KR102593495B1 - 원격 생체 신호 감지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원격 생체 신호 감지 센서에 관한 것이다. 종래 기술은 사람의 위치를 확인하고 해당 방향으로 신호를 보내어 생체 신호를 감지하는 방식이다. 따라서, 연속적으로 공간을 이동하는 사람의 생체 신호를 감지하기 위해서는 연속적으로 신호의 방향을 변경해야 하며 특정 방향에 지속적으로 위치하지 않고 이동하여 벗어난 사람의 생체 신호는 감지가 어려울 수 있다. 이에 의해 감지된 생체 신호는 정확성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 본 발명은 사람의 생체 신호를 정확하게 감지할 수 있는 원격 생체 신호 감지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서는 주파 신호를 외부로 방사하고, 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 고주파 신호를 수신하는 안테나부; 및 수신된 상기 반사 고주파 신호의 변화 패턴을 기반으로 생체 신호를 분석하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 발명은 감지된 생체 신호를 정확하게 추출할 수 있다. 또한 정확한 생체 신호 정보는 심근경색 등의 위급 상황을 신속하고 정확하게 알 수 있으며 독거노인 고독사와 같은 신변 이상에 대하여 빠르게 조치를 취할 수 있다.
Description
본 발명은 원격으로 생체 신호를 감지하는 센서에 관한 것으로 보다 상세하게는, 레이더를 이용하여 감지거리 내에 있는 사람의 생체 활동 신호를 감지할 수 있는 센서에 관한 것이다.
원격 생체 신호 감지 센서는 감지거리 내에 있는 사람의 생체 활동 신호를 감지한다. 사람의 생체 활동 신호를 감지하기 위해 레이더 센서가 이용될 수 있는데, 레이더 센서는 허공에다 전자파를 쏜 다음, 어떤 물체에 부딪혀 돌아오는 반사파를 측정하여 탐지된 물체의 방향, 거리, 속도 등을 파악하는 센서이다.
이러한 레이더 센서를 이용하여 사람의 생체 활동 신호를 감지할 수 있는데, 사람은 움직임을 수반하기 때문에 원격 생체 신호 감지 센서는 공간 내의 사람의 위치를 파악한 후 해당 방향으로 신호를 보내어 생체 신호를 감지한다.
다만, 신호가 보내지는 특정 방향에 위치하지 않고 벗어난 사람의 생체 신호는 정확성이 떨어진다.
종래 기술은 사람의 위치를 확인하고 해당 방향으로 신호를 보내어 생체 신호를 감지하는 방식이다. 따라서, 연속적으로 공간을 이동하는 사람의 생체 신호를 감지하기 위해서는 연속적으로 신호의 방향을 변경해야 하며 특정 방향에 지속적으로 위치하지 않고 이동하여 벗어난 사람의 생체 신호는 감지가 어려울 수 있다. 이에 의해 감지된 생체 신호는 정확성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 사람의 생체 신호를 정확하게 감지할 수 있는 원격 생체 신호 감지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서는 고주파 신호를 외부로 방사하고, 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 고주파 신호를 수신하는 안테나부; 및 수신된 상기 반사 고주파 신호의 변화 패턴을 기반으로 생체 신호를 분석하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서는 전압 신호를 생성하는 모듈레이터; 상기 전압 신호가 입력되고 고주파 신호를 생성하는 발진기; 및 상기 고주파 신호와 상기 반사 고주파 신호에 기초하여 중간 주파수 신호를 생성하는 혼합기를 포함하는 송수신부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서는 상기 중간 주파수 신호를 필터링하는 저역 통과 필터를 포함하는 신호 변환부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 감지된 생체 신호를 정확하게 추출할 수 있다. 또한 정확한 생체 신호 정보는 심근경색 등의 위급 상황을 신속하고 정확하게 알 수 있으며 독거노인 고독사와 같은 신변 이상에 대하여 빠르게 조치를 취할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서가 측정한 생체 신호를 나타낸 그래프.
도 3은 도 2의 구간 1을 확대한 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서의 제어부 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어부의 동작 프로세스 차트.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서가 분석한 심박수 그래프.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서가 측정한 생체 신호를 나타낸 그래프.
도 3은 도 2의 구간 1을 확대한 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서의 제어부 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어부의 동작 프로세스 차트.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서가 분석한 심박수 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 설명하였다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속 되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 원격 생체 신호 감지 센서에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 원격 생체 신호 감지 센서(10)는 안테나부(100), 송수신부(200), 신호 변환부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
안테나부(100)는 송수신 겸용 안테나로 단일 안테나로 구성될 수 있다.
안테나부(100)는 고주파 신호를 외부로 방사시킬 수 있고, 방사된 고주파 신호를 방사 고주파 신호라고 할 수 있다.
안테나부(100)는 방사 고주파 신호가 사람에게 반사되어 되돌아온 고주파 신호를 수신할 수 있는데, 이 때 반사되는 고주파 신호를 반사 고주파 신호라고 할 수 있다.
반사 고주파 신호는 측정하고자 하는 대상인 사람의 생체 신호 정보를 가질 수 있다.
생체 신호는 심장, 폐, 복부 운동, 사람의 외부 움직임에 의한 신호를 포함할 수 있으며, 감지되는 생체 신호는 이에 한정하지 아니한다.
심장은 수축/팽창을 통하여 크기에 변화가 생기게 되는데, 이러한 크기의 변화를 야기하는 심장의 움직임에 의한 도플러 효과에 의해 반사 고주파 신호는 방사 고주파 신호 대비 증가 또는 감소할 수 있으며, 공기 중에 떠다니는 잡음이 합쳐질 수 있다.
폐, 복부 운동, 사람의 외부 움직임의 경우도 마찬가지로 반사 고주파 신호는 방사 고주파 신호 대비 증가 또는 감소할 수 있으며, 공기 중에 떠다니는 잡음이 합쳐질 수 있다.
본 발명은 신체기관에서 발생한 방사 고주파 신호에 대한 주파수 변동 패턴을 이용하여 각 신체기관의 작동 상태를 감지하고 심전도를 확인할 수 있다.
본 발명은 사람의 호흡시 심장이 수축/팽창하고, 심장의 수축/팽창에 따라 폐가 수축/팽창하게 되며, 폐가 수축/팽창함에 따라 복부가 수축/팽창하게 되는 순서에 착안하여, 심장이 수축/팽창, 폐가 수축/팽창, 복부가 수축/팽창하게 되는 패턴을 방사 고주파 신호에 대한 주파수 변동 패턴 상에서 추출하여, 폐, 복부의 운동 상태를 파악함과 동시에 심전도를 파악할 수 있다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다.
이 때 원격 생체 신호 감지 센서(10)에 사용되는 주파수는 고주파수 대역, 예를 들어 24GHz일 수 있으며, 고주파를 사용함으로써 심장을 비롯한 폐, 복부 운동, 사람의 외부 움직임의 변화를 빠르고 정확하게 감지할 수 있다.
송수신부(200)는 모듈레이터(210), 발진기(220), 전력 증폭기(PA)(230), 저잡음 증폭기(LNA)(240), 혼합기(250)를 포함할 수 있다.
모듈레이터(210)는 제어부(400)로부터 제어신호를 입력받아 시간에 따라 변화하는 전압 신호를 생성할 수 있으며 생성된 시간에 따라 변화하는 전압 신호는 발진기(220)의 주파수를 제어하는 단자로 입력되어 주파수 제어 단자의 콘덴서의 값을 변화시킬 수 있다.
이 때, 발진기(220)의 주파수는 내부에 형성된 인덕터와 콘덴서의 병렬 회로의 공진주파수에 의해서 결정되는데 제어 전압 신호에 의해 콘덴서의 값이 변하면 발진기(220)에서 생성되는 국부발진 신호의 주파수가 변할 수 있으며, 이 값은 사용자가 설정한 값으로 고정될 수 있다.
이와 같이 발진기(220)에서 생성된 국부발진 신호, 즉 주파수 변조된 고주파 신호는 분기하여 안테나부(100)와 혼합기(250)에 입력될 수 있다.
안테나부(100)에 입력되는 고주파 신호는 외부로 방사되는데, 안테나부(100)로부터 출력되는 방사 고주파 신호가 사람 또는 사람의 신체기관(예를 들어, 심장, 폐, 복부)에서 반사될 때 도플러 효과에 의하여 주파수가 변화되고, 방사 고주파 신호와는 다른 주파수 성분을 가지는 반사 고주파 신호가 안테나부(100)로 수신될 수 있다.
안테나부(100)에 수신된 반사 고주파 신호는 혼합기(250)에 입력될 수 있다.
발진기(220)의 출력단은 혼합기(250)의 LO 입력단과 전력 증폭기(230) 입력단에 연결되어 발진기(220)가 출력하는 고주파 신호를 혼합기(250)와 전력증폭기(230)에 동시 출력할 수 있다. 이때, 혼합기(250)에 출력되는 고주파 신호는 혼합기(250)에 입력되는 반사 고주파 신호가 가지는 고주파 신호와 동일한 주파수 성분을 제거하여 중간 주파수를 출력하도록 기준 주파수로 사용될 수 있고, 안테나부(100)로부터 방사되는 고주파 신호로 사용될 수 잇다.
혼합기(250)는 발진기(220)가 출력하는 고주파 신호와 안테나부(100)로부터 수신되는 반사 고주파 신호가 입력되고, 입력된 두 신호의 차인 중간 주파수 신호를 출력할 수 있다.
이때, 중간 주파수 신호는 반사 고주파 신호에서 고주파 신호를 뺀 값으로써, 사람에게 반사될 때 변화한 주파수 신호이며 생체 신호 정보가 담겨 있는 주파수 신호일 수 있다.
혼합기(250)에서 생체 신호 정보가 담긴 주파수 신호만을 추출함으로써 사람의 생체 신호를 정확하게 감지할 수 있다.
전력 증폭기(PA)(230)는 발진기(220)와 안테나부(100) 사이에 위치할 수 있으며, 발진기(220)에서 생성된 주파수 변조된 고주파 신호를 증폭하여 안테나부(100)로 전달할 수 있다.
외부로 방사된 주파수 변조된 고주파 신호는 원하는 대상물인 사람에 도달할 수 있도록 전력 증폭기(230)에서 적절한 최대 전력으로 증폭될 수 있다.
저잡음 증폭기(LNA)(240)는 안테나부(100)와 혼합기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 안테나부(100)로부터 반사 고주파 신호를 입력받을 수 있다.
이 때 반사 고주파 신호는 공기 중의 잡음과 함께 안테나부(100)로 수신되기 때문에 신호 처리를 위하여 적당한 크기로 증폭시키는 과정에서 잡음도 함께 증폭 되게 된다. 잡음이 증폭되게 되면 수신 감도가 상당히 저하되기 때문에 잡음이 증폭되는 것을 최소화하면서 반사 고주파 신호만을 증폭해야 하는데 이를 위하여 저잡음 증폭기(240)가 사용될 수 있다.
신호 변환부(300)는 혼합기(250)에서 출력된 중간 주파수 신호를 증폭하는 전치증폭기(310), 저역 통과 필터(LPF)(320) 및 저역 통과 필터(320)에서 필터링된 신호를 샘플링을 통하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(330)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 방사 고주파 신호는 고주파 대역, 24GHz를 사용할 수 있으며, 사람의 움직임 또는 생체기관의 운동에 의한 방사 고주파 신호의 주파수 변동분은 방사 고주파 신호 대비 매우 작을 수 있다.
반사 고주파 신호는 방사 고주파 신호의 주파수 성분, 즉 방사 고주파 신호에 각 신체 기관에서 도플러 효과가 반영된 주파수 성분 등이 포함될 수 있다.
저역 통과 필터(320)는 반사 고주파 신호의 방사 고주파 신호 주파수 성분을 차단하고, 방사 고주파 신호에 각 신체 기관에서 도플러 효과가 반영된 주파수 성분만을 통과시킬 수 있다. 설계자는 실험에 의해 통상의 사람에게서 나타나는 각 신체 기관에서 도플러 효과에 의한 주파수 변동분을 고려하여 저역 통과 필터(320)의 차단 주파수를 결정할 수 있다.
저역 통과 필터(320)를 사용함으로써 생체 신호 정보를 담은 주파수를 추출할 수 있고, 생체 신호 정보를 정확하게 추출함으로써 정확한 생체 신호 정보를 기반으로 생체 정보 분석할 수 있고, 이에 따라 심근경색 등의 위급 상황을 신속하게 알 수 있으며 독거노인 고독사와 같이 신변의 이상에 대하여 빠르게 조치를 취할 수 있게 된다.
아날로그-디지털 변환기(330)에서 변환된 디지털 신호는 제어부(400)에 입력되고, 제어부(400)는 디지털 신호를 분석하여 사람의 생체 신호를 통하여 정보를 파악할 수 있다.
제어부(400)는 수신된 상기 반사 고주파 신호의 변화 패턴을 기반으로 생체 신호를 분석할 수 있다.
제어부(400)에 전달된 신호는 인체에서 감지된 심장, 폐, 복부운동과 인체의 동작으로 인한 움직임에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있으며, 이와 같은 정보를 수집하여 사람의 생체 신호를 기반으로 한 응급 상황 등을 신속하고 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명에서는 사람의 심장, 폐, 복부의 움직임의 구분이 가능해진다.
예를 들어, 도 2의 원격 생체 신호 감지 센서(10)의 감지 결과값에서 19sec대의 표시된 최저 출력 부분을 최저점 1, 20sec 부근의 표시된 최저 출력 부분을 최저점 2, 24sec대의 표시된 최저 출력 부분을 최저점 3이라 하고, 최저점 1과 최저점 2 사이를 구간 1이라 한다. 이때 구간 1을 한 주기로 볼 수 있다.
구간 1 즉, 한 주기를 살펴보면, 출력이 강해지는 부분이 세 번 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 다른 구간에서도 동일한 패턴으로 반복되는 것을 도 2에서 확인할 수 있다.
그리고 도 3을 살펴보면, 구간 내에 반복되는 세 개의 출력 신호를 확인할 수 있는데, 이는 인체의 심장, 폐, 복부 운동을 감지한 신호이다.
사람의 호흡 메커니즘을 살펴보면, 먼저 심장이 수축/팽창하고, 심장의 수축/팽창에 따라 폐가 수축/팽창하게 되며, 폐가 수축/팽창함에 따라 복부가 수축/팽창하게 된다.
이러한 사람의 호흡 메커니즘에 따른 사람의 외형적 변화를 살펴보면, '심장의 수축/팽창' → '폐의 수축/팽창' → '복부의 수축/팽창' 순서로 점점 외형적 변화가 커지게 된다.
최저점에서부터 피크점까지의 결과값 변동이 크다는 것은 수축/팽창에 의한 움직임, 즉 사람의 외형적 변화가 크다는 의미일 수 있다.
따라서, 첫 번째 가장 높은 출력이 나온 측정 값은 복부의 수축/팽창에 의한 값이고, 두 번째 높은 출력은 폐의 수축/팽창에 의한 값이며, 세 번째 출력은 심장의 수축/팽창에 의한 값을 의미하는 것으로 볼 수 있다.
이는 도 2의 심전도를 측정한 그래프가 심장의 움직임이 나타나는 그래프와 일치하는 것으로 확인할 수 있다.
이처럼 본 발명에서는 소정 최저점과 최저점 사이에 3개의 피크가 발생하면, 상기 최저점과 최저점 사이의 구간을 하나의 주기로 간주하고, 하나의 주기 내에서 가장 작은 피크 값을 심장이 수축/팽창한 것으로 판단할 수 있다. 이러한 판단은 제어부(400)에 의해 이루어질 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 최저점 1과 최저점 2의 값이 일치하지 않는 것을 확인할 수 있는데, 이는 인체의 외부 움직임에 의한 출력의 변화일 수 있으며 최저점 1에서 최저점 2까지의 외부 움직임이 최저점 2에서 최저점 3까지의 외부 움직임보다 작을 수 있다.
제어부(400)는 위와 같은 점을 반영하여 심장, 폐, 복부의 수축/팽창에 따른 움직임을 정확하게 구분할 수 있으며, 심장이 수축/팽창한 것으로 판단한 피크값에 기초하여 심전도 신호를 생성할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 원격 생체 신호 감지 센서는 생체 신호를 패턴화할 수 있고, 패턴화된 생체 신호를 기반으로 하여 정확한 심전도의 측정이 가능할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어부(400)는 재실 판단부(410), 생체 신호 분석부(420), 심전도 분석부(430), 알람부(440), 모니터링부(450) 및 저장부(460)를 포함할 수 있다.
재실 판단부(410)는 원격 생체 신호 감지 센서(10)를 통해 사람의 움직임을 감지하여 사람의 재실 여부를 판단할 수 있다. 제어부(400)는 고주파 신호를 기 설정된 제 1 샘플링 주기로 발진하고 수신해서 사람의 재실 여부를 판단할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 수신되는 고주파 신호의 주파수 변동분이 기 설정치를 초과하면 사람이 재실 중인 상태로 판단할 수 있다.
이는 재실 판단부(410)의 재실 여부 판단 기준은 사람의 외부 움직임일 수 있으나 이에 한정하지 아니한다.
생체 신호 분석부(420)는 아날로그-디지털 변환기(330)에서 전달된 생체 신호를 기반으로 생체 신호의 주기를 파악하고, 주기 내에 감지된 인체에서 감지된 심장, 폐, 복부 운동과 인체의 동작으로 인한 움직임에 대한 정보 등을 분석할 수 있다.
또한, 주기 내에 반복되는 심장, 폐, 복부 운동에 의한 움직임을 패턴화하여 이를 기반으로 생체 신호를 분석할 수 있으며, 이를 기반으로 한 심근경색 등의 위급상황 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
심전도 분석부(430)는 생체 신호 분석부(420)에서 분석한 심장 움직임에 대한 정보를 기반으로 이상 여부를 판단할 수 있다.
알람부(440)는 심전도 분석부(430)에서 이상을 감지하면 보호자 또는 119에 알람이 가능하도록 구성될 할 수 있다.
모니터링부(450)는 보호자가 사람의 생체 신호를 실시간으로 확인할 수 있도록 할 수 있다.
저장부(460)는 원격 생체 신호 감지 센서(10)에서 측정한 생체 신호를 누적하여 저장할 수 있다. 생체 신호가 누적됨에 따라 정확성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 도 4의 제어부의 재실 여부 감지 및 생체신호 분석 관련 동작 프로세스에 대하여 설명한다.
먼저 재실 판단부(410)가 사람의 재실 여부를 판단할 수 있다.(S100) 구체적으로 재실 판단부(410)는 고주파 신호를 기 설정된 제 1 샘플링 주기로 발진하고 수신하여 사람의 재실 여부를 판단할 수 있는데, 수신되는 고주파 신호의 주파수 변동분이 기 설정치를 초과하면 사람이 재실 중인 상태로 판단할 수 있다.
만약 사람이 재실 중이라면, 생체 신호 분석부(420)는 신호 변환부(300)에서 전달되는 신호를 기반으로 최저점과 피크점 등을 추출하여 한 주기 내에 심장, 폐, 복부 운동의 움직임에 대한 정보를 분석할 수 있다.(S200)
사람의 호흡 메커니즘은 먼저 심장이 수축/팽창하고, 심장의 수축/팽창에 따라 폐가 수축/팽창하게 되며, 폐가 수축/팽창함에 따라 복부가 수축/팽창하게 되는데, 이를 기초로 한 호흡의 주기를 판정할 수 있다. 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따라 세 개의 피크점 중 최저 피크점은 심장의 수축/팽창, 중간 피크점은 폐의 수축/팽창, 최대 피크점은 복부의 수축/팽창에 의한 감지 결과값으로 세 개의 피크점이 연달아 진행되는 구간을 호흡의 한 주기로 판정할 수 있다.
이와 같이 판정한 호흡의 한 주기 내에 심장, 폐, 복부 운동의 움직임에 대한 정보를 분석할 수 있으며, 분석한 정보를 기반으로 심장, 폐, 복부 운동의 움직임을 패턴화하여 정확성을 향상시킬 수 있다.
생체 신호 분석부(420)에서 분석된 심장, 폐, 복부 운동의 움직임 정보는 사람의 건강 상태를 진단하기 위한 추가 정보로 제공되어 활용될 수 있다.
심전도 분석부(430)는 생체 신호 분석부(420)에서 분석한 데이터에 기초하여 심장의 움직임에 대한 데이터를 추출한 다음 심전도 신호를 분석할 수 있다.(S300)
S200에서 분석한 심장의 움직임만을 추출하여 심장의 수축/팽창에 의하여 감지되는 심장 박동에 기초하여 측정된 심전도 신호를 분석할 수 있다.
심전도 신호를 통하여 협심증, 급성 심근 경색 등의 증상을 사전에 파악할 수 있다.
또한 심전도 분석부(430)는 상기 심전도 신호가 소정 수치 미만으로 내려가는 경우 심전도 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.(S400)
심전도 분석부(430)에서 심전도 신호의 이상이 발생한 것으로 판단하면, 알람부(440)를 통하여 보호자 또는 119에 알람이 갈 수 있다.(S500)
도 6을 참조하면, 제어부(400)는 심장의 움직임을 분석하여 심박수를 출력해낼 수 있으며, 이는 사람의 건강 정보 등을 파악하는 자료가 될 수 있다.
또한, 제어부(400)는 심박수가 급격하게 느려지거나 빨라지는 이상 상태 및 심박수가 출력되지 않는 심장이 멈춘 상태를 감지할 수 있다.
심장이 움직임을 멈추면 도 3의 그래프의 출력값이 0mmW가 될 수 있고, 응급 상황임을 파악할 수 있으며 알람부(440)를 통하여 응급 상황을 알릴 수 있다.
제어부(400)는 생체 신호 정보를 기반으로 인체의 외부 움직임이 포함된 신호 중 필요한 정보만을 추출하여 제공할 수 있으며 이는 다양한 기술에 응용될 수 있다.
10 : 원격 생체 신호 감지 센서
100 : 안테나부
200 : 송수신부
210 : 모듈레이터
220 : 발진기
230 : 전력 증폭기
240 : 저잡음 증폭기
250 : 혼합기
300 : 신호 변환부
310 : 전치증폭기
320 : 저역 통과 필터
330 : 아날로그-디지털 변환기
400 : 제어부
410 : 재실 판단부
420 : 생체 신호 분석부
430 : 심전도 분석부
440 : 알람부
450 : 모니터링부
460 : 저장부
100 : 안테나부
200 : 송수신부
210 : 모듈레이터
220 : 발진기
230 : 전력 증폭기
240 : 저잡음 증폭기
250 : 혼합기
300 : 신호 변환부
310 : 전치증폭기
320 : 저역 통과 필터
330 : 아날로그-디지털 변환기
400 : 제어부
410 : 재실 판단부
420 : 생체 신호 분석부
430 : 심전도 분석부
440 : 알람부
450 : 모니터링부
460 : 저장부
Claims (3)
- 고주파 신호인 방사 고주파 신호를 외부로 방사하고, 상기 방사 고주파 신호가 신체기관에서 반사될 때 도플러 효과에 의해 주파수가 변환되어 상기 방사 고주파 신호와는 다른 주파수 성분을 가지고, 사람의 외부 움직임에 의한 신호 대상인 사람의 생체 신호 정보를 포함하는 반사 고주파 신호를 수신하는 안테나부; 상기 생체 신호 정보는 심장, 폐, 복부 운동을 포함하고,
전압 신호를 생성하는 모듈레이터;
상기 전압 신호가 입력되고 고주파 신호를 생성하는 발진기;
상기 고주파 신호와 상기 반사 고주파 신호에 기초하여 중간 주파수 신호를 생성하는 혼합기를 포함하는 송수신부;
상기 중간 주파수 신호를 필터링하는 저역 통과 필터를 포함하는 신호 변환부;
상기 반사 고주파 신호의 변화 패턴을 기반으로 생체 신호를 분석하고, 신체기관에서 발생한 방사 고주파 신호에 대한 주파수 변동 패턴을 이용하여 각 신체기관의 작동 상태를 감지하고 심전도를 확인하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어부; 는
원격 생체 신호 감지 센서를 통해 사람의 움직임을 감지하여 고주파 신호의 주파수 변동분이 기 설정치를 초과하면 사람이 재실 중인 상태로 판단하는 재실 판단부;
상기 신호 변환부에서 전달된 생체 신호를 기반으로 생체 신호의 주기를 파악하고, 주기 내에 반복되는 심장, 폐, 복부 운동에 의한 움직임을 패턴화하고, 패턴을 기반으로 생체 신호를 분석하는 생체 신호 분석부;
상기 생체 신호 분석부에서 분석한 심장 움직임에 대한 정보를 기반으로 이상 여부를 판단하는 심전도 분석부; 를 포함하고,
상기 생체 신호 분석부; 는
사람이 재실 중인 경우, 생체 신호에서 최저 피크점, 중간 피크점 및 최대 피크점을 추출하고, 추출된 세개의 피크점이 연속으로 진행되는 구간을 호흡의 한 주기로 판정하고,
상기 한 주기 내의 출력 값에서 가장 높은 출력값인 최대 피크점은 복부의 수축, 팽창에 의한 값으로 판단하고, 중간 피크점은 폐의 수축, 팽창에 의한 값으로 판단하고, 최저 피크점은 심장의 수축 팽창에 의한 값으로 파악하여, 심장, 폐, 복부 각각의 움직임에 대한 정보를 분석하고
상기 심전도 분석부; 는
심장이 수축, 팽창한 것으로 판단한 최저 피크점에 기초하여 심전도 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 원격 생체 신호 감지 센서.
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| KR1020210050840A KR102593495B1 (ko) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 원격 생체 신호 감지 센서 |
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