KR20240052615A - 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정하는 사용자 유형 결정부; 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정하는 사용자 움직임 측정부; 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하고 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 처리부; 및 상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 상기 사용자 움직임 및 상기 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 상기 사용자 이상상황을 기초로 상기 생체동작 지시를 제공하는 사용자 이상상황 추정부;를 포함한다.
Description
본 발명은 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심전도와 같은 표준 신호유형을 사용자의 생체신호로서 수집하여 생체신호 레퍼런스 모델을 통해 생체신호의 이상을 감지 또는 예지할 수 있는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 동물이나 인체 내에 삽입되어 동물 또는 사람의 체온 등의 생체정보를 취득할 수 있는 바이오 센서 기술이 개발되고 있다. 특히, 신체의 피부 조직 아래에 직접 이식하여 체온 등의 생체정보를 측정하고, 별도의 리더기 또는 무선신호를 통해 생체이식 센서가 측정한 생체정보를 수집할 수 있는 기술들이 소개되고 있다.
또한, 이러한 생체이식 센서는 별도의 배터리가 없이도 무선전력을 통해 동작을 위한 전원을 공급받을 수 있으며, 최소화된 크기로 이식됨으로써 이식에 따른 부작용을 줄일 수 있고, 간단한 생체신호 측정이나 약물 주입 등에도 효과적으로 활용될 수 있다.
생체이식 센서를 이용하는 경우 생물체로부터 다양한 유형의 생체신호를 수집할 수 있으며, 이를 이용하여 생물체의 다양한 상태변화를 효과적으로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 심전도와 같은 표준 신호유형을 사용자의 생체신호로서 수집하여 생체신호 레퍼런스 모델을 통해 생체신호의 이상을 감지 또는 예지할 수 있는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치는 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정하는 사용자 유형 결정부; 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정하는 사용자 움직임 측정부; 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하고 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 처리부; 및 상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 상기 사용자 움직임 및 상기 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 상기 사용자 이상상황을 기초로 상기 생체동작 지시를 제공하는 사용자 이상상황 추정부;를 포함한다.
상기 사용자 유형 결정부는 사용자 단말로부터 사용자의 키, 몸무게, 성별 및 연령을 포함하는 상기 사용자 신체 프로파일을 입력받을 수 있다.
상기 사용자 움직임 측정부는 상기 웨어러블 기기로부터 상기 사용자 움직임에 관한 위치 정보, 가속도 정보, 각속도 정보 및 생체 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다.
상기 생체 처리부는 상기 생체동작 지시에 따라 상기 생체 내에 약물을 주입하거나 또는 전기적 자극을 제공하는 동작을 수행할 수 있다.
상기 생체 처리부는 상기 임플란트 생체 센서에게 무선전력을 전송하여 상기 주기적 사용자 생체신호의 수집 동작을 제어할 수 있다.
상기 사용자 이상상황 추정부는 상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호에 관한 특징 벡터를 생성하고 상기 특징 벡터를 입력으로 수신하여 상기 사용자 이상상황에 관한 상황 벡터를 출력으로 생성하는 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델을 구축할 수 있다.
상기 사용자 이상상황 추정부는 상기 사용자 이상상황에 따라 상기 임플란트 생체 센서로 전송되는 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 결정하고 상기 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 포함하는 상기 생체동작 지시를 생성할 수 있다.
실시예들 중에서, 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 방법은 사용자 유형 결정부를 통해, 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정하는 단계; 사용자 움직임 측정부를 통해, 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정하는 단계; 생체 처리부를 통해, 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하거나 또는 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행하는 단계; 및 사용자 이상상황 추정부를 통해, 상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 상기 사용자 움직임 및 상기 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 상기 사용자 이상상황을 기초로 상기 생체동작 지시를 제공하는 단계;를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치 및 방법은 심전도와 같은 표준 신호유형을 사용자의 생체신호로서 수집하여 생체신호 레퍼런스 모델을 통해 생체신호의 이상을 감지 또는 예지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 분석 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 생체신호 분석 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 주기적 사용자 생체신호의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 생체신호 분석 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 주기적 사용자 생체신호의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 분석 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체신호 분석 시스템(100)은 생체 센서(110), 생체신호 분석 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
생체 센서(110)는 생물체의 체내에 배치되어 생체신호를 측정하거나 수집하는 임플란트 바이오 센서(bio-sensor)에 해당할 수 있다. 생체 센서(110)는 임플란트 기판(implantable substrate)을 포함하여 구현될 수 있으며, 임플란트 기판에 의해 주요 구성(component)들이 배치되어 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있으며, 생체 내 이식된 상태에서 생체 조직의 변화에 적응적으로 결합될 수 있다.
또한, 생체 센서(110)는 사용자의 신체에 부착되거나 또는 신체 내에 이식되어 운용 가능한 단말 장치로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 생체 센서(110)로 구현될 수 있으나, 필요에 따라 복수개로 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 각 생체 센서(110)는 서로 다른 사용자들에 부착 또는 이식될 수 있고, 동일 사용자에 대해 동시에 다수가 부착 또는 이식될 수 있다.
또한, 생체 센서(110)는 본 발명에 따른 생체신호 분석 시스템(100)을 구성하는 하나의 장치로서 구현될 수 있으며, 생체신호 분석 시스템(100)은 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 목적에 따라 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
또한, 생체 센서(110)는 생체신호 분석 장치(130)와 무선으로 연결되어 동작 가능하도록 구현될 수 있으며, 다양한 유형의 센서들을 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 특히, 생체 센서(110)는 독립적인 동작 수행을 위하여 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 생체 센서(110)는 생체신호 분석 장치(130)와 NFC(Near Field Communication), BT(BlueTooth) 등의 근거리 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 무선전력 신호를 수신하여 별도의 전원 장치 없이도 독립적으로 동작하도록 구현될 수 있다. 따라서, 생체 센서(110)가 복수로 구현된 경우 각 센서는 생체신호 분석 장치(130)와 1:N 다채널 무선 통신을 수행할 수 있다.
생체신호 분석 장치(130)는 생체 센서(110)와 연동하여 사용자로부터 수집된 생체신호를 수신하고 이를 분석하는 동작을 수행하는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(130)는 생체 센서(110)과 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 생체 센서(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(130)는 독립된 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 생체신호 분석 장치(130)는 생체 센서(110)에게 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송(wireless power transfer, WPT) 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 무선전력 전송 모듈은 전력을 무선으로 전송하기 위하여 안테나(antenna)를 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송 모듈은 루프 안테나(loop antenna)를 포함할 수 있으며, 루프 안테나와 연결된 리더기(reader)를 더 포함할 수 있다.
데이터베이스(150)는 생체신호 분석 장치(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 사용자로부터 수집된 생체신호 정보를 저장하거나 또는 생체신호 분석을 위한 알고리즘 및 무선 통신과 전력을 위한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 생체신호 분석 장치(130)가 생체 센서(110)와 연동하여 생체신호를 수집하고 분석하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 생체신호 분석 장치(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 논리적인 저장장치로서 생체신호 분석 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 생체신호 분석 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 유형 결정부(210), 사용자 움직임 측정부(230), 생체 처리부(250), 사용자 이상상황 추정부(270) 및 제어부(도 2에 미도시함)를 포함할 수 있다.
사용자 유형 결정부(210)는 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정할 수 있다. 여기에서, 사용자 신체 프로파일은 사용자의 신체에 관한 물리적, 화학적 또는 생리학적 특성 정보를 포함하는 고유의 신체 데이터 집합에 해당할 수 있다. 사용자 유형 결정부(210)는 사용자의 신체적 특성을 분류하거나 또는 구분하는데 활용 가능한 요소들을 프로파일 항목으로 정의할 수 있고, 사용자마다 정의되는 사용자 신체 프로파일에 따라 사용자 유형을 결정할 수 있다.
한편, 사용자 유형은 사용자의 신체적 특성 정보를 기준으로 사전에 정의된 유형 정보에 해당할 수 있다. 예를 들어, 사용자 유형은 건강 상태를 기준으로 빈약형, 일반형, 건강형 등으로 정의될 수 있고, 반응 상태를 기준으로 민감형, 보통형, 둔감형 등으로 정의될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 적용되는 기준에 따라 다양한 유형으로 정의될 수 있음은 물론이다.
일 실시예에서, 사용자 유형 결정부(210)는 사용자 단말로부터 사용자의 키, 몸무게, 성별 및 연령을 포함하는 사용자 신체 프로파일을 입력받을 수 있다. 이를 위하여, 사용자 유형 결정부(210)는 사용자 단말 상에서 실행되는 전용 프로그램 또는 어플리케이션을 통해 사용자 신체 프로파일 입력을 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 사용자 유형 결정부(210)는 사용자 단말로부터 입력된 사용자 정보를 사용자 신체 프로파일의 각 프로파일 항목에 매칭할 수 있으며, 일부 프로파일 항목에 대한 사용자 입력이 존재하지 않는 경우에도 이미 입력된 정보를 기반으로 나머지 항목을 추정하여 사용자 신체 프로파일을 완성할 수 있다.
사용자 움직임 측정부(230)는 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정할 수 있다. 웨어러블 기기는 사용자의 신체에 장착 또는 부착되어 동작하면서 사용자의 움직임에 관한 다양한 정보를 측정하고 수집할 수 있다. 사용자 움직임 측정부(230)는 웨어러블 기기와 연동하여 사용자 움직임에 관한 정보를 수집할 수 있다. 즉, 사용자 움직임은 사용자의 신체 움직임 과정에서 측정 및 수집된 정보에 해당할 수 있다. 웨어러블 기기는 다양한 센서를 포함하여 구현될 수 있고, 각 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 사용자 움직임에 관한 정보로서 수집할 수 있다. 사용자 움직임 측정부(230)는 웨어러블 기기와 무선으로 연결될 수 있으며, 실시간 또는 주기적으로 사용자 움직임에 관한 정보를 수신하여 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 움직임 측정부(230)는 웨어러블 기기로부터 사용자 움직임에 관한 위치 정보, 가속도 정보, 각속도 정보 및 생체 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 위치 정보는 GPS(Global Position System) 센서 등을 통해 측정되는 좌표 정보에 해당할 수 있고, 가속도 정보는 가속도(Acceleration) 센서를 통해 측정되는 센서 데이터에 해당할 수 있으며, 사용자 움직임에 관한 x축, y축 및 z축 방향의 가속도가 g 단위 값으로 표현될 수 있다. 각속도 정보는 자이로(gyro) 센서를 통해 측정되는 센서 데이터에 해당할 수 있으며, 사용자 움직임에 관한 각속도가 degree/sec 단위 값으로 표현될 수 있다. 생체 정보는 사용자 움직임에 따라 변화하는 생체신호 데이터에 해당할 수 있으며, 체온, 심박수, ECG 및 ECOG 신호 등을 포함할 수 있다.
생체 처리부(250)는 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하고 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행할 수 있다. 여기에서, 주기적 사용자 생체신호는 심전도와 같이 주기적 패턴이 존재하는 생체신호에 해당할 수 있다. 또한, 생체 센서는 생체 내 신호 수집 기능과 동작 수행 기능을 제공하도록 구현될 수 있으며, 동작 수행은 약물 주입이나 전기적 자극 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 처리부(250)는 생체동작 지시에 따라 생체 내에 약물을 주입하거나 또는 전기적 자극을 제공하는 동작을 수행할 수 있다. 생체동작 지시는 약물 투여량, 전기적 자극의 시간 및 세기 등에 관한 설정 정보를 포함할 수 있으며, 생체 처리부(250)는 생체동작 지시를 수신하는 경우 특정 동작을 수행하도록 임플란트 생체 센서를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 처리부(250)는 임플란트 생체 센서에게 무선전력을 전송하여 주기적 사용자 생체신호의 수집 동작을 제어할 수 있다. 임플란트 생체 센서는 생물체의 체내에 삽입되어 동작할 수 있으며, 별도의 전원없이 무선전력을 수신하여 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 생체 처리부(250)는 임플란트 생체 센서의 동작을 개시하기 위하여 무선전력의 전송 동작을 제어할 수 있다. 즉, 임플란트 생체 센서는 무선전력이 전송되는 동안 생체신호의 수집이나 약물 주입 등의 생체동작을 실행할 수 있으며, 무선전력의 전송이 중단되면 생체동작을 종료할 수 있다.
사용자 이상상황 추정부(270)는 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 사용자 움직임 및 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 사용자 이상상황을 기초로 생체동작 지시를 제공할 수 있다. 여기에서, 학습 대상자는 생체신호 레퍼런스 모델을 구축하기 위한 학습 데이터를 수집하는 대상 사용자에 해당할 수 있다. 또한, 생체신호 레퍼런스 모델은 주기적 사용자 생체신호를 입력으로 수신하여 사용자 이상상황에 관한 추정 결과를 출력으로 생성하는 딥러닝 모델에 해당할 수 있다.
특히, 생체신호 레퍼런스 모델은 기 정의된 사용자 유형 별로 독립적으로 구축될 수 있으며, 사용자 이상상황 추정부(270)는 사용자 유형 결정부(210)에 의해 결정된 사용자 유형에 따라 생체신호 레퍼런스 모델을 결정한 다음 사용자로부터 수집된 사용자 움직임 및 사용자 생체신호를 입력 데이터로 제공하여 사용자 이상상황에 대한 추정 결과를 획득할 수 있다. 이때, 사용자 이상상황은 저혈압, 심박수 이상, 의식 저하 등의 움직임 또는 생체신호의 비정상 상태를 나타낼 수 있다. 사용자 이상상황 추정부(270)는 사용자 이상상황이 검출된 경우 임플란트 생체 센서를 통해 약물 주입이나 전기적 자극 등의 응급 동작이 수행될 수 있도록 생체동작 지시를 생성하여 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 이상상황 추정부(270)는 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호에 관한 특징 벡터를 생성하고 특징 벡터를 입력으로 수신하여 사용자 이상상황에 관한 상황 벡터를 출력으로 생성하는 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델을 구축할 수 있다. 즉, 생체신호 레퍼런스 모델은 특징 벡터를 입력으로 수신하여 상황 벡터를 출력으로 생성하도록 설계될 수 있다. 특징 벡터는 각각 사용자 움직임 및 사용자 생체신호를 표현하는 성분들을 포함하여 생성될 수 있고, 상황 벡터는 사용자 이상상황의 발생 여부와 이상상황의 유형 정보 등을 표현하는 성분들을 포함하여 생성될 수 있다. 따라서, 사용자 이상상황 추정부(270)는 상황 벡터를 통해 사용자의 이상상황의 발생 여부와 함께 이상상황의 유형을 식별할 수 있으며, 이상상황에 적응적인 생체동작 지시를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 이상상황 추정부(270)는 사용자 이상상황에 따라 임플란트 생체 센서로 전송되는 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 결정하고 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 포함하는 생체동작 지시를 생성할 수 있다. 여기에서, 전송시간은 무선전력 전송 모듈을 통해 임플란트 생체 센서로 무선전력의 공급이 개시되는 시점에 해당할 수 있으며, 전송기간은 전송시간부터 무선전력의 공급이 계속되는 시간 간격에 해당할 수 있다. 따라서, 전송시간을 기준으로 전송기간이 경과한 시점에 무선전력 전송 모듈의 전송 동작은 종료될 수 있다. 사용자 이상상황 추정부(270)는 검출된 사용자 이상상황에 따라 전송시간 및 전송기간을 결정하여 생체동작 지시를 생성할 수 있다. 예를 들어, 사용자 이상상황이 긴급한 조치가 필요한 경우라면 사용자 이상상황 추정부(270)는 상황 발생 시점을 기준으로 빠른 시간 내에 생체동작이 개시되도록 생체동작 지시를 생성한 후 생체 처리부(250)에 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 이상상황 추정부(270)는 무선전력의 전송시간 및 전송기간에 매칭되는 무선전력 배분 스케쥴을 생성하고 무선전력 배분 스케쥴을 포함하는 생체동작 지시를 생성할 수 있다. 여기에서, 무선전력 배분 스케쥴은 무선전력이 공급되는 동안 임플란트 생체 센서의 동작을 위한 전력 분배 계획에 해당할 수 있다. 즉, 임플란트 생체 센서는 생체동작 지시에 따라 약물 주입 또는 전기적 자극을 제공하기 위하여 무선전력을 수신하는 동안 가상의 통신 경로를 활성화한 다음 무선전력 배분 스케쥴에 따라 무선전력을 분배할 수 있다.
한편, 임플란트 생체 센서는 무선전력 분배 스케쥴에 따라 서로 독립적인 복수의 통신 경로들을 설정할 수도 있으며, 이 경우 임플란트 생체 센서는 체내 프로세서를 통해 복수의 통신 경로들 중 어느 하나를 선택적으로 활성화할 수 있다. 또한, 임플란트 생체 센서는 무선전력 컨트롤러를 통해 복수의 통신 경로들 중에서 현재 활성화된 통신 경로를 따라 무선전력을 전송할 수 있으며, 통신 경로는 약물 주입 또는 전기적 자극을 수행하는 구성요소를 경유하도록 설정되어 외부로부터 무선전력이 공급되는 동안 생체동작이 실행되도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 이상상황 추정부(270)는 임플란트 생체 센서의 동작 상태에 따라 각 구성요소의 우선순위를 결정하고 해당 우선순위에 따라 생성된 무선전력 배분 스케쥴을 포함하는 생체동작 지시를 생성할 수 있다. 즉, 임플란트 생체 센서는 생체동작 지시에 포함된 무선전력 배분 스케쥴에 따라 가상의 통신 경로를 활성화한 다음 무선전력을 분배함으로써 우선순위가 높은 구성요소들에 무선전력이 우선적으로 전송되도록 할 수 있다.
제어부(도 2에 미도시함)는 생체신호 분석 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 사용자 유형 결정부(210), 사용자 움직임 측정부(230), 생체 처리부(250) 및 사용자 이상상황 추정부(270) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 유형 결정부(210)를 통해 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정할 수 있다(단계 S310). 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 움직임 측정부(230)를 통해 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정할 수 있다(단계 S330). 생체신호 분석 장치(130)는 생체 처리부(250)를 통해 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집할 수 있다(단계 S350).
또한, 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 이상상황 추정부(270)를 통해 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 사용자 움직임 및 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정할 수 있다(단계 S370). 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 이상상황 추정부(270)를 통해 사용자 이상상황을 기초로 생체동작 지시를 생체 처리부(250)에 제공할 수 있으며(단계 S390), 이에 따라 생체 처리부(250)는 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4를 참조하면, 생체 센서(110)는 임플란트 기판 상에 배치된 체내 센서(410), 체내 프로세서(430), 체내 메모리(450) 및 무선전력 컨트롤러(490)를 포함하는 생체신호 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 임플란트 기판은 생체 이식 가능한 유연소재 또는 생체적합성 있는 물질로 구현될 수 있으며, 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다. 예를 들어, 생체적합성 있는 물질은 생체 조직에 대한 실질적 염증반응 또는 면역반응을 일으키지 않는 물질에 해당할 수 있다.
구체적으로, 체내 센서(410)는 센서 소켓을 통해 임플란트 기판과 연결될 수 있다. 이때, 센서 소켓은 다양한 체내 센서(410)와 물리적으로 결합 가능하도록 구현될 수 있다. 또한, 센서 소켓은 필요에 따라 하나 이상의 소켓들을 포함하여 구현됨으로써 복수의 체내 센서(410)들로 확장 가능한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서 소켓은 시리얼 인터페이스(Serial Interface), 범용 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)등을 포함할 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 측정하고자 하는 생체신호의 유형과 특성에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 밴드 패스 필터(Band pass filter), 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier), AD 컨버터(ADC) 등을 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로서, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 차동 증폭기(Differential Amplifier), 하이패스 필터(High-pass filter), 비교기(Comparator) 등을 포함하여 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 구성들을 선택적으로 포함하여 구현될 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 온도 센서, PPG(Photoplethysmogram) 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등을 포함할 수 있다. 온도 센서는 체내의 온도를 측정하는 센서이고, PPG 센서는 광혈류측정 센서로서 조직 내 혈류의 변화를 측정하는 센서이며, ECG(Electorcardiogram) 센서는 심전도 센서로서 심장근육의 수축 및 이완시 발생하는 전위 신호를 측정하는 센서이고, ECOG(ElectroCorticography) 센서는 뇌의 전기신호를 측정하는 센서이다. 체내 센서(410)는 측정하는 데이터 특성 및 센서 유형에 따라 생체신호 측정에 적합한 체내 위치가 결정될 수 있다.
체내 프로세서(430)는 MCU(예: CPU 등)로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 이에 따라, 생체신호를 저장하는 체내 메모리(450)는 MCU의 내부 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 체내 메모리(450)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 체내 프로세서(430)에 의해 접근될 수 있으며, 무선 네트워크를 통해 생체신호 분석 장치(130)에 전달됨으로써 본 발명에 따른 생체신호 분석 과정에서 사용될 수 있다.
무선전력 컨트롤러(470)는 임플란트 기판 상에 배치되고 데이터 전송 및 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 무선전력 컨트롤러(470)는 무선 전력 및 데이터 통신을 위해 안테나와 직접 연결될 수 있으며, NFC 인터페이스(NFC Interface)와 레귤레이터(Regulator) 등을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 컨트롤러(470)는 외부의 전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 경우 체내 프로세서(430)에 의해 설정된 전송 경로를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 컨트롤러(470)는 체내 프로세서(430)와 연결될 수 있고, 외부로부터 공급된 무선전력을 가상의 전송 채널을 통해 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 주기적 사용자 생체신호의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 생체신호 분석 장치(130)는 생체 처리부(250)를 통해 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서(110)를 이용하여 주기적 사용자 생체신호를 수집하고 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행할 수 있다. 이때, 주기적 사용자 생체신호는 심전도와 같이 주기적 패턴이 존재하는 생체신호에 해당할 수 있다. 예를 들어, 그림 (a)는 정상인의 심전도 파형(normal ECG)에 해당할 수 있고, 그림 (b)는 서맥성 부정맥(1분 50회 미만), 그림 (c)는 빈맥성 부정맥(1분 100회 이상), 그림 (d)는 조기박동(조기 한두번 엇박자), 그림 (e)는 심방세동(서맥, 빈맥, 불규칙 동반)에 관한 심전도 파형에 해당할 수 있다.
생체신호 분석 장치(130)는 임플란트 생체 센서(110)에 의해 수집된 생체신호를 분석하여 사용자 이상상황을 추정할 수 있으며, 그림 (d) 및 (e)와 같이 사용자의 움직임이나 또는 사용자의 생체신호로부터 사용자의 이상상황을 검출할 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(130)는 사용자 이상상황이 검출되면 생체동작 지시를 생성할 수 있고, 생체 처리부(250)를 통해 임플란트 생체 센서(110)의 동작을 제어함으로써 사용자 이상상황에 효과적으로 대응할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 생체신호 분석 시스템
110: 생체 센서 130: 생체신호 분석 장치
150: 데이터베이스
210: 사용자 유형 결정부 230: 사용자 움직임 측정부
250: 생체 처리부 270: 사용자 이상상황 추정부
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
110: 생체 센서 130: 생체신호 분석 장치
150: 데이터베이스
210: 사용자 유형 결정부 230: 사용자 움직임 측정부
250: 생체 처리부 270: 사용자 이상상황 추정부
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
Claims (8)
- 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정하는 사용자 유형 결정부;
웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정하는 사용자 움직임 측정부;
생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하고 생체동작 지시에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 처리부; 및
상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 상기 사용자 움직임 및 상기 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 상기 사용자 이상상황을 기초로 상기 생체동작 지시를 제공하는 사용자 이상상황 추정부;를 포함하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 유형 결정부는
사용자 단말로부터 사용자의 키, 몸무게, 성별 및 연령을 포함하는 상기 사용자 신체 프로파일을 입력받는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 움직임 측정부는
상기 웨어러블 기기로부터 상기 사용자 움직임에 관한 위치 정보, 가속도 정보, 각속도 정보 및 생체 정보 중 적어도 하나를 수신하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 처리부는
상기 생체동작 지시에 따라 상기 생체 내에 약물을 주입하거나 또는 전기적 자극을 제공하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 처리부는
상기 임플란트 생체 센서에게 무선전력을 전송하여 상기 주기적 사용자 생체신호의 수집 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 이상상황 추정부는
상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호에 관한 특징 벡터를 생성하고 상기 특징 벡터를 입력으로 수신하여 상기 사용자 이상상황에 관한 상황 벡터를 출력으로 생성하는 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델을 구축하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 이상상황 추정부는
상기 사용자 이상상황에 따라 상기 임플란트 생체 센서로 전송되는 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 결정하고 상기 무선전력의 전송시간 및 전송기간을 포함하는 상기 생체동작 지시를 생성하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 장치.
- 주기적 생체신호 분석 장치에서 수행되는 주기적 생체신호 분석 방법에 있어서,
사용자 유형 결정부를 통해, 사용자 신체 프로파일을 획득하여 사용자 유형을 결정하는 단계;
사용자 움직임 측정부를 통해, 웨어러블 기기를 통해 사용자 움직임을 측정하는 단계;
생체 처리부를 통해, 생체 내에 삽입된 임플란트 생체 센서를 통해 주기적 사용자 생체신호를 수집하는 단계; 및
사용자 이상상황 추정부를 통해, 상기 사용자 유형 별로 학습 대상자의 움직임 및 생체신호로 학습된 사용자 유형별 생체신호 레퍼런스 모델에 상기 사용자 움직임 및 상기 사용자 생체신호를 제공하여 사용자 이상상황을 추정하고 상기 사용자 이상상황을 기초로 상기 생체동작 지시를 제공하는 단계;를 포함하는 인공지능 기반의 주기적 생체신호 분석 방법.
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|---|---|
| KR (1) | KR20240052615A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
-
2023
- 2023-03-28 KR KR1020230040624A patent/KR20240052615A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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