KR20220165509A - Biosignal measuring device and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생체신호 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 복수의 피에조 센서로부터 측정되는 신호 중에서 심박 데이터 및 호흡 데이터와 가장 유사한 값을 선택함으로써 인체의 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 생체신호 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal measuring device and method, and more particularly, to a bio-signal capable of measuring a bio-signal of a human body by selecting a value most similar to heart rate data and respiration data among signals measured by a plurality of piezo sensors. It relates to measuring devices and methods.
심탄도(ballistocardiogram, BCG)란 인체를 태엽식의 체중계에 실으면 심박동에 일치해서 지침이 진동하게 되는데, 이 진동을 전기적으로 기록한 것으로 심장이 박출한 혈액의 운동량을 나타내는 것을 일컫는다.A ballistocardiogram (BCG) is a hand-held weight scale that vibrates in accordance with the heartbeat when the human body is placed on a hand-held weight scale.
이러한 심탄도 신호는 심전도(electrocardiogram: ECG) 신호와 함께 사용자의 심장박동에 대한 정보를 전기적 신호로 나타낸다. 심전도 신호는 사람의 몸에서 심장에 가까운 부분에 전극을 부착하고 심장 박동 시 근육에서 발생하는 미세한 전기적 신호를 측정한다. ECG 신호는 각종 심장병에 대한 분석이 가능한 형태이며 주로 의료용으로 측정되고 분석되는 신호이다.Such a ballistic signal represents information about a user's heartbeat as an electrical signal together with an electrocardiogram (ECG) signal. An electrocardiogram (ECG) signal is obtained by attaching electrodes to a part of the body close to the heart and measuring minute electrical signals generated by muscles when the heart beats. The ECG signal is a form that can be analyzed for various heart diseases and is a signal that is mainly measured and analyzed for medical purposes.
반면, 심탄도 신호는 심장박동에 대한 미세한 진동을 측정한 신호로 심장 근육의 움직임을 전기적 신호로 표현할 수는 없지만 분당 심박 수 등에 대한 정보를 포함하고 있다.On the other hand, the ballistic signal is a signal obtained by measuring minute vibrations of the heartbeat. Although the motion of the heart muscle cannot be expressed as an electrical signal, it contains information about heartbeats per minute.
또한, 심탄도 신호는 신체에 특별한 전극이나 센서를 부착할 필요가 없어 무구속적, 무자각적으로 사용자의 심박 신호를 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, the heart ballistic signal has the advantage of being able to measure the user's heartbeat signal unrestrainedly and involuntarily, since there is no need to attach special electrodes or sensors to the body.
심탄도 신호는 주로 사용자가 침대에 누운 상태에서 측정되는데 침대 아래에서 로드셀을 이용하여 침대 전체의 미세한 무게 변화를 감지하여 측정할 수도 있으며, 압력 센서(pressure Sensor), 압전 센서(piezoelectric Sensor) 등을 통해서도 측정이 가능하다. 이 때 측정되는 신호에는 호흡과 움직임 및 잡음 신호가 함께 측정되며, 측정시 신호에 영향을 주는 요소는 사용자의 누운 자세, 입은 옷은 재질 및 두께, 매트리스의 종류 등이 있다.The heart ballistic signal is mainly measured while the user is lying on the bed. It can also be measured by detecting minute changes in the weight of the entire bed using a load cell under the bed. It can also be measured through The signals measured at this time include breathing, movement, and noise signals, and factors that affect the signals during measurement include the user's lying posture, the material and thickness of the clothes worn, and the type of mattress.
현재 적용중인 심탄도 신호를 이용한 생체신호 감지방법은 전술한 바와 같이 실질적인 측정 대상 주변의 압력 노이즈에 취약하기 때문에 보다 정확한 생체 정보 산출을 위해서는 다수의 보정을 필요로 하는 단점이 있었다. 따라서 정확한 생체신호를 측정하기 위한 방법이 필요한 실정이다.As described above, the bio-signal detection method using the heart ballistic signal that is currently being applied has a disadvantage in that it requires multiple corrections to calculate more accurate bio-information because it is vulnerable to pressure noise around the actual measurement target, as described above. Therefore, there is a need for a method for accurately measuring bio-signals.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 센서에서 수신된 생체신호 중에서 인체의 심박 및 호흡을 간편하고, 정확하게 측정하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to simply and accurately measure the heart rate and respiration of a human body among bio-signals received from a plurality of sensors.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생체신호 측정 방법은 인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하는 단계; 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하는 단계; 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하는 단계; 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출하여 제거하는 단계; 신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 단계; 및 심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a biosignal measurement method according to the present invention includes the steps of detecting a ballistocardiogram signal and a movement signal by a plurality of sensors disposed around the human body; denoising, by a filtering unit, to extract a frequency domain from the plurality of ballistic signals; synchronizing, by the filtering unit, the plurality of ballistic signals and the motion signal in time; detecting and removing motion noise from the plurality of ballistic signals by the filtering unit; determining, by a signal selector, an optimal ballistic signal from the plurality of ballistic signals from which the motion noise has been removed; and measuring, by a heart rate and respiration measurement unit, a heart rate and respiration by detecting a peak value in the optimal ballistic signal.
여기서, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈하는 단계는, 복수의 상기 심탄도 신호에서 기저함수의 집합으로 분리하여 시간 및 스케일을 기반으로 웨이브렛 변환(wavelet transform)을 수행하는 것일 수 있다.Here, the step of denoising by the filtering unit to extract the frequency domain from the plurality of heart ballistic signals includes separating the plurality of heart ballistic signals into a set of basis functions and performing wavelet transform based on time and scale. ) may be performed.
또한, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈하는 단계는, 대역통과필터(band-passfilter)를 사용하여 저대역 필터로는 복수의 상기 심탄도 신호에서 30Hz 이하의 주파수를 필터링 하고, 고대역 필터는 복수의 상기 심탄도 신호에서 0.1Hz 이상의 주파수를 필터링 할 수 있다.In addition, the step of denoising by the filtering unit to extract a frequency domain from the plurality of ballistic signals may include a low-pass filter using a band-pass filter to obtain frequencies of 30 Hz or less from the plurality of ballistic signals. The frequency is filtered, and the high-pass filter may filter a frequency of 0.1 Hz or more from the plurality of ballistic signals.
또, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하는 단계는, 상기 동잡음의 제거 시간의 크기가 n이라 가정할 때, 트리거 발동시점은, 이고, 끝나는 시점은, 의 수식으로 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하며, 여기서, Ft는 제1센서부의 현재값이며, Ft-1은 제1센서부의 이전 값이고, Fthds는 트리거 시점의 문턱값이고, Fthde는 종료 시점의 문턱값이며, m은 제1센서부의 개수일 수 있다.In addition, in the step of synchronizing the plurality of ballistic signals and the movement signals by the filtering unit in time, when it is assumed that the size of the motion noise removal time is n, the trigger activation time point is: , and the end point is The plurality of ballistic signals and the movement signals are synchronized in time by the formula of, where F t is the current value of the first sensor unit, F t-1 is the previous value of the first sensor unit, and F thds is the trigger time is a threshold value of , F thde is a threshold value at an end point, and m may be the number of first sensor units.
아울러, 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호가 시간상에서 동기화 된 상태에서 상기 필터링부는 상기 움직임 신호의 기울기가 양의 기울기로 증가하거나, 또는 음의 기울기로 증가한 구간을 동잡음으로 판단하여 제거할 수 있다.In addition, in a state in which the plurality of heart trajectory signals and the movement signals are synchronized in time, the filtering unit determines that a section in which the slope of the motion signal increases to a positive slope or a negative slope is equal to motion noise and is removed. can
또, 상기 신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 단계는, 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density)를 기반으로 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 산출하여 결정할 수 있다.In addition, the step of determining the optimal ballistic signal from the plurality of ballistic signals from which the motion noise has been removed by the signal selection unit calculates a signal to noise ratio based on a power spectrum density. can be determined by
아울러, 상기 신호 선택부는, 복수의 상기 심탄도 신호에 고속 푸리에 변환을 수행하고, 복수의 상기 심탄도 신호 중에서 신호대잡음비가 가장 적은 2개의 심탄도 신호를 선택하여 평균을 산출할 수 있다.In addition, the signal selector may perform fast Fourier transform on a plurality of the heart ballistic signals, select two ballistic signals with the lowest signal-to-noise ratios among the plurality of heart ballistic signals, and calculate an average.
또, 상기 신호 선택부는, 복수의 심탄도 신호의 신호값에 표준화 및 정규화를 적용하여 동일한 크기의 신호로 조정한 후 신호대잡음비로부터 산출된 신호값과 상호 상관(cross correlation)을 적용할 수 있다.In addition, the signal selector may apply standardization and normalization to the signal values of the plurality of ballistic trajectory signals to adjust them into signals of the same magnitude, and then apply cross-correlation to the signal values calculated from the signal-to-noise ratio.
또한, 상기 신호 선택부는, 복수의 상기 심탄도 신호 중에서 상기 신호대잡음비로부터 산출된 신호값과 유사하거나, 큰 값을 가진 심탄도 신호를 선택하여 상기 최적 심탄도 신호를 결정할 수 있다.In addition, the signal selector may determine the optimal ballistic signal by selecting a ballistic signal having a value similar to or greater than a signal value calculated from the signal-to-noise ratio from among the plurality of ballistic signals.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생체신호 측정 방법은 최적 심탄도 신호를 수신하는 단계; 및 상기 최적 심탄도 신호는, 인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하고, 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하며, 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 한 후 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출 및 제거하여 결정된 신호이고, 심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, a bio-signal measuring method according to the present invention for achieving the above object includes receiving an optimal ballistic signal; And the optimal ballistic signal is denoised to extract a frequency domain from a plurality of ballistocardiogram signals and movement signals by a plurality of sensors disposed around the human body, and , A signal determined by synchronizing the plurality of ballistic signals and the movement signals in time and then detecting and removing motion noise from the plurality of ballistic signals, and the heart rate and respiration measuring unit detects a peak value in the optimal ballistic signal. and measuring heart rate and respiration.
또한, 상기 심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 단계는, 상기 최적 심탄도 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 적용하여 소정의 주파수 영역에서 피크값을 검출할 수 있다.In addition, the step of measuring heart rate and respiration by detecting a peak value from the optimal ballistic trajectory signal by the heart rate and respiration measuring unit detects a peak value in a predetermined frequency domain by applying a fast Fourier transform to the optimal ballistic trajectory signal. can do.
또한, 상기 소정의 주파수 영역은 1 내지 1.5Hz이고, 심박 및 호흡 측정부는 상기 피크값에 60을 곱하여 심박수를 산출할 수 있다.In addition, the predetermined frequency range is 1 to 1.5 Hz, and the heart rate and respiration measurement unit may calculate the heart rate by multiplying the peak value by 60.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생체신호 측정 장치는 인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하고, 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하며, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하고, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출하여 제거하며, 신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 전송모듈; 및 심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 수신모듈을 포함할 수 있다.On the other hand, in the bio-signal measuring device according to the present invention for achieving the above object, a plurality of sensors disposed around the human body detect ballistocardiogram signals and movement signals, and a filtering unit detects the frequency of the plurality of ballistocardiogram signals. Denoises to extract a region, the filtering unit synchronizes the plurality of ballistic signals and the motion signal in time, the filtering unit detects and removes motion noise from the plurality of ballistic signals, and a transmission module for determining an optimal ballistic trajectory signal from the plurality of ballistic ballistic signals from which the motion noise has been removed; and a receiving module configured to measure heart rate and respiration by the heart rate and respiration measuring unit by detecting a peak value in the optimal ballistic signal.
본 발명에 따른 생체신호 측정 장치 및 방법은 복수의 센서로부터 수신되는 인체의 심박 및 호흡 데이터를 기반으로 가장 유사한 센서값의 채널을 선택하여 심박 및 호흡을 측정하기 때문에 인체의 심박 및 호흡의 상태를 정확하게 측정할 수 있다.The bio-signal measurement apparatus and method according to the present invention measures the heart rate and respiration by selecting the channel with the most similar sensor value based on the human heart rate and respiration data received from a plurality of sensors, thereby determining the state of the human heart rate and respiration. can be accurately measured.
또한, 본 발명에 따른 생체신호 측정 장치 및 방법은 인체에 별도의 장치를 부착하지 않더라도 매트, 패드 등을 인체에 갖다 대는 것만으로도 심박 및 호흡의 상태를 측정할 수 있기 때문에 무자극, 무자각, 무구속의 형태로 측정 대상인 환자가 거부감 없이 편리하게 사용할 수 있다.In addition, the bio-signal measuring device and method according to the present invention can measure the state of heart rate and breathing just by touching a mat, pad, etc. to the human body without attaching a separate device to the human body, so it is non-stimulating and non-aware. , in the form of non-restraint, the patient to be measured can conveniently use it without feeling repulsive.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치에서 FSR 신호를 감지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치에서 최적 심탄도 신호를 결정하기 위해 PSD를 이용하여 신호대잡음비를 산출하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치에서 최적 심탄도 신호를 결정하기 위해 상호 상관을 이용하여 유사도를 산출하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a bio-signal measurement system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a bio-signal measurement method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a bio-signal measuring method according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically illustrating sensing of an FSR signal in a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically illustrating calculation of a signal-to-noise ratio using a PSD to determine an optimal ballistic signal in a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically illustrating calculation of similarity using cross-correlation in order to determine an optimal ballistic signal in a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, some configurations irrelevant to the gist of the present invention will be omitted or compressed, but the omitted configurations are not necessarily unnecessary in the present invention, and can be combined and used by those skilled in the art to which the present invention belongs. can
<생체신호 측정 시스템의 구성><Configuration of biological signal measurement system>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a bio-signal measurement system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 시스템은 생체신호 측정 장치(1) 및 의료서버(2)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the bio-signal measuring system according to an embodiment of the present invention may include a
생체신호 측정 장치(1)는 환자의 신체에서 감지되는 심탄도(ballistocardiogram, BCG) 신호를 수신하여 심박 및 호흡을 측정하는 구성이다. 이러한 생체신호 측정 장치(1)는 복수의 센서가 감지한 심탄도 신호를 기반으로 환자의 심박 및 호흡을 측정할 수 있다. 즉, 전송모듈(10)에 구비된 복수의 센서가 환자의 신체로부터 심탄도 신호를 감지하고, 감지된 심탄도 신호에서 노이즈를 필터링하여 최적 심탄도 신호를 결정하여 이를 수신모듈(20)에 전달하고, 수신모듈(20)은 최적 심탄도 신호로부터 필터링 및 피크값 검출을 통해 최종적으로 환자의 심박 및 호흡을 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 생체신호 측정 장치(1)는 환자의 신체에서 특정 부위에 고정시키지 않고 환자의 신체에 닿기만 하더라도 환자의 신체에서 심박 및 호흡을 측정할 수 있다. 따라서 무자극, 무자각, 무구속 형태로 심박 및 호흡을 측정할 수 있다.The
의료서버(2)는 생체신호 측정 장치(1)에서 측정한 환자의 심박 및 호흡에 관한 정보를 저장하는 구성이다. 이러한 의료서버(2)는 생체신호 측정 장치(1)에서 측정한 환자의 심박 및 호흡에 관한 정보를 수신하여 환자 개인별로 환자의 이름, 나이, 키, 몸무게 등 개인정보에 더하여 심박 및 호흡에 관한 정보를 저장할 수 있다.The
<생체신호 측정 장치의 구성><Configuration of bio-signal measuring device>
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명에 따른 생체신호 측정 장치(1)의 구성을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(1)는 전송모듈(10) 및 수신모듈(20)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the
먼저 전송모듈(10)은 환자의 신체로부터 생체신호를 감지하고, 감지된 생체신호에서 노이즈를 필터링하여 최적 신호를 결정하여 이를 수신모듈(20)에 전달하는 구성이다. 이러한 전송모듈(10)은 제1센서부(110), 제2센서부(120), 필터링부(130), 신호 선택부(140) 및 전송부(150)를 포함할 수 있다.First, the
제1센서부(110)는 환자의 신체로부터 측정되는 심탄도 신호를 감지하는 구성이다. 이러한 제1센서부(110)는 복수의 피에조형 압력 센서(piezoelectric pressure sensor, 이하 피에조 센서)가 구비될 수 있다. 즉, 복수의 피에조 센서가 환자의 신체와 맞닿은 상태에서 환자의 심탄도 신호를 측정할 수 있다.The
여기서, 피에조 센서는 압전형 압력 센서라고도 일컫는다. 이는 압력에 의하여 탄성체에 발생한 변위나 변형을 압전소자에 가하여 응력에 의해서 발생한 전압을 검출하는 것이다. 압전소자 재료로서는 수정과 로셸염, 티탄산 바륨 (BaTiO3), PZT(지르콘ㆍ티탄산계 세라믹스) 및 PVDF(폴리불화 비닐리덴) 등이 사용된다. 출력 임피던스가 매우 높기 때문에 측정에는 임피던스 변환회로가 필요하다. 감도는 매우 높지만, 유전분극을 이용하기 때문에 가해진 응력의 시간미분에 유기 전압이 비례하고, 그 전압은 누설로 말미암아 시간과 더불어 감소되므로 정지압력을 측정할 수 없다. 소형, 고감도, 고속응답, 내열성 등의 장점이 있다. 따라서 제1센서부(110)는 심박에 의해 전달되는 맥파의 진동을 측정하여 심박과 호흡을 측정할 수 있다.Here, the piezo sensor is also referred to as a piezoelectric pressure sensor. This is to detect the voltage generated by the stress by applying the displacement or deformation generated in the elastic body by the pressure to the piezoelectric element. As materials for the piezoelectric element, quartz, Rochelle salt, barium titanate (BaTiO3), PZT (zircon titanate ceramics), PVDF (polyvinylidene fluoride), and the like are used. Since the output impedance is very high, an impedance conversion circuit is required for measurement. Although the sensitivity is very high, because the dielectric polarization is used, the induced voltage is proportional to the time differential of the applied stress, and the voltage decreases with time due to leakage, so the static pressure cannot be measured. It has advantages such as small size, high sensitivity, high speed response, and heat resistance. Therefore, the
제1센서부(110)는 소정의 면적으로 형성된 매트나 패드 등의 내부에 복수로 구비되며, 이 때 일정한 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1센서부(110)는 6개가 2x3의 행렬로 매트나 패드의 내부에 배열될 수 있다. 또는, 제1센서부(110)는 12개가 3x4의 행렬로 매트나 패드의 내부에 배열될 수 있다. 이러한 제1센서부(110)의 배열은 실시하기에 따라 달라질 수 있다.The
여기서, 제1센서부(110)가 심탄도 신호를 감지할 시 양단의 전압을 이용하여 측정하기 때문에 DC-offset을 이용하여 고점과 저점의 신호를 추출할 수 있다. 아울러, 높은 전류를 방지하기 위해 회로 안정화 버퍼회로가 추가로 사용될 수 있다.Here, when the
제2센서부(120)는 압력값을 측정하여 매트에서 환자의 움직임을 감지하는 구성이다. 이러한 제2센서부(120)는 FSR(force sender resistor) 센서로 구비될 수 있다.The
여기서, FSR 센서는 물리적인 힘, 무게 등에 따라 저항 값이 바뀌는 성질을 이용한 센서로 압력센서 라고도 알려져 있다. 이러한 FSR 센서는 몇 개의 레이어로 구성된 박막 형태의 센서이다. 가장 기본적인 FSR은 중간에 스페이서(Spacer)라고 하는 공간적인 갭을 만드는 레이어를 중앙에 두고 있고, 이 스페이스 위아래로 회로가 인쇄되어 있는 레이어(FPC)와 전도성 물질로 코딩이 되어 있는 필름 레이어(MD film)가 배치된다. 그리고 위에서 힘이 가해지게 되면, 인쇄되어 있는 레이어의 더 많은 부분이 전도성 물질로 코딩이 되어 있는 필름 레이어와 접촉을 하면서 센서의 저항 값이 줄어들게 된다. 따라서 힘에 따라 변하는 저항 값으로 전압을 측정할 수 있다.Here, the FSR sensor is also known as a pressure sensor as a sensor using the property of changing resistance value depending on physical force, weight, and the like. This FSR sensor is a thin film type sensor composed of several layers. The most basic FSR has a layer that creates a spatial gap called a spacer in the middle, and a layer (FPC) on which circuits are printed above and below this space and a film layer (MD film) coated with a conductive material ) is placed. And when force is applied from above, more of the printed layer comes into contact with the film layer coated with the conductive material, reducing the resistance of the sensor. Therefore, the voltage can be measured by the resistance value that changes according to the force.
제2센서부(120)는 매트나 패드 등에서 압력값의 양의 기울기가 크게 증가하거나, 반대로 압력값이 음의 기울기로 크게 감소하게 되고, 이에 따라 움직임을 감지하여 환자의 움직임이 발생된 시점을 감지할 수 있다. 또는 복수의 제2센서부(120)에서 매트, 패드 등의 표면에서 움직임이 발생 시 특정 제2센서부(120)의 위치에서 압력값의 변화가 크게 증가하거나 감소하게 됨에 따라 움직임이 발생한 시점을 감지할 수 있다.The
제2센서부(120)는 제1센서부(110)와 같이 소정의 면적으로 형성된 매트나 패드 등의 내부에 복수로 구비되며, 이 때 일정한 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제2센서부(120)는 6개가 2x3의 행렬로 매트나 패드의 내부에 배열될 수 있다. 또는, 제2센서부(120)는 12개가 3x4의 행렬로 매트나 패드의 내부에 배열될 수 있다. 이러한 제1센서부(110)의 배열은 실시하기에 따라 달라질 수 있다. 또는 매트나 패드 등의 내부에 1개만 구비될 수도 있다.Like the
필터링부(130)는 제1센서부(110)가 감지한 복수의 심탄도 신호에 대해 동잡음(Motion Artifacts)을 필터링하여 제거하는 구성이다. 제1센서부(110)가 감지한 심탄도 신호에는 환자가 움직일 시 동잡음이 포함될 수 있기 때문에 환자의 생체신호를 측정하기 위해서는 이를 필터링하고, 제거할 필요가 있다. 이 때 필터링부(130)는 제2센서부(120)가 생성한 움직임 신호를 심탄도 신호와 시간상에서 동기화 하고, 움직임이 발생한 시점을 필터링함으로써 동잡음을 제거할 수 있다.The
먼저 필터링부(130)는 복수의 심탄도 신호에 대해 웨이브렛 변환(wavelet transform)과 대역통과필터(band-passfilter)를 이용하여 생체신호가 측정되는 범위의 주파수 영역을 추출하기 위한 감소(denoise)를 수행할 수 있다.First, the
여기서, 웨이브렛 변환이란 시간적으로 주파수 성분이 변하는 신호에 대하여 시간과 주파수 성분을 나타내는 변환 방법이다. 일반적으로 푸리에 변환(Fourier transform)은 신호가 시간적으로 변하지 않는다는 가정에서 주파수 성분을 표시하지만, 웨이브릿 변환은 처프(chirped) 신호나 ECG(electrocardiograph), 그리고 영상 신호와 같이 시간적으로 주파수 성분이 변하는 신호에 대하여 시간과 주파수 성분을 표현하기 위하여 사용되는 변환 방법이다. 이 경우 낮은 주파수 성분은 높은 주파수 해상도로 표현하고, 높은 주파수 성분은 시간 해상도를 높게 변환할 수 있다.Here, the wavelet transform is a transform method representing time and frequency components of a signal whose frequency components change temporally. In general, the Fourier transform expresses frequency components under the assumption that the signal does not change in time, but the wavelet transform represents signals whose frequency components change in time, such as chirped signals, electrocardiographs (ECGs), and video signals. It is a conversion method used to express time and frequency components for . In this case, a low frequency component can be expressed with a high frequency resolution, and a high frequency component can be converted to a high time resolution.
아울러, 대역통과필터는 특정한 두 차단주파수 사이에 있는 주파수 대역의 신호는 감쇠 없이 통과하나, 그 이외의 모든 주파수에 대해서는 감쇠시키는 필터이다. 예를 들어, 절단 효과를 줄이기 위하여 차단 주파수를 서서히 변화시키는 4개의 주파수 f1, f2, f3, f4 로 주어지는 사다리꼴 모양으로 설계한다. f1 이하 f4 이상은 차단시키고 f2와 f3 사이는 감쇠없이 통과시키며, f1과 f2 사이와 f3과 f4 사이는 선형적으로 변화시키는 특징을 가지고 있다. 이러한 대역통과필터에는 공지된 바와 같이 저대역 필터(low pass filter) 및 고대역 필터(high pass filter)가 있다.In addition, the band pass filter is a filter that passes signals of a frequency band between two specific cutoff frequencies without attenuation, but attenuates all other frequencies. For example, in order to reduce the cutting effect, it is designed in a trapezoidal shape given by four frequencies f1, f2, f3, f4 that gradually change the cutoff frequency. It has the characteristics of blocking f1 or less and f4 or more, passing between f2 and f3 without attenuation, and changing linearly between f1 and f2 and between f3 and f4. Such a band pass filter includes a low pass filter and a high pass filter, as is well known.
필터링부(130)는 제1센서부(110)가 감지한 복수의 심탄도 신호에 대해 범위 주파수 영역을 추출하기 위해 웨이브렛 변환, 저대역 필터 및 고대역 필터를 활용할 수 있다. 따라서 필터링부(130)는 저대역 필터 및 고대역 필터를 이용하여 제1센서부(110)로부터 수신한 심탄도 신호에 대해 주파수 영역을 필터링 할 수 있다.The
또한, 제1센서부(110)가 복수의 심탄도 신호를 감지할 시에는 저전압의 값이 수신되므로, 주파수 영역이 필터링 된 해당 심탄도 신호의 값을 연산증폭기(OP-AMP)를 통해 증폭할 필요가 있다. 따라서 필터링부(130)는 연산증폭기를 통해 심탄도 신호를 증폭하여 심탄도의 신호를 측정되도록 할 수 있다.In addition, when the
아울러, 필터링부(130)는 필터링 된 복수의 심탄도 신호와 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하여 특정 시간 동안의 심탄도 신호에 대해 동잡음을 제거할 수 있다. In addition, the
신호 선택부(140)는 동잡음이 제거된 복수의 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 구성이다. 이러한 신호 선택부(140)는 복수의 심탄도 신호에 대해 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD)를 기반으로 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 산출하여 결정할 수 있다.The
구체적으로, 신호 선택부(140)는 필터링 되어 동잡음이 제거된 복수의 심탄도 신호에 대해 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 수행하고, 이처럼 고속 푸리에 변환을 하게 되면, 신호가 강한 값들을 제외한 약한 신호들이 나오게 된다. 이러한 신호는 노이즈들이다. 예를 들어, 6개의 제1센서부(110)로부터 샘플링 단위로 감지된 신호 채널을 가정하면, 6개의 신호 채널 중에서 전체 신호 대비 노이즈가 가장 작은 2개의 신호 채널을 선택하고, 이러한 2개의 채널의 신호값의 평균을 산출할 수 있다. 이는 최적 심탄도 신호를 결정하기 위한 1차적인 과정이다.Specifically, the
이후 신호대잡음비로부터 산출된 값을 A라 하고, 각 신호 채널에서 감지된 신호값을 1 내지 6이라 가정하면, A 신호와의 비교, 즉 상호 상관(cross correlation)을 위해 각 신호 채널에 표준화와 정규화를 거쳐 동일한 크기의 신호로 조정한다. 이러한 상호 상관이란 두 개의 신호의 상관관계를 나타내는 지표이다.Then, assuming that the value calculated from the signal-to-noise ratio is A and the signal values detected in each signal channel are 1 to 6, standardization and normalization are performed on each signal channel for comparison with signal A, that is, cross correlation. through and adjust to a signal of the same magnitude. This cross-correlation is an index representing the correlation between two signals.
다음으로, A 신호 값의 뒷단과 각 신호 채널들의 앞단의 점을 동일하게 세팅하여 A 신호의 값을 X축에 따라 슬라이딩 하게 되면, A 신호의 값과 유사하거나 A 신호의 값보다 더 큰 값을 가진 신호 값을 선택함으로써 최적 신호를 선택하는 것이다. 이는 최적 심탄도 신호를 결정하기 위한 2차적인 과정이다.Next, when the value of signal A is slid along the X-axis by setting the rear end of the value of A signal and the point of the front end of each signal channel identically, a value similar to or greater than the value of signal A is obtained. It is to select the optimal signal by selecting the signal value with This is a secondary process for determining the optimal ballistic signal.
전송부(150)는 전송모듈(10)에서 결정된 최적 심탄도 신호를 수신모듈(20)로 전송하는 구성이다. 이러한 전송부(150)는 유선 또는 무선의 네트워크로 연결되어 최적 심탄도 신호를 전송할 수 있다.The transmission unit 150 transmits the optimal ballistic signal determined by the
다음으로, 수신모듈(20)은 전송모듈(10)로부터 수신한 최적 심탄도 신호를 기반으로 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 구성이다. 이러한 수신모듈(20)은 수신부(210), 심박 및 호흡 측정부(220) 및 송신부(230)를 포함할 수 있다.Next, the receiving
수신부(210)는 전송부(150)에서 전송한 최적 심탄도 신호를 수신하는 구성이다. 이러한 수신부(210)는 전송부(150)와 유선 또는 무선의 네트워크로 연결되어 최적 심탄도 신호를 수신할 수 있다.The
심박 및 호흡 측정부(220)는 수신된 최적 심탄도 신호에서 피크값을 검출하여 환자의 심박 및 호흡을 측정하는 구성이다. 제1센서부(110)에서 감지된 심탄도 신호는 여러 신호의 노이즈가 섞여 있는 신호값일 수 있다. 예를 들어, 정상인의 호흡수가 60 내지 96회라고 한다면, 주파수로 변경 시 1 내지 1.5Hz의 범위 값일 것이다. 이는 호흡의 측정값이 된다. 따라서 제1센서부(110)에서 감지된 심탄도 신호를 아날로그 필터링을 통해 노이즈를 필터링 한 신호값을 1 내지 1.5Hz의 범위 값에서 고속 푸리에 변환을 통해 각각의 심탄도 신호를 분해한 후 가장 높은 신호값의 주파수 값을 검출한다. 이후 가장 높은 주파수 값(피크값)에 60을 곱하게 되면, 심박수를 산출할 수 있다.The heart rate and
송신부(230)는 심박 및 호흡 측정부(220)에서 측정한 심박값 및 호흡값을 의료서버(2)에 전달하는 구성이다. 이러한 송신부(230)는 의료서버(2)와 유선 또는 무선의 네트워크로 연결되어 심박 및 호흡값을 송신할 수 있다.The transmitter 230 transmits the heart rate and respiration values measured by the heart rate and
<생체신호 측정 방법><How to measure vital signs>
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a bio-signal measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a bio-signal measuring method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart of a bio-signal measuring method according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 방법은 최초에 인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지할 수 있다.<S30>As shown in FIGS. 3 and 4 , in the bio-signal measurement method according to the embodiment of the present invention, a plurality of sensors disposed around the human body may initially detect a ballistocardiogram signal and a motion signal. <S30>
구체적으로, 제1센서부(110)는 피에조 센서로 구비되어, 환자의 신체로부터 측정되는 심탄도 신호를 감지할 수 있다. 이러한 제1센서부(110)는 환자의 신체와 맞닿은 상태에서 환자의 심탄도 신호를 측정할 수 있다.Specifically, the
또한, 제2센서부(120)는 FSR 센서로 구비되어, 환자가 누워 있는 매트나, 환자가 신체의 특정 부위에 붙이고 있는 패드에서의 압력값을 측정하여 매트에서 환자의 움직임을 감지하거나, 패드에서 압력이 가해짐을 감지할 수 있다.In addition, the
다음으로, 필터링부(130)가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈 할 수 있다.<S31>Next, the
구체적으로, 필터링부(130)는 제1센서부(110)가 감지한 복수의 심탄도 신호에 대해 동잡음을 필터링하여 제거할 수 있다. 여기서, 복수의 심탄도 신호에 대해 웨이브렛 변환을 적용하고, 이후 심박 데이터의 측정되는 범위 주파수 영역을 추출하기 위해 저대역 필터와 고대역 필터를 사용할 수 있다.Specifically, the
여기서, 필터링부(130)는 복수의 심탄도 신호에서 기저함수의 집합으로 분리하여 시간 및 스케일을 기반으로 웨이브렛 변환을 수행할 수 있다.Here, the
저대역 필터로는 심탄도 신호에서 30Hz 이하의 주파수를 필터링 하고, 고대역 필터는 0.1Hz 이상의 주파수를 필터링 하는 것이다.The low-pass filter filters frequencies below 30 Hz in the ballistic signal, and the high-pass filter filters frequencies above 0.1 Hz.
또한, 제1센서부(110)가 복수의 심탄도 신호를 감지할 시에는 저전압의 값이 수신되므로, 주파수 영역이 필터링 된 해당 심탄도 신호의 값을 연산증폭기(OP-AMP)를 통해 증폭할 필요가 있다. 따라서 필터링부(130)는 연산증폭기를 통해 0.1 내지 30Hz 사이의 주파수를 가진 심탄도 신호를 1배 내지 400배로 증폭하여 심탄도의 신호를 측정되도록 할 수 있다.In addition, when the
아울러, 제1센서부(110)가 심탄도 신호를 감지할 시 양단의 전압을 이용하여 측정하기 때문에 DC-offset을 이용하여 고점과 저점의 신호를 추출할 수 있다.In addition, since the
또, 높은 전류를 방지하기 위해 회로 안정화를 위한 버퍼회로가 추가로 사용될 수 있다.In addition, a buffer circuit for circuit stabilization may be additionally used to prevent high current.
이후 복수의 심탄도 신호 및 움직임 신호를 시간상에서 동기화할 수 있다.<S32> 이를 도 5를 참고하여 설명하기로 한다.Thereafter, a plurality of ballistic signals and movement signals may be synchronized in time. <S32> This will be described with reference to FIG. 5 .
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치에서 FSR 신호를 감지하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a diagram schematically illustrating sensing of an FSR signal in a bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
환자가 매트에 누워있을 시 환자가 뒤척임 등과 같이 움직일 때는 심박 및 호흡 측정이 잘 되지 않을 수 있다. 이에 따라, 복수의 심탄도 신호에서 동잡음을 제거해야 정확하게 환자의 심박 및 호흡을 측정할 수 있다. 따라서 필터링부(130)는 매트의 내부에 구비된 제2센서부(120)가 감지한 압력값을 이용하여 동잡음을 제거할 수 있다.When the patient is lying on the mat and the patient moves, such as tossing and turning, heart rate and respiration may not be measured properly. Accordingly, it is possible to accurately measure the patient's heart rate and respiration only when motion noise is removed from the plurality of ballistic signals. Accordingly, the
도 5에 도시된 바와 같이, 제2센서부(120)는 매트나 패드 등에서 압력값의 양의 기울기가 크게 증가하거나, 반대로 압력값이 음의 기울기로 크게 감소할 시, 매트나 패드 상에서 움직임을 감지하여 환자의 움직임이 발생된 시점을 감지할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the
또는 복수의 제2센서부(120)에서 매트, 패드 등의 표면에서 움직임이 발생 시 특정 제2센서부(120)의 위치에서 압력값의 변화가 크게 증가하거나 감소하게 됨에 따라 움직임이 발생한 시점을 감지할 수 있다.Alternatively, when movement occurs on the surface of a mat, pad, etc. in the plurality of
따라서 필터링부(130)는 0.1 내지 30Hz 사이의 주파수 영역으로 필터링 된 복수의 심탄도 신호와 제2센서부(120)에서 감지한 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하여 특정 시간 동안의 심탄도 신호에 대해 동잡음을 제거할 수 있다. Therefore, the
예를 들어, 제1센서부(110)가 6개이고, 제1센서부(110)의 동잡음 제거시간의 크기가 n이라 가정할 때 트리거의 발동시점은 아래의 수식과 같다.For example, assuming that the number of
여기서, Ft는 제1센서부(110)의 현재값이고, Ft-1은 제1센서부(110)의 이전 값이며, Fthds는 시작 시점의 문턱값이다.Here, F t is a current value of the
또한, 끝나는 시점은 아래의 수식과 같다.Also, the ending point is as follows.
여기서, Fthde는 종료 시점의 문턱값이다.Here, F thde is the threshold value at the end point.
예시에서는 제1센서부(110)가 6개인 것을 가정하여 설명하였으나, 제1센서부(110)의 개수에 따라 상이할 수 있다.In the example, it has been described assuming that the number of
이와 같은 수식을 이용하여 0.1 내지 30Hz 사이의 주파수 영역으로 필터링 된 복수의 심탄도 신호와 제2센서부(120)에서 감지한 움직임 신호를 시간상에서 동기화 할 수 있다.Using this equation, a plurality of ballistic signals filtered in the frequency domain between 0.1 and 30 Hz and the motion signal detected by the
다음으로, 복수의 심탄도 신호에서 동잡음을 검출하여 제거할 수 있다.<S33>Next, motion noise may be detected and removed from the plurality of ballistic signals. <S33>
시간상에서 동기화 된 0.1 내지 30Hz 사이의 주파수 영역으로 필터링 된 복수의 심탄도 신호를 제2센서부(120)에서 감지한 움직임 신호와 동기화함에 따라 심탄도 신호에서 동잡음의 위치를 검출할 수 있다. 따라서 필터링부(130)는 특정 시간 동안의 심탄도 신호에 대해 동잡음을 제거할 수 있다.A plurality of ballistic signals filtered in the frequency domain between 0.1 and 30 Hz synchronized in time are synchronized with the motion signal detected by the
이후 동잡음이 제거된 복수의 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정할 수 있다.<S34> 이를 도 6을 통해 설명하기로 한다.Thereafter, an optimal ballistic signal may be determined from a plurality of ballistic signals from which motion noise has been removed. <S34> This will be described with reference to FIG. 6 .
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 장치에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a diagram schematically illustrating the determination of an optimal ballistic signal in the bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
신호 선택부(140)는 복수의 심탄도 신호에 대해 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD)를 기반으로 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 산출하여 결정할 수 있다.The
구체적으로, 신호 선택부(140)는 필터링 되어 동잡음이 제거된 복수의 심탄도 신호에 대해 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 수행하고, 이처럼 고속 푸리에 변환을 하게 되면, 신호가 강한 값들을 제외한 약한 신호들이 나오게 된다. 이러한 약한 신호는 노이즈들이다. 예를 들어, 6개의 제1센서부(110)로부터 샘플링 단위로 감지된 신호 채널을 가정하면, 6개의 신호 채널 중에서 전체 신호대잡음비가 가장 작은 2개의 신호 채널을 선택하고, 이러한 2개의 채널의 신호값의 평균을 산출할 수 있다. 이는 최적 심탄도 신호를 결정하기 위한 1차적인 과정이다.Specifically, the
이후 신호대잡음비로부터 산출된 신호값을 A라 하고, 복수의 심탄도 신호의 각 신호 채널에서 감지된 신호값을 1 내지 6이라 가정하면, A 신호와의 비교, 즉 상호 상관(cross correlation)을 위해 각 신호 채널에 표준화와 정규화를 거쳐 동일한 크기의 신호로 조정한다.Then, assuming that the signal value calculated from the signal-to-noise ratio is A and the signal values detected in each signal channel of the plurality of ballistic signals are 1 to 6, for comparison with signal A, that is, cross correlation Each signal channel is standardized and normalized and adjusted to a signal of the same magnitude.
다음으로, A 신호 값의 뒷단과 각 신호 채널들의 앞단의 점을 동일하게 세팅하여 A 신호의 값을 X축에 따라 슬라이딩 하게 되면, A 신호의 값과 유사하거나 A 신호의 값보다 더 큰 값을 가진 신호 값을 선택함으로써 최적 신호를 선택하는 것이다. 이는 최적 심탄도 신호를 결정하기 위한 2차적인 과정이다.Next, when the value of signal A is slid along the X-axis by setting the rear end of the value of A signal and the point of the front end of each signal channel identically, a value similar to or greater than the value of signal A is obtained. It is to select the optimal signal by selecting the signal value with This is a secondary process for determining the optimal ballistic signal.
마지막으로, 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정할 수 있다.<S35> Finally, the heart rate and respiration can be measured by detecting the peak value in the optimal ballistic signal. <S35>
구체적으로, 전송부(150)가 전달한 최적 심탄도 신호는 수신부(210)가 수신하여 심박 및 호흡 측정부(220)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 심박 및 호흡 측정부(220)는 수신된 최적 심탄도 신호에서 피크값을 검출하여 환자의 심박 및 호흡을 측정할 수 있다.Specifically, the
제1센서부(110)에서 감지된 심탄도 신호는 여러 신호의 노이즈가 섞여 있는 신호값일 수 있다. 예를 들어, 정상인의 호흡수가 60 내지 96회라고 한다면, 주파수로 변경 시 1 내지 1.5Hz의 범위 값일 것이다. 이는 호흡의 측정값이 된다. 따라서 제1센서부(110)에서 감지된 심탄도 신호를 아날로그 필터링을 통해 노이즈를 필터링 한 신호값을 1 내지 1.5Hz의 범위 값에서 고속 푸리에 변환을 통해 각각의 심탄도 신호를 분해한 후 가장 높은 신호값의 주파수 값을 검출한다. 이후 가장 높은 주파수 값(피크값)에 60을 곱하게 되면, 심박수를 산출할 수 있다.The ballistic signal detected by the
이처럼 본 발명에서는 복수의 센서로부터 각각 심탄도 신호를 수신하고, 수신한 복수의 심탄도 신호를 필터링 하여 노이즈를 제거함으로써 최적 심탄도 신호를 결정하며, 최적 심탄도 신호에서 피크값을 검출하여 환자의 심박 및 호흡을 측정할 수 있다. 이는 환자의 몸에 별도의 장치를 부착하지 않아도 환자가 매트 또는 패드 등에 몸을 닿는 것으로 측정이 가능하기 때문에 무자극, 무자각, 무구속의 형태로 환자에게 편안함을 제공할 수 있고, 동시에 정확한 측정이 가능하도록 한다.As described above, in the present invention, the optimal ballistic signal is determined by receiving ballistic signals from a plurality of sensors, filtering the received plurality of ballistic signals to remove noise, and detecting a peak value in the optimal ballistic signal to treat the patient's condition. Heart rate and breathing can be measured. Since it is possible to measure the patient's body by touching a mat or pad without attaching a separate device to the patient's body, it can provide comfort to the patient in the form of non-stimulation, non-awareness, and non-restraint, and at the same time, accurate measurement is possible. make it possible
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The preferred embodiment of the present invention described above has been disclosed for illustrative purposes, and various modifications, changes and additions will be possible to those skilled in the art with ordinary knowledge of the present invention within the spirit and scope of the present invention, and such modifications and changes and additions should be considered to fall within the scope of the claims of the present invention.
1 : 생체신호 측정 장치
10 : 전송모듈
110 : 제1센서부
120 : 제2센서부
130 : 필터링부
140 : 신호 선택부
150 : 전송부
20 : 수신모듈
210 : 수신부
220 : 심박 및 호흡 측정부
230 : 송신부
2 : 의료서버1: bio-signal measuring device
10: transmission module
110: first sensor unit
120: second sensor unit
130: filtering unit
140: signal selector
150: transmission unit
20: receiving module
210: receiver
220: heart rate and respiration measuring unit
230: transmission unit
2 : Medical server
Claims (13)
인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하는 단계;
필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하는 단계;
상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하는 단계;
상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출하여 제거하는 단계; 및
신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 단계;를 포함하는,
생체신호 측정 방법.
In the biosignal measuring method,
Sensing a ballistocardiogram signal and a motion signal by a plurality of sensors disposed around the human body;
denoising, by a filtering unit, to extract a frequency domain from the plurality of ballistic signals;
synchronizing, by the filtering unit, the plurality of ballistic signals and the motion signal in time;
detecting and removing motion noise from the plurality of ballistic signals by the filtering unit; and
Determining, by a signal selector, an optimal ballistic signal from the plurality of ballistic signals from which the motion noise has been removed;
How to measure vital signs.
상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈하는 단계는,
복수의 상기 심탄도 신호에서 기저함수의 집합으로 분리하여 시간 및 스케일을 기반으로 웨이브렛 변환(wavelet transform)을 수행하는 것인,
생체신호 측정 방법.
According to claim 1,
The step of denoising by the filtering unit to extract a frequency domain from the plurality of ballistic signals,
Separating a plurality of the ballistic signals into a set of basis functions and performing wavelet transform based on time and scale,
How to measure vital signs.
상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈하는 단계는,
대역통과필터(band-passfilter)를 사용하여 저대역 필터로는 복수의 상기 심탄도 신호에서 30Hz 이하의 주파수를 필터링 하고, 고대역 필터는 복수의 상기 심탄도 신호에서 0.1Hz 이상의 주파수를 필터링 하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 1,
The step of denoising by the filtering unit to extract a frequency domain from the plurality of ballistic signals,
Using a band-passfilter, a low-pass filter filters frequencies of 30 Hz or less from the plurality of ballistic signals, and a high-pass filter filters frequencies of 0.1 Hz or more from the plurality of ballistic signals.
How to measure vital signs.
상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하는 단계는,
상기 동잡음의 제거 시간의 크기가 n이라 가정할 때, 트리거 발동시점은,
이고,
끝나는 시점은,
의 수식으로 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하며,
여기서, Ft는 제1센서부의 현재값이며, Ft-1은 제1센서부의 이전 값이고, Fthds는 트리거 시점의 문턱값이고, Fthde는 종료 시점의 문턱값이며, m은 제1센서부의 개수인,
생체신호 측정 방법.
According to claim 1,
Synchronizing, by the filtering unit, the plurality of ballistic signals and the motion signal in time,
Assuming that the size of the motion noise cancellation time is n, the trigger activation time is
ego,
the ending point,
The plurality of ballistic signals and the motion signal are synchronized in time by the formula of
Here, F t is the current value of the first sensor unit, F t-1 is the previous value of the first sensor unit, F thds is the threshold value at the trigger time, F thde is the threshold value at the end time point, and m is the first The number of sensor parts,
How to measure vital signs.
복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호가 시간상에서 동기화 된 상태에서 상기 필터링부는 상기 움직임 신호의 기울기가 양의 기울기로 증가하거나, 또는 음의 기울기로 증가한 구간을 동잡음으로 판단하여 제거하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 4,
In a state in which the plurality of the heart trajectory signals and the motion signals are synchronized in time, the filtering unit determines that a section in which the slope of the motion signal increases to a positive slope or a negative slope is equal to noise and removes it.
How to measure vital signs.
상기 신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 단계는,
파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density)를 기반으로 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 산출하여 결정하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 1,
The step of determining the optimal ballistic signal from the plurality of ballistic signals from which the motion noise has been removed by the signal selector,
Determined by calculating the signal to noise ratio based on the power spectrum density,
How to measure vital signs.
상기 신호 선택부는,
복수의 상기 심탄도 신호에 고속 푸리에 변환을 수행하고,
복수의 상기 심탄도 신호 중에서 신호대잡음비가 가장 적은 2개의 심탄도 신호를 선택하여 평균을 산출하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 6,
The signal selector,
Performing Fast Fourier Transform on the plurality of ballistic signals;
Calculating an average by selecting two ballistic signals with the lowest signal-to-noise ratio among the plurality of ballistic signals,
How to measure vital signs.
상기 신호 선택부는,
복수의 심탄도 신호의 신호값에 표준화 및 정규화를 적용하여 동일한 크기의 신호로 조정한 후 신호대잡음비로부터 산출된 신호값과 상호 상관(cross correlation)을 적용하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 7,
The signal selector,
Standardization and normalization are applied to the signal values of the plurality of ballistic signals to adjust them to signals of the same size, and then cross-correlation is applied with the signal value calculated from the signal-to-noise ratio.
How to measure vital signs.
상기 신호 선택부는,
복수의 상기 심탄도 신호 중에서 상기 신호대잡음비로부터 산출된 신호값과 유사하거나, 큰 값을 가진 심탄도 신호를 선택하여 상기 최적 심탄도 신호를 결정하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 8,
The signal selector,
determining the optimal ballistic signal by selecting a ballistic signal having a value similar to or greater than a signal value calculated from the signal-to-noise ratio from among the plurality of ballistic signals;
How to measure vital signs.
최적 심탄도 신호를 수신하는 단계; 및
상기 최적 심탄도 신호는,
인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하고, 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하며, 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 한 후 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출 및 제거하여 결정된 신호이고,
심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 단계를 포함하는,
생체신호 측정 방법.
In the biosignal measuring method,
receiving an optimal ballistic signal; and
The optimal ballistic signal,
A plurality of sensors disposed around the human body detect ballistocardiogram signals and movement signals, denoise the plurality of ballistocardiogram signals to extract frequency domains, and perform a plurality of ballistocardiogram signals and A signal determined by synchronizing the motion signal in time and then detecting and removing motion noise from the plurality of ballistic signals;
A heart rate and respiration measurement unit detecting a peak value in the optimal ballistic signal to measure heart rate and respiration,
How to measure vital signs.
상기 심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 단계는,
상기 최적 심탄도 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 적용하여 소정의 주파수 영역에서 피크값을 검출하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 1,
The step of measuring the heart rate and respiration by the heart rate and respiration measuring unit by detecting a peak value in the optimal ballistic signal,
Detecting a peak value in a predetermined frequency domain by applying fast Fourier transform to the optimal ballistic signal,
How to measure vital signs.
상기 소정의 주파수 영역은 1 내지 1.5Hz이고,
심박 및 호흡 측정부는 상기 피크값에 60을 곱하여 심박수를 산출하는,
생체신호 측정 방법.
According to claim 11,
The predetermined frequency range is 1 to 1.5 Hz,
The heart rate and respiration measurement unit calculates the heart rate by multiplying the peak value by 60.
How to measure vital signs.
인체의 주위에 배치된 복수의 센서가 심탄도(ballistocardiogram) 신호 및 움직임 신호를 감지하고, 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 주파수 영역을 추출하기 위해 디노이즈(denoise)하며, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호 및 상기 움직임 신호를 시간상에서 동기화 하고, 상기 필터링부가 복수의 상기 심탄도 신호에서 동잡음을 검출하여 제거하며, 신호 선택부가 상기 동잡음이 제거된 복수의 상기 심탄도 신호에서 최적 심탄도 신호를 결정하는 전송모듈; 및
심박 및 호흡 측정부가 상기 최적 심탄도 신호에서 피크 값을 검출하여 심박 및 호흡을 측정하는 수신모듈을 포함하는,
생체신호 측정 장치.In the bio-signal measuring device,
A plurality of sensors disposed around the human body detect ballistocardiogram signals and motion signals, a filtering unit denoises a plurality of ballistocardiogram signals to extract a frequency domain, and the filtering unit denoises a plurality of ballistocardiogram signals. The ballistic signal and the motion signal are synchronized in time, the filtering unit detects and removes motion noise from the plurality of ballistic signals, and the signal selection unit detects and removes motion noise from the plurality of ballistic signals from which the motion noise has been removed. a transmission module for determining a ballistic signal; and
The heart rate and respiration measurement unit includes a receiving module for measuring heart rate and respiration by detecting a peak value in the optimal ballistic signal.
Bio-signal measuring device.
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