KR102641882B1 - 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환경보건 건강영향 모니터링 시스템으로서, 사용자 단말기를 통해 사용자의 위치정보를 수신받는 위치정보취득부; 유해인자 농도 DB로부터 상기 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하여 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터를 저장하는 노출량 DB; 상기 사용자의 인체에 착용되어 상기 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 웨어러블 측정기기; 및 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
ICT/IoT의 기술과 O2O 등 다양한 사업의 발굴로 4차산업혁명은 우리 생활에 적용 되어지고 있다. 미국, 독일의 경우 다양한 생산방식과 비즈니스모델의 혁신을 통해 기업 가치사슬 전반에 걸쳐 비용절감과 새로운 가치창출을 추진하고 있다. 4차산업 혁명의 추진과정에 이루어지는 디지털 전환(digital transformation)으로 기존 문제 점 해결과 불필요한 낭비요소를 제거하고, 소비자 행동양식의 변화를 다양한 채널을 통한 정보 파악 및 빅데이터 분석결과를 통해 서비스에 대한 마케팅과 전달방식의 다변화를 추구하고 있다.
저가 측정 센서의 개발은 다양한 환경에서의 환경유해인자 측정을 가능하게 하고, ICT/IoT 기술을 활용하여 작은 단위에서의 시간별 존재인구(성별/연령별)의 통계적 데이터 생성을 가능하게 하는 기술은 상용화 되어 단위 지역의 총노출량 산정 알고 리즘을 시스템으로 구현할 수 있는 방안을 가능하게 하고 있다.
반도체 기술의 발전과 생체 신호 알고리즘의 개발은 착용기기 기반의 바이오마커 구현함으로써 개인맞춤형 실시간 환경성 질환 정보를 제공할 수 있게 한다. 환경유해인자에 대한 농도 정보, 착용기기 기반의 생체 정보 및 관련 데이터의 연동은 비용 효율적인 방법으로 수용체의 건강영향평가 방안을 제공할 수 있다.
또한 고전적인 접근으로 미세먼지 등 환경유해인자의 공기질과 관련된 저해상도의 공간 격자(Spatial grid)에서 측정된 데이터를 바탕으로 보다 고해상도로 예측하는 기술은 CMAQ(Community Multiscale Air Quality) 모델을 비롯한 Hybrid 모델링 등 다양한 대기 모델링 분야의 기법들이 제시되고 있으며, 현재까지도 연구 중에 있다.
또한, 최근 4차산업혁명의 도래로 인공지능 기술의 활용이 가속화됨에 따라, 딥러닝을 활용한 데이터 예측 기술 에 대한 연구 및 시도가 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다.그러나 상기 딥러닝 기반의 데이터 예측 기술은 동시에 복수로 측정된 환경유해인자의 측정 데이터간 교화작용 또는 인접 공간의 노드간 상호작용을 활용한 보간 기술의 연구가 미흡한 실정이다.
더 나아가, 현재 미세먼지 등 환경유해인자의 국가 단위 측정망의 숫자는 비싼 설치비용의 문제로 제한적으로 설치되어 있으며, 다소 저렴한 센서 등 IoT 기반의 측정망 설치가 통신회사를 중심으로 최근 활발히 이루어지고 있으나, 이 또한 경제성의 문제로 미세 환경을 완벽히 이해하기에는 부족한 상황이다.
이에 따라, 기존 저해상도의 측정망 설치환경에서 보다 조밀한 지점을 고해상도로 예측하는 기술이 매우 중요하 게 됐다. 그러나 기존의 측정망 설치환경에서 측정되지 않는 지역의 지점, 센서의 결함 또는 정전 등의 다양한 문제로 발생한 결측 데이터는 해당 데이터를 이용할 수 없거나 이용하기 어려우며, 종래 머신러닝 기반의 데이터 보간 기 술은 공간적인 요소를 고려하지 않고 결측 데이터를 보간하거나, 아예 제외하는 방식으로 결측 데이터를 다루기 때문에 보간의 정확도가 낮고, 해당 데이터를 사용한 후속 작업에서의 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한 개인, 사용자별 환경보건 건강영향을 모니터링하기 위한 기술이 필요하다. 특히 화력발전, 산단오염, 농촌오염, 건설현장, 생활유해인자, 폐기물 등이 근접한 환경에서는 환경보건에 취약하며 원인규명이 어려운 문제점이 존재한다.
도 1은 이상적인 질병예방의 모식도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 가팅, 가장 이상적인 질환예방은 적절하고, 정확한 노출 및 건강정보의 확보이다. 실시간 노출 및 임상정보 전달체계 구축은 질환예방차원에서 선행되어야 한다.
실시간 환경정보 수집 및 구축은 IoT 기술의 발전으로 상당부분 목표에 접근하고 있지만, 임상정보와 수용체 별 노출기간, 노출정도 등에 따라 환경유해인자 정보와의 비대칭성이 커지고 있는 상황이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 웨어러블 기기를 통해 실시간으로 사용자의 개인별 생체신호를 모니터링하고 이러한 측정 생체신호와, 사용자 위치 기반으로 개인노출을 모니터링하여 도출된 개인별 유해인자 노출정보를 모두 고려한 건강영향 모니터링 플랫폼을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터와 사용자 인체 특성, 웨어러블 측정기기에서 측정된 신체신호를 통합하여 환경성 질환 증상징후의 사전예측이 가능한, 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 유해인자 데이터와 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와의 상관관계분석을 통해 환경성 질환 증상징후의 사전예측이 가능한, 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 환경보건 건강영향 모니터링 시스템으로서, 사용자 단말기를 통해 사용자의 위치정보를 수신받는 위치정보취득부; 유해인자 농도 DB로부터 상기 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하여 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터를 저장하는 노출량 DB; 상기 사용자의 인체에 착용되어 상기 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 웨어러블 측정기기; 및 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터, 및 상기 건강영향평가데이터를 상기 사용자 단말기 또는 기 설정된 관련 단말기로 전송하는 데이터알림부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 사용자별 상기 측정된 생체신호를 저장하는 생체신호DB와, 사용자별 질환정보가 저장되는 질환정보 DB를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호가 기 설정된 임계값을 초과하는 이벤트 발생시, 이벤트 생체신호가 상기 분석수단에 전송되며, 상기 분석수단은 상기 이벤트 생체신호 데이터와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
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또한 상기 웨어러블 측정기기는, 사용자에 착용되어 사용자의 폐음을 측정하는 웨어러블 폐음수집기기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 웨어러블 측정기기는, 사용자에 착용되어 사용자의 산소포화도를 측정하는 웨어러블 산소포화도 측정기기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 산소포화도 측정기기는 PPG 신호처리를 통한 SpO2를 측정하고, 산소포화도와 폐음에 대한 데이터를 수집하는 생체신호데이터수집부와, 상기 수집된 데이터를 호흡기 질환 정도별로 학습하여 분류하는 데이터학습부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 측정되는 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음 데이터 중 적어도 어느 하나가 설정된 임계값을 초과하는 이벤트가 발생되는 경우, 이벤트 발생시점을 포함하는 특정 기간동안의 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음데이터가 상기 분석수단으로 전송되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 전송된 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음데이터를 기반으로 상기 데이터학습부를 통해 호흡기 질환 정도를 분석하고, 상기 분석수단은 상기 호흡기 질환정도와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 웨어러블 폐음수집기기와, 웨어러블 산소포화도 측정기기는 패치형으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 환경보건 건강영향 모니터링 방법으로서, 유해인자 농도 DB와 생체신호 DB를 구축하는 단계; 위치정보취득부가 사용자 단말기를 통해 사용자의 위치정보를 수집하고, 상기 사용자의 인체에 착용된 웨어러블 측정기기를 통해 상기 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 단계; 유해인자 농도 DB로부터 상기 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하여 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터가 노출량 DB에 저장되는 단계; 분석수단이 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하는 단계; 및 데이터 알림부가 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터, 및 상기 건강영향평가데이터를 상기 사용자 단말기 또는 기 설정된 관련 단말기로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 구축하는 단계에서, 사용자별 질환정보에 대한 질환정보 DB를 구축하는 단계를 더 포함하고, 상기 생체신호를 실시간으로 측정하는 단계는, 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호가 기 설정된 임계값을 초과하는 이벤트 발생시, 이벤트 생체신호가 상기 분석수단에 전송되며, 상기 도출하는 단계에서, 상기 분석수단은 상기 이벤트 생체신호 데이터와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
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본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 따르면, 웨어러블 기기를 통해 실시간으로 사용자의 개인별 생체신호를 모니터링하고 이러한 측정 생체신호와, 사용자 위치 기반으로 개인노출을 모니터링하여 도출된 개인별 유해인자 노출정보를 모두 고려한 건강영향 모니터링 플랫폼을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 따르면, 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터와 사용자 인체 특성, 웨어러블 측정기기에서 측정된 신체신호를 통합하여 환경성 질환 증상징후의 사전예측이 가능한, 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 따르면, 유해인자 데이터와 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와의 상관관계분석을 통해 환경성 질환 증상징후의 사전예측이 가능한 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 이상적인 질병예방의 모식도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 측정기기를 통한 생체신호 모니터링의 개념도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 폐음수집기기와, 웨어러블 산소포화도 측정기기와, 개인별 유해인자데이터를 종합한 건강영향 모니터링의 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 폐음수집기기의 분해 사시도와, 측정결과 데이터
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 산소포화도 측정기기의 분해사시도, PPG 측정데이터
도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 PPG 특징점 추출을 통한 SpO2연산 과정의 개념도,
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호과 유해인자데이터와의 상관관계분석 알고리즘의 개념도,
도 13은 비지도 학습을 통해 대규모 비정형 생체신호로부터 바이오마커 속성 및 패턴을 추출하는 개념도를 도시한 것이다.
도 1은 이상적인 질병예방의 모식도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 측정기기를 통한 생체신호 모니터링의 개념도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 폐음수집기기와, 웨어러블 산소포화도 측정기기와, 개인별 유해인자데이터를 종합한 건강영향 모니터링의 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 폐음수집기기의 분해 사시도와, 측정결과 데이터
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 산소포화도 측정기기의 분해사시도, PPG 측정데이터
도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 PPG 특징점 추출을 통한 SpO2연산 과정의 개념도,
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호과 유해인자데이터와의 상관관계분석 알고리즘의 개념도,
도 13은 비지도 학습을 통해 대규모 비정형 생체신호로부터 바이오마커 속성 및 패턴을 추출하는 개념도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 구성, 기능 및 이를 이용한 모니터링방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 모식도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 시스템의 블록도를 도시한 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환경보건 건강영향 모니터링 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기본 개념은 개인별 위치기반으로 개인노출을 모니터링하여 도출된 노출정보(사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터)과, 웨어러블 측정기기를 통해 측정된 생체신호와 개인의 질환정보를 종합 분석하여 건강영향을 모니터링하는 것을 특징으로 함을 알 수 있다.
사용자단말기(1) 내의 GPS 수신기, 네트워크 위치정보를 기반으로 하여 사용자의 위치정보를 취득하고, 사용자의 위치정보에 따른 해당공간 내에서의 미세먼지 등과 같은 환경 유해인자 농도를 파악하여, 시간에 따라 사용자의 이동위치 공간에 따른 유해인자 데이터를 취득하여, 노출량 DB(30)에 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터를 구축하게 된다. 따라서 사용자는 자신의 위치정보에 따른 해당 공간 내의 환경유해인자 노출 농도를 파악, 모니터링할 수 있으며, 사용자 별로 환경유해인자의 노출정도, 노출강도, 빈도 등에 따른 위해성에 대한 평가결과와, 환경성 질환의 예측정보를 파악할 수 있는 특징을 갖는다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)은, 위치정보취득부(10), 유해인자 농도 DB(20), 노출량 DB(30), 웨어러블 측정기기(110), 질환정보 DB(40), 생체신호DB(50), 분석수단(60), 데이터 알림부(70) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
위치정보취득부(10)는 사용자 단말기(1)를 통해 사용자의 위치정보를 수신받도록 구성된다. 사용자의 위치정보는 실시간으로 취득될 수 있고, 특정주기(예를 들어 5분마다)마다 취득될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 사용자단말기(1)에 EH GPS 트랙커를 설치하여 사용자의 위치데이터를 호울할 수 있으며, 사용자 좌표를 기반으로 주소데이터를 연동하고, 사용자 위치추적 데이터 베이스 테이블 구조(사용자 아이디, 폰넘버, 위도, 경도, 지역명, 프로바이더)를 생성하게 된다. 또한 이때 사용자가 실내에 위치하고있는 지, 실외에 위치하고 있는 지를 파악하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 실외에서는 GPS, 실내에서는 네트워크 위치정보를 통해 위치정보를 취득하게 된다.
사용자 단말기(1)의 어플리케이션이 O/S에 위치정보를 문의하면, 두 가지의 정보를 선택하여 받을 수 있다. H/W인 GPS 모듈로 부터 측정된 GPS 위치정보와 SK텔레콤과 같은 Network provider가 GPS 위성 및 자사 기지국과 스마트폰의 위치의 계산을 기반으로 생성한 network 위치정보이다.
Network 위치정보는 사전에 정의된 정보의 값을 활용하는 로직으로 구성되어 정보의 요구와 응답에 거의 시간 지연이 발생하지 않는다. 하지만, GPS 위치정보는 다르다. GPS 위치정보를 얻기 위해서는, GPS H/W를 구동시켜야 하고, GPS모듈에서 해당 위성정보를 수집하여 좌표계로 변환하는 과정이 수행된 연후에 정보제공이 가능하기 때문이다. 이 procedure에는 소요되는 시간이 매우 짧을 수도 있지만, 반면에 3분 이상 길어지는 경우도 있다. 실외에 있을 경우, 대부분은 1분 이내에 GPS위치정보의 생성과 정보 제공이 가능하기 때문에 문제가 없을테지만, 실내와 같이 GPS 위성으로부터 정보 수신이 어려운 경우에는 시간이 많이 소모된다. GPS위치정보의 생성에 대한 시간을 정해 놓지 않으면, 서버로의 주기적인 정보 전송이 불가한 경우가 발생한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 GPS위치정보의 수신 대기 시간을 2분으로 정의하였다.
서버는 스마트폰으로부터 GPS위치정보를 수신했는지, network 위치정보를 수신했는지 구분이 가능하기 때문에, 실내외를 구분하여 저장할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)은, 유해인자농도 DB(20), 생체신호 DB(50), 질환정보DB(40)를 구축하고(S1), 사용자의 위치정보를 추적(호출)하고, 사용자 좌표를 기반으로 주소데이터를 연동하여, 사용자 위치기반 환경 유해인자 노출데이터를 유해인자 농도 DB(20)로부터 조회하게 되며, 사용자 환경 유해인자 노출량 DB(30)에 저장하게 된다.
즉, 유해인자 농도 DB(20)로부터 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하게 되고, 노출량 DB(30)에 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터를 저장하게 된다. 즉, 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터는 특정 시간 동안 노출된 유해인자 농도에 대한 공간별 누적량 데이터에 해당한다. 또한 후에 설명하는 바와 같이, 유해 인자 농도 DB(20)의 유해인자 데이터는 현재 측정데이터 뿐 아니라, 예측된 유해인자 데이터를 포함할 수 있다.
또한 이때 후에 설명되는 바와 같이, 사용자에 대한 신체정보, 임상정보, 질환정보를 개인별로 저장하는 질환정보 DB(40)를 포함할 수 있다. 따라서 개인별 질환정보와 유해인자데이터를 통합분석하여 환경성 질환 증상징후를 사전예측할 수 있게 된다.
그리고, 사용자가 착용한 웨어러블 측정기기(110)를 통해 사용자의 생체신호를 측정하게 되고(S2), 이러한 측정된 생체정보는 웨어러블 측정기기(110)로부터 측정되는 폐소리, 심박수, 산소포화도, 피부수분 함유량 등일 수 있다. 실시간으로 이러한 생체신호응 모니터링하게 된다(S3).
따라서 분석수단(60)은 웨어러블 측정기기(110)에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하게 된다.
또한 생체신호를 실시간으로 모니터링하면서, 웨어러블 측정기기(110)에서 측정된 생체신호가 기 설정된 임계값을 초과하는 이벤트 발생시(S4), 이벤트시 생체신호가 분석수단(60)에 전송되도록 구성될 수 있다(S5). 이때 이벤트가 발생한 시점을 포함하는 특정 구간의 측정데이터를 분석수단(60)으로 전송하도록 할 수 있다.
그리고 분석수단(60)은 이벤트 발생시에, 전송받은 이벤트 생체신호 데이터와, 사용자의 질환정보와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하도록 구성된다(S6)
또한 본 발명의 실시예에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템(100)에서는 먼저 유해인자 농도 DB(20)가 구축되어 있다. 환경 유해인자 농도에 대한 고해상도 데이터를 수집하기 위해, 1) 측정기 기반의 실측데이터, 다른 서버(공공기관, 연구과제 등)과 연동하고 2) 인공지능 모델링 기반의 보간기술을 활용하게 된다.
보다 구체적으로, 유해인자 농도 DB(20)는, 위치별 실내공간의 유해인자 데이터가 저장된 실내농도 DB(21)와, 위치별 실외공간의 유해인자 데이터가 저장된 실외농도 DB(22)를 포함하며, 이러한 실내농도 DB(21)과 실외농도 DB(22)에 저장되는 유해인자 데이터는 예측데이터를 포함할 수 있다. 저장되는 위치별 유해인자 데이터는, 측정지점의 유해인자 데이터와 미측정지점의 유해인자데이터를 포함하고 있다.
유해인자 농도 DB(20)를 통해, 사용자 위치정보에서의 유해인자 데이터를 확인, 모니터링할 수 있으며, 단위 시공간에 대한 총 노출량을 노출량 DB(30)에 저장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유해인자의 농도를 예측하고 대응 체계를 수립하는 것과 함께 단위 공간의 사용자에 대한 총노출량을 예측하는 것이 중요하다. 환경유해인자의 동일한 농도 하에서도 사용자의 수에 따라 건강영향이 높은 지역에 대한 대응을 수립할 수 있어야 한다. 단위공간(100m*100m)에 거주했던 ‘존재인구’는 다양한 통계데이터를 활용할 수 있으며, 이동통신시스템을 활용한 p-Cell 기반의 데이터도 적용이 가능하다.
고해상도 환경유해인자 농도정보와‘존재인구’데이터를 활용하여 단위 시공간의 총노출량을 산정할 수 있다. 기초데이터는 5분 단위로 형성이 되지만, 총노출량 모니터링을 위해서는 1시간 평균 데이터를 활용한다. 객체 공간에 대한 시간별 총노출량 변동을 모니터링할 수 있으며, 축적된 데이터 기반으로 환경유해인자 농도 변화에 대한 시뮬레이션도 가능하다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 활용된 존재인구 데이터는 5세 단위의 연령별과 성별 통계 수치를 반영하고 있어, 민간계층에 대한 노출량 산정 및 고농도에 따른 건강영향 시뮬레이션도 수행할 수 있다.
그리고 노출량 DB(30)에 구축된 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터와, 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호, 사용자의 질환정보를 통합분석하여, 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하게 된다.
그리고 데이터알림부(70)는 웨어러블 측정기기(110)에서 측정된 생체신호, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터, 및 건강영향평가데이터를 사용자 단말기(1) 또는 의료기관 등의 기 설정된 관련 단말기로 전송하게 된다(S7).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 측정기기를 통한 생체신호 모니터링의 개념도를 도시한 것이다. 그리고 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 폐음수집기기와, 웨어러블 산소포화도 측정기기와, 개인별 유해인자데이터를 종합한 건강영향 모니터링의 개념도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 측정기기(110)는, 사용자에 착용되어 사용자의 폐음을 측정하는 웨어러블 폐음수집기기(111)와, 사용자에 착용되어 사용자의 산소포화도를 측정하는 웨어러블 산소포화도 측정기기(112)로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 폐음수집기기의 분해 사시도와, 측정결과 데이터를 도시한 것이다. 이러한 웨어러블 폐음수집기기(111)는 패치형으로 폐가 위치한 피부에 부착된다.
본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 폐음수집기기(111)는 Mic센서 다중화를 통해 외부 소음이 차단될 수 있고 Mic 센서 개별 주파수 대역 설정을 통한 폐소리 분해 분석능이 높은 특징을 갖는다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 패치형 웨어러블 산소포화도 측정기기의 분해사시도, PPG 측정데이터를 도시한 것이다. 그리고 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 PPG 특징점 추출을 통한 SpO2연산 과정의 개념도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 산소포화도 측정기기(112)는 패치형으로 사용자의 목 부분에 부착될 수 있도록 구성된다.
먼저 웨어러블 산소포화도 측정기기(112)는 PPG/Motion을 측정하고, I2C & SPI를 통한 MCU와의 데이터 송수신이 가능하며, 블루투스 무선통신을 이용한 사용자 단말기와의 송수신이 가능하고, Sleep mode, Watch dog를 통한 저전력 구동시스템으로 구성된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 산소포화도 측정기기(112)는 PPG 신호처리를 통해 실시간으로 SpO2를 측정한다. 먼저, PPG 특징점을 추출하여 SpO2를 연산하게 된다.
또한 본 발명의 실시예에서는 산소포화도와, 폐음에 대한 데이터를 수집하는 생체신호데이터수집부를 포함한다. 그리고 데이터학습부는 수집된 빅데이터를 호흡기 질환 정도별로 학습하여 분류하게 된다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 측정되는 산소포화도 데이터와 폐음 데이터 중 적어도 어느 하나가 설정된 임계값을 초과하는 이벤트가 발생되는 경우, 이벤트 발생시점을 포함하는 특정 기간동안의 산소포화도 데이터와 폐음데이터가 분석수단(60)으로 전송되도록 구성될 수 있다(S5).
그리고 분석수단(60)은 이러한 전송된 산소포화도 데이터와 폐음데이터를 기반으로 데이터학습부에서 분류된 데이터를 통해 호흡기 질환 정도를 분석할 수 있다. 그리고 분석수단(60)은 이러한 호흡기 질환정도와, 사용자의 질환정보와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하게 된다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호과 유해인자데이터와의 상관관계분석 알고리즘의 개념도를 도시한 것이다. 그리고 도 13은 비지도 학습을 통해 대규모 비정형 생체신호로부터 바이오마커 속성 및 패턴을 추출하는 개념도를 도시한 것이다.
즉 분석수단(60)은 이벤트시 전송된 생체신호 데이터와, 사용자의 질환정보와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하게 된다.
또한 분석수단(60)은 환경성 질환 진단예측학습부(61)를 포함하여, 유해인자데이터와 생체신호 데이터와의 상관관계를 결합하고, 학습하여 바이오마커를 추출하여 환경성질환 진단예측모델을 생성하며, 이러한 환경성질환 진단예측모델을 적용하여 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하게 된다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 환경성 질환 진단예측학습부(61)는, 비지도학습을 통해 대규모 비정형 생체신호 정보로부터 바이오마커 속성과 패턴을 추출하고, 지도학습을 통해 생체신호와 유해인자데이터와의 연계모델을 도출하고, 반복적인 기계학습 분석결과를 바탕으로 웨어러블 측정기기(110) 측정의 신뢰성 확보와 보정프로세스를 진행한다.
먼저, 환자별 생체신호와 유해인자데이터를 실시간으로 빅데이터 수집을 하고, 통합 DB를 구축하게 된다. 기계학습 분석을 통해 양자의 상관관계모델을 생성한다.
먼저 비지도 학습을 통해 대규모 비정형 생체신호로부터 바이오마커 속성 및 패턴을 추축한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 웨어러블 측정기기(110)로부터 측정된 데이터의 비정형 생체신호를 시스템 모델링과 머신러링을 통해 수용체 중심의 바이오마커 속성 및 패턴을 추출하게 됨을 알 수 있다.
그리고 지도학습을 이용하여 유해인자데이터(환경인자)과 생체신호를 통합분석하여 증상징후 사전예측 바이오마커를 추출한 후, 웨어러블 측정기기 측정프로세스의 신뢰성 확보 및 보정알고리즘을 제공하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:사용자단말기
10:위치정보취득부
20:유해인자 농도 DB
21:실내농도 DB
22:실외농도 DB
30:노출량 DB
40:질환정보 DB
50:생체신호 DB
60:분석수단
70:데이터알림부
100:사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템
110:웨어러블 측정기기
111:웨어러블 폐음수집기기
112:웨어러블 산소포화도 측정기기
10:위치정보취득부
20:유해인자 농도 DB
21:실내농도 DB
22:실외농도 DB
30:노출량 DB
40:질환정보 DB
50:생체신호 DB
60:분석수단
70:데이터알림부
100:사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템
110:웨어러블 측정기기
111:웨어러블 폐음수집기기
112:웨어러블 산소포화도 측정기기
Claims (16)
- 환경보건 건강영향 모니터링 시스템으로서,
사용자 단말기를 통해 사용자의 위치정보를 수신받는 위치정보취득부;
유해인자 농도 DB로부터 상기 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하여 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터를 저장하는 노출량 DB;
상기 사용자의 인체에 착용되어 상기 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 웨어러블 측정기기; 및
상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하는 분석수단; 및
상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터, 및 상기 건강영향평가데이터를 상기 사용자 단말기 또는 기 설정된 관련 단말기로 전송하는 데이터알림부;를 포함하고,
사용자별 상기 측정된 생체신호를 저장하는 생체신호DB와, 사용자별 질환정보가 저장되는 질환정보 DB를 포함하며,
상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호가 기 설정된 임계값을 초과하는 이벤트 발생시, 이벤트 생체신호가 상기 분석수단에 전송되며,
상기 분석수단은 상기 이벤트 생체신호 데이터와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하고,
상기 웨어러블 측정기기는,
사용자에 착용되어 사용자의 폐음을 측정하는 웨어러블 폐음수집기기와, 사용자에 착용되어 사용자의 산소포화도를 측정하는 웨어러블 산소포화도 측정기기를 포함하며,
상기 산소포화도 측정기기는 PPG 신호처리를 통한 SpO2를 측정하고,
산소포화도와 폐음에 대한 데이터를 수집하는 생체신호데이터수집부와, 상기 수집된 데이터를 호흡기 질환 정도별로 학습하여 분류하는 데이터학습부를 포함하고,
측정되는 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음 데이터 중 적어도 어느 하나가 설정된 임계값을 초과하는 이벤트가 발생되는 경우, 이벤트 발생시점을 포함하는 특정 기간동안의 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음데이터가 상기 분석수단으로 전송되며,
전송된 상기 산소포화도 데이터와 상기 폐음데이터를 기반으로 상기 데이터학습부를 통해 호흡기 질환 정도를 분석하고,
상기 분석수단은 상기 호흡기 질환정도와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 웨어러블 폐음수집기기와, 웨어러블 산소포화도 측정기기는 패치형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템.
- 제 1항에 따른 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링 시스템을 이용한, 환경보건 건강영향 모니터링 방법으로서,
유해인자 농도 DB와 생체신호 DB를 구축하는 단계;
위치정보취득부가 사용자 단말기를 통해 사용자의 위치정보를 수집하고, 상기 사용자의 인체에 착용된 웨어러블 측정기기를 통해 상기 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 단계;
유해인자 농도 DB로부터 상기 위치정보에 대응된 해당공간에서의 유해인자 데이터를 취득하여 사용자별 시공간에 따른 유해인자 데이터가 노출량 DB에 저장되는 단계;
분석수단이 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호와, 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 통합분석하여 건강영향평가데이터를 도출하는 단계; 및
데이터 알림부가 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터, 및 상기 건강영향평가데이터를 상기 사용자 단말기 또는 기 설정된 관련 단말기로 전송하는 단계;를 포함하고,
상기 구축하는 단계에서, 사용자별 질환정보에 대한 질환정보 DB를 구축하는 단계를 포함하고,
상기 생체신호를 실시간으로 측정하는 단계는, 상기 웨어러블 측정기기에서 측정된 생체신호가 기 설정된 임계값을 초과하는 이벤트 발생시, 이벤트 생체신호가 상기 분석수단에 전송되며,
상기 도출하는 단계에서, 상기 분석수단은 상기 이벤트 생체신호 데이터와, 상기 사용자의 질환정보와, 상기 사용자별 시공간에 따른 유해인자데이터를 기반으로 환경성 질환 진단예측데이터를 도출하고,
상기 웨어러블 측정기기는,
사용자에 착용되어 사용자의 폐음을 측정하는 웨어러블 폐음수집기기와, 사용자에 착용되어 사용자의 산소포화도를 측정하는 웨어러블 산소포화도 측정기기를 포함하며,
상기 산소포화도 측정기기는 PPG 신호처리를 통한 SpO2를 측정하고,
생체신호데이터수집부가 산소포화도와 폐음에 대한 데이터를 수집하고, 데이터학습부가 상기 수집된 데이터를 호흡기 질환 정도별로 학습하여 분류하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치정보와 웨어러블 기기 기반의 환경보건 건강영향 모니터링방법.
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