KR100866545B1 - Wearable bio-signal detecting system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용량성(capacitive, 캐패시티브) 전극과 센서를 이용하여 인체의 혈류나 호흡 등의 생체신호를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact wearable wireless biosignal measuring system capable of real-time monitoring of biosignals such as blood flow and respiration of a human body using capacitive electrodes and sensors.

본 발명은 인체에 착용되어 복부의 체적변화를 검출하는 착용형 신호검출모듈과, 상기 착용형 신호검출모듈로부터 수신된 신호를 디스플레이하는 신호분석 시스템으로 이루어진 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에 있어서, 상기 착용형 신호검출모듈은 호흡시 복부의 체적변화를 검출하는 2개의 캐패시티브 전극(Capacitive Electrode); 상기 2개의 캐패시티브 전극으로부터 수신된 신호로부터 캐패시턴스 신호를 검출하고 A/D변환하여 출력하는 용량성 센서;로 이루어진 캐패시턴스 신호검출부를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 착용형 신호검출모듈은 상기 캐패시턴스 신호검출부로부터 수신된 신호에서 디지탈 필터링하여 잡음을 제거하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서의 출력신호를 무선 전송하는 송신부;를 더 구비한다.The present invention provides a non-contact wearable wireless biosignal measuring system including a wearable signal detection module that is worn on a human body and detects a volume change of the abdomen, and a signal analysis system that displays a signal received from the wearable signal detection module. The wearable signal detection module may include two capacitive electrodes detecting a volume change of the abdomen when breathing; And a capacitive signal detector comprising at least one of a capacitive sensor configured to detect and A / D convert a capacitance signal from the signals received from the two capacitive electrodes and output the converted signal. The wearable signal detection module further includes: A microprocessor that removes noise by digitally filtering a signal received from the capacitance signal detector; And a transmitter for wirelessly transmitting the output signal of the microprocessor.

용량성센서, 캐패시티브 전극, 호흡, 착용 Capacitive Sensors, Capacitive Electrodes, Breathing, Wear

Description

비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템{Wearable bio-signal detecting system}Non-contact wearable bio-signal detecting system {Wearable bio-signal detecting system}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a wearable wireless biosignal measurement system of a non-contact type according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 마이크로프로세서에서의 저역 통과 필터를 설명하기 위한 블럭도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a low pass filter in the microprocessor of FIG. 1.

도 3은 도 1의 마이크로프로세서에서의 고역 통과 필터를 설명하기 위한 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating a high pass filter in the microprocessor of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 일예이다. 4 is an example of a wearable wireless biosignal measuring system of the present invention.

도 5는 도 4의 착용형 신호검출모듈을 실제 착용한 모습을 나타낸다.5 illustrates a state in which the wearable signal detection module of FIG. 4 is actually worn.

도 6은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 다른 일예이다.6 is another example of the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention.

도 7은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템으로 측정한 결과의 일예이다.7 is an example of the results measured by the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention.

도 8은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템이 의류형태로 제공될 수 있음을 설명하는 설명도이다.8 is an explanatory diagram illustrating that the wearable wireless biosignal measuring system of the present invention can be provided in a garment form.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

10: 착용형 신호검출모듈 20: 신호분석 시스템10: wearable signal detection module 20: signal analysis system

100: 캐패시턴스 신호검출부 110,120: 캐패시티브 전극100: capacitance signal detection unit 110, 120: capacitive electrode

150: 용량성 센서 200: 마이크로프로세서150: capacitive sensor 200: microprocessor

300: 송신부 400: 수신부300: transmitter 400: receiver

500: 신호분석부500: signal analysis unit

본 발명은 용량성(capacitive, 캐패시티브) 전극과 센서를 이용하여 인체의 혈류나 호흡 등의 생체신호를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact wearable wireless biosignal measuring system capable of real-time monitoring of biosignals such as blood flow and respiration of a human body using capacitive electrodes and sensors.

사회가 발전함에 따라 대기오염 및 스트레스로 인한 흡연율 증가 등으로 인해 호흡기 계통 질환으로 사망하는 인구가 늘어나고 있을 뿐만 아니라, 신세대 부모의 부주의로 영유아의 질식사 사건도 심심치 않게 보도되고 있다. 따라서 호흡기 질환을 앓고 있는 환자나 스스로 자신의 몸을 가누기 어려운 장애인 혹은 영유아의 경우 언제 어디에 있더라도 간편하게 착용하여 실시간으로 호흡을 측정, 호흡의 이상여부를 보호자, 또는 병원의 주치의에게 곧바로 경고해주어 즉각적인 응급치료를 가능하게 하는 생체신호 측정 시스템이 필요하다. As the society develops, not only is the population dying from respiratory diseases due to air pollution and increased smoking rates due to stress, but also the cases of suffocation of infants and toddlers due to carelessness of new parents. Therefore, in case of a patient with a respiratory disease or a disabled person or infant who is unable to cover his or her own body, it is easy to wear it anytime and anywhere to measure breathing in real time, and immediately warn the guardian or the doctor of the hospital if there is an abnormality in breathing. There is a need for a biosignal measurement system that enables the use of a biosignal.

또한 유비쿼터스 의료 시스템에 접목시키기 위하여, 착용이 용이하고 실시간으로 모니터링이 가능하면서 전기적 안정성을 도모할 수 있는 생체신호 측정 시스템도 요망된다.In addition, in order to integrate the ubiquitous medical system, there is a need for a biosignal measurement system that can be easily worn and monitored in real time, and can achieve electrical stability.

그러나 현재까지는 적절한 실시간 호흡 측정 시스템이 미비한 실정에 있다.However, until now, adequate real-time respiration measurement system is lacking.

따라서 본 발명에서는 호기와 흡기에 따라 캐패시티브 전극 사이의 캐패시턴스가 변화한다는 사실을 이용하여 이 캐패시턴스의 변화를 통해 흡기와 호기의 정상 유무를 측정해줄 수 있는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템을 제공한다. 또한 본 발명의 생체신호 측정 시스템은 착용이 용이하고 실시간으로 모니터링이 가능하면서 전기적 안정성을 갖추고 있다.Therefore, the present invention uses the fact that the capacitance between the capacitive electrode changes according to the exhalation and inspiration, the contactless wearable wireless biosignal measuring system that can measure the normal presence of the intake and exhalation through the change of the capacitance To provide. In addition, the biosignal measuring system of the present invention is easy to wear and can be monitored in real time, and has electrical stability.

본 발명에서 사용된 용량성 센서와 전극은 비접촉 방식으로 전기적으로 매우 안정하며, 오랜 시간 착용하고 있어도 기존의 다른 종류의 생체 전극과는 달리 인체에 직접적 해를 입히지 않으며, 또한 소형으로 의복에 간단히 부착 가능하고, 띠 또는 벨트 타입의 착용형(wearable, 웨어러블)으로 무구속적인 상태에서 간편하게 생체신호를 측정할 수 있으며, 또한 블루투스 무선 통신 모듈을 이용하여 측정된 생체신호를 실시간으로 컴퓨터(PC)나 울트라 모바일 컴퓨터(ultra mobile PC)에서 편리하게 확인 가능하다.The capacitive sensor and the electrode used in the present invention are electrically stable in a non-contact manner, and unlike other conventional types of biological electrodes, even if worn for a long time, they do not directly harm the human body and are small and simply attached to clothes. It is possible to measure the bio-signals easily in the unrestrained state by the wearable of the belt or belt type. Also, the bio-signals measured by the Bluetooth wireless communication module can be measured in real time using a computer or a PC. It can be conveniently checked on an ultra mobile PC.

따라서, 본 발명은 착용이 용이하며, 혈류 장애 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 환자나, 스스로 자신의 몸을 가누기 어려운 장애인, 혹은 신생아 중환자실에 있는 영유아에게서 실시간으로 호흡 및 혈류 등의 생체신호를 측정할 수 있고, 측정된 신호의 이상 여부를 보호자, 또는 병원의 주치의에게 전송하여 즉각적인 응급치료를 가능하며, 운동 중인 일반인이나 운동선수들의 건강상태 점검 시 무구속적으로 생체신호를 측정할 수 있으며, 소방관의 임무 수행 시 소방관의 건강 상태를 실시간으로 확인 할 수 있다.Therefore, the present invention is easy to wear, it is possible to measure the bio-signal, such as breathing and blood flow in real time in patients suffering from blood flow disorders or respiratory diseases, disabled people who are difficult to cover their own body, or infants in the neonatal intensive care unit It is possible to provide immediate emergency treatment by sending the abnormality of the measured signal to the guardian or the attending physician of the hospital, and to measure the vital signs unconditionally when checking the health status of the general public or athletes who are exercising. You can check the health status of firefighters in real time.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 용량성 전극과 센서를 이용하여 인체의 혈류와 호흡 등의 생체신호를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a non-contact wearable wireless bio-signal measurement system that can monitor in real time the bio-signals, such as blood flow and respiration of the human body using a capacitive electrode and sensor.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 착용이 용이하고, 실시간으로 모니터링이 가능하며, 전기적 안정성을 갖추고 있으며, 장시간 착용하여도 인체에 직접적 해를 입히지 않으며, 무구속적인 상태에서 신호를 측정할 수 있는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is easy to wear, can be monitored in real time, has electrical stability, does not harm the human body even if worn for a long time, can measure the signal in an unrestrained state The present invention provides a non-contact wearable wireless biosignal measurement system.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 혈류 장애 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 환자나, 스스로 자신의 몸을 가누기 어려운 장애인, 혹은 신생아 중환자실에 있는 영유아에게서 실시간으로 호흡 및 혈류 등의 생체신호를 측정할 수 있으며, 측정된 신호의 이상 여부를 보호자, 또는 병원의 주치의에게 전송하여 즉각적인 응급치료를 가능하게 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to measure bio signals such as respiration and blood flow in real time in a patient suffering from a blood flow disorder or respiratory disease, a disabled person who is unable to cover his or her body, or an infant in the intensive care unit of a newborn. In addition, the present invention provides a non-contact wearable wireless biosignal measurement system that transmits an abnormality of a measured signal to a guardian or a doctor of a hospital to enable immediate emergency treatment.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of a wearable wireless biosignal measuring system of a non-contact type according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 구성도로, 착용형 신호검출모듈(10)과 신호분석 시스템(20)로 이루어진다. 착용형 신호검출모듈(10)은 캐패 시턴스 신호검출부(100), 마이크로프로세서(200), 송신부(300)로 구성되며, 신호분석 시스템(20)은 수신부(400), 신호분석부(500)로 구성된다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a wearable wireless biosignal measurement system of a non-contact type according to an exemplary embodiment of the present invention, and includes a wearable signal detection module 10 and a signal analysis system 20. . The wearable signal detection module 10 includes a capacitance signal detection unit 100, a microprocessor 200, and a transmission unit 300, and the signal analysis system 20 includes a receiver 400 and a signal analyzer 500. It consists of.

착용형 신호검출모듈(10)은 인체에 착용하여 복부의 체적변화를 검출하고 검출된 신호를 신호분석 시스템(20)으로 전송하는 모듈이다.The wearable signal detection module 10 is a module worn on the human body to detect a volume change of the abdomen and transmit the detected signal to the signal analysis system 20.

캐패시턴스 신호검출부(100)는 호흡시 복부의 체적변화를 검출하는 것으로, 즉, 호흡관련신호를 검출하는 것으로, 2개의 캐패시티브 전극(Capacitive Electrode)(110, 120)을 구비한다. 캐패시턴스 신호검출부(100)는 2개의 캐패시티브 전극(110, 120)으로부터 신호를 검출하고 이 신호를 A/D변환하여 출력한다. 캐패시턴스 신호검출부(100)는 2개의 캐패시티브 전극(110, 120)과 용량성 센서(150)로 이루어질 수 있다.The capacitance signal detecting unit 100 detects a volume change of the abdomen when breathing, that is, detects a breathing related signal, and includes two capacitive electrodes 110 and 120. The capacitance signal detection unit 100 detects a signal from the two capacitive electrodes 110 and 120, and A / D converts the signal and outputs the signal. The capacitance signal detector 100 may be formed of two capacitive electrodes 110 and 120 and a capacitive sensor 150.

캐패시티브 전극(110, 120)은 절연필름 사이에 얇은 전도성 박막을 넣어 구성된 전극이다. 상기 전도성 박막으로 알루미늄 호일을 이용할 수 있다.Capacitive electrodes 110 and 120 are electrodes formed by inserting a thin conductive thin film between insulating films. Aluminum foil may be used as the conductive thin film.

용량성 센서(150)는 2개의 캐패시티브 전극(110, 120)으로부터 수신된 신호로부터 캐패시턴스 신호를 검출하고 이 신호를 A/D변환하여 출력한다. 용량성 센서(150)는 QT300(QUANTUM사)을 사용할 수 있으며, QT300은 스위칭 방식을 통해 캐패시턴스를 측정하는 센서로, 하나의 IC로 이루어져 있어 별도의 증폭단이 필요 없고, 측정된 캐패시턴스를 디지털 값으로 출력하므로 A/D 변환기가 필요하지 않아 간소화가 필수적인 착용형(wearable) 시스템에 적합하다. QT300은 캐패시턴스 샘플링 주파수는 41Hz이고, 캐패시턴스 변환 디지트 값은 16bit 값으로 출력한다. 경우에 따라서 본 발명에서 용량성 센서(150)는 증폭기, A/D변환기, 마이크로콘크롤러 유닛(MCU) 등으로 대체하여 구성할 수 있다.The capacitive sensor 150 detects the capacitance signal from the signals received from the two capacitive electrodes 110 and 120, and A / D converts the signal and outputs the signal. The capacitive sensor 150 may use QT300 (QUANTUM Co., Ltd.), and the QT300 is a sensor for measuring capacitance through a switching method. It is composed of one IC so that no separate amplifier stage is required, and the measured capacitance is converted into a digital value. The output eliminates the need for an A / D converter, making it ideal for wearable systems that require simplicity. The QT300 outputs a capacitance sampling frequency of 41Hz and a capacitance conversion digit value of 16 bits. In some cases, in the present invention, the capacitive sensor 150 may be replaced by an amplifier, an A / D converter, a microconcrete unit (MCU), or the like.

마이크로프로세서(200)는 용량성 센서(150)의 출력신호로부터 고주파 잡음을 제거해주고, 이를 송신부(200)로 출력한다. 마이크로프로세서(200)는 디지탈 저역통과필터로 고주파 성분 노이즈를 제거하고, 디지탈 고역통과필터로 저주파 성분 노이즈를 제거하도록 이루어진다. 마이크로 프로세서(200)로는 PIC16F74을 사용할 수 있다. 마이크로프로세서(200)의 디지탈 저역통과필터로 45Hz 10차 FIR 저역 통과 필터를 이용할 수 있으며, 마이크로프로세서(200)의 디지탈 고역통과필터로는 0.75Hz 1차 IIR 고역 통과 필터를 이용하여 기저선 제거와 같은 저주파 성분 노이즈를 제거할 수 있다.The microprocessor 200 removes high frequency noise from the output signal of the capacitive sensor 150 and outputs it to the transmitter 200. The microprocessor 200 is configured to remove high frequency component noise with a digital low pass filter and to remove low frequency component noise with a digital high pass filter. The PIC16F74 may be used as the microprocessor 200. A digital low pass filter of the microprocessor 200 may use a 45 Hz 10th order FIR low pass filter, and the digital high pass filter of the microprocessor 200 may use a 0.75 Hz first order IIR high pass filter to remove the baseline. Low frequency component noise can be removed.

송신부(200)는 마이크로프로세서(200)의 출력신호를 무선 송신한다. 송신부(200)는 블루투수 송신부로 이루어질 수 있다.The transmitter 200 wirelessly transmits an output signal of the microprocessor 200. The transmitter 200 may be a blue pitcher transmitter.

즉, 착용형 신호검출모듈(10)는 복부에 캐패시티브 전극(110, 120)을 양쪽에 부착되게 하고 캐패시티브 전극(110, 120)과 연결된 용량성 센서(150)로 복부의 캐패시턴스를 측정하여, 이 측정된 디지털 신호를 마이크로 프로세서(200)에서 수신하여 고주파 잡음신호를 제거해주는 디지털 신호처리 과정을 거치게 되며, 상기 디지털 신호처리 과정을 거친 데이터를 송신부(300)을 통해 무선 전송한다. 이렇게 캐패시턴스 신호검출부(100), 마이크로프로세서(200), 송신부(300)로 이루어진 착용형 신호검출모듈(10)는 몸에 장착되는 부분으로, 벨트형이나 의복형으로 이루어진다. 착용형 신호검출모듈(10)은 자체에 배터리(미도시)를 내장하여 구동되어 질 수 있다.That is, the wearable signal detection module 10 attaches the capacitive electrodes 110 and 120 to both sides of the abdomen, and uses the capacitive sensor 150 connected to the capacitive electrodes 110 and 120 to provide the abdominal capacitance. After the measurement, the measured digital signal is received by the microprocessor 200 and undergoes a digital signal processing to remove the high frequency noise signal, and wirelessly transmits the data that has undergone the digital signal processing through the transmitter 300. The wearable signal detection module 10 including the capacitance signal detection unit 100, the microprocessor 200, and the transmission unit 300 is a belt type or a garment type that is mounted on the body. The wearable signal detection module 10 may be driven by embedding a battery (not shown) in itself.

신호분석 시스템(20)은 착용형 신호검출모듈(10)로부터 수신된 신호를 연산처리하고 디스플레이한다. The signal analysis system 20 processes and displays a signal received from the wearable signal detection module 10.

수신부(400)는 송신부(200)로부터 전송된 신호를 무선 수신하여 신호분석부(500)로 출력한다. 수신부(400)는 블루투스 수신부로 이루어질 수 있다.The receiver 400 wirelessly receives a signal transmitted from the transmitter 200 and outputs the signal to the signal analyzer 500. The receiver 400 may be a Bluetooth receiver.

신호분석부(500)는 수신부(400)의 출력신호를 디스플레이하고, 저장하며, 연산처리하여 호흡수(분당 호흡수) 등을 구한다. 신호분석부(500)는 컴퓨터(PC)나 울트라 모바일 컴퓨터(ultra mobile PC)으로 이루어질 수 있다. The signal analyzer 500 displays the output signal of the receiver 400, stores the data, and calculates the respiratory rate (respiratory rate per minute). The signal analyzer 500 may be formed of a computer or an ultra mobile PC.

본 발명에서 인체의 호흡기전과 캐패시턴스간의 관계에 있어서, 절연물질을 중심으로 두 개의 전극판, 즉, 캐패시티브 전극으로 구성되는 캐패시터의 캐패시턴스, 즉 용량성 센서(150)의 출력값은 다음 수학식1에 의해 결정된다. In the present invention, in the relationship between the respiration mechanism and the capacitance of the human body, the capacitance of the capacitor composed of two electrode plates, that is, the capacitive electrode around the insulating material, that is, the output value of the capacitive sensor 150 is the following equation 1 Determined by

Figure 112007011151718-pat00001
Figure 112007011151718-pat00001

여기서 C는 두 개의 전극판(캐패시티브 전극)으로 구성되는 캐패시터의 캐패시턴스이며, X는 전극간의 거리이며, A는 전극판의 면적이며, ε0는 유전 상수이며, εr은 물질의 상대 유전 상수이다. 특히 자유공간에서ε0는 (1/36π)×10-9이라 할 수 있다.Where C is the capacitance of the capacitor consisting of two electrode plates (capacitive electrodes), X is the distance between the electrodes, A is the area of the electrode plate, ε 0 is the dielectric constant, and ε r is the relative dielectric of the material Is a constant. In particular, ε 0 in free space may be (1 / 36π) × 10 -9 .

복부를 중심으로 캐패시티브 전극 판을 양쪽에 부착하게 될 경우 호흡에 의한 체적변화에 대해 전극 판 사이 간극 X가 변화하여 캐패시턴스값이 변화된다. 또 한 흡기시 체내로 유입되는 공기는 복부의 상대 유전 상수를 변화시켜 결과적으로 캐패시턴스를 변화시킨다.When the capacitive electrode plate is attached to both sides around the abdomen, the gap X between the electrode plates changes with respect to the volume change caused by respiration, thereby changing the capacitance value. In addition, air entering the body during inspiration changes the relative dielectric constant of the abdomen, resulting in a change in capacitance.

도 2는 도 1의 마이크로프로세서에서의 저역 통과 필터를 설명하기 위한 블럭도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a low pass filter in the microprocessor of FIG. 1.

마이크로프로세서(200)는 고주파 성분 노이즈를 제거하기 위해 45Hz 10차 FIR 저역 통과 필터를 사용하였으며, 상기 FIR 저역통과 필터에 대한 설명은 도2와 같다.The microprocessor 200 used a 45 Hz 10 th order FIR low pass filter to remove high frequency component noise, and the FIR low pass filter is described in FIG. 2.

도 2에서와 같이 FIR 필터는 입력신호의 유한한 값들만을 가지고 필터링을 수행하는 비 회귀(non-recursive) 특성을 갖는 필터로서 수학식 2와 같다.As shown in FIG. 2, the FIR filter is a filter having a non-recursive characteristic that performs filtering with only finite values of an input signal.

Figure 112007011151718-pat00002
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여기서 X는 입력값이고, Y는 출력값이며, n은 차수이고, b는 필터의 계수이다.Where X is the input, Y is the output, n is the order, and b is the coefficient of the filter.

상기 FIR 필터는 차수가 높을수록 시간 지연(time delay)이 커지는 단점이 있지만, 피드백(feedback) 성분을 갖지 않으므로 선형위상특성, 즉 입력과 출력간의 파형의 형태가 잘 유지되고 항상 안정적인 장점이 있다. The FIR filter has a disadvantage in that a time delay is increased as the order is higher. However, since the FIR filter has no feedback component, the linear phase characteristic, that is, the waveform shape between the input and the output is well maintained and always stable.

도 3은 도 1의 마이크로프로세서에서의 고역 통과 필터를 설명하기 위한 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating a high pass filter in the microprocessor of FIG. 1.

마이크로프로세서(200)는 저주파 성분 노이즈를 제거하기 위해 0.75Hz 1차 IIR 고역 통과 필터를 사용하였으며, 상기 IIR 고역통과 필터에 대한 설명은 도3과 같다.The microprocessor 200 used a 0.75 Hz first order IIR high pass filter to remove low frequency component noise, and the description of the IIR high pass filter is shown in FIG. 3.

상기 IIR 고역통과 필터는 입력신호와 출력신호의 값이 회귀(recursive) 또는 피드백(feedback)적으로 적용되어 필터링이 수행되며, 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.In the IIR high pass filter, filtering is performed by recursively or feedbacking the values of the input signal and the output signal, and can be expressed by Equation 3 below.

Figure 112007011151718-pat00003
Figure 112007011151718-pat00003

여기서 X는 입력값이고, Y는 출력값이며, n은 차수이고, a, b는 필터의 계수이다.Where X is the input, Y is the output, n is the order, and a and b are the coefficients of the filter.

상기 IIR필터는 비선형성을 가지므로 입력과 출력파형이 유사하지 않다는 점과 시스템의 안정성을 보장할 수 없는 단점이 있으나, FIR 필터에 비해 적은 차수로 빠른 감쇠특성을 실현할 수 있다.Since the IIR filter has a nonlinearity, the input and output waveforms are not similar to each other, and the system stability cannot be guaranteed. However, the IIR filter can realize a fast attenuation characteristic with a lower order than the FIR filter.

도 4는 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 일예이며, 도 5는 도 4의 착용형 신호검출모듈을 실제 착용한 모습을 나타낸다.4 is an example of a wearable wireless biosignal measuring system of the present invention, and FIG. 5 shows a state in which the wearable signal detection module of FIG. 4 is actually worn.

도 4는 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에서 송신측인 착용형 신호검출모듈(10)과 수신측인 신호분석 시스템(20)의 일예를 나타낸다. 착용형 신호검출모듈(10)을 복부에 감아서 착용하도록 구성되어 있다. 착용형 신호검출모듈(10)의 캐패시티브 전극은 복대의 겉면에 장착되지 않고 그 내부에 장착되어, 캐패시티브 전극이 피부에 직접 닿지 않게 이루어져 있다. 4 illustrates an example of a wearable signal detection module 10 that is a transmitting side and a signal analysis system 20 that is a receiving side in a wearable wireless biosignal measurement system. The wearable signal detection module 10 is configured to be wound around the abdomen. The capacitive electrode of the wearable signal detection module 10 is not mounted on the outer surface of the bag but is mounted therein so that the capacitive electrode does not directly contact the skin.

도 6은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템의 다른 일예이다.6 is another example of the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention.

도 6은 착용형 신호검출모듈(10)이 벨트에 장착된 것으로, 착용형 신호검출모듈(10)의 캐패시티브 전극은 피부와 닿지 않도록 벨트 중간에 삽입된다.6 is a wearable signal detection module 10 is mounted on the belt, the capacitive electrode of the wearable signal detection module 10 is inserted in the middle of the belt so as not to contact the skin.

도 7은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템으로 측정한 결과의 일예이다.7 is an example of the results measured by the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention.

본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템으로 용량성 전극을 이용하여 호흡시(호기와 흡기) 커패시턴스의 변화를 측정한 결과가 도 7과 같다. 이는 호흡 측정시 주로 사용하는 써미스터를 이용한 결과와 같다. As a result of measuring a change in capacitance during breathing (expiration and inspiration) using the capacitive electrode in the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention, the result is shown in FIG. 7. This is the same as using the thermistor which is mainly used for respiration measurement.

도 8은 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템이 의류형태로 제공될 수 있음을 설명하는 설명도이다.8 is an explanatory diagram illustrating that the wearable wireless biosignal measuring system of the present invention can be provided in a garment form.

본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에서 착용형 신호검출모듈(10)이 의복에 장착되며, 착용형 신호검출모듈(10)에서 캐패시티브 전극이 의복의 내피와 외피사이에 내장된다. 즉 캐패시티브 전극을 포함한 의복이라 할 수 있다.In the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention, the wearable signal detection module 10 is mounted on a garment, and a capacitive electrode is embedded between the inner and outer shells of the garment in the wearable signal detection module 10. That is, it can be said to be a garment containing a capacitive electrode.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것이 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다. The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템은 비접촉 방식으로, 용량성 전극과 센서를 이용하여 인체의 혈류와 호흡 등의 생체신호를 실시간으로 모니터링 할 수 있으며, 착용이 용이하고, 전기적 안정성을 갖추 고 있으며, 장시간 착용하여도 인체에 직접적 해를 입히지 않으며, 무구속적인 상태에서 신호를 측정할 수 있다. As described above, the wearable wireless biosignal measurement system of the present invention is a non-contact method, it is possible to monitor the biological signals such as blood flow and respiration of the human body in real time using the capacitive electrode and sensor, it is easy to wear It is equipped with electrical stability, does not harm the human body even if worn for a long time, it can measure the signal in an unrestrained state.

또한 본 발명의 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템은 혈류 장애 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 환자나, 스스로 자신의 몸을 가누기 어려운 장애인, 혹은 신생아 중환자실에 있는 영유아에게서 실시간으로 호흡 및 혈류 등의 생체신호를 측정할 수 있으며, 측정된 신호의 이상 여부를 보호자, 또는 병원의 주치의에게 전송하여 즉각적인 응급치료를 가능하게 한다.In addition, the non-contact wearable wireless biosignal measurement system of the present invention is a real-time breathing and blood flow, such as in patients with blood flow disorders or respiratory diseases, disabled people difficult to cover their own body, or infants in the neonatal intensive care unit The biosignal can be measured, and the abnormality of the measured signal is transmitted to the guardian or the doctor of the hospital to enable immediate emergency treatment.

다시말해, 본 발명에서 사용된 용량성 센서와 전극은 비접촉 방식으로 전기적으로 매우 안정하며, 오랜 시간 착용하고 있어도 기존의 다른 종류의 생체 전극과는 달리 인체에 직접적 해를 입히지 않는다. 또한 본 발명의 착용형 신호검출모듈(10)은 소형화가 가능하여, 의복에 간단히 부착 가능하고, 복대, 띠 또는 벨트 타입의 착용형(wearable, 웨어러블)으로 무구속적인 상태에서 간편하게 생체신호를 측정할 수 있다. 또한 무선 통신 모듈을 이용하여 측정된 생체신호를 실시간으로 컴퓨터(PC)나 울트라 모바일 컴퓨터(ultra mobile PC)로 이루어진 신호분석부(500)에서 편리하게 확인 가능하다. In other words, the capacitive sensor and the electrode used in the present invention are electrically stable in a non-contact manner, and do not directly harm the human body, unlike other types of biological electrodes, even if worn for a long time. In addition, the wearable signal detection module 10 of the present invention can be miniaturized, can be easily attached to clothes, and can easily measure a bio-signal in a non-restrained state as a wearable (wearable) of a bag, belt or belt type. can do. In addition, the biological signal measured using the wireless communication module can be conveniently confirmed in real time by the signal analysis unit 500 made of a computer (PC) or an ultra mobile computer (ultra mobile PC).

따라서, 본 발명의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템은 착용형 신호검출모듈(10)을 착용함에 의해 혈류 장애 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 환자나, 스스로 자신의 몸을 가누기 어려운 장애인, 혹은 신생아 중환자실에 있는 영유아에게서 실시간으로 호흡 및 혈류 등의 생체신호를 측정할 수 있고, 측정된 신호의 이상 여부를 보호자, 또는 병원의 주치의에게 전송하여 즉각적인 응급치료를 가능하게 하며, 또한 운동 중인 일반인이나 운동선수들의 건강상태 점검시 무구속적으로 생체신호를 측정할 수 있고, 소방관의 임무 수행 시 소방관의 건강 상태를 실시간으로 확인 할 수 있다.Accordingly, the wearable wireless biosignal measuring system of the present invention is worn by a wearable signal detection module 10 to a patient suffering from blood flow disorder or respiratory disease, or to a disabled person who is unable to cover his or her own body, or a neonatal intensive care unit. It is possible to measure vital signs such as breathing and blood flow in real time in infants and infants, and transmits the abnormality of the measured signal to the guardian or the attending physician of the hospital to enable immediate emergency treatment. When checking the health status, it is possible to measure the vital signs unconditionally, and to check the health status of the firefighters in real time.

특히 본 발명은 캐패시티브 전극과 용량성 센서를 사용하여 호흡, 혈류 등의 생체신호를 측정할 수 있으며 착용이 용이하고 실시간으로 모니터링이 가능하면서 전기적 안정성을 도모할 수 있어서, 유비쿼터스 의료 시스템에 접목이 가능하다. In particular, the present invention can measure the bio-signals such as respiration, blood flow, etc. using a capacitive electrode and capacitive sensor, and can be easily worn, real-time monitoring and electrical stability, grafting into a ubiquitous medical system This is possible.

Claims (19)

인체에 착용되어 복부의 체적변화를 검출하는 착용형 신호검출모듈과, 상기 착용형 신호검출모듈로부터 수신된 신호를 디스플레이하는 신호분석 시스템으로 이루어진 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에 있어서,In the non-contact wearable wireless bio-signal measuring system consisting of a wearable signal detection module that is worn on the human body to detect a volume change of the abdomen, and a signal analysis system for displaying a signal received from the wearable signal detection module, 상기 착용형 신호검출모듈은 The wearable signal detection module 호흡시 복부의 체적변화를 검출하는 2개의 캐패시티브 전극(Capacitive Electrode);Two capacitive electrodes for detecting volume changes of the abdomen upon respiration; 상기 2개의 캐패시티브 전극으로부터 수신된 신호로부터 캐패시턴스 신호를 검출하고 A/D변환하여 출력하는 용량성 센서;A capacitive sensor for detecting, A / D converting, and outputting a capacitance signal from the signals received from the two capacitive electrodes; 로 이루어진 캐패시턴스 신호검출부를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.Wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that it comprises at least a capacitance signal detection unit made of. 인체에 착용되어 복부의 체적변화를 검출하는 착용형 신호검출모듈과, 상기 착용형 신호검출모듈로부터 수신된 신호를 디스플레이하는 신호분석 시스템으로 이루어진 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템에 있어서,In the non-contact wearable wireless bio-signal measuring system consisting of a wearable signal detection module that is worn on the human body to detect a volume change of the abdomen, and a signal analysis system for displaying a signal received from the wearable signal detection module, 상기 착용형 신호검출모듈은 The wearable signal detection module 호흡시 복부의 체적변화를 검출하여 디지털신호로 출력하는 캐패시턴스 신호검출부;A capacitance signal detector for detecting a volume change of the abdomen upon respiration and outputting the digital signal; 상기 캐패시턴스 신호검출부로부터 수신된 신호에서 디지탈 필터링하여 잡음 을 제거하는 마이크로프로세서;A microprocessor that removes noise by digitally filtering the signal received from the capacitance signal detector; 상기 마이크로프로세서의 출력신호를 무선 전송하는 송신부;A transmitter for wirelessly transmitting an output signal of the microprocessor; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.Wearable wireless biosignal measurement system of a non-contact type, characterized in that consisting of. 2개의 캐패시티브 전극을 구비하며, 호흡시 복부의 체적변화를 검출하여 디지털신호로 출력하는 캐패시턴스 신호검출부;A capacitance signal detecting unit having two capacitive electrodes and detecting a volume change of the abdomen upon respiration and outputting the digital signal; 상기 캐패시턴스 신호검출부로부터 수신된 신호에서 디지탈 필터링하여 잡음을 제거하는 마이크로프로세서;A microprocessor that removes noise by digitally filtering a signal received from the capacitance signal detector; 상기 마이크로프로세서의 출력신호를 무선 전송하는 송신부;A transmitter for wirelessly transmitting an output signal of the microprocessor; 상기 송신부로부터 전송된 신호를 무선 수신하는 수신부;A receiver for wirelessly receiving a signal transmitted from the transmitter; 상기 수신부의 출력신호를 디스플레이하는 신호분석부;A signal analyzer which displays an output signal of the receiver; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.Wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that it comprises a. 제2항에 있어서The method of claim 2 상기 캐패시턴스 신호검출부는 2개의 캐패시티브 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The capacitance signal detection unit is a wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that it comprises two capacitive electrodes. 제1항 또는 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3 or 4, 상기 캐패시티브 전극은 절연필름 사이에 전도성 박막을 넣어 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The capacitive electrode is a wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that the conductive film is inserted between the insulating film. 제1항 또는 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3 or 4, 상기 캐패시티브 전극은 알루미늄 호일로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The capacitive electrode is a wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that made of aluminum foil. 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 캐패시턴스 신호검출부는The capacitance signal detection unit 상기 2개의 캐패시티브 전극으로부터 수신된 신호로부터 캐패시턴스 신호를 검출하고 A/D변환하여 출력하는 용량성 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.And a capacitive sensor for detecting, A / D converting and outputting a capacitance signal from the signals received from the two capacitive electrodes. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 용량성 센서는 QT300인 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The capacitive sensor is a wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that the QT300. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 착용형 신호검출모듈은 The wearable signal detection module 상기 캐패시턴스 신호검출부로부터 수신된 신호에서 디지탈 필터링하여 잡음 을 제거하는 마이크로프로세서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The contactless wireless wearable signal measuring system of claim 1, further comprising a microprocessor for digitally filtering the signal received from the capacitance signal detector to remove noise. 제2항 또는 제3항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3 or 9, 상기 마이크로프로세서는 디지탈 저역통과필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.And the microprocessor includes a digital low pass filter. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 디지탈 저역통과필터의 절단 주파수는 45Hz인 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The cut-off frequency of the digital low pass filter is 45Hz non-contact wearable wireless biosignal measurement system, characterized in that. 제2항 또는 제3항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3 or 9, 상기 마이크로프로세서는 디지탈 고역통과필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The microprocessor includes a non-contact type wearable wireless biosignal measurement system comprising a digital high pass filter. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 디지탈 고역통과필터의 절단 주파수는 0.7Hz인 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.And a cutting frequency of the digital high pass filter is 0.7 Hz. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 송신부는 블루투수 송신부로 이루어지며,The transmitter is made of a blue pitcher transmitter, 상기 수신부는 블루투수 수신부로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The receiver is a wearable wireless bio-signal measuring system of a non-contact type, characterized in that consisting of a blue permeable receiver. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 신호분석부는 수신부의 출력신호로부터 호흡수를 구하는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The signal analysis unit wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that for obtaining the respiratory rate from the output signal of the receiver. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 착용형 신호검출모듈은 복대에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The wearable signal detection module of the wearable wireless bio-signal measuring system of a non-contact type, characterized in that mounted on the bag. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 착용형 신호검출모듈은 벨트에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The wearable signal detecting module of the non-contact type, wherein the wearable signal detection module is mounted on a belt. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 착용형 신호검출모듈은 의복에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The wearable signal detecting module of the non-contact type wearable wireless biosignal, characterized in that mounted on the garment. 제1항 또는 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3 or 4, 상기 캐패시티브 전극은 피부에 직접 닿지 않도록 장착되는 것을 특징으로 하는 비접촉 방식의 착용형 무선 생체신호 측정 시스템.The capacitive electrode is a wearable wireless bio-signal measurement system of a non-contact type, characterized in that is mounted so as not to directly contact the skin.
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