KR20140046537A - Electrocardiogram monitoring system using machine-to-machine communication - Google Patents

Electrocardiogram monitoring system using machine-to-machine communication Download PDF

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KR20140046537A
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이성로
조용옥
박진관
전성민
샤르마 로네쉬
케샤브 투샤
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목포대학교산학협력단
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    • G16H80/00—ICT specially adapted for facilitating communication between medical practitioners or patients, e.g. for collaborative diagnosis, therapy or health monitoring

Abstract

A sensor network system comprised in the present invention performs a part of a process in a sensor node by using the self-computability of each sensor node. The processed result is transmitted to a potable terminal by using wireless communication. If a system is constructed by this method, energy consumption according to the wireless communication in the total energy consumption of the sensor node can be minimized. Therefore, an electrocardiogram monitoring system comprised in the present study may be a system which is suitable for the property of a health care monitoring system which must maximally secure the movement of a user and low energy consumption. [Reference numerals] (AA) Electrocardiogram signal; (BB) Feature extraction; (CC) Wireless communication; (DD) Base station

Description

사물 지능 통신을 이용한 생체 정보 모니터링 시스템{electrocardiogram monitoring system using machine-to-machine communication}Biometric information monitoring system using IoT intelligent communication {electrocardiogram monitoring system using machine-to-machine communication}

본 발명은 사물 지능 통신 기술에 관한 것으로, 특히 사물 지능 통신 기술을 이용한 생체 정보 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent communication technology, and more particularly, to a biometric information monitoring system using the intelligent communication technology.

사물 지능 통신(machine-to-machine communication, M2M communication)은 사람의 개입 없이 사물(machine)들이 자동으로 핵심정보를 주고받는 통신을 의미한다. 사물 간 통신에서는 다양한 종류의 어플리케이션이 제공될 수 있는데, 사물들이 특정 사건이나 대상으로부터 정보를 포착하여 이를 유무선 네트워크를 통해 어플리케이션에 전달한 뒤 어플리케이션은 이를 의미 있는 정보로 전환하는 과정을 거쳐 서비스를 제공하게 된다. 그러므로 이 기술은 모든 사물이 인터페이스의 주체가 되어서 언제 어디서나 정보 기술을 활용할 수 있는 유비쿼터스 정보 서비스를 구현하는데 있어서 핵심기술이다.Machine-to-machine communication (M2M communication) means communication in which machines automatically exchange key information without human intervention. In the communication between objects, various kinds of applications may be provided. The objects capture information from a specific event or object, deliver the information to the application through a wired or wireless network, and then the application converts the information into meaningful information to provide a service. do. Therefore, this technology is the core technology to implement ubiquitous information service that can use information technology anytime and anywhere as the subject of interface.

사물 지능 통신은 구체적이고 개별적인 존재인 사물이 RFID와 같이 객체로서 기능하는 것이 아니라 지능을 내재화해서 주체로서 통신에 참여하는 것이라 할 수 있다. M2M의 기술적 과제로써 일차적으로는 사물의 지능화를 추진하는 것이라 할 수 있다. 즉, 지능의 수준을 정의하고 표현하는 방법부터 내재화를 어떻게 할 것인가 라는 것이 모두 과제라 할 수 있다.In IoT communication, things, which are specific and individual entities, do not function as objects like RFID, but participate in communication as subjects by internalizing intelligence. As a technical task of M2M, it is primarily to promote intelligence of things. In other words, the task is to define and express the level of intelligence and how to internalize.

본 발명은 적은 에너지 소모와 사용자의 이동성을 최대한 보장하는 헬스케어 모니터링 시스템에 적합한 센서 네트워크 시스템을 적용한 생체 정보 모니터링 시스템을 제공할 수 있도록 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a technical scheme for providing a biometric information monitoring system applying a sensor network system suitable for a healthcare monitoring system that guarantees low energy consumption and maximum mobility of a user.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 사물 지능 통신을 이용한 생체 정보 모니터링 시스템은 ECG 아날로그 신호를 수신 및 증폭하고, 상기 증폭된 ECG 아날로그 신호를 필터를 통해 노이즈를 제거하여 디지털 신호로 변환하며, 상기 변환된 디지털 신호의 분석 구간을 설정하여 무선 통신을 통해 베이스 스테이션으로 전송하는 센서 노드, 및 상기 전송된 심전도 신호의 분석을 수행하는 베이스 스테이션을 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a bioinformation monitoring system using IoT intelligent communication according to an aspect of the present invention receives and amplifies an ECG analog signal, removes noise through a filter, and converts the amplified ECG analog signal into a digital signal. And a sensor node configured to set an analysis section of the converted digital signal and transmit it to a base station through wireless communication, and a base station that analyzes the transmitted ECG signal.

또한, 상기 생체 정보 모니터링 시스템은 지능성을 가진 아답터를 더 포함하며, 상기 아답터는 에이전트가 센싱한 데이터들을 전달받거나 상기 아답터의 명령을 상기 에이전트로 전송하는 통신 모듈, 상기 에이전트로부터 전달받은 데이터들을 상기 아답터가 가지고 있는 정책과 비교하기 위해 가공하는 프로세싱 모듈, 상기 프로세싱 모듈을 통해 가공된 데이터를 상기 에이전트가 가지고 있는 정책과 비교하여 해당 조건에 맞는 정책에 대한 명령을 상기 에이전트에게 보내는 지역 정책 결정 모듈, 상기 아답터가 가진 정책만으로 상기 지역 정책 결정 모듈이 판단할 수 없을 시, 상위 매니저로 전달하여 상기 매니저가 가진 상세한 정책을 이용하여 판단하는 포워딩 모듈, 및 상기 아답터가 자체적으로 판단할 수 있는 정책들이 저장된 데이터 베이스를 포함한다.The biometric information monitoring system may further include an adapter having intelligence, wherein the adapter receives a data sensed by an agent or a communication module for transmitting a command of the adapter to the agent, and the data received from the agent. A processing module for processing to compare with a policy owned by the processor, a local policy determination module for comparing the data processed by the processing module with a policy of the agent and sending a command to the agent for a policy meeting the corresponding condition; When the local policy determination module cannot determine only by the adapter, the forwarding module transmits to the upper manager to determine using the detailed policy of the manager, and data in which the adapter can determine itself. Bass .

본 발명은 각각의 센서노드가 자체적으로 가지고 있는 계산능력을 이용하여 일정부분의 처리를 센서노드에서 수행하며, 처리된 결과를 무선 통신을 이용하여 휴대용 단말 기기로 전송하는 센서 네트워크 시스템을 이용함으로써, 센서노드의 에너지 소모량 중 가장 많은 부분을 차지하는 무선통신 과정의 에너지 소모량을 최대한 줄이고 심전도를 빠르게 분석하여 신뢰성 있는 생체정보 모니터링 시스템을 구현할 수 있다.The present invention uses a sensor network system that performs a portion of processing at the sensor node using the computational power of each sensor node, and transmits the processed result to the portable terminal device using wireless communication. It is possible to implement a reliable biometric information monitoring system by reducing energy consumption in the wireless communication process, which accounts for the largest part of the energy consumption of the sensor node, and analyzing the electrocardiogram quickly.

또한, 센서노드는 해당 ECG 신호의 연산을 수행하여 센서노드와 휴대용 측정 장치 간의 통신 횟수를 감소시킴으로써 센서노드의 수명을 길게 한다.In addition, the sensor node extends the life of the sensor node by reducing the number of communication between the sensor node and the portable measurement device by performing calculation of the corresponding ECG signal.

더욱이, 생체 정보 모니터링 시스템은 아답터에 지능성을 부여하여 환자의 상태에 따른 동작을 스스로 결정할 수 있도록 함으로써, 사람의 제어를 최소화하는 효과를 창출한다.Furthermore, the biometric information monitoring system provides intelligence to the adapter so that it can determine the operation according to the condition of the patient by itself, thereby creating the effect of minimizing the control of the person.

도 1은 일반적인 심전도 신호의 파형을 예시한 도면.
도 2는 일반적인 심전도 센서의 부착 위치를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 M2M 통신을 이용한 생체 정보 모니터링 시스템의 전체 흐름도.1 illustrates the waveform of a typical ECG signal.
2 is a diagram illustrating an attachment position of a general ECG sensor.
3 is an overall flowchart of a biometric information monitoring system using M2M communication in accordance with an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

일반적으로, 생체신호를 처리하기 위해서는 연속적인 데이터를 계속해서 전송해야 하므로 센서노드의 전력소모가 커지게 된다. 따라서, 이러한 전력소모를 효율적으로 줄이기 위해서 센서노드가 가지고 있는 처리능력을 이용하여 아날로그 신호의 디지털화 및 필터링을 센서노드에서 직접 처리한다. 또한, 아주 적은 양의 데이터를 무선 통신을 이용하여 베이스 스테이션으로 전송하는 시스템을 구현한다.In general, the power consumption of the sensor node is increased because continuous data must be continuously transmitted in order to process the biosignal. Therefore, in order to reduce such power consumption efficiently, the digitization and filtering of analog signals are processed directly at the sensor node using the processing power of the sensor node. It also implements a system for transmitting very small amounts of data to a base station using wireless communication.

본 발명을 설명하기에 앞서, 심전도(electrocardiogram, ECG)란 심박동과 관련되어 나타나는 전위변화를 신체표면의 일정보위에 부착한 전극(electrode)을 심전계(electrocardiograph)에 연결하여 도 1에 예시된 바와 같이, 그림으로 기록한 것이다. Prior to describing the present invention, an electrocardiogram (ECG) is an electrocardiograph connected to an electrocardiograph by attaching an electrode, which is a potential change associated with a heartbeat, to one side of the body surface, as illustrated in FIG. 1. It is written as a picture.

인간의 심전도는 1887년 Waller AD의 capillary electrometer에 의해 처음 기록되었고, 1901년 Einthoven W가 임상기구로서의 심전계를 개발하고 이 과정에서 심전도라는 용어를 사용하였다. 또한, 심장병의 종류가 다르면 심전도의 기록도 달라진다는 것을 알아냈다. 이후, 심전계와 유도법의 발전으로 심전도가 본격적으로 임상에 이용되게 되었다. 심전도는 비혈관적 검사이며, 간단하고 재현성 있게 기록되며, 연속적으로 기록할 수 있고, 검사비용도 저렴하다. 이에, 심전도는 다양한 심장관련 병증 진단에 가장 널리 사용되고 있다.Human electrocardiograms were first recorded by Waller AD's capillary electrometer in 1887, and in 1901 Einthoven W developed the electrocardiograph as a clinical instrument and used the term electrocardiogram in this process. They also found that different types of heart disease would change the record of electrocardiograms. Later, with the development of electrocardiographs and induction methods, electrocardiograms were used in clinical practice. Electrocardiograms are non-vascular tests, are simple and reproducible, can be recorded continuously, and test costs are low. Accordingly, electrocardiograms are most widely used for diagnosing various cardiac diseases.

심전도는 두 부위간의 전위차를 기록하는 양극유도(biopolar lead)와 전극을 부착시킨 부위의 전극을 기록하는 단극유도(unipolar lead)가 있다. 심전도 유도법에는 전극을 오른손, 왼손, 왼발에 연결한 후 오른발에 연결한 전극은 접지로 이용하는 표준유도, 전극을 오른손, 왼손, 왼발에 연결하는 단극유도로 심전도를 기록하는 사지유도 그리고, 도 2에 예시된 바와 같이 심장에 가까운 부위에서 심전도를 기록하는 흉부유도가 있다.  There are two types of electrocardiograms: a biopolar lead, which records the potential difference between two sites, and a unipolar lead, which records the electrodes of the site where the electrodes are attached. In ECG method, the electrode is connected to the right hand, left hand and left foot, and the electrode connected to the right foot is the standard induction used as ground, the limb induction to record the electrocardiogram with unipolar induction connecting the electrode to the right hand, left hand and left foot, and FIG. As illustrated there is a thoracic induction that records the electrocardiogram in the region close to the heart.

본 발명에서는 저전력의 특징을 갖는 센서 네트워크 기반의 생체신호 모니터링 시스템을 구성한다. 궁극적으로는 ECG신호의 분류 부분을 제외한 처리를 센서노드 자체에서 계산하여 통신량을 줄임으로써, 에너지 소모를 최대한 줄이고자 한다. 특히, 센서 네트워크에 적합하게 설계된 무선통신 기술을 이용하여 자체 진단 능력을 갖춘 휴대용 진단기를 사용함으로써, 심전도를 빠르게 분석하여 신뢰성 있는 생체정보 모니터링 시스템을 구성한다.  In the present invention, a sensor network-based biosignal monitoring system having a low power characteristic is constructed. Ultimately, the sensor node itself calculates the processing except for the classification part of the ECG signal to reduce the amount of communication, thereby reducing energy consumption as much as possible. In particular, by using a portable diagnostic device having a self-diagnostic capability using a wireless communication technology designed for the sensor network, the electrocardiogram is quickly analyzed to construct a reliable biometric information monitoring system.

또한, 센서노드는 해당 ECG 신호의 연산을 수행하여 센서노드와 휴대용 측정 장치 간의 통신 횟수를 감소시킴으로써 센서노드의 수명을 길게 한다.In addition, the sensor node extends the life of the sensor node by reducing the number of communication between the sensor node and the portable measurement device by performing calculation of the corresponding ECG signal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 M2M 통신을 이용한 생체 정보 모니터링 시스템의 전체 흐름도이다. 3 is an overall flowchart of a biometric information monitoring system using M2M communication according to an embodiment of the present invention.

먼저, 생체 정보 모니터링 시스템의 센서노드는 ECG 아날로그 신호를 받아 증폭하는 과정을 거쳐 필터로 노이즈를 제거한다. ECG 아날로그 신호는 ADC 변환을 거쳐 디지털 신호로 변환되며, 특징추출을 위한 분석구간이 설정된다. 이렇게 센서노드에서 처리된 디지털 신호는 무선통신을 이용하여 베이스 스테이션으로 전송된다. 디지털 신호를 전송받은 베이스 스테이션은 심전도 신호의 분석을 수행하여 모니터링을 위해 데이터 처리를 마무리한다. 무선통신을 이용하여 전송하는 부분까지를 센서노드에서 담당하게 되는데 이것은 C로 구현된다. First, the sensor node of the biometric information monitoring system receives an ECG analog signal and amplifies it to remove noise with a filter. The ECG analog signal is converted into a digital signal through ADC conversion, and an analysis section for feature extraction is set. The digital signal processed in the sensor node is transmitted to the base station using wireless communication. The base station receiving the digital signal performs analysis of the ECG signal to complete the data processing for monitoring. The sensor node is responsible for the transmission using wireless communication, which is implemented in C.

한편, 생체 정보 모니터링 시스템의 아답터는 통신, 프로세싱, 지역 정책 결정, 포워딩의 4가지 모듈과 데이터 베이스(DB)로 구성되어 있다. 통신 모듈은 에이전트가 센싱한 데이터들을 전달받거나, 아답터의 명령을 에이전트로 전송하는 역할을 하는 모듈이다. 프로세싱 모듈은 에이전트에게 전달받은 데이터들을 아답터가 가지고 있는 정책과 비교를 하기 위해 가공하는 모듈이다. 지역 정책 결정 모듈은 프로세싱 모듈이 가공한 데이터를 에이전트가 가지고 있는 정책과 비교를 하여 해당 조건에 맞는 정책에 대한 명령을 에이전트에게 내린다. 포워딩 모듈은 아답터가 가지고 있는 정책만으로 지역 정책 결정 모듈이 판단할 수 없을 때 상위의 매니저로 전달하여 매니저가 가지고 있는 상세한 정책을 통해 판단할 수 있도록 한다. DB는 아답터가 자체적으로 판단할 수 있는 정책들이 저장되어 있다.
On the other hand, the adapter of the biometric information monitoring system is composed of four modules of communication, processing, local policy decision, and forwarding and a database. The communication module is a module that receives data sensed by an agent or transmits an adapter command to the agent. The processing module is a module that processes the data received from the agent to compare with the policy of the adapter. The local policy decision module compares the data processed by the processing module with the policy held by the agent and gives the agent a command for a policy that meets the conditions. When the local policy decision module cannot determine only the policy of the adapter, the forwarding module delivers it to the upper manager so that the manager can judge through the detailed policy of the manager. The DB stores policies that the adapter can determine for itself.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (2)

센서 네트워크 기반의 생체 신호 모니터링 시스템에 있어서, 상기 생체 신호 모니터링 시스템은
ECG 아날로그 신호를 수신 및 증폭하고, 상기 증폭된 ECG 아날로그 신호를 필터를 통해 노이즈를 제거하여 디지털 신호로 변환하며, 상기 변환된 디지털 신호의 분석 구간을 설정하여 무선 통신을 통해 베이스 스테이션으로 전송하는 센서 노드; 및
상기 전송된 심전도 신호의 분석을 수행하는 베이스 스테이션;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 기반의 생체 신호 모니터링 시스템.In the sensor network-based bio-signal monitoring system, the bio-signal monitoring system
A sensor that receives and amplifies an ECG analog signal, converts the amplified ECG analog signal into a digital signal by removing noise through a filter, and sets an analysis section of the converted digital signal to transmit to the base station through wireless communication. Node; And
A base station for analyzing the transmitted electrocardiogram signal;
Sensor network based bio-signal monitoring system comprising a. 제1항에 있어서,
지능성을 가진 아답터;를 더 포함하며,
상기 아답터는
에이전트가 센싱한 데이터들을 전달받거나 상기 아답터의 명령을 상기 에이전트로 전송하는 통신 모듈;
상기 에이전트로부터 전달받은 데이터들을 상기 아답터가 가지고 있는 정책과 비교하기 위해 가공하는 프로세싱 모듈;
상기 프로세싱 모듈을 통해 가공된 데이터를 상기 에이전트가 가지고 있는 정책과 비교하여 해당 조건에 맞는 정책에 대한 명령을 상기 에이전트에게 보내는 지역 정책 결정 모듈;
상기 아답터가 가진 정책만으로 상기 지역 정책 결정 모듈이 판단할 수 없을 시, 상위 매니저로 전달하여 상기 매니저가 가진 상세한 정책을 이용하여 판단하는 포워딩 모듈; 및
상기 아답터가 자체적으로 판단할 수 있는 정책들이 저장된 데이터 베이스;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 모니터링 시스템.The method of claim 1,
Adapter with intelligence; further includes,
The adapter
A communication module for receiving data sensed by an agent or transmitting a command of the adapter to the agent;
A processing module for processing data received from the agent to compare the policy with the adapter;
A local policy determination module for comparing the data processed by the processing module with a policy of the agent and sending a command to the agent for a policy meeting the corresponding condition;
A forwarding module that transmits to a higher manager when the local policy determination module cannot determine only the policy of the adapter, and determines using the detailed policy of the manager; And
A database storing policies that can be determined by the adapter itself;
Biological signal monitoring system comprising a.
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