KR101632570B1 - 생체신호 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

생체신호 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은, 실내에서 이동가능한 장치에 제공되며, 임펄스 레이더를 이용하여 모니터링 대상의 위치를 추적하여, 모니터링 대상의 좌표를 결정하고, 해당 모니터링 대상의 좌표에 따라 임펄스 레이더에 지향성을 부여하여, 모니터링 대상의 생체신호를 수신하는 레이더부와, 모니터링 대상의 좌표를 참조로, 모니터링 대상의 생체신호를 획득하기 위한 위치로 상기 이동가능한 장치가 이동하도록 구동하고, 상기 레이더부가 수신한 생체신호로부터 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 제1제어부를 포함한다.

Description

생체신호 모니터링 시스템{SYSTEM FOR MONITORING LIVING BODY SIGNAL}

본 발명은 생체신호 모니터링 시스템에 관한 것이다.

1인 가구의 증가에 따라 고독사가 사회적 이슈로 대두되고 있으며, 1인 가구원의 안전을 확보하기 위하여 다양한 감시 시스템이 이용되고 있다.

이러한 시스템 중에서, 고정형 임펄스-레이더를 이용하는 것은, 호흡 및 심박의 측정을 위하여 별도의 센서나 지향성 안테나를 이용하여야 하며, 측정대상과 시스템간의 거리가 제한되는 한계가 있다.

또한, 생체신호를 측정하는 부분이 고정되어 있어, 측정하고자 하는 대상과 일정 거리 이상 멀어지면 측정이 불가능하거나 신호에 오차가 발생하므로, 각 공간마다 센싱부가 배치되어야 하여, 요구되는 하드웨어의 개수가 많아지는 문제점이 있다.

한편, 로봇을 이용한 시스템(케어로봇)의 경우 다양한 멀티미디어 기능 및 통신 기능을 가지므로 편의성이 제공되지만, 원격관찰자의 조작에 의하여 기능을 동작하는 방식이므로 사용자의 불편을 초래하며, 이러한 로봇은 정해진 라인(바닥 혹은 천장의 신호)를 따라 이동하므로 그 동작반경이 제한되고, 움직임 여부만 판단하여 움직임이 없는 일정 시간 경과 후 알람을 발생하므로, 사용자가 응급상황이 아닌 경우 장시간 움직이지 않으면 오류가 발생할 가능성이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 이동가능한 로봇에 레이더 모듈을 탑재하여, 모니터링 대상의 움직임 및 위치를 측정 및 추적하거나, 미리 정해진 위치로 이동하여 실시간으로 모니터링 대상의 생체신호를 모니터링하는 생체신호 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 실내에서 이동가능한 장치에 제공되어, 모니터링 대상의 생체신호를 모니터링하는 본 발명의 일실시예의 시스템은, 임펄스 레이더를 이용하여 모니터링 대상의 위치를 추적하여, 모니터링 대상의 좌표를 결정하고, 해당 모니터링 대상의 좌표에 따라 임펄스 레이더에 지향성을 부여하여, 모니터링 대상의 생체신호를 수신하는 레이더부; 및 모니터링 대상의 좌표를 참조로, 모니터링 대상의 생체신호를 획득하기 위한 위치로 상기 이동가능한 장치가 이동하도록 구동하고, 상기 레이더부가 수신한 생체신호로부터 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 제1제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 레이더부는, 방사각도가 넓은 제1안테나; 지향성의 제2안테나; 및 상기 제1안테나에 의해 결정된 모니터링 대상의 위치로 상기 제2안테나를 구동하는 제2제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 레이더부는, 적어도 하나 이상의 스마트 안테나; 및 상기 스마트 안테나를 넓은 각도로 빔포밍을 수행하여 모니터링 대상의 위치를 확인하고, 해당 방향으로 상기 스마트 안테나를 선택적으로 빔포밍을 수행하여 생체신호를 측정하도록 제어하는 제3제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 생체신호 모니터링 시스템은, 실내에 배치되어, 모니터링 대상의 위치결정에 이용되는 레이더를 방사하는 고정형 레이더를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1제어부는, 상기 제2안테나로부터 수신되는 생체신호로부터 모니터링 대상의 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1제어부는, 상기 스마트 안테나로부터 수신되는 생체신호로부터 모니터링 대상의 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 케어로봇 또는 로봇청소기 등 장애물을 피해 주행이 가능한 로봇장치에 생체신호 측정 모듈을 부착하여, 모니터링 대상의 위치를 추적하여 실시간으로 생체신호를 모니터링하게 하는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예의 생체신호 모니터링 시스템이 적용되는 장면을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 2의 레이더부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4는 도 3의 레이더부의 일실시예의 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5는 도 3의 레이더부의 다른 실시예의 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예의 생체신호 모니터링 시스템이 적용되는 장면을 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은, 멀티미디어 기능을 제공하는 로봇(1A)이 모니터링 대상(1B)의 위치를 추적하여 생체신호를 측정할 수 있다(도 1a). 이와 같은 시스템은, 병원에 제공되어, 상시 케어가 요구되는 환자를 모니터링하는데 사용될 수 있다.

또는 가정에서 흔히 사용되는 청소기능을 제공하는 로봇(1C)이 모니터링 대상(1D)의 위치를 추적하여 생체신호를 측정할 수 있을 것이다.

다만, 본 발명의 일예에서는 로봇에 모니터링 장치가 제공되는 예를 설명하겠으나, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실내에서 이동가능한 다양한 장치에 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 생체신호 모니터링 장치(2)는, 도 1a 또는 도 1b에서와 같은 로봇(1A, 1C)에 제공되는 것으로서, 본 발명의 모니터링 장치(2)는 모듈화되어, 종래의 로봇에 부착될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 생체신호 모니터링 장치(2)는, 제어부(21), 통신부(22), 저장부(23) 및 레이더부(24)를 포함할 수 있다.

통신부(22)는, 모니터링 대상이 소장하는 태그로부터 해당 모니터링 대상의 아이디(ID)를 수신하거나, 고정형 레이더(도시되지 않음)로부터 모니터링 대상의 위치를 좌표 형태로 수신하여 제어부(21)에 제공할 수 있다. 또한 통신부(22)는, 본 발명이 적용되는 시스템이 배치되는 실내로 진입하는 사람이 있는 경우, 문열림을 감지하는 감지부(도시되지 않음)로부터 문열림이 있었음을 알리는 정보를 수신할 수 있다. 이경우 통신부(22)는 근거리 통신으로서, 예를 들어 직비(ZigBee), 블루투스® 등의 통신방식일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어부(21)가 모니터링 대상의 생체신호를 외부 상위 제어부(도시되지 않음)로 전송하거나, 또는 응급상황을 알리는 경우, 통신부(22)는 원거리 통신방식이 적용될 수도 있다.

저장부(23)는 모니터링 대상의 정보를 저장할 수 있으며, 레이더부(24)로부터 수신되는 모니터링 대상의 정보를 수신하여, 제어부(21)의 제어에 의해 저장할 수 있다.

제어부(21)는, 모니터링 대상을 확인할 수 있다. 제어부(21)는, 통신부(22)를 통해 수신되는 모니터링 대상의 ID를 수신하여, 해당 모니터링 대상을 확인할 수도 있고, 문열림이 있는 경우, 문 가까이에 배치되는 고정형 레이더(도시되지 않음)에 의해 검출된 ID를 해당 고정형 레이더로부터 수신하여 모니터링 대상을 확인할 수도 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식으로 모니터링 대상에 대한 확인이 가능하다 할 것이다. 즉, 예를 들어, 개인의 독특한 특징을 센싱하여 신원을 확인할 수도 있는데, 개인마다 걸음걸이의 각도, 심전도 주파수, 발의 압력 등이 상이하므로, 제어부(21)는 저장부(23)에 이를 DB화하여 저장하고, 이를 바탕으로 측정값과 비교하여 개인신원을 확인할 수도 있다. 이때, 사용자가 소지하는 가속도센서 또는 자이로센서(도시되지 않음)로부터 데이터를 수신하여 걸음걸이의 특성을 분석함으로써 모니터링 대상을 특정할 수도 있고, 문 근방에 배치되는 압력센서(도시되지 않음)로부터 데이터를 수신하여 발바닥의 압력을 분석함으로써 모니터링 대상을 특정할 수도 있고, 레이더부(24)가 측정한 생체신호 중 심전도 주파수를 비교함으로써 모니터링 대상을 특정할 수도 있고, 지문센서(도시되지 않음) 또는 홍채센서(도시되지 않음)로부터 데이터를 수신하여 분석함으로써 모니터링 대상을 특정할 수도 있을 것이다.

레이더부(24)는, 모니터링 대상의 위치를 추적하여 모니터링 대상의 좌표를 결정하고, 해당 모니터링 대상으로부터 생체신호를 수신할 수 있다.

도 3은 도 2의 레이더부(24)의 일실시예 상세 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 레이더부(24)는, 바이오 레이더(31), 구동부(32) 및 제어부(33)를 포함할 수 있다.

실외에서의 위치추적은 GPS(Global Positioning System)로 대변되는 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System; GNSS)으로 매우 정밀한 단위의 성능을 보이고 있는 반면, 실내에서의 위치추적은 확실한 솔루션의 부재로 인해 다양한 방법이 연구되고 있다.

현재 대표적인 실내위치 인식방법으로서 카메라의 영상을 이용해 위치를 파악하는 것이 있으나, 무광원 또는 연기, 화재 등의 장애물에 의한 비가시적 환경에서 한계점을 보인다. 또한, 인공지표(Artificial Landmark) 기반의 위치인식이 대두되고 있으며, 이는 사전에 위치를 알고 있는 지점에 인공 지표를 설치하고, 이를 감지함으로써 위치를 파악하는 방법이다. 하지만, 인공지표에 대한 설치 비용 및 정밀한 연속 위치를 얻는 것이 불가능하다는 한계점이 있다.

이와 같은 상황을 고려하면, Impulse-Radio Ultra Wideband(IR-UWB)가 실내 위치측정 시스템 분야에서 차세대 신기술로 주목받고 있다. IR-UWB는 수십 나노/피코 단위 너비의 짧은 임펄스 신호를 빛의 속도로 송신하여 물체에 반사되어 수신되는 신호와 송신신호의 시간적 차이를 활용하여 물체의 존재와 거리를 판단하는 단순한 방식으로 동작한다. 이 방식은 송신파워가 매우 작기 때문에 저전력, 저가격, 소형으로 구현이 가능하며, 광대역을 사용하여 협대역 간섭에 강하며, 신호의 스펙트럼이 유사 잡음 형태를 보이므로 보안성 또한 향상될 수 있다.

따라서, 본 발명의 레이더부(24)는, IR-UWB를 이용하되, 측정각도가 넓은 안테나를 이용하여 모니터링 대상의 위치를 추적하고, 모니터링 대상의 생체신호를 측정하기 위하여 지향성 안테나를 이동하고 생체신호를 측정할 수 있다.

도 4는 도 3의 레이더부의 일실시예의 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

레이더 보드(31A)는, 제어부(33)의 제어에 의해 IR 레이더를 방사각도가 넓은 제1안테나(31B)를 통해 방사하여 모니터링 대상의 위치를 획득하고, 제어부(33)는, 모니터링 대상의 위치를 참조로, 구동부(32)를 구동하여 지향성을 가지는 제2안테나(31C)를 구동할 수 있다. 구동부(32)는 예를 들어 모터일 수 있는데, 좁은 범위의 긴 거리를 측정할 수 있는 안테나인 지향성 제2안테나(31C)를 해당 모니터링 대상의 위치로 구동함으로써, 미세한 생체신호를 효과적으로 측정할 수 있다.

한편, 도 3의 레이더부는, 선택적 빔포밍에 의한 스마트 안테나로도 구현할 수 있다. 도 5는 도 3의 레이더부의 다른 실시예의 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 제어부(33)는 위치확인을 위해 레이더를 방사하는 경우, 넓은 각도로 빔포밍을 수행하며, 모니터링 대상의 위치가 확인된 경우, 해당 방향으로 선택적 빔포밍을 수행함으로써, 미세한 생체신호를 효과적으로 측정할 수 있을 것이다.

다시 도 3을 참조로 하면, 바이오 레이더(31)는, 모니터링 대상의 위치를 추적하고, 생체신호를 측정할 수 있으며, 이때 생체신호는 호흡시 인체의 변위 변화량을 포함할 수 있다. 이때, 모니터링 대상의 위치는 두 개 이상의 레이더의 거리측정방식을 이용하여 삼각위치측정 등의 위치추적 알고리즘에 의해 결정될 수 있으며, 제어부(33)에 의해 수행된다. 이때 실내에 배치되는 고정형 레이더(도시되지 않음)가 위치결정에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기술의 발전에 따라 다양한 방식으로 위치 추적이 가능하다 할 것이다.

제어부(33)는 결정된 모니터링 대상의 위치를 제어부(21)에 전달하면, 제어부(21)는 로봇의 구동부(도시되지 않음)에 해당 위치를 제공하여, 모니터링 대상의 근처로 로봇이 이동하도록 할 수 있다. 병실, 거실 또는 침실 등 용도가 일정하게 정해진 곳에서는 이동동선이 일정하게 정해지는 경우가 많으므로, 제어부(21)는 일정 반경내 대상이 위치하였을 때 생체신호의 감도가 가장 좋은 곳의 기준 좌표를 획득하여 저장한 후, 일정 반경내 위치하였을 때 해당 좌표로 로봇이 이동하도록 제어할 수 있을 것이다.

한편 제어부(33)는 바이오 레이더(31)의 지향성 안테나(31C) 또는 스마트 안테나(31P, 31Q)의 빔포밍을 위한 방향을 산출하여, 지향성 안테나(31C)를 해당 방향으로 구동하도록 구동부(32)를 제어하거나, 스마트 안테나(31P, 31Q)의 빔포밍 방향을 결정하여 해당 방향으로 레이더를 방사하도록 할 수 있다.

이후, 바이오 레이더(31)의 지향성 안테나(31C) 또는 스마트 안테나(31P, 31Q)는 모니터링 대상의 생체신호를 측정할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 생체신호는 호흡시 인체의 변위 변화량을 포함할 수 있다.

제어부(21)는, 바이오 레이더(31)를 통해 센싱된 데이터를, 신호처리를 통해 노이즈를 제거한 후, 각 첨두값의 전압 및 측정간격을 측정하여 호흡수 및 심박수를 결정할 수 있으며, 호흡운동 신호의 진폭정보 및 진폭정보에 대응하는 시간정보를 검출하여 이상호흡을 판단할 수 있다. 호흡깊이는 진폭정보의 차에 의하여 계산이 가능하며, 호흡시간은 진폭정보에 대응하는 시간정보의 차에 의하여 판단이 가능하다. 이를 통하여 저장부(23)에 저장된 모니터링 대상의 호흡기준과 비교 판단하여 이상 여부를 확인할 수 있다. 저장부(23)에 저장된 호흡이상 여부 판단 기준은, 모니터링 대상의 일정 기간의 호흡수를 평균하여 이를 기준치로 정할 수 있고, 이를 바탕으로 현재의 호흡량과 비교할 수 있다. 제어부(21)는, 측정대상의 일정기간 호흡수를 평균하여 그 값을 기준치로 정하고 이를 바탕으로 현재의 호흡량과 비교할 수 있도록 한다.

또한, 제어부(21)는 모니터링 대상의 심박수를 기준과 비교하여 이상여부를 확인할 수도 있다.

한편, 제어부(21)는, 호흡수 및 심박수에 따라 미리 설정된 정상단계, 주의단계 및 응급단계를 결정하여, 주의단계인 경우에는 모니터링 대상의 현재 상태가 주의단계에 해당함을 알리도록 출력부(도시되지 않음)를 제어하거나, 또는 모니터링 대상의 이동단말로 콜을 시도할 수 있고, 응급단계인 경우에는 통신부(21)를 통해 응급센터로 응급상황이 발생하였음을 알릴 수 있다. 다만, 위에서 설정된 정상단계, 주의단계 및 응급단계의 3단계는 예시적인 것으로서, 모니터링 대상의 건강상태, 생체신호의 종류별로 다양한 위급단계를 설정하여, 해당 위급단계에 적합한 제어를 수행할 수 있을 것이다.

한편, 제어부(21)는, 모니터링 대상의 생체신호에 대한 로(raw) 데이터 및 가공 데이터를 저장부(23)에 저장할 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 저장부(23)에 저장된 데이터를 통신부(22)를 통해 전송할 수 있다. 이때, 제어부(21)는 저장부(23)에 해당 데이터를 암호화하여 저장함으로써, 개인정보를 효과적으로 보호할 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

21, 33: 제어부 22: 통신부
23: 저장부 24: 레이더부
31: 바이오 레이더 32: 구동부

Claims (6)

1. 실내에서 이동가능한 장치에 제공되어, 모니터링 대상의 생체신호를 모니터링하는 시스템에 있어서,
   임펄스 레이더를 이용하여 모니터링 대상의 위치를 추적하여, 모니터링 대상의 좌표를 결정하고, 해당 모니터링 대상의 좌표에 따라 임펄스 레이더에 지향성을 부여하여, 모니터링 대상의 생체신호를 수신하는 레이더부; 및
   모니터링 대상의 좌표를 참조로, 모니터링 대상의 생체신호를 획득하기 위한 위치로 상기 이동가능한 장치가 이동하도록 구동하고, 상기 레이더부가 수신한 생체신호로부터 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 제1제어부를 포함하고,
   상기 레이더부는,
   제1 방사각도를 가지는 제1안테나;
   상기 제1 방사각도보다 좁은 제2 방사각도를 가지는 지향성의 제2안테나; 및
   상기 제1안테나에 의해 결정된 모니터링 대상의 위치로 상기 제2안테나를 구동하는 제2제어부를 포함하는 생체신호 모니터링 시스템.
   
2. 삭제
3. 실내에서 이동가능한 장치에 제공되어, 모니터링 대상의 생체신호를 모니터링하는 시스템에 있어서,
   임펄스 레이더를 이용하여 모니터링 대상의 위치를 추적하여, 모니터링 대상의 좌표를 결정하고, 해당 모니터링 대상의 좌표에 따라 임펄스 레이더에 지향성을 부여하여, 모니터링 대상의 생체신호를 수신하는 레이더부; 및
   모니터링 대상의 좌표를 참조로, 모니터링 대상의 생체신호를 획득하기 위한 위치로 상기 이동가능한 장치가 이동하도록 구동하고, 상기 레이더부가 수신한 생체신호로부터 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 제1제어부를 포함하고,
   상기 레이더부는,
   적어도 하나 이상의 스마트 안테나; 및
   상기 스마트 안테나를 제3 방사각도로 빔포밍을 수행하여 모니터링 대상의 위치를 확인하고, 해당 방향에 대하여, 상기 제3 방사각도보다 좁은 제4 방사각도로 상기 스마트 안테나를 선택적으로 빔포밍을 수행하여 생체신호를 측정하도록 제어하는 제3제어부를 포함하는 생체신호 모니터링 시스템.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   실내에 배치되어, 모니터링 대상의 위치결정에 이용되는 레이더를 방사하는 고정형 레이더를 더 포함하는 생체신호 모니터링 시스템.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제1제어부는,
   상기 제2안테나로부터 수신되는 생체신호로부터 모니터링 대상의 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 생체신호 모니터링 시스템.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 제1제어부는,
   상기 스마트 안테나로부터 수신되는 생체신호로부터 모니터링 대상의 호흡수 및 심박수를 결정하여, 응급상황을 판단하는 생체신호 모니터링 시스템.

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