KR20120122148A - 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산후조리원과 같은 신생아 보호 시설의 신생아 카트에 장착하여 신생아의 생체 신호를 비접촉, 무자각으로 지속적으로 검출하고, 검출된 데이터를 기초로 신생아 사고 등 신생아 사고를 사전에 경고 및 예방하고, 신생아의 건강 상태를 실시간으로 감시할 수 있는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템에 관한 것으로, 신생아가 요람 또는 침대에 누워 있는 상태에서, 연속 정현파 무선주파수 신호를 신생아 흉부에 송신하고 신생아 흉부의 생체 신호를 반송파의 위상 변화에 의하여 얻는 생체 신호 무선 검출 수단(1); 상기 생체 신호 무선 검출 수단으로부터 검출된 생체 신호에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고 이를 기초로 실시간으로 신생아의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 산출하는 실시간 생체 데이터 산출 수단(17); 신생아의 정상상태에서의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 생체 데이터를 기록하여 저장하는 정상 생체 데이터 저장 수단(39); 상기 정상 생체 데이터 저장수단에 저장된 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기와 실시간 생체 데이터 산출 수단에 의하여 산출한 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 기초로 소정의 알고리즘에 따라 신체 이상 상태를 판단하여 신체 이상 상태로 판단되면 보호자에게 경보를 발하는 경보 제어 수단(25);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템{NEONATAL HEALTH CARE SYSTEM USING BIO REFLECTION SIGNAL}

본 발명은 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산후조리원과 같은 신생아 보호 시설의 신생아 카트에 장착하여 신생아의 생체 신호를 비접촉, 무자각으로 지속적으로 검출하고, 검출된 데이터를 기초로 신생아 사고 등 신생아 사고를 사전에 경고 및 예방하고, 신생아의 건강 상태를 실시간으로 감시할 수 있는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템에 관한 것이다.

산부인과, 산후조리원 등에서 신생아 보호 중 보호자의 잠깐 동안의 부주의로 발생되는 신생아의 신생아 사고 등과 같은 신생아 사고는 인명 피해나 인체 손상를 가져오므로 보호자의 주의가 각별히 요구된다. 그러나 보호자가 주의를 다하여 신생아를 돌보는 경우에도 예기치 못하는 신생아 사고가 발생할 수 있는 바, 예를 들어 엎드린 자세를 취하게 됨으로써 발생 되는 호흡 곤란이나, 구토 등에 의한 기도 막힘, 질병으로 인한 심박 변화 및 호흡 곤란 등의 신생아 사고가 예기치 않게 발생 될 수 있다.

따라서 이러한 신생아의 상태를 실시간으로 관측하여 보호자에게 경고를 줌으로써 적절한 조치를 취하게 하여 사고를 미연에 예방하거나 혹은 사후적으로 사고 발생 당시 신생아의 신체적 상태를 정확히 분석하여 명확한 사고 원인을 규명하는 것은 매우 중요하다.

종래, 생체 신호를 이용한 여러 가지 감시 기술이 소개되어 있지만, 종래 생체 신호 감시 장치들은 연속적인 생체신호의 측정이 어렵고, 센서를 신체에 직접 부착하여야 하므로 신생아에 장시간 사용하기 어려울 뿐만 아니라, 관측 내지 측정 장치가 너무 복잡하고 규모가 커 신생아에게 적용하기 불편할 뿐만 아니라 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.

대한민국 특허 제0007172호는 무호흡/저호흡 경보장치를 개시하고 있으나, 벨트 형태의 센서류의 장착은 신생아가 움직임에 불쾌감을 받게 되어 민감해질 수 있다는 문제가 있다. 따라서 신생아가 의식하지 않는 상황에서 신체 정보를 감지할 수 있는 방법이 필요하다.

대한민국 특허 제020404호는 무호흡 발생 시 이를 감지하여 경고음과 경고등으로 위험을 알려주고 진동자의 진동을 유발시키므로 무호흡상태에서 깨어나도록 하는 것으로 호흡신호를 표본화하고 변환하여 처리하는 것이다. 이는 마찬가지로 신생아에 전극 센서가 부착되어야 하는 등 신생아에게 연속적으로 사용하기에는 불편함이 있다.

신생아의 영상을 검출하여 이를 바탕으로 건강상태를 추정하는 방법도 소개되어 있다. 이는 신생아의 신체 움직임 등을 촬영하여 이를 바탕으로 호흡을 판단하는 것으로, 일 예로 대한민국 특허출원 제0066013호를 들 수 있으며, 이는 신생아실에 다수의 카메라를 설치하고 산모 병실과 1대1로 매칭시켜 신생아의 실시간 영상과 산모에게 필요한 정보를 모니터를 통하여 볼 수 있도록 하고 인터넷망을 통해 산모의 친지들에게 신생아의 모습을 보여 이들이 영상을 통해 신생아 사고를 판단하도록 하고 있다. 이와 같이 신생아의 영상을 검출하여 이를 바탕으로 건강 상태를 판단하는 방법은 종래의 기술중 가장 현실성이 있는 것으로 평가되기는 하나, 소등 후 수면 상태에 있을 때 정확한 영상을 촬영하기 어려울 뿐만 아니라, 비용이 과다하게 많이 소요되는 점이 문제점으로 지적될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신생아의 신체에 센서나 전극 등의 부착 없이, 비접촉, 무자각, 무구속 상태에서 신생아의 생체 신호 중 호흡 수와 심박 수를 지속적으로 획득하여 신생아 상태를 실시간으로 감시하여 신생아 사고를 예방하고, 신생아 사고가 발생할 경우 즉시 경고할 수 있는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제는, 연속 정현파 무선주파수 신호를 신생아 흉부에 송신하고 신생아 흉부의 생체 신호를 반송파의 위상 변화에 의하여 얻는 생체 신호 무선 검출 수단; 상기 생체 신호 무선 검출 수단으로부터 검출된 생체 신호에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고 이를 기초로 실시간으로 신생아의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 산출하는 실시간 생체 데이터 산출 수단; 신생아의 정상상태에서의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 생체 데이터를 기록하여 저장하는 정상 생체 데이터 저장수단; 및 상기 정상 생체 데이터 저장수단에 저장된 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기와 실시간 생체 데이터 산출 수단에 의하여 산출한 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 기초로 소정의 알고리즘에 따라 신체 이상 상태를 판단하여 신체 이상 상태로 판단되면 보호자에게 경보를 발하는 경보 제어 수단;을 포함하여 구성되는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템에 의하여 해결된다.

상기 경보 제어 수단은, 실시간 생체 데이터 산출 수단에서 얻은 호흡수 및 호흡주기를 기초로 호흡장애상태인지 여부를 판단하는 호흡장애 판단 알고리즘과, 실시간 생체 데이터 산출 수단에서 얻은 심박수 및 심박주기를 기초로 심장기능에 장애가 있는지 여부를 판단하는 심장기능장애 판단 알고리즘 가운데 적어도 하나의 알고리즘과, 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단에서 얻은 생체 데이터와 정상 생체 데이터 저장수단에 저장된 생체 데이터를 상기 호흡장애 판단 알고리즘 또는 심장기능장애 판단 알고리즘에 따라 처리하여 호흡장애 또는 심장장애 중 어느 하나로 판단 되면 경보발생부를 구동하여 보호자에게 경고음을 송출하게 하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 신생아 흉부의 생체 신호를 비접촉 방법으로 자연스럽게 검출할 수 있음은 물론, 신생아가 자각하지 못하는 무구속 상태에서 신생아 흉부의 생체 신호를 검출하고, 이 생체 신호를 정형(데이터)화시키며, 이를 기록하게 되므로, 신생아 건강 관리 시스템의 사용 편의성이 개선되고, 무선(마이크로웨이브) 송수신장치 등 저가의 부품을 사용하여 신생아 건강 관리 시스템을 구성할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있고, 신생아의 호흡 및 심박 신호로부터 호흡장애 상태, 심장 박동 이상 상태 등을 실시간으로 감지하여 경고할 수 있으므로, 신생아 사고를 예방하고 신생아의 건강 유지에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템의 사용 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템은, 신생아가 요람(102)이나 침대에 누운 상태에서 무선으로 신생아 흉부의 생체 신호를 검출하는 생체 신호 무선 검출 수단(1)과, 상기 생체 신호 무선 검출 수단(1)으로부터 검출된 생체 신호에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 호흡 신호 및 심박 신호의 패턴정보를 기초로 신생아의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 산출하는 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)과, 유아 생리학, 유아 흉부 의학 등에서 밝혀진 호흡장애 상태 또는 심장기능장애 상태이면 경보를 발하는 경보 제어 수단(25)을 포함한다.

상기 생체 신호 무선 검출 수단(1)은 신생아로부터 일정한 거리 이격된 지점에서 연속 정현파 무선주파수(continuos sine wave radio frequency) 신호를 요람(102)이나 침대에 누워 있는 신생아의 흉부에 송신하고 신생아 흉부의 생체 신호를 반송파의 위상 변화에 의하여 얻는다. 신생아 흉부에 몸통 직경 및 장기 크기에 맞는 적절한 파장(예를 들어 파장 12.5cm 내외의 마이크로웨이브) 또는 적절한 주파수(예를 들어 2,4Ghz 내외의 마이크로웨이브)의 무선주파수를 1mW - 10mW 범위의 출력으로 주사하면, 수분을 많이 함유하는 인체 조직의 특성상 무선주파수를 반사하게 되는 데, 이때 폐와 심장은 공기 또는 혈액이 출입하고 수축 및 팽창이 주기적으로 반복되므로, 도플러 효과에 의해 반사되는 반송 무선주파수에 위상의 변화가 있게 된다. 따라서, 상기 생체 신호 무선 검출 수단(1)은, 무선주파수를 발생하여 인체에 송신하고, 인체에서 반사되어 온 변조된 무선주파수를 수신한 후 이 반송파 주파수로부터 위상차에 해당하는 저주파 신호를 얻고, 이 저주파 위상차 신호로 부터 생체 신호를 복조해 내는 바이오 레이더 센서(3)와, 상기 바이오 레이더 센서(3)와 연결되어 무선주파수를 송수신하는 안테나(15)를 구비한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이오 레이더 센서(3)는 연속 정현파 무선주파수를 발생시키는 발진기(9)와, 발진된 무선주파수를 안테나(15)와 다운컨버터(13)로 분배하는 커플러(7)와, 일정한 주기로 반복하여 안테나에 무선주파수를 송출하고 안테나에서 감지된 반송 무선주파수를 수신하여 다운컨버터에 송신하는 서큐레이터(5)와, 발진 무선주파수와 반송주파수를 믹스하여 위상차에 해당하는 저주파 신호로 주파수 변환하는 다운컨버터(13)와, 다운컨버터(13)에서 주파수 변화된 신호를 변조하여 노이즈를 제거하고 기저대역신호를 얻는 저대역필터(11)를 포함한다. 인체공학적으로 심장이 폐보다 안쪽에 위치되어 있기 때문에 바이오 레이더 센서(3)에서 신호를 인체에 보낼 때, 먼저 폐에 부딪혀 반사되는 신호와 심장까지 들어가서 반사되는 신호가 나누어져서 바이오 레이더 센서(3)에 들어오기 때문에 저대역필터(11)에 생체 신호를 두 개의 신호로 나누어 출력하게 한다.

본 발명은 이와 같은 무선 생체 신호 획득 수단(1)에 의하여 신생아의 신체로부터 완전히 분리 및 이격되어 비접촉, 무자각, 무구속 상태로 생체 신호를 얻게 된다.

상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)은, 상기 생체 신호 무선 검출 수단(3)에 의하여 얻어진 생체 신호를 A/D컨버터에 의하여 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 필터와 코리레이션(correlation)기능을 갖는 DSP(Digital signal processor)에 의하여, 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 이를 기초로 다시 실시간으로 신생아의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 산출한다.

상기 생체 데이터 산출 수단(17)은 심장박동이나 호흡변화에 따른 도플러 주파수 천이를 찾는 방법을 적용하여, 상기 생체 신호 무선 검출 수단으로부터 검출된 생체 신호에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 낸다. 따라서, 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)의 DSP가 수행하는 알고리즘에는, 상기 저대역필터(11)의 출력 신호를 입력받아 측정된 신호로부터 사람의 호흡 및 심박 신호와 유사한 유효신호를 분리 추출하여 획득하는 유효신호 추출 알고리즘(19)과, 유효신호로부터 호흡 신호와 심박 신호를 구별하여 분리하는 호흡 및 심박 신호 분리 알고리즘(21)과, 분리된 호흡 신호 및 심박 신호로부터 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 유효데이터를 검출하는 유효 데이터 산출 알고리즘(23)이 포함된다.

본 발명에 따른 신생아 건강 관리 시스템(100)은 시스템이 온(on) 되어 있는 동안에는 상기 생체 신호 무선 검출(1) 및 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)이 기동 되어 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 유효데이터를 주기적으로 반복하여 획득하지만, 이렇게 얻어진 유효데이터로부터 신생아의 신체 상태를 판단하기 위해서는 기준이 되는 정상 생체 데이터가 저장되어 있을 필요가 있다. 이러한 정상 생체 데이터는 본 발명의 신생아 건강 관리 시스템(100)을 최초로 동작시켰을 때, 신생아가 신체적으로 정상상태에 있는지 확인하여 그 시점에서 획득하여 저장하여 놓는다. 이를 위하여 본 발명은 신생아의 정상상태에서의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 생체 데이터를 기록하여 저장하는 정상 생체 데이터 저장 수단(39)을 구비한다.

상기 경보 제어 수단(25)은, 상기 정상 생체 데이터 저장수단에 저장된 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기와 실시간 생체 데이터 산출 수단에 의하여 산출한 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 기초로 소정의 알고리즘에 따라 신체 이상 상태를 판단하여 신체 이상 상태로 판단되면 신생아에게 경보를 발하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 경보 제어 수단(25)는, 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 호흡수 및 호흡주기를 기초로 호흡장애상태인지 여부를 판단하는 호흡장애 판단 알고리즘(33)과, 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 심박수 및 심박주기를 기초로 심장기능에 장애가 있는지 여부를 판단하는 심장기능장애 판단 알고리즘(35) 가운데 적어도 하나의 알고리즘을 포함한다. 이러한 알고리즘들은 유아 생리학 또는 흉부 의학에서 정한 기준 및 조건에 의하여 만들어진다. 예를 들어, 호흡 주기가 불안정하거나, 심박수가 너무 빨라지거나 느려지면, 신생아에게 이상이 있다는 것을 알려주는 신호가 될 수 있다.

이러한 알고리즘은 프로그램으로 만들어져, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 정상 생체 데이터와 함께 저장수단(37)에 함께 저장될 수 있다. 이 저장수단(37)에는 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻어지는 실시간 생체 데이터도 저장될 수 있다.

또한, 상기 경보 제어 수단(25)은 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 생체 데이터와 정상 생체 데이터 저장 수단(39)에 저장된 생체 데이터를 상기 호흡장애 판단 알고리즘(33) 또는 심장기능장애 판단 알고리즘(35)에 따라 처리하여 호흡장애 또는 심장장애 중 어느 하나로 판단되면 경보발생부(29)를 구동하여 보호자에게 경고음을 송출하게 하는 제어부(27)를 포함한다. 상기 제어부(27)는 상기 생체 신호 무선 검출 수단(1) 및 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)도 함께 제어하도록 구성할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 신생아 건강 관리 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 소형의 케이스에 장치되어 신생아 카트(104)의 거치대(106) 등에 장착되고, 거치대(106) 위에는 요람(102) 등이 배치되어, 신생아의 건강과 직접적인 연관성을 갖는 신생아의 생체 신호 중 호흡수, 호흡주기, 심박수 및 심박주기를 비접촉, 무자각, 무구속 상태에서 지속적으로 검출하고, 정상일 때와 이상일 때의 신생아의 호흡 패턴 및 심박 패턴의 차이를 검출하여 검출된 데이터를 기초로 신생아의 호흡장애 증상 및 심장 박동 이상 증상 등을 즉시 파악한 후 경고함으로써, 신생아 사고를 예방할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명을 실시 예들을 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시 예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

1 : 생체 신호 무선 검출 수단 3 : 바이오 레이더 센서
5 : 서큐레이터 7 : 커플러
9 : 연속정현파 발진기 11 : 저역통과필터
13 : 다운컨버터 15 : 안테나
17 : 실시간 생체 데이터 산출 수단 19 : 유효 신호 추출 알고리즘
21 : 호흡 및 심박 신호 분리 알고리즘 23 : 유효 데이터 산출 알고리즘
25 : 경보 제어 수단 27 : 제어부
29 : 경보발생부 33 : 호흡장애 판단 알고리즘
35 : 심장기능장애 판단 알고리즘 37 : 저장 수단
39 : 정상 생체 데이터 저장 수단 41 : 실시간 생체 데이터 저장 수단 100 : 신생아 건강 관리 시스템 102 : 요람
104 : 신생아 카트 106 : 거치대

Claims (4)

1. 신생아가 요람 또는 침대에 누워 있는 상태에서, 연속 정현파 무선주파수 신호를 신생아 흉부에 송신하고 신생아 흉부의 생체 신호를 반송파의 위상 변화에 의하여 얻는 생체 신호 무선 검출 수단(1); 상기 생체 신호 무선 검출 수단으로부터 검출된 생체 신호에서 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고 이를 기초로 실시간으로 신생아의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 산출하는 실시간 생체 데이터 산출 수단(17); 신생아의 정상상태에서의 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 생체 데이터를 기록하여 저장하는 정상 생체 데이터 저장 수단(39); 상기 정상 생체 데이터 저장수단에 저장된 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기와 실시간 생체 데이터 산출 수단에 의하여 산출한 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기를 기초로 소정의 알고리즘에 따라 신체 이상 상태를 판단하여 신체 이상 상태로 판단되면 보호자에게 경보를 발하는 경보 제어 수단(25);을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 생체 신호 무선 검출 수단(1)은, 무선주파수를 발생하고 수신된 무선주파수형을 검출하는 바이오 레이더 센서(3)와, 바이오 레이더 센서와 연결되어 무선주파수를 송 수신하는 안테나(15)로 구성되어, 도플러 효과에 따른 마이크로 웨이브의 위상 변위를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)은, 측정된 마이크로 웨이브의 위상 변위를 기본으로 하여, 측정된 신호로부터 사람의 호흡 및 심박 신호와 유사한 유효신호를 추출하여 획득하는 유효신호 추출 알고리즘(19)과, 유효신호로부터 호흡 신호와 심박 신호를 구별하여 분리하는 호흡 및 심박 신호 분리 알고리즘(21)과, 분리된 호흡 신호 및 심박 신호로부터 심박수, 심박주기, 호흡수 및 호흡주기 등 유효데이터를 검출하는 유효 데이터 산출 알고리즘(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 경보 제어 수단(25)는, 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 호흡수 및 호흡주기를 기초로 호흡장애상태인지 여부를 판단하는 호흡장애 판단 알고리즘(31)과, 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 심박수 및 심박주기를 기초로 심장기능에 장애가 있는지 여부를 판단하는 심장기능장애 판단 알고리즘(35) 가운데 적어도 하나의 알고리즘을 포함하며, 상기 실시간 생체 데이터 산출 수단(17)에서 얻은 생체 데이터와 정상 생체 데이터 저장 수단(39)에 저장된 생체 데이터를 상기 호흡장애 판단 알고리즘(31) 또는 심장기능장애 판단 알고리즘(35)에 따라 처리하여 호흡장애 또는 심장장애 중 어느 하나로 판단되면 경보발생부(29)를 구동하여 보호자에게 경고음을 송출하게 하는 제어부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 측정 생체 신호를 이용한 신생아 건강 관리 시스템.
   

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