KR102532812B1 - Companion animal emergency situation monitoring system using photoplethysmography and operation method thereof - Google Patents
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광용적맥파를 이용한 반려동물 응급상황 모니터링 시스템 및 이의 동작 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템은, 상기 반려동물의 피부를 향해 자외선 및 적외선을 발광하는 발광부; 상기 반려동물의 피부를 통과한 자외선 및 적외선을 수광하는 수광부; 상기 수광부에 의해 수광된 자외선 및 적외선에 대한 데이터화를 수행하는 데이터화 수행부; 및 상기 데이터화 수행부에 의해 생성된 데이터를 데이터 처리 장치로 전송하는 통신부를 포함하는 웨어러블 디바이스와, 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 수광된 자외선이 산소와 결합하지 않은 상태의 헤모글로빈(Hb)에 대한 흡광도와, 수광된 적외선이 산소와 결합한 상태의 헤모글로빈(HbO2)에 대한 흡광도를 계산하고 계산된 값을 토대로 산소포화도를 계산하는 산소포화도 추출부; 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 상기 반려동물의 혈류량을 계산하고 계산된 혈류량을 기초로 심박수를 계산하는 심박수 추출부; 및 상기 산소포화도 처리부에 의해 계산된 산소포화도 또는 상기 심박수 추출부에 의해 계산된 심박수를 기초로, 상기 반려동물의 응급상황 여부를 판단하는 응급상황 판단부를 포함하는 데이터 분석 장치;를 적어도 포함하는 형태로 구성될 수 있다.Companion animal emergency monitoring system using photoplethysmogram and its operating method are disclosed. Companion animal emergency monitoring system according to an embodiment of the present invention includes a light emitting unit that emits ultraviolet rays and infrared rays toward the skin of the companion animal; a light receiving unit that receives ultraviolet and infrared rays that have passed through the companion animal's skin; a data converting unit that converts the ultraviolet rays and infrared rays received by the light receiving unit into data; and a wearable device including a communication unit for transmitting the data generated by the data conversion unit to a data processing device, and based on the data received from the wearable device, hemoglobin (Hb) in a state in which the received ultraviolet light is not combined with oxygen Oxygen saturation extraction unit for calculating absorbance for ) and absorbance for hemoglobin (HbO 2 ) in a state in which the received infrared light is combined with oxygen, and calculating oxygen saturation based on the calculated value; a heart rate extractor configured to calculate a blood flow of the companion animal based on data received from the wearable device and a heart rate based on the calculated blood flow; and a data analysis device including an emergency determination unit for determining whether or not the companion animal is in an emergency situation based on the oxygen saturation calculated by the oxygen saturation processing unit or the heart rate calculated by the heart rate extractor. may consist of
Description
본 발명의 다양한 실시예는 광용적맥파를 이용하여 반려동물의 산소포화도 및 맥박수를 측정하고 이를 기반으로 반려동물이 응급상황에 처하였는지 여부를 모니터링하는 기술에 대한 것이다.Various embodiments of the present invention relate to a technique for measuring oxygen saturation and pulse rate of a companion animal using photoplethysmography and monitoring whether the companion animal is in an emergency situation based on the measured oxygen saturation and pulse rate.
반려동물 시장이 급성장하면서, 반려동물 질환이 발견되는 숫자도 함께 증가하고 있다. 반려동물 질환의 발병은 보호자의 경제적, 정서적 부담으로 연결되고 있다. 이와 같은 부담 때문에 국내 유기견은 연간 12만 마리 정도가 발생하고 있으며, 반려견을 보호하기 위해 일상생활을 포기하고 막대한 시간적, 물질적 자원을 소비하는 보호자들 또한 존재한다.As the companion animal market grows rapidly, the number of companion animal diseases is also increasing. The occurrence of companion animal diseases is linked to the economic and emotional burden of guardians. Because of this burden, there are about 120,000 abandoned dogs in Korea every year, and there are also guardians who give up their daily lives and consume huge amounts of time and material resources to protect their companion dogs.
다만, 반려동물이 질환을 보유하고 있는 경우 가정내에서 보호하는 경우에 폐사의 위험성이 있으며, 동물 병원 내에서도 진료시간 이후에는 반려동물들의 관리가 철저하게 이루어지지 못해 폐사의 위험성이 있다.However, if the companion animal has a disease, there is a risk of mortality if the companion animal is protected at home, and there is a risk of death because the companion animal is not thoroughly managed after treatment hours even in the veterinary hospital.
따라서, 반려동물이 가정 내에서 보살핌을 받는 경우나 병원 내에서 관리되는 경우를 가리지 않고, 반려동물의 응급상황을 모니터닝하는 시스템이 필요한 실정이었다.Accordingly, there is a need for a system for monitoring an emergency situation of a companion animal regardless of whether the companion animal is taken care of at home or managed in a hospital.
기존의 모니터링 시스템을 살펴보면, 심전도(ECG) 방식의 경우 반려동물에게 심전도 측정을 위한 전극을 부착하기 위해서는 부착하는 부위의 제모가 필요하였으며, 반려동물이 움직이는 경우 전극이 떨어지기 때문에 반려동물이 움직이지 않는 코마 상태 등에서만 활용이 가능한 단점이 존재하였다. 또한, EFMi 센서를 이용한 무구속 방식으로 측정되는 BCG 방식에 있어서도, 센서가 반려동물의 신체에 접촉하기 위해서는 반려동물이 웨어러블 디바이스 등을 착용하여야 했으며, 반려동물이 움직이는 경우 측정이 어려운 단점이 동일하게 존재하였다.Looking at the existing monitoring system, in the case of the electrocardiogram (ECG) method, in order to attach electrodes for electrocardiogram measurement to a companion animal, hair removal was required at the attachment site, and when the companion animal moved, the electrodes fell off, so the companion animal did not move. There was a disadvantage that it could be used only in a coma state, etc. In addition, even in the BCG method, which is measured in an unconstrained manner using the EFMi sensor, the companion animal had to wear a wearable device in order for the sensor to contact the companion animal's body, and the disadvantages of being difficult to measure when the companion animal is moving are the same existed.
따라서, 반려동물이 움직이는 상황에서도 응급 상황을 감지할 수 있으며, 응급 상황을 보다 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 시스템의 개발이 필요한 실정이었다.Therefore, it is necessary to develop a system capable of detecting an emergency situation even when a companion animal is moving and more accurately and quickly identifying an emergency situation.
본 발명의 다양한 실시예는 반려동물에 대한 응급상황을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템을 제공하고하는 것을 그 목적으로 한다.An object of various embodiments of the present invention is to provide a system capable of monitoring an emergency situation for a companion animal in real time.
본 발명의 다양한 실시예는 광용적맥파를 이용하여 반려동물의 산소포화도 및 맥박수를 측정하는 웨어러블 디바이스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of various embodiments of the present invention is to provide a wearable device that measures the oxygen saturation and pulse rate of a companion animal using a photoplethysmogram.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따르면, 반려동물의 맥박 및 산소포화도를 측정하고 응급상황을 모니터링하는 시스템에 있어서, 상기 반려동물의 피부를 향해 자외선 및 적외선을 발광하는 발광부; 상기 반려동물의 피부를 통과한 자외선 및 적외선을 수광하는 수광부; 상기 수광부에 의해 수광된 자외선 및 적외선에 대한 데이터화를 수행하는 데이터화 수행부; 및 상기 데이터화 수행부에 의해 생성된 데이터를 데이터 처리 장치로 전송하는 통신부를 포함하는 웨어러블 디바이스와, 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 수광된 자외선이 산소와 결합하지 않은 상태의 헤모글로빈(Hb)에 대한 흡광도와, 수광된 적외선이 산소와 결합한 상태의 헤모글로빈(HbO2)에 대한 흡광도를 계산하고 계산된 값을 토대로 산소포화도를 계산하는 산소포화도 추출부; 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 상기 반려동물의 혈류량을 계산하고 계산된 혈류량을 기초로 심박수를 계산하는 심박수 추출부; 및 상기 산소포화도 처리부에 의해 계산된 산소포화도 또는 상기 심박수 추출부에 의해 계산된 심박수를 기초로, 상기 반려동물의 응급상황 여부를 판단하는 응급상황 판단부를 포함하는 데이터 분석 장치;를 적어도 포함하는 형태로 구성되는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템이 개시될 수 있다.According to one of the various embodiments of the present invention for solving the above problems, in the system for measuring the pulse and oxygen saturation of a companion animal and monitoring an emergency situation, emitting ultraviolet and infrared rays toward the skin of the companion animal light emitting part; a light receiving unit that receives ultraviolet and infrared rays that have passed through the companion animal's skin; a data converting unit that converts the ultraviolet rays and infrared rays received by the light receiving unit into data; and a wearable device including a communication unit for transmitting the data generated by the data conversion unit to a data processing device, and based on the data received from the wearable device, hemoglobin (Hb) in a state in which the received ultraviolet light is not combined with oxygen Oxygen saturation extraction unit for calculating absorbance for ) and absorbance for hemoglobin (HbO 2 ) in a state in which the received infrared light is combined with oxygen, and calculating oxygen saturation based on the calculated value; a heart rate extractor configured to calculate a blood flow of the companion animal based on data received from the wearable device and a heart rate based on the calculated blood flow; and a data analysis device including an emergency determination unit for determining whether or not the companion animal is in an emergency situation based on the oxygen saturation calculated by the oxygen saturation processing unit or the heart rate calculated by the heart rate extractor. Consisting of, the companion animal emergency monitoring system may be initiated.
상기 웨어러블 디바이스는 상기 반려동물의 피부의 양 측면에서 피부쪽 방향 또는 피부쪽 방향과 반대 방향으로 움직임이 조절될 수 있는 집게형상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.The wearable device may be characterized in that it is formed of a tong shape capable of adjusting movement in a direction toward the skin or in a direction opposite to the direction toward the skin on both sides of the skin of the companion animal.
상기 데이터 분석 장치는, PPG필터를 통해 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터의 웨이블릿 변환을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.The data analysis apparatus may perform wavelet transformation on data received from the wearable device through a PPG filter.
상기 심박수 추출부는, 혈류량 데이터를 기초로 심박수를 계산함에 있어, 혈류량 데이터를 상대값으로 변환하는 제1 단계; 상기 제1 단계를 통해 변환된 데이터의 정규화를 수행하는 제2 단계; 상기 제2 단계를 통해 정규화된 데이터의 최대값과 최소값을 검출하는 제3 단계; 및 상기 제3 단계를 통해 검출된 최소값과 최대값을 기초로 심박수를 계산하는 제4단계를 통해 심박수를 계산할 수 있다.A first step of converting the blood flow data into a relative value when the heart rate extractor calculates the heart rate based on the blood flow data; a second step of normalizing the data converted through the first step; a third step of detecting the maximum and minimum values of the data normalized through the second step; and the heart rate may be calculated through a fourth step of calculating the heart rate based on the minimum and maximum values detected through the third step.
상기 응급상황 판단부는, 인공지능(AI) 기술을 통해 상기 반려동물의 응급상황을 판단하며, 응급상황 판단 과정에서, 상기 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터 및 상기 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터를 활용하는 것을 특징으로 할 수 있다.The emergency determination unit determines the emergency situation of the companion animal through artificial intelligence (AI) technology, and in the process of determining the emergency situation, the feature vector for the basic information of the companion animal and the characteristics of the biometric information of the companion animal It may be characterized by using a vector.
상기 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터는, 품종, 월령, 체중, 성별, 혈액형 또는 동물 아이디에 대한 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The feature vector for the basic information of the companion animal may include at least one of breed, age, weight, sex, blood type, or animal ID data.
상기 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터는, 자외선 흡광도, 적외선 흡광도, 산소포화도, 심박그래프, 호흡기능 또는 심박수에 대한 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The feature vector for the biometric information of the companion animal may include at least one of ultraviolet absorbance, infrared absorbance, oxygen saturation, heart rate graph, respiratory function, or heart rate data.
상기 인공지능 기술은, RNN(Recurrent neural network) 인공지능 모델을 통해 구현되는 것이며, 상기 RNN 인공지능 모델이 활용하는 인공지능 학습용 데이터 세트를 구축하는 과정에서, 상기 학습용 데이터 세트 구축을 위해 수집되는 데이터는 품종, 월령, 성별, 체중, 최저 심박수, 최고 심박수, 최저 호흡수, 최고 호흡수, 산소포화도, 병력, 담당 수의사 또는 동물 아이디 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The artificial intelligence technology is implemented through a recurrent neural network (RNN) artificial intelligence model, and in the process of constructing an artificial intelligence training data set used by the RNN artificial intelligence model, data collected to build the training data set. may include at least one of breed, age, gender, weight, lowest heart rate, highest heart rate, lowest respiratory rate, highest respiratory rate, oxygen saturation, medical history, veterinarian in charge, or animal ID.
상기 응급상황 판단부는, 상기 반려동물의 담당 수의사에 의해 입력된 맥박수의 상한값과 하한값을 수집하고, 상기 반려동물의 맥박수가 담당 수의사에 의해 설정된 상한값보다 높아지거나 하한값보다 낮아지는 경우 또는 상기 반려동물의 맥박수가 인공지능 기술을 통해 맥박수와 관련되어 설정된 응급상황 상황에 해당하는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있다.The emergency determination unit collects the upper and lower limit values of the pulse rate input by the veterinarian in charge of the companion animal, and when the pulse rate of the companion animal is higher than the upper limit value or lower than the lower limit value set by the veterinarian in charge of the companion animal, or A case in which the pulse rate corresponds to an emergency situation set in relation to the pulse rate through artificial intelligence technology may be determined as an emergency situation.
상기 응급상황 판단부는, 상기 반려동물의 산소포화도가 인공지능 기술에 의해 상기 반려동물에 대해 설정된 산소포화도보다 낮아지는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있다.The emergency determination unit may determine an emergency when the oxygen saturation of the companion animal is lower than the oxygen saturation set for the companion animal by artificial intelligence technology.
상기 응급상황 판단부는, 상기 반려동물의 생체 정보와 GCS(Glasgow Coma Score) 지표 간의 상관관계를 계산하고 이를 토대로 응급상황에 대한 판단을 수행할 수 있다.The emergency determination unit may calculate a correlation between the biometric information of the companion animal and a Glasgow Coma Score (GCS) index, and determine an emergency situation based on the calculated correlation.
본 발명의 실시예에 따르면, 광용적맥파가 활용되어 반려동물의 생체 정보가 실시간으로 수집되어 응급상황에 신속하게 대비할 수 있으며, 반려동물이 움직이는 상황에서도 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, biometric information of a companion animal can be collected in real time by utilizing photoplethysmography, so that emergency situations can be quickly prepared, and a wearable device that can be worn even when the companion animal is moving can be provided. .
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템이 동작하는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스가 구현될 수 있는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 회로 구조를 나타내는 블록 다이어어그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템의 구성도를 간략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템 내에서 구축되는 생체신호에 대한 데이터베이스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPG 필터가 웨이블릿 변환을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치가 심박수 추출 알고리즘을 통해 심박수를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치가 반려동물의 생체 정보와 GCS 지표 간의 상관관계를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템이 반려동물의 생체 정보를 획득하고 이를 토대로 응급상황에 대한 알림을 수행하는 전체 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram schematically illustrating an environment in which a companion animal emergency monitoring system according to an embodiment of the present invention operates.
2 is a diagram for explaining a method in which a wearable device according to an embodiment of the present invention can be implemented.
3 is a block diagram illustrating a circuit structure of a wearable device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically showing the configuration of a companion animal emergency monitoring system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example of a database for bio-signals built in the companion animal emergency monitoring system according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a process in which a PPG filter performs wavelet transform according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a process of calculating a heart rate by a data analysis device according to an embodiment of the present invention through a heart rate extraction algorithm.
8 is a diagram for explaining a process of calculating a correlation between biometric information of a companion animal and a GCS index by a data analysis device according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an entire process in which the companion animal emergency monitoring system acquires biometric information of a companion animal and performs emergency notification based on the obtained biometric information according to an embodiment of the present invention.
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. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements. Like reference numerals throughout the specification refer to like elements, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited elements. Although "first", "second", etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first element mentioned below may also be the second element within the technical spirit of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
광용적맥파(PPG: PHOTOPLETHYSMOGRAPHY)는 빛을 활용하여 맥박 및 생체 정보를 측정하는 기술을 의미할 수 있다.Photoplethysmography (PPG: PHOTOPLETHYSMOGRAPHY) may refer to a technology for measuring a pulse rate and biometric information using light.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)이 동작하는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating an environment in which a companion animal
도 1을 참조하면, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템은 웨어러블 디바이스(100) 및 데이터 분석 장치(200)를 적어도 포함하는 형태로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the companion animal emergency monitoring system may be configured to include at least a
일 실시예에 따르면, 도 1에는 도시되지 않았지만 반려동물 응급상황 모니터링 시스템을 활용하는 사용자의 사용자 단말기, 관리자의 관리자 단말기, 기타 외부 서버 등이 반려동물 응급상황 모니터링 시스템 내에 포함되거나, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템 내의 구성들과 통신할 수 있다.According to an embodiment, although not shown in FIG. 1, a user terminal of a user utilizing the companion animal emergency monitoring system, an administrator terminal of a manager, and other external servers are included in the companion animal emergency monitoring system, or a companion animal emergency Communicate with components within the monitoring system.
웨어러블 디바이스(100)는 응급상황 모니터링의 대상이 되는 반려동물에 장착되어 해당 반려동물의 신체 정보를 수집하는 역할을 수행할 수 있다.The
일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)는 응급상황 모니터링의 대상이 되는 반려동물의 귀 부위에 장착될 수 있으나, 웨어러블 디바이스(100)가 장착될 수 있는 부위는 이에 제한되지는 않는다.The
본 발명의 웨어러블 디바이스(100)는 반려동물의 산소포화도, 혈류량, 심박수 등을 측정하는데 필요한 기초 데이터를 수집하는 역할을 수행할 수 있으며, 측정한 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다.The
데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 기초 데이터를 수집하여 이를 기초로 측정 대상이 된 반려동물의 산소포화도, 혈류량 및 심박수를 계산할 수 있고 이와 같은 계산을 실시간으로 수행하며 반려동물의 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 데이터 분석 장치(200)는 반려동물의 산소포화도, 혈류량, 심박수 등과 같은 생체 정보를 토대로 측정 대상인 반려동물이 위급한 상황, 즉 응급상황에 처하였는지를 판단하고 응급상황이라고 판단될 경우에는 이에 대한 정보를 반려동물의 반려인 또는 병원 등의 관리자에게 전송할 수 있다.The
웨어러블 디바이스(100)는 발광부(110), 수광부(120), 데이터화 수행부(130), 통신부(140), 저장부(150) 및 제어부(160)로 구성될 수 있다.The
발광부(110)는 측정 대상이 되는 반려동물의 피부를 향해 자외선과 적외선을 발광할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 발광부(110)는 자외선을 발광하는 자외선 LED와, 적외선을 발광하는 적외선 LED를 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 반려동물이 웨어러블 디바이스(100)를 착용하였을 경우에 측정을 원하는 부위에 발광부(110)가 발광을 할 수 있도록 웨어러블 디바이스(100) 상의 특정 위치에 배치될 수 있다.The
수광부(120)는 반려동물의 피부를 통과한 후의 자외선 및 적외선을 수광할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수광부(120)는 포토 커플러(Photo Coupler)의 형태로 구성될 수 있다.The light receiving
데이터화 수행부(130)는 수광부(120)에 의해 수광된 자외선 및 적외선 신호에 대한 데이터화를 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터화 수행부(130)는 아날로그 형태로 수집되는 자외선 및 적외선 신호에 대한 디지털화를 수행할 수 있다.The
통신부(140)는 데이터화 수행부(130)에 의해 생성된 데이터, 즉 수광된 자외선 신호 및 적외선 신호에 대한 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다.The
즉, 통신부(140)는 웨어러블 디바이스(100)가 데이터 분석 장치(200) 및 기타 외부 장치와의 통신을 수행할 수 있도록 한다. 통신부(140)가 통신을 수행하기 위해서 사용하는 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구현될 수 있다.That is, the
일 실시예에 따르면, 통신부(140)는 저전력 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy) 기술을 활용하여 데이터 분석 장치(200), 사용자 단말기, 서버 등과의 통신을 수행할 수 있으며, 이와 달리 WiFi(Wireless Fidelity) 기술을 활용하여 데이터 분석 장치(200), 사용자 단말기, 서버 등과의 통신을 수행할 수도 있다.According to an embodiment, the
저장부(150)는 웨어러블 디바이스(100)가 수신한 자외선 신호 및 적외선 신호에 대한 데이터 및 웨어러블 디바이스(100)의 동작에 필요한 각종 정보를 저장할 수 있다. 저장부(150)는 예를 들어, 메모리(memory), 캐시(cash), 버퍼(buffer) 등을 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면 저장부(150)는 Micro SD 카드와 같은 형태로 구성될 수도 있다.The
제어부(160)는 웨어러블 디바이스(100) 내의 다른 구성 요소들을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제어부(160)는 마이크로컨트롤러가 탑재된 보드 형태로 구성될 수 있으며, 임베디드 시스템을 제어하기 위한 운영체제가 탑재되어 동작할 수 있다.The controller 160 may play a role of controlling other elements within the
데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터를 기초로 데이터 분석 및 모니터링을 수행하고 측정대상이 되는 반려동물이 응급상황에 처하였는지 여부를 판단하는 역할을 수행할 수 있다.The
이와 같은 데이터 분석 장치(200)는 다양한 형태의 전자기기로 구성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 분석 장치(200)는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC, 등과 같이 네트워크를 통하여 웹 서버와 연결될 수 있는 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있으며, 개인용 컴퓨터(예를 들어, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등), 워크스테이션, PDA, 웹 패드 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기 중 하나일 수도 있다. 또한, 데이터 분석 장치(200)는 컴퓨팅 능력을 보유하고 있는 서버와 같은 장치로도 구성될 수 있다.Such a
데이터 분석 장치(200)는 산소포화도 추출부(210), 심박수 추출부(220), 응급상황 판단부(230), 인공지능 모델부(240), 통신부(250), 저장부(260) 및 제어부(270)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.The
산소포화도 추출부(210)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터, 즉 반려동물의 피부를 통과한 자외선 신호 및 적외선 신호에 대한 데이터를 기반으로, 수광된 자외선이 산소와 결합하지 않은 상태의 헤모글로빈(Hb)에 대한 흡광도와, 수광된 적외선이 산소와 결합한 상태의 헤모글로빈(HbO2)에 대한 흡광도를 계산하고, 계산된 흡광도를 토대로 산소포화도를 계산할 수 있다.The oxygen
산소포화도는 체내의 혈액에 포함되어 있는 전체 헤모글로빈의 양 중에서, 산소와 결합된 헤모글로빈의 양이 차지하는 비율을 백분율로 나타낸 것으로, 폐를 통해서 공급된 산소가 심장에서 대동맥으로 분출되는 혈액에 충분하게 포함되어 있는지를 나타내는 지표일 수 있다.Oxygen saturation is the ratio of the amount of hemoglobin combined with oxygen to the total amount of hemoglobin contained in the blood in the body as a percentage. It may be an indicator of whether
심박수 추출부(220)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터를 기초로 반려동물의 혈류량을 계산하고 계산된 혈류량을 기초로 심박수를 계산할 수 있다. The
일 실시예에 따르면, 심박수 추출부(220)는 산소포화도 추출부(210)가 산출하는 데이터를 활용할 수 있다. 반려동물의 심장은 대동맥으로 혈액을 공급하는 과정에서 수축과 이완을 반복하게 되는데 이로 인해 혈액에 파동이 발생하고 이는 혈류량의 변화로 이어질 수 있다. 심박수 추출부(220)는 산소포화도의 변화를 바탕으로 혈류량의 변동을 파형으로 측정할 수 있다. 이와 같이 혈류량에 대한 파형은 맥박 그래프로 도출될 수 있으며, 심박수 추출부(220)는 맥박 그래프의 분석을 통해서 맥박수를 측정할 수 있다.According to an embodiment, the
심박수 추출부(220)는 혈류량에 대한 데이터를 기초로 반려동물의 심박수를 계산함에 있어, 다음와 같은 4가지 단계를 통해 계산을 수행할 수 있다. 즉, 심박수 추출부(220)는 혈류량 데이터를 상대적인 값으로 변환하는 제1 단계, 제1 단계를 통해 변환된 데이터의 정규화를 수행하는 제2 단계, 제2 단게를 통해 정규화된 데이터의 최대값과 최소값을 검출하는 제3단계 및 제3 단계를 통해 검출된 최소값과 최대값을 기초로 심박수를 계산하는 제4 단계를 거침으로써 반려동물의 심박수를 계산할 수 있다.The
데이터 분석 장치(200)의 산소포화도 추출부(210) 및 심박수 추출부(220)는 다양한 형태의 전자회로로 구성될 수 있는데, 이와 같은 전자 회로에는 광용적맥파(PPG: photoplethysmography)를 활용하기 위한 PPG필터가 포함될 수 있으며, PPG 필터는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터에 대한 웨이블릿 변환을 수행하여 데이터를 분석하기 좋은 형태로 변환시킬 수 있다.The oxygen
응급상황 판단부(230)는 산소포화도 추출부(210)에 의해 계산된 산소포화도에 대한 데이터 또는 심박수 추출부(220)에 의해 계산된 심박수를 기초로, 측정 대상이 되는 반려동물이 응급상황에 처하였는지 여부를 판단할 수 있다.The
응급상황 판단부(230)는 인공지능(AI: Artificial Intelligence) 기술을 활용하여 반려동물의 응급상황을 판단할 수 있다. 즉, 빅데이터(Big Data), 기계학습(Machine Learning) 및 딥러닝(Deep Learning)과 같은 기술들이 적용되어 활용될 수 있으며, 그에 따라 데이터 분석 장치(200)는 데이터의 축적에 따라 학습을 수행함으로써 응급상황 판단의 정확도를 계속해서 높일 수 있다. 응급상황 판단부(230)는 후술될 인공지능 모델부(240)와의 연계를 통해 인공지능 기술을 활용할 수 있다.The
응급상황 판단부(230)는 반려동물에 대한 응급상황을 판단하는 과정에서, 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터(Feature Vector) 및 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터(Feature Vector)를 생성하고 이를 활용하여 응급상황 판단을 수행할 수 있다.In the process of determining an emergency situation for a companion animal, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터는, 품종, 월령, 체중, 성별 또는 동물 아이디 중 적어도 하나 이상을 포함하는 형태로 생성될 수 있다. 또한, 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터는, 자외선 흡광도, 적외선 흡광도, 산소포화도, 심박그래프, 호흡기능 또는 심박수에 대한 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함하는 형태로 생성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a feature vector for basic information of a companion animal may be generated in a form including at least one of breed, age, weight, gender, or animal ID. In addition, the feature vector for the biometric information of the companion animal may be generated in a form including at least one of ultraviolet absorbance, infrared absorbance, oxygen saturation, heart rate graph, respiratory function, or heart rate data.
응급상황 판단부(230)는 산소포화도 또는 맥박수를 기초로 반려동물의 응급상황 여부를 판단할 수 있다. The
일 실시예에 따르면, 반려동물의 담당 수의사는 자신이 담당하는 반려동물의 상태를 고려하여 산소포화도 및 맥박수와 관련하여 임계치를 설정할 수 있다. 담당 수의사는 맥박수의 상한값과 하한값 또는 산소포화도의 하한값을 데이터 분석 장치(200)에 전달할 수 있고 이와 같은 수치의 입력은 담당 수의사가 보유하고 있는 관리자 단말기(미도시됨)와 데이터 분석 장치(200)와의 통신을 통해 이루어질 수 있다.According to an embodiment, a veterinarian in charge of a companion animal may set thresholds in relation to oxygen saturation and pulse rate in consideration of the state of the companion animal in charge. The veterinarian in charge may transmit the upper and lower limits of the pulse rate or the lower limit of the oxygen saturation to the
반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)이 동작하는 환경에서, 데이터 분석 장치(200)가 반려동물의 응급상황을 판단하는 방법은 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 맥박수의 경우에는 담당 수의사에 의해 설정된 임계값들과 더불어 인공지능이 설정한 임계값을 통해 응급상황 여부를 판단할 수 있으며, 산소포화도의 경우에는 인공지능이 설정한 임계값만을 통해 응급상황 여부를 판단할 수 있다. 이와 같은 설정은 맥박수와 산소포화도의 특징에서 비롯될 수 있으며, 이와 달리 산소포화도 및 맥박수가 두 수치 모두 담당 수의사에 의해 설정된 임계값만을 토대로 응급상황 여부가 판단되거나, 산소포화도는 담당 수의사에 의해 설정된 임계값과 인공지능이 설정된 임계값을 통해 응급상황 여부가 판단되고 맥박수는 인공지능이 설정된 임계값만을 통해 응급상황 여부가 판단되는 등 다양한 형태의 설정이 가능할 수 있다.In an environment where the companion animal
이와 같은 다양한 형태의 설정 중 하나의 경우의 수를 살펴보면, 응급상황 판단부(230)는 반려동물의 맥박수가 담당 수의사에 의해 설정된 상한값보다 높아지거나 하한값보다 낮아지는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있으며, 반려동물의 맥박수가 인공지능 기술을 통해 설정된 맥박수와 관련된 응급상황에 해당하는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있다.Looking at the number of cases of one of these various types of settings, the
응급상황 판단부(230)는 반려동물의 산소포화도가 인공지능 기술에 의해 측정 대상이 되는 반려동물에 대해 설정된 산소포화도보다 낮아지는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있다.The
응급상황 판단부(230)는 특정한 반려동물에 대해 응급상황이 발생하였다고 판단될 시에, 응급상황에 대한 정보를 반려동물의 반려인 또는 수의사와 같은 관리자에게 전달할 수 있다. 이와 같은 응급상황에 대한 알림 정보는 데이터 분석 장치(200) 또는 이와 연결된 서버가 반려인의 사용자 단말기 또는 수의사의 관리자 단말기와 통신을 수행함으로써 전달될 수 있다.When it is determined that an emergency has occurred with respect to a specific companion animal, the
응급상황 판단부(230)는 응급상황에 대한 알림 정보를 반려인 또는 관리자에게 전송함에 있어, 측정된 생체정보를 함께 전송할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 응급상황 판단부(230)는 반려인에게 전송하는 정보와 관리자에게 전송하는 정보를 상이하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 관리자에게는 모든 생체 정보가 전달되지만 반려인에게는 미리 선택된 한정된 종류의 정보만이 전달될 수 있다.The
본 발명이 일 실시예에 따르면, 응급상황 판단부(230)는 반려동물의 생체 정보가 GCS(Glasgow Coma Score) 지표 간의 상관관계를 계산하고, 계산된 상관관계를 토대로 응급상황에 대한 판단을 수행할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
GSC(Glasgow Coma Score) 지표는 의식 장애의 수준을 나타내는 지표이며, 예를 들어 GCS 지표가 8보다 낮으면 심각한 응급상황을 나타낼 수 있다. 응급상황 판단부(230)는 산소포화도와 맥박수가 GCS 지표와 가지는 상관관계를 토대로 GCS 지표가 특정 점수 이하로 예상되는 경우를 응급상황으로 판단할 수 있다.The Glasgow Coma Score (GSC) index is an index indicating the level of mental disorder, and for example, a GCS index lower than 8 may indicate a serious emergency. The
응급상황 판단부(230)는 산소포화도 및 맥박수 데이터와 더불어, 체온, 호흡수 등과 같은 추가적인 생체 정보를 수집하고 이를 토대로 GCS 지표와 가지는 상관관계를 계산할 수 있다.The
인공지능 모델부(240)는 데이터 분석 장치(200)가 인공지능 기술을 활용함에 있어 어떠한 인공지능 모델을 활용하는지, 선택된 인공지능 모델을 어떠한 방식으로 구현하는지에 대한 처리를 수행할 수 있다. The artificial
본 발명의 일 실시예에 따르면 데이터 분석 장치(200)는 다양한 인공지능 모델 중 RNN(Recurrent Neural Network)을 활용할 수 있으며, 이를 통해 데이터 분석 장치(200)의 지도 학습이 진행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
일 실시예에 따르면, RNN 인공지능 모델은 학습용 데이터 세트를 구축하고 이를 통해 지도 학습을 수행할 수 있으며, 학습용 데이터 세트 구축을 위해 반려동물에 대해 수집되는 데이터는 품종, 월령, 성별, 체중, 최저 심박수, 최고 심박수, 최저 호흡수, 최고 호흡수, 산소포화도, 병력, 담당 수의사 또는 동물 아이디 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the RNN artificial intelligence model can build a learning data set and perform supervised learning through it, and data collected about companion animals to build a learning data set include breed, age, gender, weight, minimum At least one of heart rate, maximum heart rate, minimum respiration rate, maximum respiration rate, oxygen saturation, medical history, veterinarian in charge, or animal ID may be included.
통신부(250)는 데이터 분석 장치(200)가 웨어러블 디바이스(100) 및 기타 외부 장치와의 통신을 수행할 수 있도록 한다. 통신부(250)가 통신을 수행하기 위해서 사용하는 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구현될 수 있다.The
저장부(260)는 데이터 분석 장치(200)가 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 데이터 및 해당 데이터를 기초로 분석을 수행하여 도출한 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(260)는 예를 들어, 메모리(memory), 캐시(cash), 버퍼(buffer) 등을 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면 저장부(260)는 Micro SD 카드와 같은 형태로 구성될 수도 있다.The
제어부(270)는 데이터 분석 장치(200) 내의 다른 구성 요소들을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제어부(270)는 마이크로컨트롤러가 탑재된 보드 형태로 구성될 수 있으며, 임베디드 시스템을 제어하기 위한 운영체제가 탑재되어 동작할 수 있다.The controller 270 may serve to control other components in the
도 1에 도시되지는 않았지만, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)의 동작 환경 내에는 전술된 것과 같이, 반려동물의 반려인이 사용하는 사용자 단말기, 수의사와 같은 관리자가 사용하는 관리자 단말기 및 관리 서버 등이 포함되어 통신을 수행할 수 있다.Although not shown in FIG. 1, as described above, in the operation environment of the companion animal
예를 들어, 관리 서버가 포함되는 경우 복수의 가정 또는 병원 등에서 활용되는 데이터 분석 장치(200)는 관리 서버로 분석 데이터 등을 전송할 수 있으며, 관리 서버는 데이터 관리와 함께 이를 토대로 분석을 수행하여 인공지능 알고리즘을 개선할 수도 있다. 이와 달리, 데이터 분석 장치(200) 자체가 서버의 역할을 함께 수행할 수도 있다.For example, when a management server is included, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)가 구현될 수 있는 방식을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a method in which the
도 2를 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)는 일회용(Disposable)으로 구현될 수도 있으며, 이와 달리 재사용(Reusable) 가능한 형태로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
웨어러블 디바이스(100)는 도 2에서와 같이 집게형상으로 이루어질 수 있으며, 웨어러블 디바이스(100)를 집게로 보았을 때에 다리로 보여지는 두 부분이 각각 반려동물 피부(예를 들어, 귀)의 양 측면에서 피부쪽 방향 또는 피부쪽 방향과 반대 방향으로 움직임이 조절될 수 있는 형태로 구성될 수 있다.The
웨어러블 디바이스(100)가 집게 형상으로 이루어지는 경우 한쪽의 다리에는 발광부(110)가, 반대쪽 다리에는 수광부(120)가 위치할 수 있으며 그에 따라 발광부(110)에서 발광되는 자외선 및 적외선이 반려동물의 피부를 통과하여 수광부(120)에 의해 수광될 수 있다.When the
본 발명의 다른 실시예에 따르면 웨어러블 디바이스(100)는 접착성을 지닌 접착부를 포함하여 이루어질 수 있다. 접착부의 형태는 밴드, 클립, 벨트, 벨크로 등의 다양한 방식으로 한정되지 않고 구성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)의 회로 구조를 나타내는 블록 다이어어그램을 나타낸 도면이다.3 is a block diagram showing the circuit structure of the
도 3을 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)의 회로구조는 복수의 증폭기(Amplifer), 필터(filter) 및 멀티플렉서(multiplexer)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the circuit structure of the
웨어러블 디바이스(100)는 자외선이 측정 대상이 되는 반려동물의 피부를 통과하여 산소와 결합되지 않은 상태의 헤모글로빈(Hb)을 흡광하고, 적외선 또한 측정 대상이 되는 반려동물의 피부를 통과하여 산소와 결합한 상태의 헤모글로빈(HbO2)을 흡광하도록 할 수 있으며, 피부를 통과한 자외선 및 적외선을 포토 커플러(Photo coupler)를 통해 수광할 수 있다.The
이 과정에서, 자외선 신호와 적외선 신호에 대해 PWM(Pulse Width Modulation) 변조가 수행될 수 있다.In this process, PWM (Pulse Width Modulation) modulation may be performed on the ultraviolet signal and the infrared signal.
수광부(120)인 포토 커플러를 통해 수신된 자외선 신호 및 적외선 신호는 증폭기(Op-amp)를 통해서 증폭될 수 있으며, 이후 필터를 통해서 노이즈 필터링이 수행되며 멀티플렉서를 통과하여 웨어러블 디바이스(100)를 제어하는 CPU단으로 입력될 수 있다.The ultraviolet signal and the infrared signal received through the photocoupler, which is the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)의 구성도를 간략적으로 나타낸 도면이다.4 is a diagram schematically showing the configuration of a companion animal
도 4를 참조하면, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)은 크게 4단계의 단계를 통해 동작할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the companion animal
우선적으로, 첫번째 단계는 측정 대상이 되는 반려동물이 착용하는 웨어러블 디바이스(100)를 통해 산소포화도, 맥박, 호흡과 같은 생체 정보를 수집하는 단계이다. 첫번째 단계에서 산소포화도, 맥박, 호흡과 같은 생체 정보는 데이터 분석 장치(200)가 웨어러블 디바이스(100)를 통해 수집한 데이터를 분석하여 생성될 수도 있다.First of all, the first step is a step of collecting biometric information such as oxygen saturation, pulse, and respiration through the
두번째 단계는 각종 데이터를 수집하고 이에 대한 전처리를 수행하는 과정이다. 예를 들어, 품종, 월령, 체중, 성별, 혈액형, 동물 아이디 등과 같은 동물에 대한 기본 정보는 반려동물의 반려인 또는 동물 병원의 수의사와 같은 관리자에 의해 시스템에 입력될 수 있으며, 자외선 흡광도, 적외선 흡광도, 산소포화도, 심박그래프, 호흡기능 또는 심박수에 대한 데이터와 같은 반려동물의 생체 정보는 전술된 웨어러블 디바이스(100) 및 데이터 분석 장치(200)에 의해 획득될 수 있다.The second step is the process of collecting various data and pre-processing them. For example, basic information about animals, such as breed, age, weight, sex, blood type, animal ID, etc., can be entered into the system by a companion animal's owner or a manager such as a veterinarian at a veterinary hospital, and UV absorbance, infrared Biometric information of the companion animal, such as absorbance, oxygen saturation, heart rate graph, respiratory function, or heart rate data, may be acquired by the
두번째 단계에서는 이와 같이 수집된 데이터에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 전처리 과정에서는 데이터 수집 단계에서 습득된 데이터 중 불필요한 데이터를 삭제하고 필요한 데이터만을 특정 형식으로 표준화하여 목표하는 데이터로 변환시킬 수 있다.In the second step, preprocessing may be performed on the collected data. In the pre-processing process, unnecessary data among data obtained in the data collection step can be deleted, and only necessary data can be standardized into a specific format and converted into target data.
두번째 단계에서는 데이터의 재척도화, 노이즈 제거, 표준화, 정규화, 라벨링, 이진화 등이 수행될 수 있다.In the second step, data may be rescaled, denoised, normalized, normalized, labeled, binarized, and the like.
세번째 단계에서는 다양한 오픈 소스 엔진 등을 활용하여 정제된 상태의 데이터를 통해 딥러닝을 수행할 수 있으며, 데이터에 대한 통계 분석이 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 사용되는 오픈 소스는 PostgreSQL, elastic search, cassandra, TensorFlow 등을 포함할 수 있다.In the third step, deep learning can be performed through refined data using various open source engines, etc., and statistical analysis can be performed on the data. According to one embodiment, open sources used may include PostgreSQL, elastic search, cassandra, TensorFlow, and the like.
네번째 단계에서는 딥러닝을 통해 분석된 데이터에 대한 모니터링, 검색, 추가 분석, 관리 등이 수행될 수 있으며 이와 같은 단계를 통해 데이터에 대한 지속적인 관리 및 변형이 이루어질 수 있다.In the fourth step, monitoring, search, additional analysis, management, etc. can be performed on the data analyzed through deep learning, and continuous management and transformation of the data can be performed through this step.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10) 내에서 구축되는 생체신호에 대한 데이터베이스의 예시를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing an example of a database for bio-signals built in the companion animal
도 5를 참조하면, 반려동물 그룹별로 구축된 생체 신호 데이터베이스가 구축된 형태가 예시되어 있다. 도 5에서는 반려동물이 개인 경우가 나타나 있으며, 견종, 체중, 심박수, 병력, 호흡수, 산소포화도가 데이터 내에 포함되어 있다.Referring to FIG. 5 , a form in which a bio-signal database constructed for each companion animal group is constructed is illustrated. 5 shows the case of a companion animal, and the breed, weight, heart rate, medical history, respiratory rate, and oxygen saturation are included in the data.
이와 같이, 본 발명의 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)에서는 반려동물의 품종, 나이 등이 고려되어 그룹이 세분화되고 그룹별 생체 신호가 전술한 데이터 처리 방식 등에 의해 처리됨으로써 그룹별 생체 신호 데이터베이스가 구축될 수 있다.As such, in the companion animal
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPG 필터가 웨이블릿 변환을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a process in which a PPG filter performs wavelet transform according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에 따르면, 데이터 분석 장치(200)의 산소포화도 추출부(210) 및 심박수 추출부(220)는 다양한 형태의 전자회로로 구성될 수 있으며, 이와 같은 전자 회로에는 광용적맥파(PPG)를 활용하기 위한 PPG필터가 포함될 수 있다. 전자회로 및 필터 등은 하드웨어적으로 구현될 수도 있지만, 데이터 분석 장치(200) 내의 CPU와 같은 제어부(270)에 의해 소프트웨어적으로 구현될 수도 있음은 물론이다.According to an embodiment, the oxygen
도 6에서, 스케일링 함수(Scailing function)은 저역 통과 필터로 특정 주파수 대의 전원 노이즈를 제거하는 역할을 수행할 수 있으며, 웨이블릿 함수(Wavelet function)은 고역 통과 필터로 특정 주파수의 대역만을 통과시키는 역할을 수행할 수 있다.In FIG. 6, the scaling function is a low-pass filter to remove power supply noise of a specific frequency band, and the wavelet function is a high-pass filter to pass only a specific frequency band. can be done
일 실시예에 따르면, PPG 필터에 의해 수행되는 웨이블릿 변환은 복수의 레벨로 구성되어 분석 대상이 되는 데이터의 분해를 수행할 수 있다. 도 6에서는 7개의 레벨로 구성된 웨이블릿 분해 과정이 도시되어 있으며, 각각의 레벨에서 도출되는 cD1, cD2, cD3, cD4, cD5, cD6, cD7의 결과물 중 가장 적합한 형태의 데이터가 선택되고 재구성되어 활용될 수 있다.According to an embodiment, the wavelet transform performed by the PPG filter may be composed of a plurality of levels to decompose data to be analyzed. In FIG. 6, the wavelet decomposition process consisting of seven levels is shown, and among the results of cD1, cD2, cD3, cD4, cD5, cD6, and cD7 derived from each level, the most suitable form of data is selected, reconstructed, and used. can
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(200)가 심박수 추출 알고리즘을 통해 심박수를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a process in which the
도 7을 참조하면, 웨이블릿 변환을 통해 정제된 상태의 신호 데이터는 도 7과 같은 과정을 통해서 심박수 데이터로 변환되어 반려동물의 반려인 또는 수의사와 같은 관리자에게 전달될 수 있다.Referring to FIG. 7 , signal data refined through wavelet transformation may be converted into heart rate data through the same process as shown in FIG. 7 and delivered to a companion animal companion or a manager such as a veterinarian.
데이터 분석 장치(200)의 심박수 추출부(220)는 반려동물의 혈류량 데이터를 기초로 심박수를 추출할 수 있는데 이는 도 7에서와 같은 4단계의 과정을 거침으로써 진행될 수 있다.The heart
우선적으로, 정규화가 수행되기 전에 혈류량 데이터에서 상대값이 추출될 수 있으며, 이후 추출된 상대값들에 대한 정규화가 수행되고 최대값과 최소값이 검출될 수 있다. 최종적으로는, 최대값 최소값이 검출된 결과를 통해 반려동물의 맥박수가 계산될 수 있다.First of all, relative values may be extracted from blood flow data before normalization is performed, and then normalization may be performed on the extracted relative values, and maximum and minimum values may be detected. Finally, the pulse rate of the companion animal may be calculated through the result of detecting the maximum value and the minimum value.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(200)가 반려동물의 생체 정보와 GCS 지표 간의 상관관계를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도표이다.8 is a diagram for explaining a process in which the
도 8을 참조하면, 위급상황인 Red 부터 가장 안전한 상태인 Green까지 응급상황의 단계가 분류되어 있으며, 산소포화도(SpO2)와 호흡수(RR), 심박수(HR), 체온(Tp) 등과 GCS 지표가 가지는 상관관계가 정리되어 있다.Referring to FIG. 8, emergency situations are classified from Red, which is an emergency situation, to Green, which is the safest state, and oxygen saturation (SpO2), respiratory rate (RR), heart rate (HR), body temperature (Tp), and other GCS indicators. The correlations with are arranged.
일 예로, Orange 등급의 응급상황을 살펴보면, 산소포화도가 80~89%이고 호흡수가 1분에 31~35회이며, 심박수가 분당 121~130회 범위에 있을 때에 GCS 지표가 9~13에 해당하는 것을 확인할 수 있다. 데이터 분석 장치(200)는 이와 같이 다양한 생체 정보를 기초로 GCS 지표가 어느 구간에 해당하는지를 계산하고 이를 토대로 응급상황에 대한 판단을 수행할 수 있다.For example, looking at an orange grade emergency situation, when the oxygen saturation is 80-89%, the respiratory rate is 31-35 times per minute, and the heart rate is in the range of 121-130 times per minute, the GCS index corresponds to 9-13. can confirm that The
이와 같이, 데이터 분석 장치(200)는 반려동물의 생체 정보와 GCS 지표 간의 상관관계를 통해 이를 토대로 관리 대상이 되는 반려동물이 응급상황인지 여부를 결정할 수 있다.In this way, the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반려동물 응급상황 모니터링 시스템(10)이 반려동물의 생체 정보를 획득하고 이를 토대로 응급상황에 대한 알림을 수행하는 전체 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating an entire process in which the companion animal
도 9를 참조하면, S910 내지 S930 단계는 웨어러블 디바이스(100)에 의해 수행되는 동작으로 설명되며, 나머지 S940 내지 S960 단계는 데이터 분석 장치(200)에 의해 수행되는 동작으로 설명된다. 다만, 본 발명의 범위는 이와 같은 각 단계를 수행하는 주체에 한정되지 않으며, 각 단계는 웨어러블 디바이스(100), 데이터 분석 장치(200) 또는 기타 관리 서버와 같은 구성 중 어느 하나에서 수행될 수 있다.Referring to FIG. 9 , steps S910 to S930 are described as operations performed by the
웨어러블 디바이스(100)는 측정 대상 반려동물에 장착될 수 있다(S910). 일 실시예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 측정이 되는 부위 양측에 각각 발광부(110)와 수광부(120)가 위치하도록 장착되어 발광부(110)에서 발광되는 자외선 및 적외선이 수광부(120)에 의해 수광되도록 할 수 있다.The
이와 같이, 웨어러블 디바이스(100)는 반려동물의 피부를 통과하도록 자외선 및 적외선을 발광시킬 수 있으며(S920), 반려동물의 피부를 통과한 자외선 및 적외선을 수광하여 이에 대한 신호 데이터를 데이터 분석 장치(200)로 전송할 수 있다(S930).In this way, the
데이터 분석 장치(200)는 웨어러블 디바이스(100)로부터 수신한 자외선 및 적외선에 대한 데이터를 기초로, 산소포화도 및 심박수 등의 생체 정보를 추출할 수 있다(S940).The
데이터 분석 장치(200)는 측정 대상이 되는 반려동물에 대해 수의사와 같은 해당 반려동물의 관리자로부터 생체 정보에 대한 임계값을 수신하여 이를 응급상황 판단의 기준으로 관리할 수 있으며, 이와 더불어 인공지능 기술에 의해 설정된 생체 정보에 대한 임계값 또한 응급상황 판단의 기준으로 관리할 수 있다(S950).The
데이터 분석 장치(200)는 측정 대상 반려동물의 생체 정보를 실시간으로 모니터링하며 응급상황 판단의 기준으로 설정된 임계값과의 비교를 수행할 수 있다(S960).The
모니터링 도중에 측정 대상이 되는 반려동물의 생체 정보가 응급상황 판단의 기준으로 설정된 임계값에 도달하는 경우, 데이터 분석 장치(200)는 이를 응급상황으로 판단할 수 있다(S970).During monitoring, when the biometric information of the companion animal to be measured reaches a threshold value set as a criterion for determining an emergency situation, the
응급상황이 발생하였다고 판단되는 경우, 데이터 분석 장치(200)는 응급상황에 대한 정보를 응급상황이 발생한 반려동물의 반려인 또는 해당 반려동물을 관리하고 있는 병원의 관리자 등에게 전송할 수 있다(S980).If it is determined that an emergency has occurred, the
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 관리 대상이 되는 반려동물의 산소포화도 및 맥박수 등과 같은 생체 정보에 대한 실시간 모니터링이 가능해지며, 그에 따라 응급상황이 발생하였을 시에 발생되는 알림을 통해 응급상황에 대한 신속한 대응이 가능해질 수 있다. As such, according to various embodiments of the present invention, real-time monitoring of biometric information such as oxygen saturation and pulse rate of a companion animal to be managed is possible, and accordingly, through a notification generated when an emergency occurs. A quick response to emergencies may be possible.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.Steps of a method or algorithm described in connection with an embodiment of the present invention may be implemented directly in hardware, implemented in a software module executed by hardware, or implemented by a combination thereof. A software module may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable ROM (EPROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), flash memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside in any form of computer readable recording medium well known in the art to which the present invention pertains.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10: 반려동물 응급상황 모니터링 시스템
100: 웨어러블 디바이스
200: 데이터 분석 장치10: Companion animal emergency monitoring system
100: wearable device
200: data analysis device
Claims (11)
상기 반려동물의 피부를 향해 자외선 및 적외선을 발광하는 발광부;
상기 반려동물의 피부를 통과한 자외선 및 적외선을 수광하는 수광부;
상기 수광부에 의해 수광된 자외선 및 적외선에 대한 데이터화를 수행하는 데이터화 수행부; 및
상기 데이터화 수행부에 의해 생성된 데이터를 데이터 처리 장치로 전송하는 통신부를 포함하는 웨어러블 디바이스와,
상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 수광된 자외선이 산소와 결합하지 않은 상태의 헤모글로빈(Hb)에 대한 흡광도와, 수광된 적외선이 산소와 결합한 상태의 헤모글로빈(HbO2)에 대한 흡광도를 계산하고 계산된 값을 토대로 산소포화도를 계산하는 산소포화도 추출부;
상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터를 기초로, 상기 반려동물의 혈류량을 계산하고 계산된 혈류량을 기초로 심박수를 계산하는 심박수 추출부; 및
상기 산소포화도 추출부에 의해 계산된 산소포화도 또는 상기 심박수 추출부에 의해 계산된 심박수를 기초로, 상기 반려동물의 응급상황 여부를 판단하는 응급상황 판단부를 포함하는 데이터 분석 장치;
를 적어도 포함하는 형태로 구성되고,
상기 웨어러블 디바이스는,
접힘 중심부;
상기 접힘 중심부의 일단으로부터 연장되고, 일면에 상기 발광부가 배치되는 제1 다리부; 및
상기 제1 다리부의 일면과 마주보도록, 상기 접힘 중심부의 타단으로부터 연장되고, 상기 제1 다리부의 일면과 마주보는 일면에 상기 수광부가 배치되는 제2 다리부;를 포함하고,
상기 접힘 중심부를 기준으로, 상기 제1 다리부와 상기 제2 다리부 사이의 접힘각이 벌어지고 좁혀지며,
상기 반려동물의 귀의 앞쪽 피부와 뒤쪽 피부가, 상기 제1 다리부 및 상기 제2 다리부에 사이로 삽입되는 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
In the system for measuring the pulse and oxygen saturation of companion animals and monitoring emergency situations,
a light emitting unit that emits ultraviolet rays and infrared rays toward the skin of the companion animal;
a light receiving unit that receives ultraviolet and infrared rays that have passed through the companion animal's skin;
a data converting unit that converts the ultraviolet rays and infrared rays received by the light receiving unit into data; and
A wearable device including a communication unit for transmitting the data generated by the data conversion unit to a data processing device;
Based on the data received from the wearable device, the absorbance for hemoglobin (Hb) in a state where the received ultraviolet light is not combined with oxygen and the absorbance for hemoglobin (HbO 2 ) in a state in which the received infrared light is combined with oxygen Calculate And an oxygen saturation extraction unit for calculating oxygen saturation based on the calculated value;
a heart rate extractor configured to calculate a blood flow of the companion animal based on data received from the wearable device and a heart rate based on the calculated blood flow; and
a data analysis device including an emergency determination unit for determining whether or not the companion animal is in an emergency situation based on the oxygen saturation calculated by the oxygen saturation extraction unit or the heart rate calculated by the heart rate extraction unit;
It is composed of a form including at least,
The wearable device,
fold center;
a first leg portion extending from one end of the folded center portion and having the light emitting portion disposed on one surface; and
A second leg extending from the other end of the folding center to face one side of the first leg and having the light receiving unit disposed on one side facing the first leg,
Based on the folding center, the folding angle between the first leg portion and the second leg portion is widened and narrowed,
Companion animal emergency monitoring system in which the front skin and the back skin of the companion animal's ear are inserted between the first leg portion and the second leg portion.
상기 데이터 분석 장치는,
PPG필터를 통해 상기 웨어러블 디바이스로부터 수신한 데이터의 웨이블릿 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The data analysis device,
Companion animal emergency monitoring system, characterized in that performing wavelet transformation of the data received from the wearable device through a PPG filter.
상기 심박수 추출부는,
혈류량 데이터를 기초로 심박수를 계산함에 있어,
혈류량 데이터를 상대값으로 변환하는 제1 단계;
상기 제1 단계를 통해 변환된 데이터의 정규화를 수행하는 제2 단계;
상기 제2 단계를 통해 정규화된 데이터의 최대값과 최소값을 검출하는 제3 단계; 및
상기 제3 단계를 통해 검출된 최소값과 최대값을 기초로 심박수를 계산하는 제4단계를 통해 심박수를 계산하는 것인, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The heart rate extractor,
In calculating the heart rate based on the blood flow data,
A first step of converting the blood flow data into a relative value;
a second step of normalizing the data converted through the first step;
a third step of detecting the maximum and minimum values of the data normalized through the second step; and
Companion animal emergency monitoring system that calculates the heart rate through the fourth step of calculating the heart rate based on the minimum and maximum values detected through the third step.
상기 응급상황 판단부는,
인공지능(AI) 기술을 통해 상기 반려동물의 응급상황을 판단하며,
응급상황 판단 과정에서, 상기 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터 및 상기 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터를 활용하는 것을 특징으로 하는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The emergency determination unit,
The emergency situation of the companion animal is determined through artificial intelligence (AI) technology,
In the emergency situation determination process, the feature vector for the basic information of the companion animal and the feature vector for the biometric information of the companion animal are utilized.
상기 반려동물의 기본 정보에 대한 특징 벡터는,
품종, 월령, 체중, 성별, 혈액형 또는 동물 아이디에 대한 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 5,
The feature vector for the basic information of the companion animal is,
A companion animal emergency monitoring system that includes at least one of breed, age, weight, gender, blood type, or data on animal ID.
상기 반려동물의 생체 정보에 대한 특징 벡터는,
자외선 흡광도, 적외선 흡광도, 산소포화도, 심박그래프, 호흡기능 또는 심박수에 대한 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 5,
The feature vector for the biometric information of the companion animal,
A companion animal emergency monitoring system that includes at least one of ultraviolet absorbance, infrared absorbance, oxygen saturation, heart rate graph, respiratory function, or heart rate data.
상기 인공지능 기술은,
RNN(Recurrent neural network) 인공지능 모델을 통해 구현되는 것이며,
상기 RNN 인공지능 모델이 활용하는 인공지능 학습용 데이터 세트를 구축하는 과정에서,
상기 학습용 데이터 세트 구축을 위해 수집되는 데이터는 품종, 월령, 성별, 체중, 최저 심박수, 최고 심박수, 최저 호흡수, 최고 호흡수, 산소포화도, 병력, 담당 수의사 또는 동물 아이디 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 5,
The artificial intelligence technology,
It is implemented through a recurrent neural network (RNN) artificial intelligence model,
In the process of building a data set for artificial intelligence learning used by the RNN artificial intelligence model,
The data collected to build the learning data set includes at least one of breed, age, sex, weight, lowest heart rate, highest heart rate, lowest respiratory rate, highest respiratory rate, oxygen saturation, medical history, veterinarian in charge or animal ID That is, a companion animal emergency monitoring system.
상기 응급상황 판단부는,
상기 반려동물의 담당 수의사에 의해 입력된 맥박수의 상한값과 하한값을 수집하고,
상기 반려동물의 맥박수가 담당 수의사에 의해 설정된 상한값보다 높아지거나 하한값보다 낮아지는 경우 또는 상기 반려동물의 맥박수가 인공지능 기술을 통해 맥박수와 관련되어 설정된 응급상황 상황에 해당하는 경우를 응급상황으로 판단하는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The emergency determination unit,
Collecting the upper and lower limit values of the pulse rate input by the veterinarian in charge of the companion animal;
If the companion animal's pulse rate is higher than the upper limit value or lower than the lower limit value set by the veterinarian in charge, or if the pulse rate of the companion animal corresponds to an emergency situation set in relation to the pulse rate through artificial intelligence technology, it is judged as an emergency situation , Companion animal emergency monitoring system.
상기 응급상황 판단부는,
상기 반려동물의 산소포화도가 인공지능 기술에 의해 상기 반려동물에 대해 설정된 산소포화도보다 낮아지는 경우를 응급상황으로 판단하는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The emergency determination unit,
A companion animal emergency monitoring system that determines that an emergency occurs when the oxygen saturation of the companion animal is lower than the oxygen saturation set for the companion animal by artificial intelligence technology.
상기 응급상황 판단부는,
상기 반려동물의 생체 정보와 GCS(Glasgow Coma Score) 지표 간의 상관관계를 계산하고 이를 토대로 응급상황에 대한 판단을 수행하는, 반려동물 응급상황 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The emergency determination unit,
A companion animal emergency monitoring system that calculates a correlation between the biometric information of the companion animal and the Glasgow Coma Score (GCS) index and determines an emergency situation based thereon.
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|---|---|---|---|
| KR1020210021952A KR102532812B1 (en) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | Companion animal emergency situation monitoring system using photoplethysmography and operation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210021952A KR102532812B1 (en) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | Companion animal emergency situation monitoring system using photoplethysmography and operation method thereof |
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