KR101780781B1 - 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템 - Google Patents

비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101780781B1
KR101780781B1 KR1020160062237A KR20160062237A KR101780781B1 KR 101780781 B1 KR101780781 B1 KR 101780781B1 KR 1020160062237 A KR1020160062237 A KR 1020160062237A KR 20160062237 A KR20160062237 A KR 20160062237A KR 101780781 B1 KR101780781 B1 KR 101780781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sampling
pole
human body
raw data
inspiration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020160062237A
Other languages
English (en)
Inventor
전익수
차상희
Original Assignee
다담마이크로 주식회사
비아이에스웍스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다담마이크로 주식회사, 비아이에스웍스 주식회사 filed Critical 다담마이크로 주식회사
Priority to KR1020160062237A priority Critical patent/KR101780781B1/ko
Priority to PCT/KR2017/005253 priority patent/WO2017200355A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101780781B1 publication Critical patent/KR101780781B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/082—Evaluation by breath analysis, e.g. determination of the chemical composition of exhaled breath
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/486—Biofeedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means using visual displays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means
    • A61B5/7475—User input or interface means, e.g. keyboard, pointing device, joystick
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 인체의 가슴 위치를 파악하여 가슴 위치에서 샘플링된 신호의 폴(pole)을 파악하고 폴의 위치를 추적하여 들숨과 날숨 여부를 판단할 수 있도록 한 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈; 상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 인체 감지부; 및 상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의신호를 원신호로 취득하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡수를 구하고, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)의 위치를 추적하여 들숨과 날숨을 판정하는 호흡 측정 모듈을 포함하는 비접촉 호흡 측정 장치 및 그 방법, 그를 이용한 모니터링 시스템 및 방법, 그를 이용한 피드백 시스템 및 방법이 제공된다.

Description

비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템{NON-CONTACT RESPIRATION MEASURING APPARATUS, MONITERING SYSTEM USING ITS, FEEDBACK SYSTEM USING ITS}
본 발명은 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 인체의 가슴 위치를 파악하여 가슴 위치에서 샘플링된 신호의 폴(pole)을 파악하고 폴의 위치를 추적하여 들숨과 날숨 여부를 판단할 수 있도록 한 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 많은 사람들이 웰빙에 관심을 갖고 건강한 삶을 위해 노력하고 있다. 이러한 웰빙 신드롬에 따라 각종 웰빙 관련 산업 또한 발전하고 있는데, 호흡을 측정하여 사용자의 건강 상태를 판단하는 호흡 측정 장치 또한 그러한 웰빙 관련 산업 중 하나라 할 수 있다.
종래의 호흡 측정 장치는 사용자의 호흡 측정을 위하여 상기 사용자의 신체에 센서를 부착하고 상기 센서로부터 상기 사용자의 호흡을 측정하는 방식을 채택하고 있다.
그러나, 사용자의 신체에 센서를 부착하는 경우, 사용자의 움직임이 자유롭지 못하고 상기 사용자의 움직임에 따른 노이즈(Noise)가 많이 발생한다는 단점이 있다.
이에, 사용자의 신체에 센서를 부착하지 않고 레이더를 이용하여 근거리에서 무선으로 사용자의 호흡을 측정하는 장치가 개발되어 사용되고 있다.
하지만, 이와 관련된 호흡을 측정하는 종래 기술의 경우는 샘플링 주파수와 여러 가지 조건에 따라 호흡에 따른 신호 변화가 나타나지 않아 들숨과 날숨을 측정하기 어렵다는 문제점이 있었다.
그 첫번째 이유는 샘플링 위치에서의 호흡 신호의 들숨과 날숨을 구분할 수 없기 때문이다.
일반적인 추정에 의하면 들숨의 경우, 가슴이 앞으로 나오기 때문에 신호가 커지고 날숨의 경우, 가슴이 뒤로 들어가기 때문에 신호가 작아진다.
사람이 움직임에서는 이 가정이 맞다. 하지만 호흡의 경우, 거리 변화가 10 mm 이하로 아주 작기 때문에 실제로 신호 크기의 변화가 크지 않다. 그 원인은 가슴의 움직임에 따라 한 위치에서 신호가 크질 수도 있고 작아질 수도 있다. 그래서 하나의 샘플링 위치에서의 신호 변화로부터 들숨과 날숨을 구분할 수 없다.
다음으로 두번째 이유는 신호의 패턴이 변화하여 들숨과 날숨을 측정할 수 없기 때문이다.
즉, 종래 기술에 따르면 한 샘플링 위치에서 호흡 신호의 패턴이 역전이 된다. 이 원인은 가슴의 위치가 바뀌어서 위상이 반전이 된 것이다.
호흡은 주기적으로 이루어지지만 호흡 중간에 약간씩 쉬는 시간이 있었고 이 구간이 두 구역에서 반대편에 표시되고 있어 이 신호가 중간에 위상이 역전됨을 알 수 있다.
세번째 이유는 신호가 천천히 변하기 때문이다. 호흡의 경우, 성인은 5 BMP에서 40 BPM으로 아주 천천히 변한다. 그래서 높은 샘플링에서는 그 인접한 샘플링 간에 신호는 거의 변화하지 않는다.
이와 같은 이유로 인해 종래 기술에 따르면 호흡에 있어서 들숨과 날숨을 정확하기 측정하기 어려웠다.
한국공개특허 제2010-0062736호 한국공개특허 제2011-0043993호 한국공개특허 제 2008-0047699호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 폴(pole)의 위치 변화를 추적하여 정확한 들숨과 날숨 판정이 가능하도록 한 비접촉 호흡 측정 장치 및 그 방법, 그를 이용한 모니터링 시스템 및 그 방법, 그를 이용한 피드백 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일측면의 호흡 측정 장치는 일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈; 상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 인체 감지부; 및 상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의신호를 원신호로 취득하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡수를 구하고, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)의 위치를 추적하여 들숨과 날숨을 판정하는 호흡 측정 모듈을 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 측면의 모니터링 시스템은 초광대역 레이더를 이용하여 인체의 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 측정하여 출력하는 비접촉 호흡 측정 장치; 상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 측정한 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 이용하여 호흡 관련 통계를 산출하는 제어부; 및 상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 측정한 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 저장하고, 상기 제어부에서 산출한 호흡 관련 통계를 저장하는 저장부를 포함한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면의 피드백 시스템은 초광대역 레이더를 이용하여 인체의 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 측정하여 출력하는 비접촉 호흡 측정 장치; 호흡 훈련 설정 메뉴와 호흡 훈련 과정을 시각적으로 제공하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부에서 제공되는 호흡 훈련 설정 메뉴를 사용자가 선택할 수 있도록 하는 훈련 목표 설정부; 및 상기 디스플레이부에 호흡 훈련 설정 메뉴를 제공하고, 사용자가 선택한 호흡 훈련 과정을 상기 디스플레이부를 통하여 제공하며, 상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 출력되는 데이터를 이용하여 훈련 결과를 산출하여 제공하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 폴(pole)의 위치 변화를 추적하여 정확한 들숨과 날숨 판정이 가능하도록 한다.
그 결과, 일정시간 내에 통계처리에 의한 호흡습관(호흡수, 들숨 날숨비) 평가기능을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 호흡수와 들숨날숨비와 목표치와 현재치를 동시에 보여주어 자기 스스로의 호흡조절(호흡수, 둘숨날숨비) 노력을 도울 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1 의 초광대역 레이더 모듈이 생성하는 초광대역 펄스 신호의 일예시도이다.
도 3은 도 1의 초광대역 레이더 모듈에서 출력하는 원시 데이터의 일예시도이다.
도 4는 도 3에서 신호 전처리를 통하여 노이즈가 제거된 신호를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 1의 인체 감지부가 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 저장하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 저장되는 신호의 부분 확대도이다.
도 7은 도 1의 호흡 신호 산출부가 산출한 호흡 신호의 일예시도이다.
도 8은 도 1의 들숨 날숨 판정부의 상세 구성도이다.
도 9와 10은 도 8에서 최대값을 발견하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11과 도 12는 도 8의 실제 최대값 산출 과정을 보여주는 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 방법의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 일실시에에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 피드백 시스템의 구성도이다.
도 17은 본 발명의 일실시에에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 피드백 방법의 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치는 초광대역 레이더 모듈(100), 전처리부(200), 인체 감지부(300) 및 호흡 측정 모듈(400)을 포함한다.
여기에서, 호흡 측정 모듈(400)은 원신호 취득부(410), 호흡 신호 산출부(420), 호흡수 측정부(430) 및 들숨 날숨 판정부(440)를 포함한다.
이와 같은 구성에서 상기 초광대역 레이더 모듈(100)은 펄스 생성기, 송신 안테나, 수신 안테나, 시간 지연기, 샘플러, 전증폭기 및 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다.
이와 같은 초광대역 레이더 모듈(100)은 마이크로컨트롤러에서 신호를 받아 펄스 생성기에서 초광대역 펄스 신호를 생성해 송신 안테나를 통해 전송한다.
본 발명에서 초광대역 레이더 모듈(100)이 생성하는 초광대역 펄스 신호의 일예가 도 2에 도시되어 있으며, 90 내지 150Hz로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송한다.
그리고, 초광대역 레이더 모듈(100)은 수신 안테나를 통하여 인체에서 반사된 신호를 수신하고, 전증폭기에서 수신된 신호를 증폭하고, 지연기에서 지연된 시간후에 수신된 신호에 대하여 샘플러에서 샘플링을 수행하여 원시 데이터를 생성하여 출력한다.
이때, 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 원시 데이터가 도 3에 도시되어 있는데, X축은 시간을 나타내고(단위는 ps), Y축은 신호의 크기(단위는 전압의 단위인 V)를 나타낸다.
여기에서, 초광대역 레이더 모듈(100)이 초광대역 펄스 신호가 50cm를 진행한 후에 수신신호를 샘플링 처리하도록 시간 지연을 설정하고 있기 때문에 시간상 시작점(도 3에서 0)은 거리상 50cm로 볼 수 있으며, 샘플 횟수가 거리로 1m 당 256회 수행되도록 하고 있어 512 샘플 횟수는 2m의 거리를 나타내는 것으로 볼 수 있다.
다음으로, 전처리부(200)는 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 원시 데이터를 전처리하여 노이즈를 제거한다.
상기 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 신호에는 전원 노이즈, 열 노이즈 등을 많이 포함하고 있어 전처리부(200)는 5~10GHz 대역을 갖는 대역통과필터를 사용하여 노이즈를 제거하며, 이때 생성된 신호가 도 4에 도시되어 있다.
그리고, 인체 감지부(300)는 전처리가 수행된 원시 데이터에 대하여 노이즈가 제거된 상태에서 거리와 신호 크기에 근거하여 인체를 감지하고 감지된 인체의 위치를 파악한다.
즉, 위에서 설명한 바와 같이 256 샘플 횟수가 1m 정도를 나타내고 512 샘플 횟수가 2m 정도를 나타내는 바, 인체 감지부(300)는 200 샘플 횟수와 400 샘플 횟수 사이에 일정 크기 이상의 신호가 검출되면 해당 거리에 인체가 존재하는 것으로 판단하며 가장 큰 신호가 검출되는 위치에 인체가 위치하는 것으로 판단한다.
이와 같이 인체 감지부(300)는 인체가 감지되고, 그 위치가 파악되면 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 저장한다. 이때, 저장되는 신호가 도 5에 도시되어 있으며, 도 6은 부분 확대도이다.
다음으로, 호흡 측정 모듈(400)은 인체 위치에서 누적된 원시 데이터(원신호)를 이용하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡신호를 산출하여 호흡수를 구하고, 들숨과 날숨을 위한 샘플링 간격을 구한 후에, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)을 구한 후에 폴의 위치를 추적하여 폴의 위치가 앞으로 나오면 들숨으로 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 판정 결과를 출력한다.
이와 같은 호흡 측정 모듈(400)에서 원신호 취득부(410)는 인체 근처의 누적된 원시 데이터에서 거리를 기준으로(샘플 횟수를 기준으로라는 표현과 동일하다) 가장 큰 크기의 신호를 원신호로 취득한다. 이처럼 원신호 취득부(410)에서 취득한 원신호는 호흡 신호, 심박 신호 그리고 노이즈가 합쳐진 신호이다.
이에 따라, 호흡 신호 산출부(420)는 0.4 내지 0.8Hz의 대역을 갖는 대역 통과 필터 또는 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 도 7에 도시된 호흡 신호를 취득한다.
그리고, 호흡수 산출부(430)는 호흡 신호 산출부(420)에서 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정한다.
한편, 호흡 측정 모듈(400)에서 들숨 날숨 판정부(440)는 들숨과 날숨을 위한 샘플링 간격을 구한 후에, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)을 구한 후에 폴의 위치를 추적하여 폴의 위치가 앞으로 나오면 들숨으로 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 판정 결과를 출력한다.
이와 관련하여 도 8은 도 1의 들숨 날숨 판정부의 구성도이다.
도 8을 참조하면, 도 1의 들숨 날숨 판정부는 샘플링 간격 산출기(441), 폴 측정기(442), 가중치 산출기(443), 폴 추적기(444) 및 들숨 날숨 판정기(445)를 포함한다.
상기 샘플링 간격 산출기(441)는 들숨과 날숨을 위한 샘플링 주파수를 구하여 샘플링 간격을 산출하며, 일예로 호흡수의 양의 정수배일 수 있으며, 상기 양의 정수는 5보다 크고 20보다 작을 수 있다. 일예로, 호흡수가 통상적으로 20정도이기 때문에 여기에서 10배 정도 하면 초당 200번의 샘플이 가능하여 원하는 정확도를 얻을 수 있다.
다음으로, 폴 측정기(442)는 원시 데이터의 가슴 위치에서 폴을 찾는다. 이러한 원시 데이터의 가슴 위치에서 폴의 탐색은 원시 데이터의 가슴 위치에서의 여러 샘플러의 샘플링값에서 가장 큰 값을 발견하는 과정으로 이루어진다.
이를 도 9를 참조하여 설명하면 도 9의 (a)를 참조하면 A선의 경우에 폴의 위치는 샘플링 190이며, B선의 경우도 폴의 위치는 샘플링 189.7 정도가 되며, 이때 도 9의 (b)를 보면 A선의 경우에 샘플링 188, 189, 190, 191에서 190이 최대가 되고, B선의 경우에도 샘플링 188, 189, 190, 191에서 190이 최대가 되는데 이러한 190의 최대값을 측정한다.
또한, 도 10의 (a)를 참조하면 C선의 경우에 폴의 위치는 샘플링 190이며, D선의 경우도 폴의 위치는 샘플링 191 정도가 되며, 이때 도 10의 (b)를 보면 C선의 경우에 샘플링 188, 189, 190, 191에서 189가 최대가 되고, D선의 경우에도 샘플링 188, 189, 190, 191에서 190이 최대가 되는데 이러한 189와 190의 최대값을 측정한다.
한편, 가중치 산출기(443)는 폴 추적기(444)에서 사용할 가중치 α를 산출하여 폴 추적기(444)로 제공한다.
이때, 가중치 산출기(443)는 가슴 근처의 호흡 신호의 최대치와 최소치를 구한후에, 최대치 Vmax에서 최소치 Vmin을 감산하고 이를 1/4 주기의 샘플링 수로 나눈다. 이와 같은 샘플링 수는 초광대역 레이더 모듈(100)로부터 구해지는데 일예로 5이며 이때 가중치는 2일 수 있다.
다음으로, 폴 추적기(444)는 폴 측정기(442)가 산출한 호흡 신호의 최대값에서 직전 샘플링의 샘플값과 직후의 샘플링의 샘플값을 이용하여 폴의 위치를 추적하여 출력한다.
즉, 폴 추적기(444)는 폴 측정기(442)에서 산출한 호흡 신호의 가슴 근처의 샘플링들의 최대값을 V0라 하고, 그 때 샘플링을 중심 샘플링 X0라고 하며, 직전 샘플링을 X1이라 하고 그때 샘플링값을 V1이라 하며, 직후 샘플링을 X2라고 하고 그 때 샘플링값을 V2라고 하면 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)을 비교한다.
상기 폴 추적기(444)는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)보다 크면(도 11이 이러한 상태를 나타낸다) 최대값의 해당하는 샘플링 이후에 실제 최대값 VR0이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0+1/2+(V2-V0)/α로 구한다.
이와 반대로 상기 폴 추적기(444)는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)보다 작으면(도 12가 이러한 상태를 나타낸다) 최대값의 해당하는 샘플링 이전에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0-1/2+(V0-V1)/α로 구한다.
물론, 상기 폴 추적기(444)는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)이 같으면 최대값의 해당하는 샘플링 에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0가 된다.
다음으로, 들숨 날숨 판정기(445)는 상기 폴 추적기(444)에서 실제 최대값의 샘플링값을 산출해서 연속적으로 출력하면 폴의 위치가 직전보다 앞으로 나오면 들숨으로 판단하고 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 상태와 진행 시간을 산출하여 출력한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 방법의 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 방법은 먼저 초광대역 레이더 모듈의 마이크로컨트롤러에서 신호를 받아 펄스 생성기에서 초광대역 펄스 신호를 생성해 송신 안테나를 통해 전송하여, 인체에서 반사되어 되돌아오는 초광대역 레이터 신호를 수신 안테나로 수신한다(S100).
상기 초광대역 레이더 모듈이 생성하는 초광대역 펄스 신호는 90 내지 150Hz로 전송한다.
그리고, 초광대역 레이더 모듈은 수신 안테나를 통하여 인체에서 반사된 신호를 수신하고, 전증폭기에서 수신된 신호를 증폭하고, 지연기에서 지연된 시간후에 수신된 신호에 대하여 샘플러에서 샘플링을 수행하여 원시 데이터를 생성하여 출력한다.
다음으로, 전처리부는 초광대역 레이더 모듈에서 출력되는 원시 데이터를 전처리하여 노이즈를 제거한다(S110).
상기 초광대역 레이더 모듈에서 출력되는 신호에는 전원 노이즈, 열 노이즈 등을 많이 포함하고 있어 전처리부는 5~10GHz 대역을 갖는 대역통과필터를 사용하여 노이즈를 제거한다.
그리고, 인체 감지부는 전처리가 수행된 원시 데이터에 대하여 노이즈가 제거된 상태에서 거리와 신호 크기에 근거하여 인체를 감지하고 감지된 인체의 위치를 파악한다(S120).
이와 같이 인체 감지부는 인체가 감지되고, 그 위치가 파악되면 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 저장한다.
다음으로, 호흡 측정 모듈의 원신호 취득부는 인체 근처의 누적된 원시 데이터에서 거리를 기준으로(샘플 횟수를 기준으로라는 표현과 동일하다) 가장 큰 크기의 신호를 원신호로 취득한다(S130). 이처럼 원신호 취득부에서 취득한 원신호는 호흡 신호, 심박 신호 그리고 노이즈가 합쳐진 신호이다.
이에 따라, 호흡 신호 산출부는 0.4 내지 0.8Hz의 대역을 갖는 대역 통과 필터 또는 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 호흡 신호를 취득하며, 호흡수 산출부는 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정한다(S140).
한편, 상기 샘플링 간격 산출기는 들숨과 날숨을 위한 샘플링 주파수를 구하여 샘플링 간격을 산출하며(S150), 일예로 호흡수의 양의 정수배일 수 있으며, 상기 양의 정수는 5보다 크고 20보다 작을 수 있다. 일예로, 호흡수가 통상적으로 20정도이기 때문에 여기에서 10배 정도 하면 초당 200번의 샘플이 가능하여 원하는 정확도를 얻을 수 있다.
다음으로, 폴 측정기는 원시 데이터의 가슴 위치에서 폴을 찾는다(S160). 이러한 원시 데이터의 가슴 위치에서 폴의 탐색은 원시 데이터의 가슴 위치에서의 여러 샘플러의 샘플링값에서 가장 큰 값을 발견하는 과정으로 이루어진다.
한편, 가중치 산출기는 폴 추적기에서 사용할 가중치 α를 산출하여 폴 추적기로 제공한다(S170).
이때, 가중치 산출기는 가슴 근처의 호흡 신호의 최대치와 최소치를 구한후에, 최대치 Vmax에서 최소치 Vmin을 감산하고 이를 1/4 주기의 샘플링 수로 나눈다. 이와 같은 샘플링 수는 초광대역 레이더 모듈로부터 구해지는데 일예로 5이며 이때 가중치는 2일 수 있다.
다음으로, 폴 추적기는 폴 측정기가 산출한 호흡 신호의 최대값에서 직전 샘플링의 샘플값과 직후의 샘플링의 샘플값을 이용하여 폴의 위치를 추적하여 출력한다.
즉, 폴 추적기는 폴 측정기에서 산출한 호흡 신호의 가슴 근처의 샘플링들의 최대값을 V0라 하고, 그 때 샘플링을 중심 샘플링 X0라고 하며, 직전 샘플링을 X1이라 하고 그때 샘플링값을 V1이라 하며, 직후 샘플링을 X2라고 하고 그 때 샘플링값을 V2라고 하면 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)을 비교한다(S180).
상기 폴 추적기는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)보다 크면 최대값의 해당하는 샘플링 이후에 실제 최대값 VR0이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0+1/2+(V2-V0)/α로 구한다(S190).
이와 반대로 상기 폴 추적기는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)보다 작으면 최대값의 해당하는 샘플링 이전에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0-1/2+(V0-V1)/α로 구한다(S200).
물론, 상기 폴 추적기는 비교결과 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V1-V0｜)을 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값(즉 ｜V2-V0｜)이 같으면 최대값의 해당하는 샘플링에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0가 된다(S210).
다음으로, 들숨 날숨 판정기는 상기 폴 추적기에서 실제 최대값의 샘플링값을 산출해서 연속적으로 출력하면 폴의 위치가 직전보다 앞으로 나오면 들숨으로 판단하고 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 상태와 진행 시간을 산출하여 출력한다(S220).
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 시스템의 구성도이다. 도 15는 본 발명의 일실시에에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 시스템은 비접촉 호흡 측정 장치(1000), 제어부(2000), 통신부(3000) 및 저장부(4000)를 포함한다.
도 14와 15를 참조하면, 상기 비접촉 호흡 측정 장치(1000)는 위에서 설명한 바와 같이 호흡수와 들숨 상태 또는 날숨 상태 그리고 들숨 시간 또는 날숨 시간을 산출하여 출력한다(S1000).
그러면, 제어부(2000)는 들숨(흡기)시간, 날숨(호기)시간, 호흡주기, 분당호흡수, 들숨(흡기)비, 날숨(호기)비, 들숨/날숨비를 산출한다.
이때 제어부(2000)는 호흡주기는 들숨시간+날숨시간으로 산출하고, 분당호흡수는 60초/호흡주기로 산출하며, 들숨(흡기)비는 들숨(흡기)시간/호흡주기로 산출하며, 날숨(호기)비는 날숨(호기)시간/호흡주기로 산출한다.
또한, 제어부(2000)는 일정 시간(일예로 수분, 또는 일정 시간)을 기준으로 호흡수를 누적한 후에 평균호흡수를 구하거나, 호흡주기를 누적하여 평균호흡주기를 구하거나, 들숨 시간을 누적하여 평균들숨시간을 구하거나, 날숨 시간을 누적하여 평균날숨시간을 산출하며, 호흡수 분포와 호흡주기분포, 들숨시간 분포, 날숨시간분포를 구하며, 들숨비를 누적하여 평균 들숨비를 구하고, 날숨비를 누적하여 평균 날숨비를 구하며, 들숨/날숨비를 누적하여 평균 들숨/날숨비를 구한다(S1100).
이와 같이 통계 산출이 완료되면 제어부(2000)는 산출된 통계와 비접촉 호흡 측정 장치(1000)에서 출력되는 출력 데이터를 통신부(3000)를 통하여 외부 장치에 전송한다(S1200).
물론, 제어부(2000)는 비접촉 호흡 측정 장치(1000)에서 출력되는 출력 데이터를 저장부(4000)에 저장하며, 산출된 호흡 관련 통계를 저장부(4000)에 저장한다(S1300).
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 피드백 시스템의 구성도이다. 도 17은 본 발명의 일실시에에 따른 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 피드백 방법의 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 호흠 측정 장치를 이용한 피드백 시스템은 비접촉 호흡 측정 장치(1000), 제어부(2000), 통신부(3000), 저장부(4000), 훈련 목표 설정부(5000), 디스플레이부(6000) 및 음향부(7000)를 포함한다.
도 16을 참조하면, 상기 비접촉 호흡 측정 장치(1000)는 위에서 설명한 바와 같이 호흡수와 들숨 상태 또는 날숨 상태 그리고 들숨 시간 또는 날숨 시간을 산출하여 출력한다.
그러면, 제어부(2000)는 들숨(흡기)시간, 날숨(호기)시간, 호흡주기, 분당호흡수, 들숨(흡기)비, 날숨(호기)비, 들숨/날숨비를 산출한다.
이때 제어부(2000)는 호흡주기는 들숨시간+날숨시간으로 산출하고, 분당호흡수는 60초/호흡주기로 산출하며, 들숨(흡기)비는 들숨(흡기)시간/호흡주기로 산출하며, 날숨(호기)비는 날숨(호기)시간/호흡주기로 산출한다.
또한, 제어부(2000)는 일정 시간(일예로 수분, 또는 일정 시간)을 기준으로 호흡수를 누적한 후에 평균호흡수를 구하거나, 호흡주기를 누적하여 평균호흡주기를 구하거나, 들숨 시간을 누적하여 평균들숨시간을 구하거나, 날숨 시간을 누적하여 평균날숨시간을 산출하며, 호흡수 분포와 호흡주기분포, 들숨시간 분포, 날숨시간분포를 구하며, 들숨비를 누적하여 평균 들숨비를 구하고, 날숨비를 누적하여 평균 날숨비를 구하며, 들숨/날숨비를 누적하여 평균 들숨/날숨비를 구한다.
상기 제어부(2000)는 비접촉 호흡 측정 장치(1000)에서 출력되는 출력 데이터를 저장부(4000)에 저장하며, 산출된 호흡 관련 통계를 저장부(4000)에 저장한다.
한편, 도 16과 17을 참조하면, 제어부(2000)는 디스플레이부(6000)를 통하여 호흡 훈련을 할 수 있는 호흡 훈련 패턴 설정 메뉴를 제공하거나, 개별 요소 설정 메뉴를 제공한다(S2000).
그리고, 훈련 목표 설정부(5000)는 사용자가 디스플레이부(6000)를 통하여 제공된 호흡 훈련 패턴 설정 메뉴를 선택하거나 개별 요소 설정을 선택할 수 있도록 한다(S2100). 이러한 훈련 목표 설정부(5000)는 키보드나 마우스, 터치 스크린등 다양한 방식으로 구현이 가능하다.
이처럼 훈련 목표 설정부(5000)를 통하여 사용자가 호흡 훈련 패턴 설정 메뉴를 선택하면 제어부(2000)는 다양한 호흡 훈련 패턴을 디스플레이부(6000)를 통하여 제공한다(S2200).
이때, 제공되는 패턴으로는 복식 호흡 패턴, 요가 또는 기공 수련 패턴등이 있을 수 있다. 물론, 제공되는 패턴으로는 제어부(2000)가 비접촉 호흡 측정 장치(1000)로부터 얻은 데이터를 근거로 사용자에게 적합한 호흡 패턴을 설정하여 제공할 수도 있다.
이와 같이 다양한 호흡 훈련 패턴이 제공되면 사용자는 훈련 목표 설정부(5000)를 사용하여 원하는 패턴을 선택할 수 있으며(S2300), 제어부(2000)는 선택된 패턴에 따른 들숨 시간이나 날숨 시간, 호흡수 등을 디스플레이부(6000)를 통하여 시각적으로 제공하거나 음향부(7000)를 통하여 음성으로 제공할 수 있다.
예를 들어, 트레이닝을 본격적으로 수행하기 이전에는, 사용자가 심신을 이완할 수 있도록 3초 들숨 -> 3초 날숨이 반복되는 준비 패턴을 제공할 수 있다.
이러한 준비 패턴을 이용하여 웨이트 트레이닝이나 러닝과 같은 신체 운동을 수행하기 이전에 몸을 스트레칭하는 것과 같은 효과를 가져오며, 후속되는 트레이닝 동작의 효율을 증대시킬 수 있다.
준비 패턴이 제공되는 동안에, 스트레칭을 유도하거나, 사용자의 마음을 편안하게 만드는 음악 또는 영상을 제공할 수도 있다.
준비 패턴이 종료된 후 본격적인 복식 호흡 훈련 패턴이 선택되었으면 이를 수행하기 위하여, 제어부(2000)는 예를 들어 1분에 12회의 복식 호흡을 수행하도록 구성된 패턴을 제공할 수 있다.
또는, 사용자가 요가나 기공 수련 훈련 패턴을 선택하였으면 이를 위하여 4초 들숨 -> 4초 들숨 -> 8초 날숨으로 이어지는 좀더 전문적인 호흡 패턴을 제공할 수 있다. 본격적으로 트레이닝이 수행되는 동안에, 제어부(2000)는 제공된 패턴 상에 시간에 따라 이동하는 볼(ball) 등을 이용하여 현재의 진도를 표시할 수도 있다. 물론, 제어부(2000)는 막대 그래프 모양의 상태바를 이용하여 들숨 시간 증가나 감소를 표현할 수도 있다.
그리고, 트레이닝이 종료되면, 제어부(2000)는 다시 3초 들숨 -> 3초 날숨으로 구성되는 정리 패턴을 제공하여, 신체적 운동을 수행한 이후와 같이 다시 가벼운 스트레칭을 하거나 호흡을 평상시 호흡으로 되돌리는 쿨링 다운(cooling down) 효과를 가져올 수 있다.
한편, 훈련 목표 설정부(5000)를 통하여 사용자가 개별 요소 설정 메뉴를 선택하면 제어부(2000)는 개별 요소별 선택 메뉴를 제공한다(S2600).
그리고, 훈련 목표 설정부(5000)를 통하여 사용자가 개별 요소들을 조절하여 호흡 훈련 목표의 설정을 완료하면(S2700, S2800) 제어부(2000)는 설정된 목표에 따른 들숨 시간이나 날숨 시간, 호흡수 등을 디스플레이부(6000)를 통하여 시각적으로 제공하거나 음향부(7000)를 통하여 음성으로 제공할 수 있다.
이때에도 트레이닝을 본격적으로 수행하기 이전에는, 사용자가 심신을 이완할 수 있도록 3초 들숨 -> 3초 날숨이 반복되는 준비 패턴을 제공할 수 있다.
또한, 트레이닝이 종료되면, 제어부(2000)는 다시 3초 들숨 -> 3초 날숨으로 구성되는 정리 패턴을 제공하여, 신체적 운동을 수행한 이후와 같이 다시 가벼운 스트레칭을 하거나 호흡을 평상시 호흡으로 되돌리는 쿨링 다운(cooling down) 효과를 가져올 수 있다.
이와 같은 호흡 훈련 패턴에 따른 호흡 훈련이나 개별 요소를 통한 훈련 호흡이 완료되면 제어부(2000)는 비접촉 호흡 측정 장치(1000)로부터 출력되는 호흡수나 들숨 시간이나 날숨 시간등을 호흡 훈련중에 설정된 시간등과 얼마나 합치되는지를 산출하여 훈련 결과를 산출하여 점수등으로 사용자에게 제공한다(S2500).
본 발명에 따르면, 폴(pole)의 위치 변화를 추적하여 정확한 들숨과 날숨 판정이 가능하도록 한다.
그 결과, 일정시간 내에 통계처리에 의한 호흡습관(호흡수, 들숨 날숨비) 평가기능을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 호흡수와 들숨날숨비와 목표치와 현재치를 동시에 보여주어 자기 스스로의 호흡조절(호흡수, 둘숨날숨비) 노력을 도울 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 초광대역 레이더 모듈 200 : 전처리부
300 : 인체 감지부 400 : 호흡 측정 모듈
410 : 원신호 취득부 420 : 호흡 신호 산출부
430 : 호흡수 산출부 440 : 들숨 날숨 판정부
441 : 샘플링 간격 산출기 442 : 폴 측정기
443 : 가중치 산출기 444 : 폴 추적기
445 : 들숨 날숨 판정기 1000 : 비접촉 호흡 측정 장치
2000 : 제어부 3000 : 통신부
4000 : 저장부 5000 : 훈련 목표 설정부
6000 : 디스플레이부 7000 : 음향부

Claims (3)

  1. 일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈;
    상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 인체 감지부; 및
    상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의신호를 원신호로 취득하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡수를 구하고, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)의 위치를 추적하여 들숨과 날숨을 판정하는 호흡 측정 모듈을 포함하며,
    상기 호흡 측정 모듈은 들숨과 날숨을 위한 샘플링 간격을 구한 후에, 인체의 가슴 위치에서 상기 원시 데이터의 폴(pole)을 구한 후에 폴의 위치를 추적하여 폴의 위치를 이용하여 들숨과 날숨을 판정하여 들숨 상태와 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 출력하는 들숨 날숨 판정부를 포함하며,
    상기 들숨 날숨 판정부는
    들숨과 날숨을 위한 샘플링 주파수를 구하여 샘플링 간격을 산출하는 샘플링 간격 산출부;
    원시 데이터의 가슴 위치에서 복수의 샘플링의 최대값인 폴을 측정하는 폴 측정기;
    상기 폴 측정기가 측정한 폴의 직전 샘플링의 샘플값과 직후의 샘플링의 샘플링값을 이용하여 폴의 위치를 추적하는 폴 추적기; 및
    상기 폴 추적기에서 폴의 위치가 직전보다 앞으로 나오면 들숨으로 판단하고 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 상태와 진행 시간을 산출하여 출력하는 들숨 날숨 판정기를 포함하며,
    상기 폴 추적기는 상기 폴 측정기에서 산출한 호흡 신호의 가슴 근처의 샘플링들의 최대값인 폴을 V0라 하고, 그 때 샘플링을 중심 샘플링 X0라고 하며, 직전 샘플링을 X1이라 하고 그때 샘플링값을 V1이라 하며, 직후 샘플링을 X2라고 하고 그 때 샘플링값을 V2라고 하면, 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값이 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값보다 크면 최대값의 해당하는 샘플링 이후에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0+1/2+(V2-V0)/α로 구하며 반대이면 XR0는 XR0=X0-1/2+(V0-V1)/α로 구하며, 같으면 XR0=X0가 되도록 하며, 여기에서 α는 가중치인 비접촉 호흡 측정 장치.
  2. 초광대역 레이더를 이용하여 인체의 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 측정하여 출력하는 비접촉 호흡 측정 장치;
    상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 측정한 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 이용하여 호흡 관련 통계를 산출하는 제어부; 및
    상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 측정한 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 저장하고, 상기 제어부에서 산출한 호흡 관련 통계를 저장하는 저장부를 포함하며,
    상기 비접촉 호흡 측정 장치는
    일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈;
    상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 인체 감지부; 및
    상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의신호를 원신호로 취득하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡수를 구하고, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)의 위치를 추적하여 들숨과 날숨을 판정하는 호흡 측정 모듈을 포함하며,
    상기 호흡 측정 모듈은 들숨과 날숨을 위한 샘플링 간격을 구한 후에, 인체의 가슴 위치에서 상기 원시 데이터의 폴(pole)을 구한 후에 폴의 위치를 추적하여 폴의 위치를 이용하여 들숨과 날숨을 판정하여 들숨 상태와 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 출력하는 들숨 날숨 판정부를 포함하며,
    상기 들숨 날숨 판정부는
    들숨과 날숨을 위한 샘플링 주파수를 구하여 샘플링 간격을 산출하는 샘플링 간격 산출부;
    원시 데이터의 가슴 위치에서 복수의 샘플링의 최대값인 폴을 측정하는 폴 측정기;
    상기 폴 측정기가 측정한 폴의 직전 샘플링의 샘플값과 직후의 샘플링의 샘플링값을 이용하여 폴의 위치를 추적하는 폴 추적기; 및
    상기 폴 추적기에서 폴의 위치가 직전보다 앞으로 나오면 들숨으로 판단하고 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 상태와 진행 시간을 산출하여 출력하는 들숨 날숨 판정기를 포함하며,
    상기 폴 추적기는 상기 폴 측정기에서 산출한 호흡 신호의 가슴 근처의 샘플링들의 최대값인 폴을 V0라 하고, 그 때 샘플링을 중심 샘플링 X0라고 하며, 직전 샘플링을 X1이라 하고 그때 샘플링값을 V1이라 하며, 직후 샘플링을 X2라고 하고 그 때 샘플링값을 V2라고 하면 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값이 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값보다 크면 최대값의 해당하는 샘플링 이후에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0+1/2+(V2-V0)/α로 구하며 반대이면 XR0는 XR0=X0-1/2+(V0-V1)/α로 구하며, 같으면 XR0=X0가 되도록 하며, 여기에서 α는 가중치인 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 모니터링 시스템.
  3. 초광대역 레이더를 이용하여 인체의 호흡수와 들숨 상태 및 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 측정하여 출력하는 비접촉 호흡 측정 장치;
    호흡 훈련 설정 메뉴와 호흡 훈련 과정을 시각적으로 제공하는 디스플레이부;
    상기 디스플레이부에서 제공되는 호흡 훈련 설정 메뉴를 사용자가 선택할 수 있도록 하는 훈련 목표 설정부; 및
    상기 디스플레이부에 호흡 훈련 설정 메뉴를 제공하고, 사용자가 선택한 호흡 훈련 과정을 상기 디스플레이부를 통하여 제공하며, 상기 비접촉 호흡 측정 장치에서 출력되는 데이터를 이용하여 훈련 결과를 산출하여 제공하는 제어부를 포함하며,
    상기 비접촉 호흡 측정 장치는
    일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈;
    상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 인체 감지부; 및
    상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의신호를 원신호로 취득하여 거리를 기준으로 최대값을 원신호로 선택하고, 선택된 원신호에서 호흡수를 구하고, 인체의 가슴 위치에서 원시 데이터의 폴(pole)의 위치를 추적하여 들숨과 날숨을 판정하는 호흡 측정 모듈을 포함하며,
    상기 호흡 측정 모듈은 들숨과 날숨을 위한 샘플링 간격을 구한 후에, 인체의 가슴 위치에서 상기 원시 데이터의 폴(pole)을 구한 후에 폴의 위치를 추적하여 폴의 위치를 이용하여 들숨과 날숨을 판정하여 들숨 상태와 날숨 상태 그리고 들숨 시간과 날숨 시간을 출력하는 들숨 날숨 판정부를 포함하며,
    상기 들숨 날숨 판정부는
    들숨과 날숨을 위한 샘플링 주파수를 구하여 샘플링 간격을 산출하는 샘플링 간격 산출부;
    원시 데이터의 가슴 위치에서 복수의 샘플링의 최대값인 폴을 측정하는 폴 측정기;
    상기 폴 측정기가 측정한 폴의 직전 샘플링의 샘플값과 직후의 샘플링의 샘플링값을 이용하여 폴의 위치를 추적하는 폴 추적기; 및
    상기 폴 추적기에서 폴의 위치가 직전보다 앞으로 나오면 들숨으로 판단하고 뒤로 들어가면 날숨으로 판정하여 상태와 진행 시간을 산출하여 출력하는 들숨 날숨 판정기를 포함하며,
    상기 폴 추적기는 상기 폴 측정기에서 산출한 호흡 신호의 가슴 근처의 샘플링들의 최대값인 폴을 V0라 하고, 그 때 샘플링을 중심 샘플링 X0라고 하며, 직전 샘플링을 X1이라 하고 그때 샘플링값을 V1이라 하며, 직후 샘플링을 X2라고 하고 그 때 샘플링값을 V2라고 하면 직전 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값이 직후 샘플링의 샘플값에서 중심 샘플링의 샘플값을 감산한 절대값보다 크면 최대값의 해당하는 샘플링 이후에 실제 최대값이 위치하며 이때의 샘플링 값 XR0는 XR0=X0+1/2+(V2-V0)/α로 구하며 반대이면 XR0는 XR0=X0-1/2+(V0-V1)/α로 구하며, 같으면 XR0=X0가 되도록 하며, 여기에서 α는 가중치인 비접촉 호흡 측정 장치를 이용한 피드백 시스템.
KR1020160062237A 2016-05-20 2016-05-20 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템 Expired - Fee Related KR101780781B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160062237A KR101780781B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템
PCT/KR2017/005253 WO2017200355A1 (ko) 2016-05-20 2017-05-19 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160062237A KR101780781B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101780781B1 true KR101780781B1 (ko) 2017-09-22

Family

ID=60035034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160062237A Expired - Fee Related KR101780781B1 (ko) 2016-05-20 2016-05-20 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101780781B1 (ko)
WO (1) WO2017200355A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111766442B (zh) * 2020-07-21 2023-07-18 成都阶跃时进科技有限公司 一种人体呼吸波形确定方法、装置、设备及可读存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015533567A (ja) 2012-10-05 2015-11-26 トランスロボティックス，インク． 高分解能距離感知のためのシステム及び方法、並びにその適用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8428696B2 (en) * 2006-03-06 2013-04-23 Sensiotec Inc. Ultra wideband monitoring systems and antennas
KR101294834B1 (ko) * 2011-01-14 2013-08-07 연세대학교 원주산학협력단 바이오 피드백 기능을 구비한 호흡 훈련기
KR101620992B1 (ko) * 2014-05-13 2016-05-13 계명대학교 산학협력단 사용자 호흡 패턴 분석을 통한 호흡 훈련 시스템 및 이를 이용한 호흡 훈련 콘텐츠 제공 방법
KR20160036967A (ko) * 2014-09-26 2016-04-05 한양대학교 산학협력단 Uwb 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015533567A (ja) 2012-10-05 2015-11-26 トランスロボティックス，インク． 高分解能距離感知のためのシステム及び方法、並びにその適用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017200355A1 (ko) 2017-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150342518A1 (en) System and method to monitor, guide, and evaluate breathing, utilizing posture and diaphragm sensor signals
CN105388495B (zh) 估计体育锻炼中的局部运动
US11172850B2 (en) System and method to monitor, guide, and evaluate breathing, utilizing posture and diaphragm sensor signals
Chowdhury et al. Real-time robust heart rate estimation from wrist-type PPG signals using multiple reference adaptive noise cancellation
CN105007806B (zh) 用于确定来自对象的生命体征的装置和方法
CN104352225B (zh) 用于监测心肺参数的系统和方法
KR101827522B1 (ko) 비접촉 심박 측정 장치 및 그 방법
US10405760B2 (en) Heart rate monitor system
JP5360093B2 (ja) 消費エネルギー測定装置、消費エネルギー測定方法および運動解析システム
CN106308801A (zh) 一种利用智能手机检测人体呼吸频率的方法
RU2677003C2 (ru) Устройство и способ определения сигнала объема дыхания по данным изображения
EP3515301A1 (en) Systems, devices, and methods for biometric assessment
KR101995966B1 (ko) 주파수 분석과 시간 분석을 결합한 호흡 측정 장치 및 방법
Whitlock et al. A-spiro: Towards continuous respiration monitoring
KR101780781B1 (ko) 비접촉 호흡 측정 장치, 그를 이용한 모니터링 시스템, 그를 이용한 피드백 시스템
JP2018007979A5 (ko)
CN107205672B (zh) 用于评估监测对象的呼吸数据的装置和方法
KR20150089371A (ko) 인체 동작 분석 장치
Taheri et al. Non-invasive breathing rate detection using a very low power ultra-wide-band radar
US7686772B2 (en) Apparatus for measuring calories consumed during sleep
JP2013022090A (ja) エネルギー消費量呈示装置およびエネルギー消費量推定方法
He et al. A joint localization assisted respiratory rate estimation using IR-UWB radars
Seppä et al. Assessment of breathing parameters during running with a wearable bioimpedance device
US20220183591A1 (en) Biomechanical modelling of motion measurements
Doheny et al. Regression-based analysis of front crawl swimming using upper-arm mounted accelerometers

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160520

PA0201 Request for examination
PA0302 Request for accelerated examination

Patent event date: 20160822

Patent event code: PA03022R01D

Comment text: Request for Accelerated Examination

Patent event date: 20160520

Patent event code: PA03021R01I

Comment text: Patent Application

PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20161121

Patent event code: PE09021S01D

PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20170329

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20170915

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20170918

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200914

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210913

Start annual number: 5

End annual number: 5

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20230626