KR102263585B1 - 생체 신호 모니터링 장치 - Google Patents

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KR102263585B1
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정종욱
김종성
이창호
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Abstract

본 개시의 실시예는 심전도 감지부; 호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 센서부; 심전도 감지 신호 또는 하나 이상의 센서부로부터 수신한 센싱 신호를 처리하는 제어부; 상기 하나 이상의 센서부와 연결하여, 상기 하나 이상의 센서부로부터의 센싱 신호를 상기 제어부에 전송하는 연결부; 및 외부의 전자 장치와 통신하는 통신부;를 포함하는, 생체 신호 모니터링 장치를 개시한다.

Description

생체 신호 모니터링 장치{Bio-Signal Monitoring Device}
본 개시는 생체 신호 모니터링 장치에 관한 것이다.
종래의 생체신호 중에서 심전도 신호를 측정하는 방법으로는 현재까지 알려진 휴대형 심전도측정기기인 홀터심전계를 이용하는 방법이 있다. 사용자의 심전도 신호를 측정하기 위해서는 사용자는 진료 기관에 방문하여, 심전도 측정에 대한 1차 진단을 받아 홀터심전계를 24시간 동안 부착하여 심전도 신호를 측정할 수 있다. 사용자는 다시 병원에 내방하여 부착했던 홀터심전계 등의 측정기기를 반납한다. 24시간 동안 센싱된 심전도 신호는 홀터심전계 등의 심전도측정기기의 내부 메모리에 기록되며, 기록된 심전도 신호는 분석사 PC에 다운로드된다. 분석사는 분석 SW를 이용하여 다운로드된 심전도 데이터를 분석하여, 분석 통계 및 요약 정보를 포함하는 분석 레포트를 생성할 수 있다.
분석사에 의해 생성된 분석 레포트는 전문의에게 전달되며 전문의는 해당 분석 레포트를 검토하고 검토 결과를 토대로 사용자의 심장 등에 대한 진단 결과를 도출한다.
본 개시의 예시적 실시예들에 따라서, 생체 신호 모니터링 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 실시예들에 따른 생체 신호 모니터링 장치는 대상체의 심장에서 나오는 전기 신호를 검출하여 심전도 감지 신호를 출력하는 심전도 감지부; 호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 센서부; 상기 심전도 감지 신호 또는 상기 하나 이상의 센서부로부터 수신한 센싱 신호를 처리하는 제어부; 상기 하나 이상의 센서부와 연결하여, 상기 하나 이상의 센서부로 부터의 센싱 신호를 상기 제어부에 전송하는 연결부; 및 외부의 전자 장치와 통신하는 통신부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 심전도 감지 신호를 수신하고 상기 심전도 감지 신호를 분석하여 제1 분석 데이터를 생성하는 제1 신호 분석부, 상기 호흡수 센서부, 상기 가속 센서부, 상기 온도 센서부 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호를 분석하여 제2 분석 데이터를 생성하는 제2 신호 분석부, 및 상기 심전도 감지 신호 또는 상기 센싱 신호의 일부를 요청 신호에 의해 상기 외부의 전자 장치로 전송하는 신호 처리부,를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 상기 심전도 감지부와 상기 호흡수 센서부, 상기 가속 센서부, 상기 온도 센서부 중 적어도 1개를 패치 장치로 구현할 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 외부의 전자 장치로 전송하지 않은 상기 심전도 감지 신호 또는 상기 센싱 신호의 나머지 일부를 내부 메모리에 저장할 수 있다.
상기 요청 신호는 상기 외부의 전자 장치로부터 수신할 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 호흡수 센서부의 제 1센싱 신호에 대응하는 제1 상태 값과 상기 가속 센서부의 제2 센싱 신호에 대응하는 제2 상태 값을 산출하고, 상기 제1상태 값과 상기 제2상태 값이 일치하는 경우, 상기 제1 센싱 신호 또는 상기 제2 센싱 신호 중에서 하나의 센싱 신호를 내부의 메모리에 저장하도록 한다.
본 개시의 실시 예들에 따른 생체 신호 모니터링 장치는 대상체의 음성을 감지하는 소리 센서부를 더 구비하고, 상기 신호 처리부는 상기 제1분석 데이터 또는 상기 제2분석 데이터로부터 상기 대상체의 건강 위험 상태를 감지한 경우에는, 상기 소리 센서부의 기능을 활성화하여, 상기 대상체의 음성을 획득하도록 처리할 수 있다.
상기 신호 처리부는 심전도 감지 신호들, 및 센싱 신호들, 센싱 신호들의 종류를 입력으로 하고 상태 데이터들을 결과로 하는 훈련 데이터 셋트로 학습된 상태 감시 알고리즘을 이용하여, 상기 대상체의 실시간 건강 상태를 추론하는데 이용되는 센싱 신호들의 종류를 결정하고, 상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송할 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 대상체의 위치 정보를 획득하여, 상기 위치 정보에 대응하는 센싱 신호들의 종류를 결정하고, 상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송할 수 있다.
상기 신호 처리부는 현재 시간 값을 획득하여 상기 현재 시간 값에 대응하는 센싱 신호들의 종류를 결정하고 상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하고 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송할 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 활성화된 센서부들로부터 수신한 센싱 신호를 상기 외부의 전자 장치로 전송한다.
상기 적어도 하나의 센서부는 상기 패치 장치의 외부에 구비되며, 상기 패치 장치의 외부에 구비된 센서부와 연결되는 연결 단자를 더 포함한다.
상기 연결부는 상기 적어도 하나의 센서부의 위치까지 각각 도달하는 확장 가능한 구조로 설계될 수 있다.
상기 심전도 감지부는 대상체의 피부에 접촉되어 상기 대상체에서 발생하는 심전도 신호를 센싱하는 전극, 상기 전극과 전기적으로 연결되고 상기 전극으로부터 수신되는 제1 전기 신호를 기초로 심전도 데이터를 생성하는 심전도 신호 처리 회로, 일단이 상기 심전도 신호 처리 회로의 입력단에 연결되는 정전기 보호 소자를 포함하고, 상기 호흡수 센서부는, 상기 정전기 보호 소자의 타 단에 연결되며 상기 정전기 보호 소자의 타 단으로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 하고, 상기 제2 전기 신호를 기초로 상기 대상체의 커패시턴스를 측정함으로써, 센싱 신호를 출력할 수 있다.
상기 연결부는 하나 이상의 통신 포트(port)들을 포함한다.
본 개시의 예시적 실시 예들에 따른 생체 신호 모니터링 장치 및 방법은 심전도 신호를 감지하면서 호흡수 센서부, 가속 센서부, 소리 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나로부터의 센싱 신호를 기초로 대상체의 건강 상태, 건강 위험 상태 등을 판단할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100)의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100a)의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100b)의 블록도이다.
도 4a는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치의 블록도이고, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 도 4a의 생체 신호 모니터링 장치에서 심전도 신호 센싱 및 호흡수 센싱이 수행되는 방법의 도면들이다.
도 5는 제어부(120)의 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 방법의 흐름도들이다.
도 9a는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 9b는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100d)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 9c는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100e)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도이다.
도 11은 상태 감지 알고리즘의 생성 과정을 설명하는 도면이다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시 예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 “학습”, “러닝” 등의 용어는 인간의 교육 활동과 같은 정신적 작용을 지칭하도록 의도된 것이 아닌 절차에 따른 컴퓨팅(computing)을 통하여 기계 학습(machine learning)을 수행함을 일컫는 용어로 해석한다.
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100)의 블록도이다.
생체 신호 모니터링 장치(100)는 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 통신부(140), 및 메모리(150)를 포함할 수 있다.
심전도 감지부(110)는 대상체의 심장에서 나오는 전기 신호를 검출하여 심전도 감지 신호를 출력한다. 여기서, 대상체(obj)는 사람이나 동물 또는 흉부와 같이 사람이나 동물의 신체 일부가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 심전도를 감지하거나 측정할 수 있다면 모두 대상체가 될 수 있는 것으로 한다. 또한, 심전도(Electrocardiogram)는 심근의 수축/확장과 같이 심장 박동의 기계적 활동에 따라 체표면에서 나타나는 전위변화를 그래프로 기록하는 것으로서, '심전도를 감지한다'는 의미는 대상체의 심장 박동에 따라 체표면에 발생하는 '전위를 감지한다'는 의미와 동일한 것으로 한다. 심전도 감지부(110)는 패치형으로 구현되며, 생체 신호 모니터링 장치(100)와 연결되는 형태로 구현될 수 있다.
제어부(120)는 심전도 감지부(110)로부터 심전도 감지 신호를 수신하여 심전도 감지 신호로부터 대상체의 심장 상태, 건강 상태, 건강 위험 상태 등을 판단할 수 있다. 제어부(120)는 연결부(130)에 연결된 외부의 센싱 장치들로부터 전기 신호를 수신할 수 있다.
제어부(120)는 외부의 센싱 장치들의 센싱 신호를 처리하는 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 포함할 수 있다. 제어부(120)는 새로운 센싱 장치로부터 센싱 신호를 수신하는 경우, 최초 1회에 한해서 새로운 장치의 센싱 신호를 처리하는 구성요소를 추가로 구비할 수 있다. 제어부(120)는 연결된 센싱 장치로부터 처리 관련 프로그램을 유선 또는 무선 통신으로 수신할 수 있다. 제어부(120)는 원격의 장치로부터 처리 관련 프로그램을 유선 또는 무선 통신으로 수신할 수 있다.
연결부(130)에 연결된 외부의 센싱 장치들은 호흡수 센서, 가속 센서, 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광 센서, 미각 센서, 후각 센서 등일 수 있다. 연결부(130)는 하나 이상의 포트들로 구현되어 하나 이상의 센싱 장치들과 연결될 수 있다. 각 포트는 각 센싱 장치로부터의 신호를 병렬적으로 수신할 수 있다. 연결부(130)는 연결된 센싱 장치들의 수만큼의 포트들을 이용하여 센싱 신호들을 수신할 수 있다.
연결부(130)는 각 센싱 장치들의 위치까지 연장되는 케이블을 더 포함할 수 있다. 케이블을 이용하여 원하는 생체 신호를 획득하기 위한 위치에 전기 장치들이 위치시킬 수 있다. 연결부(130)는 길이가 연장되도록 구현된 케이블들을 이용하여 센싱 장치들로부터 센싱 신호를 수신하고 제어부(120)로 센싱 신호를 전달할 수 있다. 연결부(130)는 다양한 케이블을 연결하는 커넥터로 구현될 수 있다.
또한, 연결부(130)는 무선 통신 방식으로 센싱 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로 연결부(130)는 단거리 무선통신 방식으로 센싱 신호를 수신하도록 구현할 수 있음도 당연하다. 단거리 무선 통신 방식으로는 Personal Area Network(PAN), Body Area Network(BAN) 등이 있을 수 있다. 예를 들면, 도 9c에 도시된 바와 같이 온도 센서부(163)는 광학 방식으로 구현되어 온도 센싱 값을 무선 방식으로 전달하고 다른 센싱 장치(161, 162, 165)유선 통신 방식으로 센싱 신호(센싱 데이터)를 전달할 수 있다. 연결부(130)는 유선 통신이 가능한 모듈 및/또는 무선 통신이 가능한 모듈을 구비할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 연결부(130)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165) 중 적어도 하나로부터 무선 통신 방식으로 센싱 신호를 수신할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100)는 제어부(120)의 제어에 의해 센싱 장치들 중 일부의 센싱 장치들로부터 센싱 신호를 수신하고 나머지의 센싱 장치들로부터 센싱 신호를 수신하지 않을 수 있다.
통신부(140)는 통신망을 통해 원격의 전자 장치와 데이터를 송수신하기 위한 장치이다. 통신부(140)는 무선 망 또는 유선 망 등을 통해 데이터를 송수신하기 위한 장치이다. 통신부(140)는 제어부(120)의 제어 신호에 의해 심전도 감지 신호 또는 대상체에 대한 데이터를 송수신할 수 있다.
메모리(150)는 제어부(120)의 제어에 의해 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(150)는 심전도 감지 신호, 또는 하나 이상의 전기 신호를 저장할 수 있다. 메모리(150)는 통신부(140)를 통해 수신된 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(120)는 심전도 감지 신호를 메모리(150)에 저장하거나 통신부(140)를 통해 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다. 제어부(120)는 외부의 전자 장치로부터의 입력에 의해 심전도 감지 신호를 메모리(150)에 저장하거나 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
제어부(120)는 심전도 감지 신호 또는 연결부(130)를 통해 수신한 센싱 신호들과 대응하여 대상체의 건강 위험 상태를 판단할 수 있다. 제어부(120)는 수신한 센싱 신호들에 대응한 상태 값을 각각 생성하고 상태 값들을 이용하여 대상체의 건강 위험 상태를 판단할 수 있다.
제어부(120)는 센싱 신호를 분석하여 판단된 상태 값을 센싱 신호와 연계하여 처리할 수 있다. 제어부(120)는 센싱 신호의 구간 별로 분석하여 판단된 구간 별 상태 값을 해당 구간의 센싱 신호와 연계하여 처리할 수 있다. 제어부(120)는 구간 별 상태 값을 기초로 해당 구간의 센싱 신호를 처리할 수 있다. 제어부(120)는 센서부 별로 센싱 신호를 분석하여 상태 값을 생성하고, 센서부 별 상태 값을 기초로 센서부로 부터의 센싱 신호를 메모리(150)에 저장하거나 통신부(140)를 통해 외부의 전장 장치로 전송할 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(100)는 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 통신부(140), 및 메모리(150)를 하나의 장치로 구현하여 하우징되거나, 심전도 감지부(110), 연결부(130), 통신부(140), 및 메모리(150)들이 제어부(120)에 별개의 하우징에 구현되고, 제어부(120)에 전기선으로 연결될 수 있다. 또한, 생체 신호 모니터링 장치(100)는 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 통신부(140)를 하나의 장치로 구현하고, 메모리(150)와 전기적으로 연결되어 구현될 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100)의 연결부(130) 중에서, 제어부(120)와 연결되는 제1 단자는 생체 신호 모니터링 장치(100)에 구비되고, 연결부(130) 중에서, 외부의 전기 장치들과 연결되는 제2 단자는 탈부착 되는 식으로 구현될 수 있다. 외부의 전기 장치들과 연결되는 제2 단자는 연결되는 전기 장치들의 수에 따라 확장 가능(extendable)할 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(100)는 패치형으로 구현되어 대상체의 신체 중에서 원하는 위치에 부착될 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100)는 목걸이, 벨트, 손목 시계, 밴드 등의 다른 구조물과 결합 가능한 하우징으로 구현되어 대상체의 액세사리를 통해 부착될 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(100)는 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 통신부(140), 및 메모리(150) 중 일부를 하나의 패치형으로, 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 통신부(140), 및 메모리(150) 중 나머지를 탈부착 가능한 형태로 구현할 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100a)의 블록도이다.
생체 신호 모니터링 장치(100a)는 연결부(130)를 통해 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 온도 센서부(163)를 더 포함하도록 변형할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100a)의 연결부(130)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 온도 센서부(163)와 연결되는 하나 이상의 통신 단자들을 포함할 수 있다.
연결부(130)는 제어부(120)의 제어에 의해 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 온도 센서부(163) 중 일부의 센서부와 연결될 수 있다.
제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터 센싱 신호를 수신하고 센싱 신호를 기초로 대상체의 건강 상태 값을 산출할 수 있다. 제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터 센싱 신호를 각각 수신하고 각 센싱 신호와 대응되는 대상체의 건강 상태 값을 산출할 수 있다.
제어부(120)는 연결된 센싱부에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(120)는 연결부(130)를 통해 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)와의 연결 상태를 고려하여 센싱부에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(120)는 연결된 센서부들 중에서, 일부의 센서부의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(120)는 제어 신호에 의해 센서부들의 기능을 활성화시킬 수 있다.
제어부(120)는 연결부(130)를 통해 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터 센싱 신호를 수신하면 센싱 신호를 메모리(150)를 저장할 수 있다. 제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터의 센싱 신호를 통신부(140)를 통해 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터의 센싱 신호 중 일부를 선택하여 선택된 일부의 센싱 신호를 메모리(150)를 저장하거나 통신부(140)를 통해 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터의 센싱 신호를 분석하여 분석 데이터를 생성할 수 있다. 분석 데이터는 대상체의 건강 상태 값, 건강 위험 상태 등을 포함할 수 있다. 제어부(120)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 또는 온도 센서부(163)로부터의 센싱 신호를 각각 분석한 상태 값을 생성할 수 있다.
제어부(120)는 호흡수 센서부(161)로부터의 제1 상태 값 및 가속 센서부(162)로부터의 제2 상태 값을 비교하여 제1 상태 값 및 제2 상태 값이 일치하는 경우에는, 호흡수 센서부(161)의 제1 센싱 신호 또는 가속 센서부(162)의 제2 센싱 신호를 메모리(150)에 저장하거나 통신부(140)를 통해 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
제어부(120)는 이전 시간 구간에서의 대상체의 상태, 현재의 위치 정보, 현재 시간 값 중 적어도 하나를 고려하여 센싱 신호들의 종류를 결정하고, 결정한 종류의 센서부들의 기능을 활성화시킬 수 있다. 제어부(120)는 활성화된 센서부들로부터 수신한 센싱 신호를 메모리(150)에 저장하거나 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다. 대상체의 위치 값 또는 시간 값은 대상체가 소지한 단말기를 통해 수신할 수 있다. 제어부(120)는 단말기로부터 대상체의 실시간 위치 값들을 수신함으로써, 수신한 위치 값에 대응하는 대상체의 위치 정보를 획득할 수 있다.
현재의 위치 정보는 대상체의 주기적인 생활에 따라서 설정될 수 있다. 대상체가 주로 생활하는 위치 값에 대해서는 ‘집’, ‘회사’, ‘학교’ 등으로 설정할 수 있다. 이때, 현재의 위치 정보는 일주일 단위의 시간을 고려하여 설정할 수 있다. 예컨대, 밤 시간의 위치 값을 기준으로 위치 값 주변을 ‘집(home)’으로 설정하고, 주중의 낮 시간의 위치 값을 기준으로 ‘회사’로 설정할 수 있다. 그 외의 ‘운동 센터’ 등을 추가로 설정할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치의 제어부(120)는 위치 값과 대응되는 위치 정보를 고려하여 센싱하는 신호의 종류를 결정할 수 있다.
현재의 시간 정보는 대상체의 생활 주기에 따라서 생체 신호를 모니터링하기 위해서 고려될 수 있다. 대상체의 수면 시간에 해당하는 시간 구간에서는 대상체의 움직임이 작기 때문에, 제어부(120)의 제어에 의해 가속 센서부의 기능을 비활성화시킬 수 있다. 대상체의 운동 시간에 해당하는 시간 구간에서는 제어부(120)의 제어에 의해 호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 등의 기능을 모두 활성화시켜 대상체의 건강 상태를 모니터링할 수 있다. 대상체의 출퇴근 시간 등과 같이 혼자 있는 시간에 해당하는 시간 구간에서는 건강 위험 상태가 검출된 경우에 제어부(120)의 제어에 의해 소리 센서부의 기능을 활성화시켜 대상체의 음성을 검출할 수 있다.
제어부(120)는 심전도 감지 신호 및 호흡수 센싱 신호를 센싱하는 제1 동작 모드, 심전도 감지 신호, 가속 센싱 신호를 센싱하는 제2 동작 모드, 심전도 감지 신호, 호흡수 센싱 신호, 가속 센싱 신호를 센싱하는 제3 동작 모드 중 하나로 동작될 수 있다. 온도 센싱 신호는 연속적으로 센싱할 수도 있으나, 주기적으로 또는 특정 시점에서 센싱할 수 있다.
제1 동작 모드, 제2 동작 모드, 제3 동작 모드에서, 제어부(120)는 심전도 감지 신호를 제1 주파수로 연속적으로 센싱하면서, 호흡수 센싱 신호, 또는 가속 센싱 신호 중 적어도 하나를 제2 주파수로 센싱할 수 있다. 호흡수 센싱 신호 및 가속 센싱 신호를 모두 센싱하는 경우에는, 제어부(120)는 각각 다른 주파수를 할당하여 센싱할 수 있다. 온도 센싱 및 소리 센싱은 제어부(120)의 제어에 의해 특정 시점에서 수행될 수 있다.
제1 동작 모드에서는 도 10a의 타이밍도에 의해 심전도 감지 구간(도 10a의 S1)에서 심전도 감지가 수행되면서 호흡수 센싱 구간(도 10a의 S2)에서 호흡수 센싱이 수행될 수 있다. 제3 동작 모드에서는 도 10b의 타이밍도에 의해 S1’, S2’, S3’에서 각각 심전도 감지, 호흡수 센싱, 가속 센싱이 수행되고, S4’에서 온도 센싱 또는 소리 센싱이 수행될 수 있다. 온도 센싱 또는 소리 센싱이 매 샘플링 주간에서 수행되지 않고 스킵(skip)될 수 있다.
제어부(120)는 현재의 위치 정보, 또는 현재의 시간 정보를 고려하여 제1 내지 제3 동작 모드 중 하나로 동작될 수 있다. 제어부(120)는 ‘집’, 또는 ‘수면 시간’에는 제1 동작 모드로 설정하고, ‘집’, 및 ‘비수면시간’에서는 제2 동작 모드로 설정할 수 있다. 제어부(120)는 ‘운동센터’, 또는 ‘운동 시간’에서는 제3 동작 모드로 설정할 수 있다.
제어부(120)는 이전에 발생된 건강 위험 상태, 건강 상태를 고려하여 제1 내지 제3 동작 모드 중 하나로 동작될 수 있다. 이전에 건강 위험 상태가 발생된 위치 및 시간을 기억하여 해당 위치 및 시간의 구간에서는 제3 동작 모드로 설정하여 대상체의 건강 상태를 모니터링할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100b)의 블록도이다.
생체 신호 모니터링 장치(100b)는 연결부(130)에 연결된 소리 센서부(165)를 더 포함할 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(100b)는 심전도 감지 신호 또는 센싱 신호를 분석한 결과를 이용하여 소리 센서부(165)의 기능을 추가적으로 활성화 시키고, 소리 센서부(165)를 통해 소리를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 이전 시간 구간에서의 대상체의 건강 위험 상태, 현재의 위치 정보, 현재 시간 값 중 적어도 하나를 고려하여 소리 센서부(165)의 기능을 활성화 시키고 소리 센서부(165)를 통해 소리를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 외부의 장치로부터의 입력에 의해 소리 센서부(165)의 기능을 활성화 시키고 소리 센서부(165)를 통해 소리를 획득할 수 있다.
제어부(120)는 외부의 장치로부터의 수신된 조건(대상체의 건강 위험 상태, 현재의 위치 정보, 현재 시간 값 등을 포함)에 의해 소리 센서부(165)의 기능을 활성화 시키고 소리 센서부(165)를 통해 소리를 획득할 수 있다. 제어부(120)는 이전에 건강 위험 상태가 발생된 위치 및 시간을 기억하여 해당 위치 및 시간의 구간에서 소리를 획득하도록 소리 센서부(165)의 기능을 활성화시킬 수 있다.
소리 센서부(165)는 원하는 생체음이 감지되는 위치에 놓일 수 있는 케이블 등의 전기선으로 연결부(130)에 연결되어 대상체의 생체음(심음, 호흡음, 맥박음, 혈관음 등)을 감지할 수 있다. 제어부(120)는 소리 센서부(165)로부터 수신한 생체음, 심전도 감지 신호, 센싱 신호를 고려하여 대상체의 건강 상태, 건강 위험 상태 등을 판단할 수 있다.
제어부(120)는 심전도 감지 신호 또는 센싱 신호로부터 대상체의 건강 위험 상태를 감지한 경우, 소리 센서부(165)의 기능을 활성화할 수 있다. 제어부(120)는 심전도 감지 신호 또는 센싱 신호로부터 대상체의 건강 위험 상태를 감지한 경우, 정해진 시간 동안 소리 센서부(165)의 기능을 활성화하여 주변의 소리, 대상체의 음성 등을 획득할 수 있다.
도 4a는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치의 블록도이고, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 도 4a의 생체 신호 모니터링 장치에서 심전도 신호 센싱 및 호흡수 센싱이 수행되는 방법의 도면들이다.
도 4a를 참조하면, 심전도 감지부(110)는 전극(111’) 및 아날로그 전단(112', analog front end)을 포함하고, 아날로그 전단(112')은 심전도 신호 처리 회로(10'), 및 정전기 보호 회로(20')를 포함할 수 있다.
전극(111’), 예컨대 ECG 전극은 심전도를 측정하기 위한 전극으로서 심장의 박동에 따라 심근에서 발생하는 활동 전류를 체표면에서 유도함으로써, 심전도 신호를 센싱할 수 있다.
심전도 신호 처리 회로(10’)는 전극(111’)을 통해 심전도 신호를 수신하고, 생체 신호를 증폭하고 아날로그-디지털 변환함으로써, 심전도 감지 신호(BSD)를 생성할 수 있다. 이로써 심전도 감지 신호(BSD)가 획득될 수 있다. 심전도 신호 처리 회로(10’)의 입력단(I1)이 전극(111’)과 전기적으로 연결되며, 전극(111’)으로부터 심전도 감지 신호를 수신할 수 있다.
정전기 보호 회로(20’)는 심전도 신호 처리 회로(10’)의 입력단(I1)에 정전기, 과전압 등이 인가되더라도 이로 인해 심전도 신호 처리 회로(10’)가 파손되지 않도록 보호할 수 있다. 정전기 보호 회로(20’)는 정전기 보호 소자(21)를 포함할 수 있다. 정전기 보호 소자(21)의 일단(T1)은 심전도 신호 처리 회로(10’)의 입력단(I1)에 연결되고, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)은 호흡수 센서부(161’)의 입력단(I2)에 연결부(130)를 거쳐 연결될 수 있다. 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 호흡수 센싱 회로(1611)를 통해 접지될 수 있다. 다시 말해서, 타 단(T2)에는 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다.
정전기 보호 소자(21)(또는 정전기 방전 보호 소자라고 함)는 양 단(T1, T2) 간의 전압이 소정의 고전압 이상으로 증가되면, 전도 상태로 전환되며 이에 따라 일 단(T1)(예컨대 다이오드의 캐소드)과 타 단(T2)(예컨대 다이오드의 애노드) 간에 방전 경로가 형성될 수 있다. 이에 따라, 양 단(T1, T2) 간의 전압이 일정 전압으로 유지될 수 있다. 정전기 보호 소자(21)는 다이오드, 예컨대 다이오드, 제너 다이오드 등으로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 정전기 보호 소자(21)는 바리스터(varister) 등과 같은 다른 다양한 종류의 소자로 구현될 수도 있다.
한편, 정전기 보호 소자(21)의 양 단(T1, T2) 간의 전압이 소정의 고전압 미만일 때, 정전기 보호 소자(21)는 등가적으로 커패시터(도 4c의 제1 커패시터(Cesd))로 표현될 수 있으며, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)에 연결된 호흡수 센싱 회로(1611)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호를 기초로, 대상체(OBJ)에 의해 형성되는 커패시터의 커패시턴스를 측정할 수 있다.
호흡수 센싱 회로(1611)는 정전기 보호 소자(21)를 접지시키되, 호흡수 센싱 구간에는 정전기 보호 소자(21)의 타단(T2)으로부터 신호를 수신하여 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 호흡수 센싱 회로(1611)는 수신되는 신호를 증폭하고, 아날로그-디지털 변환하여, 대상체(OBJ)에 의한 커패시턴스를 나타내는 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 전극(111’)이 대상체(OBJ)로부터 분리될 경우, 커패시턴스 값(CV)은 전극(111’)이 대상체(OBJ)에 접촉한 경우의 커패시턴스 값(CV)보다 감소될 수 있다. 호흡수 센싱 회로(1611)에 의해 생성된 커패시턴스 값(CV)를 기초로 호흡수의 센싱 값이 산출될 수 있다.
도 4b를 참조하며, 생체 신호 처리(S1) 시, 심전도 신호 처리 회로(10’)는 전극(111’)으로부터 생체 신호, 예컨대 제1 신호(SS1)(또는 제1 센싱 신호라고 함)를 수신하고, 제1 신호(SS1)를 처리하여, 심전도 감지 신호 데이터(BSD)를 생성할 수 있다. 이 때, 호흡수 센싱 회로(1611)는 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시킬 수 있으며, 정전기 보호 소자(21)는 심전도 신호 처리 회로(10’)에 고전압 또는 과전압이 인가될 시에 방전 경로(EP)를 형성함으로써, 심전도 신호 처리 회로(10’)를 보호할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 커패시터 센싱(S2) 시, 호흡수 센싱 회로(1611)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호, 예컨대 제2 신호(SS2)(또는 제2 센싱 신호라고 함)를 처리하여, 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 이 때, 심전도 신호 처리 회로(10’)는 동작하지 않으며, 심전도 신호 처리 회로(10’)의 입력 임피던스(Zin)은 매우 클 수 있다. 예컨대 입력 임피던스(Zin)는 10 메가옴(10MΩ) 이상일 수 있다. 따라서, 등가적으로 호흡수 센싱 회로(1611)의 입력단(I2)에는 전극(111’)과 대상체(OBJ)에 의한 커패시터(Cbd)(이하, 제1 커패시터라고 함) 및 정전기 보호 소자(21)에 의한 커패시터(Cesd)(이하, 제2 커패시터라고 함)가 직렬 연결된 것으로 보여질 수 있다. 따라서, 호흡수 센싱 회로(1611)는 입력단(I2)을 통해 수신되는 제2 신호(SS2)를 기초로, 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다.
커패시턴스 값(CV)은 제1 커패시터(Cbd) 및 제2 커패시터(Cesd)의 직렬 연결에 따른 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 다만, 제2 커패시터(Cesd)는 일정하고, 제1 커패시터(Cbd)는 대상체(OBJ)와 전극(111’)간의 접촉 상태에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 커패시턴스 값(CV)은 제1 커패시터(Cbd)에 대응하는 커패시턴스를 나타낸다고 볼 수 있다. 대상체(OBJ)와 전극(111’)이 멀어질수록 제1 커패시터(Cbd)의 커패시턴스는 작아질 수 있으며, 이에 따라 커패시턴스 값(CV)이 감소될 수 있다. 도 4b 내지 도 4c를 참조하여 설명한 바와 같이, 심전도 신호 처리 회로(10’) 및 호흡수 센싱 회로(1611)가 샘플링 기간에 교번적으로 수신되는 신호(SS1, SS2)를 처리함으로써, 심전도 신호 데이터(BSD) 및 커패시턴스 값(CV)을 기초로 센싱 신호를 생성할 수 있다.
도 4d는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 호흡수 센싱 회로의 일 구현 예를 개략적으로 나타낸다. 설명의 편의를 위하여, 정전기 보호 소자(21)를 함께 도시하기로 한다.
도 4d을 참조하면, 호흡수 센싱 회로(1611)는 스위칭부(31) 및 센싱 회로부(32)를 포함하며, 회로부(32)는 전류-전압 변환기(1) 및 아날로그-디지털 변환기(2)를 포함할 수 있다.
스위칭부(31)는 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시키거나, 또는 타 단(T2)을 센싱 회로부(32)에 연결할 수 있다. 스위칭부(31)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함하는 멀티플랙서로 구현될 수 있으며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 상보적으로 활성 레벨을 갖는 스위칭 신호(SS) 및 상보 스위칭 신호(SSB)를 기초로 상보적으로 동작할 수 있다.
예컨대, 생체 신호 모니터링 장치(도 4a의 100c)가 생체 신호 처리(S1) 시, 제1 스위치(SW1)는 스위칭 신호(SS)의 활성 레벨, 예컨대 로직 하이에 응답하여 턴-온 되어, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시킬 수 있다. 다시 말해서, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다. 이 때, 이 때, 제2 스위치(SW2)는 상보 스위칭 신호(SSB)의 비활성 레벨, 예컨대 로직 로우에 응답하여 턴-오프될 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(도 4a의 100c)가 호흡수 센싱(S2) 시, 제2 스위치(SW2)는 상보 스위칭 신호(SS)의 활성 레벨, 예컨대 로직 하이에 응답하여 턴-온 되어, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 센싱 회로부(32)에 연결할 수 있다. 다시 말해서, 제2 스위치(SW2)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 제2 신호(SS2)를 센싱 회로부(32)에 제공할 수 있다. 이 때, 제1 스위치(SW1)는 스위칭 신호(SS)의 비활성 레베, 예컨대 로직 로우에 응답하여 턴-오프될 수 있다.
전류-전압 변환기(1)는 전류원(CS) 및 버퍼(BF)를 포함할 수 있다.전류원(CS)을 기초로 전압이 생성되며, 커패시턴스를 나타내는 제2 신호(SS2)에 따라 전압이 가변될 수 있다. 버퍼(BF)는 전압을 증폭하여 출력할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(2)는 증폭기(1)로부터 수신되는 전압을 디지털 값으로 변환하고, 변환된 값을 커패시턴스 값(CV)으로서 출력할 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(도 4a의 100c)는 호흡수 센싱 회로(1611)로부터 수신되는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 호흡수 등의 상태 값을 판단하고, 판단 결과를 기초로 생체 신호 모니터링 장치(도 4a의 100c)를 제어할 수 있다.
도 5는 제어부(120)의 블록도이다.
제어부(120)는 제1 신호 분석부(121), 제2 신호 분석부(122), 신호 처리부(123)를 포함할 수 있다.
제1 신호 분석부(121)는 심전도 감지부(110)로부터 심전도 신호를 수신하고 심전도 신호에 대응하는 제1 분석 데이터를 생성할 수 있다.
제2 신호 분석부(122)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 온도 센서부(163) 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 수신하고 센싱 신호에 대응하는 제2 분석 데이터를 생성할 수 있다. 제2 분석 데이터는 대상체의 혈압, 혈관, 뇌, 심장, 폐, 뼈 관절, 턱, 입, 코, 목구멍, 정맥 또는 동맥 중 하나에 대한 손상 또는 관련된 다른 문제 중 하나를 판정할 수 있다.
제2 신호 분석부(122)는 소리 센서부(165)로부터 소리 데이터를 획득할 수 있다. 제2 신호 분석부(122)는 소리 센서부(165)로부터 심음, 호흡음, 맥박음, 혈관음 등을 수신하여 대상체의 기관의 지표 소리와 비교하여 소리에 대한 분석 데이터를 생성할 수 있다.
제2 신호 분석부(122)는 소리 센서부(165)로부터 대상체의 음성을 획득할 수 있다. 소리 센서부(165)로부터의 소리가 음성인지 여부를 검출할 수 있다.
신호 처리부(123)는 제1 분석 데이터 또는 제2 분석 데이터를 기초로 대상체의 호흡률, 부정맥 여부, 서맥 또는 빈맥 여부, 혈압, 혈당, 관절 이상, 심장 질환, 기관지염, 심근경색 위험 등의 건강 상태, 건강 위험 상태 등을 판단할 수 있다.
신호 처리부(123)는 소리 센서부(165)로부터의 소리가 음성인 경우, 소리 데이터를 메모리(150)에 저장하거나 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 방법의 흐름도들이다.
S110에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 감지부에서, 심전도 감지 신호를 출력할 수 있다.
S120에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 감지 신호를 수신하고 심전도 감지 신호를 분석하여 제1 분석 데이터를 생성할 수 있다.
S130 에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 호흡수 센서부(161)로부터 제1 센싱 신호를 수신하고, 가속 센서부(162)로부터 제2 센싱 신호를 수신할 수 있다. S140에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 센싱 신호에 대응하는 제1 상태 값과 제2 센싱 신호에 대응하는 제2 상태 값을 포함하는 분석 데이터를 생성할 수 있다.
S150에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 상태 값과 제2 상태 값이 동일한지 여부를 판단할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 분석 데이터 및 제2 분석 데이터 사이에 동일성이 있는지 여부를 판단할 수 있다.
S160에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 분석 데이터와 제2 분석 데이터 사이에 동일성이 있는 경우, 심전도 감지 신호, 제1 센싱 신호 또는 제2 센싱 신호를 저장하여 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다. S155에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 상태 값과 제2 상태 값이 동일하지 않은 경우, 제1 센싱 신호 및 제2 센싱 신호 모두를 외부의 전자 장치로 전송할 수 있다.
S210에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 감지부에서, 심전도 감지 신호를 출력할 수 있다. S220에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 감지 신호를 수신하고 심전도 감지 신호를 분석하여 제1 분석 데이터를 생성할 수 있다. S230에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 수신하고 센싱 신호를 분석하여 제2 분석 데이터를 생성할 수 있다.
S240에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 제1 및 제2 분석 데이터를 고려하여 건강 위험 상태인지 여부를 판단할 수 있다. S250, S260에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 건강 위험 상태인 것으로 검출된 경우, 소리 센서부의 기능을 활성화하여 주변 음성을 획득할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, S310에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 감지 신호를 수신하고 심전도 감지 신호를 분석하여 제1 분석 데이터를 생성할 수 있다. S320에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 수신하고 센싱 신호를 분석하여 제2 분석 데이터를 생성할 수 있다. S330에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 상태 감시 알고리즘을 이용하여, 수신한 심전도 감지 신호와 센싱 신호, 위치 정보, 시간 정보 중 적어도 하나를 기초로 건강 상태 추론에 이용되는 센싱 신호들의 종류를 결정할 수 있다.
S340에서는 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성하여 연결부로 전송할 수 있다.
도 9a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 연결부(130)에 연결된 케이블들(cable1, cable2, cable3)을 통해 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165)가 생체 신호 모니터링 장치(100)와 연결될 수 있다. 케이블들(cable1, cable2, cable3)의 제1 단은 연결부에 연결되고, 케이블들(cable1, cable2, cable3)의 제2 단은 각각 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165)와 연결될 수 있다. 케이블들(cable1, cable2, cable3)의 길이는 자유롭게 조절될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 심전도 감지부(110)는 패치형 장치에 구비되고, 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165) 중 적어도 하나는 패치형 장치의 외부에 구비될 수 있다.
패치형의 생체 신호 모니터링 장치(100)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165) 중 적어도 하나와 연결부(130)를 통해 연결될 수 있다. 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165)는 해당 생체 센싱 신호를 획득하기 좋은 위치에 놓여 센싱 신호를 검출할 수 있으며, 대상체에 의해 위치가 변경 가능할 수 있다.
도 9b는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100d)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 생체 신호 모니터링 장치(100d)는 패치형 장치로 구현되어, 심전도 감지부(110), 제어부(120), 연결부(130), 호흡수 센서부(161)를 패치형 장치의 내부에 구비할 수 있다. 가속 센서부(162), 또는 소리 센서부(165)는 패치형 장치 외부에 구비되어 연결부(130)에 연결된 케이블들(cable1, cable2)로 연결될 수 있다.
도 9c는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치(100e)의 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 생체 신호 모니터링 장치(100e)는 호흡수 센서부(161), 가속 센서부(162), 소리 센서부(165)와는 유선으로 연결되고 온도 센서부(163)와는 무선으로 연결되어 센싱 신호를 획득할 수 있다. 연결부(130)는 다양한 센서 신호를 무선 통신의 방식으로 수신하도록 구현될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 생체 신호 모니터링 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도이다.
도 10a를 참조하면, 생체 신호 모니터링 장치(100c)는 시간적으로 연속하는 복수의 샘플링기간에 심전도 신호 처리(S1) 및 호흡수 센싱(S2)을 수행할 수 있다. 복수의 샘플링 기간은 일정할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100c)는 한 샘플링 기간 동안, 시분할 적으로(time division) 심전도 신호 처리(S1) 및 호흡수 센싱(S2)을 수행할 수 있다. 제N 샘플링 기간(Ts(N))(N은 1 이상의 양의 정수)에 심전도 신호 처리(S1) 및 호흡수 센싱(S2)이 순차적으로 수행되고, 또한 다음의 제(N+1) 샘플링 기간(Ts(N+1))에 다시 심전도 신호 처리(S1) 및 호흡수 센싱(S2)이 순차적으로 수행될 수 있다. 이와 같이 계속적으로 심전도 신호 처리(S1) 및 호흡수 센싱(S2)이 수행될 수 있다.
도 10b를 참조하면 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 시간적으로 연속하는 복수의 샘플링기간에 심전도 신호 처리(S1’), 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’)을 수행할 수 있다. 복수의 샘플링 기간은 일정할 수 있다. 생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 한 샘플링 기간 동안, 시분할 적으로(time division) 심전도 신호 처리(S1’), 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’)을 수행할 수 있다. 제N 샘플링 기간(Ts’(N))(N은 1 이상의 양의 정수)에 심전도 신호 처리(S1’), 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’)이 순차적으로 수행되고, 또한 다음의 제(N+1) 샘플링 기간(Ts’(N+1))에 다시 심전도 신호 처리(S1’), 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’)이 순차적으로 수행될 수 있다. 이와 같이 계속적으로 심전도 신호 처리(S1’), 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’)이 수행될 수 있다. 제어부(120)의 제어에 의해, 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’) 중 적어도 하나의 센싱이 중지 또는 스킵(skip)될 수 있다. 제1 신호 센싱(S2’), 제2 신호 센싱(S3’) 및 제3 신호 센싱(S4’) 중 적어도 하나는 연속적으로 센싱되지 않고 필요한 주기에서만 센싱될 수 있다.
생체 신호 모니터링 장치(100a, 100b, 100c)는 심전도 신호, 호흡수 센싱 신호, 가속 센싱 신호, 및 온도 센싱 신호 등에 반복 주기를 각각 할당하여 심전도 신호, 호흡수 센싱 신호, 가속 센싱 신호, 및 온도 센싱 신호를 반복 주기에 의해 연속적으로 획득할 수 있다. 심전도 신호에 300Hz로 1초의 300회, 호흡수 센싱 신호에 10Hz로 1초의 10회, 가속 센싱 신호에 10Hz로 1초의 10회, 온도 센싱 신호에 0.1Hz로 10초의 1회로 획득할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 반복 주기로 획득할 수 있다.
도 11은 상태 감지 알고리즘의 생성 과정을 설명하는 도면이다.
데이터 서버(200)는 생체 신호 모니터링 장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들로부터 심전도 신호와 적어도 하나의 센싱 신호들을 수신하고, 수신 데이터와 관련되어 검출된 건강 상태 데이터를 수신한다.
학습 장치(300)는 데이터 서버(200)로부터 심전도 신호와 적어도 하나의 센싱 신호들을 입력으로 하고 수신 데이터와 관련되어 검출된 건강 상태 데이터를 출력으로 하는 훈련 데이터를 기초로 상태 감지 알고리즘을 모델링할 수 있다. 학습 장치(300)는 훈련 데이터로 학습하여 모델을 생성할 수 있다. 상태 감지 알고리즘은 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning), 강화 학습(reinforcement learning) 등의 방법으로 학습될 수 있다. 구체적으로, 상태 감지 알고리즘은 의사결정나무, 베이지안 망, 서포트 벡터머신, 그리고 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 등의 알고리즘으로 생성될 수 있다. 이 중에서, 인공신경망(ANN)은 계층 수에 따라 단층 신경망과 다층 신경망으로 구분하며, 일반적인 다층 신경망은 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성될 수 있다. 입력층은 외부의 자료들을 받아들이는 층으로서 입력 층이 뉴런 수는 입력되는 변수의 수와 동일할 수 있다. 즉 본 개시에서는, 입력되는 심전도 감지 신호, 센싱 신호들, 위치 정보, 시간 정보, 그에 따른 건강 상태 등을 입력 변수로 하게 된다. 은닉층은 입력층과 출력층 사이에 위치하며 입력층으로부터 신호를 받아 특성을 추출하여 출력층으로 전달한다. 은닉층에서는 히든 파라미터를 이용하여, 입력 변수들 중에서, 입력 데이터 및 출력 데이터 사이의 상관 관계를 훈련하게 된다. 출력층은 은닉층으로부터 신호를 받아 외부로 출력한다.
학습 장치(300)는 심전도 신호와 적어도 하나의 센싱 신호들에 추가적으로 위치 정보, 시간 정보를 더 입력한 훈련 데이터를 기초로 상태 감지 알고리즘을 생성할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e: 생체 신호 모니터링 장치
110: 심전도 감지부 120: 제어부
121: 제1 신호 분석부 122: 제2 신호 분석부
123: 신호 처리부 130: 연결부
140: 통신부 150: 메모리
161: 호흡수 센서부 162: 가속 센서부
163: 온도 센서부 165: 소리 센서부
200: 데이터 서버

Claims (14)

  1. 대상체의 심장에서 나오는 전기 신호를 검출하여 심전도 감지 신호를 출력하는 심전도 감지부;
    호흡수 센서부, 가속 센서부, 온도 센서부 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 센서부;
    상기 심전도 감지 신호 또는 상기 하나 이상의 센서부로부터 수신한 센싱 신호를 처리하는 제어부;
    상기 하나 이상의 센서부와 연결하여, 상기 하나 이상의 센서부로 부터의 센싱 신호를 상기 제어부에 전송하는 연결부; 및
    외부의 전자 장치와 통신하는 통신부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 심전도 감지 신호를 수신하고 상기 심전도 감지 신호를 분석하여 제1 분석 데이터를 생성하는 제1 신호 분석부, 상기 호흡수 센서부, 상기 가속 센서부, 상기 온도 센서부 중 적어도 하나로부터 센싱 신호를 수신하고, 상기 센싱 신호를 분석하여 제2 분석 데이터를 생성하는 제2 신호 분석부, 및 상기 심전도 감지 신호 또는 상기 센싱 신호의 일부를 요청 신호에 의해 상기 외부의 전자 장치로 전송하는 신호 처리부,를 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 제1 분석 데이터 및 상기 제2 분석 데이터가 동일성을 가지는 것으로 판단된 경우, 상기 심전도 감지 신호와 상기 센싱 신호 중에서, 적어도 하나의 것을 내부의 메모리에 저장하도록 하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 외부의 전자 장치로 전송하지 않은 상기 심전도 감지 신호 또는 상기 센싱 신호의 나머지 일부를 내부 메모리에 저장하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요청 신호는
    상기 외부의 전자 장치로부터 수신하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    대상체의 음성을 감지하는 소리 센서부를 더 구비하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 제1분석 데이터 또는 상기 제2분석 데이터로부터 상기 대상체의 건강 위험 상태를 감지한 경우에는, 상기 소리 센서부의 기능을 활성화하여, 상기 대상체의 음성을 획득하도록 처리하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    심전도 감지 신호들, 및 센싱 신호들, 센싱 신호들의 종류를 입력으로 하고 상태 데이터들을 결과로 하는 훈련 데이터 셋트로 학습된 상태 감시 알고리즘을 이용하여, 상기 대상체의 실시간 건강 상태를 추론하는데 이용되는 센싱 신호들의 종류를 결정하고,
    상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 대상체의 위치 정보를 획득하여, 상기 위치 정보에 대응하는 센싱 신호들의 종류를 결정하고,
    상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하는 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    현재 시간 값을 획득하여 상기 현재 시간 값에 대응하는 센싱 신호들의 종류를 결정하고
    상기 결정한 종류에 대응하는 센서부들의 기능을 활성화하고 제어 신호를 생성하여 상기 연결부를 통해 상기 센서부들로 전송하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  10. 제7항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 활성화된 센서부들로부터 수신한 센싱 신호를 상기 외부의 전자 장치로 전송하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서부는
    상기 생체 신호 모니터링 장치의 외부에 구비되며,
    상기 생체 신호 모니터링 장치의 외부에 구비된 센서부와 연결되는 연결 단자를 더 포함하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는
    상기 적어도 하나의 센서부의 위치까지 각각 도달하는 확장 가능한 구조로 설계되는, 생체 신호 모니터링 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 심전도 감지부는
    대상체의 피부에 접촉되어 상기 대상체에서 발생하는 심전도 신호를 센싱하는 전극,
    상기 전극과 전기적으로 연결되고 상기 전극으로부터 수신되는 제1 전기 신호를 기초로 심전도 데이터를 생성하는 심전도 신호 처리 회로,
    일단이 상기 심전도 신호 처리 회로의 입력단에 연결되는 정전기 보호 소자를 포함하고,
    상기 호흡수 센서부는,
    상기 정전기 보호 소자의 타 단에 연결되며 상기 정전기 보호 소자의 타 단으로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 하고, 상기 제2 전기 신호를 기초로 상기 대상체의 커패시턴스를 측정함으로써, 센싱 신호를 출력하는, 생체 신호 모니터링 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는
    하나 이상의 통신 포트(port)들을 포함하는, 생체 신호 모니터링 장치.
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