KR20210068749A - 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템 - Google Patents

낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템 Download PDF

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Abstract

화장실 변기를 이용하여 사용자의 생체신호를 측정하고, 이를 기반으로 낙상감지 및 사용자 인증이 가능하도록 하는 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템은, 사용자 착좌시, 다중 생체정보를 수집하는 신호 측정부; 수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성하는 템플릿 생성부; 및 생체정보 템플릿과 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행하는 프로세서;를 포함한다. 이에 의해, 화장실에서 변기를 이용하는 사용자의 다중 생체신호(BCG, ECG, Bio-Impedance)를 실시간으로 측정함으로써, 최적의 생체정보(호흡/심박/체성분 분석) 획득이 가능하고, 다중 생체신호(BCG/ECG)를 측정하여, 그중 최적의 생체신호 기반으로 생체정보(호흡/심박)를 추출하므로 외부 노이즈(동잡음, 전기적 노이즈)에 강력한 장점을 가지고 있으며, 측정된 생체신호(심전도, 심탄도, 생체임피던스)를 기반으로, 사용자의 심박/호흡/체성분 분석하고, 사용자의 생체정보를 등록하여 사용자 인증을 수행할 수 있어, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있다.

Description

낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템{Smart toilet system for bio signal measurement capable of user authentication and monitoring of fall}
본 발명은 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화장실 변기를 이용하여 사용자의 생체신호를 측정하고, 이를 기반으로 낙상감지 및 사용자 인증이 가능하도록 하는 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템에 관한 것이다.
최근에는 사용자의 건강 상태, 체성분 분석을 수행하는 제품들이 많이 출시되고 있다.
하지만, 이러한 제품들은, 사용자의 신체에 부착하거나, 별도의 측정 장치를 통해, 의식적인 모니터링을 해야 한다는 불편함이 존재한다.
이를 해결하기 위해, 압력센서를 이용하여, 생체정보를 측정하기 위한 기술들도 등장하였으나, 센서의 확장성이 없다는 점과 단일 센서의 사용으로 인해 생체정보의 측정이 부정확하다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 압력 변화를 감지할 수 있는 센서를 통해 측정한 심탄도(BCG)와 단일 채널의 심전도(ECG) 및 생체 임피던스(bio-impedance)측정이 가능한 센서를 변기의 받침부분에 설치하여, 화장실에서 변기를 이용하는 사용자의 생체신호를 측정하고, 측정된 생체신호(심전도, 심탄도, 생체임피던스)를 기반으로, 사용자의 심박/호흡/체성분 분석하고, 사용자의 생체정보를 등록하여 사용자 인증을 수행할 수 있는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압력센서를 통해 전달된 진동신호를 분석하여, 사용자가 변기 근처에서 낙상하는 것을 감지하고, 기등록된 사용자가 매일 변기를 이용할 시, 자동으로 사용자를 인증하여, 생체신호를 분석 및 전송 할 수 있으며, 변기가 설치된 욕실에서 낙상이 발생할 시 감지하여 외부로 전송하여, 응급 상황에 효과적으로 대처할 수 있는 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템은, 사용자 착좌시, 다중 생체정보를 수집하는 신호 측정부; 수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성하는 템플릿 생성부; 및 생체정보 템플릿과 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행하는 프로세서;를 포함한다.
그리고 신호 측정부는, 사용자 착좌시, BCG(ballistocardiogram) 신호, ECG(electrocardiography) 신호 및 Bio-Impedance 신호를 측정할 수 있다.
그리고 프로세서는, 신호 측정부를 통해 측정된 Bio-Impedance 신호를 기반으로 체성분 분석을 수행할 수 있다.
또한, 프로세서는, 신호 측정부를 통해 측정된 BCG 신호를 기반으로 임계치값 이상의 진동 발생 여부를 판단하여, 낙상을 감지할 수 있다.
그리고 템플릿 생성부는, 신호 정규화 과정을 거쳐, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정하고, 신호별 특징을 추출함으로써, 생체정보 템플릿을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템은, 신호 정규화 과정에 앞서, 신호 측정부를 통해 측정된 신호들을 증폭하는 증폭 과정, 특정 밴드만을 통과시키기 위한 밴드 패스 필터링 과정을 수행하는 신호 처리부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 프로서는, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도가 설정되면, 설정된 중요도에 따라 BCG 신호와 ECG 신호 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 신호로부터 심박 및 호흡을 추출할 수 있다.
그리고 템플릿 생성부는, Bio-Impedance 신호가 임계치값 미만인 경우, ECG 신호에 가중치를 부여하고, Bio-Impedance 신호가 임계치값 이상인 경우, BCG 신호에에 가중치를 부여하는 방식으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정방법은, 사용자 착좌시, 다중 생체정보를 수집하는 단계; 수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성하는 단계; 및 생체정보 템플릿과 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 화장실에서 변기를 이용하는 사용자의 다중 생체신호(BCG, ECG, Bio-Impedance)를 실시간으로 측정함으로써, 최적의 생체정보(호흡/심박/체성분 분석) 획득이 가능하고, 다중 생체신호(BCG/ECG)를 측정하여, 그중 최적의 생체신호 기반으로 생체정보(호흡/심박)를 추출하므로 외부 노이즈(동잡음, 전기적 노이즈)에 강력한 장점을 가지고 있으며, 측정된 생체신호(심전도, 심탄도, 생체임피던스)를 기반으로, 사용자의 심박/호흡/체성분 분석하고, 사용자의 생체정보를 등록하여 사용자 인증을 수행할 수 있어, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 압력센서를 통해 전달된 진동신호를 분석하여, 사용자가 변기 근처에서 낙상하는 것을 감지하고, 기등록된 사용자가 매일 변기를 이용할 시, 자동으로 사용자를 인증하여, 생체신호를 분석 및 전송 할 수 있으며, 변기가 설치된 욕실에서 낙상이 발생할 시 감지하여 외부로 전송하여, 응급 상황에 효과적으로 대처할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 변기에 설치된 착좌 감지부 및 신호 측정부가 예시된 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 변기에 설치된 착좌 감지부 및 신호 측정부의 설명에 제공된 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면, 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정방법의 설명에 제공된 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템(이하에서는 '스마트 변기 시스템'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 변기에 설치된 착좌 감지부 및 신호 측정부가 예시된 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 변기에 설치된 착좌 감지부 및 신호 측정부의 설명에 제공된 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 변기 시스템의 더욱 상세한 설명에 제공된 도면이다.
본 실시예에 따른 스마트 변기 시스템은, 압력 변화를 감지할 수 있는 센서를 통해 측정한 심탄도(BCG)와 단일 채널의 심전도(ECG) 및 생체 임피던스(bio-impedance)측정이 가능한 센서를 변기의 받침부분에 설치하여, 화장실에서 변기를 이용하는 사용자의 생체신호를 측정하고, 측정된 생체신호(심전도, 심탄도, 생체임피던스)를 기반으로, 사용자의 심박/호흡/체성분 분석하고, 사용자의 생체정보를 등록하여 사용자 인증을 수행할 수 있으며, 압력센서를 통해 전달된 진동신호를 분석하여, 사용자가 변기 근처에서 낙상하는 것을 감지하고, 기등록된 사용자가 매일 변기를 이용할 시, 자동으로 사용자를 인증하여, 생체신호의 분석 및 전송할 수 있다.
이를 위해, 본 스마트 변기 시스템은, 착좌 감지부(110), 신호 측정부(120), 신호 처리부(130), 템플릿 생성부(140), 프로세서(150) 및 데이터 베이스부(160)를 포함할 수 있다.
착좌 감지부(110)는, 사용자의 변기에 착좌시, 임피던스 측정을 통하여, 사용자의 변기 착좌를 감지할 수 있으며, 이를 감지하여, 신호 측정부(120)가 동작하도록 할 수 있다.
신호 측정부(120)는, 사용자가 변기에 착좌시, 대퇴이두근, 반막양근 및 반건양근를 측정부위로 하여, 다중 생체정보를 수집할 수 있다.
구체적으로, 신호 측정부(120)는, 도 2에 예시된 바와 같이 변기에 설치되어 BCG 신호를 측정할 수 있는 복수의 압력 센서들(121), 복수의 ECG 전극/Bio-Impedance 전압원(122) 및 Bio-Impedance 전류원들(123)을 통해, BCG(ballistocardiogram) 신호, ECG(electrocardiography) 신호 및 Bio-Impedance 신호를 측정할 수 있다.
신호 처리부(130)는, 신호 측정부(120)를 통해 측정된 신호들을 증폭하는 증폭 과정, 특정 밴드만을 통과시키기 위한 밴드 패스 필터링 과정을 수행할 수 있다.
템플릿 생성부(140)는, 수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성할 수 있다.
구체적으로, 템플릿 생성부(140)는, 신호 처리부(130)를 통해, 증폭 과정, 밴드 패스 필터링 과정을 거친 다중 생체정보(ECG, BCG)를 대상으로, 신호 정규화 과정(normalization)을 수행하고, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정하고, 신호별 특징을 추출함으로써, 생체정보 템플릿을 생성할 수 있다.
예를 들면, 템플릿 생성부(140)는, Bio-Impedance 신호가 임계치값 미만인 경우, ECG 신호에 가중치를 부여하고, Bio-Impedance 신호가 임계치값 이상인 경우, BCG 신호에에 가중치를 부여하는 방식으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정할 수 있다.
프로세서(150)는 측정된 생체신호를 기반으로, 사용자의 심박/호흡/체성분 분석하고, 사용자의 생체정보를 등록하여 사용자 인증을 수행할 수 있으며, 압력센서를 통해 전달된 진동신호를 분석하여, 사용자가 변기 근처에서 낙상하는 것을 감지하고, 기등록된 사용자가 매일 변기를 이용할 시, 자동으로 사용자를 인증하여, 생체신호의 분석하고 이를 사용자 단말, 병원 또는 응급 대응 시설의 서버 등에 전송할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(150)는, 신호 측정부(120)를 통해 측정된 Bio-Impedance 신호를 기반으로 체성분 분석을 수행하고, 분석 결과를 사용자 단말 등에 전송할 수 있다.
첨언하면, 프로세서(150)는, 별도의 통신 단말과 연결되거나 통신 모듈을 구비하여, 분석 결과들을 사용자 단말, 병원 또는 응급 대응 시설의 서버 등에 전송할 수 있다.
더불어, 프로세서(150)는, 신호 측정부(120)를 통해 측정된 BCG 신호를 기반으로 임계치값 이상의 진동 발생 여부를 판단하여, 낙상을 감지할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도가 설정되면, 설정된 중요도에 따라 BCG 신호와 ECG 신호 중 가중치가 부여된 신호를 선택하고, 선택된 신호로부터 심박 및 호흡을 추출할 수 있다.
다른 예를 들면, 프로세서(150)는, 설정된 중요도에 따라 BCG 신호와 ECG 신호 중 가중치가 부여된 신호를 선택하고, 선택된 신호를 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행할 수 있다.
데이터 베이스부(160)는 신호별 특징이 추출되어, 생성된 생체정보 템플릿이 등록되면, 이를 저장하고, 새로운 생체정보 템플릿이 생성되면, 기저장된 생체정보 템플릿과 비교할 수 있도록, 기저장된 생체정보 템플릿을 프로세서(150)에 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정방법의 설명에 제공된 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정방법은, 착좌 감지부(110)를 통해, 특정 주파수의 임피던스를 측정하여(S510), 임계치값(threshold)이상이면(S520-Yes), 사용자가 변기에 착좌한 것으로 판단하여, 신호 측정부(120)가 동작하도록 할 수 있다(S530).
신호 측정부(120)는, BCG 신호, ECG 신호 및 Bio-Impedance 신호를 측정하여(S530), 신호 처리부(130)에 전달하고, 신호 처리부(130)는, 수집된 신호들을 대상으로, 증폭 과정, 노이즈를 제거하고, 특정 밴드의 주파수만을 통과시키기 위한 밴드 패스 필터링 과정을 수행할 수 있다(S540).
프로세서(150)는, 신호 처리부(130)를 통해, 신호 처리된 Bio-Impedance 신호를 기반으로 체성분 분석을 수행하고(S543), 분석 결과를 사용자 단말 등에 전송하거나(S545) 또는 신호 처리된 BCG 신호를 기반으로 임계치값 이상의 진동 발생 여부를 판단하여(S547), 낙상을 감지하고, 감지 결과를 기등록된 사용자의 가족, 친지 등의 단말, 병원 또는 응급 대응 시설의 서버에 전송할 수 있다(S549).
한편, 템플릿 생성부(140)는, 신호 처리부(130)를 통해, 증폭 과정, 밴드 패스 필터링 과정을 거친 다중 생체정보를 대상으로, 신호 정규화 과정을 수행하고(S550), 측정된 Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정하여(S560), 가중치를 적용한 신호별 특징 추출 결과가 포함된 생체정보 템플릿을 생성할 수 있다.
이때, 프로세서(150)는, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도가 설정되면, 설정된 중요도에 따라 BCG 신호와 ECG 신호 중 가중치가 부여된 신호를 선택하고(S563), 선택된 신호로부터 사용자의 심박 및 호흡을 분석하여(S565), 분석 결과를 사용자 단말, 사용자의 가족, 친지 등의 단말, 병원 또는 응급 대응 시설의 서버에 전송할 수 있다(S567).
한편, 생성된 생체정보 템플릿은, 기존의 등록 여부에 따라 미등록시(S570-No), 데이터 베이스부(160)에 저장될 수 있으며(S575), 등록시(S570-Yes), 가중치를 적용한 신호별 특징 추출 결과를 기등록된 생체정보 템플릿과 비교하여(S585), 개인인증을 수행하고, 인증 결과를 기등록된 단말 또는 서버에 전송하거나(S590) 또는 체성분 분석 결과, 심박/호흡 결과 등과 매칭시켜 저장할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 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.
110 : 착좌 감지부
120 : 신호 측정부
121 : 압력 센서
122 : ECG 전극/Bio-Impedance 전압원
123 : Bio-Impedance 전류원
130 : 신호 처리부
140 : 템플릿 생성부
150 : 프로세서
160 : 데이터 베이스부

Claims (9)

  1. 사용자 착좌시, 다중 생체정보를 수집하는 신호 측정부;
    수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성하는 템플릿 생성부; 및
    생체정보 템플릿과 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행하는 프로세서;를 포함하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    신호 측정부는,
    사용자 착좌시, BCG(ballistocardiogram) 신호, ECG(electrocardiography) 신호 및 Bio-Impedance 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    프로세서는,
    신호 측정부를 통해 측정된 Bio-Impedance 신호를 기반으로 체성분 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    프로세서는,
    신호 측정부를 통해 측정된 BCG 신호를 기반으로 임계치값 이상의 진동 발생 여부를 판단하여, 낙상을 감지하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    템플릿 생성부는,
    신호 정규화 과정을 거쳐, Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정하고, 신호별 특징을 추출함으로써, 생체정보 템플릿을 생성하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    신호 정규화 과정에 앞서, 신호 측정부를 통해 측정된 신호들을 증폭하는 증폭 과정, 특정 밴드만을 통과시키기 위한 밴드 패스 필터링 과정을 수행하는 신호 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    프로세서는,
    Bio-Impedance 신호를 기반으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도가 설정되면, 설정된 중요도에 따라 BCG 신호와 ECG 신호 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 신호로부터 심박 및 호흡을 추출하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    템플릿 생성부는,
    Bio-Impedance 신호가 임계치값 미만인 경우, ECG 신호에 가중치를 부여하고, Bio-Impedance 신호가 임계치값 이상인 경우, BCG 신호에에 가중치를 부여하는 방식으로 BCG 신호와 ECG 신호 간의 중요도를 설정하는 것을 특징으로 하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정용 스마트 변기 시스템.
  9. 사용자 착좌시, 다중 생체정보를 수집하는 단계;
    수집된 다중 생체정보를 가공하여, 생체정보 템플릿을 생성하는 단계; 및
    생체정보 템플릿과 기저장된 생체정보를 비교하여 개인인증을 수행하는 단계;를 포함하는 낙상감지 및 사용자 인증이 가능한 생체신호 측정방법.
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