KR102085286B1 - 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피 측정자인 영유아의 몸에 멤스센서를 내장한 착용단말본체를 부착하여 피 측정자의 수면을 방해하지 않고 수면 중 자세와 수면 중 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 검출하여 스마트기기로 제공하며, 스마트기기를 통해 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버로 제공하며, 상기 착용단말본체로부터 제공된 자세 정보와 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버 혹은 스마트기기로 제공함으로써, 다수의 사용자 모바일 어플리케이션과 웹을 통해 실시간으로 영유아의 건강 상태를 모니터링할 수 있는 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템{Infant Health Monitoring System}

본 발명은 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피 측정자인 영유아의 몸에 멤스센서를 내장한 착용단말본체를 부착하여 피 측정자의 수면을 방해하지 않고 수면 중 자세와 수면 중 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 검출하여 스마트기기로 제공하며, 스마트기기를 통해 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버로 제공하며, 상기 착용단말본체로부터 제공된 자세 정보와 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버 혹은 스마트기기로 제공함으로써, 다수의 사용자 모바일 어플리케이션과 웹을 통해 실시간으로 영유아의 건강 상태를 모니터링할 수 있는 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템에 관한 것이다.

어린이집이나 가정에서 가장 사회적 문제가 되는 것이 영아 돌연사이다.

영아 돌연사는 생후 6개월 미만의 아기들이 90%를 차지하고 있다.

생후 5~6개월이 되면 아기들이 혼자 뒤집기를 시작하는데 얼굴을 이불에 대고 엎어지는 경우 숨을 못 쉬어 숨지는 경우가 발생한다. 따라서 부모나 어린이집 선생님들은 항상 아이의 수면 상태를 계속 관찰해야 하고 매우 민감하게 돌봐야 하는 환경에 노출되어 있다.

영유아 보육은 국가의 근본이 되는 산업으로 영아 돌연사는 사회의 심각한 문제로 대두되고 있다.

즉, 유아 돌연사 증후군(Sudden Infant Death Syndrome: SIDS)은 부검이나 사망 당시의 상황이나 병력 검토 등 사후 검사에서도 사망 원인을 찾을 수 없는 신생아나 유아의 갑작스러운 죽음을 말한다.

돌연사한 아이들의 연령을 보면 거의 1세 미만이고, 그 중에서 6개월 미만이 대다수 차지하며, 특히 생후 1 ~ 4개월의 유아에게 발생 빈도가 높은 것으로 알려져 있다.

또한, 생후 1년 이내의 유아들은 신체를 제대로 가눌 수 없기 때문에 대부분의 시간을 잠을 자며 누워서 지내므로, 몸을 뒤척이거나 뒤집는 동작을 하는 과정에서 질식사할 우려가 있다.

하지만 지금까지 효과적인 시스템이 갖춰져 있지 않고 관리자(교사,원장,부모)들이 항상 영아를 관심 있게 관찰하는 것이다.

하지만, 24시간 항상 영아를 계속 관찰하는 것은 불가능하기 때문에 이러한 문제점을 해결하는 시스템 개발 및 도입이 필요하다.

따라서, 출산 후, 0세 이상 영유아의 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 실시간으로 모니터링하여 근거리 통신 기반으로 해당 모니터링 정보를 서버에 제공하며, 서버와 연동된 스마트기기를 통해 모니터링이 가능하도록 하는 모바일 어플리케이션 기반의 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템을 제안하게 된 것이다.

대한민국특허공개공보 10-2016-0000711호(2016.01.05)

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 피 측정자인 영유아의 몸에 멤스센서를 내장한 착용단말본체를 부착하여 피 측정자의 수면을 방해하지 않고 수면 중 자세와 수면 중 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 검출하여 스마트기기로 제공하며, 스마트기기를 통해 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버로 제공하며, 상기 착용단말본체로부터 제공된 자세 정보와 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버 혹은 스마트기기로 제공함으로써, 다수의 사용자 모바일 어플리케이션과 웹을 통해 실시간으로 영유아의 건강 상태를 모니터링할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 착용단말본체에서 검출된 자세 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에 획득하여 해당 자세 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 자세 이미지를 출력시키도록 하며, 착용단말본체에서 검출된 호흡의 주기 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에서 획득하여 해당 호흡의 주기 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 출력시키도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템은,

멤스센서를 포함하여 구성되어 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하고 판단된 자세 정보와 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 호흡의 주기를 판단하고 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리 통신을 이용하여 스마트기기(200)로 제공하며, 신체 혹은 의류 혹은 기저귀에 탈부착 가능하게 형성된 착용단말본체(100)와,

상기 착용단말본체(100)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 화면에 출력시키며, 영유아건강상태관리서버(300)로 제공하기 위한 앱을 탑재하고 있는 스마트기기(200)와,

상기 스마트기기(200)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 저장하기 위한 영유아건강상태관리서버(300)를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템은,

피 측정자인 영유아의 몸에 멤스센서를 내장한 착용단말본체를 부착하여 피 측정자의 수면을 방해하지 않고 수면 중 자세와 수면 중 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 검출하여 스마트기기로 제공하며, 스마트기기를 통해 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버로 제공하며, 상기 착용단말본체로부터 제공된 자세 정보와 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버 혹은 스마트기기로 제공함으로써, 다수의 사용자 모바일 어플리케이션과 웹을 통해 실시간으로 영유아의 건강 상태를 모니터링할 수 있는 효과를 제공한다.

즉, 착용단말본체에서 검출된 자세 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에 획득하여 해당 자세 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 자세 이미지를 출력시키도록 하며, 착용단말본체에서 검출된 호흡의 주기 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에서 획득하여 해당 호흡의 주기 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 출력시키는 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체 사시도이며, 도 3은 후면을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 엠씨유 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 자세판단결과제공부 블록도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 스마트기기를 통해 출력되는 화면 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 영유아건강상태관리서버 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 스마트기기 블록도이다.
도 11은 본 발명의 이실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 엠씨유 블록도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템은,

멤스센서를 포함하여 구성되어 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하고 판단된 자세 정보와 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 호흡의 주기를 판단하고 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리 통신을 이용하여 스마트기기(200)로 제공하며, 신체 혹은 의류 혹은 기저귀에 탈부착 가능하게 형성된 착용단말본체(100)와,

상기 착용단말본체(100)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 화면에 출력시키며, 영유아건강상태관리서버(300)로 제공하기 위한 앱을 탑재하고 있는 스마트기기(200)와,

상기 스마트기기(200)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 저장하기 위한 영유아건강상태관리서버(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 영유아건강상태관리서버(300)는,

저장된 정보를 스마트기기(200) 혹은 웹 플랫폼 혹은 리모트 스마트기기로 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 착용단말본체(100)는,

자이로센서와 가속도계를 포함하여 구성되어 자이로센서의 X,Y,Z축의 값과 가속도계의 X,Y,Z축의 값을 측정하기 위한 멤스센서(MEMS sensor, 110);와

전원을 공급하기 위한 전원공급부(120);와

상기 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하여 판단된 자세 정보, 수면 중 호흡의 주기를 판단하여 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리통신부로 제공하여 스마트기기(200)로 송출할 수 있도록 하기 위한 엠씨유(130);와

상기 엠씨유에서 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 스마트기기(200)로 근거리 통신을 이용하여 제공하기 위한 근거리통신부(150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 전체 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템은 크게, 착용단말본체(100), 스마트기기(200), 영유아건강상태관리서버(300)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 착용단말본체(100)는 멤스센서를 포함하여 구성되어 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하고 판단된 자세 정보와 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 호흡의 주기를 판단하고 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리 통신을 이용하여 스마트기기(200)로 제공하며, 신체 혹은 의류 혹은 기저귀에 탈부착 가능하게 형성된다.

그리고, 상기 스마트기기(200)는 착용단말본체(100)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 화면에 출력시키며, 영유아건강상태관리서버(300)로 제공하기 위한 앱을 탑재하고 있게 된다.

그리고, 상기 영유아건강상태관리서버(300)는 스마트기기(200)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 저장하게 된다.

또한, 영유아건강상태관리서버(300)는,

저장된 정보를 스마트기기(200) 혹은 웹 플랫폼 혹은 리모트 스마트기기로 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 착용단말본체(100)로부터 획득된 각종 정보들을 스마트기기(200), 영유아건강상태관리서버(300) 중 어느 하나 이상의 구성수단으로 제공함으로써, 각종 정보들을 저장 관리하며, 동시에 화면에 출력시키는 장점을 제공하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체 사시도이며, 도 3은 후면을 나타낸 예시도이다.

이때, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 착용단말본체(100)는,

어느 일측에 동작 온과 동작 오프를 조작할 수 있도록 형성되는 원버튼턴온부(101);와

하측에 힌지 결합되어 의류 혹은 기저귀에 결착할 수 있도록 형성되는 클립부(102);와

상기 클립부의 저면에 무독성 오스테나이트강 재질로 형성되어 접촉부위의 피부 발진을 감소시키기 위한 피부발진방지부재(103);를 포함하여 구성되게 된다.

한편, 상기 착용단말본체는 무독성 PP 재질로 외형을 형성함으로써, 사용자의 불안감을 최소화시킬 수 있도록 한다.

상기 원버튼턴온부를 눌러 동작 온을 시키게 되면 스마트기기와 페어링 과정을 거친 후, 페어링이 되면 실시간 수면시 혹은 평상시 자세 정보 혹은 호흡 주기 정보를 측정하여 스마트기기로 제공하게 되는 것이다.

즉, 스마트기기와 직접 통신하여 해당 자세 정보와 호흡 주기 정보를 제공할 수 있으며, 다른 예로서 영유아건강상태관리서버(300)로 해당 정보를 제공할 수도 있다.

한편, 부가적인 양상에 따라, 상기 착용단말본체(500)는,

체온을 측정하기 위한 체온측정부;와

외부 온습도를 측정하기 위한 온습도측정부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이렇게 되면, 상기 체온측정부와 온습도측정부에 의해 측정된 정보를 스마트기기 혹은 영유아건강상태관리서버(300)로 제공하여 스마트기기 혹은 영유아건강상태관리서버(300)를 통해 현재 체온, 외부 온습도 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 착용단말본체(100)는,

자이로센서와 가속도계를 포함하여 구성되어 자이로센서의 X,Y,Z축의 값과 가속도계의 X,Y,Z축의 값을 측정하기 위한 멤스센서(MEMS sensor, 110);와

전원을 공급하기 위한 전원공급부(120);와

상기 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하여 판단된 자세 정보, 수면 중 호흡의 주기를 판단하여 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리통신부로 제공하여 스마트기기(200)로 송출할 수 있도록 하기 위한 엠씨유(530);와

상기 엠씨유에서 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 스마트기기(200)로로 근거리 통신을 이용하여 제공하기 위한 근거리통신부(150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 엠씨유 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 자세판단결과제공부 블록도이다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 스마트기기를 통해 출력되는 화면 예시도이다.

한편, 본 발명의 핵심적인 구성수단인 상기 엠씨유(230)는, 자세를 측정하기 위하여, 롤각측정부(131), 피치각측정부(132), 자세판단결과제공부(133)를 포함하여 구성되게 된다.

그리고, 호흡 주기를 측정하기 위하여, 측정값획득부(134), 밴드패스필터부(135), 바른자세누움분석부(136), 옆으로누움분석부(137), 호흡평균주기분석부(138), 호흡평균주기저장부(139), 호흡평균값계산부(140)를 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 롤각측정부는 가속도계 X 축의 값과 가속도계 Z 축의 값을 통해 ROLL angle 값을 측정하는 기능을 수행하게 된다.

그리고, 상기 피치각측정부는 가속도계 Y 축의 값과 가속도계 Z 축의 값을 통해 PITCH angle 값을 측정하는 기능을 수행하게 된다.

그리고, 상기 자세판단결과제공부는 상기 롤각측정부와 피치각측정부에 의해 측정된 결과값을 획득하여 똑바로 누워있는 자세인지, 좌측을 바라보고 옆으로 누워있는 자세인지, 우측을 바라보고 옆으로 누워있는 자세인지, 엎드려 누워있는 자세인지, 서있는지를 판단하여 판단결과의 자세 정보를 근거리통신부(150)로 제공하게 되는 것이다.

상기한 자세 정보란, 자세판단결과제공부에서 판단하여 내린 결과값을 의미하는 것이다.

요약하자면, 멤스센서를 통해 얻은 자이로 X, Y, Z축의 값과 가속도 X, Y, Z축의 값을 가공하여 Roll angle, Pitch angle값을 얻은 후 이값으로 수면 자세를 판단하는 것이다.

한편, 종래에는 피 측정자의 수면 중 자세를 측정하기 위해서는 복잡한 절차와 특정한 장소에서 측정자의 실시간 체크가 이루어져야만 가능하였다.

예를 들어, 피 측정자의 수면 중 자세를 측정하기 위해서는 신경과가 있는 병원에서 수면다원검사를 통하여 측정이 되어진다

이러한 특성으로 인하여 일단 검사를 위해서는 평균적으로 12시간 정도의 시간이 소요가 되고, 평소 피 측정자에게 친숙하고 익숙한 공간에서의 수면이 아닌 낯선 장소에서의 수면으로 인한 불편함을 호소하는 경우가 많으며, 더불어 여러 유선적인 측정장치를 연결하여 예민한 피 측정자는 불면을 호소하는 경우도 발생하며 측정 후 피부 알레르기 등이 동반되는 경우도 있었다.

따라서, 이러한 종래의 방법으로 측정하는 것은 연령대가 많이 어린 영유아에게는 불가능하며, 또한 매일 주기적으로 측정하는 것은 사실상 불가능에 가깝고 비용도 많이 소모되는 단점이 존재하였다.

그러나, 본 발명과 같이, 멤스센서를 이용하게 되면 상기한 단점을 일거에 해결하게 되는 것이다.

본 발명에서는 예를 들어, 클립부(102)에 의해 피 측정자의 배꼽 근처의 복부에 부착 혹은 착용하게 하여 위치 데이터를 측정하고, 이때 데이터를 가공하여 수면 중 자세를 파악하게 되는 것이다.

또한, 수면 중 자세는 자이로 3축과 가속도 3축을 가공하여 Roll angle값과 Pitch angle값을 산출하여 알아내며, Roll angle값은 arctan2(가속도계 X축의 값, 가속도계 Z축의 값)을 통하여 구할 수 있으며, Pitch angle값은 arctan2(가속도계 Y축의 값, 가속도계 Z축의 값)으로 구할 수 있다.

즉, arctan2(y, x) 함수는 arctan를 아래의 규칙으로 변형한 것이다.

x > 0 일 때, arctan(y/x)

x < 0 그리고 y = 0 일 때, arctan(y/x) + p

x < 0 그리고 y < 0 일 때, arctan(y/x) - p

x = 0 그리고 y > 0 일 때, p/2

x = 0 그리고 y < 0 일 때, -p/2

x = 0 그리고 y = 0 일 때는 정의되지 않음

p = π

이때, 피 측정자의 몸을 기준으로 우측으로 회전하면 0도 ~ 180도까지 표현할 수 있고, 반대로 좌측으로 회전하면 0도에서 ~ -179도까지 표현할 수 있게 된다.

상기와 같은 원리를 이용하여 자세판단결과제공부는 자세를 판단할 수가 있게 되는데, 이를 위하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 자세판단결과제공부(133)는 똑바로누움자세판단모듈(133a), 좌측누움자세판단모듈(133b), 우측누움자세판단모듈(133c), 엎드려누움자세판단모듈(133d), 누워있지않음자세판단모듈(133e), 서있음자세판단모듈(133f)을 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 똑바로누움자세판단모듈은 롤각측정부에 의해 측정된 ROLL angle 값이 -60도 ~ 60도 범위 내일 경우에 똑바로 누워있는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

그리고, 상기 좌측누움자세판단모듈은 롤각측정부에 의해 측정된 ROLL angle 값이 -120도 ~ -61도 범위 내일 경우에 좌측을 바라보고 옆으로 누워있는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

그리고, 상기 우측누움자세판단모듈은 롤각측정부에 의해 측정된 ROLL angle 값이 61도 ~ 120도 범위 내일 경우에 우측을 바라보고 옆으로 누워있는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

그리고, 상기 엎드려누움자세판단모듈은 롤각측정부에 의해 측정된 ROLL angle 값이 -179도 ~ -121도, 121도 ~ 180도 중 어느 하나의 범위 내일 경우에 엎드려 누워있는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

한편, 피측정자가 누워있는지, 서 있는지에 대한 판단은 Pitch angle값과 가속도계의 X, Y, Z축의 값을 비교하여 판단하게 된다.

Pitch angle값은 피 측정자의 배꼽이 지표면과 수평을 이루고 있을 때를 0도로 기준을 잡으며 X축을 기준으로 회전한 각도를 나타내게 된다.

예를 들어, 피측정자가 지표면을 기준으로 수직으로 서 있을 때 90도로 나타내며, 이를 바탕으로 피 측정자가 누워있는지 서있는지를 판단할 수 있게 된다.

즉, 누워있지않음자세판단모듈은 똑바로누움자세판단모듈, 엎드려누움자세판단모듈 중 어느 하나의 자세로 판단될 경우에 해당 자세 정보를 토대로 피치각측정부에 의해 측정된 PITCH angle 값의 절대값이 45도 보다 크거나, 135도 보다 작을 경우에 누워 있지 않는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

한편, 상기 누워있지않음자세판단모듈은 엎드려 있을 때는 Pitch angle값의 절대값이 30도 보다 크거나 150도 보다 작을 때 누워있지 않는다고 판단할 수도 있다.

또한, 상기 서있음자세판단모듈은 좌측누움자세판단모듈, 우측누움자세판단모듈 중 어느 하나의 자세로 판단될 경우에 해당 자세 정보를 토대로 가속도계 X 축의 절대값이 다른 X 축이나 Z 축의 절대값보다 큰지를 판단하여 클 경우에 서 있는 자세로 판단하여 해당 자세 정보를 근거리통신부로 제공하게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 옆으로 누워있을 때는 조금 다른 방법으로 판단하는데 옆으로 누워있을 때의 Pitch angle값은 피 측정자가 누워있거나 서있다는 것을 표현하는 것이 아니기 때문이며, 이때에는 가속도계 Y축의 절대값이 다른 X축이나 Z축의 절대값보다 클 때 서있다고 표현하게 된다.

이는 가속도계의 X, Y, Z축의 한 축 이상은 반드시 중력의 영향을 받아서 나머지 영향을 받지 않는 값보다 크게 나오는데 Y축이 중력의 영향을 받을 때가 피측정자가 누워있지 않을 때이기 때문이다.

한편, 호흡 주기를 측정하기 위하여, 측정값획득부(134), 밴드패스필터부(135), 바른자세누움분석부(136), 옆으로누움분석부(137), 호흡평균주기분석부(138), 호흡평균주기저장부(139), 호흡평균값계산부(140)를 포함하여 구성되게 된다.

상기와 같은, 구성수단을 구성하는 이유는 멤스센서를 통해 획득된 자이로센서의 X,Y,Z축의 값과 가속도계의 X,Y,Z축의 값을 호흡과 비슷한 주파수인 0.1Hz ~ 1Hz 사이 대역만을 필터링하여 수면 자세를 기준으로 각 축의 값을 획득하여 복부 움직임의 사인그래프와 유사한 주기를 판단하기 위한 것이다.

즉, 본 발명에서는 호흡의 주기 즉, 복부 움직임이 일정한 주파수를 띄는 사인 그래프와 유사한 모양이 출력되는지를 확인하는 것이다.

상기 주파수 범위를 벗어나거나 도달하지 못하는 움직임은 필터 처리로 걸러낸 후 그 사인 그래프의 주기를 판단하여 측정자에게 알려주는 것인데, 이때, 주기가 너무 느리거나 너무 빠를 시에는 피 측정자의 호흡이 불안정하다고 판단하여 측정자에게 알리게 되며, 가속도계 X, Y, Z축의 값과 자이로 X, Y, Z축의 값을 Band-pass Filter를 통하여 필터링을 하였다.

이때, 통과 주파수는 호흡 주기를 근거로 하여 0.1Hz ~ 1Hz로 설정하였다.

이를 통과한 값에서 바른 자세로 누워있을 때는 중력의 영향이 적고, 값의 변위차가 뚜렷한 가속도계 Y축과 자이로 X축의 값으로 주기를 파악하였다.

또한, 옆으로 누워 있을 때는 마찬가지로 중력의 영향이 적고, 값의 변위차가 뚜렷한 가속도계 Z축과 자이로 X축의 값으로 주기를 파악하도록 하였다.

기타의 자세에서는 대부분의 가속도축이 동시에 중력의 영향을 받아 측정값이 부정확하거나 혹은 복부가 지면에 닿아 있어 정확한 복부움직임 측정이 불가능하여 호흡주기 파악이 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 바른 자세로 누워있거나, 옆으로 누워 있을 경우를 측정하는 것이다.

상기 측정값획득부는 가속도계 X, Y, Z 축의 값과 자이로센서 X, Y, Z 축의 값을 획득하게 된다.

이때, 상기 밴드패스필터부는 상기 측정값획득부에 의해 획득된 값을 필터링하게 되는 것이다.

이때, 자세 정보를 상기에서 판단하였지만, 다시 한번 호흡을 판단하기 위하여 바른자세누움분석부, 옆으로누움분석부를 구성하게 된다.

반면에 자세 정보에서 측정된 자세 정보를 획득하여 호흡평균주기분석부에서 분석하도록 구성할 수도 있을 것이다.

이때, 상기 바른자세누움분석부는 상기 밴드패스필터부를 통과한 값의 가속도계 Y축과 자이로센서 X 축의 값을 가지고 주기를 판단하여 바른 자세로 누워 있는지를 분석하게 된다.

이때, 상기 옆으로누움분석부는 상기 밴드패스필터부를 통과한 값의 가속도계 Z축과 자이로센서 X 축의 값을 가지고 주기를 판단하여 옆으로 누워 있는지를 분석하게 된다.

또한, 상기 호흡평균주기분석부는 상기 바른자세누움분석부 혹은 옆으로누움분석부 중 어느 하나에 의해 분석된 자세에 따른 각 축의 데이터를 설정 주기당 한번씩 측정하여 호흡의 평균 주기를 분석하여 호흡평균주기저장부에 저장시키게 되는 것이다.

이때, 상기 호흡평균값계산부는 상기 호흡평균주기저장부에 저장된 호흡의 평균 주기 정보를 추출하여 밴드패스필터부에 제공하여 필터링한 값을 획득하여 호흡의 평균값을 계산하게 되는 것이다.

이때, 특징적인 것으로서 상기 밴드패스필터부는,

멤스센서를 통해 획득된 자이로센서의 X,Y,Z축의 값과 가속도계의 X,Y,Z축의 값을 호흡과 비슷한 주파수인 0.1Hz ~ 1Hz 사이 대역만을 필터링하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하자면, 호흡주기 측정은 자세에 따른 각 축의 데이터를 50ms당 한번 씩 측정하여, 호흡의 평균 주기를 바탕으로, 적어도 한번 주기를 통과했다고 가정되는 5초 동안을 저장하여 측정하게 된다.

상기 호흡평균주기저장부에 5초간 저장된 데이터를 밴드패스필터부를 통하여 필터링한 후, 호흡평균값계산부에 의해 평균값을 구하게 되는 것이다.

이때, 상기 평균값을 저장되어 있는 데이터에서 제거하게 된다.

이는 필터링된 데이터가 '0'을 기준으로 분포하게끔 영점 보정을 해주기 위해서이다.

그리고, 순차적으로 5초마다 평균값을 구하여 그 평균값을 구한 데이터에 영점 보정을 적용하여 연속적인 데이터 배열을 얻을 수 있게 된다.

상기 영점 보정이 된 데이터를 바탕으로 필터링된 데이터의 부호가 '+'에서 '-'되는 순간을 '0'의 축을 지났다고 파악하여 다음 부호가 '+'에서 '-'되는 순간까지의 시간을 구하면 곧 호흡의 한 주기로 산정하여 계산할 수가 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 스마트기기에서는 앱을 탑재하고 있으며, 앱을 통해 도 7과 도 8과 같은 화면을 제공하게 되는데, 예를 들어, 영유아 정보 관리를 위한 설정페이지, 측정단말과 연결 및 페어링 시도를 위한 페이지, 장비 착용 전 외부환경온습도를 측정하기 위한 페이지, 체온 및 수면자세를 측정하는 페이지, 최근 누적 트랜드 확인을 위한 페이지 등을 제공하게 되는 것이며, 착용단말본체에서 제공된 자세 정보가 똑바로누움 자세 정보일 경우에 똑바로누움자세에 해당하는 이미지 정보를 추출하여 도 8과 같이 이미지로 화면에 제공하게 되는 것이다.

또한, 체온 및 호흡을 측정하는 페이지를 제공하게 된다.

즉, 스마트기기의 화면에서는 착용단말본체에서 제공된 호흡의 주기 정보를 토대로 복부 움직임으로 분당 계산된 횟수를 표시하게 되는 것이다.

예를 들어, 외부온도 34.2℃, 복부움직임 1회/min 등과 같이, 화면에 제공하게 되는 것이다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 영유아건강상태관리서버 블록도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 상기 영유아건강상태관리서버(300)는, 무선통신부(310), 실내환경정보저장부(320), 위험수위별이벤트신호생성부(330), 자세및호흡주기정보저장부(340)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 상기 무선통신부(310)는 스마트기기(200)로부터 제공된 영유아의 자세, 호흡 주기 정보를 수신받게 되며, 부가적인 양상에 따라, 실내의 온습도 정보를 제공받을 수 있게 되는데, 이때, 수신받은 실내 환경 정보를 실내환경정보저장부(320)에 저장하게 된다.

그리고, 자세 및 호흡의 주기 정보는 자세및호흡주기정보저장부(340)에 저장하게 된다.

이때, 상기 실내환경정보저장부(320)는 실내 환경 정보에 포함된 온도 및 습도에 대한 임계치값, 측정된 온도 및 습도값 등을 저장하고 있다.

따라서, 상기 위험수위별이벤트신호생성부(330)는 무선통신부로부터 획득된 실내 환경 정보를 추출하며, 상기 실내환경정보저장부에 저장된 실내 환경 정보의 임계치값과 비교하여 위험 수위를 판단하게 된다.

임계치값일 기준으로 위험 수위별 이벤트 신호를 생성할 수 있게 되는데, 예를 들어, 임계치값인 30도를 기준으로 초과값이 5도 미만일 경우에 주의 신호, 5도 ~ 10도 미만일 경우에 위험 신호, 10도 이상일 경우에 경고 신호에 해당하는 이벤트 신호를 생성하여 스마트기기(200)로 제공하게 되는 것이다.

또한, 영유아건강상태관리서버(300)는,

저장된 정보를 스마트기기(200) 혹은 웹 플랫폼 혹은 리모트 스마트기기로 제공하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 저장된 정보들을 해당 스마트기기(200)에서 요청하거나, 웹 플랫폼 혹은 리모트 스마트기기에서 요청할 경우에 해당 저장된 정보들을 제공하게 되는 것이다.

예를 들어, 현재 영유아의 자세 정보 혹은 호흡 정보, 실내 환경 정보 등을 요청하게 되면 해당 요청된 정보를 제공하게 되는 것이다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 스마트기기(200) 블록도이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 상기 스마트기기(200)는 앱실행부(210), 영유아건강상태정보출력부(220)를 포함하여 구성된다.

즉, 앱실행부(210)를 통해 영유아건강상태관리서버(300)로부터 제공된 실내 환경 정보를 표시하기 위한 앱을 실행시키게 된다.

그러면, 영역별로 실내 환경 정보를 출력시키게 되는데, 예를 들어, 온습도센서(111)에 의해 측정된 온도 및 습도 측정값과 임계치값을 출력하기 위한 영역 정보를 저장부에 저장시키며, 영유아건강상태정보출력부(220)에 의해 앱이 실행되면, 상기 영유아건강상태관리서버로부터 제공된 실내 환경 정보를 기 설정된 레이아웃에 표시하게 되는 것이다.

그리고, 자세 정보 및 호흡 정보를 출력하기 위한 영역 정보를 저장부에 저장시키며, 영유아건강상태정보출력부(220)에 의해 앱이 실행되면, 상기 영유아건강상태관리서버로부터 제공된 자세 정보 및 호흡 정보를 기 설정된 레이아웃에 표시하게 되는 것이다.

도 11은 본 발명의 이실시예에 따른 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템의 착용단말본체의 엠씨유 블록도이다.

한편, 본 발명의 핵심적인 구성수단인 상기 엠씨유(130)는, 호흡 주기를 측정하기 위하여, 측정값획득부(171), 로우패스필터부(172), 무빙에버리지필터부(173), 호흡신호판단부(174), 호흡주기분석부(175), 호흡주기저장부(176), 호흡평균값계산부(177)를 포함하여 구성되게 된다.

상기 측정값획득부는 가속도계 X, Y, Z 축의 값과 자이로센서 X, Y, Z 축의 값을 획득하게 되며, 상기 로우패스필터부는 측정값 획득부에 의해 획득된 값을 Cut-off frequency 1Hz로 필터링하게 된다.

이때, 무빙에버리지필터부는 로우패스필터부에 의해 획득된 값의 1Hz 주변 신호를 제거하게 되며, 호흡신호판단부는 무빙에버리지틸터부에 의해 획득된 값의 크기를 분석하여 호흡신호를 판단하게 된다.

이때, 상기 호흡주기분석부는 호흡신호 판단부에서 호흡신호라고 판단된 값의 주기를 분석하여 호흡을 판단하게 되며, 호흡으로 판단된 신호의 주기를 호흡주기저장부에 저장 처리하게 된다.

따라서, 상기 호흡주기저장부에는 호흡으로 판단된 신호의 주기를 저장하게 된다.

이때, 상기 호흡평균값계산부는 호흡주기 저장부에 저장된 호흡 주기 정보를 이용하여 호흡평균값을 계산하게 된다.

구체적으로 설명하자면, 멤스센서를 이용한 호흡 검출 알고리즘을 제공하게 되는데, 멤스(MEMS)센서를 통해 얻은 신호의 전처리과정으로서, 멤스(MEMS)센서의 데이터를 250ms당 한번 씩 측정하게 된다.

이때, 호흡 주기(0.1Hz ~ 1Hz)를 근거로 로우패스필터부(Low-pass Filter)와 무빙에버리지필터부(Moving Average Filter)를 통하여 자이로 X축 값을 필터링하게 된다.

그리고, 필터링 데이터 획득 조건은 복부움직임의 영향을 가장 많이 받으며, 값의 변위차가 뚜렷한 자이로 X축의 값을 이용하게 된다.

또한, 엎드려 누워있는 자세일 때, 신체가 움직이고 있을 때 등은 대부분의 가속도축이 동시에 중력의 영향을 받아 측정값이 부정확하거나 복부가 지면에 닿아 있어 정확한 복부움직임 측정이 불가능하여 호흡주기 파악이 어려운 상황으로 결과값에서는 제외하도록 한다.

상기 호흡신호판단부는 무빙에버리지틸터부에 의해 획득된 값의 크기를 분석하여 호흡신호를 판단하게 되는데, 구체적으로 피크포인트(Peak point)와 밸리포인트(Valley point)의 값을 이용하여 호흡신호를 판단하게 된다.

여기서, 전처리 과정 후 연속된 3개의 자이로 X축 값 중 가운데 값이 가장 클 때를 피크포인트(Peak point)라고 정의하였다.

전처리과정 후 연속된 3개의 자이로 X축 값 중 가운데 값이 가장 작을 때를 밸리포인트(Valley point)라고 한다.

따라서, 피크포인트(Peak point)와 밸리포인트(Valley point)값의 차가 호흡으로 인해 발생할 수 있는 크기보다 크거나 작을 시에는 호흡 이외의 움직임으로 판단하는 것이다.

상기 호흡주기분석부는 호흡신호 판단부에서 호흡신호라고 판단된 값의 주기를 분석하여 호흡을 판단하게 되는데, 호흡이라고 판단된 밸리포인트(Valley point)의 발생 주기가 호흡 주기와 비교하여 너무 느리거나 너무 빠를 시에는 호흡 이외의 움직임으로 판단하게 되는 것이다.

그리고, 상기 호흡평균값계산부는 호흡주기 저장부에 저장된 호흡 주기 정보를 이용하여 호흡평균값을 계산하게 되는데, 호흡이라고 판단된 신호의 주기가 1~2개 일 때, 측정된 호흡주기의 평균값을 계산하게 된다.

만약, 호흡이라고 판단된 신호의 주기가 3~7개 일 때, 측정된 호흡주기 중 가장 큰 값과 작은 값을 제외한 평균을 계산하게 되는 것이다.

본 발명을 통해, 피 측정자인 영유아의 몸에 멤스센서를 내장한 착용단말본체를 부착하여 피 측정자의 수면을 방해하지 않고 수면 중 자세와 수면 중 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 검출하여 스마트기기로 제공하며, 스마트기기를 통해 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버로 제공하며, 상기 착용단말본체로부터 제공된 자세 정보와 호흡의 주기 정보를 영유아건강상태관리서버 혹은 스마트기기로 제공함으로써, 다수의 사용자 모바일 어플리케이션과 웹을 통해 실시간으로 영유아의 건강 상태를 모니터링할 수 있는 효과를 제공한다.

즉, 착용단말본체에서 검출된 자세 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에 획득하여 해당 자세 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 자세 이미지를 출력시키도록 하며, 착용단말본체에서 검출된 호흡의 주기 정보를 근거리통신을 이용하여 스마트기기에서 획득하여 해당 호흡의 주기 정보를 토대로 화면에 피 측정자의 복부 움직임(호흡 주기) 횟수를 출력시키는 효과를 제공하는 것이다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 착용단말본체
200 : 스마트기기
300 : 영유아건강상태관리서버

Claims (3)

1. 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템에 있어서,
   멤스센서를 포함하여 구성되어 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하고 판단된 자세 정보와 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 호흡의 주기를 판단하고 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리 통신을 이용하여 스마트기기(200)로 제공하며, 피 측정자의 복부에 대응되는 신체 혹은 의류 혹은 기저귀에 탈부착 가능하게 형성된 착용단말본체(100)와,
   상기 착용단말본체(100)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 화면에 출력시키며, 영유아건강상태관리서버(300)로 제공하기 위한 앱을 탑재하고 있는 스마트기기(200)와,
   상기 스마트기기(200)로부터 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 저장하기 위한 영유아건강상태관리서버(300)를 포함하여 구성되며,
   상기 착용단말본체(100)는,
   자이로센서와 가속도계를 포함하여 구성되어 자이로센서의 X, Y, Z축의 값과 가속도계의 X, Y, Z축의 값을 측정하기 위한 멤스센서(MEMS sensor, 110);와 전원을 공급하기 위한 전원공급부(120);와 상기 멤스센서로부터 측정된 값을 획득하여 수면 중 자세를 판단하여 판단된 자세 정보, 수면 중 호흡의 주기를 판단하여 판단된 호흡의 주기 정보를 근거리통신부로 제공하여 스마트기기(200)로 송출할 수 있도록 하기 위한 엠씨유(130);와 상기 엠씨유에서 제공된 자세 정보, 호흡의 주기 정보를 스마트기기(200)로 근거리 통신을 이용하여 제공하기 위한 근거리통신부(150);를 포함하며,
   상기 엠씨유(130)는, 자세를 측정하기 위하여 상기 가속도계의 X축의 값과 Z축의 값을 통해 ROLL angle 값을 측정하는 롤각측정부(131), 상기 가속도계의 Y축의 값과 Z축의 값을 통해 PITCH angle 값을 측정하는 피치각측정부(132), 상기 롤각측정부(131)와 상기 피치각측정부(132)에 의해 측정된 결과값을 획득하여 자세를 판단하고 판단된 자세 정보를 상기 근거리통신부로 제공하는 자세판단결과제공부(133)를 포함하고,
   상기 엠씨유(130)는, 상기 자세 정보를 통해 바른 자세로 누워있는 것으로 판단되는 경우 가속도계 Y축과 자이로센서 X 축의 값을 가지고 상기 호흡의 주기를 판단하고, 상기 자세 정보를 통해 옆으로 누워 있는 것으로 판단되는 경우 가속도계 Z축과 자이로센서 X 축의 값을 가지고 상기 호흡의 주기를 판단하며,
   상기 엠씨유(130)는, 자세에 따라 각 축의 데이터를 설정 주기당 한번씩 측정하여 호흡의 평균 주기를 분석하고 호흡평균주기저장부에 저장시키며, 상기 호흡의 평균 주기 정보를 추출하여 Cut-off frequency 1Hz로 필터링하고 호흡의 평균값을 계산한 후 상기 평균값을 제거하는 영점보정을 하여 호흡의 주기를 계산하는 것을 특징으로 하는 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   영유아건강상태관리서버(300)는,
   저장된 정보를 스마트기기(200) 혹은 웹 플랫폼 혹은 리모트 스마트기기로 제공하는 것을 특징으로 하는 무구속형 영유아 건강상태 모니터링 시스템.
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