KR102519957B1

KR102519957B1 - 비접촉식 생체신호 측정기 및 측정방법

Info

Publication number: KR102519957B1
Application number: KR1020220029975A
Authority: KR
Inventors: 정지윤; 박찬희
Original assignee: 주식회사 아이삭
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-04-10

Abstract

본 발명은 비접촉식 생체신호 측정기 및 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3축 가속도 센서를 이용하여 측정자의 움직임 또는 측정기의 흔들림 여부를 파악한 후, 레이더 센서를 이용하여 측정 대상자의 위치와 움직임 여부를 파악하고, 생체신호만을 추출하여 단위 시간당 호흡수 또는 심박수를 측정하는 측정기 및 측정방법에 관한 것이다.

Description

비접촉식 생체신호 측정기 및 측정방법{Contactless type apparatus for measuring biological signal and Method thereof}

통상 사람의 호흡수 또는 심박수 등 생체신호를 측정하는 방식으로는 접촉식 및 비접촉식 방식이 있고, 비접촉식 측정 방식으로는 레이더 센서가 사용되고 있다.

레이더 센서를 통한 측정의 원리는 전파(레이더 신호)를 송출 후 수신된 전파와 송신된 전파(레이더 신호)의 차이를 비교하여 미세한 움직임의 변화를 관측하는 것이다.

즉, 도 5를 참조하면, 측정대상자의 들숨과 날숨에 의해 전송된 신호와 수신된 신호의 특정 주파수 대역에 위상(Φ) 차이가 발생하고, 이 위상(Φ) 차이로 측정 대상자의 호흡에 의한 흉부의 움직임 및 심장의 박동을 측정할 수 있다.

종래의 레이더 센서를 이용한 생체신호 측정 방식은 대부분 측정 대상자가 침대에 누워있는 경우나 의자에 앉아있는 경우에 측정하는 방식을 적용하고 있다. 이 방식의 경우 레이더는 특정 거리에 있는 대상의 생체신호를 추출하기 위해 고정된 위치의 신호 샘플을 추출하는 방식을 취한다.

더 자세히 말하자면, 기존 생체신호 측정장비는 호흡수/심박수 검출을 위해 대부분 접촉식 유선 센서를 이용해 생체신호를 감지하고 있으며, 접촉식 유선 센서와 이격되어 모니터링하는 시스템으로 구성되어 있다. 또한, 최근에 사용하는 비접촉식 방식도 레이더 센서를 사용하는데 있어서, 레이더 관련 기기 자체가 특정 위치에 고정되어 있고 특정 공간을 차지할 수 밖에 없다.

이와 같은 종래의 생체신호 측정방식은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 생체신호 측정에서 사용되는 유선 부착식 기기의 경우, 측정대상자가 패드 부착형태의 이물질 착용 거부감, 장시간 부착에 따른 피부 트러블을 느끼게 되고, 대면 측정장치 부착에 따른 위생 문제가 발생할 수 있으며, 다수의 유선을 구비해야 하므로 장비가 복잡해지고, 모니터링 시스템 기기의 크기가 커서 이동식/휴대형으로 구성하기 어려운 단점이 있다.

둘째, 기존 레이더 생체신호 측정 장비의 경우, 모니터링 위주로 기술 개발이 이루어진 관계로 특정 위치에 고정형으로 레이더 센서를 부착하므로 측정 대상자가 측정 장치를 향하여 정면으로 있지 않을 경우나 일정 거리를 벗어나게 되는 경우 부정확한 생체신호를 얻게 되는 단점이 있다.

셋째, 고정형으로 존재하는 기존 레이더 생체신호 측정 장비의 경우에는 이를 고정하기 위한 벽면이나 별도의 설치 공간을 필요로 하게 되며, 레이더 센서의 설치 높이와 각도가 중요하기 때문에 공간 제약과 설치상의 제약이 따르는 단점이 있다.

넷째, 기존 레이더 생체신호 측정 장비의 경우 서버에 데이터를 전송하는 방식을 취하고 있는 바, 그 결과를 확인하기 위해 서버에 접속을 해야 하거나 통신 설정을 해야 하는 불편함이 존재한다. 즉, 생체 측정 장비 자체만으로 생체신호의 검출 확인이 가능한 시스템이 아니며, 서버까지 포함한 시스템 구성이므로 제조 및 설치비용이 높게 형성되어 있다는 단점이 있다.

따라서, 위와 같이 종래의 방식은, 지정된 위치, 제한된 자세에 대해서만 생체신호를 측정할 수 있고, 장비의 설치 제한, 복잡성 등의 문제가 많았던 바, 레이더 생체신호 측정 장비를 휴대형으로 운용하면서도 간편하게 생체신호를 측정 가능토록 하는 방식이 요구되고 있다.
[선행기술문헌] 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0068522호(2019. 06. 18.자 공개)

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 휴대형의 비접촉식 생체신호 측정기를 구성하되, 3축 가속도 센서를 통해 측정자의 손 떨림 등으로 인한 측정값의 오류를 제거하고, FMCW 기반의 레이더 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 측정 대상자를 감지하고, 실시간으로 호흡수 및 심박수를 측정할 수 있는 생체신호 측정기 및 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기를 손에 쥔 측정자의 움직임 여부를 판단하는 3축 가속도 센서; 측정 대상자의 심박수 및 호흡수를 계산하기 위한 데이터를 센싱하여 처리하는 레이더 센서; 3축 가속도 센서로부터 얻은 센싱 데이터로 측정자의 움직임 여부를 확인하고, 상기 레이더 센서가 처리한 데이터를 입력 받아 측정 대상자의 단위 시간당 심박수와 호흡수를 계산하는 MCU(Micro Controller Unit); 및 상기 측정자의 움직임 여부, 측정 대상자의 위치 및 측정 대상자의 심박수와 호흡수를 현시하는 디스플레이; 를 포함하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기를 제공한다.

본 발명에서, 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는, 측정 대상자의 체온을 비접촉식으로 감지하는 온도센서를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는, 측정자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이와, 3축 가속도 센서, 레이더 센서 및 온도 센서를 작동하도록 하는 버튼을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는, 그 내부에 충전용 배터리를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는, 측정자의 움직임이 감지되는 경우, 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우 또는 측정 대상자가 기준 거리 이상 떨어져 있는 경우 디스플레이를 통해 알람 메시지를 송출하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 레이더 센서는, 레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 레이더 신호를 수신하여 송수신부: 상기 송수신부의 송신 신호와 수신 신호를 혼합하여 IF 신호를 생성하는 믹서(Mixer); 상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter); 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 를 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하며, 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 신호처리부; 및 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호를 제외한 신호 성분을 필터링하여 MCU에 전달하는 BPF(Band Pass Filter);를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 레이더 센서는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)에 기반한 레이더 신호를 송신 또는 수신하는 것이 바람직하다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, (a) 3축 가속도 센서를 작동하여 측정자의 움직임 여부를 파악하는 단계; (b) 레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 신호를 수신하여 레이더 센서의 믹서에서 IF 신호를 생성하는 단계; (c) 상기 레이더 센서의 ADC(Analog Digital Converter)에서 상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; (d) 상기 레이더 센서의 신호처리부에서 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 를 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하는 단계; (e) 상기 레이더 센서의 신호처리부에서 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 단계; (f) 상기 레이더 센서의 BPF(Band Pass Filter)에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박수를 제외한 신호 성분을 필터링하는 단계; (g) MCU에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호에 관한 데이터를 수신하여 측정 대상자의 위치 및 움직임 여부를 판단하는 단계; 및 (h) 상기 MCU에서 호흡 신호 또는 심박 신호를 추출하고 분석하는 단계;를 포함하는 비접촉식 생체신호 측정방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 (a)단계는, 3축 가속도 센서의 센싱 결과 측정자의 움직임이 감지되는 경우, 측정자의 움직임을 자제하도록 하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 (g)단계는, 측정 대상자의 위치를 판단한 결과 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리가 기준 거리 이상인 경우, 측정 대상자에게 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리를 줄이도록 안내하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 (g)단계는, 측정 대상자의 움직임을 판단한 결과 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우, 해당 센싱 구간의 심박수 및 호흡수에 관한 데이터를 제거하고 이를 디스플레이를 통해 현시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 비접촉식 생체신호 측정기 및 측정방법에 의하면, 다음과 같은 효과를 가져온다.

첫째, FMCW 기반의 레이더 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 위생적으로 측정 대상자를 감지하고, 실시간으로 미세한 호흡과 심박을 감지하며 측정할 수 있다.

둘째, 휴대용 측정기로 구성되어 이동성이 용이하여 공간에 따른 사용의 제한이 없으며, 측정 대상자의 자세나 위치에 따른 측정위치 변화에도 용이하게 적용이 가능하다. 또한, 측정기 내부에 충전용 배터리를 구비하고 있으므로 별도의 전원 연결을 요구하지 않는 장점이 있다.

셋째, 휴대용 측정기에 의해 발생할 수 있는 측정자의 손 떨림 등으로 인한 측정값 오류를 줄이기 위하여 3축 가속도 센서를 사용하여 측정자 또는 측정기의 상태를 확인할 수 있으며, 측정기의 상태가 안정적인 상태에서 측정 대상자의 생체신호 측정값을 도출할 수 있다. 더 나아가 도출된 생체신호 측정값을 3축 가속도 센서값을 이용하여 보정하여 더욱 정밀한 결과를 도출할 수 있다.

넷째, 생체신호 측정값을 현시하는 디스플레이가 측정기에 구비되어 측정자가 실시간 확인이 가능하며, 별도 서버 등으로의 측정값에 관한 데이터 전송이 불필요하여 기존의 모니터링 시스템 대비 추가 장치가 필요 없어 제조비용이 저렴하며, 병원은 물론 가정에서도 개인 건강관리가 용이한 장점이 있다.

다섯째, 기존의 거치 방식 모니터링 시스템과 같이 사용할 경우에는 고정형으로도 쉽게 적용할 수 있으며, 거동이 불편한 환자들의 건강 이상 유무를 지속적으로 파악할 수 있다.

여섯째, 기존의 온도 센서의 경우 측정 거리가 멀어질수록 값의 차이가 많이 발생하는데, 본 생체신호 측정기에서는 레이더 센서에서 얻은 거리 정보를 활용하여 거리에 따른 온도 보상이 가능하도록 하여 체온 측정의 정확도를 높일 수 있으며, 조작이 쉬워 영아나 노약자 등이 쉽게 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서의 신호처리 과정을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정자가 비접촉식 생체신호 측정기를 손에 쥐고 사용하는 모습을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기를 이용하여 측정 대상자를 센싱하는 모습을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서가 측정 대상자의 들숨 및 날숨에 따른 신체 변위를 측정하는 모습을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정방법의 순서도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기를 이용하여 측정 대상자의 체온을 측정하는 방법의 순서도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정방법에 의한 생체신호 검출 흐름도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기의 디스플레이 화면의 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서가 센싱한 측정 대상자의 호흡 파형의 예시도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기와 측정 대상자의 거리에 따른 온도 측정 보상 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기의 구성도이다.

본 발명은, 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)를 손에 쥔 측정자의 움직임 여부를 판단하는 3축 가속도 센서(130), 측정 대상자의 심박수 및 호흡수를 계산하기 위한 데이터를 센싱하여 처리하는 레이더 센서(110), 3축 가속도 센서로부터 얻은 센싱 데이터로 측정자의 움직임 여부를 확인하고, 상기 레이더 센서가 처리한 데이터를 입력 받아 측정 대상자의 단위 시간당 심박수와 호흡수를 계산하는 MCU(Micro Controller Unit; 200) 및 상기 측정자의 움직임 여부, 측정 대상자의 위치 및 측정 대상자의 심박수와 호흡수를 현시하는 디스플레이(300)를 구비하여 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는, 온도 센서(120) 및 충전용 배터리(400)를 더 구비할 수 있으며, 상기 충전용 배터리(400)는 레이더 센서(110), 온도센서(120), 3축 가속도 센서(130), MCU(200), 디스플레이(300)에 전원을 공급할 수 있다.

상기 3축 가속도 센서(130)는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)를 손에 쥔 측정자의 움직임 여부를 판단하는 기능을 수행하는데, 결국 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)의 흔들림 여부 또는 측정자의 손 떨림 여부 등을 파악하여 생체신호 측정기가 안정적인 상태에서 측정을 시도하는지를 판별하는 기능을 수행하게 된다.

상기 3축 가속도 센서(130)는 측정자의 측정 자세 파악과 생체신호 측정기의 흔들림 보상 등에도 이용될 수 있는데 자세한 것은 후술하기로 한다.

상기 온도 센서(120)는 측정 대상자의 체온 측정에 사용되며, 본 발명에서는 MCU(200)에서 레이더 센서(110)의 정보를 이용하여 거리에 따른 온도 하강을 보상하여 정확도를 높일 수 있다.

상기 MCU(200)는 3축 가속도 센서(130)로부터 얻은 센싱 데이터로 측정자의 움직임 여부를 확인하고, 상기 레이더 센서(110)가 처리한 데이터를 입력 받아 측정 대상자의 단위 시간당 심박수와 호흡수를 계산하며, 더 나아가 온도센서(120)의 센싱데이터를 통해 측정대상자의 체온을 산출한다.

또한, 상기 MCU(200)는 레이더 센서(110), 온도센서(120) 및 3축 가속도 센서(130)의 데이터들을 이용한 측정 결과를 디스플레이(300)에 출력하고, 이를 현시하기 위한 사용자 UI를 형성한다.

상기 충전용 배터리(400)는 레이더 센서(110), 온도센서(120), 3축 가속도 센서(130), MCU(200), 디스플레이(300)에 각각 전원을 공급하는 기능을 수행하며, 이로써 생체신호 측정기의 사용을 위한 전원 연결선이 불필요하여 그 휴대가 용이하게 한다.

상기 레이더 센서(110)는 측정 대상자의 심박수 및 호흡수를 계산하기 위한 데이터를 센싱하여 처리하며, 측정 대상자로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신해 측정 대상자를 감지하고 호흡 및 심박 관련 생체신호 측정 데이터를 산출하게 된다.

레이더(RADAR) 센서는 근거리는 물론 원거리에 있는 측정 대상자의 존재를 탐지하는 센서로서, 그 형태는 다양하며, 레이더 신호(전파) 형태에 따라 크게 연속파 레이더(Continuous Wave Radar)와 펄스파 레이더(Pulse Wave Radar)로 구분될 수 있다.

연속파 레이더로는 도플러 레이더(Doppler Radar)와 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave), 및 HFMCW(High speed ramping FMCW) 레이더가 있으며, 펄스파 레이더로는 펄스 도플러 레이더(Pulse Doppler Radar)와 펄스 압축 레이더(Pulse Compression Radar)를 들 수 있다.

이 중, FMCW 방식의 레이더 센서는 펄스 방식의 레이더와 다르게 송신 신호가 연속적으로 방사되고, 이와 동시에 주파수를 변조하여 대상측정 대상자에 맞아 재반사 되어 들어오는 신호와 송신 신호 간의 시간 지연으로 인한 주파수 차이를 통하여 거리 측정을 하는 레이더 기술이다. FMCW 레이더 센서는 성능, 시스템 복잡성, 기술적 구현성 및 경제성 등의 이유로 측정 대상자 탐지 분야에서 가장 널리 사용되고 있다.

본 발명에서는 특히 FMCW 방식의 레이더 센서(110)를 적용하여 레이더 센서의 탐지 거리 내에 측정 대상자의 생체신호를 측정하기 위한 방법에 대한 내용을 개시한다. 이하에서 상기 레이더 센서(110)의 구성 및 기능에 대해 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서의 신호처리 과정을 나타낸 예시도이다.

본 발명의 레이더 센서(110)는, 레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 레이더 신호를 수신하여 송수신부(10): 상기 송수신부의 송신 신호와 수신 신호를 혼합하여 IF 신호를 생성하는 믹서(20); 상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(30), 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)을 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하며, 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 신호처리부(40) 및 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호를 제외한 신호 성분을 필터링하여 MCU에 전달하는 BPF(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 레이더 센서(110)는 레이더 신호, 즉 RF(Radio Frequency) 신호를 탐지 영역으로 방사하고, 탐지 영역 내의 측정 대상자에 의해 변화된 반사 신호를 수신하는데, 본 발명에서 레이더 센서의 탐지 영역은 생체신호 측정기로부터 1~5m의 범위에서 형성될 수 있다.

상기 레이더 센서(110)는 전송된 레이더 신호와 수신된 레이더 신호를 차분하여 중간 주파수 신호를 획득하고, 이를 신호처리 하여 탐지영역 내 측정 대상자(대상체)의 거리 및 속도를 측정하는 기능을 수행할 수 있으며, 측정된 측정 대상자의 거리 및 속도를 기반으로 측정 대상자의 고정된 정지 위치에서 신호의 위상차 측정을 통해 호흡(들숨/날숨)에 의한 흉부의 변위 및 심장 박동에 의한 변위를 측정할 수 있다.

즉, 상기 레이더 센서(110)는 송신 신호와 수신 신호를 비교하여 탐지 영역 내 특정 거리에서의 속도변화 정보와 방향 정보를 측정할 수 있으며, 이때, 레이더 신호는 프레임 단위로 측정되며, 여기서, 프레임은 생체신호를 측정하는 단위 시간을 의미한다.

상기 레이더 센서(110)는 레이더 센서의 전면부로 이동한 측정 대상자의 속도를 측정하고, 속도 측정결과에 따라 현재 측정 대상자의 상태가 동적 상태에서 정지상태로의 천이가 이루어졌는지 여부를 판단할 수 있으며, 이동한 측정 대상자에 대하여 측정된 속도값이 0이되는 시점을 정지 상태로 판단하여 정지 상태가 유지되는 동안에만 생체신호를 측정하게 된다.

그리고, 전술한 바대로 상기 레이더 센서(110)는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)에 기반한 레이더 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.

본 발명에서 상기 레이더 센서(110)는 FMCW 파형을 갖는 전자기파(송신 레이더 신호)를 방사하고, 표적으로부터 반사되는 반사 신호(수신 레이더 신호)를 수신함으로써 표적을 탐지하는 레이더 장치일 수 있다.

상기 레이더 센서(110)는 신호파형 생성부(11)에 의해 생성된 레이더 신호인 FMCW 신호를 RF(Radio Frequency) 대역에서 증폭함으로써 송신 신호를 획득할 수 있다. 상기 RF 대역은 수MHz 내지 수십GHz의 주파수 대역을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, FMCW 기반 레이더 센서는 측정 대상자의 움직임을 판단할 때, 해상도의 면에 있어서 UWB(Ultra Wide Band) 방식에 비해 매우 우수하다(77Ghz의 FMCW 기반 레이더 센서는 3.75㎝, UWB 기반 레이더 센서는 60㎝에 불과하다).

또한, UWB 방식(3.1~10.6GHz) 레이더 센서는 그 구간 중 일부 대역을 사용하고 24GHz Doppler 레이더 센서는 5GHz 밴드폭을, ISM은 250Mhz의 밴드폭(Bandwidth)만 제공하지만, 60Ghz FMCW 기반 레이더 센서는 약 4Ghz의 밴드폭을 제공할 수 있다.

한편, 상기 레이더 센서(110)는, 송수신부(10), 신호파형 생성부(11), 믹서(20), ADC(30), 신호처리부(40) 및 BPF(50)를 구비할 수 있다.

상기 송수신부(10)는 레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간 간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 레이더 신호를 수신하는 기능을 수행한다. 여기서 소정 시간 간격은 1nsec ~ 10 msec 범위에서 정해질 수 있다.

상기 송수신부(10)는 송신부(12)와 수신부(13)를 구비하게 되며, 상기 송신부(12)는 신호파형 생성부(11)에서 생성된 신호 파형에 해당하는 송신 신호를 송신하고, 수신부(13)는 전방에 위치하는 측정 대상자로부터 반사된 반사 신호를 수신한다.

상기 믹서(20)는 송수신부의 송신 신호와 수신 신호를 혼합하여 IF (Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 믹서(20)는 신호파형 생성부(11)로부터 송신신호를 입력받고, 수신 안테나(13)로부터 반사신호를 입력받아 이들을 혼합한 1MHz ~ 4GHz 대의 IF(Intermediate Frequency: 중간 주파수) 신호를 생성한다.

즉, 레이더 센서(110)의 송신 신호는 탐지 영역 내 측정 대상자에 의해 주파수와 위상이 변하는 도플러 효과가 발생하게 되며, 이에 믹서(20)에서 송신 신호와 수신 신호를 비교하면 해당 변화를 확인할 수 있는 IF 신호를 도출할 수 있다.

상기 ADC(30)은 신호 송수신부(10), 믹서(mixer, 20)를 통과한 아날로그 신호인 IF 신호에 대해 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다.

상기 송수신부(10), 믹서(20), ADC(30) 및 BPF(50)는 공지의 구성을 적용할 수 있다.

상기 신호처리부(40)는 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)을 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하며, 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 기능을 수행한다.

상기 신호처리부(40)는 고속 푸리에 변환기를 포함할 수 있으며, 상기 ADC(30)로부터 출력된 디지털 신호에 대해 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하게 되며, 고속 푸리에 변환을 통해 거리에 따른 주파수 정보(신호 파워)를 획득할 수 있다.

상기 신호 처리부(40)는 공간 필터부(spatial filter)를 포함하여 탐지영역 내 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 관한 신호 성분을 제거할 수 있으며, 또한, 측정 대상자의 가슴이 위치하는 레인지 빈(range bin) 범위에서 고속 푸리에 변환된 주파수 스펙트럼을 시간에 따라 배치할 수 있다.

상기 BPF(50)는 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호를 제외한 신호 성분을 필터링하여 MCU(200)에 전달하는 기능을 수행하는데, 특정 주파수(cutoff 주파수) 영역 내의 주파수 신호만을 통과시키는 필터이다.

본 발명에서 상기 BPF(50)는 측정 대상자의 호흡수를 측정하는 경우 대역폭 필터는 통과 주파수 대역이 0.1~0.6Hz으로 설정되고, 측정 대상자의 심박수를 측정하는 경우 통과 주파수 대역이 0.8~4Hz 범위로 설정될 수 있다.

본 발명에서는 신호의 drift(편향) 성분 잡음을 제거하기 위해 디트렌딩(detrending) 기법을 적용할 수 있다. 즉, 호흡과 심박의 주파수 특성에 따라 해당 신호성분만을 추출할 수 있는 BPF(50)를 적용 후 MCU(200)에서 주파수 스팩트럼 분석(크기, 주성분)을 통해 호흡 성분과 심박 성분을 구분하고, 측정 대상자의 호흡 중 호흡 신호가 측정이 되지 않는 경우를 이상 상태로 판단할 수 있다.

상기 MCU(200)는 고속 푸리에 변환된 주파수 스펙트럼을 통해 호흡 및 심박동 운동하는 측정 대상자가 위치하는 레인지 빈(range bin)을 선정할 수 있다.

상기 MCU(200)는 생체신호가 수신되는 좌표를 표적 레인지 빈(Range bin)으로 선정하되, 상기 생체신호는 신호의 위상변이가 주기적으로 반복되는 신호일 수 있다(도 5 및 도 10 참조).

종합하면, 상기 측정 대상자가 위치하는 레인지 빈을 선정하는 것은, IF 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호 데이터에 대해 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한 후, 0.1~0.6Hz 또는 0.8~4Hz 범위의 BPF(50)로 통과시킨 후, 남은 신호성분의 주파수 스펙트럼에서 측정 대상자까지의 신호피크 두 개가 연속하여 발생하는 거리(range)와 방위각을 레인지 빈(Range bin)으로 선정할 수 있다.

이와 같은 과정을 거쳐 상기 MCU(200)는 측정 대상자의 단위 시간당 심박수와 호흡수를 계산할 수 있으며(도 10 참조), 상기 측정자의 움직임 여부 및 측정 대상자의 심박수와 호흡수는 디스플레이(300)를 통해 측정자에 현시될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정자가 비접촉식 생체신호 측정기를 손에 쥐고 사용하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기를 이용하여 측정 대상자를 센싱하는 모습을 나타낸 예시도이다.

본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는, 측정자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이와, 3축 가속도 센서(130), 레이더 센서(110) 및 온도 센서(120)를 작동하도록 하는 버튼(500)을 더 구비할 수 있으며, 각종 센서의 측정결과를 현시하는 디스플레이(300)를 구비한다.

도 3에서 볼 수 있듯이 본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는 휴대형으로 제작될 수 있고, 이를 위해 전원 연결선이 필요하지 않도록 그 내부에 충전용 배터리(400)를 구비한다.

이는 기존의 고정식 생체신호 측정기의 단점인 측정 대상자의 방향과 거리에 영향을 받지 않도록 하고, 기존 방식보다 정확성을 높일 수 있도록 측정자가 측정 대상자에 용이하게 접근하여 측정부위를 타겟팅 할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는 기기 자체에 디스플레이(300)를 구비함으로써 측정자가 각종 센서에 의한 측정 결과를 즉시 확인할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 버튼(500)은 3축 가속도 센서(130), 레이더 센서(110) 및 온도 센서(120)의 작동을 위해 1개의 버튼으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 버튼(500)은 2~3개로 나뉘어져 형성될 수 있거나 또는 2~3개 영역으로 구분되어 형성될 수 있다.

상기 버튼(500)이 1개로 형성되는 경우에는, 예를 들면 버튼을 1회만 누르는 경우에는 3축 가속도 센서(130)가 동작하고, 버튼을 2회 연속 누르는 경우에는 레이더 센서(110)가 동작하며, 버튼을 3회 연속 누르는 경우에는 온도 센서(120)가 동작되도록 구성될 수 있을 것이다.

이와 같이 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는, 측정 대상자의 존재 유무 판단, 측정 대상자까지의 거리 조정 및 측정 대상자의 움직임 여부 판단이 용이하면서도, 측정 대상자의 호흡, 심박 및 체온 측정이 간편한 장점이 있다.

도 4를 참조하면, 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)를 손에 쥔 측정자가 3축 가속도 센서(130)를 이용하여 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)의 움직임 또는 흔들임 여부를 센싱하는 모습을 도시하고 있다. 물론 레이더 센서(110) 또는 온도 센서(120)를 이용해 측정을 할 때도 도 4와 유사한 모습일 것이다.

본 발명에서 3축 가속도 센서(130)를 이용해 측정자 또는 측정기의 흔들림 여부를 측정하는 방식은, 측정자가 생체신호 측정기를 손에 쥐고 측정 대상자를 향해 위치하되, 3축 가속도 센서를 작동시키는 버튼을 누른 후, 3축 가속도 센서값을 획득한다.

상기 3축 가속도 센서(130)는 그 센싱값을 MCU(200)에 전달하고, 상기 MCU(200)는 하기의 수학식 1에 의해 측정기의 각속도 값을 계산한다.

여기서, V(n)은 n번째 프레임의 각속도이고, X(n)는 n번째 프레임에서의 x축 가속도이며, Y(n)은 n번째 프레임에서의 y축 가속도이고, Z(n)은 n번째 프레임에서의 z축 가속도이다.

상기 프레임(Frame)은 생체신호 측정기를 통해 측정하는 단위 시간을 의미한다.

상기 MCU(200)는 수학식 1에 의해 판단하되, V(n)이 측정자 움직임 문턱값(Threshold) 또는 측정기 움직임 문턱값(Threshold)을 넘어선 경우는 측정자 또는 측정기가 고정되지 않고 움직인 경우로 측정값에 오류가 존재할 가능성이 높은 경우로 판단하여, 측정자로 하여금 움직임을 줄일 수 있도록 알람 메시지를 디스플레이(300)에 송출하도록 한다.

상기 측정자 움직임 문턱값(Threshold)은 1~10cm의 범위에서 정해질 수 있다.

한편, 상기 3축 가속도 센서(130)를 이용하여 측정 대상자의 레이더 센서(110)의 측정값을 보상할 수 있다.

즉, 본 발명에서 3축 가속도 센서(130) 및 MCU(200)를 통해 측정자가 안정된 자세로 판단된 후에는 레이더 센서(110)를 이용하여 측정 대상자의 움직임 여부 및 측정 대상자와 측정기간 거리를 측정한다.

도 4를 참조하면, 3축 가속도 센서(130)의 y축은, 레이더 센서의 측정 대상자와의 거리 측정 방향과 일치함을 알 수 있다.

따라서, 추후 레이더 센서(110)를 이용하여 측정 대상자와 측정기간 거리값을 계산할 때, MCU(200)에 미리 입력되어 있는 3축 가속도 센서의 y축 가속도값으로 측정 대상자와 측정기간 거리값을 보정하여 측정의 정확도를 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서가 측정 대상자의 들숨 및 날숨에 따른 신체 변위를 측정하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서가 센싱한 측정 대상자의 호흡 파형의 예시도이다.

본 발명에서 레이더 센서(110)를 이용하여 생체신호를 감지하는 원리는 아래와 같다.

먼저 레이더 센서(110)에서 밀리미터파(mmWave)를 송신하고, 그 반사 신호를 통해 비접촉으로 생체신호를 파악하며, 단파장을 사용하기 때문에 1mm 미만 범위의 정확도도 제공이 가능하다.

도 5를 참조하면, 측정 대상자의 호흡이나 심박의 미세 움직임이 사람 몸의 변위(위상차)로 나타나는데 레이더 센서(110)는 그 움직임을 검출하게 되며, 노이즈 등 불필요한 성분을 제거한 최종 호흡/심박 데이터는 MCU(200)에 전송되어 측정 대상자의 호흡수 또는 심박수 등 상태를 파악하게 된다.

도 10을 참조하면, 측정 대상자의 호흡 파형을 도시하고 있는데, 가로축은 시간(sec)를 나타내고, 세로축은 변위를 나타낸다.

일반적인 성인의 경우 정상 호흡수는 1분에 8 ~ 20회 가량으로 알려져 있으며, 정상적인 호흡수는 도 10 (a)에 도시하였다.

호흡수가 20회를 초과하면 빈호흡이라 하며, 도 10 (b)에 도시하고 있으며, 호흡수가 8회 미만의 경우 서 호흡이라 하며 도 10 (c)에 도시하였다.

한편, 전술한 바대로 본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는, 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우 또는 측정 대상자가 기준 거리 이상 떨어져 있는 경우 디스플레이(300)를 통해 알람 메시지를 송출하여 측정 대상자가 고정된 자세를 취하도록 조력할 수 있다.

여기서, 기준 거리는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)가 구비하는 레이더 센서의 탐지영역이 1~5m 인바, 생체신호 측정기로부터 5m를 초과하면 생체신호 측정기 측으로 다가올 것을 권고하는 알람 메시지를 송출할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정방법의 순서도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정방법에 의한 생체신호 검출 흐름도이다.

먼저, (a) 3축 가속도 센서(130)를 작동하여 측정자의 움직임 여부를 파악하는 단계를 거친다(s11).

그리고, 3축 가속도 센서(130)의 센싱 결과 측정자의 움직임이 감지되는 경우(s12), 측정자의 움직임을 자제하도록 하는 알람 메시지를 디스플레이(300)를 통해 출력한다(s13).

이와 같은 과정을 거쳐서 측정자 또는 생체신호 측정기가 안정적 자세에 있는 경우 다음 단계로 넘어간다.

이후, 레이더 센서(110)를 작동하여 레이더 센서값을 측정한다(s14). 레이더 센서값을 측정하는 과정을 세분화하면 아래와 같다.

먼저, (b) 레이더 센서(110)에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 신호를 수신하여 레이더 센서의 믹서(20)에서 IF 신호를 생성한다.

이어서, (c) 상기 레이더 센서의 ADC(Analog Digital Converter; 30)에서 상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환한 후, (d) 상기 레이더 센서의 신호처리부(40)에서 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 를 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하게 된다.

발명의 필요에 따라 상기 레이더 센서의 신호처리부(40)에서 신호처리용 신호에서 임펄스 노이즈 등을 미리 제거할 수 있다.

그리고, (e) 상기 레이더 센서의 신호처리부(40)에서 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 단계를 거친다. 즉, 측정 대상자의 경우에는 시간의 경과에 따라 가슴 부위의 미세한 운동으로 인해 주파수의 변위가 발생하나, 고정 물체의 경우 시간이 경과하더라도 주파수의 변위가 발생할 수 없으므로 이를 분석하여 제거하게 된다.

이어서, (f) 상기 레이더 센서(110)의 BPF(50)에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박수를 제외한 신호 성분을 필터링하고 호흡 신호와 심박 신호에 관한 데이터를 MCU에 전달하게 된다.

이후, (g) MCU(200)에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호에 관한 데이터를 수신하여 측정 대상자의 위치 및 움직임 여부를 판단하게 된다(S14, S17).

상기 MCU(200)에서 측정 대상자의 위치를 판단한 결과 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리가 기준 거리(1~5m) 이상인 경우(S15), 측정 대상자에게 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리를 줄이도록 안내하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시한다(S16).

또한, 상기 MCU(200)에서 측정 대상자의 움직임을 판단한 결과 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우(S18), 해당 센싱 구간의 심박수 및 호흡수에 관한 데이터를 제거하고 이를 디스플레이를 통해 현시한다(S19, S20).

측정 대상자의 움직임은 생체신호의 파형 크기가 일정 수준으로 형성되어 있는 지 여부로 판단한다. 즉, 생체신호 파형이 안정된 형태로 일정 범위 내에 존재하면 움직임이 없는 안정된 상태로 간주하고, 일정 범위를 넘어서는 주파수 스펙트럼의 파형이 도출되면 측정 대상자가 움직이는 상태로 파악하게 된다.

이외에도 측정 대상자의 움직임은 레이더 센서를 이용한 공지의 움직임 감지 기술을 이용할 수 있다.

마지막으로 (h) 상기 MCU(200)에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출하고 분석하여 이를 디스플레이(300)를 통해 현시하게 된다.

도 8을 참조하면, 호흡 신호 및 심박 신호 분석에 있어서, MCU(200)는 단위 시간 당 일정 크기 이상의 피크(peak) 개수를 측정하는 방식으로 정상 호흡, 서 호흡, 빈 호흡으로 결과를 출력할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 MCU(200)는 RPM/BPM 계산 방식을 적용하여 단위 시간 당(예: 1분) 호흡수와 심박수를 도출할 수 있을 것이다.

도 6 및 도 8에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 6 및 도 8에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 6 및 도 8은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와 같이 도 6, 도 8은 물론 더 나아가 도 7에 기재된 생체신호 측정방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 기록될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기를 이용하여 측정 대상자의 체온을 측정하는 방법의 순서도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기와 측정 대상자의 거리에 따른 온도 측정 보상 그래프이다.

본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는, 측정 대상자의 체온을 비접촉식으로 감지하는 온도센서(120)를 구비한다.

3축 가속도 센서(130) 및 레이더 센서(110)를 이용한 생체신호 측정이 끝나면(S31), 온도센서(120)를 작동하여 측정 대상자의 체온을 측정할 수 있다.

먼저, MCU(200)에서 레이더 센서(110)에 관한 데이터로부터 측정 대상자의 온도 측정이 가능한 거리인지 여부를 파악한다(S33). 즉 생체신호 측정기의 전면부로부터 15cm 내에 측정 대상자가 위치하면, 온도센서를 동작하여 측정 대상자의 체온을 측정한다(S34).

통상적인 온도센서 기기의 경우, 측정 대상자와 초근접하여 측정하는 것을 조건으로 삼는 경우가 많다. 그러나, 본 발명의 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기(1)는 측정 대상자와 거리를 두고 체온을 측정하는 것을 상정한다.

측정 대상자와 온돈 센서(120)가 이격되어 동작하면, 체온 측정의 오차가 발생할 수 있는데, 레이더 센서(110)를 통해 획득된 생체신호 측정기와 측정 대상자간 거리 데이터를 이용하여 측정 대상자의 체온값을 보정하여 정확도를 높일 수 있다.

보상에 사용되는 값은 별도의 테이블로 MCU(200)에 저장하게 되며, 측정 대상자의 최종 체온값 출력시 이를 적용할 수 있다.

도 11은, 거리(가로축)에 따른 실제 체온과 측정 체온의 차이에 대해 그래프로 도시한 것인데, MCU(200)는 거리에 따른 측정 체온을 기설정된 테이블을 이용하여 실제 체온으로 보상한 후 디스플레이(300)를 통해 현시할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 생체신호 측정기의 디스플레이 화면의 예시도이다.

본 발명의 디스플레이(300)는 측정자(또는 측정기)의 움직임 여부, 측정 대상자의 위치(측정기와 측정 대상자간 거리) 및 측정 대상자의 단위 시간(예: 1분)당 심박수와 호흡수를 현시하는 기능을 수행한다.

도 9를 참조하면, 디스플레이(300)를 통해 측정 대상자의 존부, 움직임 여부, 측정기와 측정 대상자간 거리 및 측정 대상자의 체온을 현시하고 있으며, 또한, 호흡수 및 심박수도 동시에 제공하고 있음을 확인할 수 있다.

전술한 바대로, 상기 디스플레이(300)는 측정자의 움직임이 감지되는 경우, 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우 또는 측정 대상자가 기준 거리 이상 떨어져 있는 경우 각각 알람 메시지를 현시할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, (i) 레이더 방식을 사용한 비접촉식 방식으로 위생적이며 간편하게 생체신호를 측정할 수 있고, (ii) 데이터 저장을 위한 서버나 전원 연결 장치 등의 추가 장치가 필요 없이 휴대성이 용이하며, 고정형 측정기와는 달리 별도의 설치 공간을 필요로 하지 않는 장점이 있다.

또한, (iii) 본 발명은 생체신호 측정 결과를 출력하는 디스플레이를 측정기 내에 구비함으로써, 실시간 생체신호 측정 결과 확인이 가능하고, 디스플레이가 측정기 내에 구비되기 때문에 전체 시스템 구성 단가가 고정형보다 훨씬 더 저렴하다.

그리고, (iv) 본 발명은 휴대형, 이동형으로 측정 대상자의 측정 위치나 측정 자세로부터 자유롭다. 즉, 측정장치가 고정형인 경우 측정 대상자가 측정장치에 일정 거리로 접근해야 하고 측정 장치 방향으로 가슴 등 측정 부위를 향해야 정확한 값이 측정되나. 본 발명은 측정 대상자는 정지하고 있어도, 측정자가 측정 대상자를 향해 접근하고 측정 부위에 타겟팅하여 측정값의 정확도가 높은 것이 차별화점이면서 장점이다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 비접촉식 생체신호 측정기
2: 측정 대상자
10: 송수신부
11: 신호파형 생성부
12: 송신부
13: 수신부
20: 믹서
30: ADC
40: 신호처리부
50: BPF
100: 센서부
110: 레이더 센서
120: 온도 센서
130: 3축 가속도 센서
200: MCU
300: 디스플레이
400: 충전용 배터리
500: 버튼

Claims

비접촉식 휴대용 생체신호 측정기를 손에 쥔 측정자의 움직임 여부를 판단하는 3축 가속도 센서;
측정 대상자의 심박수 및 호흡수를 계산하기 위한 데이터를 센싱하여 처리하는 레이더 센서;
3축 가속도 센서로부터 얻은 센싱 데이터로 측정자의 움직임 여부를 확인하고, 상기 레이더 센서가 처리한 데이터를 입력 받아 측정 대상자의 단위 시간당 심박수와 호흡수를 계산하는 MCU(Micro Controller Unit); 및
상기 측정자의 움직임 여부, 측정 대상자의 위치 및 측정 대상자의 심박수와 호흡수를 현시하는 디스플레이; 를 포함하되,
상기 3축 가속도 센서의 센싱 결과 측정자 움직임 문턱값(Threshold)을 넘어서는 측정자의 움직임이 감지되는 경우, 측정자의 움직임을 자제하도록 하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하고,
측정 대상자의 위치를 판단한 결과 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리가 5m를 초과하는 경우, 측정 대상자와 비접촉식 생체신호 측정기의 거리를 줄이도록 안내하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하며,
상기 측정자 움직임 문턱값(Threshold)은 1~10cm의 범위 내에서 정해지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제1항에 있어서, 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는,
측정 대상자의 체온을 비접촉식으로 감지하는 온도센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제1항에 있어서, 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는,
측정자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이와, 3축 가속도 센서, 레이더 센서 및 온도 센서를 작동하도록 하는 버튼을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제1항에 있어서, 상기 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기는,
그 내부에 충전용 배터리를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제3항에 있어서,
상기 버튼은 1개로 형성되되, 버튼을 1회 누르는 경우 3축 가속도 센서가 동작하고, 버튼을 2회 연속 누르는 경우에는 레이더 센서가 동작하며, 버튼을 3회 연속 누르는 경우에는 온도 센서가 동작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제1항에 있어서, 상기 레이더 센서는,
레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 레이더 신호를 수신하여 송수신부:
상기 송수신부의 송신 신호와 수신 신호를 혼합하여 IF 신호를 생성하는 믹서(Mixer);
상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter);
상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 를 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하며, 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 신호처리부; 및
측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호를 제외한 신호 성분을 필터링하여 MCU에 전달하는 BPF(Band Pass Filter);를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
제1항에 있어서,
상기 레이더 센서는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)에 기반한 레이더 신호를 송신 또는 수신하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 휴대용 생체신호 측정기.
(a) 3축 가속도 센서를 작동하여 측정자의 움직임 여부를 파악하는 단계;
(b) 레이더 센서에서 측정 대상자를 포함한 표적을 향해 소정 시간간격으로 레이더 신호를 송신한 후, 표적에 반사되어 돌아온 신호를 수신하여 레이더 센서의 믹서에서 IF 신호를 생성하는 단계;
(c) 상기 레이더 센서의 ADC(Analog Digital Converter)에서 상기 IF 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
(d) 상기 레이더 센서의 신호처리부에서 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 를 거쳐 신호 처리용 신호로 저장하는 단계;
(e) 상기 레이더 센서의 신호처리부에서 시간 소요에 따른 움직임이 없는 고정 물체에 대한 신호 성분을 제거하는 단계;
(f) 상기 레이더 센서의 BPF(Band Pass Filter)에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박수를 제외한 신호 성분을 필터링하는 단계;
(g) MCU에서 측정 대상자의 호흡 신호와 심박 신호에 관한 데이터를 수신하여 측정 대상자의 위치 및 움직임 여부를 판단하는 단계; 및
(h) 상기 MCU에서 호흡 신호 또는 심박 신호를 추출하고 분석하는 단계; 를 포함하되,
상기 (a)단계는,
3축 가속도 센서의 센싱 결과 1~10cm의 범위 내에서 정해지는 측정자 움직임 문턱값(Threshold)을 넘어서는 측정자의 움직임이 감지되는 경우, 측정자의 움직임을 자제하도록 하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하고,
상기 (g)단계는,
측정 대상자의 위치를 판단한 결과 비접촉식 생체신호 측정기와의 거리가 5m를 초과하는 경우, 측정 대상자와 비접촉식 생체신호 측정기의 거리를 줄이도록 안내하는 알람 메시지를 디스플레이를 통해 현시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체신호 측정방법.
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제8항에 있어서,
상기 (g)단계는, 측정 대상자의 움직임을 판단한 결과 측정 대상자의 움직임이 감지되는 경우, 해당 센싱 구간의 심박수 및 호흡수에 관한 데이터를 제거하고 이를 디스플레이를 통해 현시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체신호 측정방법.