KR20130030911A

KR20130030911A - 생체신호를 이용한 상황판단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130030911A
Application number: KR1020110094499A
Authority: KR
Inventors: 김도영; 공동건; 장용; 임형규; 임내현; 부현철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-28

Abstract

본 발명은 생체신호를 이용한 상황판단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상황판단 장치는 심전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 심전도의 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 피크 검출부와, 뇌전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 뇌전도의 파형을 확인하는 파형 검출부와, 상기 피크 검출부와 상기 파형 검출부에서 검출된 결과를 토대로 사용자의 상황을 판단하는 상황 판단부를 포함한다. 본 발명에 따르면 심전도와 뇌전도를 동시에 고려함으로써 사용자의 상황을 보다 정확하게 판단할 수 있다.

Description

생체신호를 이용한 상황판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING CONDITION BY USING BIO SIGNAL}

본 발명은 생체신호를 이용한 상황판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 뇌전도와 심전도를 이용하여 환자의 상태 및 상황을 알려주기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

누구나 자신이 휴대하는 생활도구를 이용하여 때와 장소를 가리지 않고 사용자의 위치, 건강상태 등을 모니터링하고 개인화된 건강관리를 할 수 있는 U-헬스케어 시대가 도래하고 있다.

U-헬스는 유비쿼터스 IT 기술과 센싱, 네트워크, 인터페이스, 보안 기술 등을 활용하여 예방, 진단, 치료 및 사후 관리 등의 보건의료 서비스를 제공하는 것으로 종래의 원격보건의료, e-헬스보다 넓은 개념의 서비스이며, 유·무선 정보통신 인프라와 건강측정기기를 이용하여 제공하는 모든 보건의료 서비스를 포괄한다. 대표적인 U-헬스 서비스로는 의료정보 온라인 제공, 원격 진료, 질병모니터링, 모바일 건강관리 등이 있다.

도 1은 종래의 U-헬스 시스템의 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 U-헬스 시스템은 환자가 휴대용 생체신호 검출기(예를 들면, 혈압 측정기, 심박 측정기 등)를 이용하여 생체신호를 검출하고, 이렇게 검출한 결과를 노트북, 휴대폰 등의 게이트웨이(110)에서 수집하여 3G, 인터넷 등의 통신망(120)을 통해 CIS(Clinical Information System), 데이터베이스 서버 등을 포함하는 데이터 센터(130)로 전송한다. 그러면 의사가 데이터 센터(130)에 접속하여 환자로부터 전송된 데이터를 확인한다.

한편, 이러한 U-헬스 시스템의 생체신호 검출에 있어서 일반적으로 심전도(ECG)와 뇌전도(EEG)를 사용한다. 그런데 데이터 센터로 전송된 심전도만으로는 환자의 상태를 정확히 판단하기 어렵다. 즉, 긴장, 흥분, 발작과 같은 응급상황 발생시와 운동시의 심전도 구분이 어려우며 수면시의 응급상황 발생시에 이를 파악하기가 어렵다. 또한 거동이 불편한 노약자나 독거노인 같은 경우 환자의 상황에 따라 응급처치를 하는 것에 한계가 있다. 뿐만 아니라 게이트웨이를 통해 환자의 생체신호를 수집하는 경우, 집 안에서 여러 명의 생체신호가 동시에 수집되면 사용자를 구분하기가 어렵다.

그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 심전도와 뇌전도의 특성을 이용하여 상황에 따른 생체신호를 정확히 예측하고 판단하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사용자별로 상황에 따른 생체신호를 정확히 예측하고 판단하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 생체신호를 이용하여 상황을 판단하는 장치는, 심전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 심전도의 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 피크 검출부와, 뇌전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 뇌전도의 파형을 확인하는 파형 검출부와, 상기 피크 검출부와 상기 파형 검출부에서 검출된 결과를 토대로 사용자의 상황을 판단하는 상황 판단부를 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 생체신호를 이용하여 상황을 판단하는 방법은, 심전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 심전도의 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 과정과, 뇌전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 뇌전도의 파형을 확인하는 과정과, 상기 검출된 결과를 토대로 사용자의 상황을 판단하는 과정을 포함한다.

이하에서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 심전도와 뇌전도의 특성을 동시에 고려함으로써 환자의 상태를 정확히 판단할 수 있을 뿐만 아니라 미리 예측하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 온도, 날씨, 위치 등 개인상황을 인터넷 정보를 이용하여 취득함으로써 환자의 상태를 정확히 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 심전도와 뇌전도를 사용자별로 구분함으로써 환자의 상태를 정확히 판단하고 응급상황에 빠르게 대처할 수 있다.

도 1은 종래의 U-헬스 시스템의 구조를 도시한 도면
도 2는 뇌전도의 뇌파 종류에 따른 파형을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이의 구성을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 게이트웨이의 구성을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이의 동작 순서를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 다른 데이터 센터의 구성을 도시한 도면

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 심전도와 뇌전도의 특성을 이용하여 환자의 상황에 따른 생체신호를 정확히 판단하는 방법을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 심전도가 변하면 뇌전도도 따라 변하지만 뇌전도 변화에 따른 심전도 변화는 제한적이라는 특징을 이용한다.

뇌전도는 뇌파의 주파수에 따라 델타파, 세타파, 알파파, SMR(Senorimotor rhythm)파, 베타파로 구분된다. 표 1은 뇌파의 종류와 특성을 도시한 것이며, 도 2는 뇌파의 종류에 따른 파형을 도시한 것이다.

뇌파의 종류	주파수[Hz]	특성
델타 (Delta)	1 ~ 3	수면파 (깊은 수면 시)
세타 (Theta)	4 ~ 7	졸음파 (잠이 들기 시작할 때)
알파 (Alpha)	8 ~ 12	명상파 (심신 안정 시)
SMR 파	12 ~ 15	주의, 집중 시, 잠에서 깨어날 때
베타 (Beta)	16 ~ 30	불안, 흥분, 긴장 시, 운동 시

심전도는 흥분 상태에서 피크값과 피크값의 개수가 증가하는 단순한 변경패턴을 가진다. 그러므로 본 발명에서는 심전도의 피크값과 피크값의 개수를 뇌전도의 뇌파의 종류에 각각 매핑하고, 이러한 매핑에 따른 상황을 미리 예측하여 테이블 형태로 저장한다. 그리고 심전도와 뇌전도를 각각 측정한 값을 상기 테이블에 저장된 값과 비교하여 환자의 상태를 판단한다.

하기의 표 2는 심전도와 뇌전도에 따른 환자의 상황을 테이블 형태로 저장한 예를 도시한 것이다. 하기의 상황은 환자의 신체적 특성에 따라 각각 다르게 설정될 수 있다.

뇌파	심전도		상황
뇌파	피크값[mV]	피크의 개수	상황
델타, 세타	0-10	0-5	안정
	10-50	6-10	주의
	50이상	10 이상	응급
알파, SMR	0-50	0-10	안정
	50-100	10-25	주의
	50-100	25 이상	응급
베타	0-50	0-10	안정
	50-100	10-30	주의
	50-100	30 이상	응급

상기 표 2에서 뇌파의 종류와, 심전도의 피크값과 피크의 개수에 따른 조합 각각을 기능적으로 부호화하여 하기의 표 3과 같이 테이블 형태로 저장할 수 있다.

뇌전도		심전도
뇌파	부호값	피크값[mV]	피크 개수	부호값
델타	0000 0001	0-10	0-5	0000 0001
세타	0000 0010	10-50	6-10	0000 0010
알파	0000 0011	50-100	11-25	0000 0011
SMR	0000 0100		26-30	0000 0100
베타	0000 0101		31 이상	0000 0101

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이 장치의 구성을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 게이트웨이 장치(300)는 피크 검출부(310), 파형 검출부(320) 및 상황 판단부(330)를 포함한다. 피크 검출부(310)는 소정 시간 내에 심전도 검출기(210)로부터 전송된 심전도의 피크값의 크기와 피크의 개수를 확인하여 표 3에서 해당 피크값의 크기와 피크의 개수에 대응되는 심전도 부호값을 상황 판단부(330)로 전송한다. 파형 검출부(320)는 소정 시간 내에 뇌전도 검출기(220)로부터 전송된 뇌전도의 뇌파 종류를 확인하여 해당 뇌파의 부호값을 상황 판단부(330)로 전송한다. 상황 판단부(330)는 메모리에 미리 저장된 상기 표 2와 같은 테이블을 이용하여 심전도와 뇌전도의 부호값을 토대로 환자의 현재 환자의 상황을 판단하여 데이터 센터로 전송하고, 특히 환자의 상황이 주의, 응급 상황인 경우에 알람 등의 이벤트를 통해 환자와 데이터 센터로 알린다. 특히, 응급 상황인 경우에는 119로 자동으로 전화를 걸거나 미리 설정된 전화번호를 메시지를 전송하도록 할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 게이트웨이 장치의 구성을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 게이트웨이 장치(400)는 피크 검출부(410), 파형 검출부(420), 상황 판단부(430) 및 부가정보 확인부(440)를 포함한다. 피크 검출부(410), 파형 검출부(420), 상황 판단부(430)의 동작은 도 3과 동일하며, 부가정보 확인부(440)는 상황 판단부(430)에서 판단한 상황정보에 환자의 위치, 현재 기온, 날씨 등의 부가정보를 추가하여 데이터 센터로 전송한다. 환자의 위치는 게이트웨이에 포함된 GPS(Global Positioning System)를 통해 확인할 수 있으며, 현재 기온, 날씨 등의 정보는 인터넷을 통해 수집할 수 있다. 이와 같이 부가정보를 추가적으로 전송하는 경우, 의사는 부가정보를 토대로 환자의 상태를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.

또한 심전도 검출기와 뇌전도 검출기는 사용자별로 아이디(ID)를 가질 수 있으며, 심전도 검출기와 뇌전도 검출기에서 게이트웨이로 검출값을 전송할 때 사용자 ID를 함께 전송함으로써 다수의 사용자에 따른 생체신호 검출 오류를 방지할 수 있다. 즉, 게이트웨이는 심전도 검출기와 뇌전도 검출기에서 전송된 사용자 ID가 동일한 경우에만 검출된 값을 처리함으로써 서로 다른 사용자로부터 각각 검출된 심전도와 뇌전도를 가지고 잘못된 상황 판단을 하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우 사용자ID별로 표 2 및 표 3의 테이블을 각각 다르게 설정하여 저장할 수 있으며, 심전도 검출기와 뇌전도 검출기를 통해 사전에 여러 가지 상황에서의 심전도와 뇌전도를 측정해 본 결과값을 근거로 테이블을 작성함으로써 이후에 정확하게 사용자의 상황을 판단하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 게이트웨이의 동작 순서를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 510 단계에서 심전도 검출기로부터 심전도를 수신하고, 511 단계에서 상기 수신한 심전도의 사용자 ID를 확인하고, 512 단계에서 심전도의 피크값과 피크개수를 확인한다. 513 단계에서는 상기 심전도의 피크값과 피크 개수의 조합을 표 3과 같은 부호값으로 변경한다.

또한 520 단계에서 뇌전도 검출기로부터 뇌전도를 수신하고, 521 단계에서 상기 수신한 뇌전도의 사용자 ID를 확인하고, 522 단계에서 상기 뇌전도의 뇌파 종류를 확인한다. 그리고 523 단계에서 상기 확인한 뇌파를 표 3과 같은 부호값으로 변경한다.

530 단계에서는 상기 심전도와 뇌전도의 부호값을 가지고 사용자 ID별 심전도와 뇌전도 조합에 따른 상황 판단 테이블을 확인하고, 540 단계에서는 상기 상황 판단 테이블에 다라 현재 사용자의 상황을 판단한다. 그리고 필요에 따라 550 단계에서 사용자의 위치, 기온, 날씨 등의 부가 정보를 추가하고, 560 단계에서 해당 데이터를 데이터 센터로 전송한다.

한편, 도 3 및 도 4에서는 게이트웨이의 상황 판단부에서 상황을 판단하는 것으로 설명하였으나, 게이트웨이에서는 사용자 ID를 포함한 뇌전도와 심전도의 부호값만을 데이터 센터로 전송하고, 데이터 센터에서 내부 메모리에 저장된 테이블을 참조하여 환자의 상황을 판단하도록 할 수도 있다.

도 6은 데이터 센터에서 환자의 상황을 판단하는 경우의 데이터 센터의 구성을 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 데이터 센터(700)는 분류부(710), 피크 검출부(720), 파형 검출부(730), 상황 판단부(740), 부가정보 확인부(750)를 포함한다.

심전도 검출기(210)와 뇌전도 검출기(220)를 통해 검출된 심전도와 뇌전도가 게이트웨이(600)를 통해서 데이터 센터(700)로 전송되면, 분류부(710)는 심전도와 뇌전도를 분류하여 각각 피크 검출부(720)와 파형 검출부(730)로 전달한다. 피크 검출부(720)는 심전도의 피크값의 크기와 피크의 개수를 확인하여 표 3에서 해당 피크값의 크기와 피크의 개수에 대응되는 심전도 부호값을 상황 판단부(740)로 전송한다. 파형 검출부(730)는 뇌전도의 뇌파 종류를 확인하여 해당 뇌파의 부호값을 상황 판단부(740)로 전송한다. 상황 판단부(740)는 메모리에 미리 저장된 상기 표 2와 같은 테이블을 이용하여 심전도와 뇌전도의 부호값을 토대로 환자의 현재 환자의 상황을 판단한다. 또한 상황 판단부(740)는 필요에 따라 부가정보 확인부(750)로 날씨, 기온 등의 부가 정보를 요청하여 수신하고, 수신된 정보를 참조하여 환자의 상황을 판단할 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 게이트웨이를 홈 네트워크에 활용하는 예로서, 게이트웨이를 통해 환자의 상황을 판단한 결과나 인터넷을 통해 수집한 날씨, 온도 등에 따라 온도 조절이나 환기가 필요하다고 판단되는 경우에는 게이트웨이에 무선으로 연결된 조명, 에어컨, 공기 청정기 등을 가동하거나 조절할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

생체신호를 이용하여 상황을 판단하는 장치에 있어서,
심전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 심전도의 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 피크 검출부와,
뇌전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 뇌전도의 파형을 확인하는 파형 검출부와,
상기 피크 검출부와 상기 파형 검출부에서 검출된 결과를 토대로 사용자의 상황을 판단하는 상황 판단부를 포함하는 상황 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 피크 검출부는, 상기 심전도를 상기 피크값의 크기와 상기 피크의 개수에 따라 미리 설정된 부호값으로 변환하여 출력하고,
상기 파형 검출부는, 상기 뇌전도를 상기 확인한 뇌파의 종류에 따라 미리 설정된 부호값으로 변환하여 출력함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제2항에 있어서,
상기 심전도의 부호값과 상기 뇌전도의 부호값의 조합에 따라 상기 사용자의 상황을 미리 설정하여 기록한 테이블이 저장된 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 사용자의 현재 위치와 날씨, 온도 중 적어도 하나의 정보를 확인하는 부가 정보 확인부를 더 포함하는 상황 판단 장치.
제4항에 있어서,
상기 부가 정보 확인부는 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 상기 사용자의 현재 위치를 확인함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제4항에 있어서,
상기 부가 정보 확인부는 인터넷을 통해 상기 날씨, 온도 정보를 확인함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제4항에 있어서,
상기 상황 판단부는 상기 부가정보 확인부로부터 확인된 정보를 추가적으로 고려하여 상기 사용자의 상황을 판단함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제3항에 있어서,
상기 메모리에는 상기 심전도 검출기와 상기 뇌전도 검출기의 사용자 ID별로 상기 테이블이 저장되어 있으며,
상기 피크 검출부와 상기 파형 검출부는 상기 뇌전도와 상기 심전도로부터 각각 사용자 아이디(ID)를 확인하여 상기 상황 판단부로 전송함을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 상황 판단부는, 상기 사용자의 상황이 응급상황이라고 판단한 경우에 상기 사용자에게 응급상황을 알리는 이벤트를 발생시킴을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 상황 판단 장치는 게이트웨이 이거나 상기 사용자의 건강 데이터를 관리하는 데이터 센터임을 특징으로 하는 상황 판단 장치.
생체신호를 이용하여 상황을 판단하는 방법에 있어서,
심전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 심전도의 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 과정과,
뇌전도 검출기로부터 수신된 소정 시간 내의 뇌전도의 파형을 확인하는 과정과,
상기 검출된 결과를 토대로 사용자의 상황을 판단하는 과정을 포함하는 상황 판단 방법.
제11항에 있어서,
상기 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 과정은, 상기 심전도를 상기 피크값의 크기와 상기 피크의 개수에 따라 미리 설정된 부호값으로 변환하여 출력하고,
상기 파형을 확인하는 과정은, 상기 뇌전도를 상기 확인한 뇌파의 종류에 따라 미리 설정된 부호값으로 변환하여 출력함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제12항에 있어서,
상기 상황을 판단하는 과정은,
상기 심전도의 부호값과 상기 뇌전도의 부호값의 조합에 따라 상기 사용자의 상황을 미리 설정하여 기록한 테이블이 저장된 메모리를 참조하여 상기 상황을 판단함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제11항에 있어서,
상기 사용자의 현재 위치와 날씨, 온도 중 적어도 하나의 정보를 확인하는 과정을 더 포함하는 상황 판단 방법.
제14항에 있어서,
상기 사용자의 현재 위치는 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 확인함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제14항에 있어서,
상기 날씨, 온도 정보는 인터넷을 통해 확인함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제14항에 있어서,
상기 상황을 판단하는 과정은, 상기 확인된 적어도 하나의 정보를 추가적으로 고려하여 상기 사용자의 상황을 판단함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제13항에 있어서,
상기 메모리에는 상기 심전도 검출기와 상기 뇌전도 검출기의 사용자 ID별로 상기 테이블이 저장되어 있으며,
상기 피크값의 크기와 피크 개수를 확인하는 과정 및 상기 파형을 확인하는 과정은, 상기 뇌전도와 상기 심전도로부터 각각 사용자 아이디(ID)를 추가적으로 확인함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.
제11항에 있어서,
상기 상황을 판단하는 과정에서 상기 사용자의 상황이 응급상황이라고 판단한 경우에, 상기 사용자에게 응급상황을 알리는 이벤트를 발생시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상황 판단 방법.