KR20230114842A - 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치 - Google Patents
생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치 Download PDFInfo
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Abstract
독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하기 위한 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치가 개시된다. 개시되는 생체 신호 측정 장치는, 하나의 인쇄회로기판, 인쇄회로기판이 삽입되는 케이스, 및 거치대를 포함하며, 하나의 인쇄회로기판은, 연속적인 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성부, 램프 신호 생성부에 의해 생성되는 연속적인 램프 신호의 위상을 시프트하기 위한 위상 시프트부, 위상 시프트부에 의해 위상 시프트된 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기, 전력 증폭기에 의해 전력 증폭된 신호를 독거 노인이 위치한 소정의 공간 내에 방사 및 수신하기 위한 송신 안테나 및 수신 안테나, 수신 안테나에서 수신한 신호에서 잡음을 제거하기 위한 저잡음 증폭기, 중간 주파수를 갖는 신호 변환하기 위한 중간 주파 신호 변환기, 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터, 아날로그-디지털 컨버터에 의해 변환된 신호를 패킷화하는 디지털 프론트 엔드, 패킷화된 디지털 신호를 저장하는 ADC 버퍼, ADC 버퍼에 저장된 신호를 디스플레이하기 위한 신호로 처리하기 위한 디지털 신호처리부, 및 디지털 신호처리부에 의해 처리된 결과를 관리부 측으로 전송하기 위한 통신부를 포함한다.
Description
본 발명은 독거 노인의 고독사 방지를 위한 돌봄 서비스를 제공하기 위한 생체 모니터링 및 케어 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는 생체 모니터링 및 케어 시스템에 사용되는 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.
급격한 노령화 사회로 진행되는 추세에 따라 독거 노인도 또한 급증하고 있다. 통계청 발표에 따르면 2020년에는 독거 노인 중 무연고 사망자가 2880명에 이르며, 향후 5년 후에는 독거 노인의 수가 약 206만 명에 이를 것으로 예상되고 있다. 이에 따라, 독거 노인의 급작스런 건강 악화나 안전사고에 대한 대비를 위한 케어 문제가 중앙정부나 지방 자치 단체에서 크게 이슈화되고 있다.
독거 노인에 대한 여러 문제들에 대응하고자 독거노인 돌봄 서비스와 관련된 여러가지 방안들이 제안된 바 있다. 예컨대, IP CCTV 등을 이용하여 독거노인 돌봄 서비스를 진행하는 것에 관한 기술이라든지, 별도의 노인 관리용 무선 카메라 장치의 설치를 통해 독거 노인들 관리하는 것에 관한 기술 등이, 대한민국공개특허 10-2016-0122386(2016년 10월 24일자 공개) 및 대한민국등록특허 10-1654609(2016년 08월 31일자 등록) 등에 개시된 바 있다. 하지만, 종래의 이러한 CCTV나 무선 카메라(유선 카메라 포함)로 독거 노인을 계속해서 관찰하여 돌봄 서비스를 제공하는 기술이나 몸에 부착하거나 지니고 다니는 장치를 이용하는 경우에는 독거 노인의 사생활 침해 문제가 대두될 소지가 있고 분실사고가 빈번하게 발생하는 등의 한계가 있다.
위와 같은 문제들을 해결하고자, 본원의 출원인에 의해 출원되어 등록된 대한민국등록특허 10-2061589(2019년 12월 26일자 등록)에는 레이다 안테나, 노이즈 필터, 유효 데이터 수집 검출부, 거리값 추출부, 활동량 분석부, 및 데이터 통신부를 포함하는 비접촉식 생체 모니터링 및 케어 시스템이 개시된 바 있다. 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 상기 비접촉식 생체 모니터링 및 케어 시스템의 경우, 2GHz내지 10GHz의 고주파 대역에서의 초 광대역 통신을 수행하는 레이다 안테나를 사용함으로 인해, 센싱 범위(동선 확인 거리)가 극히 짧고, 생체신호(심박수나 호흡량)을 측정하기에는 민감도 면에서 한계가 있으며, 커버하는 각도에 있어서도 그 범위가 그다지 크기 않아서 실내에서 독거 노인의 동선을 분석하기에는 한계가 있다.
한편, 전극이나 센서를 피험자에게 별도로 부착하지 않고 비대면으로 피험자의 호흡이나 심박 상태를 측정하는 방법 및 장치는 대한민국등록특허 10-2091974(2020년 03월 16일자 등록)에 개시된 바 있다. 이 문헌에서는 FMCW 레이더 신호를 이용하여 수면 관련 검사자(피험자)의 들숨과 날숨의 반복에 따른 레이더 송수신부와 흉부까지의 거리를 측정하여 호흡 패턴이나 심박 패턴을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이나, 이는 오직 피험자의 호흡 심박 측정과 관련된 용도에만 국한되어 있어, 피험자의 거동 상태를 전반적으로 분석하여 그에 따라 보호자나 관리자 측에서 적절히 조치를 취할 수 있는 기술과는 거리가 있다.
따라서, 이러한 단점들을 해결할 수 있는 방안이 당해 기술 분야에서 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하고자 민감도가 우수한 주파수 변조 연속파(FMCW, Frequency Modulated Continuous) 레이다를 이용하여 독거 노인의 동선을 정확히 파악하여 분석하고 생체 신호를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 생체 모니터링 및 케어 시스템에서 하나의 케이스 내에 삽입된 하나의 인쇄회로기판으로 구현하여 이를 거치대에 안정적으로 거치할 수 있도록 제작된 생체 신호 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라, 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하기 위한 생체 모니터링 및 케어 시스템은, FMCW 레이더를 이용하여 소정의 공간 내에서의 독거 노인의 동적 상태에 따른 동선을 측정하고 상기 독거 노인의 정적 상태에서의 생체 신호를 측정하여 상기 독거 노인의 정적 상태에서 측정된 생체 신호를 분석한 후, 상기 생체 신호의 분석에 따른 결과 신호를 통신 네트워크를 통해 전송하기 위한, 생체 신호 측정 장치, 상기 생체 신호 측정 장치에 의해 측정된 동선에 관한 신호 및 생체 신호를 저장하고 상기 관리부의 요청에 따라 상기 동선에 관한 신호를 상기 관리부 측으로 제공하는 서버, 및 상기 생체 신호 측정 장치로부터 상기 결과 신호를 상기 통신 네트워크를 통해 수신함에 따라 선택적으로 상기 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하는 관리부를 포함한다.
본 발명의 생체 신호 측정 장치는, 연속적인 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성부, 상기 램프 신호 생성부에 의해 생성되는 연속적인 램프 신호의 위상을 시프트하기 위한 위상 시프트부, 상기 위상 시프트부에 의해 위상 시프트된 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기, 상기 전력 증폭기에 의해 전력 증폭된 신호를 상기 독거 노인이 위치한 소정의 공간 내에 방사하기 위한 송신 안테나, 상기 독거 노인이 위치한 소정의 공간 및 상기 독거 노인에 의해 반사되어 돌아오는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나, 상기 수신 안테나에서 수신한 신호에서 잡음을 제거하기 위한 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭기를 통과한 신호를 중간 주파수를 갖는 신호 변환하기 위한 중간 주파 신호 변환기, 상기 중간 주파 신호 변환기에 의해 변환된 중간 주파 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터, 상기 아날로그-디지털 컨버터에 의해 변환된 신호를 패킷화하는 디지털 프론트 엔드, 상기 디지털 프론트 엔드로부터의 패킷화된 디지털 신호를 저장하는 ADC 버퍼, 상기 ADC 버퍼에 저장된 신호를 상기 관리부에서 디스플레이하기 위한 신호로 처리하기 위한 디지털 신호처리부, 및 상기 디지털 신호처리부에 의해 처리된 결과를 상기 관리부 측으로 상기 통신 네트워크를 통해 전송하기 위한 통신부를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 위상 시프트부, 상기 전력 증폭기 및 상기 송신 안테나는 각각 세 개 씩 구비되고, 상기 수신 안테나, 상기 저잡음 증폭기, 상기 중간 주파수 신호 생성기 및 상기 아날로그-디지털 컨버터는 각각 네 개씩 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 생체 신호 측정 장치는, 상기 램프 신호 생성부, 상기 위상 시프트부, 상기 전력 증폭기, 상기 송신 안테나, 상기 수신 안테나, 상기 저잡음 증폭기, 상기 중간 주파 신호 변환기, 상기 아날로그-디지털 컨버터, 상기 디지털 프론트 엔드, 상기 ADC 버퍼, 상기 디지털 신호처리부, 및 상기 통신부가 실장되는 하나의 인쇄회로기판, 및 상기 인쇄회로기판을 수용하기 위한 케이스를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 생체 신호 측정 장치는,상기 케이스를 고정시키기 위한 거치대를 포함하며, 상기 케이스는 양측에 기다랗게 형성된 일자형 홈을 포함하고, 상기 거치대에서 상기 케이스와 맞닿는 양 측면에는 상기 케이스의 일자형 홈에 삽입되기 위한 일자형 돌기가 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 거치대는, 상기 케이스의 안착을 허용하며, 상기 일자형 돌기가 형성되는 한 쌍의 제1 방향 수직부와, 상기 제1 방향 수직부와 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 케이스의 측면을 지지하는 제2 방향 수직부와, 상기 케이스의 바닥면을 지지하는 바닥부를 포함하며, 상기 바닥부의 중앙에는 개구가 형성되고 상광 하협의 내부면과 외부면을 갖는 삽입부를 포함하는, 케이스 지지 파트(P1)와, 상기 삽입부의 개구 내에 삽입되기 위한 원뿔대형의 제1 너트 부재(P3)와, 상기 삽입부의 삽입을 허용하고 중앙에 볼트 삽입구가 형성되는 보울 부재와, 상기 보울 부재와 일체로 형성되어 상기 보울 부재를 지지하는 서포트 부재와, 상기 서포트 부재의 중간 지점에서 상기 보울 부재와 소정 간격으로 이격되게 위치하는 스토퍼 부재와 서포트 부재의 하단부를 지지하고 원형으로 형성되며 상기 거치대를 벽면에 고정시 벽면과 맞닿는 하판을 포함하는, 벽면 연결 파트(P2)와, 상기 보울 부재 내에 상기 삽입부가 삽입되고 상기 삽입부 내의 개구 내에 상기 원뿔대형의 제1 너트 부재가 삽입된 상태에서 상기 원뿔대형의 제1 너트 부재 및 상기 볼트 삽입구를 차례대로 관통하여 나사 결합되는 볼트 부재(P6)와, 상기 스토퍼 부재와 상기 보울 부재 사이에서, 상기 볼트 부재(P6)의 하부에 나사 결합되는 제2 너트 부재(P4)와, 상기 제2 너트 부재(P4)의 하부에서 상기 볼트 부재의 하단에 나사 결합되는 제3 너트 부재(P5)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 서포트 부재의 폭(W1)은 상기 제2 너트 부재(P4)의 직경보다 작다.
일 실시예에 따라, 상기 케이스는 측면의 상측에 경사면(122)이 형성되며, 상기 거치대의 상기 제2 방향 수직부는 상기 케이스의 거치시 상기 경사면(122)이 맞닿도록 경사지게 형성된 연장 경사부(211)를 포함한다.
본 발명은 민감도가 우수한 주파수 변조 연속파(FMCW, Frequency Modulated Continuous) 레이다를 이용하여 독거 노인의 동선을 정확히 파악하여 분석하고 생체 신호를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 생체 모니터링 및 케어 시스템을 제공함으로써, 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 효율적이고 안정적으로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 생체 모니터링 및 케어 시스템에서 하나의 케이스 내에 삽입된 하나의 인쇄회로기판으로 구현되고 거치대에 안정적으로 고정된 생체 신호 측정 장치를 제공함으로써, 거치대에 케이스가 안정적으로 고정되도록 하여 미세한 유동을 방지할 뿐만 아니라 사용자가 쉽게 설치 및 조작할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치가 사용되는 생체 모니터링 및 케어 시스템을 설명하기 위한 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템에서 하나의 인쇄회로기판에 구현된 생체 신호 측정 장치의 특징을 설명하기 위한 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템의 진행 과정을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치를 하나의 인쇄회로기판에 제작하여 케이스 내에 삽입되도록 한 구현 예를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 케이스가 거치대에 고정된 생체 신호 측정 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치에서 거치대의 특징을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 도 6의 거치대의 분해도이고,
도 8 및 도 9는 거치대에서 케이스 지지 파트(P1)를 설명하기 위한 도면들이고,
도 10은 거치대에서 벽면 연결 파트(P2)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템에서 하나의 인쇄회로기판에 구현된 생체 신호 측정 장치의 특징을 설명하기 위한 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템의 진행 과정을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치를 하나의 인쇄회로기판에 제작하여 케이스 내에 삽입되도록 한 구현 예를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 케이스가 거치대에 고정된 생체 신호 측정 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치에서 거치대의 특징을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 도 6의 거치대의 분해도이고,
도 8 및 도 9는 거치대에서 케이스 지지 파트(P1)를 설명하기 위한 도면들이고,
도 10은 거치대에서 벽면 연결 파트(P2)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 60GHz 기반의 FMCW 레이더를 이용하여 20미터 이상의 넓은 공간을 감지하여 사람의 위치, 방향, 인원수 등을 검출해내는 동시에 정적 상태(비정상 활동 상태)를 포착한 후 독거 노인의 심박과 호흡을 측정하여 위급시 또는 응급 상황 발생시 IoT 망을 통해 관리자(보호자, 관할 기관의 담당자, 또는 119 구급대)에게 신속하게 상황을 전달함으로써, 독거 노인의 사망 사고를 미연에 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 이 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치가 사용되는 생체 모니터링 및 케어 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템에서 하나의 인쇄회로기판에 구현된 생체 신호 측정 장치의 특징을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템의 진행 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하기 위한 생체 모니터링 및 케어 시스템은, 생체 신호 측정 장치(110), 서버(120), 통신 네트워크(130) 및 관리부(140)를 포함한다.
생체 신호 측정 장치(110)는, 60GHz 기반의 주파수를 사용하는 FMCW 레이더를 이용하여 소정의 공간 내에서의 독거 노인의 동적 상태에 따른 동선을 측정하고 상기 독거 노인의 정적 상태에서의 생체 신호를 측정하여 상기 독거 노인의 정적 상태에서 측정된 생체 신호를 분석한 후, 상기 생체 신호의 분석에 따른 결과 신호를 통신 네트워크(130)를 통해 전송한다.
서버(120)는 생체 신호 측정 장치(110)에 의해 측정된 독거 노인의 소정의 공간 내에서의 동선에 관한 신호 및 생체 신호를 저장하고 관리부(140)의 요청에 따라 상기 동선에 관한 신호를 상기 관리부(140) 측으로 제공한다. 서버(120)에는 동선에 관한 신호 및 생체 신호를 저장하게 되는데, 정상 상태에서의 동선에 관한 신호는 관리부(140) 측의 요청이 있는 경우, 예컨대, 관리부(140)에서 서버(120)에 접근할 수 있는 어플이나 웹 브라우저를 실행시켜 접근하는 경우에만 제공된다.
관리부(140)는 보호자, 관할 담당자 또는 지역 119 측의 단말기(예컨대, 스마트 폰, 태블릿 PC, 노트북 PC, 데스크탑 PC)로서, 생체 신호 측정 장치(110)로부터 상기 결과 신호, 즉 독거 노인의 정적 상태(쓰러져 있거나 누워 있는 상태 또는 움직이지 않는 상태)에서의 생체 신호(예컨대, 심박수 및 호흡량에 관련된 신호)를 통신 네트워크(130)를 통해 수신함에 따라 선택적으로 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공할 수 있도록 해준다. 즉, 관리부(140) 측에서는 생체 신호를 모니터링함으로써 생체 신호로부터 독거 노인이 가쁘게 호흡하고 있다거나 이와는 반대로 무호흡 중인 것으로 파악되는 경우, 즉각적으로 출동하여 돌봄 서비스를 제공하게 되고, 그렇지 않고, 정적 상태인 경우라도 호흡량이나 심박수와 관련된 생체 신호를 분석한 결과 정상적인 범위 내라면 독거 노인이 단순히 휴식을 취하거나 잠을 자고 있는 것에 불과하므로 출동하여 별도의 돌봄 서비스를 제공할 필요가 없게 된다.
도 2를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(110)는, 연속적인 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성부(111), 램프 신호 생성부(111)에 의해 생성되는 연속적인 램프 신호의 위상을 시프트하기 위한 위상 시프트부(112), 위상 시프트부(112)에 의해 위상 시프트된 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기(PA), 전력 증폭기(PA)에 의해 전력 증폭된 신호를 독거 노인이 위치한 소정의 공간 내에 방사하기 위한 송신 안테나(ANT1), 독거 노인이 위치한 소정의 공간 및 상기 독거 노인에 의해 반사되어 돌아오는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(ANT2), 수신 안테나(ANT2)에서 수신한 신호에서 잡음을 제거하기 위한 저잡음 증폭기(LNA), 저잡음 증폭기(LNA)를 통과한 신호를 중간 주파수를 갖는 신호 변환하기 위한 중간 주파 신호 변환기(113, 114), 중간 주파 신호 변환기(113, 114)에 의해 변환된 중간 주파 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터(115), 아날로그-디지털 컨버터(115)에 의해 변환된 신호를 패킷화하는 디지털 프론트 엔드(116), 디지털 프론트 엔드(116)로부터의 패킷화된 디지털 신호를 저장하는 ADC 버퍼(117), ADC 버퍼(117)에 저장된 신호를 상기 관리부(140)에서 디스플레이하기 위한 신호로 처리하기 위한 디지털 신호처리부(118), 및 디지털 신호처리부(118)에 의해 처리된 결과를 관리부(140) 측으로 통신 네트워크(130)를 통해 전송하기 위한 통신부(119)를 포함한다.
위상 시프트부(112), 전력 증폭기(PA) 및 송신 안테나(ANT1)는 각각 세 개 씩 구비되고, 수신 안테나(ANT2), 저잡음 증폭기(LNA), 중간 주파수 신호 생성기(130, 140) 및 아날로그-디지털 컨버터(115)는 각각 네 개씩 구비된다. 즉, 독거 노인이 정상적으로 활동하는 동적 상태에서 독거 노인의 속도는 측정 시점으로부터 X, Y, Z 축의 방향에 따라 중간(IF) 주파수 값을 산출할 수 있도록 송신단 측은 세 개씩, 수신단 측은 네 개씩 구비된다.
예를 들어, 송신 안테나(ANT1)를 통해 FMCW의 레이더 신호를 일정 시간 간격으로 송신하고 일정 공간 내에서 독거 노인 및 공간 내의 사물에 의해 반사되는 수신 신호를 이용하여 중간 주파(IF) 신호를 생성한 후 디지털 신호로 변환한 후 패킷화한 신호들을 ADC 버퍼(117)에 저장하고, 디지털 신호 처리부(110)는 ADC 버퍼(117)로부터 데이터(신호들)를 가져와서 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한 후 일련의 과정을 거쳐 호흡이나 심박 패턴과 같은 생체 신호를 산출해내게 된다.
본 발명의 생체 신호 측정 장치(110)와 관련하여, 3개의 송신 안테나(ANT1)의 설계시 공진의 길이 L이 λ/2의 홀수 길이(Odd wavelength)일 때 라디에이터(Radiator)는 브로드사이드(Broadside) 방향에서 메인 로브(Main Lobe) 방사패턴을 가지며, 공진의 길이 L이 λ/2의 짝수 길이(Even wavelength)일 때 브로드사이드 방향에서 방사패턴은 0이 되어 일정한 거리 r에서 전계분포식을 기준으로 설계하였다. 3차원 설계시 송신 안테나들 간의 간격은 약 5mm이고, 패턴과 패턴의 간격은 약 2.5mm로 하여 최대 시야각을 확보하도록 설계되었다.
또한, 수신 안테나(ANT2)의 반송파의 최종 각도의 값을 구하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT)을 실시한 후 해상도 증가를 위한 2차원 안테나 알고리즘 설계와 다채널 위상 차이에 따른 영점을 기준으로 레이트 파인딩 블록(Rate finding block)을 기준으로 데이터 신호를 검출하여 채널간 위상즈폭 에러 신호 문제를 해결하도록 설계되었다. 그리고, FMCW 레이더는 수평면으로 반사된 신호로 각도를 추정하고, 각도의 추정된 AoA(Angle of Arrival) 기준, 물체 거리의 작은 변화(심박이나 호흡에 따른 것) 값을 획득하며, FFT 피크에서 위상 변화 또는 도플러 FFT의 각도 값을 산출하여 심박 및 호흡의 변화를 감지하도록 설계되었다.
또한, 수신 안테나(ANT2)를 통해서 수신되는 검출 신호는 아날로그 신호이므로 아날로그-디지털 컨버터(115)에서 이를 디지털 신호로 변환하게 되는데, 이 과정에서의 손실 및 왜곡을 방지하기 위해 다시 디지털 신호를 아날로그 신호로 재변환하여 보정하는 과정이 추가될 수 있다.
도 3과 도 1을 함께 참조하여, 본 발명의 생체 모니터링 및 케어 시스템(100)에서의 일련의 동작 과정을 설명하면, 소정의 공간 내에 설치된 생체 신호 측정 장치(110)에서 계속해서 동선 관련 신호와 생체 신호를 측정하게 되고(S10), 이를 서버(120)에 계속해서 누적하게 된다. 동선 관련 신호는 독거 노인이 동적 상태에 있는 경우 독거 노인의 동선을 계속해서 센싱한 결과 신호이고, 생체 신호는 독거 노인의 심박수, 맥박 및 호흡량을 센싱한 결과 신호이다.
생체 신호 측정 장치(110)에서의 센싱 결과에 따라, 관찰 대상 독거 노인이 정적 상태가 아니고(즉, 계속해서 거동을 하는 상태라면)(S20의 아니오 분기), 관리부(140) 측에서 동선에 관한 신호를 요청한 경우가 아니라면(S50의 아니오 분기), 계속해서 생체 신호 측정 장치(110)는 동선 관련 신호 및 생체 신호를 측정하여 서버(120)에 저장하는 과정을 반복하게 된다. 그렇지 않고 관리부(140) 측에서 동선에 관한 신호를 요청한 경우라면(S50의 예 분기), 관리부(140) 측으로 동선에 관한 신호를 제공하면서 동선 관련 신호 및 생체 신호를 측정하여 서버(120)에 저장하는 과정을 반복하게 된다. 관리부(140)는 동선에 관한 신호를 제공받을 수 있도록 서버(120)와 통신 네트워크로 연결되어 있다.
생체 신호 측정 장치(110)에서의 센싱 결과에 따라 관찰 대상 독거 노인이 정적 상태(즉, 거동을 하지 않고 누워 있거나 쓰러져 있는 상태)인 경우(S20의 예 분기), 생체 신호 측정 장치(110)는 측정된 생체 신호를 분석하여 그 결과 신호를 관리부(140) 측으로 전송한다. 관리부(140)는 앞서 언급한 바와 같이, 보호자, 관할 담당자, 지역 119 등일 수 있다. 관리부(140)에서는 생체 신호 측정 장치(110)의 분석 결과 신호를 수신하여, 긴급 상황(예컨대, 독거 노인의 단순히 휴식 상태이거나 수면 상태가 아니고, 호흡을 하지 않거나 하는 등의 응급 상황)이라 판단되는 경우에 선택적으로 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하게 된다.
본 명세서 내에서 생체 신호 측정 장치(110)는, 경우에 따라서는 상기 구성요소들이 실장된 하나의 인쇄회로기판만을 의미할 수도 있고, 인쇄회로기판을 케이스 내에 삽입한 상태, 즉 인쇄회로기판이 삽입된 케이스 전체를 의미할 수도 있고, 또 경우에 따라서는, 인쇄회로기판이 삽입된 케이스와 이러한 케이스를 지지하기 위해 벽체나 고정 대상물에 고정시키기 위한 거치대까지도 포함하는 것으로 정의된다. 편의상 도 5에서는 인쇄회로기판이 삽입된 케이스의 구성을 참조부호 10으로 표시하였고, 거치대를 참조부호 20으로 표시하였고, 도 4에서는 인쇄회로기판이 삽입된 케이스 구조물(10)의 구성을 상세히 나타낸 도면이다. 따라서, 참조부호와 관련하여서는, 참조부호 110이 참조부호 10에 대응될 수도 있고, 참조부호 10과 참조부호 20을 모두 포함하는 것으로 볼 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 생체 신호 측정 장치(10 및 20)에 관하여 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 모니터링 및 케어 시스템(100)에서의 생체 신호 측정 장치(110)를 하나의 인쇄회로기판에 제작하여 케이스 내에 삽입되도록 한 구현 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따라 하나의 인쇄회로기판(14)이 삽입된 케이스 구조물(10)가 거치대에 고정된 생체 신호 측정 장치를 나타낸 도면이다. 여기서의 케이스 구조물(10)은 인쇄회로기판(14)와 케이스(12, 16)를 모두 포함하는 것으로 정의되고, 반면에 이하에서 설명되는 케이스(12, 16)는 인쇄회로기판(14)을 제외한 구성을 의미하는 것으로 정의된다.
생체 신호 측정 장치(10 및 20)에서 케이스 구조물(10)은, 도 2에서의 상세 구성들, 즉 램프 신호 생성부(111), 위상 시프트부(112), 전력 증폭기(PA), 송신 안테나(ANT1), 수신 안테나(ANT2), 저잡음 증폭기(LNA), 중간 주파수 신호 변환기(113, 114), 아날로그-디지털 컨버터(115), 디지털 프론트 엔드(116), ADC 버퍼(117), 디지털 신호처리부(118), 및 통신부(119)가 실장되는 하나의 인쇄회로기판(14), 및 인쇄회로기판(14)을 수용하기 위한 케이스(12, 16)를 포함한다.
케이스(12, 16)은 인쇄회로기판(14)를 고정시키기 위한 하부 파트(16)와 하부 파트(16)에 결합되어 커버 역할을 하는 상부 파트(12)를 포함한다.
케이스(12, 16)에서 상부 파트(12)는, 거치대(20)에 고정되어 안정적으로 홀딩될 수 있도록 하기 위해 양측에 기다랗게 형성된 일자형 홈(121)을 포함한다. 또한, 상부 파트(12)의 측면 중 하나에서 상측에는 경사면(122)이 형성된다. 경사면(122)은 이후에 설명되는 거치대(20)에서 연장 경사부(211)와 면 접촉하는 부분으로서, 케이스 구조물(10)이 거치대(20)에 고정된 채 경사지게 조정되는 경우, 아랫 방향으로 유동하지 않도록 안정적으로 잡아주는 역할을 한다. 하부 파트(16)의 경우, 상세하게 참조부호를 표시하지는 않았으나, 인쇄회로기판(14)이 고정될 수 있도록 다양한 돌출 구조물들이 형성되어 있다.
인쇄회로기판(14)의 경우, 앞서 언급된 구성요소들 이외에도 충전을 위한 USB 포트(141)와 작동여부를 알려주기 위한 LED 표시부(142)가 더 실장될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(10, 20)에서 거치대(20)의 특징을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6의 거치대(20)의 분해도이고, 도 8 및 도 9는 거치대(20)에서 케이스 지지 파트(P1)를 설명하기 위한 도면들이고, 도 10은 거치대(20)에서 벽면 연결 파트(P2)를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 6 내지 도 10에 도시된 거치대(20)의 경우, 앞서 도 5에서 설명된 거치대(20)와 비교할 때, 케이스(12, 16) 측의 상부 파트(12)에 형성된 경사면(122)과 맞닿도록 하기 위한 연장 경사부(211)가 생략된 실시예임에 유의한다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 거치대(20)는, 케이스 지지 파트(P1), 벽면 연결 파트(P2), 제1 너트 부재(P3), 제2 너트 부재(P4, 25), 제3 너트 부재(P5), 및 볼트 부재(P6)를 포함한다.
케이스 지지 파트(P1)는 인쇄회로기판이 삽입된 케이스(또는 케이스 구조물)의 안착을 허용하는 구성요소이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 케이스 지지 파트(P1)는 한 쌍의 제1 방향 수직부(22), 제2 방향 수직부(21), 바닥부(220), 삽입부(26)를 포함한다.
한 쌍의 제1 방향 수직부(22)에는 일자형 돌기(221)가 형성된다. 일자형 돌기(221)는 케이스(12, 16)에 형성된 일자형 홈(121)에 삽입되어 케이스(12, 16)가 이탈되지 않고 안정적으로 고정되도록 잡아주는 역할을 한다. 한 쌍의 제1 방향 수직부(22)의 안쪽 면에는 케이스(12, 16)의 제1 방향(길이 방향)의 측면들이 맞닿아 있게 된다.
제2 방향 수직부(21)는 제1 방향 수직부(22)와 직교하는 방향으로 형성되고, 케이스(12, 16)의 다른 측면(즉, 폭 방향 측면)을 지지한다. 제2 방향 수직부(21)의 중앙에는 케이스(12, 16) 내의 USB 포트(141)에 대한 연결을 위해 제1 홀(H1)이 형성된다.
바닥부(220)는 케이스(12, 16)에서 특히 하부 파트(16)의 바닥면을 지지하는 역할을 한다.
삽입부(26)는 바닥부(220)의 중앙에 위치하며, 개구(263), 상광 하협의 내부면(261)과 외부면(도 9의 262)을 갖는다. 이러한 삽입부(26)에는 제1 너트 부재(P3)가 삽입된다.
다시 도 5를 참조하면, 제1 너트 부재(P3)는 원뿔대형으로 형성되며, 삽입부(26)의 개구(263) 내에 삽입되어, 내부에 볼트 부재(P6)의 삽입을 허용하여 볼트 부재(P6)의 상측을 나사결합으로 고정시킬 수 있도록 내부에 나선이 형성된다.
도 10을 참조하면, 벽면 연결 파트(P2)는 보울 부재(27), 서포트 부재(23), 스토퍼 부재(24), 및 하판(29)을 포함한다.
보울 부재(27)는 케이스 지지 파트(P1) 측의 삽입부(26)가 삽입되는 구성요소이다. 즉, 벽면 연결 파트(P2)에 케이스 지지 파트(P1)를 결합하는 경우 보울 부재(27)의 내부에 삽입부(26)가 삽입되므로, 보울 부재(27)의 내면에 삽입부(26)의 외부면(262)이 맞닿게 된다. 보울 부재(27)의 중앙에는 볼트 삽입구(H4)가 형성되며, 볼트 삽입구(H4)에 볼트 부재(P6)가 삽입된다.
서포트 부재(23)는 보울 부재(27)와 일체로 형성되어 보울 부재(27)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 서포트 부재(23)의 하단은 하판(29)과 일체로 연결되어 있고, 상단은 보울 부재(27)와 일체로 연결되어 있다.
스토퍼 부재(24)는 서포트 부재(23)의 중간 지점에서 보울 부재(27)와 소정 간격으로 이격되게 위치한다. 스토퍼 부재(24)는 케이스 지지 파트(P1)와 벽면 연결 파트(P2) 간을 분리시키고자 제2 너트 부재(P4, 25)를 손으로 회전시키는 경우, 제2 너트 부재(25)가 이탈되지 않도록 저지하는 역할을 한다.
하판(29)은 서포트 부재(23)의 하단부를 지지하고 원형으로 형성되며 거치대(20)를 피쓰(미도시)로 벽면에 고정하고자 할 경우 벽면과 맞닿는 부분이다.
제2 너트 부재(P4, 25)는, 스토퍼 부재(24)와 보울 부재(27) 사이에 위치하고, 볼트 부재(P6)의 하부에 나사 결합되는 구성요소이다. 제2 너트 부재(25)를 회전시켜 분리하는 경우, 손으로 파지하는 것이 용이하도록, 제2 너트 부재(25)의 직경은 서포트 부재(23)의 폭(W1)보다 더 크게 형성된다.
볼트 부재(P6)는 보울 부재(27) 내에 삽입부(26)가 삽입되고 삽입부(26) 내의 개구(261) 내에 원뿔대형의 제1 너트 부재(P3)가 삽입된 상태에서 원뿔대형의 제1 너트 부재(P3)와 볼트 삽입구(H4)를 차례대로 관통하여 나사 결합되는 구성요소이다.
제3 너트 부재(P5)는 제2 너트 부재(P4, 25)의 하부에서 볼트 부재(P6)의 하단에 나사 결합된다.
이상과 같이 본 발명의 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치는 하나의 인쇄회로기판 상에 탑재된 채로 케이스에 삽입되고 이것이 거치대에 안정적으로 고정되도록 하여 미세한 유동을 방지할 뿐만 아니라 사용자가 쉽게 방향 전환 조작을 할 수 있도록 해준다.
Claims (6)
- 독거 노인에 대한 돌봄 서비스를 제공하기 위한 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치로서,
하나의 인쇄회로기판,
상기 인쇄회로기판이 삽입되는 케이스; 및
상기 케이스를 거치하기 위한 거치대를 포함하며,
상기 하나의 인쇄회로기판은, 연속적인 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성부, 상기 램프 신호 생성부에 의해 생성되는 연속적인 램프 신호의 위상을 시프트하기 위한 위상 시프트부, 상기 위상 시프트부에 의해 위상 시프트된 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기, 상기 전력 증폭기에 의해 전력 증폭된 신호를 독거 노인이 위치한 소정의 공간 내에 방사하기 위한 송신 안테나, 독거 노인이 위치한 소정의 공간 및 독거 노인에 의해 반사되어 돌아오는 신호를 수신하기 위한 수신 안테나, 상기 수신 안테나에서 수신한 신호에서 잡음을 제거하기 위한 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭기를 통과한 신호를 중간 주파수를 갖는 신호 변환하기 위한 중간 주파 신호 변환기, 상기 중간 주파 신호 변환기에 의해 변환된 중간 주파 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터, 상기 아날로그-디지털 컨버터에 의해 변환된 신호를 패킷화하는 디지털 프론트 엔드, 상기 디지털 프론트 엔드로부터의 패킷화된 디지털 신호를 저장하는 ADC 버퍼, 상기 ADC 버퍼에 저장된 신호를 상기 관리부에서 디스플레이하기 위한 신호로 처리하기 위한 디지털 신호처리부, 및 상기 디지털 신호처리부에 의해 처리된 결과를 독거 노인에 대한 돌봄 서비스 제공을 위한 관리부 측으로 상기 통신 네트워크를 통해 전송하기 위한 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 위상 시프트부, 상기 전력 증폭기 및 상기 송신 안테나는 각각 세 개 씩 구비되고,
상기 수신 안테나, 상기 저잡음 증폭기, 상기 중간 주파수 신호 생성기 및 상기 아날로그-디지털 컨버터는 각각 네 개씩 구비되는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 케이스는 양측에 기다랗게 형성된 일자형 홈을 포함하고,
상기 거치대에서 상기 케이스와 맞닿는 양 측면에는 상기 케이스의 일자형 홈에 삽입되기 위한 일자형 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 거치대는,
상기 케이스의 안착을 허용하며, 상기 일자형 돌기가 형성되는 한 쌍의 제1 방향 수직부와, 상기 제1 방향 수직부와 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 케이스의 측면을 지지하는 제2 방향 수직부와, 상기 케이스의 바닥면을 지지하는 바닥부를 포함하며, 상기 바닥부의 중앙에는 개구가 형성되고 상광 하협의 내부면과 외부면을 갖는 삽입부를 포함하는, 케이스 지지 파트(P1)와,
상기 삽입부의 개구 내에 삽입되기 위한 원뿔대형의 제1 너트 부재(P3)와,
상기 삽입부의 삽입을 허용하고 중앙에 볼트 삽입구가 형성되는 보울 부재와, 상기 보울 부재와 일체로 형성되어 상기 보울 부재를 지지하는 서포트 부재와, 상기 서포트 부재의 중간 지점에서 상기 보울 부재와 소정 간격으로 이격되게 위치하는 스토퍼 부재와 서포트 부재의 하단부를 지지하고 원형으로 형성되며 상기 거치대를 벽면에 고정시 벽면과 맞닿는 하판을 포함하는, 벽면 연결 파트(P2)와,
상기 보울 부재 내에 상기 삽입부가 삽입되고 상기 삽입부 내의 개구 내에 상기 원뿔대형의 제1 너트 부재가 삽입된 상태에서 상기 원뿔대형의 제1 너트 부재 및 상기 볼트 삽입구를 차례대로 관통하여 나사 결합되는 볼트 부재(P6)와,
상기 스토퍼 부재와 상기 보울 부재 사이에서, 상기 볼트 부재(P6)의 하부에 나사 결합되는 제2 너트 부재(P4)와,
상기 제2 너트 부재(P4)의 하부에서 상기 볼트 부재의 하단에 나사 결합되는 제3 너트 부재(P5)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 서포트 부재의 폭(W1)은 상기 제2 너트 부재(P4)의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 케이스는 측면의 상측에 경사면(122)이 형성되며,
상기 거치대의 상기 제2 방향 수직부는 상기 케이스의 거치시 상기 경사면(122)이 맞닿도록 경사지게 형성된 연장 경사부(211)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 측정 장치.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220010740A KR20230114842A (ko) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 생체 모니터링 및 케어 시스템에서의 생체 신호 측정 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230114842A (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101654609B1 (ko) | 2014-07-18 | 2016-09-07 | 함준혁 | 거동이 불편한 자, 장애인 및 독거노인을 위한 원격 스마트 모니터링 시스템 및 그 방법 |
| KR20160122386A (ko) | 2015-04-14 | 2016-10-24 | (주)시큐시스 | 독거노인 고독사 방치 방지를 위한 센서정보 수집 및 이벤트 발생 시에만 모니터링 가능한 사물인터넷 기반 영상 관리 시스템 |
| KR102061589B1 (ko) | 2018-05-23 | 2020-01-02 | 주식회사 엘케이에스글로벌 | 초 광대역 통신 및 빅 데이터를 이용한 비접촉식 생체 모니터링 및 케어 시스템 |
| KR102091974B1 (ko) | 2019-07-25 | 2020-03-24 | 정기섭 | Fmcw 레이더를 이용한 위치 추적 및 호흡(심박) 패턴 측정 방법 |
-
2022
- 2022-01-25 KR KR1020220010740A patent/KR20230114842A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101654609B1 (ko) | 2014-07-18 | 2016-09-07 | 함준혁 | 거동이 불편한 자, 장애인 및 독거노인을 위한 원격 스마트 모니터링 시스템 및 그 방법 |
| KR20160122386A (ko) | 2015-04-14 | 2016-10-24 | (주)시큐시스 | 독거노인 고독사 방치 방지를 위한 센서정보 수집 및 이벤트 발생 시에만 모니터링 가능한 사물인터넷 기반 영상 관리 시스템 |
| KR102061589B1 (ko) | 2018-05-23 | 2020-01-02 | 주식회사 엘케이에스글로벌 | 초 광대역 통신 및 빅 데이터를 이용한 비접촉식 생체 모니터링 및 케어 시스템 |
| KR102091974B1 (ko) | 2019-07-25 | 2020-03-24 | 정기섭 | Fmcw 레이더를 이용한 위치 추적 및 호흡(심박) 패턴 측정 방법 |
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