KR20220069479A - 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템 - Google Patents

생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 상태 모니터링 장치에서 실행되는 사용자 상태 모니터링 방법은 제1 센서에 호흡과 연관된 특정 대역 및 대역 전류에 해당하는 주입 신호를 주입하는 단계, 상기 제1 센서를 통해 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 분리하여 측정하는 단계, 상기 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 특정 대역의 호흡 신호를 추출하는 단계, 상기 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출하는 단계, 상기 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 제2 센서를 활성화하는 단계 및 상기 제2 센서를 통해 측정된 오디오 신호 및 상기 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행한다.

Description

생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템{METHOF OF MONITORING USER STATE USING BIO-SIGNAL AND SYSTEM PERFORMING THE SAME}
본 발명은 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기도 및 경동맥이 위치한 경부에 착용할 수 있는 웨어러블 기기를 통해 호흡 및 심전도를 동시에 측정하여 착용하기 쉽고 특정 상황(예를 들어, 치료 및 위생)에서 잠시 벗어 놓을 수 있도록 하는 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템에 관한 것이다.
전 세계에서 사망의 제1원인은 심장질환으로 알려져 있다. 심장질환에는 심근경색, 관상동맥질환, 부정맥등 여러 가지가 있지만 방치하면 돌연사와 급사의 주원인이 되는 것으로 알려져 있다. 이러한 심장질환을 진단하는 가장 간단한 장치와 방법은 혈압계와 온도계와 같이 심전도와 호흡신호를 측정하여 판단하는 것이다.
종래, 병원이나 진료소에서 심장질환을 진단하기 위하여 측정하는 장치는 고전적인 청진기, 5-10분정도의 심전도를 측정하여 심전도의 변화를 직접적으로 보는 심전도계, 24시간 측정할 수 있는 휴대형 홀터심전계 등의 장치가 있다.
문제는 전문의들이 가장 많이 사용하고 있는 청진기로는 중증의 심질환을 제외하고는 일반적인 심질환을 예측한다는 것은 불가능한 일아며 임상에서 심질환자의 진단에 필수적으로 사용되는 심전계나 장시간 홀터의 장치들이 환자 편에서는 상시적으로 측정 받을 수 없다는 점, 초고가라는 점과 반드시 병원에 가서 측정해야 한다는 단점이 있다.
장시간 측정이 가능한 홀터심전계에서 얻어진 심전신호는 많은 잡음신호를 가지고 있어서 정확한 부정맥을 예측하는데는 많은 어려움이 있다. 특히 부정맥이 원인이 되는 급성 혹은 만성적인 심근경색환자의 경우 심근경색후 3개월에서 1년사이에 대개 돌연사 하는 경우가 대부분이므로 심장질환자의 경우 가정에 상시적으로 휴대하면서 측정할 수 있는 장치가 절대적으로 필요하다.
심질환의 환자의 경우, 투약효과를 보는 휴대용의 심전도측정장치와 심박변동장치는 필수적인 것은 물론이고 건상자의 경우에 있어서도 사망의 제1원인인 심장질환의 발병을 미리 예방하는 차원에서 자신의 심박변동을 정기적으로 측정하여 그 이상변동에 미리 대처함으로써 돌연사를 미연에 방지할 수 있는 수단이 될 수 있을 것이다.
본 발명은 코로나 바이러스(COVID-19)로 인한 중증 질환인 급성호흡곤란증후군(ARDS, Acute respiratory distress syndrome)의 대표적 증상인 호흡수 증가 및 빈맥을 측정하여 호흡부전을 모니터링하고 중증환자의 감별진단에 도움을 줄 수 있도록 하는 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기도 및 경동맥이 위치한 경부에 착용할 수 있는 웨어러블 기기를 통해 호흡 및 심전도를 동시에 측정하여 착용하기 쉽고 특정 상황(예를 들어, 치료 및 위생)에서 잠시 벗어 놓을 수 있도록 하는 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법 및 이를 실행하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 사용자 상태 모니터링 장치에서 실행되는 사용자 상태 모니터링 방법은 제1 센서에 호흡과 연관된 특정 대역 및 대역 전류에 해당하는 주입 신호를 주입하는 단계, 상기 제1 센서를 통해 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 분리하여 측정하는 단계, 상기 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 특정 대역의 호흡 신호를 추출하는 단계, 상기 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출하는 단계, 상기 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 제2 센서를 활성화하는 단계 및 상기 제2 센서를 통해 측정된 오디오 신호 및 상기 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행한다.
또한 이러한 목적을 달성하기 위한 사용자 상태 모니터링 장치에서 실행되는 사용자 상태 모니터링 방법은 제1 센서에 제1 미세 전류를 주입한 후 상기 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정하는 단계, 상기 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한 후, 상기 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링하는 단계 및 상기 생체 전위차에서 상기 제1 대역을 제외한 대역 중 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한 후, 상기 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링하는 단계를 포함한다.
또한 이러한 목적을 달성하기 위한 사용자 상태 모니터링 장치는 제1 미세 전류가 주입되면 생체 전위차를 측정하는 제1 센서, 상기 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한 후, 상기 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링하는 호흡 상태 모니터링부 및 상기 생체 전위차에서 상기 제1 대역을 제외한 대역 중 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한 후, 상기 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링하는 심전도 상태 모니터링부를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 코로나 바이러스(COVID-19)로 인한 중증 질환인 급성호흡곤란증후군(ARDS, Acute respiratory distress syndrome)의 대표적 증상인 호흡수 증가 및 빈맥을 측정하여 호흡부전을 모니터링하고 중증환자의 감별진단에 도움을 줄 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기도 및 경동맥이 위치한 경부에 착용할 수 있는 웨어러블 기기를 통해 호흡 및 심전도를 동시에 측정하여 착용하기 쉽고 특정 상황(예를 들어, 치료 및 위생)에서 잠시 벗어 놓을 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 과정에서 생성된 신호를 설명하기 위한 예시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명에 따른 “사용자 생체 신호 측정 장치”는 스마트폰 (smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기 (mobile phone), 화상 전화기, 전자북 리더기 (e-book reader), 데스크탑 PC (desktop personal computer), 랩탑 PC (laptop personal computer), 넷북 컴퓨터 (netbook computer), 워크스테이션 (workstation), 서버, PDA (personal digital assistant), PMP (portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라 (camera), 또는 웨어러블 장치 (wearable device)(예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치 (head-mounted-device(HMD)), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리 (appcessory), 전자 문신, 스마트 미러, 또는 스마트 와치 (smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템은 사용자 생체 신호 측정 장치(100) 및 사용자 상태 모니터링 장치(200)를 포함한다.
사용자 생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 생체 신호를 측정하여 사용자 상태 모니터링 장치(200)에 제공하는 장치이다. 이러한 사용자 생체 신호 측정 장치(100)는 제1 센서(110), 제2 센서(120), 제1 ADC(130), 제2 ADC(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
제1 센서(110)는 전극(Electrode)으로, 생체전극, 경부전극이 여기에 포함한다. 이러한 제1 센서(110)는 2개의 쌍으로 사용될 수 있으나 하나만 사용될 수 있다.
이러한 제1 센서(110)는 착용감지를 위한 전류 주입용 전극 2개, 착용감지를 위한 임피던스 측정용 전극 2개, 호흡신호 측정 위한 전류 주입용 전극 2개, 호흡신호 측정 위한 임피던스 측정용 전극 2개, 심전도 측정 위한 생체 전위차 측정용 전극 2개를 합한 10개의 전극이 필요하며, 최소 2개의 전극 쌍(electrode pair : Positive, Negative)을 공통으로 이용하여 대체할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 센서(110)에는 호흡과 연관된 특정 대역 및 대역 전류에 해당하는 주입 신호를 주입된다.
다른 일 실시예에서, 제1 센서(110)에는 호흡과 연관된 제2 대역 및 제2 전류에 해당하는 제2주입 신호를 주입된다.
또 다른 일 실시예에서, 제1 센서(110)에는 컨택과 연관된 제1 대역 및 제1 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입된다.
제2 센서(120)는 오디오 신호를 측정할 수 있는 마이크로서, 마이크로폰 등으로 구현될 수 있다. 이러한 제2 센서(120)는 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 활성화되며, 오디오 신호를 측정한다.
제1 ADC(130)은 제1 센서(110)에 호흡과 연관된 특정 대역 및 대역 전류에 해당하는 주입 신호를 주입된 경우, 제1 센서(110)를 통해 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 분리하여 측정하여 제어부(150)에 제공한다.
또한, 제1 ADC(130)은 제1 센서(110)에 컨택과 연견된 제1 대역 및 제1 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입된 경우, 제1 센서(110)를 통해 생체 전위차를 측정한 후 상기 생체 전위차에서 제1 대역의 컨택 임피던스 신호를 추출한다.
제2 ADC(140)는 제2 센서(120를 통신 수신된 오디오 신호를 처리하여 제어부(150)에 제공한다.
제어부(150)는 제1 ADC(130)로부터 수신된 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 특정 대역의 호흡 신호를 추출하고, 제1 ADC(130)로부터 수신된 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출한다.
또한, 제어부(150)는 제1 ADC(130)로부터 수신된 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차에서 제2 대역의 호흡 신호를 추출한 후, 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차에서 상기 제1 대역 또는 상기 제2 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출할 수 있다.
그 후, 제어부(150)는 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 제2 센서(120)를 활성화하고, 제2 ADC(140)로부터 수신된 오디오 신호 및 상기 제1 ADC(130)로부터 수신된 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행한다.
이때, 제어부(150)는 멀티플렉싱된 신호를 이용하여 비정상 호흡 패턴을 인식할 수 있으며, 멀티플렉싱 신호를 디멀티플렉싱하여 오디오 신호 및 호흡 신호를 추출한 후, 상기 오디오 신호를 음성 출력 장치를 통해 출력하고 상기 호흡 신호를 디스플레이 장치를 통해 표시한다.
한편, 제어부(150)는 제1 ADC(130)로부터 제1 센서(110)를 통해 측정된 생체 전위차에서 추출된 제1 대역의 컨택 임피던스 신호에 기반하여 사용자가 사용자 생체 신호 측정 장치의 착용이 완료되었다고 판단되면 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도에 해당하는 생체 전위차를 측정한다.
한편, 제1 센서(110)에 의해 측정된 데이터는 사용자가 기침을 하지 않을 경우 생성된 일반 데이터 및 사용자가 기침을 하는 경우 생성된 특징 데이터를 포함한다.
도 2 는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2 는 제1 센서에 전류를 흘린 후 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정하고, 생체 전위차에서 추출된 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태 및 심전도 상태를 모니터링할 수 있는 일 실시예에 관한 것이다.
도 2 을 참조하면, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제1 미세 전류를 주입한다(단계 S310). 이때, 제1 미세 전류는 30uA ~ 100uA 사이의 전류를 의미한다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정한 후, 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한다(단계 S320).
단계 S320에 대한 일 실시예에서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 32kHz 내지 64kHz 중 일부에 해당하는 제1 신호를 추출할 수 있다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링한다(단계 S330).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 제1 대역을 제외한 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한다(단계 S340).
단계 S340에 대한 일 실시예에서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 제1 대역을 제외한 0.05Hz 내지 150Hz 사이의 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출할 수 있다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링한다(단계 S350).
도 3은 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3의 일 실시예는 제1 센서 및 피부 사이의 임피던스를 이용하여 사용자가 사용자 상태 모니터링 장치를 착용하였는지 감지할 수 있는 일 실시예에 관한 것이다.
도 3를 참조하면, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제1 미세 전류를 주입한다(단계 S410). 이때, 제1 미세 전류는 30uA ~ 100uA 사이의 전류를 의미한다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정한 후, 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한다(단계 S420).
단계 S430에 대한 일 실시예에서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 32kHz 내지 64kHz 중 일부에 해당하는 제1 신호를 추출할 수 있다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링한다(단계 S430).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 제1 대역을 제외한 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한다(단계 S440).
단계 S440에 대한 일 실시예에서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 생체 전위차에서 제1 대역을 제외한 0.05Hz 내지 150Hz 사이의 제2 대역에서 제2 신호를 추출할 수 있다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링한다(단계 S450).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제2 미세 전류를 주입한다(단계 S460). 이때, 제2 미세 전류는 6uA ~ 22uA 사이의 전류를 의미한다
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정한 후, 생체 전위차에서 제3 대역에 해당하는 제3 신호를 추출한다(단계 S470).
단계 S470에 대한 일 실시예에서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 측정된 생체 전위차에서 7.8Hz 내지 8Hz 사이의 제3 신호를 추출한다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제3 신호 및 제2 미세 전류를 이용하여 제1 센서 및 피부 사이의 임피던스를 산출한 후 임피던스를 이용하여 사용자가 사용자 상태 모니터링 장치(200)를 착용하였는지 여부를 결정한다(단계 S480).
도 4는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제1 대역 및 제1 미세 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입한다(단계 S510).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정한 후 생체 전위차에서 제1 대역의 임피던스를 추출한다(단계 S515).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 대역의 임피던스를 이용하여 사용자가 사용자 상태 모니터링 장치(200)를 착용하였다고 판단되면, 호흡 채널 및 심전도 채널을 측정한다(단계 S520).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제2 대역 및 제2 미세 전류에 해당하는 제2 주입 신호를 주입한다(단계 S525).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 채널에서 제2 대역의 호흡 신호를 추출하고, 심전도 채널에서 제1 대역 또는 제2 대역을 제외한 제3 대역의 심전도 신호를 추출한다(단계 S530).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 신호를 기초로 호흡 패턴 및 흡기 패턴 중 어느 하나의 패턴이 특정 범위를 초과하면 제2 센서(즉, 마이크)를 활성화한다(단계 S535).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제2 신호를 통해 측정된 오디오 신호 및 호흡 신호의 샘플링레이트에 비율에 맞춰 멀티플렉싱한다(단계 S540). 멀티플렉싱된 신호는 비정상 호흡 패턴의 인식이 수행된다.
도 5는 본 발명에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 방법의 또 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5을 참조하면, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제1 대역 및 제1 미세 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입한다(단계 S610).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 분리한다(단계 S620).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 특정 대역의 호흡 신호를 추출하고, 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출한다(단계 S630).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 제2 센서를 활성화시킨다(단계 S640).
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제2 센서로부터 수신된 모션 신호 및 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞추어 멀티플렉싱한다(단계 S650). 이러한 멀티플렉싱된 신호는 비정상 호흡 패턴을 이용하는데 사용된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 사용자 생체 신호 측정 장치(100)는 비정상 호흡상태와 비정상 심장 상태를 동시에 모니터링 하기 위해 경부(Neck)에 전극(즉, 제1 센서 및 제2 센서)을 배치하여 호흡(Respiration) 신호와 심전도(Electrocardiography, ECG or EKG) 신호를 측정한다.
도 6의 참조번호(b)와 같이 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 사용자 생체 신호 측정 장치(100)에 호흡을 측정하기 위해서 상기 경부 전극에 인체에 무해한 100㎂ 이하의 전류를 특정 주파수(32kHz, 64kHz 등)이 주입되면, 상기 경부 전극을 통해 생체 전위차(Voltage)를 측정할 수 있다.
따라서, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 사용자 생체 신호 측정 장치(100)로부터 수신된 생체 전위차를 이용하여 호흡 신호에서 흡기(Inspiration), 호기(Expiration) 뿐만 아니라 기침(Cough)과 같은 특정 패턴을 검출할 수 있다.
또한, 도 6의 참조번호(b)와 같이 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 사용자 생체 신호 측정 장치(100)의 경부 전극을 통해 심장과 관련된 심전도(Electrocardiography, ECG or EKG) 신호를 측정하고, 심장에서 유도되어 피부에서 생체 전위(V)로 측정되는 LEAD I 유사 심전도 신호를 통해 심박수 뿐만 아니라 빈맥, 부정맥을 검출할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 호흡 신호 및 심전도 신호를 동시에 특정할 수 있다. 이를 위해, 도 7(a)와 같이 피부에 부착된 전극으로 심장의 전기적 활동을 생체 전위 기반으로 심전도 측정하여 심박 급속 중인 빅맥을 인식하고, 도 7(b)와 같이 동일 전극으로 환자가 호흡 시 임피던스 변화에 기초하여 호흡 주기 및 강도를 측정한 후 호흡수 및 호흡량을 계산하여 얕은 호흡인 빈호흡을 인식할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 시스템을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호를 이용한 사용자 상태 모니터링 과정에서 생성된 신호를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제1 대역 및 제1 미세 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입한다. 그런 다음, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정한 후 생체 전위차에서 제1 대역의 임피던스를 추출한다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 대역의 임피던스를 이용하여 사용자가 사용자 상태 모니터링 장치(200)를 착용하였다고 판단되면, 호흡 채널 및 심전도 채널을 측정한다.
그런 다음, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제1 센서에 제2 대역 및 제2 미세 전류에 해당하는 제2 주입 신호를 주입한다.
사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 채널에서 도 9의 (c)와 같이 제2 대역의 호흡 신호를 추출하고, 심전도 채널에서 제1 대역 또는 제2 대역을 제외한 도 9의 (b)와 같이 제3 대역(즉, ECG 대역)의 심전도 신호를 추출한다.
그 후, 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 호흡 신호를 기초로 호흡 패턴 및 흡기 패턴 중 어느 하나의 패턴이 특정 범위를 초과하면 제2 센서를 활성화한다.
도 10과 같이 사용자 상태 모니터링 장치(200)는 제2 신호를 통해 측정된 오디오 신호(도 10(a)) 및 호흡 신호(도 10(b))의 샘플링레이트에 비율에 맞춰 멀티플렉싱한다. 멀티플렉싱된 신호는 비정상 호흡 패턴의 인식이 수행된다.
한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 사용자 생체 신호 측정 장치
110: 제1 센서
120: 제2 센서
200: 사용자 상태 모니터링 장치
210: 제1 생체 데이터 수신부
220: 제2 생체 데이터 수신부
230: 제1 생체 데이터 분석부
240: 제2 생체 데이터 분석부
250: 생체 데이터 저장부
260: 제어부

Claims (9)

  1. 사용자 상태 모니터링 장치에서 실행되는 사용자 상태 모니터링 방법에 있어서,
    제1 센서에 호흡과 연관된 특정 대역 및 대역 전류에 해당하는 주입 신호를 주입하는 단계;
    상기 제1 센서를 통해 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 분리하여 측정하는 단계;
    상기 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 특정 대역의 호흡 신호를 추출하는 단계;
    상기 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출하는 단계;
    상기 호흡 신호를 이용하여 호흡의 패턴이 특정 범위를 초과하는 경우 제2 센서를 활성화하는 단계; 및
    상기 제2 센서를 통해 측정된 오디오 신호 및 상기 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱된 신호를 이용하여 비정상 호흡 패턴을 인식하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 신호를 디멀티플렉싱하여 오디오 신호 및 호흡 신호를 추출한 후, 상기 오디오 신호를 음성 출력 장치를 통해 출력하고 상기 호흡 신호를 디스플레이 장치를 통해 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서에 컨택과 연관된 제1 대역 및 제1 전류에 해당하는 제1 주입 신호를 주입하는 단계;
    상기 제1 센서에서 생체 전위차를 측정한 후 상기 생체 전위차에서 제1 대역의 컨택 임피던스 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 컨택 임피던스 신호에 기반하여 사용자가 사용자 생체 신호 측정 장치의 착용이 완료되었다고 판단되면 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차 및 심전도에 해당하는 생체 전위차를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차를 이용하여 상기 특정 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출하는 단계는
    상기 제1 센서에 호흡과 연관된 제2 대역 및 제2 전류에 해당하는 제2주입 신호를 주입하는 단계;
    상기 호흡 채널에 해당하는 생체 전위차에서 상기 제2 대역의 호흡 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 심전도 채널에 해당하는 생체 전위차에서 상기 제1 대역 또는 상기 제2 대역을 제외한 ECG 대역의 심전도 신호를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서를 통해 측정된 오디오 신호 및 상기 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행하는 단계는
    상기 제2 센서를 통해 측정된 모션 신호 및 상기 호흡 신호의 샘플링레이트 비율에 맞춰 멀티플렉싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  7. 사용자 상태 모니터링 장치에서 실행되는 사용자 상태 모니터링 방법에 있어서,
    제1 센서에 제1 미세 전류를 주입한 후 상기 제1 센서를 통해 생체 전위차를 측정하는 단계;
    상기 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한 후, 상기 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링하는 단계; 및
    상기 생체 전위차에서 상기 제1 대역을 제외한 대역 중 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한 후, 상기 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 방법.
  8. 사용자 상태 모니터링 장치에 있어서,
    제1 미세 전류가 주입되면 생체 전위차를 측정하는 제1 센서;
    상기 생체 전위차에서 제1 대역에 해당하는 제1 신호를 추출한 후, 상기 제1 신호를 이용하여 사용자의 호흡 상태를 모니터링하는 호흡 상태 모니터링부; 및
    상기 생체 전위차에서 상기 제1 대역을 제외한 대역 중 제2 대역에 해당하는 제2 신호를 추출한 후, 상기 제2 신호를 이용하여 사용자의 심전도 상태를 모니터링하는 심전도 상태 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 센서은
    상기 제1 센서에 30uA ~ 100uA 사이의 전류를 주입되면 생체 전위차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    사용자 상태 모니터링 장치.
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