KR20150088135A - Uwb 센서 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 감시 시스템 및 이를 이용한 환자 감시방법 - Google Patents

Uwb 센서 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 감시 시스템 및 이를 이용한 환자 감시방법 Download PDF

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    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate

Abstract

본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 실시간 환자 모니터링 시스템은 환자의 호흡 정보와 심박 정보를 센싱하는 UWB 센서(100)와, UWB 센서 신호에서 노이즈를 필터링하는 필터(110)와, 필터링된 호흡 및 심방 신호를 증폭하는 증폭기(120)와 증폭된 호흡 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 A/D 변환기(130)와, 환자 얼굴을 열화상 카메라로 촬영하여 센싱하고 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 열화상 모듈(140)과, 수신한 열화상 정보와 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 저장하는 메모리부(160)와, 상기 열화상 모듈(140)로부터 수신한 환자 얼굴의 열화상 정보와 상기 A/D 변환기(130)로부터 수신한 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 메모리부(160)에 저장하며 표시부(170)를 통하여 표출하도록 제어하고 메모리부(160)에 기 저장된 기준 값과 비교하여 이상 시 부저(180)가 울리고 LED(190)를 점등하도록 제어하는 MCU(150)와, 상기 MCU(150)의 제어에 의하여 정보를 표출하는 표시부(170)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 감시 시스템 및 이를 이용한 환자 감시방법{Patient Monitering System by using UWB Sensing Module and Thermal Image Module and Method thereof}
본 발명은 열화상 모듈과 UWB 센싱 모듈을 이용하여 환자의 존재 유무와 존재하는 경우 환자의 심박 및 체온을 모니터링하도록 함으로써 적은 인원으로 다수의 환자를 관리 감독하기 위한 것이다. 상기에서 열화상 모듈은 물체의 이미지와 물체의 온도를 센싱하여 관리 서버로 전송하는 것이므로 환자의 존재 유무와 체온을 판단할 수 있으며, UWB 센싱 모듈은 초광대역의 대역폭을 가지므로 이를 이용하여 환자의 호흡 및 심박 정보를 센싱하여 관리 서버로 전송할 수 있는 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2008-0106465호(2008. 12. 05. 공개)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 환자 모니터링 시스템 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 환자 모니터링 시스템은 병원 병동, 장기 보호시설, 육아실, 또는 그밖에 유사한 것에서 사용될 수 있는 ㄱ것이고 종래의 환자 모니터링 시스템(10)은 모니터링 스테이션(12) 및 하나 이상의 감지 유닛(14)을 구비한 것이다. 상기 감지 유닛(14)은 침상(17)의 매트리스(16) 아래에 설치된 감지 유닛(14A 및 14B), 휠체어(19)의 등받침(18)에 조립된 (또는 마운트된) 감지 유닛(14C), 제한 영역(22)(제한영역(22)은 예를 들어, 저장된 약물이 약국, 시설의 출구, 또는 그밖에 유사한 것이 될 수 있다)의 입구(20)에 장착된 감지 유닛(14D) 및 사람의 가슴(도시) 또는 손목(미도시)에 묶여진 감지 유닛(14E)을 포함할 수 있는 것이다. 또한 모니터링 스테이션(12)은 센서(14)뿐만 아니라 추가 센서(미도시)로부터 신호를 수신할 수 있는 것이다. 예를 들어, 모니터링 스테이션(12)은 도어 스위치, 근접 센서, EEG 기계, 혈액 산소 센서, 그밖에 유사한 것과 같은 다른 환자 모니터링 장치로부터 신호를 수신할 수 있다. 또한, 각각의 감지 유닛(14)은 모니터링 스테이션(12)과 통신하는 것이고 상기 통신은 바람직하게는 무선 통신이다. 또한 감지 유닛(14A, 14B, 14C 및 14E)은 감지 유닛(14)의 위치에서 사람의 현존, 활동성 및 활력 징후를 감시하는 것이다. 감지 유닛(14D)은 제한 영역(22)에서 의료진의 현존을 검출하기 위해 의도된 것이고 또한 감지 유닛(14D)은 활력 징후 등을 검출하는 능력이 부족할 수 있으며 상기 감지 유닛(14)은 다음의 하나 이상을 모니터할 수 있는 것이다:
ㆍ 사람의 심박률;
ㆍ 사람의 호흡률;
ㆍ 사람의 호흡 또는 심장의 정지 여부;
ㆍ 사람의 호흡 또는 심장의 비정상적인 패턴 여부;
ㆍ 사람의 활동(즉, 이동) 여부;
ㆍ 사람의 특이한 이동 여부(예를 들어, 발작 또는 경련을 나타내며 이동하는지 여부);
ㆍ 사람이 감지 유닛의 근처에 존재하는지 여부; 및,
ㆍ 기타 같은 종류의 것.
모니터링 동작으로부터 결과를 포함하는 데이터 신호(24)는 모니터링 스테이션(12)으로 전송되고 모니터링 스테이션(12)은 디스플레이(26), 유선 또는 무선 통신 모듈(27) 및 예를 들어, 알람 사운드의 발생기를 포함할 수 있는 알람(28)을 포함하는 것이다. 또한 통신 모듈(27)은 감지 유닛(14)으로부터 데이터 신호(24)를 수신하며 상기 모니터링 스테이션(12)은 모니터되는 다수의 사람에 관한 정보를 나타낼 수 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 환자 모니터링 시스템은 질환 여부의 중요한 팩터인 환자의 체온 변화를 판단할 수 없는 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 환자 모니터링 시스템은 개념적으로 설명되어 있어서 환자의 호흡 및 심박 등을 어떤 프로세싱을 거쳐서 판단할 수 있는지 구체적이지 아니한 문제점이 있는 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 실시간 환자 감시 시스템은 UWB 센서가 환자의 호흡 및 환자 가슴의 움짐임을 센싱하는 단계와, 센싱한 호흡 신호 및 심박 신호에서 노이즈를 필터링하는 단계와 필터링한 호흡 신호 및 심박신호를 증폭하는 단계와 증폭된 호흡신호 및 심박신호를 디지털 신호로 변환하여 관리서버로 전송하는 단계와, 열화상 모듈이 환자의 얼굴을 촬영한 열화상 정보를 디지털 신호로 변환하여 관리 서버로 전송하는 단계와, 관리 서버가 수신한 열화상 정보, 호흡정보 및 심박 정보를 메모리에 저장하는 단계와, 상기 수신한 환자의 호흡 정보, 심박 정보 및 온도 정보를 메모리부에 저장된 기준 정보와 비교하는 단계 및 비교 결과를 표시부를 통하여 표시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 감시 시스템은 환자의 체온 및 환자의 호흡 및 심박 등을 정확히 모니터링할 수 있으며 환자의 존재 여부나 환자의 위급 상태 등을 정확히 판단할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명은 다수의 환자 상태를 적은 인원으로 모니터링할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 환자 모니터링 시스템 구성도,
도 2는 본 발명 UWB 센서와 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 시스템 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 UWB 센서의 호흡 및 심박신호 검출 과정도,
도 4는 본 발명에 적용되는 UWB 센서의 호흡 및 심박의 시간 영역에서의 응답과 주파수 영역에서의 응답도,
도 5는 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 방법에 대한 제어 흐름도,
도 6은 다수의 환자를 모니터링하기 위한 시스템 구성도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 시스템 및 이를 이용한 환자 모니터링 방법을 도 2 내지 도 6을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 시스템 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 시스템은 환자의 호흡 정보와 심박 정보를 센싱하는 UWB 센서(100)와, UWB 센서 신호에서 노이즈를 필터링하는 필터(110)와, 필터링된 호흡 및 심방 신호를 증폭하는 증폭기(120)와 증폭된 호흡 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 A/D 변환기(130)와, 환자 얼굴을 열화상 카메라로 촬영하여 센싱하고 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 열화상 모듈(140)과, 수신한 열화상 정보와 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 저장하는 메모리부(160)와, 상기 열화상 모듈(140)로부터 수신한 환자 얼굴의 열화상 정보와 상기 A/D 변환기(130)로부터 수신한 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 메모리부(160)에 저장하며 표시부(170)를 통하여 표출하도록 제어하고 메모리부(160)에 기 저장된 기준 값과 비교하여 이상 시 부저(180)가 울리거나 LED(190)를 점등하도록 제어하는 MCU(150)와, 상기 MCU(150)의 제어에 의하여 정보를 표출하는 표시부(170)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 기준 값은 체온은 35.5℃ ~ 37.5℃ 범위를 기준으로 하고 호흡은 10회/분 및 심박은 20회/분을 기준으로 하며 또한 열화상 정보는 있으나 호흡 정보가 없는 경우에는 환자의 위급상황으로 판단하고, 열화상 정보도 없고 호흡 및 심박 정보도 없는 경우에는 환자가 자리에 없는 것으로 판단할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 UWB 센서의 호흡 및 심박신호 검출 과정도 이다. 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 UWB 센서(100)의 호흡 및 심박 신호 검출은 환자(200)의 가슴 운동을 기준으로 검출하는 것으로 환자 가슴의 움직임으로 인하여 UWB센서(100)로부터 전송되는 신호를 수신하여 관리 서버(300)에서 호흡 신호와 심박 신호를 판단하는 것임을 나타내고 있는 것이다. 예를 들어 성인의 호흡으로 인하여 가슴이 평균 4㎜ 움직이는 경우 UWB 센서(100)의 수신 신호를 파형 분석하면 호흡 신호는 16 ~ 24/분(0.13 ~ 0.4㎐) 정보를 얻을 수 있으며 심박 신호는 60분/분(1㎐) 정보를 얻을 수 있는 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 UWB 센서 모듈의 호흡 및 심박의 시간 영역과 주파수 영역에서의 응답도 이다. 상기도 4에서 (a)는 본 발명에 적용되는 UWB 센서 모듈의 호흡 및 심박의 시간 영역에서의 응답으로 연속 함수로 나타내면 호흡신호는 파란색 신호로 노이즈는 녹색신호로 나타나는 것이다. 또한 상기 시간 영역에서의 연속 함수를 푸리에 함수를 이용하여 주파수 영역으로 변환하면 (b)와 같이 호흡 신호와 심박 신호를 분리하여 나타낼 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 5에서 UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용한 환자 모니터링 방법은 UWB 센서가 환자의 호흡 및 환자 가슴의 움짐임을 센싱하는 단계(S11)와, 센싱한 호흡 신호 및 심박 신호에서 노이즈를 필터링하는 단계(S12)와, 필터링한 호흡 신호 및 심박 신호를 증폭하는 단계(S13)와 증폭된 호흡신호 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 관리 서버로 전송하는 단계(S14)와, 열화상 모듈이 환자의 얼굴을 촬영한 열화상 정보를 디지털 신호로 변환하여 관리 서버로 전송하는 단계(S21)와, 관리 서버가 수신한 열화상 정보, 호흡정보 및 심박 정보를 메모리부에 저장하는 단계(S15)와, 상기 수신한 환자의 호흡 정보, 심박 정보 및 온도 정보를 메모리부에 기 저장된 기준 정보와 비교하는 단계(S16) 및 비교 결과를 표시부를 통하여 표시하는 단계(S17)로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 S12단계는 미디언 필터(dian Filter)를 이용하여 필터링 한 후 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)에 의하여 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 S12 단계에서 N 개의 데이터를 하나의 구간으로 설정하는 윈도윙(windowing) 및 FFT에 의하여 푸리에 변환하면 주파수 영역에서의 호흡신호 및 심박신호 등을 분리할 수 있는 것이다. 또한 상기 S16 단계에서 수신되는 환자의 호흡 정보, 심박 정보 및 온도 정보가 기준 정보의 범위를 벗어나는 경우 부저 또는 LED로 경보하는 단계를 더 포함하여 구성할 수 있는 것이다. 또한 상기에서 온도 정보는 열화상 정보로부터 얻어질 수 있는 것이다.
도 6은 다수의 환자를 모니터링하기 위한 시스템 구성도이다. 상기도 6에서 다수의 환자를 모니터링하기 위한 시스템은 다수 환자의 침대 상부에 각각의 UWB 센서모듈과 열화상 모듈로 구성된 센서 모듈(400)을 설치하고 RS 485 통신을 이용하여 관리 서버(300)로 센싱된 신호를 전송하여 모니터링하면 다수의 환자에 대하여 적은 인원으로 모니터링할 수 있는 것임을 나타내고 있는 것이다. 상기에서 UWB 센서 모듈은 상기 UWB 센서(100)와, UWB 센서 신호에서 노이즈를 필터링하는 필터(110)와 필터링된 호흡 및 심방 신호를 증폭하는 증폭기(120)와 증폭된 호흡 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 A/D 변환기(130)를 포함하는 구성일 수 있는 것이다.
12 : 모니터링 스테이션, 14 : 감지 유닛,
18 : 등받침, 22 : 제한영역,
100 :UWB 센서, 110 : 필터,
130 : A/D 변환기, 150 : MCU,
170 : 표시부, 180 : 부저,
200 : 환자, 300 : 관리 서버

Claims (9)

  1. 침상에 있는 환자의 온도, 호흡 및 심박 정보를 통하여 환자를 실시간 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 환자를 실시간 모니터링하는 시스템은,
    환자의 호흡 정보와 심박 정보를 센싱하는 UWB 센서(100)와;
    상기 UWB 센서 신호에서 노이즈를 필터링하는 필터(110)와;
    필터링된 호흡 및 심박 신호를 증폭하는 증폭기(120)와;
    증폭된 호흡 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 A/D 변환기(130)와;
    환자 얼굴을 열화상 카메라로 촬영하여 센싱하고 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 열화상 모듈(140)과;
    수신한 열화상 정보와 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 저장하는 메모리부(160)와;
    상기 열화상 모듈(140)로부터 수신한 환자 얼굴의 열화상 정보와 상기 A/D 변환기(130)로부터 수신한 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 메모리부(160)에 저장하며 표시부(170)를 통하여 표출하도록 제어하고 메모리부(160)에 기 저장된 기준 값과 비교하여 이상 시 부저(180)가 울리거나 LED(190)를 점등하도록 제어하는 MCU(150);
    및 상기 MCU(150)의 제어에 의하여 정보를 표출하는 표시부(170)로 구성된 것을 특징으로 하는 환자를 실시간 모니터링하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터(110)는,
    미디안 필터;
    및 BPF로 구성된 것을 특징으로 하는 환자를 실시간 모니터링하는 시스템.
  3. 침상에 있는 다수의 환자의 온도, 호흡 및 심박 정보를 통하여 다수의 환자를 실시간 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 다수의 환자를 실시간 모니터링하는 시스템은,
    다수 환자의 상부에 각각 설치되는 것으로 환자의 호흡, 심박 상태를 센싱하고 관리 서버로 전송하는 UWB 센싱 모듈과 환자의 온도를 센싱하고 관리 서버로 전송하는 열화상 모듈로 구성된 센서 모듈(400);
    및 상기 각 센서 모듈(400)의 신호를 수신하여 모니터링하는 관리 서버(300)로 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 환자를 실시간 모니터링하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서 모듈과 관리 서버와의 통신은,
    RS485 통신인 것을 특징으로 하는 다수의 환자를 실시간으로 모니터링하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 UWB 센싱 모듈은,
    환자의 호흡 정보와 심박 정보를 센싱하는 UWB 센서(100)와;
    상기 UWB 센서 신호에서 노이즈를 필터링하는 필터(110)와;
    필터링된 호흡 및 심방 신호를 증폭하는 증폭기(120);
    및 증폭된 호흡 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 MCU로 전송하는 A/D 변환기(130)로 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 환자를 실시간으로 모니터링하는 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 관리 서버(300)는,
    수신한 열화상 정보와 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 저장하는 메모리부(160)와;
    상기 열화상 모듈(140)로부터 수신한 환자 얼굴의 열화상 정보와 상기 A/D 변환기(130)로부터 수신한 환자의 호흡 정보 및 심박 정보를 메모리부(160)에 저장하며 표시부(170)를 통하여 표출하도록 제어하고 메모리부(160)에 기 저장된 기준 값과 비교하여 이상 시 부저(180)가 울리거나 LED(190)를 점등하도록 제어하는 MCU(150);
    및 상기 MCU(150)의 제어에 의하여 정보를 표출하는 표시부(170)로 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 환자를 실시간 모니터링하는 시스템.
  7. UWB 센싱 모듈과 열화상 모듈을 이용하여 환자를 실시간으로 모니터링 하는 방법에 있어서,
    상기 환자를 실시간으로 모니터링하는 방법은,
    UWB 센서가 환자의 호흡 및 환자 가슴의 움짐임을 센싱하는 단계(S11)와;
    센싱한 호흡 신호 및 심박 신호에서 노이즈를 필터링하는 단계(S12)와;
    필터링한 호흡 신호 및 심박 신호를 증폭하는 단계(S13)와;
    증폭된 호흡신호 및 심박 신호를 디지털 신호로 변환하여 관리 서버로 전송하는 단계(S14)와;
    열화상 모듈이 환자의 얼굴을 촬영한 열화상 정보를 디지털 신호로 변환하여 관리 서버로 전송하는 단계(S21)와;
    관리 서버가 수신한 열화상 정보, 호흡정보 및 심박 정보를 메모리부에 저장하는 단계(S15)와;
    상기 수신한 환자의 호흡 정보, 심박 정보 및 온도 정보를 메모리부에 저장된 기준 정보와 비교하는 단계(S16);
    및 비교 결과를 표시부를 통하여 표시하는 단계(S17)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 환자를 실시간으로 모니터링하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱한 호흡 신호 및 심박 신호에서 노이즈를 필터링하는 단계(S12)는,
    미디언 필터(dian Filter)를 이용하여 필터링 한 후 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)에 의하여 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 환자를 실시간으로 모니터링하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신한 환자의 호흡 정보, 심박 정보 및 온도 정보를 메모리부에 저장된 기준 정보와 비교하는 단계(S16)는,
    온도 정보는 있으나 호흡 정보가 없는 경우에는 환자의 위급상황으로 판단하고 온도 정보도 없고 호흡 및 심박 정보도 없는 경우에는 환자가 자리에 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 환자를 실시간으로 모니터링하는 방법.


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