KR102520806B1 - 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템 - Google Patents

생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 개인의 상태를 모니터링하는 시스템은, 상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및 상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 이산 푸리에 변환을 적용하여 복수의 주파수 성분들(w)을 획득하고, 하기 수학식 1로 표현되는 임계 값(δ)과 하기 수학식 2에 따라 산출되는 특이 주파수 성분들(wi)을 획득하고, 상기 특이 주파수 성분들의 원소의 수(n(wi)) 및 하기 수학식 3을 이용하여 개인 상태 위험도(f(i))를 산출할 수 있다. 다른 실시 예들도 가능할 수 있다.

Description

생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템{SYSTEM FOR MONITORING STATE OF PERSON USING BIOMETRIC SIGNAL}
본 발명은 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 개인의 신체에서 검출할 수 있는 다양한 종류의 생체 신호 및 움직임에 관한 신호를 이용하여 실시간으로 개인 상태의 위험도를 산출할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 개인의 상태를 인식하여 질병의 진행이나 건강 상태를 모니터링하고자 하는 필요성이 증가하고 있다. 이러한 필요성에 따라 사물인터넷에 기반하는 스마트 감지, 스마트 웨어러블 제품과 서비스에 대한 잠재 수요도 매우 빠르게 상승하고 있다.
또한, 노령화 사회로 진입함에 따라 근로를 희망하거나 근로를 해야만 하는 노인들이 증가하고 있으며, 실제로 심한 육체노동이 아닌 경우 노인들의 근로 참여가 지속되고 있다. 이 때, 근로에 부적합한 상태를 가진 고령 근로자를 선별할 필요가 있다. 근무 특성에 부합하지 않거나 근로를 감당하기 어려운 상태가 된 고령근로자는 위험에 처할 가능성이 높기 때문이며, 위험한 상태인 고령근로자를 신속하게 인지하고 필요한 보호조치를 취하기 위함이다.
한편, 개인의 상태를 감지하기 위해 착용되는 각종 센서들이 수집하는 신호는 대부분 정상적인 신호이며 실시간 모니터링하며 획득하는 신호 데이터는 매우 방대하므로 이러한 신호에서 개인의 상태를 추정하기 어려운 문제점이 있었다. 더욱이, 개인의 다양한 생체 신호를 정확하게 파악하여 위험도를 진단하지 못함에 따라 기존 기술들은 단순히 개인의 건강 정보만을 제시할 뿐, 위급한 상황에 대한 알람 기능을 제공하여 위험에 처한 개인을 신속하게 대응하지 못하는 문제점이 있었다.
KR 10-1834906
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 방대한 양의 신호가 포함된 데이터 스트림을 분석하여 개인 상태의 위험도를 실시간으로 정확히 산출하여 개인 또는 관리자에게 미리 위험을 경고할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 개인의 상태를 모니터링하는 시스템은, 상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및 상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 이산 푸리에 변환을 적용하여 복수의 주파수 성분들(w)을 획득하고, 하기 수학식 1로 표현되는 임계 값(δ)과 하기 수학식 2에 따라 산출되는 특이 주파수 성분들(wi)을 획득하고, 상기 특이 주파수 성분들의 원소의 수(n(wi)) 및 하기 수학식 3을 이용하여 개인 상태 위험도(f(i))를 산출할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 개인의 상태를 모니터링하는 시스템은, 상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및 상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 생체 신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 기반하여 개인 상태 위험도(Q)를 하기 수학식 1에 따라 산출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
본 발명에 따르면, 개인의 신체에서 수집한 센서 데이터들을 융합하여 개인 상태에 관련된 위험도를 산출하여 개인에게 알려줄 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 위험도를 실시간으로 제공함으로써 국민건강 증진, 질병 예방과 사고 예방, 국민의료 복지 향상, 국민보건 의료 비용 절감, 고령 근로자의 생활안전 확보, 산업재해 경감, 근로 작업장의 근무능률 향상 및 근로자 복지 증진에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 시스템을 나타낸 블록도다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 예시도다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도다.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media))에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 서버)를 포함할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 시스템을 나타낸 블록도다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 시스템(10)은 개인의 상태에 대하여 실시간 모니터링이 상시적으로 이루어지며, 웨어러블 장치(200)에 설치된 센서들로부터 일정한 시간 간격을 설정하여 모니터링 장치(100)에 생체 신호 및 움직임에 관한 신호를 전송하며, 생체 신호, 움직임에 관한 신호 및 산출된 위험도 등을 관리 서버(300)에 전송할 수 있다.
일 실시 예에서, 개인 상태 모니터링 시스템(10)은 개인의 특이사항, 비정상적 건강상태, 정상범위 이탈 여부 등을 감지할 수 있으며, 이를 위해 특이 사항들을 감지할 수 있도록 개인 상태 위험도를 정의하고, 이에 따라 산출된 값을 활용하여 개인의 상태를 추정할 수 있다. 보다 구체적인 내용은 도 2 내지 도 5에서 후술한다.
일 실시 예에서, 개인 상태 모니터링 시스템(10)은 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치(200), 웨어러블 장치(200)에서 송신된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치(100) 및 상기 신호들과 개인의 상태를 전달 받아 관리하는 관리 서버(300)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(100), 웨어러블 장치(200) 및 관리 서버(300)는 서로 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 네트워크는 무선 네트워크 및 유선 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크는 근거리 통신 네트워크(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association)) 또는 원거리 통신 네트워크(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN))일 수 있다.
일 실시 예에서, 모니터링 장치(100)는 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 모니터링 장치(100)는 웨어러블 장치(200)에서 검출한 생체 신호와 움직임과 관련된 신호에 기반하여 개인 상태 위험도를 산출할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 2 내지 도 5에서 후술한다.
예를 들어, 생체 신호와 움직임과 관련된 신호는 데이터 스트림일 수 있다. 즉, 생체 신호와 움직임과 관련된 신호는 시간의 흐름에 따른 데이터 집합일 수 있다.
일 실시 예에서, 웨어러블 장치(200)는 개인의 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 센서(210), 개인의 맥박을 측정하기 위한 맥박 센서(220), 개인의 혈당량을 측정하기 위한 혈당량 센서(230), 개인의 피부습도를 측정하기 위한 피부 센서(240), 개인의 움직임에 따른 가속도 측정을 위한 가속도 센서(250), 개인의 움직임에 따른 회전운동 신호 측정을 위한 자이로스코프(260) 및 심전도 센서(210), 맥박 센서(220), 혈당량 센서(230), 피부 센서(240), 가속도 센서(250) 및 자이로스코프(260)로부터 측정된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 모니터링 장치(100)로 송신하는 통신부(270)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 각각의 센서들은 기 공지된 구성들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 심전도 센서(210)는 사람의 심장 근처에 부착되는 센서 타입일 수 있으며, 맥박 센서(220), 혈당량 센서(230) 및 피부습도 센서(240)는 신체의 팔이나 다리 등에 부착되는 밴드형 센서일 수 있으며, 가속도 센서(250) 및 자이로스코프(260)는 사람의 허리에 부착되는 벨트부착 센서일 수 있다.
일 실시 예에서, 웨어러블 장치(200)는 개인의 신체에 부착되며, 모니터링 장치(200)는 개인 상태 위험도(f(i))에 대응하는 알람을 출력할 수 있다. 여기서 알람은 위험을 경고하는 안내 메시지가 스피커를 통해 출력될 수 있다. 물론 이와 달리 특정 경고음 등이 출력될 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(200)도 동일하게 알람을 제공할 수 있다. 여기서 모니터링 장치(200)는 개인이 휴대하는 스마트폰 등의 전자장치일 수 있다.
일 실시 예에서, 관리 서버(300)는 개인에 대한 등록보호자, 관리자 또는 의료/구호기관이 운영하는 서버일 수 있다. 예컨대, 관리 서버(300)는 개인 상태에 대한 정보를 수신한 이후, 개인에 대한 근무 중단, 휴식 조치 등이 포함된 안내 메시지 또는 전화를 개인이 휴대하는 모니터링 장치(100)에 전송할 수 있다.
또한, 관리 서버(300)는 개인 상태 모니터링 데이터를 저장하며 상기 개인 상태 모니터링 데이터를 외부 장치(400)에 제공할 수 있다. 개인 상태 모니터링 데이터는 개인의 생체신호, 상기 움직임에 관한 신호, 상기 개인의 상태 및 상기 개인 상태 위험도를 포함할 수 있다. 외부 장치(400)는 의료 기관 등 저장한 각종 데이터들을 활용할 수 있는 개인, 기관 등이 운영하는 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 예시도다. 도 2의 동작들은 도 1에 도시된 모니터링 장치(100) 또는 웨어러블 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에서, 웨어러블 장치(200)는 동작 21에서, 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 개인의 생체신호는 심박도 센서 값, 맥박 센서 값, 혈당량 센서 값 및 피부습도 센서 값을 포함할 수 있고, 움직임에 관한 신호는 3축 가속도 센서 값 및 자이로 센서 값을 포함할 수 있으며, 이는 하기 표 1과 같다.
[표 1]
Figure 112020078118809-pat00001
예를 들어, 개인 상태 위험도를 산출하기 위해, 몸에 부착한 센서들로부터 입수한 값을 데이터 스트림 세트로 하기 수학식 8과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112020078118809-pat00002
일 실시 예에서, 모니터링 장치(200)는 동작 22에서, 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호에 기반하여 개인 상태 위험도(f(i))를 산출할 수 있다.
구체적으로, 모니터링 장치(100)는 데이터 스트림 세트(DSi)에 이산 푸리에 변환을 적용하여 복수의 주파수 성분들(w)을 획득할 수 있다. 예컨대, 일정한 시간 간격 내에서 일상적인 데이터들은 주기성을 갖는다. 즉, 심전도, 맥박수, 혈당, 피부습도, 가속도 센서, 자이로 센서 값들은 주기가 있으며, 예를 들어, 심전도와 맥박수는 심박 주기, 혈당량은 식사 주기, 피부습도는 운동이나 취침 등의 생활주기, 가속도와 자이로 센서는 도보할 때 걸음걸이 주기가 있을 수 있다. 따라서 각 센서 값들의 Fourier Transform을 이용하여 주기를 frequency domain에서 일목요연하게 관측할 수 있다. 즉, 하기 수학식 9와 같이 정리할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112020078118809-pat00003
한편, 푸리에 변환 중 이산 푸리에 변환을 하기 수학식 10과 같이 적용할 수 있다.
[수학식 10]
Discretized one(이산화):
Figure 112020078118809-pat00004
예를 들어, 연속 신호인 심전도 센서 값은 하기 수학식 11과 같이 표현될 수 있으며 다른 센서 값들도 동일한 방식으로 변환될 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112020078118809-pat00005
(단, N개의 data가 있을 때)
이어서, 모니터링 장치(100)는 하기 수학식 1로 표현되는 임계 값(δ)과 하기 수학식 2에 따라 산출되는 특이 주파수 성분들(wi)을 획득할 수 있고, 하나의 데이터 스트림 세트에서 값들을 찾아낼 수 있다.
예를 들어, 임계 값은 도 3에 도시된 바와 같이 주파수 성분 중 최대 세기를 노이즈 레벨에 대응하는 주파수 성분의 세기로 나눈 값일 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020078118809-pat00006
따라서, 모니터링 장치(100)는 하기 수학식 2로 표현되는 모든 집합을 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020078118809-pat00007
이어서, 모니터링 장치(100)는 n(wi)를 wi안의 원소 수로 정의할 수 있으며,
Figure 112022018239438-pat00031
는 특이사항을 나타내는 지표로 활용할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이
Figure 112022018239438-pat00008
는 시간 간격으로 window를 옮길 때, n(wi)가 변화하는 값이다. 따라서, 집합 wi+1 - wi은 새로 변화한 원소들의 모음이 되므로 이 또한 새 지표로 활용할 수 있다.
이어서, 모니터링 장치(100)는 하기 수학식 3과 같이 개인 상태 위험도를 산출할 수 있다. 예컨대, f(i)가 1에 가까울수록 이상 상태에 가까울 수 있다. 즉, 임계 값을 초과하는 주파수 성분들의 개수가 시간의 변화(예: i에서 i+1)에 따라 동일하거나 유사할수록 특이사항이 없는 정상 신호가 연속적을 수신되는 것으로 볼 수 있으며, 이러할 경우 하기 수학식 3에 따라 1에 가까운 값이 될 수 있다. 이와 달리 임계 값을 초과하는 주파수 성분들의 개수의 차이가 시간의 변화에 따라 크다면 하기 수학식 3은 1보다 작아질 수 있으며 이는 개인의 상태에 어떤 변화 내지는 위험이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020078118809-pat00009
일 실시 예에서, 모니터링 장치(200)는 동작 23에서, 개인 상태 위험도에 기반하여 개인 또는 관리자에게 지정된 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 장치(100)는 개인 상태 위험도의 값이 1에 가까울수록 개인의 상태가 위험한 상태라고 판단할 수 있으며 지정된 기능을 실행할 수 있다. 여기서, 지정된 기능이란 위험을 경고하는 알람 메시지를 출력하는 것일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개인 상태 모니터링 방법을 나타낸 흐름도다. 도 5의 동작들은 도 1에 도시된 모니터링 장치(100) 또는 웨어러블 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에서, 웨어러블 장치(200)는 동작 51에서, 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 검출할 수 있다. 자세한 내용은 도 2에 개시된 내용과 동일하므로 생략한다.
일 실시 예에서, 모니터링 장치(100)는 동작 52에서, 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호에 기반하여 맥박수 위험도, 부정맥 위험도, 혈당 위험도, 피부습도 위험도, 가속도 및 자이로를 각각 산출할 수 있다.
구체적으로, 모니터링 장치(100)는 생체신호 및 하기 수학식 5에 따라 맥박수 위험도(E1)를 산출할 수 있다. 초기 정상 값에 해당하는 정상 맥박수 Bnormal은 샘플의 총 합계와 샘플 개수에 따라 정해질 수 있으며, 정상 맥박수와 현재 맥박수를 이용하여 E1을 계산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020078118809-pat00010
Figure 112020078118809-pat00011
여기서, Bnormal은 정상 맥박수이고, Bnow는 현재 맥박수이다.
예를 들어, 현재 맥박수가 정상 맥박수의 3배 초과이거나 1/3 배 미만인 경우 E1 = 1 이며, 개인 상태가 위험이라고 판단할 수 있다. 이와 달리 현재 맥박수가 정상 맥박수의 1/3 배 이상 3배 미만인 경우 E1 = 0 이며 개인 상태가 정상이라고 판단할 수 있다.
이어서, 모니터링 장치(100)는 생체 신호 및 하기 수학식 6에 따라 부정맥 위험도(E2)를 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020078118809-pat00012
여기서, TECG는 심박수 주기이고, Tpulse는 맥박 주기이다.
예를 들어, 모니터링 장치(100)는 심전도 주기와 맥박 주기가 불일치 할 경우 부정맥으로 판단할 수 있다. 즉, 심전도 주기가 맥박 주기의 1.1배 또는 맥박 주기가 심전도 주기의 1.1배 초과일 경우 E2 = 1이며, 개인 상태가 위험이라고 판단할 수 있으며, 이외에는 E2 = 0 이며 개인 상태가 정상이라고 판단할 수 있다.
이어서, 모니터링 장치(100)는 생체 신호 및 하기 수학식 7 및 하기 표 2에 따라 혈당 위험도(E3)를 산출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020078118809-pat00013
여기서, Bsugar는 혈당이다.
[표2]
Figure 112020078118809-pat00014
예를 들어, 저혈당 쇼크는 평소 E3 = 0 이며 혈당이 60 미만일 경우 E3 = 3일 수 있다. 또한, 정상인은 평소 E3 = 0 이며 식후 E3 = 1 -> E3 = 0으로 복귀할 수 있다. 또한, 당뇨 전 단계는 평소 E3 = 0 이며 식후 E3 = 2 -> E3 = 1 -> E3 = 0으로 복귀할 수 있다. 또한, 당뇨병 환자는 평소 E3 = 1 이며 식후 E3 = 2 -> E3 = 1로 복귀할 수 있다.
이어서, 모니터링 장치(100)는 외부 습한 환경 혹은 신체 내부 이상으로 피부의 땀이 많이 배출된 상황에 E4 = 1로 출력할 수 있다.
이어서, 모니터링 장치(100)는 하기 수학식 12에 따라 가속도 값(A')과 자이로 값(G')을 산출할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112020078118809-pat00015
Figure 112020078118809-pat00016
일 실시 예에서, 모니터링 장치(100)는 동작 53에서, 맥박수 위험도, 부정맥 위험도, 혈당 위험도, 피부습도 위험도, 가속도 및 자이로에 기반하여 개인 상태 위험도(Q)를 산출할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(100)는 하기 수학식 4에 따라 개인 상태 위험도(Q)를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020078118809-pat00017
여기서, E1은 맥박수 위험도이고, E2는 부정맥 위험도이고, E3은 혈당 위험도이고, E4는 피부습도 위험도이고, A'는 가속도이고, G'는 자이로이다.
예컨대, 모니터링 장치(100)는 가속도 A' 또는 G' 값이 1 미만이면 움직임이 없다고 판단할 수 있으며, 이상 감지가 없거나 신체 움직임이 있다면 위급 상황이 아니라고 판단(Q = 0 )할 수 있으며, E1, E2, E4 중에서 이상 감지가 1개 이상 된 상태로 움직임 변화가 없다면 위급 상황(Q = 1 )으로 판단할 수 있으며, E3 =3 이면 저혈당 쇼크 발생(Q = 1 )으로 판단할 수 있으며, 두 가지 상황이 동시에 발생(Q = 2 )하면 위급 상태로 단계를 격상할 수 있다. 즉, Q = 1 이면 위급 상황으로 판단하고, Q = 2 이면 위급 상태 단계로 격상할 수 있다.
따라서, 본 발명은 개인 상태 위험도(Q) 및 방대한 양의 센서 데이터 스트림을 이용하여 손쉽고 정확하게 개인 상태를 파악할 수 있다.
일 실시 예에서, 모니터링 장치(200)는 동작 54에서, 개인 상태 위험도에 기반하여 개인 또는 관리자에게 지정된 기능을 제공할 수 있다. 개인이 위험한 상태라고 판단될 경우, 알람을 제공하고 이벤트 내용을 공유할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 개인의 상태를 모니터링하는 시스템은, 상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및 상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 이산 푸리에 변환을 적용하여 복수의 주파수 성분들(w)을 획득하고, 하기 수학식 1로 표현되는 임계 값(δ)과 하기 수학식 2에 따라 산출되는 특이 주파수 성분들(wi)을 획득하고, 상기 특이 주파수 성분들의 원소의 수(n(wi)) 및 하기 수학식 3을 이용하여 개인 상태 위험도(f(i))를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도의 값이 1에 가까울수록 상기 개인의 상태가 위험한 상태라고 판단할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 장치는 개인의 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 센서; 개인의 맥박을 측정하기 위한 맥박 센서; 개인의 혈당량을 측정하기 위한 혈당량 센서; 개인의 피부습도를 측정하기 위한 피부 센서; 개인의 움직임에 따른 가속도 측정을 위한 가속도 센서; 개인의 움직임에 따른 회전운동 신호 측정을 위한 자이로스코프; 및 상기 심전도 센서, 상기 맥박 센서, 상기 혈당량 센서, 상기 피부 센서, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 상기 모니링 장치로 송신하는 통신부;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 장치는 상기 개인의 신체에 부착되며, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도(f(i))에 대응하는 알람을 출력하며, 개인 상태 모니터링 데이터를 저장하며 상기 개인 상태 모니터링 데이터를 외부 장치에 제공하는 관리 서버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 개인의 상태를 모니터링하는 시스템은 상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및 상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고, 상기 모니터링 장치는, 상기 생체 신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 기반하여 개인 상태 위험도(Q)를 하기 수학식 4에 따라 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 장치는 개인의 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 센서; 개인의 맥박을 측정하기 위한 맥박 센서; 개인의 혈당량을 측정하기 위한 혈당량 센서; 개인의 피부습도를 측정하기 위한 피부 센서; 개인의 움직임에 따른 가속도 측정을 위한 가속도 센서; 개인의 움직임에 따른 회전운동 신호 측정을 위한 자이로스코프; 및 상기 심전도 센서, 상기 맥박 센서, 상기 혈당량 센서, 상기 피부 센서, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 상기 모니터링 장치로 송신하는 통신부;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 5에 따라 상기 맥박수 위험도(E1)를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 6에 따라 상기 부정맥 위험도(E2)를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 7에 따라 상기 혈당 위험도(E3)를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 장치는 상기 개인의 신체에 부착되며, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도(f(i))에 대응하는 알람을 출력하며, 개인 상태 모니터링 데이터를 저장하며 상기 개인 상태 모니터링 데이터를 외부 장치에 제공하는 관리 서버를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 개인 상태 모니터링 시스템
100: 모니터링 장치
200: 웨어러블 장치
300: 관리 서버

Claims (10)

  1. 개인의 상태를 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및
    상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 이산 푸리에 변환을 적용하여 복수의 주파수 성분들을 결정하고,
    특이 주파수 성분들의 원소의 수를 이용하여 개인 상태 위험도를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도의 값이 1에 가까울수록 상기 개인의 상태가 위험한 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨어러블 장치는
    개인의 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 센서;
    개인의 맥박을 측정하기 위한 맥박 센서;
    개인의 혈당량을 측정하기 위한 혈당량 센서;
    개인의 피부습도를 측정하기 위한 피부 센서;
    개인의 움직임에 따른 가속도 측정을 위한 가속도 센서;
    개인의 움직임에 따른 회전운동 신호 측정을 위한 자이로스코프; 및
    상기 심전도 센서, 상기 맥박 센서, 상기 혈당량 센서, 상기 피부 센서, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 상기 모니터링 장치로 송신하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웨어러블 장치는 상기 개인의 신체에 부착되며, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도에 대응하는 알람을 출력하며,
    개인 상태 모니터링 데이터를 저장하며 상기 개인 상태 모니터링 데이터를 외부 장치에 제공하는 관리 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
  5. 개인의 상태를 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 개인의 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 측정하고 상기 측정된 생체신호를 외부로 송신하는 웨어러블 장치; 및
    상기 웨어러블 장치에서 송신된 상기 생체신호 및 상기 움직임에 관한 신호를 수신 및 처리하여 상기 개인의 상태를 검출하는 모니터링 장치;를 포함하고,
    상기 모니터링 장치는, 상기 생체 신호 및 상기 움직임에 관한 신호에 기반하여 맥박수 위험도, 부정맥 위험도, 혈당 위험도, 및 피부습도 위험도를 결정한 후, 개인 상태 위험도(Q)를 하기 수학식 4에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 개인 상태 모니터링 시스템.
    [수학식 4]
    Figure 112022082995595-pat00021

    여기서, E1은 상기 맥박수 위험도이고, E2는 상기 부정맥 위험도이고, E3은 상기 혈당 위험도이고, E4는 상기 피부습도 위험도로 값은 1이고, A'는 가속도 값이고, G'는 자이로 값이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 웨어러블 장치는
    개인의 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 센서;
    개인의 맥박을 측정하기 위한 맥박 센서;
    개인의 혈당량을 측정하기 위한 혈당량 센서;
    개인의 피부습도를 측정하기 위한 피부 센서;
    개인의 움직임에 따른 가속도 측정을 위한 가속도 센서;
    개인의 움직임에 따른 회전운동 신호 측정을 위한 자이로스코프; 및
    상기 심전도 센서, 상기 맥박 센서, 상기 혈당량 센서, 상기 피부 센서, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정된 생체신호 및 움직임에 관한 신호를 상기 모니터링 장치로 송신하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 5에 따라 상기 맥박수 위험도(E1)를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
    [수학식 5]
    Figure 112020078118809-pat00022

    Figure 112020078118809-pat00023

    여기서, Bnormal은 정상 맥박수이고, Bnow는 현재 맥박수이다.
  8. 제5항에 있어서, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 6에 따라 상기 부정맥 위험도(E2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
    [수학식 6]
    Figure 112020078118809-pat00024

    여기서, TECG는 심박수 주기이고, Tpulse는 맥박 주기이다.
  9. 제5항에 있어서, 모니터링 장치는 상기 생체 신호 및 하기 수학식 7에 따라 상기 혈당 위험도(E3)를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
    [수학식 7]
    Figure 112020078118809-pat00025

    여기서, Bsugar는 혈당이다.
  10. 제5항에 있어서, 상기 웨어러블 장치는 상기 개인의 신체에 부착되며, 상기 모니터링 장치는 상기 개인 상태 위험도에 대응하는 알람을 출력하며,
    개인 상태 모니터링 데이터를 저장하며 상기 개인 상태 모니터링 데이터를 외부 장치에 제공하는 관리 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호를 이용한 개인 상태 모니터링 시스템.
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