KR20210063981A - 무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법은 무선 온도 측정장치를 이용하여 피부 표면온도를 측정하고, 측정된 피부 표면온도를 기측정된 코어 체온 정보로 변환하여 개별 체온 측정이 손쉽고 편리한 효과가 있으며, 무선 온도 측정장치를 사람의 등쪽에 부착하여 인체에 편안하게 오랫동안 부착할 수 있는 효과가 있다.

Description

무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법{System and Method for Monitoring Health Information In Wireless}
본 발명은 헬스 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 온도 측정장치를 이용하여 피부 표면온도를 측정하고, 측정된 피부 표면온도를 기측정된 코어 체온 정보로 변환하여 용이하게 개별 체온을 측정할 수 있는 무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
체온은 인체 건강 상태를 나타내는 중요한 수치 중 하나이다. 정상 체온 범위는 36.5 내지 37.5℃로 표시된다.
즉, 개별 체온은 연령, 운동, 감염, 성별 및 신체 측정 장소에 따라 다를 수 있다.
신체에서 체온을 측정하는 부위는 직장, 구강, 겨드랑이를 측정하여 인체 온도를 측정하는 것이 일반적으로 알려진 방법이다.
체온을 측정하는 방법은 구강 측정을 하는 경우, 치아에 의해 압력이 가해져 온도계가 깨질 수 있으며, 직장 측정을 하는 경우, 직장이 간혹 손상되는 문제점이 있다.
체온 측정 방법은 고막의 온도를 측정하는 귀 온도계가 가장 많이 사용되며, 체온을 측정하기 위해 피험자의 이마에 놓인 이마 온도계가 개발되었다.
귀 온도계와 이마 온도계는 적외선 센서를 사용하여 온도를 측정하고, 적외선 센서의 특성으로 인하여 깨끗하고 먼지가 없고, 습도가 높은 환경에서 사용해야 하며, 비싼 센서의 가격으로 인하여 온도계 비용을 상승시키는 단점이 있다.
최근 전자 공학 기술이 급속히 발전하고 있기 때문에 피부 전기 임피던스의 측정 및 분석과, 피부의 전기 특성에 대한 전류, 이온 강도 및 온도의 영향을 관찰하는 등 피부 특성을 객관적으로 측정하는데 중점을 둔 다양한 전기 장치를 사용하는 연구가 진행되고 있다.
그러나 이러한 연구 중에서 어떤 연구도 피부 표면온도의 측정에 초점을 맞추지 않았으며, 피부 표면온도와 코어 체온 사이의 관계를 찾기 위한 연구를 수행하지 않았다.
한국 등록특허번호 제10-1367215호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 무선 온도 측정장치를 이용하여 피부 표면온도를 측정하고, 측정된 피부 표면온도를 기측정된 코어 체온 정보로 변환하여 피부 표면온도와 코어 체온 사이의 상관 관계를 찾아내는 체온 측정 장치를 개발하여 체온 측정이 손쉽고 편리한 무선 헬스 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템은,
사람의 목 아래 쪽에 패치 형태로 설치되어 피부 표면온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서로부터 피부 표면온도를 수신하여 전송하는 송신 제어부를 구비한 무선 온도 측정장치; 및
상기 무선 온도 측정장치로부터 수신된 피부 표면온도를 기측정된 체온 정보에 일정한 오차 범위 내로 포함하도록 보정하여 상기 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환하는 제어부를 구비한 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 보간법을 적용한 2차 방정식인 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, CoreBodyTemp는 사람의 코어 체온이고, SkinTemp는 측정한 피부 표면온도, pi는 원주율임.
상기 수신기는 시간에 따라 상기 측정된 피부 표면온도와 귀 온도계로 측정된 체온 정보의 상관 관계를 기계 학습하여 상기 측정된 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하여 출력하는 기계 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 무선 헬스 모니터링 방법은,
사람의 목 아래 쪽에 패치 형태로 온도센서를 설치하여 피부 표면온도를 측정하고, 상기 온도센서로부터 피부 표면온도를 수신하여 송신부를 통해 전송하는 단계; 및
상기 피부 표면온도를 수신부를 통해 수신하고, 상기 수신된 피부 표면온도를 기측정된 체온 정보에 일정한 오차 범위 내로 포함하도록 보정하여 상기 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 무선 온도 측정장치를 이용하여 피부 표면온도를 측정하고, 측정된 피부 표면온도를 기측정된 코어 체온 정보로 변환하여 개별 체온 측정이 손쉽고 편리한 효과가 있으며, 무선 온도 측정장치를 사람의 등쪽에 부착하여 인체에 편안하게 오랫동안 부착할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 온도 측정장치의 하우징을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도의 측정시점을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 온도 측정장치에 의해 측정된 온도값과 K형 열전대 센서에 의해 측정된 온도값을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도와 귀 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도를 코어 체온으로 추정하는 알고리즘을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 추정된 코어 체온과 귀 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 휴대용 단말장치에서 스트레스 상태를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 온도 측정장치의 하우징을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도의 측정시점을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템(100)은 무선 온도 측정장치(110) 및 수신기(120)를 포함한다.
무선 온도 측정장치(110)는 온/습도센서(111), PPG 센서(111a), 송신 제어부(112), RF 송신부(113) 및 디스플레이부(115)를 포함한다.
무선 온도 측정장치(110)는 사람의 목 아래 쪽에 설치되는 것으로 특히, 인체의 등쪽에 설치되는 육면체 형상의 하우징을 포함한다.
무선 온도 측정장치(110)를 사람의 등쪽에 부착하는 이유는 손목이나 가슴 등 다른 신체 부위보다 피부 온도가 체온에 더 가까우며, 인체에 편안하게 오랫동안 부착하기에 적합한 장점이 있기 때문이다.
하우징은 무선 온도 측정장치(110)의 본체를 형성하는 것으로 송신 제어부(112)를 수용한 메인보드 하우징(112a)과, 온/습도센서(111), PPG 센서(111a), 배터리(114)를 수용한 배터리 하우징(114a)과, 배터리 하우징(114a)의 일면에 결합하여 배터리 하우징(114a)의 개방된 일면을 폐쇄하고, 온/습도센서(111)의 제어를 담당하는 센서보드(111a)를 내측에 결합하며, 센서홀(미도시)이 뚫려 있는 센서보드 커버판(111b)을 포함한다.
하우징은 센서보드 커버판(111b)의 센서홀이 피부를 향하도록 배치한다.
배터리(114)는 온/습도센서(111), 송신 제어부(112), 디스플레이부(115)와 전기적으로 연결되어 무선 온도 측정장치(110)의 전원을 공급한다.
접착부재(미도시)는 하우징을 피부에 접착시키기 위한 것으로, 하우징과 피부 사이에 형성할 수 있다.
접착부재는 센서홀을 제외한 센서보드 커버판(111b)의 일면에 전체적으로 형성되어 피부에 접착될 수 있다.
온/습도센서(111)는 신체의 온도와 습도를 측정하는 센서로, 센서홀을 통하여 센서보드 커버판(111b)의 외측으로 돌출되어 피부에 접하며 피부 표면온도를 측정할 수 있다. 즉, 온/습도센서(111)는 일단부가 하우징의 외측으로 돌출되어 피부에 밀착되고, 타단부가 하우징의 내측에 인입된다.
PPG 센서(111a)는 맥박 측정을 위한 센서이다.
송신 제어부(112)는 온/습도센서(111)에 전기적으로 연결되고, 온/습도센서(111)로부터 피부 표면온도를 수신하고, 수신한 피부 표면온도를 RF 송신부(113)를 통해 수신기(120)로 전송한다.
송신 제어부(112)는 일정 주기마다 온/습도센서(111)를 제어하여 피부 표면온도를 수신한다. 송신 제어부(112)는 저전력 소비 ARM 아키텍처 마이크로 컨트롤러를 사용한다.
RF 송신부(113)는 측정된 피부 표면온도를 다중 채널 ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역 2.4GHz GFSK RF 통신 방법을 사용하여 수신기(120)로 전송한다.
디스플레이부(115)는 송신 제어부(112)의 제어에 따라 온/습도센서(111)로부터 측정된 피부 표면온도가 표시되고, RF 송신부(113)의 연결 상태가 표시될 수 있으며, 하우징의 외면 중심부에 배치될 수 있다.
송신 제어부(112)는 피부 표면온도를 측정하는 제어 요청 신호를 생성하여 주기적으로 온/습도센서(111)로 전송한다.
송신 제어부(112)는 피부 표면온도를 측정하는 시점을 미리 설정된 초기 기간, 중기 기간, 말기 기간으로 구분하여 피부 표면온도의 측정 시점 제어 알고리즘을 온/습도센서(111)에 적용한다. 여기서, 초기 기간은 최초 측정시간부터 제1 시간까지의 일정 시간의 구간이고, 중기 기간은 제1 시간부터 제2 시간까지의 일정 시간의 구간이며, 말기 기간은 제2 시간부터 제3 시간까지의 일정 시간의 구간을 의미한다.
송신 제어부(112)는 무선 온도 측정장치(110)가 패치형으로 모든 시간이 사람의 몸에 붙어 있는 점을 착안하여 초기 기간, 중기 기간, 말기 기간의 온도 측정시점을 다르게 구성할 수 있다.
송신 제어부(112)는 온/습도센서(111)를 제어하여 초기 기간에 피부 표면온도를 일정 간격마다 측정해서 온도 변화 그래프를 생성한다(도 2의 (a)).
송신 제어부(112)는 온/습도센서(111)를 제어하여 중기 기간에 피부 표면온도의 온도 변화 그래프의 변곡점과, 변곡점 간의 중간 위치에서 온도 측정을 수행하고, 변곡점의 온도와 중간 위치의 온도를 연결하는 방식으로 온도 변화 그래프를 생성한다(도 2의 (b)).
송신 제어부(112)는 온/습도센서(111)를 제어하여 말기 기간에 피부 표면온도의 온도 변화 그래프의 변곡점에서 온도 측정을 수행하고, 변곡점 간의 온도를 연결하는 방식으로 온도 변화 그래프를 생성한다(도 2의 (c)).
변곡점 간의 온도를 연결하는 방식은 선형 보간법(Linear Interpolation) 또는 스플라인 보간법(Spline Interpolation)에 의해 곡선 형태로 산출하는데, 즉, 변곡점이나 변곡점 간의 중간 위치에 온도값을 선형 보간법 또는 스플라인 보간법을 이용하여 N차 다항식을 나타내는 곡선 형태로 표준화시키게 된다.
한편, 선형 보간법 또는 스플라인 보간법과 같은 보간법은 주어진 데이터를 가지고 특정한 다항식과 같은 형태로 표준화시키는 작업 중의 하나로서, 이러한 보간(Interpolation) 기술은 당업자에겐 자명한 사항이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.
수신기(120)는 RF 수신부(121), 제어부(122), 메모리부(123), UART(124), USB(125) 및 디스플레이부(126)를 포함한다.
RF 수신부(121)는 RF 신호를 수신하는 모듈로서 RF 송신부(113)로부터 측정된 피부 표면온도를 수신할 수 있다.
RF 송신부(113)와 RF 수신부(121)는 트랜스시버(Transceiver), 전력 앰프 모듈(Power Amp Module), 주파수 필터(Frequency Filter), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier), 또는 안테나 등을 포함할 수 있다.
메모리부(123)는 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, RF 수신부(121)로부터 수신된 피부 표면온도를 저장할 수 있다.
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)(124)는 RS-232C DTE 인터페이스를 제공하여 모뎀이나 기타 다른 직렬장치들과 통신하거나 데이터를 주고받을 수 있는 장치이고, 병렬 데이터를 직렬 비트 스트림으로 변환 또는 복원하고, 패리티 비트를 추가하거나 패리티를 검출, 제거하며, 비동기 통신을 위해 시작 비트와 정지 비트를 추가하고 삭제하는 기능을 수행한다.
USB(Universal Serial Bus)(125)는 UART와 전기적으로 연결되어 수신기(120)를 컴퓨터에 접속하여 데이터를 송수신하는 장치이다.
본 발명의 무선 헬스 모니터링 시스템(100)은 사람의 등에 부착된 무선 온도 측정장치(110)를 이용하여 피부 표면온도를 주기적으로 측정하고, 수신기(120)에서 측정한 피부 표면온도를 보간법을 이용하여 코어 체온으로 추정하기 위한 온도 곡선 알고리즘을 제공한다.
제어부(122)는 무선 온도 측정장치(110)로부터 수신된 피부 표면온도를 기측정된 체온 정보에 일정한 오차 범위 내로 포함하도록 보정하여 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환한다.
제어부(122)는 수신한 피부 표면온도를 코어 체온으로 추정하기 위하여 보간법을 적용한 2차 방정식인 수학식 1을 이용하여 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환한다.
Figure pat00002
여기서, CoreBodyTemp는 사람의 코어 체온이고, SkinTemp는 측정한 피부 표면온도, pi는 파이, 즉 원주율을 나타낸다.
코어 체온을 추정하는 계산은 수신기(120)에 연결된 컴퓨터(미도시)의 프로그램을 통해 수행될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 온도 측정장치에 의해 측정된 온도값과 K형 열전대 센서에 의해 측정된 온도값을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
무선 온도 측정장치(110)의 온도 측정 성능을 테스트하기 위하여 온도 및 습도 챔버를 배치한다. 챔버 내의 온도는 25℃의 초기 상태로 설정하고, 사람의 피부 표면온도와 유사한 범위인 25℃에서 40℃까지 30분마다 5℃씩 증가 하였다.
챔버의 내부에는 무선 온도 측정장치(110)와 비교하기 위하여 무선 온도 측정장치(110)의 주변에 K형 열전대 센서를 부착한다.
무선 온도 측정장치(110)에 의해 측정된 온도 데이터는 제어부(122)의 제어에 따라 디스플레이부(126)를 통해 출력된다.
다른 실시예로서, 무선 온도 측정장치(110)에 의해 측정된 온도 데이터는 수신기(120)에 연결된 컴퓨터(미도시)로 전송되어 그래프 형태로 출력될 수 있다.
무선 온도 측정장치(110)에 의해 측정된 온도값이 K형 열전대 센서에 의해 측정된 온도값보다 낮다.
그러나 챔버의 내부에 온도가 상승함에 따라 두 개의 장치에서 측정된 온도값의 갭이 점차적으로 감소하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도와 귀 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 10명 피험자의 등 가운데에 본 발명의 무선 온도 측정장치(110)를 부착하고, 적외선 온도계를 사용하여 주변 피부 표면온도를 측정하며, 코어 체온을 측정하기 위해 귀 온도계에 의해 귀 온도를 측정하였다.
도 5의 (a)는 무선 온도 측정장치(110)와 적외선 온도계에서 측정한 피부 표면온도를 비교한 결과이고, 무선 온도 측정장치(110)에 의해 측정된 온도값이 적외선 온도계에 의해 측정된 온도값보다 약 1℃ 낮았다는 것을 보여준다.
도 5의 (b)는 무선 온도 측정장치(110)와 귀 온도계에서 측정한 피부 표면온도를 비교한 결과이고, 모든 피험자의 귀 온도는 36.5℃에 가까웠으며, 귀 온도가 피부 표면온도보다 약 4℃ 높았다는 것을 보여준다.
제어부(122)는 도 5의 비교 결과 그래프를 디스플레이부(126)를 통해 그래프 형태로 출력되거나 수신기(120)에 연결된 컴퓨터(미도시)로 전송되어 그래프 형태로 출력될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피부 표면온도를 코어 체온으로 추정하는 알고리즘을 나타낸 그래프이다.
도 6의 (a)는 피부 표면온도와 체온과 비교한 결과이고, 도 6의 (b)는 측정된 귀 온도와 추정된 코어 체온을 비교한 결과이다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어부(122)는 수학식 1를 이용하여 측정한 피부 표면온도를 코어 체온으로 추정한다. 이러한 결과로 인하여 본 발명은 측정한 피부 표면온도를 귀 온도의 오차 범위의 코어 체온으로 변환한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 추정된 코어 체온과 귀 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7의 (a)는 추정된 코어 체온과 귀 온도를 비교한 결과이고, 도 7의 (b)는 추정된 코어 체온과 귀 온도 간의 오차값을 나타낸 결과이다.
추정된 코어 체온과 귀 온도 사이의 오차의 평균값은 약 ±0.19℃이고, 평균 바이어스는 0.05±0.14℃이다. 이러한 결과는 추정된 코어 체온가 귀 온도에 거의 유사한 온도 범위 안에 존재하므로 추정된 코어 체온의 정확성을 설명해준다.
제어부(122)는 도 6 및 도 6 비교 결과 그래프를 디스플레이부(126)를 통해 그래프 형태로 출력되거나 수신기(120)에 연결된 컴퓨터(미도시)로 전송되어 그래프 형태로 출력될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템(100)은 무선 온도 측정장치(110) 및 수신기(120)를 포함한다.
무선 온도 측정장치(110)는 온/습도센서(111), PPG 센서(111a), 송신 제어부(112), RF 송신부(113) 및 송신 디스플레이부(115)를 포함하며, 수신기(120)는 RF 수신부(121), 제어부(122), 메모리부(123), 디스플레이부(126), 저장부(127), 기계 학습부(128) 및 무선 통신부(129)를 포함한다.
제2 실시예는 제1 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소의 설명을 생략하고, 차이가 있는 구성요소를 중심으로 상세하게 설명하기로 한다.
피부 표면온도를 코어 체온으로 추정하는 예측 모델을 구현하기 위한 기계 학습법으로 인공 신경망을 이용한 패턴 인식 기법을 이용한다.
패턴 인식 기법은 인공 신경망을 이용한 예측 방법으로 입력층으로부터 출력층의 결과값을 예측한 경우, 학습 과정에서 결과값들로부터 입력값을 예측할 수 있다. 인공 신경망은 입력값과 출력값이 일대일 대응 관계에 있지 아니하므로, 출력층으로서 입력층을 그대로 복구하는 것은 불가능하나, 예측 알고리즘을 고려하여 역전파(Backpropagation, Backpropa) 알고리즘에 의해 결과값으로부터 산출된 출력 데이터가 최초의 입력 데이터와 상이하다면, 인공 신경망의 예측이 부정확하다고 볼 수 있으므로, 제약 조건 하에서 산출된 출력 데이터가 최초의 입력 데이터와 유사해지도록 예측 계수를 변경하여 학습을 훈련하게 된다.
심층 신경망이란 신경망 알고리즘 중에서 여러 개의 층으로 이루어진 신경망을 의미한다. 한 층은 여러 개의 노드로 이루어져 있고, 노드에서 실제 연산이 이루어지는데, 이러한 연산 과정은 인간의 신경망을 구성하는 뉴런에서 일어나는 과정을 모사하도록 설계되어 있다. 통상적인 인공 신경망은 입력층(Input Layer), 은닉층(Hidden Layer), 출력층(Output Layer)로 나뉘며, 입력 데이터는 입력층의 입력이 되며, 입력층의 출력은 은닉층의 입력이 되고, 은닉층의 출력은 출력층의 입력이 되고, 출력층의 출력이 최종 출력이 된다.
기계 학습부(128)는 입력층으로부터 입력 데이터를 입력받아 예측값을 출력층의 버퍼에 출력하는 예측 심층 신경망을 사용하며, 예측 심층 신경망의 구조나 형태는 제한되지 않고, 대표적인 방법으로 DNN(Deep Neural Network), CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network) 등이 있다.
기계 학습부(128)는 예측 모델을 만들기 위해서 무선 온도 측정장치(110)에서 측정된 피부 표면온도와 귀 온도계로 측정된 체온을 저장부(127)에 저장하여 기계 학습의 학습 데이터 셋으로 이용할 수 있다.
기계 학습 과정은 과거에 저장된 많은 데이터로부터 특징 벡터를 추출하고, 추출된 특징 벡터를 토대로 학습 데이터 셋을 만들고, 학습 데이터 셋은 기계 학습 알고리즘에 기반하여 예측 모델을 생성하게 된다. 학습 데이터는 기계 학습에서 원하는 정보를 추출하기 위해서 사용되는 데이터의 집합이다.
기계 학습부(128)는 기계 학습 모델로 널리 알려진 딥 컨벌루션 신경 네트워크일 수 있다.
기계 학습부(128)는 저장부(127)에 저장된 기계 학습 모델을 메모리부(123)로 불러와서 무선 온도 측정장치(110)에서 측정된 피부 표면온도를 입력 데이터로 하여 시간에 따라 귀 온도계로 측정된 체온과 무선 온도 측정장치(110)에서 측정된 피부 표면온도의 차이값을 분석하고, 귀 온도계로 측정된 체온과 피부 표면온도의 상관 관계를 기계 학습한다.
제어부(122)는 무선 온도 측정장치(110)에서 측정된 피부 표면온도를 수신하면, 기계 학습부(128)와 연동하여 기계 학습 결과로 측정된 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환하여 출력한다.
무선 통신부(129)는 제어부(122)의 제어에 따라 출력된 코어 체온 정보를 무선 통신 방식으로 휴대용 단말장치(130)로 전송한다.
휴대용 단말장치(130)는 수신기(120)로부터 코어 체온 정보를 수신하고, 수신한 코어 체온 정보를 기설정된 변환 테이블을 거쳐 숫자 형태로 변환하여 디스플레이(미도시)에 출력한다. 예를 들면, 얼굴 형태의 이마 부위에 37.3℃로 표시될 수 있다.
휴대용 단말장치(130)는 수신기(120)로부터 코어 체온 정보를 주기적으로 수신하여 숫자 형태로 디스플레이(미도시)에 출력할 수 있는데, 영유아의 경우, 나이 특성상 열감기에 자주 걸리므로 주기적으로 표시되는 체온 정보를 이용하여 해열제 등 약 복용 타이밍을 정확하게 지킬 수 있게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템(100)은 무선 온도 측정장치(110) 및 수신기(120)를 포함한다.
무선 온도 측정장치(110)는 온/습도센서(111), PPG 센서(111a), 송신 제어부(112), RF 송신부(113), 송신 디스플레이부(115), RF 수신부(116) 및 LED 모듈(117)를 포함하며, 수신기(120)는 RF 수신부(121), 제어부(122), 메모리부(123), 디스플레이부(126), 저장부(127), 기계 학습부(128) 및 무선 통신부(129)를 포함한다.
제3 실시예는 제1, 2 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소의 설명을 생략하고, 차이가 있는 구성요소를 중심으로 상세하게 설명하기로 한다.
제어부(122)는 측정된 피부 표면온도를 코어 체온 정보로 변환한 후, 무선 통신부(129)를 통해 무선 온도 측정장치(110)의 RF 수신부(116)로 전송한다.
송신 제어부(112)는 LED 모듈(117)에 전기적으로 연결되고, RF 수신부(116)로부터 수신한 코어 체온 정보를 기초로 LED 모듈(117)을 제어하여 체온에 따라 트정색을 발광하도록 제어한다.
LED 모듈(117)의 발광색은 사용자가 저온, 정상 체온 또는 고온을 표시하기 위해 사용될 수 있다. LED 모듈(117)은 저온인 경우 파란색으로, 정상 체온인 경우 녹색으로, 고온인 경우 적색으로, 초고온인 경우, 진한 빨간색으로 조명될 수 있고, 발광 간격의 변화를 통해 이러한 알람을 제공할 수 있다. LED 모듈(117)은 발광색의 단계를 더 세분화하여 나눌 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 휴대용 단말장치에서 스트레스 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 헬스 모니터링 시스템(100)은 복수의 무선 온도 측정장치(110), 수신기(120), 휴대용 단말장치(130) 및 서버(140)를 포함한다. 제3 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예의 구성요소를 모두 적용할 수 있으며, 구성요소의 설명을 생략한다.
복수의 무선 온도 측정장치(110)는 가정 내에서 복수의 사람 또는 하나의 병실, 여러 개의 병실에서 복수의 환자에 설치되어 피부 표면온도를 측정하는 온/습도센서(111)와, 온/습도센서(111)로부터 피부 표면온도를 수신하여 전송하는 송신 제어부(112)를 포함한다.
송신 제어부(112)는 온/습도센서(111)로부터 습도 정보를 센싱하고, PPG 센서(111a)로부터 맥박 신호를 측정하여 RF 송신부(113)를 통해 수신기(120)로 전송한다.
송신 제어부(112)는 PPG 센서(111a)에서 감지된 전기신호를 증폭 및 필터링하여 심전도(ECG) 신호를 획득하여 RF 송신부(113)를 통해 수신기(120)로 전송한다.
수신기(120)의 제어부(122)는 심전도 신호를 디지털로 변환한 후, 특정 알고리즘을 통해 심전도 데이터를 획득하여 저장한다.
여기서, 심전도 데이터는 심박동 변이(HRV), R-peak와 RRI(R-R Interval)를 포함할 수 있다.
제어부(122)는 피부 표면온도를 변환한 코어 체온, 습도 정보, 심전도 데이터를 무선 통신부(129)를 통해 휴대용 단말장치(130)로 전송한다.
휴대용 단말장치(130)는 스트레스 분석 프로그램을 내장하고 있고, 스트레스 분석 프로그램을 통해 심박동 변이(HRV), R-peak와 RRI(R-R Interval)를 분석하여 피검자의 시간 영역별 스트레스 지수를 계산하며, 계산된 스트레스 지수를 화면 상에 표시한다.
휴대용 단말장치(130)는 화면 상에 스트레스 지수, 습도 정보, 코어 체온을 출력할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 휴대용 단말장치(130)는 스트레스 지수를 기설정된 스트레스 수치와 비교하여 단계별로 화면 상의 배경 색깔을 다르게 하여 표시할 수 있다.
서버(140)는 휴대용 단말장치(130)로부터 스트레스 지수, 습도 정보, 코어 체온 정보를 날짜별, 시간대별로 수신받아 저장하며, 각 개인별로 헬스 정보를 모니터링할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
100: 무선 헬스 모니터링 시스템 110: 무선 온도 측정장치
111: 온도센서 112: 송신 제어부
113: RF 송신부 115: 송신 디스플레이부
120: 수신기 121: RF 수신부
122: 제어부 123: 메모리부
124: UART 125: USB
126: 디스플레이부 127: 저장부
128: 기계 학습부 129: 무선 통신부

Claims (10)

  1. 사람의 목 아래 쪽에 패치 형태로 설치되어 피부 표면온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서로부터 피부 표면온도를 수신하여 전송하는 송신 제어부를 구비한 무선 온도 측정장치; 및
    상기 무선 온도 측정장치로부터 수신된 피부 표면온도를 기측정된 체온 정보에 일정한 오차 범위 내로 포함하도록 보정하여 상기 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환하는 제어부를 구비한 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 보간법을 적용한 2차 방정식인 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    여기서, CoreBodyTemp는 사람의 코어 체온이고, SkinTemp는 측정한 피부 표면온도, pi는 원주율임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 제어부는 상기 온도센서를 제어하여 최초 측정시간부터 제1 시간까지의 일정 시간의 구간인 초기 기간에 상기 피부 표면온도를 일정 간격마다 온도 측정을 수행하고, 상기 온도센서를 제어하여 제1 시간부터 제2 시간까지의 일정 시간의 구간인 중기 기간에 상기 피부 표면온도의 온도 변화 그래프의 변곡점과, 상기 변곡점 간의 중간 위치에서 온도 측정을 수행하며, 상기 온도센서를 제어하여 제2 시간부터 제3 시간까지의 일정 시간의 구간인 말기 기간에 피부 표면온도의 온도 변화 그래프의 변곡점에서 온도 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신 제어부는 상기 중기 기간에 변곡점의 온도와 중간 위치의 온도를 선형 보간법 또는 스플라인 보간법을 이용하여 연결하는 방식으로 제1 온도 변화 그래프를 생성하고, 상기 말기 기간에 변곡점 간의 온도를 선형 보간법 또는 스플라인 보간법을 이용하여 연결하는 방식으로 제2 온도 변화 그래프를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는 시간에 따라 상기 측정된 피부 표면온도와 귀 온도계로 측정된 체온 정보의 상관 관계를 기계 학습하여 상기 측정된 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하여 출력하는 기계 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 출력된 체온 정보를 무선 통신 방식으로 휴대용 단말장치로 전송하는 무선 통신부를 더 포함하고,
    상기 휴대용 단말장치는 상기 수신한 체온 정보를 기설정된 변환 테이블을 거쳐 숫자 형태로 변환하여 화면에 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 제어부는 LED 모듈에 전기적으로 연결되고, 상기 수신기로부터 수신한 체온 정보를 기초로 상기 LED 모듈을 제어하여 체온에 따라 특정색을 발광하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 시스템.
  8. 사람의 목 아래 쪽에 패치 형태로 온도센서를 설치하여 피부 표면온도를 측정하고, 상기 온도센서로부터 피부 표면온도를 수신하여 송신부를 통해 전송하는 단계; 및
    상기 피부 표면온도를 수신부를 통해 수신하고, 상기 수신된 피부 표면온도를 기측정된 체온 정보에 일정한 오차 범위 내로 포함하도록 보정하여 상기 피부 표면온도를 코어 체온으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코어 체온으로 변환하는 단계는,
    보간법을 적용한 2차 방정식인 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00004

    여기서, CoreBodyTemp는 사람의 코어 체온이고, SkinTemp는 측정한 피부 표면온도, pi는 원주율임.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 코어 체온으로 변환하는 단계는,
    시간에 따라 상기 측정된 피부 표면온도와 귀 온도계로 측정된 체온 정보의 상관 관계를 기계 학습하여 상기 측정된 피부 표면온도를 상기 코어 체온으로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 헬스 모니터링 방법.
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