KR20150032410A

KR20150032410A - 임피던스가 향상된 전극을 이용한 생체 상황 인지 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150032410A
Application number: KR20130111620A
Authority: KR
Inventors: 김영환; 손재기; 임채영
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-26
Also published as: KR101641643B1

Abstract

임피던스가 향상된 전극을 이용한 생체 상황 인지 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 생체 상황 인지장치는, EEG 센서, ECG 센서, EEG 신호처리부, ECG 신호처리부 및 신호처리된 EEG와 ECG를 기반으로 생체 상황을 판단하는 프로세서를 포함하고, EEG 센서의 전극과 ECG 센서의 전극은 전도사를 이용한 직물 전극이다. 이에 의해, 임피던스가 향상된 전극을 이용하여 높은 피부 임피던스를 극복하여 정확한 생체 신호 센싱이 가능해진다.

Description

임피던스가 향상된 전극을 이용한 생체 상황 인지 방법 및 장치{Method and Apparatus for Body State Recognition using the Impedance Charateristic Enhanced Electorde}

본 발명은 생체 상황 인지 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 인체로부터 센싱한 신호들을 기반으로 사용자의 생체 상황을 인지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

근자에 이르러, 생활 환경의 향상과 의료 기술의 발전으로 인한 수명 연장은 인구 고령화라는 사회 문제를 대두시켰으며, 인구 고령화로 인해 헬스 케어에 대한 관심과 수요가 급증하고 있는 실정이다.

한편, 통신 기술과 모바일 플랫폼의 비약적인 발전은, 전자 기술을 헬스 케어에 접목시키기까지 이르렀으며, 이에 따라 많은 헬스 케어 기기들이 탄생하게 되었다.

하지만, 높은 피부 임피던스로 인해 헬스 케어 기기에서 정확한 생체 신호 센싱에 어려움이 있고, 정확한 생체 신호를 확보하였다 하더라도 이를 기반으로 정확한 생체 상황을 판단하지 못한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 높은 피부 임피던스에 의한 노이즈 영향을 최소화하여 정확한 생체 상황을 판단하기 위한 방안으로, 임피던스가 향상된 전극을 이용한 생체 상황 인지 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 생체 상황 인지장치는, EEG(ElectroEncephaloGram : 뇌전도)를 센싱하는 EEG 센서; ECG(ElectroCardioGram : 심전도)를 센싱하는 ECG 센서; 상기 EEG를 신호처리하는 EEG 신호처리부; 상기 ECG를 신호처리하는 ECG 신호처리부; 및 신호처리된 EEG와 ECG를 기반으로, 생체 상황을 판단하는 프로세서;를 포함하고, 상기 EEG 센서의 전극과 상기 ECG 센서의 전극은, 전도사를 이용한 직물 전극이다.

그리고, 상기 직물 전극은, 크기가 다른 패턴들이 반복되는 형태일 수 있다.

또한, 상기 직물 전극은, 상기 패턴들 중 크기가 큰 패턴이 크기가 작은 패턴의 외곽에 위치할 수 있다.

그리고, 상기 패턴은, 원형 패턴 또는 다각형 패턴일 수 있다.

또한, 상기 패턴들은, 다수의 종류를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 생체 상황 인지방법은, EEG(ElectroEncephaloGram : 뇌전도) 센서로 EEG를 센싱하여 신호처리하는 단계; ECG(ElectroCardioGram : 심전도) 센서로 ECG를 센싱하여 신호처리하는 단계; 및 신호처리된 EEG와 ECG를 기반으로, 생체 상황을 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 EEG 센서의 전극과 상기 ECG 센서의 전극은, 전도사를 이용한 직물 전극이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 임피던스가 향상된 전극을 이용하여 높은 피부 임피던스를 극복하여 정확한 생체 신호 센싱이 가능해진다. 또한, 다양한 생체 신호와 생체 신호에 대한 다양한 파라미터를 이용하여 비교적 정확하게 생체 상황을 판단할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 상황 인지장치의 블럭도,
도 2 내지 도 4는. 전도사로 구현한 직물 전극을 예시한 도면들,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 상황 인지방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 6은 EEG 종류 판별에 이용되는 테이블, 그리고,
도 7은 생체 상황 판단에 이용되는 테이블이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 상황 인지장치의 블럭도이다. 본 실시예에 따른 생체 상황 인지장치(100)는 EEG(ElectroEncephaloGram : 뇌전도), ECG(ElectroCardioGram : 심전도), SKT(SKin Temperature : 피부 온도) 및 GSR(Galvanic Skin Response : 피부 전도도)를 기반으로 생체 상황을 결정한다.

EEG와 ECG를 측정하기 위해 본 실시예에 따른 생체 상황 인지장치(100)는 특정 패턴의 직물 전극을 이용한다. 또한, 본 실시예에 따른 생체 상황 인지장치(100)는 스트레스 지수(Stress Level)를 산출하여 참조한다.

이와 같은 기능을 수행하는 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 생체 상황 인지장치(100)는, 센서들(111, 113, 115, 117), 신호처리부들(121, 123, 125, 127), 프로세서(130), 메모리(140) 및 통신부(150)를 포함한다.

EEG-센서(111)는 사용자의 EEG를 센싱하고, EEG-신호처리부(121)는 센싱된 EEG에 필요한 신호처리를 수행하고 EEG 파형을 검출하고,

ECG-센서(113)는 사용자의 ECG를 센싱하고, ECG-신호처리부(123)는 센싱된 ECG에 필요한 신호처리를 수행하고 ECG 파형을 검출하며,

SKT-센서(115)는 사용자의 SKT를 센싱하고, SKT-신호처리부(125)는 센싱된SKT에 필요한 신호처리를 수행하고 SKT 파형을 검출하고,

GSR-센서(117)는 사용자의 GSR을 센싱하고, GSR-신호처리부(127)는 센싱된GSR에 필요한 신호처리를 수행하고 GSR 파형을 검출한다.

EEG-센서(111)와 ECG-센서(113)는 인체 표면의 높은 임피던스에 의한 노이즈를 제거하기 위해 임피던스가 향상된 전극을 이용한다. 구체적으로, EEG-센서(111)의 전극과 ECG-센서(113)의 전극은, 전도사(傳導紗)를 이용한 직물 전극으로 구현한다.

도 2 내지 도 4에 직물 전극의 형태를 예시하였다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, EEG-센서(111)의 전극과 ECG-센서(113)의 전극은 크기가 다른 패턴들이 반복되는 형태로, 크기가 큰 패턴이 크기가 작은 패턴의 외곽에 위치하는 형태이다.

도 2 내지 도 4에 원형, 사각형, 오각형 패턴을 도시하였는데, 이는 예시적인 것에 불과하다. 이와 다른 형상의 패턴으로 직물 전극을 구현하는 경우도 가능함은 물론이다.

현재, 직물 전극의 크기를 1cm×1cm 이상으로 하면, EEG와 ECG 센싱에 아무런 문제가 없는데, 전도사의 특성이 향상되는 경우에는 이보다 작은 사이즈로 구현할 수도 있을 것이다.

한편, 직물 전극에서 반복되는 패턴들의 모양을 각기 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, 원형 패턴의 외곽에 사각형 패턴이 위치하고, 사각형 패턴의 외곽에 다시 원형 패턴이 위치하며, 원형 패턴의 외곽에 다시 사각형 패턴이 위치하는 형태로 구현할 수도 있다.

다시 도 1을 참조하여, 생체 상황 인지장치(100)에 대해 설명한다.

프로세서(130)는 신호처리부들(121, 123, 125, 127)로부터 전달되는 EEG, ECG, SKT, GSR을 시간 별로 구분하여 메모리(140)에 저장한다. 또한, 프로세서(130)는 메모리(140)에 저장된 EEG, ECG, SKT, GSR을 참조하여, 사용자의 생체 상황을 판단한다.

또한, 프로세서(130)는 판단된 사용자의 생체 상황을 통신부(150)를 통해 관제 센터 서버로 전송한다. 정보 전송은 이동 통신망을 이용할 수도 있고, 무선 인터넷 망을 이용할 수도 있다.

사용자의 생체 상황을 판단함에 있어, 프로세서(130)는 EEG, ECG, SKT, GSR 외에 스트레스 지수를 더 참조할 수 있다. 스트레스 지수는 ECG와 PPG(PhotoPlethysmoGraphy)를 이용하여 산출할 수 있는데, 이를 위해 ECG-센서(113)와 ECG-신호처리부(123)에 PPG를 위한 기능을 추가시키거나, 생체 상황 인지장치(100)에 PPG 센싱과 신호처리를 위한 소자를 더 포함시킬 수 있다.

또한, 사용자 생체 상황 정보를 관제 센터 서버로 전송함에 있어, 프로세서(130)는 시간이나 장소와 같은 부가 정보를 함께 전송할 수 있다.

이하에서, 도 1에 도시된 생체 상황 인지장치(100)에 의한 생체 상황 인지 과정에 대해 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 상황 인지방법의 설명에 제공되는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 생체 상황 인지장치(100)를 통해 센서들(111, 113, 115, 117)이 부착된 사용자의 ID를 입력받는다(S210). 사용자 ID 입력은 생체 상황 인지장치(100)에 마련된 물리적/터치식 입력장치(미도시)나 사용자 ID가 수록된 바코드, QR 코드 등을 읽을 수 있는 리더(미도시)를 통해 입력가능하다.

EEG-센서(111)는 사용자의 EEG를 센싱하고(S221), EEG-신호처리부(121)는 S221단계에서 센싱된 EEG에 필요한 신호처리를 수행하고 EEG 파형을 검출한다(S223).

그러면, 프로세서(130)는 S223단계에서 검출된 EEG 파형으로부터 EEG 종류를 판별한다(S225). EEG 종류 판별은 EEG의 주파수를 기반으로 이루어진다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 프로세서(130)는 EEG 주파수를 기반으로, EEG의 종류를 알파-파, 베타-파, 델타-파, 세타-파, SMR-파로 판별한다.

한편, ECG-센서(113)는 사용자의 ECG를 센싱하고(S231), ECG-신호처리부(123)는 S231단계에서 센싱된 ECG에 필요한 신호처리를 수행하고 ECG 파형을 검출한다(S233).

그러면, 프로세서(130)는 S223단계에서 검출된 ECG 파형으로부터 정해진 시간 단위로 ECG 피크들을 검출하여 그 개수를 산정하고(S235), 검출된 ECG 피크들 중 최대 피크를 산출한다(S237). 여기서, 시간 단위는 5분으로 설정할 수 있는데, 이 수치는 필요에 따라 변경가능하다.

또한, SKT-센서(115)는 사용자의 SKT를 센싱하고(S241), SKT-신호처리부(125)는 S241단계에서 센싱된 SKT에 필요한 신호처리를 수행하고 SKT 파형을 검출한다(S243).

그러면, 프로세서(130)는 S243단계에서 검출된 SKT 파형으로부터 정해진 시간 단위로 SKT 평균을 산정한다(S245). 여기서, 시간 단위는 0.5초로 설정하고, 0.5초 동안 100개의 데이터를 수집하여 평균할 수 있는데, 이 수치들은 필요에 따라 변경가능하다.

그리고, GSR-센서(117)는 사용자의 GSR을 센싱하고(S251), GSR-신호처리부(127)는 S251단계에서 센싱된 GSR에 필요한 신호처리를 수행하고 GSR 파형을 검출한다(S253).

그러면, 프로세서(130)는 S253단계에서 검출된 GSR 파형으로부터 정해진 시간 단위로 GSR 측정 합을 산출한다(S255). 여기서, 시간 단위는 0.5초로 설정하고, 0.5초 동안 100개의 데이터를 합산할 수 있는데, 이 수치들은 필요에 따라 변경가능하다.

이후, 프로세서(130)는 S225단계, S235단계, S237단계, S245단계 및 S255단계에서 판별/산정/산출된 정보를 시간 단위로 구분하여 메모리(140)에 저장한다(S260).

그리고, 프로세서(130)는 메모리(140)에 저장된 EEG, ECG, SKT, GSR을 참조하여, 사용자의 생체 상황을 판단한다(270). S270단계에서의 생체 상황 판단에 사용되는 테이블을 도 7에 예시하였다.

도 7에 예시된 바와 같이, 생체 상황 판단용 테이블을 EEG의 종류에 따라 각기 다르며, ECG, SKT, GSR 및 스트레스 지수(S-level)가 참조되어 생체 상황이 "안정", "주의" 또는 "응급"으로 판단됨을 확인할 수 있다. 또한, ECG에 대해서는 피크 개수와 최대 피크가 참조 됨을 확인할 수 있다.

스트레스 지수(S-level)는 선택적인 것으로 생체 상황 판단에 있어 배제가능하다. 하지만, 스트레스 지수(S-level)를 참조하고자 하는 경우 ECG와 PPG를 이용하여 산출할 수 있는데, 이를 위해 ECG-센서(113)와 ECG-신호처리부(123)에 PPG를 위한 기능을 추가시키거나, 생체 상황 인지장치(100)에 PPG 검출과 신호처리를 위한 소자를 더 포함시킬 수 있음은 전술한 바 있다. 더 나아가, ECG만을 이용하여 스트레스 지수(S-level)를 산출하는 것도 가능하다.

다음, 프로세서(130)는 현재 시간 정보와 위치 정보를 획득하여, S270단계에서 판단된 생체 상황 정보에 부가한다(S280). 현재 시간 정보와 위치 정보는 통신부(150)에 마련된 GPS 유닛을 통해 수신되는 GPS 신호로 획득가능하다. 이 밖에도, 내부 타이머를 통해 현재 시간 정보를 획득하고, 기지국이나 AP(Access Point)를 통해 현재 위치 정보를 획득할 수도 있다.

이후, 프로세서(130)는 S280단계에서 현재 시간/위치 정보가 부가된 생체 상황 정보를 통신부(150)를 통해 관제 센터 서버로 전송한다(S290). 이에, 관제 센터 서버는 수신한 정보들을 토대로, 필요한 경우의 응급 조치(예를 들면, 의료기관에 연락, 응급조치 방법을 생체 상황 인지장치(100)에 안내)를 수행할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100 : 생체 상황 인지장치
111 : EEG-센서 121 : EEG-신호처리부
113 : ECG-센서 123 : ECG-신호처리부
115 : SKT-센서 125 : SKT-신호처리부
117 : GSR-센서 127 : GSR-신호처리부
130 : 프로세서 140 : 메모리
150 : 통신부

Claims

EEG(ElectroEncephaloGram : 뇌전도)를 센싱하는 EEG 센서;
ECG(ElectroCardioGram : 심전도)를 센싱하는 ECG 센서;
상기 EEG를 신호처리하는 EEG 신호처리부;
상기 ECG를 신호처리하는 ECG 신호처리부; 및
신호처리된 EEG와 ECG를 기반으로, 생체 상황을 판단하는 프로세서;를 포함하고,
상기 EEG 센서의 전극과 상기 ECG 센서의 전극은,
전도사를 이용한 직물 전극인 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지장치.
제 1항에 있어서,
상기 직물 전극은,
크기가 다른 패턴들이 반복되는 형태인 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지장치.
제 2항에 있어서,
상기 직물 전극은,
상기 패턴들 중 크기가 큰 패턴이 크기가 작은 패턴의 외곽에 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지장치.
제 3항에 있어서,
상기 패턴은,
원형 패턴 또는 다각형 패턴인 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지장치.
제 2항에 있어서,
상기 패턴들은, 다수의 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지장치.
EEG(ElectroEncephaloGram : 뇌전도) 센서로 EEG를 센싱하여 신호처리하는 단계;
ECG(ElectroCardioGram : 심전도) 센서로 ECG를 센싱하여 신호처리하는 단계; 및
신호처리된 EEG와 ECG를 기반으로, 생체 상황을 판단하는 단계;를 포함하고,
상기 EEG 센서의 전극과 상기 ECG 센서의 전극은,
전도사를 이용한 직물 전극인 것을 특징으로 하는 생체 상황 인지방법.