KR101809468B1

KR101809468B1 - 다채널 센서를 이용한 생체 신호 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101809468B1
Application number: KR1020160059503A
Authority: KR
Inventors: 신항식
Original assignee: 전남대학교 산학협력단
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-12-15
Also published as: KR20170128887A

Abstract

본 발명은 생체 신호 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다채널의 센서를 이용하여 노이즈가 제거된 정확한 생체 신호를 획득할 수 있고 어느 하나의 센서에 고장이 발생하더라도 나머지 센서를 이용하여 생체 신호를 얻을 수 있는 생체 신호 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

다채널 센서를 이용한 생체 신호 모니터링 시스템{Biosignal monitoring system using multi-channel sensor patch}

인체의 움직임 중, 심박, 호흡 등의 기계적 움직임은 그에 따른 힘이나 압력을 발생시킨다.

예를 들어 호흡은 흉곽을 팽창 및 수축시키므로 맞닿은 면에 압력을 가하게 되고, 심장의 박동 또한 혈류의 이동을 발생시키므로 이에 따른 진동이 발생한다.

심장 박동에 따라 발생하는 진동을 심탄도 (balistocardiogram,BCG)라 하고 이 진동으로 인해 인체에 진동이 발생한다.

도 1은 종래의 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 것으로, 도 1을 참조하면, 종래의 생체 신호 모니터링 시스템은 인체(10)의 진동이 전달될 수 있는 곳(예를 들면, 침대(20)와 같은 곳)에 부착되는 힘 센서 장치(30)와 힘 센서 장치(30)의 신호를 수신하여 생체 신호(Raw signal)로 출력하는 신호 처리 장치를 포함한다.

또한, 상기 힘 센서 장치(30)는 침대(20)뿐만 아니라 의복이나 의자 등, 인체가 직접 또는 간접적으로 접촉하여 진동을 전달받을 수 있는 위치라면 어디라도 부착이 가능하다.

또한, 상기 신호 처리 장치는 아날로그 신호 파형을 그대로 출력하거나, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 다양한 형태로 표시해 줄 수 있는데, 종래의 신호 처리 장치는 하나의 원 신호를 입력받아 생체 신호로 변환하여 출력하므로 측정의 정확도가 낮은 문제점이 있다.

최근 자동차의 시트나 안전벨트 등에 센서 장치를 내장하여 진동을 감지함으로써 심박동이나 호흡을 측정하는 기술과 매트리스 상부에 스트립 타입의 센서 장치를 부착하여 인체의 진동을 측정하기 기술도 개발된 바 있다.

그러나, 이러한 생체 신호 모니터링 시스템들 역시 하나의 센서 장치를 이용하여 생체 신호를 측정하므로 측정의 정확도가 낮은 문제점이 있다.

삭제

1. 한국등록특허 10-1680528, 전자 기기, 신호 보완 장치, 서버 장치, 진동 모니터 장치, 진동 처리 장치 및 진동 처리 시스템 2. 한국공개특허 10-2011-0044405, 전력선을 이용한 환자 모니터링 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 3. 한국등록특허 10-0197580, 무선 통신망을 이용한 실시간 생체신호모니터링시스템

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 복수의 센서를 이용하여 인체의 진동을 감지하고 센서들에서 측정된 원 신호들을 가공하여 생체 신호를 획득하므로 정밀도가 매우 향상된 생체 신호를 측정할 수 있는 생체 신호 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 복수의 센서를 이용하여 어느 하나 또는 복수의 센서가 고장이나 접촉 불량으로 신호를 검출할 수 없더라도 나머지 센서에서 출력되는 원 신호를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있는 생체 신호 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치; 상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며, 상기 센서 장치는 서로 이격된 복수의 센서를 갖는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 각각 바형의 센서이고 서로 소정의 거리 이격되어 나란하게 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 직경이 서로 다른 고리형의 센서이고 중심이 동일지점에 위치에 위치하도록 평면상에 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 원형 센서이고, 선상에서 서로 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 물결 파형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 삼각 파형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 나선형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 원형 센서이고, 평면상에서 서로 이격되어 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 두 개의 센서로 이루어지고, 상기 신호 처리 장치:는, 상기 센서들에서 출력되는 원 신호(raw signal)를 입력받아 상기 원 신호들 중 제1 원 신호의 비율을 가변하며 제2 원 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator); 상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 원 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및 상기 제1 원 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 원 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 최적 변수 결정기는, 상기 생체신호에 하나의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치를 발생시키는 변수 값을 최적 변수로 결정한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 최적 변수 결정기는, 상기 생체신호에 두 개의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치들을 발생시키는 변수 값들 중, 1이 아닌 변수 값을 최적 변수로 결정한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 적어도 세 개의 센서로 이루어지고, 상기 신호 처리 장치:는, 상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제2 원 신호 및 제3 원 신호를 전처리하여 하나의 전처리 신호를 출력하는 전처리기; 상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호와 상기 전처리 신호를 입력받고, 상기 제1 원 신호의 비율을 가변하며, 상기 전처리 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator); 상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 원 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및 상기 제1 원 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 원 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전처리기는 상기 제2 원 신호 및 상기 제3 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 전처리 신호를 생성한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 적어도 네 개의 센서로 이루어지고, 상기 신호 처리 장치:는, 상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호 및 제2 원 신호를 전처리하여 제1 전처리 신호를 출력하고, 제3 원 신호 및 제4 원 신호를 전처리하여 제2 전처리 신호를 출력하는 전처리기; 상기 제1 전처리 신호와 상기 제2 전처리 신호를 입력받고, 상기 제1 전처리 신호의 비율을 가변하며, 상기 제2 전처리 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator); 상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 전처리 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및 상기 제1 전처리 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 전처리 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전처리기는 상기 제1 원 신호 및 상기 제2 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제1 전처리 신호를 생성하고, 상기 제3 원 신호 및 상기 제4 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제2 전처리 신호를 생성한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서들은 적어도 네 개의 센서로 이루어지고, 상기 신호 처리 장치:는, 상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호 및 제2 원 신호를 전처리하여 제1 전처리 신호를 출력하고, 제3 원 신호 및 제4 원 신호를 전처리하여 제2 전처리 신호를 출력하는 전처리기; 및 상기 제1 전처리 신호 및 상기 제2 전처리 신호를 입력받고 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 통해 생체 신호와 노이즈를 분리하여 출력하는 독립 성분 분석기;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 신호 처리 장치는 상기 센서들의 원 신호들을 주파수 대역 파워를 계산하고, 소정의 기준 신호 주파수 대역과 그 밖의 신호 주파수 대역의 비율이 가장 높은 원 신호를 선택하여 상기 생체신호로 출력하는 선택기(selector)이다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템에 의하면 복수 개의 센서를 통해 인체의 진동을 감지하여 생체 신호를 검출하므로 어느 하나 또는 복수의 센서에서 원 신호가 출력되지 않더라도 나머지 센서에서 출력되는 원 신호를 이용하여 생체 신호를 획득할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템에 의하면, 복수의 센서에서 출력되는 원 신호들에서 노이즈가 제거된 정확한 생체 신호를 획득할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템의 개략적인 구성도,
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템의 센서의 다른 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면,
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면,
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면,
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템을 보여주는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100)은 크게 센서 장치(110)와 신호 처리 장치(120)를 포함하여 이루어진다.

상기 센서 장치(110)는 인체에 직접 부착되거나, 의복, 침대, 의자와 같은 물체를 통해 인체에 간접적으로 접촉하여 호흡 또는 심박에 의해 인체에서 발생하는 힘(또는 진동)을 측정하는 센서 장치이다.

또한, 상기 센서 장치(110)는 힘 센서 장치, 압력 센서 장치 또는 가속도 센서 장치일 수 있으며, 인체에서 발생하는 힘이나 압력을 측정할 수 있다면 어떠한 센서 장치로도 구비될 수 있다.

또한, 상기 센서 장치(110)는 복수 개의 센서(111,112,...,110n)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 센서들(111,112,...,110n)은 직사각형 모양의 바 형태의 패치일 수 있으며, 상기 센서들(111,112,...,110n)은 서로 소정의 거리 이격되어 배치된다.

또한, 상기 센서 장치(110)는 도 3에 도시한 바와 같이 고리형의 센서들(131,132,...,130n)로 구성되는 센서 장치(130)일 수 있다.

즉, 상기 센서 장치(110)를 구성하는 센서들은 그 형상에 특별한 한정이 없으며 센서들이 서로 이격되어 있다면 충분하다.

또한, 상기 센서 장치(130)가 고리형의 센서들(131,132,...,130n)로 구성될 경우, 상기 센서들(131,132,...,130n)의 직경은 서로 상이하며, 동일한 평면상에서 중심이 서로 겹쳐지도록 이격되어 배치된다.

다만, 상기 센서들(131,132,...,130n)은 서로 상이한 높이의 평면상에 위치할 수 있다.

이는 인체에는 굴곡이 있으므로 상기 센서들(131,132,...,130n)이 각각 인체에 대해 거의 동일한 위치에서 동일한 조건으로 인체 힘 또는 진동을 측정하기 위함이다.

또한, 상기 센서 장치(110)는 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 원형 센서들(131a,...,131an)이 선상에서 서로 이격되어 구성되는 센서 장치(130a)일 수 있고, 도 5에 도시한 바와 같이 복수의 물결 파형 센서들(131b,...,130bn)(정현파형일 수 있음)이 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구성되는 센서 장치(130b)일 수 있고, 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 삼각 파형 센서들(131c,...,131cn)이 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구성되는 센서 장치(130c)일 수 있고, 도 7에 도시한 바와 같이 복수의 나선형 센서들(131d,...,131dn)이 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구성되는 센서 장치(130d)일 수 있고, 도 8에 도시한 바와 같이 복수의 원형 센서들(131e,...,131en)이 평면상(격자 형상을 도시하였으나 평면을 이룬다면 제한이 없음)에서 서로 이격되어 구비되는 센서 장치(131c)일 수 있다.

상기 신호 처리 장치(120)는 상기 센서들(131,132,...,130n)에서 출력되는 원 신호들을 하나의 생체 신호로 변환하여 출력하거나 원 신호들 중 어느 하나를 선택하여 생체 신호로 출력한다.

즉, 본 발명의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100)은 복수의 센서들(131,132,...,130n)에서 출력되는 원 신호들을 이용하여 노이즈가 제거된 하나의 신호로 변환하여 정확한 생체 신호를 얻을 수 있으며, 어느 하나의 센서에 고장이나 접촉 불량이 발생하더라도 생체 신호를 획득할 수 있다.

[제1 실시예]

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100a)을 보여주는 것으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100a)은 센서 장치(110a)가 두 개의 센서(111,112)로 구성되며, 신호 처리 장치(120a)는 기준 신호 발생기(121), 적응 필터(122) 및 최적 변수 결정기(123)를 포함하는 형태이다.

상기 기준 신호 발생기(121,Reference Signal Generator)는 상기 센서들(111,112)로부터 원 신호(raw signal)를 입력받아 기준 신호(121a)를 출력한다.

또한, 상기 기준 신호(121a)는 상기 센서들(111,112) 중, 제1 센서(111)의 원 신호(이하, '제1 원 신호'라 함)의 비율을 가변하며, 상기 제2 센서(111)의 원 신호(이하, '제2 원 신호'라 함)를 감한 신호이다.

또한, 상기 기준 신호는 아래의 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, RS는 상기 기준 신호, Ch₁은 상기 제1 원 신호, Ch₂는 상기 제2 원 신호, c는 상기 원 신호들 간의 비율을 나타내는 변수이다.

또한, 상기 변수 c는 0부터 1이 될 때까지 0.01씩 증가되며, 상기 기준 신호(121a)는 변화하며 출력된다.

다만, 상기 변수 c의 범위 및 증가분은 사용자에 설정에 의해 가변될 수 있다.

상기 적응 필터(122,Adaptive Filter)는 상기 기준 신호(121a)를 입력받아 소정의 필터 계수(w(n))로 필터링하며 생체 신호(y(n))을 출력한다.

또한, 상기 적응 필터(122)는 상기 생체 신호(y(n))와 상기 제1 원 신호(Input)의 오차(e(n))를 이용하여 상기 필터 계수(w(n))를 보정한다.

즉, 상기 적응 필터(122)는 상기 기준 신호(121a)와 상기 제1 원 신호(Input) 사이의 공통 성분을 제거하는 역할을 한다.

또한, 상기 적응 필터(122)에서는 상기 변수 c의 변화 따라 생체 신호를 가변하며 출력한다.

상기 최적 변수 결정기(123)는 상기 적응 필터(122)에서 출력되는 생체 신호들의 파워를 계산하고 파워가 최대인 생체 신호를 출력하는 변수 c를 최적 변수(최적 비율)로 결정하며, 이때의 기준 신호에 의해 계산된 생체 신호를 최적 생체 신호로 얻는다.

한편, 상기 생체 신호의 파워가 최대인 점은 상기 생체 신호에 피크 치가 존재하는 지점을 의미하며, 상기 생체 신호에는 하나의 피크 치가 존재하는 경우와 두 개의 피크 치가 존재하는 경우가 존재한다.

먼저, 하나의 피크 치가 존재한다는 것은 노이즈 즉, 동잡음(motion artifact)이 거의 없는 경우로, 이 경우 신호는 잡음보다 매우 커 잡음을 무시할 수 있는 경우이며, 잡음이 거의 없다고 가정하였을 때, 상기 적응 필터(122)의 출력 피크 치는 상기 기준 신호(121a)가 잡음임을 의미하며 이때의 변수 c값이 최적 변수(상기 적응필터(122)의 출력이 최적 신호로 출력되게 하는 변수)로 결정된다.

또한, 잡음이 신호보다 매우 커 신호를 무시할 수 있는 경우, 모든 센서들(111,112)에서 출력되는 신호는 잡음이되고 그 크기는 동일한 것으로 볼 수 있다. 따라서 이 경우 상기 적응 필터(122)의 출력 피크 치는 상기 기준 신호(121a)가 신호임을 의미하며 이때의 변수 c값을 최적 변수(상기 적응필터(122)의 출력이 최적 잡음으로 출력되게 하는 변수)로 결정된다.

다음, 두 개의 피크 치가 존재한다는 것은 신호와 노이즈가 유사한 수준으로 포함된 경우로, 상기 적응 필터(122)의 출력 피크 치는 신호에 의한 피크 치와 잡음에 의한 피크 치가 각각 존재하게 된다. 이때, 통상적으로 잡음이 신호에 비해 큰 값을 가지게 되므로 각 센서(111,112)를 통해 들어오는 잡음은 거의 같은 것으로 간주한다.

또한, 두 개의 피크 치 중, 변수 c값이 1인 경우에 하나의 피크 치가 발생하게 되는데, 이 경우에는 상기 기준 신호(121a)가 신호가 되므로 상기 적응 필터(122)의 출력은 잡음이 된다.

따라서, 두 개의 피크 치가 존재할 경우 변수 c값이 1이 아닌 다른 변수 c값에 의한 피크 치가 신호가 되며 이 변수 c값을 최적 변수(상기 적응필터(122)의 출력이 최적 잡음으로 출력되게 하는 변수)로 결정한다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100a)은 최적 변수를 이용하여 복수의 원 신호들로부터 노이즈가 제거된 정확한 생체 신호만을 획득할 수 있다.

[제2 실시예]

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100b)을 보여주는 것으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100b)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100a)과 비교하여 센서 장치(110b)가 적어도 세 개 이상의 센서(111,112,113)를 포함하여 이루어지며, 전처리기(140)를 더 포함한다. 또한, 상기 신호 처리 장치(120a)의 구성과 기능은 실질적으로 동일하다.

상기 전처리기(140)는 상기 센서들(111,112,113) 중, 제1 센서(111) 이외에 나머지 센서들(112,113)의 원 신호를 입력받아 전처리하며 하나의 전처리 신호를 출력한다.

그러면, 상기 기준 신호 발생기(121)는 상기 제1 센서(111)의 원 신호와 상기 전처리 신호를 입력으로 하여 기준 신호(121a)를 출력하고, 상기 적응 필터(122)는 상기 기준 신호(121a)를 필터링하여 생체 신호를 출력한다.

또한, 상기 전처리기(140)가 수행하는 전처리란 입력되는 원 신호들을 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 하나의 신호로 변환하는 것을 의미한다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100b)에 의하면, 복수의 원 신호들을 전처리한 전처리 신호를 기준 신호 발생기(121)의 입력으로 이용하므로 생체 신호 획득의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

[제3 실시예]

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100c)을 보여주는 것으로 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100c)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100b)과 비교하여 센서 장치(110c)가 적어도 네 개 이상의 센서들(111,112,113,114)을 포함하여 이루어지고, 전처리기는 제1 전처리기(141)와 제2 전처리기(142)를 포함한다. 또한, 상기 신호 처리 장치(120a)의 구성과 기능은 실질적으로 동일하다.

또한, 상기 제1 전처리기(141)는 복수의 원 신호를 입력받아 전처리하여 제1 전처리 신호를 출력하고, 상기 제2 전처리기(142)는 나머지 복수의 원 신호를 입력받아 전처리하여 제2 전처리 신호를 출력한다.

그러면, 상기 기준 신호 발생기(121)는 상기 제1 전처리 신호와 상기 제2 전처리 신호를 입력으로 이용하여 기준 신호(121a)를 출력하고, 상기 적응 필터(122)는 상기 기준 신호(121a)를 필터링하여 생체 신호를 출력한다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100c)은 전처리된 신호들만을 기준 신호 발생기(121)의 입력으로 이용하므로 생체 신호 획득의 정확성을 매우 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

[제4 실시예]

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100d)을 보여주는 것으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100d)은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100c)과 비교하여 상기 신호 처리 장치(120a)가 독립 성분 분석기(150)로 대체된 형태이다.

또한, 상기 독립 성분 분석기(150)는 다변량의 신호를 통계적으로 독립적인 하부 성분으로 분리하는 계산 방법으로 제1 전처리 신호와 제2 전처리 신호를 입력받아 생체 신호와 노이즈를 서로 분리하여 출력한다.

즉, 상기 독립 성분 분석기(150)는 노이즈가 제거된 생체 신호만을 출력하여 생체 신호의 정확성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100a)과 제2 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100b)에서 신호 처리 장치(120a)는 각각 상기 독립 성분 분석기(150)로 대체될 수 있다.

[제5 실시예]

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100e)을 보여주는 것으로 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100e)은 센서 장치(110d)가 두 개 이상의 복수의 센서들(111,112,113,110n)로 구성되고, 신호 처리 장치는 선택기(160)로 대체된 형태이다.

또한, 상기 선택기(160)는 상기 센서들(111,112,113,110n)에서 입력되는 원 신호들 중, 노이즈가 가장 작은 원 신호를 선택하여 생체 신호로 출력한다.

또한, 노이즈가 가장 작은 원 신호는 신호의 주파수 대역 파워를 계산하고 미리 알려진 신호의 주파수 대역(심탄도의 경우 1~25Hz, 호흡의 경우 0.15~0.5Hz)의 파워 값과 그 외의 대역의 파워 값의 비율이 가장 높은 신호로 선택될 수 있다.

즉, 본 발명의 제5 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 시스템(100e)은 센서들(111,112,113,110n)이 부분적으로 고장이 발생하여 신호를 출력하지 않더라도 안정적으로 생체 신호를 출력할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100:생체 신호 모니터링 시스템 110,130:센서 장치
111,112,113,114,110n:센서 120:신호 처리 장치
140:전처리기 141:제1 전처리기
142:제2 전처리기 150:독립 성분 분석기
160:선택기

Claims

인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치;
상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며,
상기 센서 장치는 서로 이격된 두 개의 센서를 갖고,
상기 신호 처리 장치:는,
상기 센서들에서 출력되는 원 신호(raw signal)를 입력받아 상기 원 신호들 중 제1 원 신호의 비율을 가변하며 제2 원 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator);
상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 원 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및
상기 제1 원 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 원 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 하나의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치를 발생시키는 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 두 개의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치들을 발생시키는 변수 값들 중, 1이 아닌 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치;
상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며,
상기 센서 장치는 서로 이격된 적어도 세 개의 센서를 갖고,
상기 신호 처리 장치:는,
상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제2 원 신호 및 제3 원 신호를 전처리하여 하나의 전처리 신호를 출력하는 전처리기;
상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호와 상기 전처리 신호를 입력받고, 상기 제1 원 신호의 비율을 가변하며, 상기 전처리 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator);
상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 원 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및
상기 제1 원 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 원 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 하나의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치를 발생시키는 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 두 개의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치들을 발생시키는 변수 값들 중, 1이 아닌 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 전처리기는 상기 제2 원 신호 및 상기 제3 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 전처리 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치;
상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며,
상기 센서 장치는 서로 이격된 적어도 네 개의 센서를 갖고,
상기 신호 처리 장치:는,
상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호 및 제2 원 신호를 전처리하여 제1 전처리 신호를 출력하고, 제3 원 신호 및 제4 원 신호를 전처리하여 제2 전처리 신호를 출력하는 전처리기;
상기 제1 전처리 신호와 상기 제2 전처리 신호를 입력받고, 상기 제1 전처리 신호의 비율을 가변하며, 상기 제2 전처리 신호를 감한 신호인 기준 신호를 출력하는 기준 신호 발생기(Reference Signal Generator);
상기 기준 신호를 입력받아 소정의 필터 계수로 필터링하여 상기 생체신호를 출력하되, 상기 생체신호와 상기 제1 전처리 신호의 에러가 최소화되도록 상기 필터 계수를 변화시키는 적응 필터(Adaptive Filter); 및
상기 제1 전처리 신호의 비율 가변을 위해 상기 제1 전처리 신호에 변화하며 곱해지는 변수들 중, 상기 생체신호의 파워가 최대가 되는 변수를 최적 변수로 결정하는 최적 변수 결정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 하나의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치를 발생시키는 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 최적 변수 결정기는,
상기 생체신호에 두 개의 피크 치가 발생할 경우, 상기 피크 치들을 발생시키는 변수 값들 중, 1이 아닌 변수 값을 최적 변수로 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 전처리기는 상기 제1 원 신호 및 상기 제2 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제1 전처리 신호를 생성하고, 상기 제3 원 신호 및 상기 제4 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제2 전처리 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치;
상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며,
상기 센서 장치는 서로 이격된 적어도 네 개의 센서를 갖고,
상기 신호 처리 장치:는,
상기 센서들에서 출력되는 원 신호들 중, 제1 원 신호 및 제2 원 신호를 전처리하여 제1 전처리 신호를 출력하고, 제3 원 신호 및 제4 원 신호를 전처리하여 제2 전처리 신호를 출력하는 전처리기; 및
상기 제1 전처리 신호 및 상기 제2 전처리 신호를 입력받고 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 통해 생체 신호와 노이즈를 분리하여 출력하는 독립 성분 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 전처리기는 상기 제1 원 신호 및 상기 제2 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제1 전처리 신호를 생성하고, 상기 제3 원 신호 및 상기 제4 원 신호를 앙상블 평균(ensemble average)하거나 주성분 분석(principal component analysis)하여 상기 제2 전처리 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
인체, 의복 또는 인체가 접촉하는 물체에 구비되어, 호흡 또는 심박에 의한 힘을 측정하는 센서 장치;
상기 센서 장치의 원 신호를 처리하여 생체신호를 출력하는 신호 처리 장치;를 포함하며,
상기 센서 장치는 서로 이격된 복수의 센서를 갖고,
상기 신호 처리 장치는 상기 센서들의 원 신호들을 주파수 대역 파워를 계산하고, 상기 원 신호들 중, 미리 정해진 기준 신호 주파수 대역의 파워 값과 그 밖의 신호 주파수 대역의 파워 값의 비율이 가장 높은 원 신호를 선택하여 상기 생체신호로 출력하는 선택기(selector)인 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 각각 바형의 센서이고 서로 소정의 거리 이격되어 나란하게 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 직경이 서로 다른 고리형의 센서이고 중심이 동일지점에 위치에 위치하도록 평면상에 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 원형 센서이고, 선상에서 서로 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 물결 파형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 삼각 파형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 나선형 센서이고, 서로 겹쳐지지 않도록 나란하게 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 원형 센서이고, 평면상에서 서로 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.
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