KR20230029339A - Apparatus for monitoring bio-signal and operating method thereof - Google Patents

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KR20230029339A
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Abstract

The present invention relates to a device for monitoring bio-signals and an operating method thereof. The device for monitoring bio-signals according to an embodiment comprises: a bio-signal collection part for collecting the bio-signals of a user; an analog amplification part including at least one resistor, at least one capacitor and a switching element connected to the resistor and the capacitor, and amplifying the collected bio-signals; an analog-digital conversion part for digitizing the amplified bio-signals; and a control part for detecting a change in the usage environment of the user based on the digitized bio-signals, generating feedback signals corresponding to the detected change in the usage environment, and controlling the gain of the analog amplification part based on the generated feedback signals. Therefore, provided are a device for monitoring bio-signals and an operating method thereof, wherein accuracy in the measurement of bio-signals can be improved.

Description

생체신호 모니터링 장치 및 그 동작방법{APPARATUS FOR MONITORING BIO-SIGNAL AND OPERATING METHOD THEREOF}Bio-signal monitoring device and its operating method {APPARATUS FOR MONITORING BIO-SIGNAL AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 생체신호 모니터링 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용환경에 따라 변화하는 생체신호의 측정 결과를 안정화하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal monitoring device and an operating method thereof, and more particularly, to a technical concept of stabilizing a measurement result of a bio-signal that changes according to a use environment.

최근 급속한 IT기술과 의료정보기술의 발전과 함께, 사용자의 건강관리에 매우 유용한 유비쿼터스 헬스케어(ubiquitous healthcare) 분야가 급속히 발전하고 있다.Recently, along with the rapid development of IT technology and medical information technology, the field of ubiquitous healthcare, which is very useful for health management of users, is rapidly developing.

이러한 유비쿼터스 헬스케어 서비스는 생활주변의 다양한 디바이스를 활용하므로, 병원에서의 단발성 또는 치료에 국한되는 것이 아니라, 가정이나 학교 등 시, 공간의 제한 없이 실생활 중 언제, 어디서나 원격으로 사용자의 모니터링이 가능하게 되었으며, 이에 따라 생체 신호를 모니터링하는 다양한 방법이 제시되고 있다. Since this ubiquitous healthcare service utilizes various devices around life, it is not limited to single-shot or treatment in hospitals, but enables remote monitoring of users anytime, anywhere in real life without restrictions in time and space, such as at home or school. Accordingly, various methods of monitoring bio-signals have been proposed.

구체적으로, 한국공개특허 제10-2020-0079691호는 카메라에 기반한 비접촉 방식으로 사용자의 생체신호를 측정하는 기술을 개시하고, 한국등록특허 제10-1659798호는 의자형 생체신호 모니터링 장치의 가속도 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 사용자의 생체신호를 측정하는 기술을 개시한다. Specifically, Korean Patent Publication No. 10-2020-0079691 discloses a technology for measuring a user's biosignal in a non-contact method based on a camera, and Korean Patent Registration No. 10-1659798 discloses an acceleration sensor of a chair-type biosignal monitoring device. Disclosed is a technique for measuring a user's bio-signal in a non-contact manner using.

즉, 상술한 방법들은 다양한 생체신호 감지센서를 이용하여 사용자의 생체 신호를 측정하고 있으나, 실제 측정되는 생체 신호는 다양한 환경 하에서 다양한 조건을 가진 상태로 측정이 되어야 한다. That is, although the above-described methods measure the user's bio-signals using various bio-signal sensors, the actually measured bio-signals must be measured under various conditions under various environments.

예를 들면, 수면 상태에 있는 사용자의 생체신호를 측정하기 위해 가속도 센서나 압전센서를 이용하는 경우에는, 사용자의 수면 자세나 수면 환경에 따라 출력되는 신호(생체신호의 측정 결과)의 크기가 다르게 측정이 되는 문제가 발생될 수 있다.For example, when an acceleration sensor or a piezoelectric sensor is used to measure a user's bio-signal in a sleeping state, the size of the output signal (measurement result of the bio-signal) is measured differently depending on the user's sleeping posture or sleeping environment. This problem may arise.

한국공개특허 제10-2020-0079691호, "카메라 기반 비접촉식 생체신호 측정 장치 및 그것의 동작 방법"Korean Patent Publication No. 10-2020-0079691, "Camera-based non-contact bio-signal measurement device and its operation method" 한국등록특허 제10-1659798호, "가속도센서를 이용한 무구속 비접촉 방식의 의자용 심박수 측정 장치 및 그 방법"Korean Patent Registration No. 10-1659798, "Non-contact non-contact heart rate measurement device for chair using acceleration sensor and its method"

본 발명은 사용환경에 따라 변화하는 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화하여 생체신호 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 생체신호 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a bio-signal monitoring device and method capable of improving the accuracy of bio-signal measurement by stabilizing a signal output as a measurement result of a bio-signal that changes according to a use environment.

또한, 본 발명은 사용환경의 변화에 대응하여 증폭기의 이득을 제어함으로써, 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화시킬 수 있는 생체신호 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is intended to provide a bio-signal monitoring device and method capable of stabilizing a signal output as a measurement result of a bio-signal by controlling the gain of an amplifier in response to changes in the use environment.

본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치는 사용자의 생체신호를 수집하는 생체신호 수집부와, 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터 및 저항 및 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함하고, 수집된 생체신호를 증폭하는 아날로그 증폭부와, 증폭된 생체신호를 디지털화하는 아날로그-디지털 변환부 및 디지털화된 생체신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 생성된 피드백 신호에 기초하여 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. A bio-signal monitoring device according to an embodiment of the present invention includes a bio-signal collection unit for collecting bio-signals of a user, at least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively. An analog amplifying unit that amplifies the bio-signal, an analog-to-digital conversion unit that digitizes the amplified bio-signal, and detects a change in the user's use environment based on the digitized bio-signal, and responds to the detected change in the use environment. It may include a control unit that generates a feedback signal and controls an amplification rate (gain) of the analog amplification unit based on the generated feedback signal.

일측에 따르면, 아날로그 증폭부는 입력단과 출력단 사이에 서로 병렬로 연결되는 저항 및 캐패시터를 포함할 수 있다. According to one side, the analog amplification unit may include a resistor and a capacitor connected in parallel to each other between an input terminal and an output terminal.

일측에 따르면, 제어부는 생성된 피드백 신호에 기초한 스위칭 소자의 제어를 통해 아날로그 증폭부의 증폭율을 제어할 수 있다. According to one side, the control unit may control the amplification rate of the analog amplification unit through control of the switching element based on the generated feedback signal.

일측에 따르면, 제어부는 기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. According to one side, the control unit may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table (lookup table).

일측에 따르면, 제어부는 디지털화된 생체신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하고, 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 피드백 신호를 생성할 수 있다.According to one side, the control unit may monitor the amplitude of the digitized bio-signal and generate a feedback signal by determining that the use environment has changed when the monitored amplitude changes by more than a preset threshold during a preset detection time. there is.

일측에 따르면, 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치는 제어부에서 사용환경이 변화되지 않은 것으로 판단하면, 변환된 디지털 신호에 대응되는 생체신호 측정 결과를 출력하는 결과 산출부를 더 포함할 수 있다. According to one side, the bio-signal monitoring device according to an embodiment may further include a result calculation unit that outputs a bio-signal measurement result corresponding to the converted digital signal when the control unit determines that the usage environment has not changed.

일측에 따르면, 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치는 침대 및 침대의 매트리스 중 적어도 하나에 내장될 수 있다. According to one side, the bio-signal monitoring device according to an embodiment may be built into at least one of a bed and a mattress of the bed.

본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 생체신호 수집부에서 사용자의 생체신호를 수집하는 단계와, 아날로그 증폭부에서 수집된 생체신호를 증폭하는 단계와, 아날로그-디지털 변환부에서 증폭된 생체신호를 디지털화하는 단계 및 제어부에서 디지털화된 생체신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 생성된 피드백 신호에 기초하여 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 아날로그 증폭부는 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터 및 저항 및 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.An operating method of a bio-signal monitoring device according to an embodiment of the present invention includes the steps of collecting a bio-signal of a user in a bio-signal collection unit, amplifying the bio-signal collected by an analog amplification unit, and an analog-to-digital conversion unit. Digitizing the biosignal amplified in the step of detecting a change in the use environment of the user based on the digitized biosignal in the control unit, generating a feedback signal corresponding to the detected change in the use environment, and based on the generated feedback signal and controlling a gain of the analog amplification unit, wherein the analog amplification unit may include at least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively.

일측에 따르면, 증폭율을 제어하는 단계는 제어부에서 생성된 피드백 신호에 기초한 스위칭 소자의 제어를 통해 아날로그 증폭부의 증폭율을 제어할 수 있다. According to one side, the step of controlling the amplification rate may control the amplification rate of the analog amplification unit through control of the switching element based on the feedback signal generated by the control unit.

일측에 따르면, 증폭율을 제어하는 단계는 제어부에서 기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. According to one side, in the step of controlling the amplification factor, the control unit may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table.

일측에 따르면, 증폭율을 제어하는 단계는 제어부에서, 변환된 디지털 신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하여 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 피드백 신호를 생성할 수 있다.According to one side, in the step of controlling the amplification rate, the control unit monitors the amplitude of the converted digital signal, and when the monitored amplitude changes by more than a preset threshold during a preset detection time, it is determined that the use environment has changed. to generate a feedback signal.

일실시예에 따르면, 본 발명은 사용환경에 따라 변화하는 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화하여 생체신호 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. According to an embodiment, the present invention can improve the accuracy of bio-signal measurement by stabilizing a signal output as a measurement result of a bio-signal that changes according to a use environment.

일실시예에 따르면, 본 발명은 사용환경의 변화에 대응하여 증폭기의 이득을 제어함으로써, 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화시킬 수 있다.According to an embodiment, the present invention can stabilize a signal output as a result of measuring a biosignal by controlling the gain of an amplifier in response to a change in a use environment.

도 1a 내지 도 1c는 사용환경에 따른 생체신호의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치에 구비된 아날로그 증폭부에 대한 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.
1A to 1C are diagrams for explaining changes in biosignals according to use environments.
2 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to an embodiment.
3 is a diagram for explaining an example of an analog amplifying unit included in a bio-signal monitoring device according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to another embodiment.
5 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to another embodiment in more detail.
6 is a diagram for explaining an operating method of a bio-signal monitoring device according to an embodiment.
7 is a diagram for explaining an operating method of a bio-signal monitoring device according to another embodiment.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings.

실시 예 및 이에 이용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 이용이자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary according to usage, intention or custom of an operator, and the like. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 이용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B" or "at least one of A and/or B" may include all possible combinations of the items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 이용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," may modify the corresponding components regardless of order or importance, and are used to distinguish one component from another. It is used, but does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a (e.g., first) component is referred to as being "(functionally or communicatively) connected" or "connected" to another (e.g., second) component, a component refers to said other component. It may be directly connected to the element or connected through another component (eg, a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 이용될 수 있다.In this specification, "configured to (or configured to)" means "suitable for," "having the ability to," "changed to" depending on the situation, for example, hardware or software ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression "device configured to" can mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or configured) to perform A, B, and C" may include a dedicated processor (eg, embedded processor) to perform the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a general-purpose processor (eg, CPU or application processor) capable of performing corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x employs a or b' means any one of the natural inclusive permutations.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers according to the specific embodiments presented.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, singular or plural expressions are selected appropriately for the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even components expressed in plural are composed of a singular number or , Even components expressed in the singular can be composed of plural.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.

도 1a 내지 도 1c는 사용환경에 따른 생체신호의 변화를 설명하기 위한 도면이다.1A to 1C are diagrams for explaining changes in biosignals according to use environments.

도 1a 내지 도 1c을 참조하면, 참조부호 110 내지 130은 서로 다른 사용환경에서 측정된 동일 사용자의 생체신호를 도시하며, 여기서 x축(0 내지 1000)은 시간, Y축(-600 내지 600)은 측정된 생체신호의 크기를 나타낸다. Referring to FIGS. 1A to 1C , reference numerals 110 to 130 denote bio signals of the same user measured in different usage environments, where the x-axis (0 to 1000) is time and the Y-axis (-600 to 600) represents the magnitude of the measured bio-signal.

구체적으로, 참조부호 110 내지 130은 침대 매트리스에 위치한 사용자의 생체신호를 측정하는 침대형 생체신호 모니터링 장치를 통해 측정된 사용자의 생체신호를 나타내며, 여기서 서로 다른 사용환경은 침대 매트리스 재질 및 매트리스 상에서 생체신호 감지센서의 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Specifically, reference numerals 110 to 130 denote the user's bio-signals measured through a bed-type bio-signal monitoring device that measures the user's bio-signals located on the bed mattress, where different use environments refer to the material of the bed mattress and the bio-signals on the mattress. It may include at least one of the positions of the signal detection sensor.

참조부호 110 내지 130에 따르면, 동일한 사용자더라도 사용환경에 따라 생체신호가 다르게 측정되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 생체신호 측정의 신뢰성을 높이기 위해서는, 이러한 신호 차이가 발생되는 환경조건 하에서 생체신호를 안정적인 크기로 전달할 수 있는 기술이 필요하다. According to reference numerals 110 to 130, it can be seen that bio-signals are measured differently depending on the use environment even for the same user. Therefore, in order to increase the reliability of bio-signal measurement, a technology capable of transmitting a bio-signal in a stable size under environmental conditions in which such a signal difference occurs is required.

도 2는 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치(200)는 사용환경에 따라 변화하는 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화하여 생체신호 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 2 , the bio-signal monitoring apparatus 200 according to an embodiment can improve the accuracy of bio-signal measurement by stabilizing a signal output as a measurement result of a bio-signal that changes according to a use environment.

또한, 생체신호 모니터링 장치(200)는 사용환경의 변화에 대응하여 증폭기의 이득을 제어함으로써, 생체신호의 측정 결과로 출력되는 신호를 안정화시킬 수 있다.In addition, the bio-signal monitoring apparatus 200 may stabilize a signal output as a measurement result of the bio-signal by controlling the gain of the amplifier in response to a change in the use environment.

이를 위해, 생체신호 모니터링 장치(200)는 생체신호 수집부(210), 아날로그 증폭부(220), 아날로그-디지털 변환부(230), 제어부(240) 및 결과 산출부(250)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 생체신호 모니터링 장치(200)는 침대 또는 침대의 매트리스에 내장될 수 있다.To this end, the bio-signal monitoring device 200 may include a bio-signal collection unit 210, an analog amplification unit 220, an analog-to-digital conversion unit 230, a control unit 240, and a result calculation unit 250. there is. For example, the bio-signal monitoring device 200 may be embedded in a bed or a mattress of a bed.

다시 말해, 생체신호 모니터링 장치(200)는 스마트 침대(또는 스마트 매트리스)의 프레임 및 매트리스(M) 중 적어도 하나에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.In other words, the biological signal monitoring device 200 may be provided at a position corresponding to at least one of the frame of the smart bed (or smart mattress) and the mattress M.

일실시예에 따른 생체신호 수집부(220)는 사용자의 생체신호를 수집할 수 있다. The bio-signal collection unit 220 according to an embodiment may collect a user's bio-signal.

예를 들면, 생체신호 수집부(220)는 기설정된 측정시간 동안 가속도 센서 및 압전 센서 중 적어도 하나의 생체신호 감지센서를 이용하여 사용자의 생체신호를 수집할 수 있으나, 일실시예에 따른 생체신호 수집부(220)는 이에 한정되지 않고 기공지된 다양한 생체신호 감지센서를 이용하여 다양한 종류의 생체신호를 수집할 수 있다. For example, the biosignal collection unit 220 may collect the biosignal of the user by using at least one biosignal sensor selected from among an acceleration sensor and a piezoelectric sensor for a predetermined measurement time. The collection unit 220 is not limited thereto, and may collect various kinds of biosignals using various known biosignal detection sensors.

일실시예에 따른 아날로그 증폭부(220)는 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터와, 저항 및 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 생체신호 수집부(210)를 통해 수집된 생체신호를 증폭할 수 있다. The analog amplification unit 220 according to an embodiment may include at least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively, and the biosignal collected through the biosignal collection unit 210. signal can be amplified.

다시 말해, 아날로그 증폭부(220)는 생체신호 수집부(210)로부터 수집된 생체신호를 수신하여, 수신된 생체신호에 대응되는 아날로그 신호를 출력할 수 있다. In other words, the analog amplification unit 220 may receive the biosignals collected from the biosignal collection unit 210 and output an analog signal corresponding to the received biosignals.

예를 들면, 스위칭 소자는 아날로그 스위치 및 MOS 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the switching element may include at least one of an analog switch and a MOS transistor.

일실시예에 따른 아날로그-디지털 변환부(230)는 증폭된 생체신호를 디지털화할 수 있다. 다시 말해, 아날로그-디지털 변환부(230)는 아날로그 중폭부(220)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. The analog-to-digital conversion unit 230 according to an embodiment may digitize the amplified biosignal. In other words, the analog-to-digital conversion unit 230 may convert the analog signal output from the analog mid-width unit 220 into a digital signal.

일측에 따르면, 아날로그-디지털 변환부(230)은 MOS 스위치, 샘플링 캐패시터 및 연산 증폭기를 포함하는 제1 샘플링 모듈과 제2 샘플링 모듈을 구비하고, 제1 샘플링 모듈과 제2 샘플링 모듈이 서로 교번하여 동작하는 이중 샘플링 동작을 통해 증폭된 생체신호의 샘플링을 수행할 수 있다. According to one side, the analog-to-digital conversion unit 230 includes a first sampling module and a second sampling module including a MOS switch, a sampling capacitor, and an operational amplifier, and the first sampling module and the second sampling module are alternately It is possible to perform sampling of the amplified bio-signal through the operating double sampling operation.

보다 구체적으로, 아날로그-디지털 변환부(230)은 증폭된 생체신호의 반주기(half period)에는 제1 샘플링 모듈이 동작되어 생체신호를 샘플링하는 동안 제2 샘플링 모듈은 홀드 상태를 유지하고, 나머지 반주기 동안에는 제1 샘플링 모듈은 홀드된 상태에서 제2 샘플링 모듈은 샘플링 동작을 수행하도록 제어함으로써 증폭된 생체신호에 대한 샘플링을 미세하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 동적범위에 대한 비트 분해능(bit resolution)을 향상시킬 수 있다. More specifically, in the analog-to-digital conversion unit 230, the first sampling module is operated during the half period of the amplified biosignal to sample the biosignal while the second sampling module maintains a hold state, and the other half period While the first sampling module is held while the second sampling module is controlled to perform a sampling operation, it is possible to finely adjust the sampling of the amplified bio-signal, thereby improving the bit resolution for the dynamic range. can make it

일실시예에 따른 제어부(240)는 디지털화된 생체신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 생성된 피드백 신호에 기초하여 아날로그 증폭부(220)의 증폭율(gain)을 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(240)는 사용환경(즉, 외부 조건)에 따른 생체신호의 크기를 보상하여 자동으로 조절할 수 있다. The controller 240 according to an embodiment detects a change in the user environment based on the digitized biosignal, generates a feedback signal corresponding to the sensed change in the environment, and generates an analog analog signal based on the generated feedback signal. A gain of the amplifier 220 may be controlled. In other words, the control unit 240 may compensate and automatically adjust the size of the biosignal according to the use environment (ie, external conditions).

예를 들면, 사용환경의 변화는 사용자의 자세 변화 및 사용자의 생체신호 측정 부위(즉, 생체신호 감지센서의 위치)의 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 생체신호 모니터링 장치(200)가 침대형 생체신호 모니터링 장치인 경우에 사용환경의 변화는 침대 매트리스 재질의 변화 및 매트리스 상에서 생체신호 감지센서의 위치의 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the change in the use environment may include at least one of a change in the user's posture and a change in the user's bio-signal measurement site (ie, the position of the bio-signal detection sensor). In addition, when the bio-signal monitoring device 200 is a bed-type bio-signal monitoring device, the use environment change may include at least one of a change in a bed mattress material and a change in the position of a bio-signal detection sensor on the mattress.

또한, 제어부(240)는 사용환경에 따라 생체신호의 크기를 보상하기 위한 소프트웨어를 내장한 MCU(micro controller unit) 또는 AP(application processor)를 포함하는 디지털 회로로 구현될 수 있다. In addition, the control unit 240 may be implemented as a digital circuit including a micro controller unit (MCU) or an application processor (AP) incorporating software for compensating the size of a biosignal according to a use environment.

구체적으로, 제어부(240)는 아날로그 증폭부(220)의 증폭율(gain)을 크게 하면서 원하는 주파수 영역만을 통과하도록 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(240)는 사용환경에 따라 생체신호의 증폭율을 조정하면서도 주파수 통과대역을 동일하게 가져갈 수 있고, 역으로 주파수에 대한 영역을 변동시키면서 증폭율을 동일하게 가져갈 수 있다. Specifically, the control unit 240 may increase the amplification factor (gain) of the analog amplification unit 220 and control only a desired frequency range to pass through. Therefore, the control unit 240 can maintain the same frequency passband while adjusting the amplification rate of the biosignal according to the use environment, and conversely, can obtain the same amplification rate while changing the frequency range.

보다 구체적으로, 제어부(240)는 디지털화된 생체신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하고, 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 피드백 신호를 생성할 수 있다.More specifically, the control unit 240 monitors the amplitude of the digitized biosignal, and if the monitored amplitude changes by more than a predetermined threshold value during a predetermined detection time, it is determined that the use environment has changed and a feedback signal is generated. can create

예를 들면, 제어부(240)는 기설정된 제1 감지시간(일례로, 1초) 동안 디지털화된 생체신호의 크기가 기설정된 임계값(즉, 제1 임계범위)를 이상으로 변화한 경우, 사용환경의 변화 가능성이 있는 것으로 판단하여 제2 감지시간(일례로, 10초) 동안 디지털화된 생체신호에 대한 모니터링을 수행하며, 모니터링 과정에서 디지털화된 생체신호의 크기가 제2 임계범위 이내로 유지되면, 사용환경이 변화된 것으로 판단하여, 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성할 수 있다. For example, the control unit 240, when the magnitude of the digitized bio-signal changes to more than a predetermined threshold value (ie, the first threshold range) for a first predetermined detection time (eg, 1 second), uses It is determined that there is a possibility of change in the environment, and the digitized bio-signal is monitored for a second detection time (eg, 10 seconds). If the size of the digitized bio-signal is maintained within the second critical range during the monitoring process, It is determined that the use environment has changed, and a feedback signal corresponding to the change may be generated.

일측에 따르면, 제어부(240)는 생성된 피드백 신호에 기초한 스위칭 소자의 제어를 통해 아날로그 증폭부(220)의 증폭율을 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(240)를 통해 생성된 피드백 신호는 아날로그 증폭부(220)에 구비된 스위칭 소자 각각의 온/오프(on/off)를 제어하는 스위칭 제어신호일 수 있다. According to one side, the control unit 240 may control the amplification rate of the analog amplifier 220 through control of the switching element based on the generated feedback signal. In other words, the feedback signal generated through the controller 240 may be a switching control signal for controlling on/off of each of the switching elements included in the analog amplifier 220 .

또한, 제어부(240)는 기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. Also, the controller 240 may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table.

구체적으로, 제어부(240)는 사용자의 서로 다른 자세별 특성 및 생체신호 감지센서의 위치별 특성에 대응되는 스위칭 제어값을 사전에 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있으며, 아날로그-디지털 변환부(230)로부터 수신한 디지털화된 생체신호를 룩업 테이블에 매칭하여 대응되는 어느 하나의 스위칭 제어값을 추출하고, 추출된 스위칭 제어값에 대응하여 아날로그 증폭부(220)에 구비된 스위칭 소자 각각의 온/오프를 제어할 수 있다. Specifically, the control unit 240 may store switching control values corresponding to the characteristics of each different posture of the user and the characteristics of each position of the bio-signal detection sensor in advance in the form of a look-up table, and from the analog-to-digital conversion unit 230 The received digitized biosignal is matched with a look-up table to extract a corresponding switching control value, and controls on/off of each switching element provided in the analog amplifier 220 in response to the extracted switching control value can do.

한편, 결과 산출부(250)는 제어부(240)에서 사용환경이 변화되지 않은 것으로 판단하면, 변환된 디지털 신호에 대응되는 생체신호 측정 결과를 출력할 수 있다. On the other hand, if the control unit 240 determines that the usage environment has not changed, the result calculating unit 250 may output a biosignal measurement result corresponding to the converted digital signal.

일측에 따르면, 결과 산출부(250)는 제어부(240)를 통해 증폭율이 제어된 아날로그 증폭부로부터 출력되는 증폭율이 제어된 생체신호에 대응되는 측정 결과를 출력할 수 있다. According to one side, the result calculation unit 250 may output a measurement result corresponding to a bio signal whose amplification rate is controlled by the control unit 240 and output from the analog amplification unit whose amplification rate is controlled.

도 3은 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치에 구비된 아날로그 증폭부에 대한 예시를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining an example of an analog amplifying unit included in a bio-signal monitoring device according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 아날로그 증폭부(300)는 생체신호 모니터링 장치에 구비되는 생체신호 수집부로부터 수집된 생체신호를 증폭할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the analog amplification unit 300 may amplify biosignals collected from a biosignal collector included in the biosignal monitoring device.

이를 위해, 아날로그 증폭부(300)는 입력단과 출력단 사이에 서로 병렬로 연결되는 복수의 저항 및 복수의 캐패시터(310)와, 복수의 저항 및 복수의 캐패시터(310)에 각각 연결되는 스위칭 소자(320)를 포함할 수 있다. To this end, the analog amplifier 300 includes a plurality of resistors and a plurality of capacitors 310 connected in parallel between an input terminal and an output terminal, and a switching element 320 connected to the plurality of resistors and the plurality of capacitors 310, respectively. ) may be included.

한편, 아날로그 증폭부(300)는 생체신호 모니터링 장치에 구비되는 제어부로부터 수신된 피드백 신호에 기초하여 스위칭 소자(320) 각각의 온/오프(on/off) 동작이 제어됨으로써, 아날로그 증폭부(300)의 증폭율(gain)이 조절될 수 있다. On the other hand, the analog amplification unit 300 controls the on/off operation of each switching element 320 based on the feedback signal received from the control unit provided in the bio-signal monitoring device, so that the analog amplification unit 300 ) can be adjusted.

도 4는 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to another embodiment.

다시 말해, 도 4를 통해 설명하는 생체신호 모니터링 장치는 도 2 내지 도 3을 통해 설명한 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 이하에서 설명하는 내용 중 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In other words, the bio-signal monitoring device described with reference to FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the bio-signal monitoring device according to the embodiment described with reference to FIGS. Descriptions overlapping those described through the bio-signal monitoring device according to the example will be omitted.

도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치(400)는 사용자의 분당 심박수와 호흡수를 보다 정확하게 산출할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the bio-signal monitoring apparatus 400 according to another embodiment may more accurately calculate the user's heart rate and respiratory rate per minute.

또한, 생체신호 모니터링 장치(400)는 사용환경의 변화에 대응하여 생체신호를 보상함으로써, 생체신호 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, the bio-signal monitoring device 400 can improve the accuracy of bio-signal measurement by compensating for the bio-signal in response to changes in the use environment.

이를 위해, 생체신호 모니터링 장치(400)는 생체신호 수집부(410), 신호 처리부(420) 및 결과 산출부(430)를 포함할 수 있으며, 생체신호 모니터링 장치(400)는 스마트 침대(또는 스마트 매트리스)의 프레임 및 매트리스(M) 중 적어도 하나에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.To this end, the bio-signal monitoring device 400 may include a bio-signal collection unit 410, a signal processing unit 420, and a result calculating unit 430, and the bio-signal monitoring device 400 is a smart bed (or smart bed). It may be provided at a position corresponding to at least one of the frame of the mattress) and the mattress (M).

다른 실시예에 따른 생체신호 수집부(410)는 침대에 구비된 생체신호 감지센서를 이용하여, 사용자의 심탄도(ballistocardiogram, BCG) 신호를 수집할 수 있다. The biosignal collection unit 410 according to another embodiment may collect a ballistocardiogram (BCG) signal of the user by using a biosignal detection sensor provided in the bed.

다른 실시예에 따른 신호 처리부(420)는 수집된 심탄도 신호에 기초하여 증폭된 심탄도 신호를 생성하고, 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. The signal processing unit 420 according to another embodiment may generate an amplified ballistic signal based on the collected ballistic signal and digitize the amplified ballistic signal.

다른 실시예에 따른 결과 산출부(430)는 신호 처리부(420)를 통해 디지털화된 심탄도 신호에 기초하여 사용자의 분당 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나의 생체신호 측정 결과를 산출할 수 있다. According to another embodiment, the result calculation unit 430 may calculate a bio signal measurement result of at least one of the user's heart rate per minute and respiratory rate based on the ballistic signal digitized through the signal processing unit 420 .

다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치(400)에 대한 보다 구체적인 설명은 이후 실시예 도 5를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. A more detailed description of the bio-signal monitoring device 400 according to another embodiment will be described later in detail with reference to FIG. 5 of the embodiment.

도 5는 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining a bio-signal monitoring device according to another embodiment in more detail.

도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치(500)는 생체신호 수집부(510), 잡음 제거부(520), 신호 처리부(530), 제어부(540), 웨이블릿 변환부(550), 결과 산출부(560) 및 알람부(570)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , a bio-signal monitoring device 500 according to another embodiment includes a bio-signal collection unit 510, a noise removal unit 520, a signal processing unit 530, a control unit 540, and a wavelet transform unit 550. ), a result calculation unit 560 and an alarm unit 570 may be included.

또한, 신호 처리부(530)는 아날로그 증폭부(531) 및 아날로그-디지털 변환부(532)를 더 포함할 수 있다. In addition, the signal processing unit 530 may further include an analog amplifier 531 and an analog-to-digital converter 532 .

한편, 이하에서 설명하는 생체신호 수집부(510), 아날로그 증폭부(531), 아날로그-디지털 변환부(532), 제어부(540) 및 결과 산출부(560)는 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치에 구비된 생체신호 수집부, 아날로그 증폭부, 아날로그-디지털 변환부, 제어부 및 결과 산출부일 수 있다. Meanwhile, the bio-signal collection unit 510, the analog amplification unit 531, the analog-to-digital conversion unit 532, the control unit 540, and the result calculation unit 560 described below monitor bio-signals according to an embodiment. It may be a bio-signal collection unit, an analog amplification unit, an analog-to-digital conversion unit, a control unit, and a result calculation unit provided in the device.

다른 실시예에 따른 생체신호 수집부(510)는 침대에 구비된 생체신호 감지센서를 이용하여, 사용자의 심탄도 신호를 수집할 수 있다.The bio-signal collection unit 510 according to another embodiment may collect a user's heart trajectory signal using a bio-signal detection sensor provided in the bed.

일측에 따르면, 생체신호 수집부(510)는 압전 필름(piezoelectric film) 및 압전 센서(piezoelectric sensor) 중 적어도 하나의 생체신호 감지센서를 이용하여 심탄도 신호 및 사용자의 호흡 신호(respiratory, RR)를 수집할 수 있다. 예를 들면, 압전 필름은 압전 PVDF 폴리머 기반의 필름일 수 있다. According to one side, the bio-signal collection unit 510 uses at least one bio-signal detection sensor of a piezoelectric film and a piezoelectric sensor to obtain a trajectory signal and a user's respiratory signal (respiratory, RR). can be collected For example, the piezoelectric film may be a film based on a piezoelectric PVDF polymer.

다른 실시예에 따른 잡음 제어부(520)는 주파수 대역 필터(band pass filter, BPS) 및 주파수 차단 필터(notch filter) 중 적어도 하나의 필터를 이용하여, 생체신호 수집부(510)를 통해 수집된 심탄도 신호로부터 잡음 성분을 제거할 수 있다. The noise controller 520 according to another embodiment uses at least one of a band pass filter (BPS) and a notch filter, and the collected signals are collected through the biosignal collector 510. Noise components can be removed from the ballistic signal.

다른 실시예에 따른 신호 처리부(530)는 잡음 성분이 제거된 심탄도 신호에 기초하여 증폭된 심탄도 신호를 생성하고, 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. The signal processor 530 according to another embodiment may generate an amplified ballistic signal based on the ballistic signal from which noise components have been removed, and digitize the amplified ballistic signal.

구체적으로, 신호 처리부(530)의 아날로그 증폭부(531)는 잡음 성분이 제거된 심탄도 신호를 증폭할 수 있으며, 아날로그-디지털 변환부(532)는 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. Specifically, the analog amplification unit 531 of the signal processing unit 530 may amplify the ballistic signal from which noise components have been removed, and the analog-to-digital conversion unit 532 may digitize the amplified ballistic signal.

다른 실시예에 따른 제어부(540)는 디지털화된 심탄도 신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 기초하여 디지털화된 심탄도 신호를 보상하며, 보상된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환부(550)로 전달할 수 있다. The control unit 540 according to another embodiment detects a change in the user's use environment based on the digitized heart trajectory signal, compensates for the digitized heart ballistic signal based on the detected change in the use environment, and compensates for the compensated heart trajectory. The signal may be transmitted to the wavelet transform unit 550.

예를 들면, 사용환경의 변화는 침대 매트리스의 재질의 변화 및 매트리스 상에서 생체신호 감지센서의 위치 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the change in the use environment may include at least one of a change in the material of a bed mattress and a change in the position of a biosignal sensor on the mattress.

구체적으로, 제어부(540)는 사용환경이 변화된 것으로 판단되면, 아날로그 증폭부(531)의 증폭율(gain)을 제어하기 위한 피드백 신호를 생성하고, 생성된 피드백 신호를 아날로그 증폭부(531)에 제공할 수 있다. Specifically, when it is determined that the use environment has changed, the control unit 540 generates a feedback signal for controlling the gain of the analog amplification unit 531, and sends the generated feedback signal to the analog amplification unit 531. can provide

다시 말해, 제어부(540)는 아날로그 증폭부(531)로부터 출력되는 증폭율이 제어된 피드백 신호에 대응되는 보상된 심탄도 신호를 출력할 수 있다. In other words, the control unit 540 may output a compensated ballistic signal corresponding to the feedback signal of which the amplification rate output from the analog amplifier 531 is controlled.

일측에 따르면, 제어부(540)는 기저장된 룩업 테이블에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. According to one side, the controller 540 may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table.

예를 들면, 제어부(540)는 침대 매트리스의 재질별 특성 및 매트리스 상에서 생체신호 감지센서의 위치별 특성에 대응되는 스위칭 제어값을 사전에 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있으며, 아날로그-디지털 변환부(532)로부터 수신한 디지털화된 심탄도 신호를 룩업 테이블에 매칭하여 대응되는 어느 하나의 스위칭 제어값을 추출하고, 추출된 스위칭 제어값에 대응하여 아날로그-디지털 변환부(532)의 증폭율을 제어할 수 있다.For example, the control unit 540 may store switching control values corresponding to the characteristics of each material of the bed mattress and the characteristics of each position of the biosignal detection sensor on the mattress in advance in the form of a lookup table, and the analog-to-digital conversion unit 532 ) Match the digitized ballistic signal received from the lookup table to extract a corresponding switching control value, and control the amplification rate of the analog-to-digital conversion unit 532 in response to the extracted switching control value. there is.

일측에 따르면, 제어부(540)는 사용환경이 변화되지 않은 것으로 판단되면, 디지털화된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환부(550)로 전달할 수도 있다. According to one side, the control unit 540 may transmit the digitized seam trajectory signal to the wavelet transform unit 550 when it is determined that the usage environment has not changed.

다른 실시예에 따른 웨이블릿 변환부(550)는 제어부(540)로부터 수신되는 보상된 심탄도 신호 또는 디지털화된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환하여 가변적 시간-주파수 영역에 따른 신호로 변환할 수 있다. The wavelet transform unit 550 according to another embodiment may wavelet transform the compensated ballistic signal or the digitized ballistic signal received from the control unit 540 to convert the signal into a signal according to a variable time-frequency domain.

다른 실시예에 따른 결과 산출부(560)는 웨이블릿 변환부(550)를 통해 웨이블릿 변환된 심탄도 신호에 기초하여 사용자의 분당 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나의 생체신호 측정 결과를 산출할 수 있다. According to another embodiment, the result calculation unit 560 may calculate a bio signal measurement result of at least one of the user's heart rate and respiratory rate per minute based on the heart trajectory signal wavelet-transformed by the wavelet transform unit 550.

일측에 따르면, 결과 산출부(560)는 웨이블릿 변환된 심탄도 신호의 첨두치(peak) 및 형상에 기초하여 적어도 하나의 생체신호 측정 결과를 산출할 수 있다.According to one side, the result calculation unit 560 may calculate at least one bio-signal measurement result based on the peak and shape of the wavelet-transformed heart ballistic signal.

예를 들면, 결과 산출부(560)는 웨이블릿 변환된 심탄도 신호에서 검출시간 동안 최대값으로 유지되는 첨두치를 심박 첨두치로 검출하고, 검출된 심박 첨두치에 기초하여 사용자의 분당 심박수를 산출할 수 있다.For example, the result calculating unit 560 may detect a peak value maintained at a maximum value during a detection time in the wavelet-transformed heart ballistic signal as a heart rate peak value, and calculate the user's heart rate per minute based on the detected heart rate peak value. there is.

또한, 결과 산출부(560)는 생체신호 수집부(510)로부터 수집된 호흡 신호를 모니터링하여 분당 호흡수를 산출할 수도 있다.In addition, the result calculation unit 560 may monitor the respiratory signal collected from the biosignal collection unit 510 to calculate the number of breaths per minute.

다른 실시예에 따른 알람부(570)는 결과 산출부(560)를 통해 산출된 생체 신호 측정 결과가 기설정된 임계범위를 초과하면 알람신호를 출력할 수 있다. 다시 말해, 알람부(570)는 사용자의 심박 또는 호흡에 이상이 있는 것으로 판단되면, 알람을 통한 경보를 제공할 수 있다. The alarm unit 570 according to another embodiment may output an alarm signal when the physiological signal measurement result calculated through the result calculation unit 560 exceeds a preset threshold range. In other words, if it is determined that there is an abnormality in the user's heartbeat or respiration, the alarm unit 570 may provide an alarm through an alarm.

일측에 따르면, 알람부(570)는 생체신호 모니터링 장치(500)와는 별도로 구분되는 외부장치에 구비될 수도 있으며, 이 경우에 알람부(570)는 블루투스(bluetooth), 와이파이(wifi) 및 USB 중 적어도 하나의 통신 수단을 통해 생체신호 측정 결과를 수신할 수 있다. According to one side, the alarm unit 570 may be provided in an external device separately from the bio-signal monitoring device 500, and in this case, the alarm unit 570 is selected from Bluetooth, Wi-Fi, and USB. A bio-signal measurement result may be received through at least one communication means.

또한, 알람부(570)는 기설정된 사용자 단말 및 관리자 단말 중 적어도 하나의 단말로 알람을 제공할 수 있으며, 여기서 단말은 PC 및 스마트 기기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the alarm unit 570 may provide an alarm to at least one of a preset user terminal and an administrator terminal, where the terminal may include at least one of a PC and a smart device.

도 6은 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an operating method of a bio-signal monitoring device according to an embodiment.

다시 말해, 도 6은 도 2 내지 도 3을 통해 설명한 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서 설명하는 내용 중 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In other words, FIG. 6 is a diagram for explaining an operating method of the bio-signal monitoring device according to the embodiment described above with reference to FIGS. 2 and 3 . A description overlapping with the description will be omitted.

도 6을 참조하면, 610 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 생체신호 수집부에서 사용자의 생체신호를 수집할 수 있다. Referring to FIG. 6 , in step 610 of the operating method of the bio-signal monitoring apparatus according to an embodiment, the bio-signal collection unit may collect bio-signals of the user.

다음으로, 620 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 아날로그 증폭부에서 수집된 생체신호를 증폭할 수 있다.Next, in step 620, the operating method of the bio-signal monitoring device according to an embodiment may amplify the bio-signal collected by the analog amplifying unit.

일실시예에 따른 아날로그 증폭부는 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터 및 저항 및 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. The analog amplifier according to an embodiment may include at least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively.

다음으로, 630 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 아날로그-디지털 변환부에서 증폭된 생체신호를 디지털화할 수 있다.Next, in step 630, the bio-signal amplified by the analog-to-digital conversion unit may be digitized in the operating method of the bio-signal monitoring device according to the embodiment.

다음으로, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 디지털화된 생체신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 생성된 피드백 신호에 기초하여 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어할 수 있다. Next, in step 640, the operating method of the bio-signal monitoring device according to an embodiment detects a change in the user's use environment based on the digitized bio-signal, generates a feedback signal corresponding to the detected change in the use environment, , It is possible to control the gain of the analog amplification unit based on the generated feedback signal.

예를 들면, 사용환경의 변화는 사용자의 자세 변화 및 사용자의 생체신호 측정 부위(즉, 생체신호 감지센서의 위치)의 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the change in the use environment may include at least one of a change in the user's posture and a change in the user's bio-signal measurement site (ie, the position of the bio-signal detection sensor).

일측에 따르면, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 생성된 피드백 신호에 기초한 스위칭 소자의 제어를 통해 아날로그 증폭부의 증폭율을 제어할 수 있다. According to one side, in step 640, the operating method of the biological signal monitoring device according to an embodiment may control the amplification rate of the analog amplification unit through control of the switching element based on the feedback signal generated by the control unit.

또한, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. In addition, in step 640, in the operating method of the biological signal monitoring apparatus according to an embodiment, the control unit may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table.

일측에 따르면, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 변환된 디지털 신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하여 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. According to one side, in step 640, the operating method of the bio-signal monitoring device according to an embodiment monitors the amplitude of the digital signal converted by the controller so that the monitored amplitude changes by more than a preset threshold during a preset detection time. If so, it is determined that the use environment has changed and a feedback signal can be generated.

한편, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 사용환경이 변화되지 않은 것으로 판단하면, 결과 산출부에서 변환된 디지털 신호에 대응되는 생체신호 측정 결과를 출력할 수 있다.Meanwhile, in step 640, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to an embodiment, if the control unit determines that the use environment has not changed, the result calculation unit can output a bio-signal measurement result corresponding to the converted digital signal. .

일측에 따르면, 640 단계에서 일실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 결과 산출부에서 제어부를 통해 증폭율이 제어된 아날로그 증폭부로부터 출력되는 증폭율이 제어된 생체신호에 대응되는 측정 결과를 출력할 수 있다. According to one side, in step 640, the operating method of the bio-signal monitoring device according to an embodiment is a measurement result corresponding to the bio-signal whose amplification rate is controlled and output from the analog amplification unit whose amplification rate is controlled through the control unit in the result calculation unit. can output

도 7은 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining an operating method of a bio-signal monitoring device according to another embodiment.

다시 말해, 도 7은 도 4 내지 도 5를 통해 설명한 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서 설명하는 내용 중 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In other words, FIG. 7 is a diagram for explaining an operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment described above with reference to FIGS. 4 and 5 . A description overlapping with the description will be omitted.

도 7을 참조하면, 710 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 생체신호 수집부에서 침대에 구비된 생체신호 감지센서를 이용하여, 사용자의 심탄도(ballistocardiogram, BCG) 신호를 수집할 수 있다. Referring to FIG. 7 , in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment in step 710, the bio-signal collection unit uses a bio-signal detection sensor provided on the bed to detect a user's ballistocardiogram (BCG) signal. can be collected

다음으로, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 신호 처리부에서 수집된 심탄도 신호에 기초하여 증폭된 심탄도 신호를 생성하고, 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. Next, in step 720, the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment may generate an amplified ballistic signal based on the ballistic signal collected by the signal processing unit, and digitize the amplified ballistic signal.

일측에 따르면, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 잡음 제어부에서, 주파수 대역 필터(band pass filter, BPS) 및 주파수 차단 필터(notch filter) 중 적어도 하나의 필터를 이용하여 수집된 심탄도 신호로부터 잡음 성분을 제거하고, 잡음 성분이 제거된 심탄도 신호를 신호 처리부로 제공할 수 있다. According to one side, in step 720, the operating method of the bio-signal monitoring apparatus according to another embodiment uses at least one filter of a frequency band pass filter (BPS) and a notch filter in the noise control unit. A noise component may be removed from the collected ballistic signal, and the ballistic signal from which the noise component is removed may be provided to the signal processing unit.

일측에 따르면, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 신호 처리부에서 잡음 성분이 제거된 심탄도 신호에 기초하여 증폭된 심탄도 신호를 생성하고, 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. According to one side, in step 720, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment, the signal processor generates an amplified ballistic signal based on the ballistic signal from which noise components have been removed, and digitizes the amplified ballistic signal. can do.

또한, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 웨이블릿 변환부에서 디지털화된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)하여, 가변적 시간-주파수 영역에 따른 신호로 변환할 수 있다.In addition, in step 720, the operating method of the bio-signal monitoring apparatus according to another embodiment may wavelet transform the digitized heart trajectory signal in the wavelet transform unit and convert it into a signal according to a variable time-frequency domain.

구체적으로, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 신호 처리부에 구비된 아날로그 증폭부에서 잡음 성분이 제거된 심탄도 신호를 증폭할 수 있으며, 이후 신호 처리부에 구비된 아날로그-디지털 변환부에서 증폭된 심탄도 신호를 디지털화할 수 있다. Specifically, in step 720, in the method of operating the bio-signal monitoring device according to another embodiment, the analog amplification unit provided in the signal processing unit can amplify the ballistic signal from which noise components are removed, and then the analog- The ballistic signal amplified by the digital converter may be digitized.

또한, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 디지털화된 심탄도 신호에 기초하여 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 감지된 사용환경의 변화에 기초하여 디지털화된 심탄도 신호를 보상하며, 보상된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환부로 전달할 수 있다. In addition, in step 720, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment, the control unit detects a change in the user's use environment based on the digitized heart ballistic signal, and the digitized heart based on the detected change in the use environment. The ballistic signal may be compensated for, and the compensated ballistic signal may be transmitted to the wavelet transform unit.

또한, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 웨이블릿 변환부에서 보상된 심탄도 신호를 웨이블릿 변환할 수 있다.In addition, in step 720, in the operating method of the bio-signal monitoring apparatus according to another embodiment, the wavelet transform unit may perform wavelet-transformation of the compensated seam trajectory signal.

예를 들면, 사용환경의 변화는 침대 매트리스의 재질의 변화 및 매트리스 상에서 생체신호 감지센서의 위치 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the change in the use environment may include at least one of a change in the material of a bed mattress and a change in the position of a biosignal sensor on the mattress.

보다 구체적으로, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 사용환경이 변화된 것으로 판단되면, 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어하기 위한 피드백 신호를 생성하고, 생성된 피드백 신호를 아날로그 증폭부에 제공함으로써, 이후 아날로그 증폭부로부터 출력되는 증폭율이 제어된 피드백 신호에 대응되는 보상된 심탄도 신호를 출력할 수 있다.More specifically, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment in step 720, if it is determined that the use environment has changed in the control unit, a feedback signal is generated to control the gain of the analog amplification unit, and the generated feedback signal is generated. By providing the feedback signal to the analog amplifying unit, a compensated ballistic signal corresponding to the feedback signal having an amplification rate output from the analog amplifying unit may be output.

일측에 따르면, 720 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 제어부에서 기저장된 룩업 테이블에 기초하여 피드백 신호를 생성할 수 있다. According to one side, in step 720 of the operating method of the biological signal monitoring device according to another embodiment, the control unit may generate a feedback signal based on a pre-stored lookup table.

다음으로, 730 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 결과 산출부에서 디지털화된 심탄도 신호에 기초하여 사용자의 분당 심박수 및 호흡수 중 적어도 하나의 생체신호 측정 결과를 산출할 수 있다. Next, in step 730, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment, the result calculating unit may calculate at least one bio-signal measurement result of the user's heart rate and respiratory rate per minute based on the digitized ballistic signal. there is.

일측에 따르면, 730 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 결과 산출부에서 웨이블릿 변환된 심탄도 신호의 첨두치(peak) 및 형상에 기초하여 적어도 하나의 생체신호 측정 결과를 산출할 수 있다. According to one side, in step 730, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment, the result calculation unit calculates at least one bio-signal measurement result based on the peak and shape of the wavelet-transformed ballistic signal. can do.

일측에 따르면, 730 단계에서 다른 실시예에 따른 생체신호 모니터링 장치의 동작방법은 알람부에서 산출된 생체 신호 측정 결과가 기설정된 임계범위를 초과하면 알람신호를 출력할 수 있다. According to one side, in step 730, in the operating method of the bio-signal monitoring device according to another embodiment, an alarm signal may be output when the bio-signal measurement result calculated by the alarm unit exceeds a predetermined threshold range.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

200: 생체신호 모니터링 장치 210: 생체신호 수집부
220: 아날로그 증폭부 230: 아날로그-디지털 변환부
240: 제어부 250: 결과 산출부
200: bio-signal monitoring device 210: bio-signal collection unit
220: analog amplification unit 230: analog-to-digital conversion unit
240: control unit 250: result calculation unit

Claims (11)

사용자의 생체신호를 수집하는 생체신호 수집부;
적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 저항 및 상기 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함하고, 상기 수집된 생체신호를 증폭하는 아날로그 증폭부;
상기 증폭된 생체신호를 디지털화하는 아날로그-디지털 변환부 및
상기 디지털화된 생체신호에 기초하여 상기 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 상기 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 상기 생성된 피드백 신호에 기초하여 상기 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어하는 제어부
를 포함하는 생체신호 모니터링 장치.
a bio-signal collecting unit that collects a user's bio-signal;
an analog amplifier including at least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively, and amplifying the collected biosignal;
An analog-to-digital conversion unit for digitizing the amplified bio-signal; and
Based on the digitized biosignal, a change in the user's use environment is detected, a feedback signal corresponding to the sensed change in the use environment is generated, and an amplification rate of the analog amplification unit based on the generated feedback signal ( control unit that controls the gain
Bio-signal monitoring device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 증폭부는,
입력단과 출력단 사이에 서로 병렬로 연결되는 상기 저항 및 상기 캐패시터를 포함하는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 1,
The analog amplification unit,
Including the resistor and the capacitor connected in parallel to each other between an input terminal and an output terminal
Vital signal monitoring device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 생성된 피드백 신호에 기초한 상기 스위칭 소자의 제어를 통해 상기 아날로그 증폭부의 증폭율을 제어하는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 1,
The control unit,
Controlling the amplification rate of the analog amplifier through control of the switching element based on the generated feedback signal
Vital signal monitoring device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 상기 피드백 신호를 생성하는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 1,
The control unit,
Generating the feedback signal based on a pre-stored lookup table
Vital signal monitoring device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 디지털화된 생체신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하고, 상기 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 상기 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 상기 피드백 신호를 생성하는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 1,
The control unit,
Monitoring the amplitude of the digitized biosignal, and determining that the use environment has changed when the monitored amplitude changes by more than a predetermined threshold value during a predetermined detection time and generating the feedback signal
Vital signal monitoring device.
제5항에 있어서,
상기 제어부에서 상기 사용환경이 변화되지 않은 것으로 판단하면, 상기 변환된 디지털 신호에 대응되는 생체신호 측정 결과를 출력하는 결과 산출부를 더 포함하는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 5,
Further comprising a result calculation unit for outputting a biosignal measurement result corresponding to the converted digital signal when the control unit determines that the use environment has not changed.
Vital signal monitoring device.
제1항에 있어서,
침대 및 상기 침대의 매트리스 중 적어도 하나에 내장되는
생체신호 모니터링 장치.
According to claim 1,
Embedded in at least one of a bed and a mattress of the bed
Vital signal monitoring device.
생체신호 수집부에서, 사용자의 생체신호를 수집하는 단계;
아날로그 증폭부에서, 상기 수집된 생체신호를 증폭하는 단계;
아날로그-디지털 변환부에서, 상기 증폭된 생체신호를 디지털화하는 단계 및
제어부에서, 상기 디지털화된 생체신호에 기초하여 상기 사용자의 사용환경의 변화를 감지하고, 상기 감지된 사용환경의 변화에 대응되는 피드백 신호를 생성하며, 상기 생성된 피드백 신호에 기초하여 상기 아날로그 증폭부의 증폭율(gain)을 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 아날로그 증폭부는,
적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 저항 및 상기 캐패시터와 각각 연결되는 스위칭 소자를 포함하는
생체신호 모니터링 장치의 동작방법.
Collecting the user's bio-signals in a bio-signal collection unit;
amplifying the collected bio-signals in an analog amplifier;
Digitalizing the amplified biosignal in an analog-to-digital conversion unit; and
A control unit detects a change in the user environment based on the digitized biosignal, generates a feedback signal corresponding to the sensed change in the use environment, and based on the generated feedback signal, the analog amplifying unit Controlling the gain
including,
The analog amplification unit,
At least one resistor, at least one capacitor, and a switching element connected to the resistor and the capacitor, respectively
Operating method of bio-signal monitoring device.
제8항에 있어서,
상기 증폭율을 제어하는 단계는,
상기 제어부에서, 상기 생성된 피드백 신호에 기초한 상기 스위칭 소자의 제어를 통해 상기 아날로그 증폭부의 증폭율을 제어하는
생체신호 모니터링 장치의 동작방법.
According to claim 8,
In the step of controlling the amplification rate,
In the control unit, controlling the amplification rate of the analog amplification unit through control of the switching element based on the generated feedback signal
Operating method of bio-signal monitoring device.
제8항에 있어서,
상기 증폭율을 제어하는 단계는,
상기 제어부에서, 기저장된 룩업 테이블(lookup table)에 기초하여 상기 피드백 신호를 생성하는
생체신호 모니터링 장치의 동작방법.
According to claim 8,
In the step of controlling the amplification rate,
In the controller, generating the feedback signal based on a pre-stored lookup table
Operating method of bio-signal monitoring device.
제8항에 있어서,
상기 증폭율을 제어하는 단계는,
상기 제어부에서, 상기 변환된 디지털 신호의 진폭(amplitude)을 모니터링하여 상기 모니터링된 진폭이 기설정된 감지 시간동안 기설정된 임계값 이상으로 변화하면, 상기 사용환경이 변화된 것으로 판단하여 상기 피드백 신호를 생성하는
생체신호 모니터링 장치의 동작방법.
According to claim 8,
In the step of controlling the amplification rate,
The control unit monitors the amplitude of the converted digital signal, determines that the use environment has changed, and generates the feedback signal when the monitored amplitude changes by more than a predetermined threshold value during a predetermined detection time.
Operating method of bio-signal monitoring device.
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