KR102231181B1 - 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템 - Google Patents

동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템 Download PDF

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박기영
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호원대학교 산학협력단
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Abstract

본 기술은 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 동물 보호자가 소지한 단말의 집음부로부터 청진된 생체음에서 심음, 호흡음, 및 장음을 추출한 다음 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음과 측정된 생체 신호를 통신망을 통해 진단서버로 전달하고 통신망을 통해 전송된 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음 및/또는 생체 신호를 수신하여 해당 동물의 생체음의 진단값을 도출하고 도출된 생체음의 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 진단 병명과 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고 도출된 진단값, 학습값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 동물 보호자가 소지한 단말로 전달함에 따라, 단말에 내장된 심폐음 진단 프로그램에 수행에 의거 동물의 건강과 관련된 다양한 서비스를 실시간으로 제공받을 수 있고, 이 밖에도 수의사 등의 동물 관리자 들과의 소통을 통해 전문가의 의견이 반영된 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법을 도출함에 따라 진단 병명 및 치료 방법에 대한 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템{SMART HEALTHCARE CONVERGENCE SYSTEM FOR COMPANION ANIMALS}
본 발명은 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동물의 생체음 및/또는 생체 신호를 이용하여 동물의 건강 상태를 통합하여 관리할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
반려동물(Companion Animal)이라 함은 사람과 더불어 사는 동물을 말하며, 동물이 인간에게 주는 여러 혜택을 존중하여 애완동물을 사람의 장난감이 아니라는 뜻에서 반려동물로 개칭하였다.
농협경제연구소의 보고에 따르면 2012년 전체가구의 16%(320만가구)가 440만 마리의 개를, 3.4%(68만가구)가 116만마리의 고양이를 사육하고 있으며, 인구구조의 고량화와 독신가구증가, 스트레스 사회 등의 사회적 요인과, 반려동물에 대한 가족구성원, 동반자, 파트너로서의 의식변화 등으로 인해 반려동물을 사육하는 가구 수는 기하급수적으로 늘고 있다.
따라서, 반려동물의 분실을 방지하고자 아래 특허문헌과 같은 동물위치추적시스템이 제안되었으나, 반려동물에 대한 인식이 더욱 높아지고, 반려동물의 고급화 및 고령화로 인해 반려동물의 건강 관리에 대한 관심이 높아지면서 지속적인 건강 관리가 가능하고 반려동물에 대한 의료행위가 체계적으로 이루어질 수 있는 새로운 시스템의 개발이 필요하게 되었다
이에 현재 국내외적으로 1차 진단기기로 사용하는 청진기 외에 체온, 맥박수, 산소포화도, 및 혈압 등의 다양한 생체 정보를 이용하여 반려 동물의 건강 상태를 진단하는 통합 진단 시스템은 전무하다.
인간과 달리 반려동물은 직접적인 의사소통이 불가능하기 때문에 원인 미상의 질병 발생시, 이를 파악하기 위한 종합 건강검진을 시행해야 하며 이에 불필요한 시간의 소요와 비용을 증가시킨다는 문제점이 있다.
또한, 건강검진을 위해 낯선 장소에서 익숙하지 않은 인물이 동물을 금식시키고, 혈액을 채취하는 행위는 동물에게 큰 스트레스를 유발하며, 이것은 반려동물이 가족 구성원의 일부로 여겨지는 현대 사회에서 반려 동물의 가족들에게 또한 스트레스를 유발한다.
또한, 초미니 반려동물 경우, 혈관이 주사 바늘보다 작아 일반적인 동물병원에서의 진료 및 혈액채취가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 동물 보호자가 소지한 단말에 의해 측정된 생체음 및/또는 생체 신호를 이용하여 실시간으로 동물의 건강 진단 및 관리할 수 있도록 한 동물의 스마트 헬스케어 융합 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 동물의 진단 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 동물의 스마트 헬스케어 융합 시스템을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 일 실시의 양태에 따르면,
네트워크 상에서 동물 보호자가 소지한 단말에 의해 청진된 생체음 및/또는 측정된 생체 신호를 기반으로 동물의 건강 관리 서비스를 제공하는 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템에 있어서,
상기 단말은
다양한 크기의 동물의 체내에서 발생하는 생체음을 청진하는 집음부; 및
상기 집음부에 의거 수집된 생체음에 대해 각 주파수 대역의 심음, 호흡음, 및 장음 각각을 순차적으로 추출하고, 순차적으로 추출된 심음, 호흡음, 및 장음을 포함하는 생체음과 상기 다수의 생체 측정기에 의거 측정된 각각의 다수의 생체 신호를 통신망을 통해 진단 서버로 전송하는 제1 신호 처리부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게 상기 단말은
다수의 생체 측정부로부터 수집된 각각의 생체 신호를 데이터 포트를 통해 수신하고, 수신된 각각의 생체 신호에 대해 수치값을 도출하며, 도출된 각 생체 신호의 수치값을 화면창에 표시하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 진단 서버는,
라인 입력 인터페이스를 통해 수신된 생체음에 대해 진단값을 도출하여 도출된 생체음에 대한 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값 기반으로 심폐음 관련 병명을 진단하고 진단 결과에 따른 치료방법을 도출하고, 도출된 진단값, 심폐음 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 상기 단말로 전달하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 진단 서버는,
상기 라인 입력 인터페이스를 통해 수신된 생체음에 대해 고주파 성분의 노이즈 성분을 제거하고 증폭한 다음 디지털 형태로 변환하는 신호 검출부;
상기 디지털 형태의 생체음에 대해 해닝 윈도우를 통해 최소의 생체음 데이터를 도출하고 도출된 최소의 생체음 데이터에 대해 FFT(급속 푸리에 변환) 및 대수 교차율 알고리즘을 수행하여 스펙트랄 에너지 값을 출력하는 전처리부;
상기 전처리부의 스펙트랄 에너지 값에 대해 기 설정된 문턱값과의 비교를 통해 생체음에 대한 진단값을 도출하는 제2 신호 처리부; 및
상기 제2 신호 처리부의 생체음의 진단값에 대해 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 병을 진단하고 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고, 도출된 생체음의 진단값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 상기 단말로 전달하는 진단부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 제1 신호 처리부는 제1 소정 주파수 대역의 심음, 상기 제1 소정 주파수 대역 보다 큰 제2 소정 주파수 대역의 호흡음, 및 상기 제1 소정 주파수 대역과 제2 주파수 대역을 포함하는 제3 소정 주파수 대역의 장음 중 적어도 하나이고, 각각의 생체 신호는 체온, 맥박수, 호흡수, 및 혈압 중 적어도 하나일 수 있다.
바람직하게 상기 제1 신호 처리부는 상기 생체음 및/또는 생체 신호에 대해 시간 도메인과 주파수 도메인으로 각각 변환하고, 변환된 시간 도메인 및 주파수 도메인 각각에 대한 출력 파형을 각각 설정된 색깔로 상기 화면창에 표시하도록 구비될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 동물 보호자가 소지한 단말의 집음부로부터 청진된 생체음에서 심음, 호흡음, 및 장음을 추출한 다음 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음과 측정된 생체 신호를 통신망을 통해 진단서버로 전달하고 통신망을 통해 전송된 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음 및/또는 생체 신호를 수신하여 해당 동물의 생체음의 진단값을 도출하고 도출된 생체음의 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 진단 병명과 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고 도출된 진단값, 학습값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 동물 보호자가 소지한 단말로 전달함에 따라, 단말에 내장된 심폐음 진단 프로그램에 수행에 의거 동물의 건강과 관련된 다양한 서비스를 실시간으로 제공받을 수 있고, 이 밖에도 수의사 등의 동물 관리자 들과의 소통을 통해 전문가의 의견이 반영된 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법을 도출함에 따라 진단 병명 및 치료 방법에 대한 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시 예의 동물용 스마트 헬스 케어 융합 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시 예의 시스템의 단말의 세부 구성도이다.
도 3은 일 실시 예의 시스템의 진단서버의 세부 구성도이다.
도 4는 일 실시 예의 시스템의 단말의 화면 구성도이다.
도 5는 일 실시 예의 시스템의 단말의 화면 예시도이다.
도 6 및 도 7은 일 실시 예의 시스템의 단말의 심음을 나타낸 화면 예시도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
일 실시 예는 다양한 크기의 동물로부터 청진된 생체음 및/또는 측정된 생체 신호를 수집하고 수집된 생체음 및/또는 생체 신호를 시간 및 주파수 도메인으로 변환하여 화면창에 표시하고 오디오 프로세서에 의거 이어폰, 헤드셋 등의 스피커를 통해 출력하고, 수집된 생체음 및/또는 생체 신호를 무선 통신망을 통해 진단 서버로 전달하여 동물의 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료 방법 등 진단 데이터를 도출한 다음 단말로 전달하도록 구현하였다.
도 1은 일 실시 예의 동물 스마트 헬스 케어 융합 시스템의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 단말(100)의 세부 구성되며, 도 3은 도 1에 도시된 진단서버(200)의 세부 구성도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 시스템은, 동물의 보호자가 소지한 단말(100)과 진단서버(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 단말(100)은 동물의 생체음 및/또는 생체 신호를 수집한 다음 수집된 생체음에 대해 심음 호흡음, 및 장음을 추출한 다음 추출된 심음 및 호흡음과 각각의 생체 신호를 무선 통신망을 통해 생체음 및/또는 생체 신호를 출력하도록 구비될 수 있으며, 이에 단말(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 집음부(110), 생체 측정부(120), 스위칭부 (130), 및 신호 처리부(140)를 포함할 수 있다.
이에 집음부(110)는 동물의 생체에서 발생된 생체음을 청진하는 집음 센서로 구비될 수 있고, 청진된 생체음은 신호 처리부(140)으로 전달된다.
또한 집음부(110)는 다양한 크기의 동물의 체내에서 발생하는 생체음을 청진하도록 구비될 수 있으며, 예를 들어, 집음부(110)는 병아리, 닭, 고양이 등 크기가 작은 동물, 개, 염소, 양 등의 중간 동물, 및 소, 말 등의 큰 동물의 체내에서 발생하는 심음, 호흡음, 및 장음 등의 생체음을 모두 청진 가능하다.
한편, 생체 측정부(120)는 동물로부터 생체 신호를 측정하도록 구비될 수 있으며, 예를 들어, 동물의 호흡, 맥박수, 호흡수 및 혈압 등을 측정하는 센서로 구비될 수 있다.
이러한 집음부(110) 및 생체 측정부(120)에 의거 수집된 생체음 및/또는 생체 신호 중 하나를 순차적으로 선택하기 위한 스위칭부(130)를 통과하여 신호 처리부(140)로 전달되며, 상기 신호 처리부(140)는 증폭모듈(141), 필터모듈(142), 출력모듈(143), 및 전송모듈(143)을 포함할 수 있다.
증폭모듈(141)은 스위칭부(130)를 순차적으로 통과한 생체음 또는 생체 신호를 증폭한 다음 필터모듈(142)로 전달하며 필터모듈(142)는 다수의 주파수 대역의 필터로 구비되고, 순차적으로 전달받은 생체음에 대해 0Hz ~ 400Hz 이하의 심음을 청진하는 bell mode, 300Hz~ 1200Hz 이하의 호흡음을 청진하는 diaphragm mode, 심음 및 호흡음을 포함하는 장음을 청진하는 0Hz~1500Hz 이하 wide mode를 수행한다.
한편, 출력모듈(143)은 생체음 및/또는 생체 신호에 대해 시간 도메인과 주파수 도메인으로 각각 변환하고, 변환된 시간 도메인 및 주파수 도메인 각각에 대한 출력 파형을 각각 설정된 색깔로 상기 화면창에 표시한다.
또한 출력모듈(143)은 생체음에 대해 오디오 프로세서에 의해 처리된 후 헤드셋, 이어폰, 등의 스피커를 통해 출력된다.
한편 전송모듈(144)는 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음 또는/및 생체신호를 라디오 주파수 대역을 이용하여 무선 통신망을 통해 원격지에 위치한 진단서버(200)로 전송할 수 있다.
그리고 전송모듈(144)는 해당 동물의 식별자와 매칭되는 생체음 또는 생체신호를 GFSK (Gaussian frequency shift keying, 2.4GHz) BT(British Telecom), FM(Frequency Modulation), RF (Radio Frequency) 방식 등으로 변조 증폭하여 안테나를 통해 전송한다.
이때 신호 처리부(140)는 신호 처리된 생체음 및/또는 생체 신호에 대해 암호화를 수행하는 인코더(145)를 더 포함할 수 있다. 이에 동일한 주파수 대역을 이용하여 전송하는 타 동물의 생체음 또는 생체 신호로 인한 통신 장애를 방지하기 위해 인코더에 의거 해당 동물 식별자를 부여한 다음 해당 식별자에 매칭되는 생체음 또는 생체 신호를 암호화하여 진단서버(200)로 전달할 수 있다.
또한 일 실시 예의 단말(100)은, 전원을 공급 및 충전하기 위해 4.3(V)의 Littum ion Battery의 정전압 회로로 구비된 전원회로(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서 전원회로(150)는 외부로부터 공급된 전원을 정류 및 충전회로를 통하여 충전전지에 충전하고, 충전전지의 상태표시회로를 통해 방전상태일 때 적색발광다이오드(LED)가 발광하고, 완전 충전되었을 경우는 충전상태를 표시하는 녹색발광다이오드(LED)가 발광한다.
이러한 단말(100)의 전송모듈(144)의 안테나를 통해 해당 동물의 생체음 및 생체신호는 무선 통신망을 통해 진단서버(200)로 전달된다.
도 3은 일 실시 예에 따른 시스템의 진단서버(200)의 세부 구성을 보인 도면으로서, 도 3을 참조하면, 진단서버(200)는 신호 검출부(210), 전처리부(220), 제2 신호 처리부(230), 및 진단부(240)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(210)는 수신 안테나를 통해 전달받은 수신 신호로부터 생체음을 추출하도록 구비될 수 있으며, 이에 전처리부(210)는 수신 안테나의 라인 입력 인터페이스(Line input interface)를 통해 신호에 포함된 고주파 성분(노이즈 성분)을 추출하기 위해 소정 주파수 대역의 수신신호를 소정 주파수 대역의 신호를 밴드패스필터(통상 2.4 GHz)를 통과한 다음 증폭하고, 증폭된 수신신호를 디지털 형태로 변환하여 생체음 데이터를 출력한다. 이러한 디지털 형태의 생체음 데이터의 심음 및 호흡음 데이터는 전처리부(220)로 전달된다.
그리고 전처리부(220)는 수신된 심음 및 호흡음 각각에 대해 해닝 원도우를 통과하여 진단에 필요한 최소 양의 생체음 데이터를 추출하고, 추출된 최소의 생체음 데이터에 대해 FFT(급수 푸리에 변환) 및 상관레벨(대수 에너지) 교차율(RLCR:Relative Level Crossing(Logarithmic Cross) Rate) 알고리즘을 수행하여 각 심음 및 호흡음 각각에 대한 상관레벨교차율(스펙트랄 에너지) 값을 출력한다. 예를 들어 심음 또는 호흡음 각각은 0Hz~ 400Hz의 심음의 상관레벨 교차율(로우 스펙트랄 에너지) 400(300)Hz~1500(600)Hz의 일부 심음을 포함하는 호흡음의 상관레벨 교차율(미디엄 스펙트랄 에너지) 및 600Hz~1500Hz의 호흡음의 상관레벨 교차율(하이 스펙트랄 에너지)로 설정된다.
그리고 신호 처리부(230)는 심음 및 호흡음 각각에 대해, 설정된 스펙토그램의 로우 스펙트랄 에너지, 미디엄 스펙트랄 에너지, 및 하이 스펙트랄 에너지를 기반으로 정해진 관계식에 의거 제1 포먼트(Formant)
Figure 112019062416014-pat00001
및 제2 포먼트(Formant)
Figure 112019062416014-pat00002
을 각각 도출한다.
즉, 전처리부(220)에서 디지털 형태의 심음 또는 호흡음 각각에 대해 해닝 원도우를 통과하여 진단에 필요한 최소 양의 심음 데이터 또는 호흡음 데이터가 추출되고, 추출된 최소의 심음 데이터 또는 호흡음 데이터에 대해 FFT(푸리에 급수변환) 및 상관레벨(대수 에너지) 교차율(RLCR: Relative Level Crossing (Logarithmic Cross) Rate) 알고리즘을 수행하여 상관레벨 교차율 값이(대수 교차율이) 도출된다.
그리고 신호 처리부(230)에서 도출된 상관레벨 교차율 (대수 교차율)의 평균값 AVRLCR로 심음 또는 호흡음 각각에 대한 진단 값을 도출한다.
즉, 상관레벨 교차율 (대수 교차율)은 한 프레임 당 기 설정된 문턱값을 교차하는 심음 또는 호흡음 각각의 횟수를 나타내고, 심음 또는 호흡음이 교차하는 횟수
Figure 112019062416014-pat00003
및 이를 이용한 진단값 AVRLCR 은 다음 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure 112019062416014-pat00004
여기서,
Figure 112019062416014-pat00005
Figure 112019062416014-pat00006
여기서, (
Figure 112019062416014-pat00007
는 문턱값(Threshold Value)이며 심음 및/또는 흐흡음 데이터의 특성과 다수의 실험결과에 따라 결정된다. 이러한 문턱값을 결정하고 결정된 문턱값에 의거 상관레벨교차율을 도출하는 연산 복잡도를 감소하기 위해 문턱값은 항상 일정하지 아니하다는 가정하에서 기 설정된 문턱값에 대한 상관레벨 교차율 특성에 의거한 상관레벨 교차율의 변화를 관측하고 관측된 상관레벨 교차율에 대한 특성에 대한 문턱값의 평균으로 결정된다. 이러한 문턱값은 동물의 신체적 특성에 의거 변동된다.
즉, 심음 및/또는 호흡음 검출 구간을 도출하기 위해 사용되는 일 실시 예의 문턱값은 동물의 신체적 특성에 의해 변동된다. 또한 FFT하여 200Hz∼4KHz까지의 스펙트랄 에너지의 합과 RLCR 그리고 스펙트랄 에너지의 연속적인 증가 여부 등을 고려하여 심음 및/또는 호흡음의 검출 구간이 설정된다.
호흡음에 대한 정확한 분석을 위해 주파수 대역을 3단계(Low, Medium, High Frequency)로 설정하되, 호흡음이 갖고 있는 80～180Hz 대역의 스펙트랄 에너지는 Low spectral energy로 설정하고, 200～400Hz 대역의 스펙트랄 에너지는 Medium spectral energy로 설정하며, 400～1000Hz 대역의 스펙트랄 에너지는 High spectral energy로 설정한 다음 설정된 각각의 스펙트랄 에너지를 이용하여 식 (2)와 같이 dbML 과 dbHL 파라메터를 추출하였다.
[식 2]
Figure 112019062416014-pat00008
진단부(240)는 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 통해 도출된 심음 또는 호흡음 각각에 대한 진단값 A와 데이터베이스의 학습값 B을 이용하여 동물의 병명을 진단하고 동물의 진단 병명 및 이에 따른 치료 방법을 도출한다.
DTW 알고리즘은 심음 또는 흐흡음 각각의 진단값 A와 데이터베이스의 학습값 B에 대한 관계식으로 설정되며, 관계식은 다음 식 3을 만족한다.
[식 3]
Figure 112019062416014-pat00009
여기서, 가중치 계수
Figure 112019062416014-pat00010
는 다음 식 4로 나타낸다.
[식 4]
Figure 112019062416014-pat00011
심음 또는 호흡음 각각의 진단값 A과 데이터베이스의 학습값 B 에 대한 거리
Figure 112019062416014-pat00012
에 대한 시간축으로 정규화하면 심음 또는 호흡음 각각의 진단값 A과 데이터베이스의 학습값 B 에 대한 거리는 다음 식 5로 정리된다.
[식 5]
Figure 112019062416014-pat00013
그리고 진단부(240)는 전술한 진단값 A과 데이터베이스의 학습값 B에 대해 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 이용하여 심폐음 병을 진단하고 이에 따른 치료 방법을 도출하며 도출된 진단값, 학습값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 무선 통신망을 통해 단말(100)로 전달한다.
단말(100)은 수신된 진단 데이터를 UI(유저 그래픽 인터페이스)를 통해 처리된 후 상기 화면창에 표시한다. 이때 화면창으로 전달하는 파일의 형태는, 텍스트, 이미지, 동영상, 소리 등의 다양한 형태이다.
즉, 진단부(240)는 심음 또는 호흡음 각각에 대한 진단값 및 학습값, 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터는 동물의 관리자가 소지한 단말(100)로 전달하여 진단 결과에 대한 전문가의 조언을 구할 수 있고 이에 진단 병명 및 진단 결과에 대한 검증을 수행할 수 있다. 여기서 동물의 관리자라 함은 수의사 등을 의미한다.
한편, 신호 처리부(230)는 수신 안테나의 데이터 포트를 통해 수신된 생체 데이터를 처리하여 각각의 생체 데이터의 수치값을 도출한다. 예를 들어, 체온, 맥박, 호흡수, 체온, 혈압, 및 산소포화도 등의 생체 데이터는 BT, WiFi 등의 수신동기회로의 데이터 포트를 통해 수신되고, 각각의 생체 데이터는 체온, 맥박, 호흡수, 체온, 혈압, 및 산소포화도에 대한 각각의 생체 데이터의 수치값을 도출된다.
이때 생체음의 진단값, 생체 데이터의 수치값, 심폐음 진단 병명(수의사 소견), 및 이에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터는 진단부(240)에 일체로 내장된 저장 매체에 수신된 동물 식별자에 매칭되어 기록될 수 있고, 또한 클라우드 방식으로 외부의 저장 매체에 전달 및 기록될 수 있다.
한편, 동물 및 동물 보호자의 개인 정보가 포함된 동물의 식별자와 매칭되어 상기 생체음 및 생체 신호와 심폐음 진단 병명 및 치료 방법을 포함하는 진단 데이터는 동물 보호자가 소지한 단말(100)로 전달된다.
도 4는 동물 보호자가 소지한 단말(100)의 화면 예시도로서, 도 4를 참조하면, 터치 패널로 구비된 화면의"내보내기" 버튼의 터치 조작 시 동물의 식별자와 매칭되어 상기 생체음 및 생체 신호와 진단 병명 및 치료 방법을 포함하는 진단 데이터는 인터넷 클라우드 서비스를 기반으로 외부에 마련된 저장 매체에 전달되어 기록될 수 있고,"가져오기"버튼 터치 조작 시 외부의 저장 매체에 기록된 진단 데이터는 단말(100)로 수신될 수 있다. 이에 일 실시 예는 동물의 원격 진료 및 이에 따른 처방이 가능하다.
여기서 원격은 단말(100) 내에 진단서버(200)가 내장되는 거리를 제외한 나머지 거리를 통칭하고, 보다 먼 거리, 즉, 지역 또는 국가 단위의 거리를 통칭할 수 있으나, 이와 같은 거리 개념에 관한 통칭에 의해 본 발명의 보호범위가 제한되는 것은 아니다.
또한 단말(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 새파일, 열기, 내보내기, 가져오기, 데이터관리, 인쇄, 종료 등의 파일과, 전체파형확대, 부분파형확대, 선택영역복사, 선택영역 자르기, 붙이기, 끝에 붙이기, 테스트인쇄 등의 신호 편집과, 출력장치연결 등의 장치설정과 도움말, 프로그램정보 등의 도움말 등의 다양한 메뉴들을 포함하고 이들 메뉴 중 하나를 선택하기 위한 버튼부와, 버튼부의 명령에 의거 해당 메뉴를 수(슬)행하여 표시하는 다수의 창을 포함할 수 있다.
즉, 관리자 단말은, 동물 보호자, 진료번호, 연락처, 동물이름, 체온, 맥박, 호흡수, 소견 등, 환자와 보호자의 개인 정보와 수의사 소견을 입력을 입력창이 별도로 마련되어 있다.
단말(100)의 화면은, 도 4에 도시된 바와 같이, 날짜 시간 역순으로 리스트가 표시되고, 표시된 리스트의 항목 중 선택된 항목에 대한 스펙트랄 에너지 값으로 나타내는 생체음 데이터의 전체 파형을 주파수 영역으로 표시하는 전체파형 창과 전체 파형 중 확대버튼 및 부분 구간의 선택 시 전체 파장 중 선택 영역의 확대된 확대파형 창 등을 포함하는 스펙토그램 창을 포함할 수 있다.
또한 표시된 전체 파형 창은 표시된 전체파형 중 진단 데이터의 전구간이 소정 구간 단위로 표시되고 슬라이더 바에 의해 드래그되면 드래그된 위치의 진단 데이터의 전체 파형이 표시된다.
그에 더하여, 단말(100)의 화면은 저장버튼, 재생버튼, 및 재생 정지 버튼에 의거 수신된 생체음을 기록, 재생 시작, 및 재생 중지를 수행하고, 재실행 버튼에 의거 이전 명령을 재실행하는 버튼부재를 포함한다. 이외에도 단말(100)의 화면은 날짜 검색, 동물 보호자 리스트 검색, 및 샘플 데이터베이스 검색 등의 다양한 검색 버튼을 추가로 더 표시된다.
도 5는 일 실시 예의 집음부 및 생체 측정부에 의거 수집된 생체음 및 생체 신호에 따른 진단 결과를 보인 단말(100)의 화면 예시도로서, 도 5를 참조하면 단말(100)은 개인 정보 입력창과 청진음 및 청진음 이력 정보를 나타내는 생체음 창과, 체온, 혈압, 산소포화도 및 심박수 등의 생체 신호 및 측정된 생체 신호 이력정보를 나타내는 각각의 생체 신호 창 등을 포함하고 각각의 진단 데이터를 표시하는 진단창이 포함함을 알 수 있다.
도 6은 단말(100)의 스펙토그램 창에 도시된 정상 동물과 비정상 동물의 심음에 대한 데이터베이스의 학습값과 스펙트랄 에너지 값을 나타낸 진단값을 나타낸 파형 예시도이며, 일 실시 예는 단말(100)에 나타난 정상 동물과 비정상 동물의 심음을 비교 결과에 따라 정확한 심음에 의거한 동물의 병명의 진단이 가능하다.
도 7은 정상적인 심음에 대한 데이터베이스의 학습값과 스펙트랄 에너지 값을 나타낸 진단값 파형을 보인 단말(100)의 화면 예시도로서, 도 7을 참조하면, 측정된 심음으로부터 도출된 진단값과 데이터베이스의 학습값은 단말(100)의 화면을 통해 직관적으로 확인될 수 있다.
이에 일 실시 예에 따르면, 동물 보호자가 소지한 단말의 집음부로부터 청진된 생체음에서 심음, 호흡음, 및 장음을 추출한 다음 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음과 측정된 생체 신호를 통신망을 통해 진단서버로 전달하고 통신망을 통해 전송된 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음 및/또는 생체 신호를 수신하여 해당 동물의 생체음의 진단값을 도출하고 도출된 생체음의 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 진단 병명과 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고 도출된 진단값, 학습값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법을 포함하는 진단 데이터를 동물 보호자가 소지한 단말로 전달함에 따라, 단말에 내장된 심폐음 진단 프로그램에 수행에 의거 동물의 건강과 관련된 다양한 서비스를 실시간으로 제공받을 수 있고, 이 밖에도 수의사 등의 동물 관리자 들과의 소통을 통해 전문가의 의견이 반영된 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법을 도출함에 따라 진단 병명 및 치료 방법에 대한 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
동물 보호자가 소지한 단말의 집음부로부터 청진된 생체음에서 심음, 호흡음, 및 장음을 추출한 다음 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음과 측정된 생체 신호를 통신망을 통해 진단서버로 전달하고 통신망을 통해 전송된 심음 및 호흡음을 포함하는 생체음 및/또는 생체 신호를 수신하여 해당 동물의 생체음의 진단값을 도출하고 도출된 생체음의 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 진단 병명과 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고 도출된 진단값, 학습값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법 중 적어도 하나를 포함하는 진단 데이터를 동물 보호자가 소지한 단말로 전달함에 따라, 단말에 내장된 심폐음 진단 프로그램에 수행에 의거 동물의 건강과 관련된 다양한 서비스를 실시간으로 제공받을 수 있고, 이 밖에도 수의사 등의 동물 관리자 들과의 소통을 통해 전문가의 의견이 반영된 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법을 도출함에 따라 진단 병명 및 치료 방법에 대한 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 스마트 헬스케어 융합 시스템에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 동물 건강 관련 플랫폼의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (6)

  1. 네트워크 상에서 동물 보호자가 소지한 단말에 의해 청진된 생체음 및 측정된 생체 신호 중 적어도 하나를 기반으로 동물의 건강 관리 서비스를 제공하는 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템에 있어서,
    상기 단말은
    다양한 크기의 동물의 체내에서 발생하는 생체음을 청진하는 집음부; 및
    상기 집음부에 의거 수집된 생체음에 대해 각 주파수 대역의 심음, 호흡음, 및 장음 각각을 순차적으로 추출하고, 순차적으로 추출된 심음, 호흡음, 및 장음을 포함하는 생체음과 다수의 생체 측정기에 의거 측정된 각각의 다수의 생체 신호를 통신망을 통해 진단 서버로 전송하는 제1 신호 처리부를 포함하고,
    상기 진단 서버는,
    추출된 최소의 생체음 데이터에 대해 FFT(급수 푸리에 변환) 및 상관레벨(대수 에너지) 교차율(RLCR:Relative Level Crossing(Logarithmic Cross) Rate) 알고리즘을 수행하여 각 심음 및 호흡음 각각에 대한 상관레벨교차율(스펙트랄 에너지) 값을 출력함에 있어, 상관레벨 교차율 특성에 의거한 상관레벨 교차율의 변화를 관측하고 관측된 상관레벨 교차율에 대한 특성에 대한 문턱값의 평균으로 문턱값을 결정하도록 구비되고,
    상기 문턱값을 교차하는 심음 또는 호흡음 각각의 횟수인 상관레벨 교차율
    Figure 112020134008934-pat00021
    및 문턱값을 교차하는 심음 또는 호흡음 길이 length의 평균값으로 심음 또는 호흡음 각각에 대한 진단 값 AVRLCR을 도출하며, 하기 식을 만족하도록 구비되고,
    상기 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값 기반으로 심폐음 관련 병명을 진단하고 진단 결과에 따른 치료방법을 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템.
    [식 1]
    Figure 112020134008934-pat00023

  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 진단 서버는,
    라인 입력 인터페이스를 통해 수신된 생체음에 대해 진단값을 도출하여 도출된 생체음에 대한 진단값으로부터 데이터베이스의 학습값 기반으로 심폐음 관련 병명을 진단하고 진단 결과에 따른 치료방법을 도출하고, 도출된 진단값, 심폐음 진단 병명 및 진단 결과에 따른 치료방법을 포함하는 진단 데이터를 상기 단말로 전달하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진단 서버는,
    라인 입력 인터페이스를 통해 수신된 생체음에 대해 고주파 성분의 노이즈 성분을 제거하고 증폭한 다음 디지털 형태로 변환하는 신호 검출부;
    상기 디지털 형태의 생체음에 대해 해닝 윈도우를 통해 최소의 생체음 데이터를 도출하고 도출된 최소의 생체음 데이터에 대해 FFT(급속 푸리에 변환) 및 상관레벨(대수) 교차율 알고리즘을 수행하여 상관레벨교차율(스펙트랄 에너지) 값을 출력하는 전처리부;
    상기 전처리부의 상관레벨교차율(스펙트랄 에너지) 값에 대해 기 설정된 문턱값과의 비교를 통해 생체음에 대한 진단값을 도출하는 제2 신호 처리부; 및
    상기 제2 신호 처리부의 생체음의 진단값에 대해 데이터베이스의 학습값을 기반으로 해당 동물의 병을 진단하고 진단 결과에 따른 치료 방법을 도출하고, 도출된 생체음의 진단값, 진단 병명, 및 진단 결과에 따른 치료 방법을 포함하는 진단 데이터를 상기 단말로 전달하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물용 스마트 헬스케어 융합 시스템.
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