KR20080088247A - Wireless biomedical signal monitoring device on movable vehicle using noncontact electro-mechanical film sensor - Google Patents

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KR20080088247A
KR20080088247A KR1020070030958A KR20070030958A KR20080088247A KR 20080088247 A KR20080088247 A KR 20080088247A KR 1020070030958 A KR1020070030958 A KR 1020070030958A KR 20070030958 A KR20070030958 A KR 20070030958A KR 20080088247 A KR20080088247 A KR 20080088247A
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sensor
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이태수
김종명
홍주현
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

A wireless biomedical signal monitoring device on a movable vehicle using a noncontact electro-mechanical film sensor is provided to use a 3-axial acceleration sensor to remove a movement signal influencing on a BCG(BallistoCardioGraph) signal. A wireless biomedical signal monitoring device on a movable vehicle includes a sensing sheet, a transmitter(14), a receiver(21), a server, and a computer. The sensing sheet includes a noncontact electro-mechanical film sensor and is positioned on a sheet of the movable vehicle. The transmitter detects a heartbeat signal and a respiration signal from a BCG from the sensing sheet and transmits the heartbeat signal and the respiration signal through a wireless communication channel. The receiver receives the heartbeat signal and the respiration signal and transmits the received signals to a mobile communication terminal(31) through a cable. The server analyzes the signals received from the mobile communication terminal through mobile communication network. The computer is connected to the server.

Description

비접촉 압전센서를 이용한 이동체용 무선생체신호 감시장치{Wireless Biomedical Signal Monitoring Device on Movable Vehicle using Noncontact Electro-mechanical Film Sensor}Wireless Biomedical Signal Monitoring Device on Movable Vehicle using Noncontact Electro-mechanical Film Sensor}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동체와 송신기를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing a moving body and a transmitter according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신기, 수신기, 및 이동통신 단말기를 나타내는 도면. 2 illustrates a transmitter, a receiver, and a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수신기와 이동통신 단말기의 외관을 나타내는 도면.3 is a view showing the appearance of a receiver and a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체신호 감시장치를 나타내는 도면.4 is a view showing a wireless bio-signal monitoring apparatus for a moving body according to an embodiment of the present invention.

도 5는 Biopac의 SKT 센서를 이용한 1분간 19회 호흡을 보여 주는 그래프.5 is a graph showing 19 breaths for 1 minute using SKpac sensor of Biopac.

도 6은 실험에서 센싱시트를 통해 감지된 BCG 원 신호를 보여주는 그래프. 6 is a graph showing the BCG original signal detected through the sensing sheet in the experiment.

도 7은 도 6의 BCG 원 신호에서 가우시안 필터를 통해 검출된 호흡 신호를 보여주는 그래프. 7 is a graph showing the respiration signal detected through a Gaussian filter in the BCG original signal of FIG. 6.

도 8은 타인 구동 수동휠체어의 가정1을 적용한 실험에서 피검자로부터 획득된 호흡신호를 보여주는 그래프. 8 is a graph showing the respiratory signal obtained from the subject in the experiment applying hypothesis 1 of the tine-driven manual wheelchair.

도 9는 가정 2에 따른 50초 동안 20회 호흡한 결과를 보여주는 그래프. Figure 9 is a graph showing the results of 20 breaths for 50 seconds according to hypothesis 2.

도 10은 가정 3에 따른 1분간 17회 호흡한 결과를 보여주는 그래프.10 is a graph showing the results of breathing 17 times for 1 minute according to hypothesis 3.

도 11은 휠체어를 조정할 때 발생되는 신호를 보여주는 그래프.11 is a graph showing signals generated when adjusting a wheelchair.

도 12는 3축 가속도 센서에서 얻어진 신호를 보여주는 그래프.12 is a graph showing a signal obtained from a three-axis acceleration sensor.

도 13은 BCG 신호를 3축 가속도 센서를 이용하여 신호를 보정한 결과를 보여주는 그래프.FIG. 13 is a graph showing a result of calibrating a BCG signal using a three-axis acceleration sensor. FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 이동체 11 : 비접촉 압전센서10: moving body 11: non-contact piezoelectric sensor

12 : 센싱시트 13 : 케이블12: sensing sheet 13: cable

14 : 송신기 21 : 수신기14 transmitter 21 receiver

31 : 이동통신 단말기 41 : 원격서버31: mobile communication terminal 41: remote server

42 : 컴퓨터42: computer

본 발명은 인체의 심박수와 호흡수를 실시간으로 감시하기 위한 감시장치에 관한 것으로 특히, 비접촉 압전센서(Noncontact Electro-mechanical Film Sensor)를 이용하여 환자의 이동 중 실시간으로 심박수와 호흡수를 감시하도록 한 휠체어 용 무선생체신호 감시장치에 관한 것이다. The present invention relates to a monitoring device for monitoring the human heart rate and respiratory rate in real time, and in particular, to monitor the heart rate and respiratory rate in real time during the movement of the patient using a noncontact electro-mechanical film sensor. It relates to a wireless bio-signal monitoring device for wheelchairs.

최근, 센서기술과 무선통신기술의 접목을 이용하여 환자의 상태를 실시간으로 감시하기 위한 장치들이 개발되고 있다. 대부분의 인체 상태 감시장치에서 환자의 상태를 감시하기 위한 센서는 대부분 센서를 밴드에 내장하여 그 밴드를 환자에게 착용시키거나 또는, 센서를 인체의 일부에 직접 접촉 또는 삽입하는 방법이 적용되고 있다. Recently, devices for monitoring a patient's condition in real time using a combination of sensor technology and wireless communication technology have been developed. In most human body condition monitoring devices, a sensor for monitoring a patient's condition has been applied to a method in which a sensor is embedded in a band and the band is worn on the patient, or the sensor is directly contacted or inserted into a part of the human body.

센서를 밴드에 내장하는 방법은 환자가 밴드를 착용하여야 하는 번거로움이 있고 센서를 인체에 직접 접촉시키거나 삽입시키면 환자에게 불괘감을 주는 문제점이 있다. The method of embedding the sensor in the band has a problem that the patient has to wear the band and gives the patient an uncomfortable feeling when the sensor is directly contacted or inserted into the human body.

또한, 기존의 인체 상태 감시장치는 무선통신기술을 채용하더라도 고정된 공간이나 위치 환경으로 설계되기 때문에 센서를 착용한 환자가 이동중이면 신호수신 감도가 떨어지는 등 이동환경에 적합하지 않다.In addition, the existing human body state monitoring device is designed to a fixed space or location environment even if the wireless communication technology is adopted, so that the patient wearing the sensor is not suitable for the mobile environment, such as a decrease in signal reception sensitivity when the patient is moving.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 발명으로써 비접촉 압전센서를 이용하여 환자의 이동 중 실시간으로 심박수와 호흡수를 감시하도록 한 이동체용 무선생체신호 감시장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body to monitor the heart rate and respiratory rate in real time during the movement of the patient by using a non-contact piezoelectric sensor to solve the problems of the prior art.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체 신호 감시장치는 비접촉 압전센서가 내장되고 이동체의 시트에 놓여지는 센싱시트; 상기 센싱시트로부터의 심탄도(BCG)로부터 심장박동신호와 호흡신호를 검출하고 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 무선 통신채널을 통해 송출하는 송신기; 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 수신하고 수신된 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 케이블을 통해 이동통신 단말기에 전송하는 수신기; 이동통신망을 통해 상기 이동통신 단말기로부터 수신된 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 분석하는 서버; 및 상기 서버에 접속된 컴퓨터를 구비한다. In order to achieve the above object, the wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body according to an embodiment of the present invention is a sensing sheet is built in a non-contact piezoelectric sensor and placed on a sheet of the mobile body; A transmitter for detecting a heartbeat signal and a breathing signal from a cardiograph (BCG) from the sensing sheet and transmitting the heartbeat signal and the breathing signal through a wireless communication channel; A receiver for receiving the heartbeat signal and the breathing signal and transmitting the received heartbeat signal and the breathing signal to a mobile communication terminal through a cable; A server analyzing the heartbeat signal and the breathing signal received from the mobile communication terminal through a mobile communication network; And a computer connected to the server.

상기 무선 통신채널은 IEEE 802.15.4 RF 무선 통신채널이다. The wireless communication channel is an IEEE 802.15.4 RF wireless communication channel.

상기 송신기는 상기 이동체의 이동에 의해 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호에 혼입된 노이즈를 제거하는 회로를 구비한다. The transmitter includes a circuit for removing noise mixed in the heartbeat signal and the breathing signal by the movement of the moving object.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 비접촉 압전센서를 이용하여 이동체에 타고 있는 환자의 심탄도(BCG : Ballistocardiogram)를 측정하고, 이로부터 이동 중 실시간으로 심박수와 호흡수를 검출한다. 이동체는 인체가 앉을 수 있고 수동 또는 전동으로 이동할 수 있는 이동체로써 수동/전동 휠체어 등을 포함한다. 심탄도(Ballistocardiogram 이하, "BCG"라 함)는 전극을 사용하지 않고 비접촉방식으로 심장주기를 평가하는 방법이다. BCG를 포함한 신호는 심장박동신호, 호흡신호, 인체운동신호 등이다. 본 발명의 실시예는 이동하는 휠체어에서 호흡수와 심박수를 실시간으로 측정하기 위하여 BCG로부터 인체운동신호를 제외한 심장박동신호와 호흡신호를 검출한다. The present invention uses a non-contact piezoelectric sensor to measure the cardiac ballistic (BCG: Ballistocardiogram) of the patient riding on the moving body, from which it detects heart rate and respiration rate in real time during the movement. The movable body is a movable body on which the human body can sit and move manually or electrically, and includes a manual / electric wheelchair. Cardiac ballistics (hereinafter referred to as "BCG") is a method of assessing the cardiac cycle in a non-contact manner without using electrodes. Signals including BCG are heartbeat signal, respiratory signal, human body movement signal. An embodiment of the present invention detects a heartbeat signal and a breathing signal excluding the human body movement signal from BCG in order to measure the respiratory rate and heart rate in a moving wheelchair in real time.

또한, 본 발명의 실시예는 이동체를 타고 이동하고 있는 사람의 BCG를 무선으로 검출하기 위하여 비접촉 압전센서를 시트형으로 제작하고, IEE 802.15.4 Zigbee 무선 RF 통신 기술을 이용하여 송신기와 수신기를 적용한다. 본 발명의 실험은 이동체를 휠체어로 선택하여 행하여 졌다. IEE 802.15.4 Zigbee 무선 RF 통신 기술은 근거리 무선통신 방식. 저전력·넓은 지역 네트워킹,다수의 디바이스와 통신이 원할한 장점이 있다. In addition, an embodiment of the present invention is to produce a non-contact piezoelectric sensor in the form of a sheet to wirelessly detect the BCG of a person moving in a moving object, and apply a transmitter and a receiver using IEE 802.15.4 Zigbee wireless RF communication technology. . The experiment of the present invention was carried out by selecting the movable body by the wheelchair. IEE 802.15.4 Zigbee wireless RF communication technology is a short-range wireless communication method. Low power, large area networking, and communication with multiple devices are desirable.

본 발명은 BCG로부터 호흡수와 심박수를 측정할 수 있는 장치를 개발하였고, 이동 중에도 휠체어의 진동에 의한 BCG 신호에 부가되는 잡음을 제거하기 위해 3축가속도 센서를 내장하였다. 센서로부터 획득된 신호는 A/D 변환장치(Analog to Digital Convertor)를 거쳐 수신부가 부착된 PDA(Portable Digital Assistant)의 SD 카드(Security Digital Card)에 기록된다. The present invention has developed a device for measuring the respiratory rate and heart rate from BCG, and built-in 3-axis acceleration sensor to remove the noise added to the BCG signal caused by the vibration of the wheelchair during the movement. The signal obtained from the sensor is recorded on an SD card (Security Digital Card) of a PDA (Portable Digital Assistant) with a receiver via an A / D converter.

본 발명에 대한 실험과정에서, PC용 데이터 분석 프로그램을 이용하여 SD 카드에 기록된 데이터를 분석하고, 그 결과를 그래프로 나타내었다. 최종적으로 PDA또는 모바일 폰(mobile phone) 에서 휠체어를 탄 사람의 응급상황 발생시 경고메세지를 CDMA망을 경유해서 원격서버로 전달할 수 있음을 확인하였다. 실험은 연구를 돕겠다고 지원한 건강한 20대 성인 남녀를 대상으로 진행되었다. 지원자들은 휠체어에 앉아 정지한 상태에서 Biopac사에서 제공하는 SKT(Skin Temperature Amplifier) 센서에서 출력되는 신호와 연구 팀에서 개발한 장치에서 출력되는 신호를 동시에 비교하는 실험을 진행하였다. 이 비교실험은 개발한 장치의 우수성을 평가하기 위하여 기준이 될 수 있는 Biopac 사의 SKT 센서를 이용하였다. 또한 본 발 명과 SKT 센서와의 호흡 수 및 심박 수 비교 검증 후 몇 가지 가정을 통해 이동하는 휠체어에서도 호흡수및 심박수를 측정할 수 있었다. In the experimental procedure of the present invention, the data recorded on the SD card was analyzed using a data analysis program for a PC, and the results are shown graphically. Finally, it was confirmed that a warning message can be delivered to a remote server via a CDMA network in case of emergency of a wheelchair-mounted person on a PDA or mobile phone. The experiment was conducted on healthy men and women in their 20s who supported the study. The volunteers conducted an experiment comparing the signals output from the skin temperature amplifier (SKT) sensor provided by Biopac with the signals from the device developed by the research team while standing in a wheelchair. This comparative experiment used Biopac's SKT sensor, which can be used as a standard, to evaluate the superiority of the developed device. In addition, after verifying the comparison between the present invention and the SKT sensor, the respiratory rate and heart rate could be measured in wheelchairs moving through several homes.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체신호 감시장치를 나타낸다. 2 and 3 illustrate a wireless bio-signal monitoring apparatus for a moving body according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체신호 감시장치는 이동체(10), 이동체(10)의 시트에 놓여지는 센싱시트(12), 센싱시트(12)에 연결된 케이블(13), 및 케이블(13)에 연결된 송신기(14)를 구비한다. 2 and 3, the wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body according to an embodiment of the present invention is a sensing sheet 12, a sensing sheet 12 placed on a sheet of the mobile body 10, the mobile body 10 A cable 13 connected, and a transmitter 14 connected to the cable 13.

센싱시트(12)는 비접촉 압전센서들(11)을 내장한다. 비접촉 압전센서들(11)은 폴리프로필렌 필름(polypropylene film)을 포함하며, 그 필름 내부는 세포모양과 같은 구조로 형성되어 외부에서 압력을 가하면 기포(air-void)의 두께가 변화하는 기전을 이용한 센서이다. 이 비접촉 압전센서의 물리적 기전은 아래의 수학식 1과 같다. The sensing sheet 12 includes non-contact piezoelectric sensors 11. The non-contact piezoelectric sensors 11 include a polypropylene film, and the inside of the film is formed in a cell-like structure using a mechanism in which the thickness of the air-void changes when pressure is applied from the outside. Sensor. The physical mechanism of the non-contact piezoelectric sensor is shown in Equation 1 below.

Figure 112007024697290-PAT00001
Figure 112007024697290-PAT00001

Δq는 산출된 전하, k는 민감도 변수, 및 ΔF는 외부에서 가해지는 힘을 각각 의미한다. Δq is the calculated charge, k is the sensitivity variable, and ΔF is the externally applied force.

송신기(14)는 A/D 변환기, 마이크로 콘트롤러(Microcontroller), IEEE 802.15.4 RF 무선 통신 칩, 비접촉 압전센서, 및 가속도 센서로 구성된다. 이 송신기(14)는 비접촉 압전센서들로부터의 신호를 증폭한 후에, 디지털화하고 그 디지털 신호(BCG)로부터 심장박동신호와 호흡신호를 검출한다. 그리고 송신기(14)는 이동체(10)의 이동에 의해 심장박동신호와 호흡신호에 포함된 노이즈를 가속도센서를 이용하여 제거한 후에, 그 심장박동신호와 호흡신호를 IEEE 802.15.4 RF 무선 프로토콜 타입으로 변환하여 전송한다. 이 송신기(14)는 내장 프로그램에 따라 심장박동신호와 호흡신호를 두 가지 모드로 전송할 수 있다. 주기적 전송 모드에서, 송신기(14)는 미리 설정된 시간 주기로 심장박동신호와 호흡신호를 전송한다. 응급 전송모드에서, 송신기(14)는 심장박동신호와 호흡신호를 카운트하고, 그 카운트값을 미리 설정된 기준값과 비교하여, 그 비교 결과 기준치보다 심장박동 및/또는 호흡 수가 넘을 때 심장박동신호와 호흡신호를 전송한다. The transmitter 14 is composed of an A / D converter, a microcontroller, an IEEE 802.15.4 RF wireless communication chip, a non-contact piezoelectric sensor, and an acceleration sensor. The transmitter 14 amplifies the signal from the non-contact piezoelectric sensors, then digitizes and detects a heartbeat signal and a breathing signal from the digital signal BCG. After the transmitter 14 removes the noise included in the heartbeat signal and the respiratory signal by the movement of the moving object 10 using the acceleration sensor, the heartbeat signal and the respiratory signal are converted into the IEEE 802.15.4 RF radio protocol type. Convert and send. The transmitter 14 may transmit a heartbeat signal and a breathing signal in two modes according to a built-in program. In the periodic transmission mode, the transmitter 14 transmits a heartbeat signal and a breathing signal at a preset time period. In the emergency transmission mode, the transmitter 14 counts the heartbeat signal and the breathing signal, compares the count value with a preset reference value, and compares the count value with a preset reference value when the heartbeat and / or respiration rate exceeds the reference value. Send a signal.

본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체신호 감시장치는 도 2와 같이 송신기(14)와 무선 통신채널을 형성하는 수신기(21), 수신기(21)가 접속된 이동통신 단밀기(31)를 구비한다. 이동통신 단말기(31)는 환자가 휴대하고 있는 모바일폰, PDA이 될 수 있다. The wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body according to an embodiment of the present invention includes a receiver 21 and a mobile communication terminal 31 to which the receiver 21 is connected, forming a wireless communication channel with the transmitter 14 as shown in FIG. 2. Equipped. The mobile communication terminal 31 may be a mobile phone or a PDA carried by a patient.

수신기(21)는 도 3과 같이 이동통신 단말기(31)의 SD 카드에 접속되어 송신기(14)로부터 수신된 심장박동신호와 호흡신호를 SD 카드의 메모리에 저장하고 패킷 파싱, 패킷 생성과정을 거쳐 데이터 패킷을 이동 통신 단말기(31)에 전송한다. The receiver 21 is connected to the SD card of the mobile communication terminal 31 as shown in FIG. 3 to store the heartbeat signal and the respiratory signal received from the transmitter 14 in the memory of the SD card, and to process the packet and generate the packet. The data packet is transmitted to the mobile communication terminal 31.

이동 통신 단말기(31)는 무선생체신호 처리 프로그램을 실행시켜 수신기(21)로부터 입력된 데이터 패킷을 수신하고 내장 버퍼에 저장한 후, 시리얼 케이블을 통해 수신된 데이터 패킷 파싱과정을 거쳐 데이터 파일을 생성하여 메모리에 저장함과 아울러, 이동체(10)를 타고 있는 환자의 심장박동과 호흡을 실시간으로 표시기에 표시한다. 또한, 이동 통신 단말기(31)는 도 4와 같이 내장된 CDMA 모듈을 이용하여 이동체(10)에 타고 있는 환자의 전송명령에 따라 심장박동과 호흡정보를 포함한 데이터를 CDMA 망을 통해 데이터를 송출한다. The mobile communication terminal 31 executes the wireless biosignal processing program, receives the data packet input from the receiver 21, stores the data packet in the built-in buffer, and generates a data file by parsing the data packet received through the serial cable. In addition to storing in the memory, the heartbeat and respiration of the patient riding the mobile 10 is displayed in real time on the indicator. In addition, the mobile communication terminal 31 transmits the data including the heartbeat and respiration information through the CDMA network according to the transmission command of the patient riding in the mobile 10 using the built-in CDMA module as shown in FIG. 4.

본 발명의 실시예에 따른 이동체용 무선생체신호 감시장치는 도 4와 같이 CDMA망에 접속되는 원격서버(41), 원격서버(41)에 접속된 컴퓨터(42)를 구비한다. The wireless bio-signal monitoring apparatus for a moving object according to an embodiment of the present invention includes a remote server 41 connected to a CDMA network and a computer 42 connected to a remote server 41 as shown in FIG.

원격서버(41)는 CDMA망을 통해 수신된 심장박동 및 호흡정보 데이터를 분석하고 그 데이터를 데이터 베이스에 저장한다. 또한, 원격서버(41)는 CDMA 망으로부터 수신된 위치정보를 확인하여 이동체(11)에 타고 있는 환자의 위치를 실시간으로 감시한다. 또한 원격서버(41)는 심박수와 호흡수를 분석한 담당의사와 전문상담원의 지시사항을 컴퓨터(42)로부터 수신하고 이 전달사항을 CDMA망을 통해 SMS 메세지로 이동 통신 단말기(31)에 전송한다. The remote server 41 analyzes the heartbeat and respiration information data received through the CDMA network and stores the data in the database. In addition, the remote server 41 checks the position information received from the CDMA network and monitors the position of the patient riding in the mobile body 11 in real time. In addition, the remote server 41 receives the instructions of the doctor and professional counselor who analyzed the heart rate and respiratory rate from the computer 42 and transmits the transfer information to the mobile communication terminal 31 as an SMS message through the CDMA network. .

컴퓨터(42)는 원격서버(41)로부터 입력된 심장박동 및 호흡정보와, 환자의 위치정보를 모니터에 표시한다. 담당의사와 전문 상담원은 컴퓨터(42)를 이용하여 이동체(10)에 탄 환자의 심박수와 호흡수를 실시간으로 감시하고, 응급 상황에서 전달사항을 컴퓨터(42)를 통해 환자의 이동통신 단말기(31)에 전송하며, 또는 응급조치반을 환자의 위치로 투입한다. The computer 42 displays the heartbeat and respiration information input from the remote server 41 and the position information of the patient on the monitor. The doctor in charge and a professional counselor monitor the heart rate and the respiratory rate of the patient in the moving object 10 using the computer 42 in real time, and transmit the transmission information of the patient through the computer 42 in an emergency. ) Or the first aid team is placed in the patient's position.

본 발명에 대한 효과의 검증을 위하여, 본 발명자들은 아래와 같은 실험을 행하였다. In order to verify the effect on the present invention, the inventors conducted the following experiment.

본 발명자들이 개발한 장치에서 출력되는 신호가 얼마나 정확한지 비교하기 위하여 Biopac사에서 제공하는 SKT(Skin Temperature Amplifier) 센서를 선택하였다. SKT 센서는 코와 윗 입술 사이에 부착하여 들숨과 날숨에 따른 온도변화로 호흡을 검출하는 센서이다. Biopac 장비의 샘플링 레이트(Sampling rate)는 200 Hz로 조정하였다. 실험을 진행하기 위하여, 한명의 피검자와 2명의 검사자가 필요하였다. 실험방법은 다음과 같다. 피검자에게 SKT센서를 부착하고 개발한 휠체어(이동체)에 앉게 하였다. 두 명의 검사자 중 한 명은 SKT센서가 장착된 Biopac 프로그램을 동작시키고, 또 다른 한 명의 검사자는 본 연구에서 개발한 PDA 프로그램을 동작시켰다. 1분이 경과되면 각각의 프로그램을 정지 시켜 실험은 끝나게 된다. In order to compare how accurate the signal output from the device developed by the inventors was selected SKT (Skin Temperature Amplifier) sensor provided by Biopac. SKT sensor is a sensor attached between the nose and the upper lip to detect respiration by the temperature change according to inhalation and exhalation. The sampling rate of the Biopac instrument was adjusted to 200 Hz. In order to proceed with the experiment, one subject and two inspectors were required. The experimental method is as follows. Subjects were seated in wheelchairs (mobile bodies) developed with SKT sensors. One of the two inspectors ran the Biopac program with SKT sensors and the other inspector ran the PDA program developed in this study. After 1 minute, each program is stopped and the experiment is finished.

각각의 센서에서 동시에 측정된 실험결과는 도 5 내지 도 7과 같다. Experimental results measured at the same time in each sensor are shown in Figs.

3가지 서로 다른 사용환경에서의 실험 결과Experimental results in three different environments

(1) 타인 구동 수동휠체어(1) tine driven manual wheelchair

휠체어에서 이동 중에도 실시간으로 호흡 수를 측정할 수 있다는 사실을 확인하기 위하여 다음과 같은 방법으로 실험을 진행하였다. 무선으로 호흡 수를 측정할 수 있는 센서나 장치가 없어 약 1분 동안 자신의 호흡 수를 카운트하게 하였다. 최종적으로 피검자 자신이 직접 카운트한 호흡수와 휠체어에서 측정된 호흡 수를 비교 분석하였다. In order to confirm that the breathing rate can be measured in real time even while moving in a wheelchair, the experiment was conducted as follows. There was no sensor or device that could wirelessly measure breathing rate, which allowed him to count his breathing rate for about a minute. Finally, the respiratory rate counted by the subject himself was compared with the respiratory rate measured in the wheelchair.

이 실험의 가정 1은 휠체어를 타고 있는 사람이 자신의 힘으로는 휠체어를 조정할 수 없기 때문에 휠체어를 뒤에서 밀어주는 사람이 있다. 따라서 피검자는 자신의 호흡 수만을 체크한다.Assumption 1 of this experiment is that a person in a wheelchair pushes the wheelchair behind him because he cannot control the wheelchair with his own power. Therefore, the subject only checks his breathing rate.

<실험과정>Experimental Process

실험장소 : 충북대학교 의과대학 연구소 복도Experimental Place: Corridor, Research Institute of Medicine, Chungbuk National University

실험거리 : 48 mExperiment distance: 48 m

실험시간 : 약 1분Experiment time: about 1 minute

평균휠체어 속도 : 0.8 m/sAverage wheelchair speed: 0.8 m / s

도 8은 타인 구동 수동휠체어의 가정 1을 적용한 실험에서 피검자로부터 획득된 호흡신호를 보여주는 그래프이다. 8 is a graph showing a respiratory signal obtained from a subject in an experiment applying hypothesis 1 of a tine driven manual wheelchair.

(2) 자가 구동 수동휠체어(2) Self-driven manual wheelchair

가정 2는 휠체어를 타고 있는 피검자가 스스로의 힘으로 수동 휠체어를 조정할 수 있어 자신이 휠체어를 운전하며 호흡 수를 체크한다. 이 실험과정은 가정 1과 동일하다. 도 7은 가정 2를 적용하여 실험한 결과이며, 피검자에게서 획득한 호흡신호이다. 도 9는 가정 2에 따른 50초 동안 20회 호흡한 결과를 보여 주는 실험 결과 화면이다. In Home 2, a subject in a wheelchair can adjust a manual wheelchair by himself, so he / she drives the wheelchair and checks the breathing rate. This experimental procedure is the same as hypothesis 1. 7 is a result obtained by applying hypothesis 2, and a respiratory signal obtained from a subject. 9 is an experimental result screen showing the results of breathing 20 times for 50 seconds according to hypothesis 2.

(3) 전동휠체어(3) Electric Wheelchair

가정 3은 피검자가 전동휠체어를 타고 스스로 전동휠체어를 조정함과 동시에 자신의 호흡 수를 체크한다. 실험과정은 가정 1과 동일하다. 도 8은 가정 3을 적용하여 실험한 결과이며, 피검자로부터 획득된 호흡신호이다. 도 10은 가정 3에 따른 1분간 17회 호흡한 결과를 나타낸다. In hypothesis 3, the subject checks his breathing rate while adjusting the electric wheelchair by himself in the electric wheelchair. The experimental procedure is the same as hypothesis 1. 8 is a result obtained by applying hypothesis 3, and a respiratory signal obtained from a subject. 10 shows the results of breathing 17 times for 1 minute according to hypothesis 3.

정상인 4명에서의 비교 결과 실험Experimental results of four normal subjects

아래의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 Biopac에서 제공하는 SKT센서와 본 발명의 송신기에서 출력되는 신호를 분석한 결과, 한 명의 피검자(subject4)를 제외한 나머지 피검자들(subject1, subject2, subject3)에게서 호흡신호가 거의 일치함을 알 수 있다. 이는 본 발명의 송신기, 수신기 및 이동통신 단말기의 프로그램의 정확성이 증명된 결과이다. 또한 가정 1을 통하여 피검자가 수동 휠체어를 타고 있을 경우 휠체어를 밀어주는 사람이 있다고 가정한다면 실제호흡수와 측정한 호흡 수가 거의 일치함을 알 수 있었다. 가정 3 역시 전동 휠체어를 타고 있는 피검자에게서 얻어진 결과로 실제 호흡 수와 측정 호흡 수가 거의 동일하다. 가정 2의 경우, 실제 호흡과 측정치 호흡의 결과가 불일치하는 것을 보이고 있는데 이는 피검자가 휠체어를 직접 운전함으로 인하여 발생하는 노이즈였다. As can be seen in Table 1 below, as a result of analyzing the signal output from the SKT sensor provided by Biopac and the transmitter of the present invention, breathing from the other subjects (subject1, subject2, subject3) except one subject (subject4) You can see that the signal is nearly identical. This is a result proved the correctness of the program of the transmitter, the receiver and the mobile communication terminal of the present invention. In addition, it can be seen from the assumption that the actual breathing rate and the number of breaths measured were almost identical if the subject pushed the wheelchair when the subject was in a manual wheelchair. Assumption 3 is also the same as the actual breathing rate and the measured breathing rate as a result obtained from a subject in an electric wheelchair. In case of hypothesis 2, the results of the actual breathing and the measured breathing were inconsistent, which was the noise caused by the subject driving the wheelchair directly.

표 1은 각각의 피검자들의 호흡 비교 결과를 나타낸다. Table 1 shows the results of the respiration comparison of each subject.

사용환경Environment biopac/센싱센서biopac / sensing sensor 1.실호흡/측정치1.Respiration / Measurement 2.실호흡/측정치2.Respiratory breathing / measurement 3.실호흡/측정치3.Respiratory Breathing / Measurement biopacbiopac 센싱센서Sensing Sensor subject1subject1 20/1920/19 17/측정불가17 / Not measurable 17/1617/16 1414 1414 subject2subject2 21/2021/20 20/2520/25 21/2121/21 1515 1515 subject3subject3 16/1616/16 10/1910/19 14/1414/14 1616 1616 subject4subject4 14/1114/11 22/측정불가22 / Not measurable 25/1825/18 1515 1212

3축가속도3-axis acceleration 센서 데이터 Sensor data

휠체어에서 측정되는 BCG 신호에는 사람의 움직임에 의한 신호와 휠체어의 움직임 신호가 잡음 형태로 혼합되어 있으며, 이 잡음신호는 BCG 신호의 호흡 신호와 심장박동신호에 영향을 미치게 된다. 그래서 본 발명은 3축가속도 센서를 송신기에 내장하여 이 신호성분을 제거할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 도 11은 휠체어를 조정할 때 발생되는 신호를 나타내며, 도 12는 3축 가속도 센서에서 얻어진 신호를 나타낸다. 도 13은 BCG 신호를 3축 가속도 센서를 이용하여 신호를 보정한 결과를 나타낸다.The BCG signal measured in a wheelchair is a mixture of a human motion signal and a wheelchair motion signal in the form of noise. The noise signal affects the breathing signal and the heartbeat signal of the BCG signal. Therefore, the present invention has developed an algorithm that can remove this signal component by embedding the 3-axis acceleration sensor in the transmitter. FIG. 11 shows signals generated when adjusting the wheelchair, and FIG. 12 shows signals obtained from the three-axis acceleration sensor. FIG. 13 shows a result of calibrating a BCG signal using a three-axis acceleration sensor.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉 압전센서를 이용한 이동체용 무선생체신호 감시장치는 비접촉 압전센서, 송신기, 수신기, 및 이동통신 단말기를 이용하여 환자의 이동 중 실시간으로 심박수와 호흡수를 정확하게 감시할 수 있다. As described above, the wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body using a non-contact piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention using a non-contact piezoelectric sensor, a transmitter, a receiver, and a mobile communication terminal in real time during the movement of the patient, heart rate and respiration rate. Can be monitored accurately.

실험결과에서 확인된 바와 같이 한 명의 피검자를 제외한 모든 피검자들의 데이터에서 우수한 결과가 나왔음을 확인할 수 있었다. 또한 가정2에서는 수동휠체어를 조정함으로써 발생되는 몸의 움직임과 휠체어의 진동으로 인하여 호흡수 측정이 불가한 피검자가 많았다. As confirmed in the experimental results, it was confirmed that excellent results were obtained from the data of all the subjects except one subject. Also, in Home 2, many subjects were unable to measure respiratory rate due to body movement and wheelchair vibration caused by manual wheelchair adjustment.

본 발명은 BCG 신호에 영향을 주는 움직임 신호를 제거하기 위하여 3축 가속 도 센서를 이용한다. The present invention uses a three-axis acceleration sensor to remove the motion signal affecting the BCG signal.

본 발명은 수신기에 접속된 이동통신 단말기의 CDMA 모듈을 이용하여 응급상황 발생시 원격지의 서버로 데이터를 전송할 수 있다. The present invention can transmit data to a remote server when an emergency occurs by using the CDMA module of the mobile communication terminal connected to the receiver.

나아가, 본 발명은 이동체의 이동 중에도 실시간으로 피검자의 생체신호를 비침습적으로 검출할 수 있다. 여기서, 비침습적이란 환자의 인체에 센서를 직접 접촉하지 않는 방식을 의미한다. In addition, the present invention can non-invasively detect the biological signal of the subject in real time even during the movement of the moving object. Herein, non-invasive means a method of not directly contacting a sensor to a human body of a patient.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (3)

비접촉 압전센서가 내장되고 이동체의 시트에 놓여지는 센싱시트;A sensing sheet having a non-contact piezoelectric sensor embedded therein and placed on a sheet of the moving body; 상기 센싱시트로부터의 심탄도(BCG)로부터 심장박동신호와 호흡신호를 검출하고 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 무선 통신채널을 통해 송출하는 송신기; A transmitter for detecting a heartbeat signal and a breathing signal from a cardiograph (BCG) from the sensing sheet and transmitting the heartbeat signal and the breathing signal through a wireless communication channel; 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 수신하고 수신된 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 케이블을 통해 이동통신 단말기에 전송하는 수신기; A receiver for receiving the heartbeat signal and the breathing signal and transmitting the received heartbeat signal and the breathing signal to a mobile communication terminal through a cable; 이동통신망을 통해 상기 이동통신 단말기로부터 수신된 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호를 분석하는 서버; 및 A server analyzing the heartbeat signal and the breathing signal received from the mobile communication terminal through a mobile communication network; And 상기 서버에 접속된 컴퓨터를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 압전센서를 이용한 이동체용 무선생체신호 감시장치. Wireless biological signal monitoring apparatus for a moving object using a non-contact piezoelectric sensor characterized in that it comprises a computer connected to the server. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무선 통신채널은 IEEE 802.15.4 RF 무선 통신인 것을 특징으로 하는 비접촉 압전센서를 이용한 이동체용 무선생체신호 감시장치. The wireless communication channel is a wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile object using a non-contact piezoelectric sensor, characterized in that the IEEE 802.15.4 RF wireless communication. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 송신기는 상기 이동체의 이동에 의해 상기 심장박동신호와 상기 호흡신호에 혼입된 노이즈를 제거하는 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 압전 센서를 이용한 이동체용 무선생체신호 감시장치. The transmitter is a wireless bio-signal monitoring apparatus for a mobile body using a non-contact piezoelectric sensor characterized in that it comprises a circuit for removing the noise mixed in the heartbeat signal and the breathing signal by the movement of the mobile body.
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