDP mode, ACK must be transmitted in TCP server mode.

TCP Server mode의 동작 과정에 대한 과정은 도 14에서와 같다.The operation procedure of the TCP Server mode is shown in FIG.

먼저, TCP socket를 Open한 후 Client의 connect를 기다린다.(S1401)First, after the TCP socket is opened, the connection of the client is waited for (S1401)

이때, TCP 소켓의 상태는 Listen 상태로 변경한다.(S1402)At this time, the state of the TCP socket is changed to the Listen state (S1402)

Listen 상태에 대한 값은 wizGetSocketStatus() 함수를 이용하여 확인하면 TCP_LISTEN(0x01)의 값을 확인할 수 있다.The value of the Listen state can be checked by checking the value of TCP_LISTEN (0x01) by using wizGetSocketStatus () function.

다음으로, TCP의 상태가 정상적으로 Listen 상태가 된 후에는 TCP client가 송신한 SYN 패킷을 기다리는 상태를 유지한다.(S1404)Next, after the TCP state is normally set to the Listen state, the TCP client maintains a state of waiting for the SYN packet transmitted (S1404)

만약 게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈이 TCP Listen 상태에서 TCP client로부터 SYN를 정상적으로 수신하면 자동적으로 Client에게 SYN-ACK를 송신함과 동시에 Client로부터 ACK의 수신을 기다린다.(S1403)(S1404)If the IPv4 / IPv6 module used in the gateway receives the SYN from the TCP client normally in the TCP listen state, it automatically sends the SYN-ACK to the client and waits for reception of the ACK from the client (S1403)

이러한 방식으로 Three-way handshaking이 완료되면 TCP의 상태가 LISTEN 상태에서 TCP_ESTABLISHED로 업데이트 된다.(S1405)When the three-way handshaking is completed in this manner, the state of the TCP is updated from LISTEN to TCP_ESTABLISHED (S1405)

이때, IS_CONNECTED() 함수를 이용하면 현재 상태가 TCP_ESTABLISHED인지를 확인할 수 있다.At this time, the IS_CONNECTED () function can be used to check whether the current state is TCP_ESTABLISHED.

마지막으로, 내부적으로 소켓 상태가 TCP_ESTABLISHED인가를 확인한 후 수신 데이터 크기가 0보다 큰지 확인한다.(S1406) 수신 데이터 크기가 0보다 큰 경우 게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈은 MCU로부터 데이터를 읽는다.(S1407)Finally, after confirming internally that the socket state is TCP_ESTABLISHED, it is checked whether the received data size is larger than 0. (S1406) If the received data size is larger than 0, the IPv4 / IPv6 module used in the gateway reads data from the MCU. S1407)

그리고 게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈로부터 읽은 데이터를 wizTCPSend() 함수를 이용하여 Destination에 데이터를 전송하게 된다.(S1408) 이 후 다시 TCP 상태는 Listen 상태로 복귀하게 된다.Then, the data read from the IPv4 / IPv6 module used in the gateway is transmitted to the destination using the wizTCPSend () function (S1408), and then the TCP state is returned to the listen state again.

도 15는 루프백을 위한 TCP 클라이언트 모드의 동작 순서를 나타낸 플로우 차트이다.15 is a flowchart showing an operation procedure of the TCP client mode for loopback.

UDP 모드를 수행한 후 마지막으로 살펴볼 동작 모드는 TCP 통신 기반 TCP Client 모드이다.The last mode of operation after UDP mode is TCP communication based TCP Client mode.

TCP client mode의 동작 과정은 도 15에서와 같이, 먼저, TCP 소켓을 Open한 후 Server에 연결하기 위해 SYN 패킷을 송신한다.(S1501)In the operation of the TCP client mode, as shown in FIG. 15, after opening a TCP socket, a SYN packet is transmitted to connect to a server (S1501)

이때 SYN 패킷은 최대 3번만 전송하며, 3번 이내에 서버로 부터 응답(SYN-ACK)이 없으면, Time-out으로 인하여 TCP의 상태를 Closed로 변경한다.(S1507)At this time, the SYN packet is transmitted only a maximum of 3 times, and if there is no response (SYN-ACK) from the server within 3 times, the TCP state is changed to Closed due to time-out (S1507)

다음으로, 만일 SYN 패킷에 대한 응답을 수신하게 되면(S1502) 내부적으로 ACK를 서버에 전송하고(S1503) TCP 상태를 TCP_ESTABLISHED로 변경한다.(S1504)Next, if a response to the SYN packet is received (S1502), an ACK is internally transmitted to the server (S1503) and the TCP state is changed to TCP_ESTABLISHED (S1504)

마지막으로, Three-way handshaking이 완료되면 상태가 TCP_ESTABLISHED로 자동으로 업데이트 된다. 내부적으로 소켓 상태가 TCP_ESTABLISHED인가를 확인하고, 수신 데이터의 크기가 0보다 큰지를 확인한다.(S1505)Finally, when the three-way handshaking is complete, the status is automatically updated to TCP_ESTABLISHED. Internally, it is confirmed that the socket state is TCP_ESTABLISHED, and it is confirmed whether the size of the received data is larger than 0. (S1505)

수신 데이터의 크기가 0보다 클 경우 게이트웨이에 사용된 IPv4/IPv6 모듈에서 데이터를 읽은 후 MCU에게 전달한다.(S1506)If the size of the received data is larger than 0, the data is read from the IPv4 / IPv6 module used in the gateway and is transmitted to the MCU (S1506)

그리고 도 16은 본 발명에 따른 실시간 PTT 산출을 위한 플로우 차트이다.And FIG. 16 is a flowchart for real time PTT calculation according to the present invention.

먼저, ECG 및 PPG 신호로부터 정점 분석(Peak Analysis)에 사용되는 임계값을 설정하기 위해 3 초간 기다린다. 3 초가 지난 후에는 Moving window size를 200으로 설정하여 ECG 데이터를 200 개 단위로 구분한다.(S1601)First, wait for 3 seconds to set the threshold used for peak analysis from the ECG and PPG signals. After 3 seconds have elapsed, the moving window size is set to 200 to divide the ECG data into 200 units (S1601)

구분된 데이터들은 정점 분석(Peak Analysis) 알고리즘에 의해 첫 번째 피크값을 산출한다.(S1602)The divided data is calculated by a peak analysis algorithm (S1602)

일반적으로 ECG 신호의 경우 QRS 군이 지속되는 시간이 0.08초에서 0.12 초 사이다. 그렇기 때문에 ECG 데이터에서 피크값을 나타내는 R파의 경우 QRS 군이 지속되는 구간 내에 반드시 존재한다.Generally, the duration of the QRS group for ECG signals is 0.08 to 0.12 seconds. Therefore, in the case of the R wave representing the peak value in the ECG data, the QRS group always exists in the interval in which the QRS group continues.

ADC 샘플링 주파수는 512Hz 이기 때문에 약 51개의 샘플링 데이터가 0.1초에 해당하는 구간이다.Since the ADC sampling frequency is 512Hz, about 51 sampling data corresponds to 0.1 second.

따라서, 시작점을 Max값으로 설정을 한 후, 다음 50개의 샘플 데이터를 비교하여 가장 큰 값을 Peak Point로 변환한다.Therefore, after setting the starting point to the Max value, the next 50 sample data are compared and the largest value is converted to the peak point.

하지만, 50개의 샘플링 구간중 R파가 존재하지 않을 경우가 발생하여 최초 3초 동안의 ECG 데이터의 평균값을 임계값으로 설정하여 Start Point가 이값보다 큰 경우에만 유사 코드(Pseudo code)와 같이 동작하도록 구성한다.However, when there is no R wave among 50 sampling periods, the average value of the ECG data for the first 3 seconds is set as a threshold value, and only when the start point is larger than this value, it operates like a pseudo code .

이와 같은 동작으로 Positive Peak 지점을 추출하였으며, 같은 방식을 적용하여 Negative Peak 지점도 추출한다.Positive peak points are extracted by this operation, and negative peak points are also extracted by applying the same method.

두 번째, 상기 첫 번째 과정을 수행하여 첫 번째 Peak 값을 추출한 후 동일한 방법을 적용하여 다음 Peak 값을 연속해서 추출하였으며(S1603), 추출된 시간 정보 (t1 , t2)를 저장한다.(S1604)Second, the first peak value is extracted, and then the next peak value is successively extracted by applying the same method (S1603), and the extracted time information ( t1 , t2 ) is stored (S1604)

그리고 저장된 시간 정보를 통해 두 Peak 지점의 시간 차 (t2 - t1)를 계산하였다. 이와 같이 산출된 시간 차가 ECG 신호의 R-R interval 정보이다.The time difference ( t2 - t1 ) between the two peak points was calculated from the stored time information. The calculated time difference is the RR interval information of the ECG signal.

세 번째, 두 번째 과정에 의해 산출된 ECG의 R-R interval 만큼의 샘플링 데이터 수를 파악하여 PPG 신호의 Moving window size에 반영한다.(S1605)The number of sampling data corresponding to the R-R interval of the ECG calculated in the third and the second steps is obtained and reflected in the moving window size of the PPG signal (S1605).

PTT는 ECG 파형의 R Peak 이후 말초혈관에서 측정된 PPG의 Peak까지의 시간 차이다. 따라서, 첫 번째 ECG 신호의 R Peak와 두 번째 ECG 신호의 R Peak 사이에 반드시 하나의 PPG 신호의 Peak가 존재한다.PTT is the time difference from the Peak of the PPG measured in the peripheral blood vessels after the R peak of the ECG waveform. Therefore, there is a peak of one PPG signal between R peak of the first ECG signal and R peak of the second ECG signal.

네 번째, ECG 데이터의 R-R interval 사이에 존재하는 PPG 데이터의 Negative Peak와 Positive Peak 지점을 Peak Analysis를 이용하여 시간 정보 (TN)와 (TP)로 각각 추출한다.(S1606)Fourth, the negative peak and the positive peak point of the PPG data existing between the RR intervals of the ECG data are extracted as time information ( TN ) and ( TP ) using peak analysis, respectively (S1606)

이 두 지점의 평균 값을 환산하여 시간 정보(T1)를 추출한다.And extracts the time information T1 by converting the average value of these two points.

다섯 째, 첫 번째 ECG의 Peak 지점의 시간 정보인 (t1)과 PPG 신호의 S점과 P점의 중간 지점의 시간 정보 T1 =( TN + TP )/2을 이용하여 첫 번째 PTT 시간 정보인 PTT = (T1- t1)를 산출한다.(S1607)Fifth, the first PTT time information ( t1 ), which is the time information of the peak point of the first ECG and the time information T1 = ( TN + TP ) / 2 of the midpoint between the points S and P of the PPG signal, = ( T1 - t1 ) (S1607)

여섯 째, 상기와 같은 일련의 과정을 측정하고자 하는 ECG 신호의 마지막 지점까지 연속적으로 수행하여 PTT를 산출한다.(S1608)Sixth, the above sequence of steps is continuously performed up to the last point of the ECG signal to be measured to calculate the PTT (S1608)

그리고 도 17은 본 발명에 따른 실시간 수축기 혈압 추정을 위한 플로우 차트이다.And FIG. 17 is a flowchart for real-time systolic blood pressure estimation according to the present invention.

본 발명에서는 센서 모듈로부터 획득한 ECG, SpO2 신호와 PTT 산출 알고리즘에 의해 산출된 PTT를 사용하여 실시간으로 수축기 혈압을 추정할 수 있는 알고리즘을 제안한다.In the present invention, an algorithm that can estimate the systolic blood pressure in real time using the ECG and SpO 2 signals acquired from the sensor module and the PTT calculated by the PTT calculation algorithm is proposed.

본 발명에 따른 실시간 수축기 혈압 추정 알고리즘은 도 17에서와 같이, 첫 번째, Peak Analysis와 같이 임계 값을 설정하기 위해 3초간 기다린 후 초당 512 개의 데이터로 샘플링 된 데이터를 다시 128 Hz의 샘플링 주파수를 사용하여 데이터의 크기를 1/4로 감소시키는 과정을 수행한다.(S1701)As shown in FIG. 17, the real-time systolic blood pressure estimation algorithm according to the present invention first waits for 3 seconds to set a threshold value as in the peak analysis and then samples the data sampled at 512 samples per second using a sampling frequency of 128 Hz again Thereby reducing the size of the data to 1/4 (S1701)

두 번째, 연산되는 데이터 수가 128개로 줄어든 IRAC, IRDC, REDAC,REDDC 데이터를 1초 동안 저장한 후 그 평균 값을 1초 간격으로 산출한다.(S1702)Second, the data can be reduced to 128 pieces IRAC operation, IRDC, REDAC, REDDC After storing the data for one second, the average value is calculated at intervals of one second (S1702)

세 번째, 산출된 IRAC, IRDC, REDAC, REDDC 데이터의 평균 값을 수학식 1에 적용하여 실시간 SpO2 값을 1초에 한 번씩 연산한다.(S1703)The third calculating IRAC, IRDC, REDAC, REDDC The average value of the data is applied to Equation 1 to calculate the real-time SpO 2 value once per second (S1703)

Figure 112013088440664-pat00003
Figure 112013088440664-pat00003

SpO2 광 모듈에서 획득되는 신호의 성분은 AC 성분과 DC 성분으로 구분된다.The components of the signal obtained from the SpO 2 optical module are divided into an AC component and a DC component.

여기서, AC 성분은 말초혈관을 통과하는 혈액에 의해 흡수된 광량을 나타낸다. 그리고 DC 성분은 모세혈관이나 근육, 표피, 뼈와 같은 조직에 의해 흡수된 광량을 나타낸다.Here, the AC component represents the amount of light absorbed by blood passing through peripheral blood vessels. And the DC component represents the amount of light absorbed by tissues such as capillaries, muscles, epidermis, and bones.

혈중 산소 포화도를 의미하는 SpO2의 경우 98~99%가 건강한 일반인의 수치이다.In the case of SpO2, which means blood oxygen saturation, 98 ~ 99% is a healthy general population.

즉, 적색 광원과 적외선 광원에 의한 AC 성분과 DC 성분에 대한 변화양의 차이가 거의 없을 경우 100%에 가까운 수치가 나타난다. 하지만 혈액 내의 HbO2와 Hb의 비율이 다를 때는 SpO2의 변화가 뚜렷이 나타나게 된다.That is, when there is almost no difference in the amount of change between the AC component and the DC component due to the red light source and the infrared light source, a value close to 100% appears. However, when the ratio of HbO 2 to Hb in the blood is different, the change of SpO 2 is apparent.

일반적으로, SpO2가 95% 이하가 되면 인지능력이 감소하게 된다. 또한, 뇌나 장기에 공급되는 산소가 부족하여 주의력이나 집중력이 떨어지며, 쉽게 피로감을 느낀다. 90% 이하일 경우, 호흡곤란 증세를 나타내며, 저산소증으로 인해 기억력이나 인지능력이 현저하게 저하된다.In general, when SpO 2 is less than 95%, cognitive ability decreases. In addition, the oxygen supplied to the brain or organ is insufficient, and attention and concentration are reduced, and fatigue easily feels. Less than 90% indicates respiratory distress, and hypoxia significantly reduces memory or cognitive ability.

네 번째, 이전 단계에서 산출된 SpO2 값, 추출된 PTT 값, 실시간으로 측정되는 ECG 데이터를 해당 레지스터에 각각 배열로 저장한다.(S1704)Fourth, the SpO 2 value calculated in the previous step, the extracted PTT value, and the ECG data measured in real time are stored in the respective registers as an array (S1704)

다섯 번째, 상기와 같은 과정을 53초까지 반복적으로 수행한 후 결과값을 저장한 후 53 번째 저장된 SpO2 값 SpO2[k53], 9 번째 저장된 PTT값 PTT[j9], 첫 번째 저장된 ECG 값 ECG[i1] 값을 추출한다.(S1705)Fifth, the above process is repeatedly performed for 53 seconds, and after storing the result value, the SpO 2 value SpO 2 [ k53 ], the ninth stored PTT value PTT [ j9 ], the first stored ECG value ECG [ i1 ] is extracted (S1705)

여섯 번째, SpO2[k53], PTT[j9], ECG[i1] 정보를 수축기 혈압 추정 모델에 적용하여 실시간 수축기 혈압(SYS BP)을 산출한다.(S1706)Sixth, the real-time systolic blood pressure SYS BP is calculated by applying SpO 2 [ k53 ], PTT [ j9 ], and ECG [ i1 ] information to the systolic blood pressure estimation model (S1706)

일곱 번째, 산출된 실시간 수축기 혈압(SYS BP)을 다시 혈압 정보 SYS BP[x1]으로 저장하여(S1707) 사용자의 기준 혈압(Reference SYS BP)보다 20mmHg 이상일 경우 사용자에게 통보한다.(S1708)The calculated real-time systolic blood pressure SYS BP is stored again as the blood pressure information SYS BP [ x1 ] (S1707) and notified to the user when it is 20 mmHg or more than the reference blood pressure (Reference SYS BP) of the user (S1708)

여덟 번째, 상기와 같은 일련의 과정을 최종 ECG가 유입되기 전까지 연속적으로 수행하여 실시간 수축기 혈압을 추정한다.(S1709)Eighth, the above-described series of processes are continuously performed until the final ECG is introduced to estimate the real-time systolic blood pressure (S1709)

그리고 도 18은 본 발명에 따른 실시간 이완기 혈압 추정을 위한 플로우 차트이다.And FIG. 18 is a flowchart for real-time diastolic blood pressure estimation according to the present invention.

실시간 이완기 혈압 추정 알고리즘은 도 18에서와 같이, 이완기 혈압은 ECG 신호 없이 PTT와 SpO2 신호만을 사용하여 추정한다.As shown in FIG. 18, the real-time diastolic blood pressure estimation algorithm estimates the diastolic blood pressure using only the PTT and SpO 2 signals without the ECG signal.

첫 번째, 실시간 수축기 혈압 추정 알고리즘과 같이 임계 값을 설정하기 위해 3초간 기다린 후 초당 512 개의 데이터로 샘플링된 데이터를 다시 128 Hz의 샘플링 주파수를 사용하여 데이터의 크기를 1/4로 감소시키는 과정을 수행한다.(S1801)First, wait for 3 seconds to set a threshold value like the real-time systolic blood pressure estimation algorithm, and then reduce the size of the data to 1/4 by using the sampling frequency of 128 Hz again with the data sampled with 512 data per second (S1801)

두 번째, 연산되는 데이터 수가 128개로 줄어든 IRAC, IRDC, REDAC,REDDC 데이터를 1초 동안 저장한 후 그 평균 값을 1초 간격으로 산출한다.(S1802)Second, the data can be reduced to 128 pieces IRAC operation, IRDC, REDAC, REDDC After storing the data for 1 second, the average value is calculated at intervals of 1 second (S1802)

세 번째, 산출된 IRAC, IRDC, REDAC, REDDC 데이터의 평균 값을 수학식 1에 적용하여 실시간 SpO2 값을 1초에 한 번씩 연산한다.(S1803)The third calculating IRAC, IRDC, REDAC, REDDC At the average value of the data to equation (1) is a real-time operation once the SpO 2 value in one second. (S1803)

네 번째, 이전 단계에서 산출된 SpO2 값과 추출된 PTT 값을 해당 레지스터에 각각 배열로 저장한다.(S1804)Fourth, the SpO 2 value calculated in the previous step and the extracted PTT value are stored in the respective registers as an array (S1804)

다섯 번째, 상기와 같은 과정을 31초까지 반복적으로 수행하여 결과값을 저장한 후 31 번째 저장된 SpO2 값(SpO2[k31])과 첫 번째 저장된 PTT 값 PTT[j1]을 추출한다.(S1805)Fifth, the above process is repeatedly performed for 31 seconds, the result value is stored, and the 31st stored SpO 2 value (SpO 2 [ k 31 ]) and the first stored PTT value PTT [ j1 ] are extracted (S1805 )

여섯 번째, 이 후 10초 동안 저장된 SpO2[k31 -40]과 PTT[j1 -10] 데이터를 구간 평균 수식을 이용하여 Rj (t)Rk (t)를 산출한다.(S1806) Rj (t) and Rk (t) are calculated using the interval average expression for the SpO 2 [ k 31 -40 ] and PTT [ j 1 -10 ]

일곱 번째, Rj (t)Rk (t) 정보를 이완기 혈압 추정 모델을 적용하여 실시간 이완기 혈압(DIA BP)을 산출한다.(S1807)Seventh, a real diastolic blood pressure (DIA BP) is calculated by applying a diastolic blood pressure estimation model to Rj (t) and Rk (t) information (S1807)

여덟 번째, 산출된 실시간 이완기 혈압(DIA BP)은 다시 혈압 정보 DIA BP[y1]으로 저장되어(S1808) 사용자의 기준 혈압(Reference DIA BP)보다 20mmHg 이하일 경우 사용자에게 통보한다.(S1809)The calculated real-time diastolic blood pressure (DIA BP) is stored again as blood pressure information DIA BP [ y1 ] (S1808) and notified to the user when the blood pressure is less than 20 mmHg below the reference blood pressure (DIA BP)

아홉 번째, 상기와 같은 일련의 과정을 최종 ECG가 유입되기 전까지 연속적으로 수행하여 실시간 이완기 혈압을 추정한다.(S1810)Ninth, the above-described series of steps is continuously performed until the last ECG is introduced to estimate the real-time diastolic blood pressure (S1810)

이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법은 착용형의 본체 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 센서 모듈로부터 무선 전송된 생체 신호 데이터를 수신한 후 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 인터넷으로 전송하는 게이트 모듈이 착용형의 본체에 내장되는 것이다.Such wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and method according to the invention the measuring electrode being provided in the body front and rear surfaces of the wearing type, the body's electrocardiogram (ECG) and the photoelectric volume pulse wave (PPG), oxygen saturation (SpO 2) signal A gate module for transmitting biometrics signal data wirelessly transmitted from the sensor module and transmitting the data to the Internet using IPv4 or IPv6 based TCP / IP communication is embedded in a wearable body will be.

또한, 이와 같은 본 발명에 따른 착용형 실시간 혈압 추정 모니터링 시스템 및 방법은 착용형의 본체 전후면에 측정 전극이 구비되고, 인체의 심전도(ECG)와 광전용적맥파(PPG), 산소포화도(SpO2) 신호들을 측정하여 디지털 변환하여 무선 전송하는 센서 모듈 및 신호 분석을 위한 신호 분석 프로세서, 화면 출력 및 알람을 위한 모니터링 시스템이 착용형의 본체에 내장되는 것이다.In addition, such a wearable real-time blood pressure estimation monitoring system and method according to the invention the measuring electrode being provided in the body front and rear surfaces of the wearing type, the body's electrocardiogram (ECG) and the photoelectric volume pulse wave (PPG), oxygen saturation (SpO 2 A signal analysis processor for signal analysis, and a monitoring system for screen output and alarm are incorporated in the body of the wearable type.

또한, 전력 공급이 안정적으로 유지되고, 무선통신을 이용하여 측정된 생체신호들을 송신 또는 수신할 수 있도록 구성하고, 언제, 어디서나 생체신호를 측정할 수 있도록 측정된 데이터가 무선통신에 의해 인터넷 환경으로 전송되도록 하여 유비쿼터스 헬스 및 모바일 헬스케어 환경에서 휴대가 가능하면서 사용하기 편리하도록 한 것이다.In addition, the power supply is stably maintained, and the measured bio-signals can be transmitted or received using the wireless communication. The measured data can be transmitted to the Internet environment So that it can be portable in a ubiquitous health and mobile healthcare environment and is convenient to use.

그리고 IPv4를 기반으로 하는 TCP/IP 통신을 지원할 뿐만 아니라 IPv6 환경에서도 제약 없이 동작할 수 있는 WBAN 기반의 플랫폼을 제공하고, 이를 통해, 고혈압 환자들은 지속적으로 혈압을 모니터링 하여 위험이 닥치기 전에 관리할 수 있으며, 정상인들의 경우 일상적인 고혈압 예방도 가능하도록 한 것이다.In addition to supporting IPv4-based TCP / IP communication, it also provides a WBAN-based platform that can operate without restrictions in IPv6 environment. Through this, hypertensive patients can monitor their blood pressure continuously And normal people are able to prevent daily hypertension.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

20. 센서 모듈 30. 게이트웨이 모듈
40. 모니터링 시스템 50. 듀얼 스택 드라이버
20. Sensor module 30. Gateway module
40. Monitoring system 50. Dual stack driver

Claims (18)

혈압을 실시간으로 모니터링하기 위한 시스템으로서,
본체,
상기 본체의 일면에 배치되어 상기 본체가 인체에 착용되는 경우에 상기 인체와 접촉되는 제1 전극 및 상기 본체의 상기 일면과 다른 면에 배치되는 제2 전극을 포함하는 센서 모듈,
상기 센서 모듈과 연결되고, 상기 인체에 조사되는 광을 발생시키는 적어도 하나의 발광다이오드(LED)를 가지는 발광부 및 상기 발생되어 상기 인체로부터 반사되거나 상기 인체를 투과한 광을 감지하는 포토다이오드(PD)를 가지는 수광부를 포함하는 측정 모듈, 및
상기 측정된 신호 및 상기 측정된 신호에 대한 분석 결과 중 적어도 하나에 관한 정보를 표시하는 모니터링 모듈
을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 접촉되는 상기 인체의 심전도(ECG)에 관한 신호를 측정하고, 상기 감지된 광이 반사되거나 투과한 상기 인체의 광전용적맥파(PPG)에 관한 신호를 측정하고, 상기 측정된 광전용적맥파에 관한 신호에 기초하여 산소포화도(SpO2) 값을 산출하고,
상기 제2 전극은 상기 모니터링 모듈의 표시 화면 상에 배치되는 시스템.
A system for monitoring blood pressure in real time,
main body,
A first electrode disposed on one side of the main body and contacting the human body when the main body is worn on the human body, and a second electrode disposed on a side different from the one side of the main body,
A light emitting unit connected to the sensor module and having at least one light emitting diode (LED) for generating light to be illuminated to the human body, and a photodiode PD for detecting light reflected from the human body or transmitted through the human body A measurement module including a light receiving portion having a light receiving portion,
A monitoring module for displaying information on at least one of the measured signal and the analyzed result of the measured signal,
/ RTI >
(ECG) of the human body in contact with the first electrode and the second electrode, measures a signal relating to the photoelectric pulse wave (PPG) of the human body reflected or transmitted by the sensed light , Calculates an oxygen saturation (SpO2) value based on the measured signal relating to the opto-electronic pulse wave,
Wherein the second electrode is disposed on a display screen of the monitoring module.
제1항에 있어서,
상기 센서 모듈 및 상기 측정 모듈 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 외부 측정 모듈과 연결 가능한 적어도 하나의 접속 단자를 포함하는 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the sensor module and the measurement module comprises at least one connection terminal connectable to at least one external measurement module.
제1항에 있어서,
상기 센서 모듈 및 상기 측정 모듈 중 적어도 하나에 의하여 측정된 신호에 관한 정보를 IPv4 또는 IPv6 기반의 TCP/IP 통신을 이용해 외부로 전송하는 게이트웨이 모듈
을 더 포함하는 시스템.
The method according to claim 1,
A gateway module for transmitting information on a signal measured by at least one of the sensor module and the measurement module to the outside using TCP / IP communication based on IPv4 or IPv6;
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 측정된 신호를 분석하여 실시간으로 혈압을 추정하는 프로세서 모듈
을 더 포함하는 시스템.
The method according to claim 1,
A processor module for analyzing the measured signal and estimating blood pressure in real time;
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
IPv4 및 IPv6를 모두 지원하고, 초기화 동작, 자동 구성 동작 및 루프 백 동작을 수행하는 듀얼 스택 드라이버(Dual Stack Driver)
를 더 포함하는 시스템.
The method according to claim 1,
Dual Stack Driver that supports both IPv4 and IPv6 and performs initialization, automatic configuration, and loopback operations.
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 센서 모듈은,
상기 신호를 측정하는 센서부,
상기 센서부에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부, 및
상기 변환부에 의해 변환된 신호를 외부 시스템으로 전송하는 통신부
를 포함하는 시스템.
The method according to claim 1,
The sensor module includes:
A sensor unit for measuring the signal,
A conversion unit for converting the analog signal measured by the sensor unit into a digital signal,
A communication unit for transmitting the signal converted by the conversion unit to an external system,
/ RTI >
혈압을 실시간으로 모니터링하기 위한 방법으로서,
본체의 일면에 배치되어 상기 본체가 인체에 착용되는 경우에 상기 인체와 접촉되는 제1 전극 및 상기 본체의 상기 일면과 다른 면에 배치되는 제2 전극을 포함하는 센서 모듈에 의하여 측정된 심전도(ECG)에 관한 신호 중 연속하는 제1 피크(Peak) 지점 및 제2 피크 지점을 추출하는 단계,
상기 제1 피크 지점이 나타난 시점(t1)과 상기 제2 피크 지점이 나타난 시점(t2) 사이의 시간 간격(R-R Interval)을 산출하는 단계,
상기 인체에 조사되는 광을 발생시키는 적어도 하나의 발광다이오드(LED)를 가지는 발광부 및 상기 발생되어 상기 인체로부터 반사되거나 상기 인체를 투과한 광을 감지하는 포토다이오드(PD)를 가지는 수광부를 포함하는 측정 모듈에 의하여 측정된 광전용적맥파(PPG)에 관한 신호 중 상기 산출된 시간 간격(R-R Interval) 내에서 나타나는 포지티브 피크(Positive Peak) 지점 및 네거티브 피크(Negative Peak) 지점을 추출하는 단계,
상기 포지티브 피크 지점이 나타난 시점(TP)과 상기 네거티브 피크 지점이 나타난 시점(TN)의 중간 시점(T1=(TN+TP)/2)을 산출하는 단계, 및
상기 상기 제1 피크 지점이 나타난 시점(t1)과 상기 중간 시점(T1) 사이의 시간 간격(T1-t1)을 맥파전달시간(PTT, Pulse Transit Time)으로 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
A method for monitoring blood pressure in real time,
An electrocardiogram (ECG) measured by a sensor module including a first electrode disposed on one surface of the main body and contacting the human body when the main body is worn on the human body, and a second electrode disposed on the other surface of the main body, Extracting a first peak point and a second peak point successive from the signal relating to the first peak point,
Calculating a time interval (RR Interval) between a time point (t1) at which the first peak point appears and a point (t2) at which the second peak point appears,
A light emitting unit having at least one light emitting diode (LED) for generating light to be illuminated to the human body, and a light receiving unit having a photodiode (PD) which is generated from the light emitting unit and is reflected from the human body or senses light transmitted through the human body Extracting a positive peak point and a negative peak point appearing in the calculated time interval (RR Interval) among the signals relating to the photoelectric pulse wave (PPG) measured by the measurement module,
(T1 = (TN + TP) / 2) between a time point (TP) at which the positive peak point appears and a point at which the negative peak point appears (TN)
Determining a time interval (T1-t1) between a time point (t1) at which the first peak point appears and the time point (T1) at which the first peak point appears as a pulse transit time (PTT)
≪ / RTI >
제7항에 있어서,
상기 측정 모듈에 의해 측정된 광전용적맥파에 관한 신호를 참조로 하여 기설정된 시간 간격마다 주기적으로 산소포화도(SpO2) 값을 산출하는 단계, 및
상기 주기적으로 산출되는 산소포화도 값, 상기 결정되는 맥파전달시간 값 및 실시간으로 측정되는 심전도 값에 대하여 수축기 혈압 추정 모델을 적용함으로써 수축기 혈압(SYS BP)을 실시간으로 산출하는 단계
를 더 포함하는 방법.
8. The method of claim 7,
Periodically calculating an oxygen saturation value (SpO2) at a predetermined time interval with reference to a photoelectrically-induced pulse wave signal measured by the measurement module, and
Calculating systolic blood pressure (SYS BP) in real time by applying the systolic blood pressure estimation model to the periodically calculated oxygen saturation value, the determined pulse wave transmission time value, and the electrocardiogram measured in real time
≪ / RTI >
제7항에 있어서,
상기 측정 모듈에 의해 측정된 광전용적맥파에 관한 신호를 참조로 하여 기설정된 시간 간격마다 주기적으로 산소포화도(SpO2) 값을 산출하는 단계, 및
상기 주기적으로 산출되는 산소포화도 값의 기설정된 시간 구간에서의 평균값(Rk(t)) 및 상기 결정되는 맥파전달시간 값의 기설정된 시간 구간에서의 평균값(Rj(t))에 대하여 이완기 혈압 추정 모델을 적용함으로써 이완기 혈압(DIA BP)을 실시간으로 산출하는 단계
를 더 포함하는 방법.
8. The method of claim 7,
Periodically calculating an oxygen saturation value (SpO2) at a predetermined time interval with reference to a photoelectrically-induced pulse wave signal measured by the measurement module, and
(T) for a predetermined time interval of the oxygen saturation value calculated periodically and an average value Rj (t) for a predetermined time interval of the determined pulse wave transmission time value, To calculate the diastolic blood pressure (DIA BP) in real time
≪ / RTI >
제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정된 광전용적맥파에 관한 신호는 기설정된 샘플링 주파수에 따라 샘플링되어 그 데이터 크기가 감소되는 방법.
10. A method according to any one of claims 8 and 9,
Wherein the measured signal related to the optoelectronic pulse wave is sampled according to a predetermined sampling frequency so that the data size thereof is reduced.
제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정된 광전용적맥파에 관한 신호에는, 적외선 광원에 의한 AC 성분(ACIR), 적외선 광원에 의해 DC 성분(DCIR), 적색 광원에 의한 AC 성분(ACRED) 및 적색 광원에 의한 DC 성분(DCRED)이 포함되고,
상기 산소포화도 값은,
Figure 112014125272244-pat00027

에 따라 산출되는 방법.
10. A method according to any one of claims 8 and 9,
The AC component (ACIR) by the infrared light source, the DC component (DCIR) by the infrared light source, the AC component (ACRED) by the red light source, and the DC component (DCRED) by the red light source, Lt; / RTI >
Wherein the oxygen saturation value
Figure 112014125272244-pat00027

≪ / RTI >
제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실시간으로 산출된 수축기 혈압과 사용자 기준 수축기 혈압 사이의 차이가 기설정된 수준을 초과하거나 상기 실시간으로 산출된 이완기 혈압과 사용자 기준 이완기 혈압 사이의 차이가 기설정된 수준을 초과하면, 사용자에게 알람을 제공하는 방법.
10. A method according to any one of claims 8 and 9,
If the difference between the systolic blood pressure calculated in real time and the user systolic blood pressure exceeds a predetermined level or the difference between the diastolic blood pressure calculated in real time and the user standard diastolic blood pressure exceeds a predetermined level, How to.
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