KR102270546B1 - System for detecting apnea - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간으로 무호흡을 탐지하기 위한 시스템에 관한 것으로, 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 사용자 또는 측정 대상의 정상 활동 또는 수면 중 발생할 수 있는 무호흡 신호를 검출함으로써 정확한 무호흡 탐지가 가능하도록 구성된 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for detecting apnea in real time, so that accurate apnea detection is possible by detecting an apnea signal that may occur during normal activity or sleep of a user or a measurement object from a radio signal reflected by a user or a measurement object. It is about a system that is configured.

Figure R1020150160661
Figure R1020150160661

Description

무호흡 탐지 시스템{SYSTEM FOR DETECTING APNEA}Apnea detection system {SYSTEM FOR DETECTING APNEA}

본 발명은 실시간으로 무호흡을 탐지하기 위한 시스템에 관한 것으로, 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 사용자 또는 측정 대상의 정상 활동 또는 수면 중 발생할 수 있는 무호흡 신호를 검출함으로써 정확한 무호흡 탐지가 가능하도록 구성된 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for detecting apnea in real time, so that accurate apnea detection is possible by detecting an apnea signal that may occur during normal activity or sleep of a user or a measurement object from a radio signal reflected by a user or a measurement object. It is about a system that is configured.

무호흡(apnea)이란 다양한 의미를 가질 수 있으나, 일반적으로 정상 활동 또는 수면 중에 일시적으로 호흡이 정지되는 현상을 의미하며, 특히 수면 중에 일시적으로 호흡이 정지되는 현상인 수면 무호흡(sleep apnea)은 갑작스러운 사망 사고의 원인이 될 수 있다.Apnea may have various meanings, but in general, it refers to a phenomenon in which breathing is temporarily stopped during normal activities or sleep. In particular, sleep apnea, a phenomenon in which breathing is temporarily stopped during sleep, is a sudden It may cause fatal accidents.

수면 무호흡으로 인해 체내에 산소가 공급되지 않으면 체내 혈액 중 산소 포화도(혈액 속에 산소가 어느 정도 포함되어있는 정도)가 비정상적으로 낮아지게 되기 때문이다.This is because, when oxygen is not supplied to the body due to sleep apnea, the oxygen saturation (the degree to which the blood contains some amount of oxygen) in the body's blood becomes abnormally low.

수면 무호흡으로 인한 야간의 수면 분열(sleep fragmentation)은 주간의 과도한 졸리움(EDS : Excessive Daytime Sleepness)을 유발하고, 동맥혈 내 산소 포화도(O2 saturation)를 감소시킨다. Nocturnal sleep fragmentation due to sleep apnea causes excessive daytime sleepiness (EDS) and reduces arterial oxygen saturation (O2 saturation).

산소 포화도의 감소는 고혈압, 부정맥(arrythemia) 등을 일으킬 뿐만 아니라 심지어 수면 중 심장마비(heart attack), 돌연사(sudden death) 등의 심각한 결과도 초래할 수 있는 것이다. A decrease in oxygen saturation not only causes high blood pressure, arrhythmia, etc., but can even lead to serious consequences such as heart attack and sudden death during sleep.

수면 무호흡에 의한 사망 사고는 주로 영아들에게서 많이 나타나며, SIDS(Sudden Infant Death Syndrome)리 불린다.Death due to sleep apnea occurs mostly in infants and is called SIDS (Sudden Infant Death Syndrome).

이외에도 수면 무호흡에 의한 사망 사고는 무의식의 환자나 노인들에게서도 빈번하게 발생된다.In addition, deaths due to sleep apnea frequently occur in unconscious patients or the elderly.

이러한 수면 무호흡증은 중추성 무호흡증(central apnea), 장애성 무호흡증(obstructive apnea), 혼합성 무호흡증(mixed apnea)의 세 가지 패턴으로 구분될 수 있다.The sleep apnea may be classified into three patterns: central apnea, obstructive apnea, and mixed apnea.

중추성 무호흡증은 수면 중에 모든 호흡적 노력을 중단시키는 신경학적 장애로 정의되며, 주로 신생아 및 영아에게서 잘 나타난다.Central apnea is defined as a neurological disorder that cessation of all respiratory effort during sleep and is predominantly seen in newborns and infants.

장애성 무호흡증은 상부 기도(upper airway)의 폐쇄 또는 허탈에 의해 수면 중에 호흡이 반복적으로 정지되는 것이 특징이며, 이로 인해 동맥혈 내의 산소 포화도가 감소된다. Obstructive apnea is characterized by repeated cessation of breathing during sleep due to obstruction or collapse of the upper airway, thereby reducing oxygen saturation in arterial blood.

혼합성 무호흡증은 상술한 두 가지의 무호흡증이 동시에 발생하는 것을 의미한다.Mixed apnea means that the two types of apnea described above occur simultaneously.

임상적으로는 야간 수면 중 10초 이상 호흡을 하지 않는 증세가 1시간당 5번 이상 나타나거나 7시간의 수면 동안 30회 이상 나타나면 수면 무호흡 증후군으로 분류될 수 있다. Clinically, if the symptoms of not breathing for more than 10 seconds during night sleep appear 5 or more times per hour or 30 or more times during 7 hours of sleep, it can be classified as sleep apnea syndrome.

일반적으로, 코골이(snoring)는 상기도의 연구개(soft palate)가 떨려서 나는 소리로서 수면 무호흡 증후군을 의심할 수 있는 강력한 예측인자(precursor)가 될 수 있다.In general, snoring is a sound produced by shaking of the soft palate of the upper airway and can be a strong predictor for suspecting sleep apnea syndrome.

수면 무호흡 검사는 일반적으로 수면 다원검사를 통해 이루어진다. 수면다원검사는 수면의 구조와 기능, 수면 중 발생한 사건 등을 객관적으로 평가하는 것으로, 수면 8시간동안 뇌파, 안구운동, 하악 근전도, 다리 근전도, 심전도, 코골이, 혈압, 호흡운동, 동맥혈 내 산소 포화도 등을 종합적으로 측정하고, 동시에 비디오로 환자의 수면 중 행동 이상을 기록하는 것이다.Sleep apnea testing is usually done through polysomnography. The polysomnography test objectively evaluates the structure and function of sleep and events that occurred during sleep. During 8 hours of sleep, EEG, eye movements, mandibular electromyography, leg electromyography, electrocardiogram, snoring, blood pressure, breathing exercise, and oxygen in arterial blood. It is to comprehensively measure saturation, etc., and at the same time record the patient's behavioral abnormalities during sleep by video.

이 기록을 수면 검사 전문기사와 수면 의학 전문의가 판독하여 코골이가 어느 정도 심한가, 부정맥 발생 여부, 혈압 상승 여부, 수면 중에 다른 문제가 발생하는지의 여부, 정상인의 수면과 어떤 점에서 차이가 있는지 등에 관한 포괄적인 결과를 얻게된다.This record is read by sleep test technicians and sleep medicine specialists to determine how severe snoring is, whether an arrhythmia occurs, whether blood pressure rises, whether other problems occur during sleep, and what differences from normal people's sleep are. comprehensive results are obtained.

수면 무호흡 진단과 관련한 종래 기술로는 미국등록특허 US 6,368,287의 "Integrated sleep apnea screening system"은 임상의사나 전문가의 도움없이 가정에서 일반인들이 쉽게 호흡을 측정할 수 있게 하는 장치로서, 콧구멍 부위에 부착된 온도 센서를 이용하여 들숨과 날숨의 과정에서 호흡에 의한 온도 변화를 이용하여 수면 무호흡을 진단하는 시스템을 개시하고 있다. 이 기술은 측정 부위에 센서가 정확하게 위치하였는가를 발광 다이오드(LED)로 표시한다. 그러나 코 주위에 부착한 온도센서를 이용하여 호흡을 측정하는 것은 중심성 무호흡 진단에는 사용할 수 없기 때문에 실제 임상에서는 콧바람에 의한 온도 변화만으로는 호흡을 측정하지 못하는 문제점이 있다.As a prior art related to sleep apnea diagnosis, the "Integrated sleep apnea screening system" of US Patent No. 6,368,287 is a device that allows ordinary people to easily measure respiration at home without the help of a clinician or expert, and is attached to the nostril area. Disclosed is a system for diagnosing sleep apnea by using a temperature change caused by respiration in the process of inhalation and exhalation using a temperature sensor. This technology displays whether the sensor is accurately positioned on the measurement site with a light emitting diode (LED). However, since measuring respiration using a temperature sensor attached around the nose cannot be used for diagnosing central apnea, there is a problem in that respiration cannot be measured only by temperature change due to nasal winds in actual clinical practice.

미국등록특허 US 6,342,039의 "Microprocessor system for the simplified diagnosis of sleep apnea"는 무호흡에 의하여 산소 포화도가 낮아졌다가, 정상적으로 호흡을 하게되면 산소 포화도가 정상으로 돌아오는 현상을 이용하여 수면 무호흡을 진단하는 시스템을 개시하고 있다. 이 기술은 연속적으로 산소 포화도를 측정하고 그래프화하여 수면 무호흡이 발생할 때 변화하는 산소 포화도의 기울기를 측정하여 무호흡 발생을 진단한다. "Microprocessor system for the simplified diagnosis of sleep apnea" of US Patent No. 6,342,039 is a system for diagnosing sleep apnea by using the phenomenon that oxygen saturation is lowered by apnea and the oxygen saturation returns to normal when breathing normally. is starting This technique diagnoses the occurrence of apnea by measuring and graphing oxygen saturation continuously and measuring the gradient of oxygen saturation that changes when sleep apnea occurs.

또한, 미국등록특허번호 US 5,396,893의 "Method and apparatus for analyzing heart and respitory frequencies photo-plethysmographically"는 광-혈량계를 주파수 대역에 따라 분석하고 호흡에 해당하는 주파수 성분을 추출하여 무호흡을 진단하는 방법으로 정상인의 호흡을 측정하면 매우 정확한 예측이 가능하다. 그러나 호흡 성분을 추출해내는 과정에서 필터의 링잉(ringing) 현상에 의하여 호흡이 발생하지 않은 경우에도 호흡이 발생한 것으로 진단하는 문제점을 가지고 있다.In addition, "Method and apparatus for analyzing heart and respitory frequencies photo-plethysmographically" of US Patent No. 5,396,893 is a method of diagnosing apnea by analyzing photo-plethysmographically according to frequency bands and extracting frequency components corresponding to respiration. By measuring the respiration of a normal person, a very accurate prediction is possible. However, there is a problem in diagnosing that respiration has occurred even when respiration does not occur due to a ringing phenomenon of the filter in the process of extracting respiration components.

즉, 종래의 수면 무호흡 탐지 방법은 호흡/무호흡 여부를 탐지하기 위해 측정 대상에게 일정한 센서를 부착시키거나 정확성이 낮은 알고리즘을 채택함으로써 정상 호흡 중임에도 불구하고 무호흡 알람을 내는 경우가 빈번하였다.
That is, in the conventional sleep apnea detection method, by attaching a certain sensor to a measurement target or adopting an algorithm with low accuracy to detect respiration/apnea, an apnea alarm was frequently issued even during normal breathing.

상기와 같은 기술적 배경 하에서, 본 발명은 사용자 또는 측정 대상의 불규칙한 호흡 신호(즉, Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않은 호흡 신호)를 정확하게 호흡 신호로 인식하여 측정할 뿐만 아니라 정상 호흡 중 비정상 호흡으로의 진입 여부를 정확하게 탐지하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Under the above technical background, the present invention accurately recognizes and measures an irregular respiration signal (ie, a respiration signal that is not similar to a Sin or Cos waveform) of a user or a measurement target as a respiration signal, as well as a change to abnormal respiration during normal respiration. An object of the present invention is to provide a system and method for accurately detecting whether an entry is made.

또한, 본 발명은 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 개체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호를 정확하게 측정하고 이로부터 정상 호흡 중 비정상 호흡으로의 진입 여부를 정확하게 탐지하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention accurately measures the respiration signal of the user or the measurement object even under a noise environment in which the user or measurement object is located in a remote location or there is a dynamic object indicating movement around the user or measurement object, and from this, abnormal during normal breathing An object of the present invention is to provide a system and method for accurately detecting whether or not entering into respiration.

아울러, 본 발명은 사용자 또는 측정 대상의 움직임에 따른 비정상 호흡과 수면 중 무호흡을 정확히 구분함과 동시에 정상 호흡이 관측된 이후에 나타날 수 있는 무호흡 증상의 특징을 반영하여 수면 무호흡을 정확히 탐지할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention accurately distinguishes between abnormal respiration according to the movement of a user or a measurement target and apnea during sleep, and at the same time reflects the characteristics of apnea symptoms that may appear after normal respiration is observed to accurately detect sleep apnea. It aims to provide a system and method.

본 발명의 일 측면에 따른 무호흡 탐지 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부, 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부, 상기 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하고, 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 분석하여 상기 측정 대상의 정상 호흡 여부를 결정하는 정상 호흡 결정부 및 상기 정상 호흡 결정부에서 비정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 움직임 및 호흡 신호의 변화량을 측정하여 상기 측정 대상의 무호흡 여부를 결정하는 무호흡 결정부를 포함할 수 있다.An apnea detection system according to an aspect of the present invention comprises a transmitter for transmitting a radio signal to a detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area. The optimal respiration position determining unit for determining the optimal respiration position of the target, the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target from the radio signal reflected from the optimum respiration position, and , The time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) are determined as abnormal respiration in the normal respiration determiner and the normal respiration determiner that analyzes the respiration rate ( f 2 ) of the measurement target It may include an apnea determining unit for determining whether the measurement target is apnea by measuring the amount of change in the movement and respiration signal of the measurement target from the radio signal.

여기서, 상기 최적 호흡 위치 결정부는 보다 정확한 최적 호흡 위치의 결정을 위해 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정할 수 있다.Here, the optimum respiration position determining unit may determine the optimum respiration position of the measurement target after removing a background signal from the received radio signal for more accurate determination of the optimum respiration position.

일 실시예에 있어서, 상기 최적 호흡 위치 결정부는 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정할 수 있다.In one embodiment, the optimal respiration position determining unit may determine a position having a maximum dispersion or maximum energy of a radio signal received from the entire detection area as an optimal respiration position of the measurement target.

또한, 상기 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호가 상기 정상 호흡 결정부에 의해 정상 호흡으로 결정될 경우, 상기 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정할 수 있다.In addition, when the radio wave signal reflected on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is determined as normal respiration by the normal respiration determining unit, the optimal respiration position determining unit determines the position of the optimal respiration position of the measurement target can be decided with

여기서, 상기 정상 호흡 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하고, 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하도록 구성된다.Here, the normal respiration determining unit is a first radio signal extracted from a radio signal reflected on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy for a predetermined time, and a second radio wave delaying the first radio signal by a predetermined time. The similarity between the two radio signals is calculated through an auto-correlation operation between the signals, and the time of the measurement target is measured through the period between the peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the auto-correlation operation represents the maximum value. Axis-based respiration rate ( f 1 ) is calculated, and the received radio signal is extracted for a predetermined time at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, and then the maximum of the radio signal through Fourier transform operation Calculates the frequency, and is configured to calculate the frequency axis-based respiration rate (f 2 ) of the measurement target through the frequency calculated by the Fourier transform operation.

또한, 상기 정상 호흡 결정부는 수신된 전파 신호로부터 연산된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우, 상기 전파 신호를 정상 호흡 신호로 결정할 수 있다. In addition, the normal respiration determining unit when the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the received radio signal is within a predetermined range, the radio signal can be determined as a normal respiratory signal.

다른 예에 있어서, 상기 정상 호흡 결정부는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지될 경우, 상기 전파 신호를 정상 호흡 신호로 결정할 수 있다. In another example, the normal respiration determining unit is the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) for a predetermined time on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy. When the absolute value of the difference is maintained within a predetermined range, the radio signal may be determined as a normal respiration signal.

상기 무호흡 결정부는 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 움직임 개시 시점인 것으로 추정하며, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정할 수 있다.The apnea determining unit has an arbitrary maximum signal strength (M abnormal ) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) therefrom. When a certain level of the maximum signal intensity ( M normal ) in the second time interval between the normal respiration progress point ( T 3 ) and the abnormal respiration entry point ( T 2 ) of is exceeded, the abnormal respiration entry point ( T 2 ) is assumed to be the start time of the movement of the measurement target, and the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) therefrom. When the maximum signal strength ( M abnormal ) is less than or equal to a certain level of the maximum signal strength ( M normal ) in the second time interval between any normal breathing progression time ( T 3 ) and abnormal breathing entry time ( T 2 ), the abnormal The respiration entry point ( T 2 ) may be estimated to be the apnea start time point of the measurement target.

상기 무호흡 결정부는 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)이 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정된 경우, 상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)부터 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 사이의 시간 간격 동안 추출한 신호 세기의 변화가 선형성을 나타낼 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)이 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 결정할 수 있다.When it is estimated that the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) is the apnea start time point of the measurement target, the apnea determining unit is between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and the abnormal respiration detection time point ( T 1 ). When the change in the signal strength extracted during the time interval exhibits linearity, the abnormal respiration entry time ( T 2 ) may be determined as the apnea start time of the measurement target.

또한, 상기 무호흡 결정부는 상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내는 것으로 판단하며, 상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내지 않는 것으로 판단할 수 있다.In addition, the apnea determining unit the amount of change in the signal strength in the third time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and a time point ( T 4 ) after a predetermined time (T ) therefrom (L current) ) is the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and a predetermined time ( T ) therefrom before the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) in the first time interval between the change amount of the signal strength ( L previous ) Constant When the level is exceeded, it is determined that the change in signal strength indicates linearity, and between the arbitrary normal respiration time point ( T 3 ) and the time point ( T 4 ) after a predetermined time ( T ) therefrom The change amount (L current ) of the signal strength in the third time interval is the first time between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T) therefrom When it is less than a certain level of the change amount (L previous ) of the signal strength in the interval, it may be determined that the change in the signal strength does not exhibit linearity.

추가적으로, 상기 무호흡 결정부는 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)를 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)로 설정하고, 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 중단된 것으로 결정하며, 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정할 수 있다.Additionally, the apnea determining unit is the maximum signal strength in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto ( M abnormal) ) is set as the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ), and the signal strength (M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) is the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ) When it exceeds a certain level, it is determined that the apnea of the measurement target is stopped, and the signal strength (M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time ( T 1 ) is the apnea maintenance reference signal strength ( If it is below a certain level of M reference ), it may be determined that the apnea of the measurement target is maintained.

다른 예에 있어서, 상기 무호흡 결정부는 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)을 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)으로 설정하고, 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 중단된 것으로 결정하며, 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정할 수 있다.In another example, the apnea determining unit is the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and a predetermined time ( T ) therefrom before the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) of the signal strength in the first time interval between the The change amount ( L previous ) is set as the change amount (L reference ) of the apnea maintenance reference signal strength , and the change amount (L nobreathing ) of the signal strength at the same time interval as the first time interval after the abnormal respiration detection time ( T 1 ) When the change amount of the apnea maintenance reference signal intensity ( L reference ) exceeds a certain level, it is determined that the apnea of the measurement target is stopped, and the time equal to the first time interval after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) When the change amount (L nobreathing ) of the signal intensity in the interval is less than a certain level of the change amount (L reference ) of the apnea maintenance reference signal intensity, it may be determined that the apnea of the measurement target is maintained.

추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 상기 무호흡 결정부에 의해 상기 측정 대상의 무호흡이 탐지된 경우, 무호흡 경고 알람을 발생시키는 무호흡 경고부와 상기 정상 호흡 결정부에서 정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 호흡수 연산부를 더 포함할 수 있다.
Additionally, in the apnea detection system according to an embodiment of the present invention, when the apnea of the measurement target is detected by the apnea determining unit, the apnea warning unit for generating an apnea warning alarm and the normal respiration determining unit determine normal breathing It may further include a respiratory rate calculating unit for calculating the time axis-based respiration rate ( f 1) of the measurement target from the radio signal.

본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상의 불규칙한 호흡 신호(즉, Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않은 호흡 신호)를 정확하게 호흡 신호로 인식하여 측정할 뿐만 아니라 정상 호흡 중 비정상 호흡으로의 진입 여부를 정확하게 탐지할 수 있다.According to the present invention, an irregular respiration signal (that is, a respiration signal not similar to a Sin or Cos waveform) of a user or a measurement target is accurately recognized and measured as a respiration signal, and whether normal respiration enters into abnormal respiration is accurately detected. can do.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 개체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호를 정확하게 측정하고 이로부터 정상 호흡 중 비정상 호흡으로의 진입 여부를 정확하게 탐지할 수 있다.In addition, according to the present invention, even under a noise environment in which the user or the measurement object is located in a remote location or there is a dynamic object representing a movement around the user or the measurement object, the respiration signal of the user or the measurement object is accurately measured and normal breathing therefrom. It is possible to accurately detect whether or not it enters into abnormal respiration.

아울러, 본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상의 움직임에 따른 비정상 호흡과 수면 중 무호흡을 정확히 구분함과 동시에 정상 호흡이 관측된 이후에 나타날 수 있는 무호흡 증상의 특징을 반영하여 무호흡 증상을 정확히 탐지할 수 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to accurately detect apnea symptoms by accurately distinguishing between abnormal breathing according to the movement of a user or a measurement target and apnea during sleep, and at the same time reflecting the characteristics of apnea symptoms that may appear after normal breathing is observed. can

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템의 전체 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템을 이용하여 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템 상에서 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에서 정상 호흡 신호가 감지되는지 여부를 확인하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 5a는 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 5b는 도 5a의 비정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 5c는 도 5a에 나타낸 비정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.
도 6a는 정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 6b는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 6c는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템 상에서 무호흡 결정부의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 8a는 측정 대상의 움직임에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 8b는 측정 대상의 무호흡에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우의 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 측정 대상의 무호흡에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우의 비정상 호흡 신호의 시간 변화에 따른 세기 변화를 나타낸 것이다.
1 is a view showing an overall operation flow chart of the apnea detection system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows the step of determining the optimal respiration position of the measurement target using the apnea detection system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation of determining an optimal respiration position of a measurement target on an apnea detection system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of determining whether a normal respiration signal is detected in FIG. 3 .
Figure 5a shows the extraction result of the abnormal respiration signal, Figure 5b shows the Fourier transform operation result of the abnormal respiration signal of Figure 5a, Figure 5c is the autocorrelation of the abnormal respiration signal shown in Figure 5a (auto) -correlation) shows the result of the operation.
Figure 6a shows the extraction result of the normal respiration signal, Figure 6b shows the Fourier transform operation result of the normal respiration signal shown in Figure 6a, Figure 6c is the autocorrelation of the normal respiration signal shown in Figure 6a ( auto-correlation) operation result.
7 is a flowchart illustrating an operation of an apnea determining unit on an apnea detection system according to an embodiment of the present invention.
Figure 8a shows the extraction result of the abnormal respiration signal when abnormal respiration due to the movement of the measurement target is detected, and Figure 8b shows the extraction result of the abnormal respiration signal when the abnormal respiration due to the apnea of the measurement target is detected. .
9A and 9B illustrate changes in intensity according to time change of an abnormal respiration signal when abnormal respiration due to apnea of a measurement target is detected.

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In order to better understand the present invention, certain terms are defined herein for convenience. Unless defined otherwise herein, scientific and technical terms used herein shall have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless the context specifically dictates otherwise, it should be understood that a term in the singular includes its plural form as well, and a term in the plural form also includes its singular form.

이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, an apnea detection system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of the present invention.

본 발명은 전파 신호를 이용한 실시간 무호흡 측정 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템을 직접 이용하는 사용자 또는 상기 시스템에 의해 호흡(또는 무호흡)이 측정되도록 의도된 측정 대상(이하에서는 사용자 및 측정 대상을 모두 측정 대상이라 지칭함)의 호흡 패턴 또는 호흡수를 측정함과 동시에 무호흡 현상이 발생하는지 여부를 탐지하기 위한 시스템이다.The present invention relates to a real-time apnea measurement system using a radio signal, and a measurement target intended to measure respiration (or apnea) by a user who directly uses the system or the system (hereinafter, both the user and the measurement target are referred to as measurement targets) It is a system for detecting whether apnea occurs while measuring the breathing pattern or rate of breathing.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 정상 호흡을 나타내는 측정 대상의 호흡 신호를 정확히 포착하는 것을 전제로 한다.First, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention is premised on accurately capturing the respiration signal of the measurement target indicating normal respiration.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 측정 대상의 무호흡 증상은 정상 호흡 신호가 관찰된 이후에 나타날 수 있는 현상이라는 점을 근거로 한다.In addition, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention is based on the fact that the apnea symptom of the measurement target is a phenomenon that may appear after a normal respiration signal is observed.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 측정 대상으로부터 정상 호흡 신호가 관찰되는 중 비정상 호흡 신호가 발생한 경우, 상기 비정상 호흡 신호가 무호흡 신호에 해당하는지 여부를 정확하게 판단하는 것을 목표로 한다.
Therefore, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention aims to accurately determine whether an abnormal respiration signal corresponds to an apnea signal when an abnormal respiration signal occurs while a normal respiration signal is observed from a measurement target. .

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호의 주기성만을 가지고 호흡을 측정하는 것이 아니라, 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 최적의 호흡 위치를 결정하고, 상기 위치로부터 반사된 전파 신호로부터 호흡에 의해 유발된 호흡 신호를 유효하게 추출하고 이로부터 호흡 패턴 및/또는 호흡수를 정확하게 측정하는 것을 특징으로 한다.First, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention does not measure respiration with only the periodicity of the radio signal reflected by the measurement object, but determines the optimal respiration position from the radio signal reflected by the measurement object, It is characterized in that the respiration signal induced by respiration is effectively extracted from the radio wave signal reflected from the position, and the respiration pattern and/or respiration rate are accurately measured therefrom.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부 및 수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 호흡 패턴, 호흡수 및 무호흡 여부 등을 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.Specifically, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention includes a transmitter for transmitting a radio signal to a detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area. It may include a control unit for measuring the respiration pattern, respiration rate, and whether or not apnea of the measurement target from the signal.

송수신부는 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 탐지 영역 내에 존재하는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함한다. 이 때, 수신부는 수신된 전파 신호의 세기를 증가시키는 증폭기를 더 구비할 수 있다. The transceiver includes a transmitter for transmitting a radio signal to the detection area, and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target existing in the detection area. In this case, the receiver may further include an amplifier that increases the strength of the received radio signal.

송수신부가 송신 및 수신하는 전파 신호는 일반적인 측정 시스템에 사용되는 무선 신호가 비제한적으로 사용될 수 있다.The radio signal transmitted and received by the transceiver may be, without limitation, a radio signal used in a general measurement system.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 IR-UWB (impulse radio ultra wideband) 통신 기술을 기반으로 구축되는 것이 바람직하다. In addition, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention is preferably built based on IR-UWB (impulse radio ultra wideband) communication technology.

IR-UWB 통신 기술은 수 ns에서 수백 ps에 이르는 매우 좁은 폭의 임펄스를 사용함으로써 협대역 신호들에 비해 보다 높은 정확도로 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호를 탐지하고 이로부터 호흡 신호를 유효하게 추출하는데 이로울 수 있다.IR-UWB communication technology uses a very narrow impulse ranging from several ns to several hundreds of ps to detect a radio wave signal reflected from a measurement target with higher accuracy than narrowband signals and effectively extract a breathing signal from it. can be beneficial

제어부는 마이크로프로세서 및 메모리 등과 같은 소자를 포함할 수 있으며, 제어부에서는 송수신부에 의해 송신 및 수신된 전파 신호를 처리하기 위한 알고리즘을 수행하도록 구성된다.The control unit may include elements such as a microprocessor and a memory, and the control unit is configured to perform an algorithm for processing radio signals transmitted and received by the transceiver.

구체적으로, 제어부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부와 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 시간 축 기반 호흡수 및 주파수 축 기반 호흡수를 연산하고, 이로부터 측정 대상의 정상 호흡 여부를 결정하는 정상 호흡 결정부 및 정상 호흡 결정부에서 비정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 측정 대상의 무호흡 여부를 결정하는 무호흡 결정부를 포함한다.Specifically, the control unit calculates the time-axis-based respiration rate and the frequency-axis-based respiration rate from the radio signal reflected from the optimum respiration position determining unit and the optimum respiration position of the measurement target for determining the optimum respiration position of the measurement target, and measuring from this It includes a normal respiration determination unit for determining whether the object is breathing normally, and an apnea determination unit for determining whether the object to be measured is apnea from the radio signal determined as abnormal respiration in the normal respiration determination unit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템의 전체 동작 순서도를 나타낸 것으로서, 최초 동작시 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 탐지 영역으로 전파 신호를 송신하게 된다.1 is a flowchart illustrating an overall operation of the apnea detection system according to an embodiment of the present invention. During the initial operation, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention transmits a radio signal to a detection area.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 무선 호흡 시스템은 탐지 영역 내에 존재하는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호가 수신되는 시간 및/또는 전파 신호를 반사한 측정 대상까지의 거리를 기록할 수 있다.Real-time wireless respiration system according to an embodiment of the present invention may record the time and/or the distance to the measurement object reflected by the radio signal reflected by the radio wave signal is received by the measurement target existing in the detection area.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템의 제어부는 수신된 전파 신호로부터 측정 대상으로부터 반사된 유효한 전파 신호만을 선별하기 위해 수신부를 통해 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background substraction)하고, 배경 신호가 제거된 전파 신호를 반사된 거리에 따라 분류하도록 구성된다.Then, the control unit of the apnea detection system according to an embodiment of the present invention removes the background signal from the radio signal received through the receiver in order to select only the effective radio signal reflected from the measurement target from the received radio signal, and , is configured to classify the propagation signal from which the background signal has been removed according to the reflected distance.

배경 신호는 정적 개체(예를 들어, 책상, 화분 등) 및/또는 소정의 세기 미만의 전파 신호를 반사하는 동적 객체(예를 들어, 바람에 의한 커튼의 움직임, 작은 동물의 움직임 등)로부터 선택되는 적어도 하나의 개체로부터 반사되어 수신된 신호일 수 있다. 또한, 정적 개체라 할지라도 동적 개체보다 전파 신호를 강하게 반사시키는 금속 물질 또는 측정 대상보다 큰 동적 개체(예를 들어, 선풍기 등)에 의해 반사된 전파 신호 역시 신호의 세기를 기설정함으로써 배경 신호로 간주될 수 있다. 아울러, 만약 측정 대상이 작은 동물인 경우, 측정 대상이 사람인 경우보다 배경 신호의 기준이 되는 전파 신호의 세기를 더욱 작게하고 일반적으로 사람에 의해 발생하는 신호의 세기를 배경 신호 간주 기준으로 삼아 배경 신호를 제거할 수 있다.The background signal is selected from static objects (eg, desks, flowerpots, etc.) and/or dynamic objects that reflect radio signals of less than a predetermined intensity (eg, movement of curtains by wind, movement of small animals, etc.) It may be a signal received by being reflected from at least one object. In addition, even for a static object, a radio signal reflected by a metal material that strongly reflects a radio signal than a dynamic object or a dynamic object (for example, a fan, etc.) larger than the measurement target is also converted into a background signal by presetting the signal strength. can be considered In addition, if the measurement target is a small animal, the strength of the radio signal, which is the standard of the background signal, is smaller than that of the measurement target is a human, and the background signal is generally based on the strength of the signal generated by the human as the background signal. can be removed.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호만을 유효하게 탐지하기 위한 시스템으로서, 탐지 영역 내 원래부터 존재하였던 정적 객체로부터 반사되어 수신된 신호를 노이즈 처리하여 제거함으로써 보다 정확한 호흡 측정이 가능하도록 한다.That is, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention is a system for effectively detecting only a radio wave signal reflected from a measurement target, and removes a signal reflected from a static object originally existing within the detection area by noise processing. This enables more accurate breathing measurement.

상술한 배경 신호는 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거하기 위해 본 기술분야에 통상적으로 알려진 기술(예를 들어, 누적 평균 신호를 통한 클러터 신호 추출 및 제거 방법)을 통해 제거될 수 있다.The above-mentioned background signal may be removed through a technique commonly known in the art (eg, a method of extracting and removing a clutter signal through a cumulative average signal) in order to remove the background signal from the received propagation signal.

상술한 과정을 통해 배경 신호가 제거된 전파 신호는 반사된 거리에 따라 분류된다. 예를 들어, 수신된 전파 신호가 반사된 거리는 전파 신호를 송신한 시점(t0)와 객체에 의해 반사되어 전파 신호가 수신되는 시점(t1)의 시간 차인 도착 시간(Time-of-arrive)을 기반으로 추정될 수 있다. 반사된 거리는 (t1-t0)*c/2로 계산 할 수 있으며, 여기서 c는 공기 중에서 전파 신호의 전송 속도이다.The propagation signal from which the background signal is removed through the above-described process is classified according to the reflected distance. For example, the distance at which the received radio signal is reflected is the time difference between the time at which the radio signal is transmitted (t 0 ) and the time at which the radio signal is received (t 1 ) after being reflected by an object (Time-of-arrive) can be estimated based on The reflected distance can be calculated as (t 1 -t 0 )*c/2, where c is the transmission speed of the radio signal in air.

수신된 전파 신호로부터 배경 신호가 제거되고, 거리에 따른 분류가 완료된 경우, 제어부는 수신된 전파 신호의 반사 거리별 세기(분산 및/또는 에너지)에 기반하여 시간-반사 거리별 전파 신호를 기록한다. When the background signal is removed from the received radio signal and classification according to distance is completed, the control unit records the radio signal by time-reflection distance based on the intensity (dispersion and/or energy) of the received radio signal by reflection distance .

반사 거리별 전파 신호를 시간의 흐름에 따라 개별 및 순차적으로 생성된 후, 최적 호흡 위치 결정부는 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하게 된다. After the propagation signal for each reflected distance is individually and sequentially generated according to the passage of time, the optimum respiration position determining unit determines the optimum respiration position of the measurement target.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템을 이용하여 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계를 개략적으로 나타낸 도 2에 도시된 바와 같이, 최적 호흡 위치란 측정 대상의 호흡 신호가 포함된 위치, 즉 측정 대상의 호흡 패턴이 정확하게 반영된 위치를 의미하는 것으로서, 반사 거리별로 반사되어 수신되는 전파 신호로부터 정확한 호흡 신호를 포착하는 것은 정확한 호흡 측정을 위해 반드시 선행되어야 한다.Here, as shown in FIG. 2 schematically illustrating the step of determining the optimal respiration position of the measurement target using the apnea detection system according to an embodiment of the present invention, the optimum respiration position includes the respiration signal of the measurement target. The position, that is, the position where the breathing pattern of the measurement target is accurately reflected, and capturing the correct breathing signal from the radio signal reflected and received for each reflection distance must be preceded for accurate breathing measurement.

최적 호흡 위치를 결정하는 구성이 결여된 시스템의 경우, 근거리 측정 시스템과 같이 측정 대상의 호흡 신호가 강하게 수신될 수 밖에 없어 호흡 측정이 용이하거나 측정 대상 자체 또는 측정 대상 주위에 호흡 이외의 다른 움직임이 없어 호흡 신호만이 유일하게 수신되는 경우에 국한되어 적용될 수 밖에 없다.In the case of a system that lacks a configuration to determine the optimal respiration position, as in a short-distance measurement system, the respiration signal of the measurement target is inevitably received strongly, making it easy to measure respiration, or there is no movement other than respiration around the measurement object itself or around the measurement object. There is no choice but to be applied only when only the respiratory signal is received.

이에 따라, 측정 대상이 원거리에 위치하거나 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서 정확한 호흡 신호의 포착이 어려울 뿐만 아니라 호흡 이외의 움직임을 호흡 신호로 오인하는 경우가 발생할 여지가 존재한다.Accordingly, it is difficult to accurately capture a respiration signal in a noisy environment where the measurement target is located at a distance or there is a dynamic object indicating movement around the measurement target, and there is a possibility that movement other than respiration may be mistaken for a respiration signal. exist.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템은 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정할 뿐만 아니라, 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정함으로써 노이즈 위치를 측정 대상의 호흡 위치로 오인함에 따라 측정 대상의 정상 호흡 중 무호흡 알람을 발생시킬 수 있는 기존 방식의 단점을 보완하는 것이 가능하다.On the other hand, the apnea detection system according to an embodiment of the present invention not only determines the optimal respiration position of the measurement target after removing the background signal from the received radio signal, but also determines the radio signal received from the entire detection area is the maximum By determining the location with dispersion or maximum energy as the optimal breathing position of the measurement target, it is to compensate for the disadvantages of the existing method that can generate an apnea alarm during normal breathing of the measurement target as the noise location is mistaken for the measurement target's breathing position. It is possible.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템 상에서 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 단계의 동작 순서도를 나타낸 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템에 적용된 최적 호흡 위치 결정부는 우선 배경 신호가 제거된 시간-반사 거리별 전파 신호로부터 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 최적 호흡 후보 위치를 선정한다.More specifically, as shown in FIG. 3 showing an operation flowchart of the step of determining the optimal respiration position of the measurement target on the apnea detection system according to an embodiment of the present invention, apnea detection system according to an embodiment of the present invention The optimal respiration position determining unit applied to first selects the optimal respiration candidate position from the time-reflected radio signal for each distance from which the background signal is removed, the position having the maximum dispersion or maximum energy.

즉, 최적 호흡 후보 위치에서의 전파 신호는 동일한 거리로부터 반사된 전파 신호들의 시간의 흐름에 따른 세기 변화(도 6a 참조)로 나타나게 된다.That is, the propagation signal at the optimal respiration candidate position appears as a change in intensity over time (see FIG. 6A ) of the radio signals reflected from the same distance.

이어서, 최적 호흡 후보 위치에서 추출된 호흡 신호가 소정의 시간 동안 정상 호흡 신호를 나타내는지 여부를 판단하고, 정상 호흡 신호인 경우 호흡 신호 위치가 고정되어 지속적인 호흡 측정이 이루어지게 되나, 비정상 호흡 신호인 것으로 판단된 경우, 해당 위치는 소정의 시간 동안 최적 호흡 후보 위치에서 제외된다.Then, it is determined whether the respiration signal extracted from the optimal respiration candidate position represents a normal respiration signal for a predetermined time, and in the case of a normal respiration signal, the respiration signal position is fixed and continuous respiration measurement is made, but the abnormal respiration signal If it is determined that there is, the corresponding position is excluded from the optimal respiration candidate position for a predetermined time.

도 4에는 최적 호흡 후보 위치에서의 호흡 신호가 정상 호흡 신호인지 여부를 판단하는 단계의 동작 순서도가 도시되어 있으며, 상기 단계들은 정상 호흡 결정부에 의해 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.4 is an operation flowchart of the step of determining whether the respiration signal at the optimal respiration candidate position is a normal respiration signal, the steps may be performed by the normal respiration determiner, but is not necessarily limited thereto.

일 실시예에 있어서, 정상 호흡 결정부는 구체적으로 다음과 같은 단계를 통해 정상 호흡 신호인지 여부를 판단할 수 있다.
In one embodiment, the normal respiration determination unit may specifically determine whether the normal respiration signal through the following steps.

1) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 단계;
1) Autocorrelation between a first radio signal obtained by extracting a radio signal reflected from a position at which the received radio signal has maximum dispersion or maximum energy for a predetermined time, and a second radio signal obtained by delaying the first radio signal by a predetermined time The similarity between two radio signals is calculated through an (auto-correlation) operation, and the time axis-based respiration rate ( calculating f 1 );

2) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하는 단계;
2) After extracting the received radio signal for a predetermined time at the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and in the Fourier transform operation Computing the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target through the frequency calculated by;

3) 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우, 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되는지 여부를 판단하는 단계;
3) When the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range, the time axis-based respiration rate ( f 1 ) for a predetermined time and Determining whether the absolute value of the difference between the frequency axis-based respiration rate ( f 2) is maintained within a predetermined range;

4) 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우, 해당 위치를 최적 호흡 후보 위치에서 제외하고, 나머지 영역에서 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 상기 단계 1) 내지 상기 단계 3)을 반복하는 단계.
4) the absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is outside a predetermined range, or If the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) for a predetermined time is not maintained within a predetermined range, the position is excluded from the optimal respiration candidate position, and , repeating the above steps 1) to 3) on the position where the radio signal received in the remaining area has the maximum dispersion or maximum energy.

단계 1) 및 단계 2)에서 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 추출하는 "소정의 시간(t 1)"은 추출된 전파 신호를 자기 상관 연산 및 푸리에 변환 연산을 했을 때 유의미한 결과값이 얻어지기에 충분한 시간을 의미한다. The "predetermined time ( t 1 )" for extracting the propagation signal reflected on the position where the propagation signal received in step 1) and step 2) has the maximum dispersion or maximum energy, the extracted propagation signal is subjected to autocorrelation and Fourier transform It means the time sufficient to obtain a meaningful result when the operation is performed.

측정 대상의 호흡 패턴에 따라 단계 1)에서의 "소정의 시간(t 1)"은 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어, 단계 1)에서의 "소정의 시간(t 1)"은 호흡 신호로 예상되는 전파 신호의 골과 마루가 적어도 2회 이상 수신되기에 충분한 시간일 수 있다. The "predetermined time ( t 1 )" in step 1) may be appropriately adjusted according to the breathing pattern of the measurement target , for example, the "predetermined time ( t 1 )" in step 1) is a respiration signal. It may be sufficient time for the troughs and ridges of the expected propagation signal to be received at least twice.

단계 3)에서 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 존재하여야 할 "소정의 범위(d)"는 측정 대상의 호흡 패턴에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 주 측정 대상에 해당하는 사람의 호흡 신호는 Sin 또는 Cos 파형과 상당히 유사하기 때문에 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 정상적인 호흡 신호일 경우 "소정의 범위(d)"는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만일 수 있다. In step 3), the “predetermined range ( d )” in which the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) should exist is determined according to the breathing pattern of the measurement target. Although it can vary, the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) is the difference between the time-axis-based respiration rate and For a signal, the "predetermined range ( d )" is less than 10% of the actual respiration rate (or the value of either the time axis based respiration rate ( f 1 ) or the frequency axis based respiration rate ( f 2 )), preferably 5 % may be less.

예를 들어, 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖인 경우와 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우가 각각 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.For example, the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range The absolute value of the difference between the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ) measured outside the case and the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range Cases are shown in Figs. 5 and 6, respectively.

우선, 도 5a는 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 5b는 도 5a의 비정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 5c는 도 5a에 나타낸 비정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.First, FIG. 5a shows the extraction result of the abnormal respiration signal, FIG. 5b shows the Fourier transform calculation result of the abnormal respiration signal of FIG. 5a, and FIG. 5c shows the autocorrelation of the abnormal respiration signal shown in FIG. 5a (auto-correlation) The result of the operation is shown.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 비정상 호흡 신호인 경우, 일반적으로 정상 호흡 신호가 나타내는 Sin 또는 Cos 파형을 나타내지 않는다. 예를 들어, 측정 대상의 주변에 노이즈가 많은 환경에서 측정되거나 측정 대상의 최적 호흡 위치가 정확히 지정되지 않은 상태에서 측정된 경우, 도 5a와 같은 형태의 비정상 호흡 신호가 추출될 가능성이 높다.As shown in FIG. 5A , in the case of an abnormal respiration signal, the Sin or Cos waveform indicated by the normal respiration signal generally does not appear. For example, when the measurement is performed in a noisy environment around the measurement object or the optimal respiration position of the measurement object is not precisely specified, the abnormal respiration signal in the form of FIG. 5A is highly likely to be extracted.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 비정상 호흡 신호를 푸리에 변환(Fourier transform) 연산한 후, 최대 주파수값을 통해 호흡수를 연산할 경우, 9.7회/분의 결과값이 얻어지는 반면, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 비정상 호흡 신호와 이를 일정 시간만큼 지연시킨 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 얻어진 두 신호간 유사도를 통해 얻어진 호흡수는 142.3회/분이다.As shown in Fig. 5b, after Fourier transform operation of the abnormal respiration signal of Fig. 5a, when the respiration rate is calculated through the maximum frequency value, a result value of 9.7 times / min is obtained, whereas in Fig. 5c As shown, the respiration rate obtained through the similarity between the two signals obtained through the auto-correlation operation between the abnormal respiration signal of FIG. 5a and the signal delayed by a predetermined time is 142.3 times/min.

도 5a에 나타낸 호흡 신호로부터 연산된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10%를 훨씬 초과하는 바, 도 5a의 호흡 신호는 비정상 신호인 것으로 판정할 수 있다. The difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the respiration signal shown in FIG. 5A is the actual respiration rate (or time axis-based respiration rate ( f 1 ) and frequency axis-based respiration Since it far exceeds 10% of the number f 2 ), it can be determined that the respiratory signal of FIG. 5A is an abnormal signal.

도 6a는 정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 6b는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 푸리에 변환(Fourier transform) 연산 결과를 나타낸 것이며, 도 6c는 도 6a에 나타낸 정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.Figure 6a shows the extraction result of the normal respiration signal, Figure 6b shows the Fourier transform operation result of the normal respiration signal shown in Figure 6a, Figure 6c is the autocorrelation of the normal respiration signal shown in Figure 6a ( auto-correlation) operation result.

도 6b에 나타낸 바와 같이, 도 6a의 정상 호흡 신호를 푸리에 변환(Fourier transform) 연산한 후, 최대 주파수값을 통해 호흡수를 연산할 경우, 29.7회/분의 결과값이 얻어지는 반면, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 도 6a의 정상 호흡 신호와 이를 일정 시간만큼 지연시킨 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 얻어진 두 신호간 유사도를 통해 얻어진 호흡수는 30.2회/분이다.As shown in Fig. 6b, after Fourier transform operation of the normal respiration signal of Fig. 6a, when calculating the respiration rate through the maximum frequency value, a result value of 29.7 times / min is obtained, whereas in Fig. 6c As shown, the respiration rate obtained through the similarity between the two signals obtained through the auto-correlation operation between the normal respiration signal of FIG. 6a and the signal delayed by a predetermined time is 30.2 times/min.

도 6a에 나타낸 호흡 신호로부터 연산된 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이는 실제 호흡수(또는 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 주파수 축 기반 호흡수(f 2) 중 어느 하나의 값)의 10% 미만에 해당하는 바, 도 6a의 호흡 신호는 정상 신호인 것으로 판정할 수 있다. The difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the respiration signal shown in FIG. 6A is the actual respiration rate (or time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate) It corresponds to less than 10% of the number ( f 2 ) of any one of the values), and it can be determined that the respiratory signal of FIG. 6A is a normal signal.

즉, 상기 단계 3)에 의해 본 발명에 따른 무호흡 탐지 시스템은 측정 대상이 원거리에 위치하거나 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 (배경 신호로서 충분히 제거되지 않은) 동적 물체에 의한 신호가 존재하는 노이즈 환경 하에서도측정 대상의 주기성을 나타내는 호흡 신호를 포착하고, 이로부터 호흡수를 정확하게 측정하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 시간 축 기반 호흡수(f 1)의 연산 결과를 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 연산 결과와 함께 대조함으로써 정확성을 제고할 수 있다.That is, in the step 3), the apnea detection system according to the present invention provides a noise environment in which a signal by a dynamic object (not sufficiently removed as a background signal) indicating a motion in the vicinity of the measurement object or the location of the measurement object is present. It is possible not only to capture the respiration signal representing the periodicity of the measurement target and accurately measure the respiration rate from it, but also to calculate the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) as a result of the frequency-axis-based respiration rate ( f 2 ). Accuracy can be improved by collating with the calculation result.

또한, 단계 3)에서는 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내에 존재한다 하더라도 이와 같은 상태가 "소정의 시간(t 2)" 동안 유지되는 것을 요구한다.In addition, in step 3), even if the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is within a predetermined range, such a state is “a predetermined time t 2 )" is required to be maintained.

여기서, "소정의 시간(t 2)"은 하나의 최적 호흡 후보 위치에서의 정상 호흡 신호 여부를 판별하는데 소비되는 시간으로서, "소정의 시간(t 2)"이 증가할수록 최적 호흡 후보 위치에서의 신호가 정상 호흡 신호인지 여부를 보다 정확히 판단하는 것이 가능하나, 하나의 위치에서 소비되는 시간이 증가하기 때문에 전체 탐지 영역을 모두 스캐닝하는데 소요되는 시간이 늘어날 수 있다.Here, the "predetermined time ( t 2 )" is the time spent in determining whether a normal respiration signal is present at one optimal respiration candidate position, and as the "predetermined time ( t 2 )" increases, the It is possible to more accurately determine whether the signal is a normal respiration signal, but since the time consumed at one location increases, the time required to scan the entire detection area may increase.

단계 4)에서는 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 측정된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 밖이거나 소정의 시간(T 2) 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지되지 않는 경우, 해당 위치를 최적 호흡 후보 위치에서 제외하는 단계로서, 이 때 해당 위치는 소정의 시간(t 3) 동안 제외될 수 있다.In step 4), the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) measured at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is within a predetermined range out, or when the absolute value of the difference of the time axis based on respiratory rate (f 1) and the frequency axis based on respiratory rate (f 2) that is not maintained within a predetermined range for a predetermined time (T 2), optimally the position As a step of excluding from the breathing candidate position, in this case, the position may be excluded for a predetermined time (t 3 ).

여기서, "소정의 시간(t 3)"은 최적 호흡 후보 위치에서 정상 호흡 신호가 탐지되지 않을 경우, 해당 위치를 얼마 동안 재탐색하지 않을 것인지 결정하는 변수로서, "소정의 시간(t 3)"이 증가할수록 하나의 위치에서 소요되는 시간이 적어지기 때문에 전체 탐지 영역을 모두 스캐닝하는데 소요되는 시간 역시 적어진다는 장점이 있으나, 하나의 위치에서의 탐지 시간이 적기 때문에 정상 호흡 신호임에도 불구하고 이를 탐지하지 못할 가능성이 존재한다.Here, the "predetermined time ( t 3 )" is a variable that determines how long the position is not to be searched again when a normal breathing signal is not detected at the optimal respiration candidate position, and the "predetermined time ( t 3 )" As the value increases, the time required to scan the entire detection area decreases as the time required for one position decreases. However, since the detection time for one position is small, the detection time is small even though it is a normal breathing signal. There is a possibility that it cannot.

따라서, "소정의 시간(t 2)"와 "소정의 시간(t 3)"은 전체 탐지 영역을 스캐닝하는데 허용된 시간 등을 고려하여 적절히 밸런싱하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to properly balance the "predetermined time ( t 2 )" and the "predetermined time ( t 3 )" in consideration of the time allowed for scanning the entire detection area, and the like.

상술한 단계 1) 내지 단계 4)에 의해 정상 호흡 결정부가 최적 호흡 후보 위치(또는 그 다음 위치)에서의 전파 신호가 정상 호흡 신호인 것으로 결정한 경우, 최적 호흡 위치 결정부에 의해 해당 위치가 최적 호흡 위치인 것으로 결정된다.When the normal respiration determining unit determines that the radio signal at the optimal respiration candidate position (or the next position) is the normal respiration signal by the above-described steps 1) to 4), the position is the optimum respiration by the optimum respiration position determination unit location is determined.

이어서, 측정 대상의 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 호흡 신호가 지속적으로 추출되며, 추출되는 호흡 신호가 정상 호흡 신호인지 여부가 재측정된다.Subsequently, a respiration signal is continuously extracted from the radio wave signal reflected from the optimal respiration position of the measurement target, and whether the extracted respiration signal is a normal respiration signal is re-measured.

즉, 최적 호흡 위치 결정부는 정상 호흡 결정부에 의해 최적 호흡 후보 위치에서의 전파 신호가 정상 호흡 신호인지 여부에 대한 정보를 받아 최적 호흡 위치를 결정하게 되며, 최적 호흡 위치 결정부에 의해 측정 대상의 최적 호흡 위치가 결정된 경우, 해당 위치에서 측정 대상이 정상적인 호흡 신호를 나타내는지 여부가 정상 호흡 결정부에 의해 재측정되도록 구성된다.That is, the optimal respiration position determiner receives information on whether the radio signal at the optimal respiration candidate position is a normal respiration signal by the normal respiration determiner and determines the optimum respiration position, and the When the optimal breathing position is determined, it is configured to be re-measured by the normal breathing determining unit whether the measurement target shows a normal breathing signal at the corresponding position.

이 때, 최적 호흡 위치에서 측정 대상이 정상적인 호흡 신호를 나타내는 것으로 결정될 경우, 호흡수 연산부에 의해 추출된 호흡 신호로부터 호흡수 연산이 수행된다.At this time, when it is determined that the measurement target at the optimal respiration position represents a normal respiration signal, the respiration rate calculation is performed from the respiration signal extracted by the respiration rate calculator.

여기서, 호흡수를 연산하는 동작은 상술한 최적 호흡 후보 위치에서 정상 호흡 신호 여부를 판단하기 위한 단계 1) (자기 상관 연산)의 반복 동작으로 볼 수 있다.Here, the operation of calculating the respiration rate can be viewed as a repeating operation of step 1) (autocorrelation calculation) for determining whether a normal respiration signal is present at the above-described optimal respiration candidate position.

최적 호흡 위치에서 소정의 시간(t 1) 동안 호흡 신호를 추출할 경우, 호흡 신호는 도 6a에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.When the respiratory signal is extracted for a predetermined time ( t 1 ) at the optimal respiration position, the respiration signal may be obtained as shown in FIG. 6A .

도 6a에 도시된 최초 추출된 호흡 신호를 살펴보면, 골과 마루의 주기성을 어느 정도 관찰할 수 있으나, 호흡 주기가 정확히 반영된 마루에서의 신호의 최대값을 정확히 지정하는 것이 어려운 경우가 존재한다. 이 때, 인접한 마루마다 신호의 최대값이 정확히 지정되지 않을 경우, 호흡 주기는 불규칙하게 연산될 수 있어 부정확한 호흡 측정이 이루어질 수 밖에 없다.Looking at the initially extracted respiration signal shown in FIG. 6A , the periodicity of the bone and the crest can be observed to some extent, but there are cases in which it is difficult to accurately designate the maximum value of the signal at the crest in which the respiration cycle is accurately reflected. At this time, if the maximum value of the signal is not precisely specified for each adjacent floor, the respiration cycle may be calculated irregularly, and inaccurate respiration measurement is inevitably made.

본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템 상에서 호흡수를 연산하는 동작은 자기 상관 연산에 기반한 것으로, 자기 상관 연산이란 원래의 추출된 호흡 신호(제1 전파 신호)와 이를 일정 시간(예를 들어, 호흡 주기 기준 1 또는 2주기)만큼 지연(delay)시킨 호흡 신호(제2 전파 신호)의 유사도를 계산한 것으로서, 예를 들어, 제1 전파 신호에 대하여 제2 전파 신호가 지연되는 정도에 따라 변화하는 유사도 값의 조화 평균으로 정의될 수 있다.The operation of calculating the respiration rate on the apnea detection system according to an embodiment of the present invention is based on an autocorrelation operation, and the autocorrelation operation is an original extracted respiration signal (first radio signal) and a predetermined time (for example, , as a calculation of the similarity of the respiration signal (second radio signal) delayed by the respiration cycle reference 1 or 2 cycles), for example, depending on the degree of delay of the second radio signal with respect to the first radio signal It can be defined as a harmonic mean of changing similarity values.

도 6c에 도시된 바와 같이, 측정되는 전파 신호가 일정한 주기를 가질 경우, 일정한 주기에 따라 유사도가 최대값을 나타내는 피크가 나타날 것이며, 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수를 연산하는 것이 가능하다. 도 6a에 도시된 호흡 신호와는 달리 도 6c에 도시된 신호는 각 마루별 신호(유사도)의 최대값을 정확히 지정하는 것이 가능하므로, 규칙적인 호흡 주기의 연산과 함께 정확한 호흡 측정이 가능하다는 장점이 있다.As shown in Fig. 6c, when the measured radio signal has a certain period, a peak showing the maximum similarity will appear according to the constant period, and the time axis-based respiration rate of the measurement target is calculated through the period between the peaks. it is possible to do Unlike the respiration signal shown in Fig. 6a, the signal shown in Fig. 6c can accurately designate the maximum value of the signal (similarity) for each crest, so it is possible to accurately measure the respiration along with the calculation of the regular respiration cycle. There is this.

아울러, 정상 호흡 결정부가 최적 호흡 위치에서 측정 대상이 비정상적인 호흡 신호를 나타내는 것으로 결정할 경우, 호흡수 연산부에 의해 호흡수 연산은 중단되며, 무호흡 결정부는 정상 호흡 결정부에서 비정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 측정 대상의 움직임 및 호흡 신호의 변화량 등을 측정하여 측정 대상의 무호흡 여부를 결정하게 된다.In addition, when the normal respiration determination unit determines that the measurement target represents an abnormal respiration signal at the optimal respiration position, the respiration rate calculation is stopped by the respiration rate calculation unit, and the apnea determination unit is measured from the radio signal determined as abnormal respiration by the normal respiration determination unit By measuring the movement of the target and the amount of change in the respiration signal, it is determined whether the target is apnea or not.

우선, 최적 호흡 위치를 결정할 때, 정상 호흡 신호를 나타내는 것으로 판정된 후 비정상 호흡 신호로 전환되는 원인은 하기와 같은 경우로 분류될 수 있다.
First, when determining an optimal respiration position, the cause of conversion to an abnormal respiration signal after it is determined to indicate a normal respiration signal may be classified into the following cases.

- 측정 대상이 움직임에 따라 시스템에 의해 측정되는 호흡 신호의 주기성이 틀어지는 경우(비정상 호흡에 해당하나 무호흡은 아님)- When the periodicity of the respiration signal measured by the system is changed as the measurement object moves (corresponding to abnormal respiration but not apnea)

- 측정 대상이 무호흡 증세를 나타내는 경우(비정상 호흡에 해당하며, 무호흡에 해당함)
- When the measurement target shows apnea symptoms (corresponding to abnormal breathing, corresponding to apnea)

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템 상에서 무호흡 결정부의 동작 순서도를 나타낸 도 7을 참조하면, 측정 대상이 정상 호흡 중 비정상 호흡로 전환하는 순간을 포착하고, 이로부터 측정 대상의 최근 움직임(움직임 변화량 관찰) 여부를 판단한 후 측정 대상이 최근 유의적인 움직임의 변화량을 나타내지 않을 경우 비정상 호흡 신호와 무호흡시 나타나는 호흡 신호와의 연관성(일정 시간 동안의 호흡 신호의 변화량)을 살펴보게 된다.Therefore, referring to FIG. 7 showing an operation flowchart of the apnea determination unit on the apnea detection system according to an embodiment of the present invention, the moment when the measurement target switches from normal breathing to abnormal breathing is captured, and from this, the recent movement of the measurement target After determining (observing the amount of change in movement), if the measurement target does not show a significant change in movement recently, the correlation between the abnormal respiration signal and the respiration signal appearing during apnea (the amount of change in the respiration signal for a certain time) is examined.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 탐지 시스템에 의하면 측정 대상이 최근에 유의적인 움직임을 나타내지 않음과 동시에 측정 대상의 비정상 호흡 신호가 무호흡시 나타나는 호흡 신호와의 큰 연관성을 나타낼 경우 측정 대상이 무호흡인 것으로 판정하도록 구성된다.That is, according to the apnea detection system according to an embodiment of the present invention, when the measurement target does not show significant movement recently and the abnormal respiration signal of the measurement target shows a large correlation with the respiration signal appearing during apnea, the measurement target is and determine that the person is apnea.

우선, 측정 대상의 최근 움직임(움직임 변화 관찰) 여부를 판단하는 단계에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.First, the step of determining whether the measurement target has a recent movement (movement change observation) will be described in more detail.

상기 단계는 측정 대상이 정상 호흡 중 비정상 호흡으로 전환하는 경우, 상기 비정상 호흡의 원인이 실제 무호흡이 아니라 측정 대상의 움직임 때문인지 여부를 검증하는 단계이다.The step is a step of verifying whether the cause of the abnormal respiration is due to the movement of the measurement target, not the actual apnea, when the measurement target switches from normal breathing to abnormal breathing.

따라서, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal) (최대 움직임 정도를 나타내며, 평균 신호 세기로 대체할 수 있음)가 정상 호흡이 진행되는 것으로 판단된 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal) (최대 움직임 정도를 나타내며, 평균 신호 세기로 대체할 수 있음)를 비교함으로써 비정상 호흡의 원인이 측정 대상의 움직임 때문인지 여부를 확인할 수 있다. Therefore, the maximum signal strength ( M abnormal ) (maximum degree of movement) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) therefrom. , which can be replaced with the average signal strength) is the maximum signal in the second time interval between any normal respiration progression time point ( T 3 ) and the abnormal respiration entry point ( T 2 ) at which normal respiration is judged to be in progress. By comparing the intensity ( M normal ) (represents the maximum degree of movement and can be replaced with the average signal intensity), it can be confirmed whether the cause of the abnormal respiration is due to the movement of the measurement target.

여기서, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)으로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 시점을 비정상 호흡 진입 시점(T 2)으로 정의하고, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)를 관찰하는 것은 측정 대상의 움직임 또는 무호흡에 의해 정상 호흡 신호의 주기성이 틀어지는데에는 일정한 시간이 소요되기 때문이다.Here, a time point prior to a predetermined time ( T ) from the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) is defined as an abnormal respiration entry time point ( T 2 ), and the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and abnormal respiration entry time point ( T 2 ) Observing the maximum signal strength (M abnormal ) in the first time interval between 2 ) is because it takes a certain amount of time for the periodicity of the normal respiration signal to be shifted due to movement or apnea of the measurement target.

구체적으로, 비정상 호흡의 원인이 측정 대상의 움직임 때문인지 여부는 하기의 식에 의해 판단될 수 있다.
Specifically, whether the cause of the abnormal respiration is due to the movement of the measurement target may be determined by the following equation.

M abnormal > δM×M normal : 측정 대상이 움직인 것으로 추정 M abnormal > δ M × M normal : It is estimated that the measurement object has moved

M abnormal ≤ δM×M normal : 측정 대상이 움직이지 않은 것으로 추정
M abnormal ≤ δ M × M normal : It is assumed that the measurement target has not moved.

여기서, δM은 정상 호흡 중 최대 신호 세기에 대한 보정 계수로서, 적어도 정상 호흡 중 나타날 수 있는 변수 등을 고려하여 적어도 1보다 큰 계수로서 설정될 수 있다. Here, δ M is a correction coefficient for the maximum signal strength during normal breathing, and may be set as a coefficient greater than 1 at least in consideration of variables that may appear during normal breathing.

이 때, 보정 계수인 δM이 과도하게 클 경우, 측정 대상의 실제 움직임이 없음에도 불구하고 움직인 것으로 추정할 확률을 줄어드나 작은 움직임에 대한 민감도가 떨어질 수 있으므로, 측정 대상의 수면 패턴에 따라 적절히 조절될 필요가 있다.At this time, if the correction coefficient δ M is excessively large, the probability of estimating that the measurement object has moved even though there is no actual movement decreases, but sensitivity to small movements may decrease. It needs to be properly adjusted.

도 8a는 측정 대상의 움직임에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이며, 도 8b는 측정 대상의 무호흡에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우의 비정상 호흡 신호의 추출 결과를 나타낸 것이다.Figure 8a shows the extraction result of the abnormal respiration signal when abnormal respiration due to the movement of the measurement target is detected, and Figure 8b shows the extraction result of the abnormal respiration signal when the abnormal respiration due to the apnea of the measurement target is detected. .

도 8a에 도시된 비정상 호흡 신호의 경우, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)와 보정 계수인 δM의 곱을 초과하기 때문에, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 움직임이 개시된 시점인 것으로 추정할 수 있다.In the case of the abnormal respiration signal shown in FIG. 8A , the maximum signal in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto The intensity ( M abnormal ) exceeds the product of the correction factor δ M by the maximum signal intensity ( M normal ) in the second time interval between any normal respiratory progression time point ( T 3 ) and abnormal respiratory entry point ( T 2 ). Therefore, the abnormal respiration entry point ( T 2 ) may be estimated as a time point at which the movement of the measurement target is started.

따라서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 측정 대상이 움직임에 따라 비정상 호흡 신호가 발생한 것으로 추정된 경우, 무호흡 결정부는 측정 대상이 무호흡이 아닌 것으로 결정하게 된다.Accordingly, as shown in FIG. 8A , when it is estimated that an abnormal respiration signal is generated as the measurement object moves, the apnea determining unit determines that the measurement object is not apnea.

반면, 도 8b에 도시된 비정상 호흡 신호의 경우, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)와 보정 계수인 δM의 곱 이하이기 때문에, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정할 수 있으며, 상기 비정상 호흡 신호의 원인은 측정 대상의 움직임에 의한 것이 아니라는 결론(호흡 주기에 영향을 줄 정도의 움직임은 없음)을 내릴 수 있다.On the other hand, in the case of the abnormal respiration signal shown in FIG. 8B , the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) before the first time interval in the first time interval The maximum signal strength ( M abnormal ) is the product of the maximum signal strength ( M normal ) in the second time interval between any normal respiratory progression time point ( T 3 ) and abnormal breathing entry time point ( T 2 ) and the correction factor δ M . Since the following, the abnormal respiration entry time ( T 2 ) can be estimated to be the apnea start time of the measurement target, and it is concluded that the cause of the abnormal respiration signal is not due to the movement of the measurement target (influence on the respiratory cycle) There is no movement enough to line).

무호흡 결정부에 의해 비정상 호흡 신호의 원인이 측정 대상의 움직임에 의한 것이 아니라는 결론이 내려진 경우, 비정상 호흡 신호와 무호흡시 나타나는 호흡 신호와의 연관성(일정 시간 동안의 호흡 신호의 변화량)을 살펴보게 된다.When it is concluded by the apnea decision unit that the cause of the abnormal respiration signal is not due to the movement of the measurement target, the correlation between the abnormal respiration signal and the respiration signal appearing during apnea (the amount of change in the respiration signal over a certain period of time) is examined. .

이에 따라, 무호흡 결정부는 비정상 호흡 진입 시점(T 2)이 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정된 경우, 상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)부터 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 사이의 시간 간격 동안 추출한 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내는지 여부를 판단한다.Accordingly, when it is estimated that the abnormal respiration entry point ( T 2 ) is the apnea start time of the measurement target , the apnea determining unit is between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) It is determined whether the change in signal strength extracted during the time interval of .

신호 세기의 변화가 나타내는 선형성이란 도 9a에 도시된 바와 같이, 시간 변화에 따른 호흡 신호 세기를 나타낸 그래프 상에서 호흡 주기에 변형이 생길 경우, 호흡 신호가 주기성을 나타내지 않고, 거의 선형으로 증가하거나 감소하는 형태를 의미하며, 특히, 시간 변화에 따른 호흡 신호 세기를 나타낸 그래프 상에서 선형성은 측정 대상이 무호흡 증상을 나타낼 경우 관찰되는 특징이다.The linearity indicated by the change in signal strength is, as shown in FIG. 9a, when there is a change in the respiration cycle on the graph showing the respiration signal intensity according to time change, the respiration signal does not show periodicity, and increases or decreases almost linearly. It means the shape, and in particular, linearity on a graph showing the intensity of the respiration signal according to time change is a characteristic observed when the measurement target exhibits apnea symptoms.

또는, 선형성 대신 시간 변화에 따른 호흡 세기를 나타낸 그래프 상에서 일정 시간 동안의 Y축 이동 거리를 통해 측정 대상의 무호흡 여부를 판단할 수 있다.Alternatively, instead of linearity, it is possible to determine whether the measurement target is apnea based on the Y-axis movement distance for a certain period of time on a graph showing the respiration intensity according to time change.

여기서, 일정 시간 동안의 Y축 이동 거리란 일정 시간 동안 변화하는 Y축 변화값의 총 합으로서 하기의 식에 의해 계산될 수 있다.
Here, the Y-axis movement distance for a certain time is the total sum of Y-axis change values that change for a certain time, and may be calculated by the following equation.

Figure 112015111597824-pat00001
Figure 112015111597824-pat00001

L : 총 이동거리, N : 축적된 호흡 신호 크기, B[x] : x번째 호흡 신호의 Y값(세기)
L : Total moving distance, N : Accumulated respiration signal size, B[x] : Y value (strength) of the xth respiration signal

일 실시예에 있어서, 측정 대상의 무호흡 증상을 나타내는 선형성은 하기의 식에 의해 판단될 수 있다.
In one embodiment, the linearity representing the apnea symptom of the measurement target may be determined by the following equation.

L current > λ×L previous : 측정 대상이 무호흡 중인 것으로 결정 L current > λ × L previous : Determining that the measurement target is apnea

L current λ×L previous : 측정 대상이 무호흡 중이 아닌 것으로 결정
L current λ × L previous : Determining that the measurement target is not apnea

여기서, λ는 무호흡 중 소정의 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량에 대한 보정 계수로서, 무호흡 중 나타날 수 있는 변수 등을 고려하여 적어도 1보다 큰 계수로서 설정될 수 있다. Here, λ is a correction coefficient for the amount of change in signal strength at a predetermined time interval during apnea, and may be set as a coefficient greater than at least 1 in consideration of variables that may appear during apnea.

이 때, 보정 계수인 λ이 과도하게 클 경우, 그래프 상에서의 선형성의 존재 여부에 대한 오판 확률은 감소할 수 있으나, 측정 대상이 무호흡 중이라도 그래프 상에서 측정 대상의 무호흡이 강한 선형성으로 나타나지 않을 경우, 무호흡으로 판단하지 않을 우려가 존재하기 때문에, 측정 대상의 수면 패턴에 따라 적절히 조절될 필요가 있다.At this time, if the correction coefficient λ is excessively large, the probability of erroneous judgment on the existence of linearity on the graph may be reduced, but even if the measurement object is apnea, if the apnea of the measurement object does not show strong linearity on the graph, apnea Since there is a risk that the measurement will not be determined as , it needs to be appropriately adjusted according to the sleep pattern of the measurement target.

도 9b는 측정 대상의 무호흡에 의한 비정상 호흡이 탐지된 경우의 비정상 호흡 신호의 자기 상관(auto-correlation) 연산 결과를 나타낸 것이다.9B is a diagram illustrating an auto-correlation calculation result of an abnormal respiration signal when abnormal respiration due to apnea of a measurement target is detected.

여기서, 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)과 보정 계수인 λ의 곱을 초과할 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내는 것으로 판단하며, 이 때, 측정 대상은 무호흡 중인 것으로 결정된다. Here, the change amount (L current ) of the signal strength in the third time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and the time point ( T 4 ) after a predetermined time (T ) therefrom is the abnormal respiration The product of the change amount (L previous ) of the signal strength in the first time interval between the detection time ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) before and the correction factor λ If it is exceeded, it is determined that the change in signal strength indicates linearity, and at this time, it is determined that the measurement target is in apnea.

반면, 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)과 보정 계수인 λ의 곱 이하인 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내지 않는 것으로 판단하며, 이 때, 측정 대상은 무호흡 중이 아닌 것으로 판단된다.
On the other hand, the change amount (L current ) of the signal intensity in the third time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and the time point ( T 4 ) after a predetermined time (T ) therefrom is the abnormal respiration The product of the change amount (L previous ) of the signal strength in the first time interval between the detection time ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) before the detection time (T 1 ) and the correction factor λ Below, it is determined that the change in signal strength does not exhibit linearity, and in this case, it is determined that the measurement target is not in apnea.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무호흡 측정 시스템은 측정 대상이 무호흡 중인 것으로 결정될 경우, 무호흡 경고 알람을 발생시키는 무호흡 경고부를 더 포함하며, 이와 함께 측정 대상이 지속적인 무호흡 증상을 나타내는지 여부를 관찰한다.In addition, the apnea measurement system according to an embodiment of the present invention further includes an apnea warning unit that generates an apnea warning alarm when it is determined that the measurement target is in apnea, and observes whether the measurement target exhibits continuous apnea symptoms together with this. do.

측정 대상이 지속적인 무호흡 증상을 나타내는지 여부는 측정 대상의 움직임 신호 및/또는 호흡 신호의 변화량을 측정하여 확인이 가능하다.Whether the measurement target shows continuous apnea symptoms can be confirmed by measuring the amount of change in the motion signal and/or the respiration signal of the measurement target.

일 실시예에 있어서, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)를 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)로 설정하고(도 8b 참조), 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준을 초과할 경우, (무호흡 경고부에 의한 무호흡 경고 알람 등에 의해) 측정 대상의 큰 움직임이 발생하였으며, 이에 따라 무호흡이 중단된 것으로 결정할 수 있다. In one embodiment, the maximum signal intensity (M abnormal ) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto is set as the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ) (see FIG. 8b ), and the signal strength ( M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) is the apnea maintenance reference signal strength ( M reference) ), a large movement of the measurement target occurs (by an apnea warning alarm by the apnea warning unit, etc.), and accordingly, it can be determined that apnea has stopped.

반면, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준 이하인 경우, 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정하고, 무호흡 경고 알람을 반복적으로 발생시킬 수 있다.On the other hand, when the signal strength (M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time point (T 1 ) is below a certain level of the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ), it is determined that the apnea of the measurement target is maintained, and , it can repeatedly generate an apnea warning alarm.

여기서, 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)와 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)의 보정 계수로서 δ nobreathing이 사용될 수 있으며, 상기 보정 계수는 무호흡 중 나타날 수 있는 변수 및/또는 측정 대상의 수면 패턴 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. Here, δ nobreathing may be used as a correction coefficient between the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ) and the signal strength ( M nobreathing ) measured at any time point, and the correction coefficient is a variable that may appear during apnea and / or measurement target It can be appropriately adjusted according to the sleep pattern of the

다른 예에 있어서, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)을 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)으로 설정하고(도 9b 참조), 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준을 초과할 경우, 측정 대상의 무호흡이 중단된 것으로 결정할 수 있다.In another example, the amount of change in the signal strength in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto ( L previous ) is set as the amount of change (L reference ) of the apnea maintenance reference signal intensity (see FIG. 9b), and the change amount of the signal intensity (L nobreathing ) at the same time interval as the first time interval after the abnormal respiration detection time point (T 1 ) is apnea When a certain level of the change amount ( L reference ) of the maintenance reference signal strength is exceeded, it may be determined that the apnea of the measurement target is stopped.

반면, 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준 이하인 경우, 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정하고, 무호흡 경고 알람을 반복적으로 발생시킬 수 있다.On the other hand, when the change amount (L nobreathing ) of the signal strength in the same time interval as the first time interval after the abnormal respiration detection time point (T 1 ) is less than a certain level of the change amount ( L reference) of the apnea maintenance reference signal strength, the measurement target of It may determine that the apnea is maintained and repeatedly generate an apnea warning alarm.

마찬가지로, 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)과 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)의 보정 계수로서 λ nobreathing이 사용될 수 있으며, 상기 보정 계수는 무호흡 중 나타날 수 있는 변수 및/또는 측정 대상의 수면 패턴 등에 따라 적절히 조절될 수 있다.
Similarly, λ nobreathing may be used as a correction coefficient for the change amount of the apnea maintenance reference signal intensity ( L reference ) and the change amount of the signal intensity change ( L nobreathing ) in the same time interval as the first time interval, and the correction coefficient may appear during apnea. It may be appropriately adjusted according to the existing variables and/or the sleep pattern of the measurement target.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although an embodiment of the present invention has been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

Claims (14)

탐지 영역으로 전파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 탐지 영역 내 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 송수신부;
수신된 전파 신호로부터 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는 최적 호흡 위치 결정부;
상기 최적 호흡 위치로부터 반사되는 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하고, 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 분석하여 상기 측정 대상의 정상 호흡 여부를 결정하는 정상 호흡 결정부; 및
상기 정상 호흡 결정부에서 비정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 움직임 및 호흡 신호의 변화량을 측정하여 상기 측정 대상의 무호흡 여부를 결정하는 무호흡 결정부;
를 포함하는,
무호흡 탐지 시스템.
a transceiver comprising a transmitter for transmitting a radio signal to a detection area and a receiver for receiving a radio signal reflected by a measurement target within the detection area;
an optimum respiration position determining unit for determining an optimum respiration position of the measurement target from the received radio signal;
Calculate the time-axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target from the radio wave signal reflected from the optimal respiration position, and the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency Normal respiration determining unit for analyzing the axis-based respiration rate ( f 2 ) to determine whether the measurement target is respiration normally; and
an apnea determination unit for determining whether the measurement target is apnea by measuring the movement of the measurement target and a change amount of the respiration signal from the radio signal determined by the normal respiration determination unit as abnormal respiration;
containing,
Apnea detection system.
제1항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는 수신된 전파 신호로부터 배경 신호를 제거(background subtraction)한 후 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치를 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
According to claim 1,
The optimal respiration position determining unit for determining the optimal respiration position of the measurement target after removing the background signal from the received radio signal (background subtraction),
Apnea detection system.
제1항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는 전체 탐지 영역으로부터 수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
According to claim 1,
The optimal respiration position determining unit determines the position at which the radio signal received from the entire detection area has the maximum dispersion or maximum energy as the optimal respiration position of the measurement target,
Apnea detection system.
제3항에 있어서,
상기 최적 호흡 위치 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호가 상기 정상 호흡 결정부에 의해 정상 호흡으로 결정될 경우, 상기 위치를 상기 측정 대상의 최적 호흡 위치로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
4. The method of claim 3,
The optimal breathing position determining unit,
When the radio signal reflected on the position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy is determined as normal respiration by the normal respiration determining unit, determining the position as the optimal respiration position of the measurement target,
Apnea detection system.
제4항에 있어서,
상기 정상 호흡 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 반사되는 전파 신호를 소정의 시간 동안 추출한 제1 전파 신호와 상기 제1 전파 신호를 일정 시간만큼 지연시킨 제2 전파 신호 사이의 자기 상관(auto-correlation) 연산을 통해 두 전파 신호간 유사도를 계산하며, 상기 자기 상관 연산에 의해 계산된 두 전파 신호간 유사도가 최대값을 나타내는 피크 사이의 주기를 통해 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하고,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 수신된 전파 신호를 소정 시간 동안 추출한 후 푸리에 변환(Fourier transform) 연산을 통해 상기 전파 신호의 최대 주파수를 계산하며, 상기 푸리에 변환 연산에 의해 계산된 주파수를 통해 측정 대상의 주파수 축 기반 호흡수(f 2)를 연산하는,
무호흡 탐지 시스템.
5. The method of claim 4,
The normal respiration determining unit,
Autocorrelation (auto) between a first propagation signal obtained by extracting a radio signal reflected from a position at which the received radio signal has maximum dispersion or maximum energy for a predetermined time and a second radio signal delaying the first radio signal by a predetermined time -correlation) calculation to calculate the similarity between the two radio signals, and the time axis-based respiration rate ( f 1 ) of the measurement target through the period between the peaks in which the similarity between the two radio signals calculated by the autocorrelation operation represents the maximum value. ) is calculated,
After the received radio signal is extracted for a predetermined time at a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy, the maximum frequency of the radio signal is calculated through a Fourier transform operation, and is calculated by the Fourier transform operation Calculate the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) of the measurement target through the
Apnea detection system.
제5항에 있어서,
상기 정상 호흡 결정부는,
수신된 전파 신호로부터 연산된 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1)와 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내인 경우,
상기 전파 신호를 정상 호흡 신호로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
6. The method of claim 5,
The normal respiration determining unit,
When the absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) calculated from the received radio signal is within a predetermined range,
determining the radio signal as a normal breathing signal,
Apnea detection system.
제5항에 있어서,
상기 정상 호흡 결정부는,
수신된 전파 신호가 최대 분산 또는 최대 에너지를 가지는 위치 상에서 소정의 시간 동안 상기 시간 축 기반 호흡수(f 1) 및 상기 주파수 축 기반 호흡수(f 2)의 차이의 절대값이 소정의 범위 내로 유지될 경우,
상기 전파 신호를 정상 호흡 신호로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
6. The method of claim 5,
The normal respiration determining unit,
The absolute value of the difference between the time axis-based respiration rate ( f 1 ) and the frequency axis-based respiration rate ( f 2 ) is maintained within a predetermined range for a predetermined time on a position where the received radio signal has the maximum dispersion or maximum energy if be,
determining the radio signal as a normal breathing signal,
Apnea detection system.
제1항에 있어서,
상기 무호흡 결정부는,
비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 움직임 개시 시점인 것으로 추정하며,
비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)가 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제2 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M normal)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)은 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정하는,
무호흡 탐지 시스템.
According to claim 1,
The apnea determining unit,
The maximum signal intensity (M abnormal ) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto is any normal respiration progression When the maximum signal intensity (M normal ) in the second time interval between the time point ( T 3 ) and the abnormal respiration entry point ( T 2 ) exceeds a certain level, the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) is the measurement target It is estimated that it is the start time of the movement of
The maximum signal intensity (M abnormal ) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior thereto is any normal respiration progression When the maximum signal intensity (M normal ) in the second time interval between the time point ( T 3 ) and the abnormal respiration entry point ( T 2 ) is less than a certain level, the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) is the apnea of the measurement target presumed to be the time of initiation,
Apnea detection system.
제8항에 있어서,
상기 무호흡 결정부는,
상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)이 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 추정된 경우,
상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)부터 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 사이의 시간 간격 동안 추출한 신호 세기의 변화가 선형성을 나타낼 경우, 상기 비정상 호흡 진입 시점(T 2)이 상기 측정 대상의 무호흡 개시 시점인 것으로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
9. The method of claim 8,
The apnea determining unit,
When it is estimated that the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) is the apnea start time point of the measurement target,
When the change in signal strength extracted during the time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) shows linearity, the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) is the measurement target determined to be the onset of apnea of
Apnea detection system.
제9항에 있어서,
상기 무호흡 결정부는,
상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내는 것으로 판단하며,
상기 임의의 정상 호흡 진행 시점(T 3)과 이로부터 소정의 시간(T) 이후에 해당하는 시점(T 4) 사이의 제3 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L current)이 상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 신호 세기의 변화가 선형성을 나타내지 않는 것으로 판단하는,
무호흡 탐지 시스템.
10. The method of claim 9,
The apnea determining unit,
The change amount (L current ) of the signal intensity in the third time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and a time point ( T 4 ) after a predetermined time (T ) therefrom is the abnormal respiration detection When it exceeds a certain level of the change amount (L previous ) of the signal strength in the first time interval between the time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) before the time point ( T 1 ), It is determined that the change in signal strength indicates linearity,
The change amount (L current ) of the signal intensity in the third time interval between the arbitrary normal respiration progress time point ( T 3 ) and a time point ( T 4 ) after a predetermined time (T ) therefrom is the abnormal respiration detection When it is less than a certain level of the change amount (L previous ) of the signal strength in the first time interval between the time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T) before the time point (T 1 ), the signal Judging that the change in intensity does not show linearity,
Apnea detection system.
제9항에 있어서,
상기 무호흡 결정부는,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 최대 신호 세기(M abnormal)를 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)로 설정하고,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 중단된 것으로 결정하며,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후의 임의의 시점에서 측정되는 신호 세기(M nobreathing)가 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기(M reference)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정하는,
무호흡 탐지 시스템.
10. The method of claim 9,
The apnea determining unit,
The maximum signal strength (M abnormal ) in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior therefrom is the apnea maintenance reference signal set to the intensity ( M reference ),
When the signal strength (M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) exceeds a certain level of the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ), the apnea of the measurement target is stopped decide that,
When the signal strength (M nobreathing ) measured at any time after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) is below a certain level of the apnea maintenance reference signal strength ( M reference ), it is determined that the apnea of the measurement target is maintained doing,
Apnea detection system.
제9항에 있어서,
상기 무호흡 결정부는,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1)과 이로부터 소정의 시간(T) 이전에 해당하는 비정상 호흡 진입 시점(T 2) 사이의 제1 시간 간격에서의 신호 세기의 변화량(L previous)을 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)으로 설정하고,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준을 초과할 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 중단된 것으로 결정하며,
상기 비정상 호흡 탐지 시점(T 1) 이후 상기 제1 시간 간격과 동일한 시간 간격에서 신호 세기의 변화량(L nobreathing)이 상기 무호흡 유지 기준 신호 세기의 변화량(L reference)의 일정 수준 이하인 경우, 상기 측정 대상의 무호흡이 유지되는 것으로 결정하며,
무호흡 탐지 시스템.
10. The method of claim 9,
The apnea determining unit,
The change amount (L previous ) of the signal strength in the first time interval between the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) and the abnormal respiration entry time point ( T 2 ) corresponding to a predetermined time ( T ) prior therefrom is the apnea maintenance criterion Set as the amount of change in signal strength ( L reference ),
When the change amount (L nobreathing ) of the signal strength in the same time interval as the first time interval after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) exceeds a certain level of the change amount (L reference ) of the apnea maintenance reference signal strength, the determining that the subject's apnea has ceased;
When the change amount (L nobreathing ) of the signal strength in the same time interval as the first time interval after the abnormal respiration detection time point ( T 1 ) is less than a certain level of the change amount (L reference ) of the apnea maintenance reference signal strength, the measurement target determined that apnea is maintained,
Apnea detection system.
제1항에 있어서,
상기 무호흡 결정부에 의해 상기 측정 대상의 무호흡이 탐지된 경우, 무호흡 경고 알람을 발생시키는 무호흡 경고부를 더 포함하는,
무호흡 탐지 시스템.
According to claim 1,
When the apnea of the measurement target is detected by the apnea determining unit, further comprising an apnea warning unit for generating an apnea warning alarm,
Apnea detection system.
제1항에 있어서,
상기 정상 호흡 결정부에서 정상 호흡으로 결정된 전파 신호로부터 상기 측정 대상의 시간 축 기반 호흡수(f 1)를 연산하는 호흡수 연산부를 더 포함하는,
무호흡 탐지 시스템.
According to claim 1,
Further comprising a respiration rate calculating unit for calculating the time-axis-based respiration rate (f 1 ) of the measurement target from the radio signal determined as normal respiration in the normal respiration determination unit,
Apnea detection system.
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