[논문]생체 신호를 활용한 영아 돌연사 알람 시스템

윤수정; 인치호

doi:10.7236/jiibc.2016.16.4.197

생체 신호를 활용한 영아 돌연사 알람 시스템
Alarm System for Sudden Infant Death using Bio-Signals 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.16 no.4, 2016년, pp.197 - 202

초록
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본 논문에서는 영아 돌연사를 방지하기 위해 영아의 생체신호를 분석하여 위험상황이 발생했을 때 보호자에게 위험신호를 알려주는 영아 돌연사 모니터링 시스템을 제안한다. 영아 돌연사(SID)는 생후 한 달에서 일년 사이의 건강한 아기가 원인불명으로 사망하는 것을 말한다. 제안한 영아 돌연사 모니터링 시스템은 생체신호를 센싱하는 부분과 생체 신호를 처리하는 프로세서부와 모니터링 및 알람부분으로 구성된다. PPG 센서를 사용하여 생체신호를 센싱하고 프로세서부에서는 센서를 통해 획득한 신호를 동잡음을 제거하여 부모에게 알람 및 모니터링 할 수 있게 하였다. 제안한 시스템은 영아의 심박동을 분석하여 위험상황인 경우 보호자에게 모니터링 및 경고 알람을 보내게 된다. 시스템의 실제 구현을 통해 모니터링 시스템의 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a danger signal to tell caregivers when a dangerous situation occurs, the bio-signal analysis in infants to prevent sudden infant death sudden infant death propose a monitoring system. The Sudden infant death (SID) refers to a healthy baby is unexplained deaths between birth year in the month. Sudden infant death proposed monitoring system is composed of a processor unit and the monitoring and alarm part for processing part and the biological signal sensing biological signals. Using the PPG sensor to sense the bio-signal and the processor unit the signal obtained through the sensor by removing the motion artifact was able to alarm and monitoring the parent.The proposed system will send the alarm to monitoring and alerting caregivers if the risk situation by analyzing the heart rate of the infant. With the actual implementation of the system to evaluate the performance of the monitoring system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 영아 돌연사 방지를 위하여 생체신호를 이용한 영아 돌연사 방지 모니터링 시스템 설계 및 구현을 하였다. 제안한 시스템은 생체신호를 획득하기 위해 PPG 센서를 사용하였고, PPG센서를 통해 영아의 심박동을 획득하여 영아의 상태를 부모에게 모니터링하였다.
본 논문에서는 영아의 돌연사를 방지하기 위해 생체신호를 이용한 영아 모니터링 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 생체신호 센싱 부분, 프로세서부와 모니터링 및 알람 부분으로 구성된다.

제안 방법

그림 6은 본 논문에서 제안하는 영아 돌연사 방지 알람시스템의 하드웨어부를 보여주고 있다. PPG센서의 전원은 메인프로세서 보드의 전원부에서 5V를 공급받도록 하였으며 PPG센서의 DATA출력부는 아두이노 보드의 ADC핀에 연결하여 메인프로세서로 DATA를 전송하였다. 경고 알람을 울리기 위한 스피커는 아두이노 보드의 입출력포트에 연결하였고 알람을 전송하기위한 통신 모듈로는 블루투스를 사용하여 아두이노 보드의 시리얼 단자를 통해 블루투스 통신 모듈을 연결하였다.
PPG센서의 전원은 메인프로세서 보드의 전원부에서 5V를 공급받도록 하였으며 PPG센서의 DATA출력부는 아두이노 보드의 ADC핀에 연결하여 메인프로세서로 DATA를 전송하였다. 경고 알람을 울리기 위한 스피커는 아두이노 보드의 입출력포트에 연결하였고 알람을 전송하기위한 통신 모듈로는 블루투스를 사용하여 아두이노 보드의 시리얼 단자를 통해 블루투스 통신 모듈을 연결하였다.
입력된 ADC데이터를 사용하여 영아의 심박동수를 확인 후 표 1의 신생아 심박동수 범주 표를 참고하여 영아의 심박동이 이상징후를 보일시에는 보호자에게 경고를 주기위한 알람을 울려주고 심박동이 정상범주일때는 데이터를 모니터링 할 수 있도록 저장한다. 경고 알람을 위한 블루투스 연결은 안드로이드 SDK에서 제공되는 Bluetooth API를 활용하여 메인프로세서와 데이터 송수신을 할 수 있게 하였다.
그림 5는 본 논문에서 제안한 영아 돌연사 알람시스템에서 사용한 알고리즘을 보여주고 있다. 먼저 PPG 센서를 통해 생체 신호를 측정한 후 메인프로세서로 사용하고 있는 아두이노 보드의 내장된 10비트 ADC컨버터를 사용하여 입력받은 후 이 데이터를 저장한다. 입력된 ADC데이터를 사용하여 영아의 심박동수를 확인 후 표 1의 신생아 심박동수 범주 표를 참고하여 영아의 심박동이 이상징후를 보일시에는 보호자에게 경고를 주기위한 알람을 울려주고 심박동이 정상범주일때는 데이터를 모니터링 할 수 있도록 저장한다.
영아의 심박동 상태를 확인하기 위한 생체신호로는 PPG 신호를 사용하였고 이 PPG 신호를 이용하여 영아의 심박동 상태를 확인하고 프로세싱하기위한 보드로는 아두이노 보드를 사용하였다. 아두이노 보드에서는 생체신호를 입력받아 심박동 상태를 확인하고 심박동 기록 및 위험상황 인지시 부모에게 알람을 보내주도록 프로그램 하였다.
맥파 파형은 심장 박동에 의한 혈액과 혈관의 운동학적 특성이 반영된 것이다. 연속광을 피부 조직에 조사하여 반사되는 광량을 광-다이오드로 검출한다. 광-다이오드는 입사 광량에 비례하는 전류를 생성하며 그 전류를 전압으로 변환하는 회로를 포함한다.
그림 1은 본 논문에서 제안한 영아 돌연사 알람시스템의 전체 구성도이다. 영아의 심박동 상태를 확인하기 위한 생체신호로는 PPG 신호를 사용하였고 이 PPG 신호를 이용하여 영아의 심박동 상태를 확인하고 프로세싱하기위한 보드로는 아두이노 보드를 사용하였다. 아두이노 보드에서는 생체신호를 입력받아 심박동 상태를 확인하고 심박동 기록 및 위험상황 인지시 부모에게 알람을 보내주도록 프로그램 하였다.
본 논문에서는 영아의 돌연사를 방지하기 위해 생체신호를 이용한 영아 모니터링 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 생체신호 센싱 부분, 프로세서부와 모니터링 및 알람 부분으로 구성된다. 생체신호 센싱 부분은 PPG센서를 사용하며 PPG센서를 통하여 들어온 생체신호 데이터는 아두이노를 이용하여 센서를 통해 측정될수 있는 동잡음등을 잡음제거 필터를 사용하여 처리하고 이 데이터를 기반으로 영아의 상태를 모니터링 하여 부모에게 모니터링 및 경고 알람을 보낸다.
본 논문에서는 영아 돌연사 방지를 위하여 생체신호를 이용한 영아 돌연사 방지 모니터링 시스템 설계 및 구현을 하였다. 제안한 시스템은 생체신호를 획득하기 위해 PPG 센서를 사용하였고, PPG센서를 통해 영아의 심박동을 획득하여 영아의 상태를 부모에게 모니터링하였다. 영아의 상태가 정상 범주를 벗어나면 부모에게 모니터링 및 경고알람을 보내는 시스템이다.

데이터처리

본 논문에서 사용한 필터는 이동 평균 필터를 사용하였다. 이동 평균 필터는 k번째 샘플된 값과 윈도우 차수에 따른 이전에 샘플된 신호의 평균을 산출하여 필터링을 하는 방법이다.

성능/효과

본 논문의 실험 결과, 영아의 심박동을 확인하기 위해 사용한 PPG 센서에서 획득한 신호에는 영아로부터 발생되는 여러 가지의 동잡음이 포함되어 있었다. 본 논문에서 구현 된 시스템에서는 동잡음을 제거하기 위해서 이동평균 필터를 사용하여 센서에서 획득한 생체신호의 정확성을 높였으나 이동평균 필터만으로는 정확한 상황을 인지하는데 다소 어려움이 있었다. 향후에는 적응필터와 이동 평균필터의 조합과 가속도 센서 등을 사용하여 동잡음을 제거, 생체신호의 정확성을 높이면 좀 더 정확한 알람시스템을 제작할 수 있을 것으로 보인다.
영아의 상태가 정상 범주를 벗어나면 부모에게 모니터링 및 경고알람을 보내는 시스템이다. 본 논문의 실험 결과, 영아의 심박동을 확인하기 위해 사용한 PPG 센서에서 획득한 신호에는 영아로부터 발생되는 여러 가지의 동잡음이 포함되어 있었다. 본 논문에서 구현 된 시스템에서는 동잡음을 제거하기 위해서 이동평균 필터를 사용하여 센서에서 획득한 생체신호의 정확성을 높였으나 이동평균 필터만으로는 정확한 상황을 인지하는데 다소 어려움이 있었다.
둘째로 이동평균필터는 돌발적인 충격 잡음 제거에 유용하게 사용된다. 셋째로 적응 필터는 신호나 잡음 특성에 대한 사전 지식을 요구하지 않는다는 것이 큰 장점이며, 원하는 신호의 추정된 합성과 필터 계수를 변경하기 위한 에러 피드백을 통한 학습 기법을 사용한다^[9].

후속연구

본 논문에서 구현 된 시스템에서는 동잡음을 제거하기 위해서 이동평균 필터를 사용하여 센서에서 획득한 생체신호의 정확성을 높였으나 이동평균 필터만으로는 정확한 상황을 인지하는데 다소 어려움이 있었다. 향후에는 적응필터와 이동 평균필터의 조합과 가속도 센서 등을 사용하여 동잡음을 제거, 생체신호의 정확성을 높이면 좀 더 정확한 알람시스템을 제작할 수 있을 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영아의 사망원인 중 가장 큰 원인은?	그러나 한해 사망하는 영아의 수는 약 1400명 이상이다. 영아의 사망원인으로는 다양한 이유가 있지만 가장 큰 원인은 호흡곤란 및 병원에서의 늦은 대처로 인하여 많은 신생아들이 사망한다고 알려져 있다. 영아 보육에 있어 영유아기의 안전사고는 발달 특성과 위험요인과의 관련성을 이해하는 것이 중요하다.
	영아 보육에서 가장 중요한 문제는?	최근 우리나라에서는 영아보육에 질에 대한 요구가 높아지고 있다. 영아 보육에 있어서 가장 중요한 문제는 보육시설에서 영아의 안전을 어떻게 보장하느냐의 문제이다. 그러나 한해 사망하는 영아의 수는 약 1400명 이상이다.
	영아의 돌연사 방지 시스템은 무엇인가?	본 논문에서 제안하는 영아 돌연사 방지 시스템은 생체신호를 사용하여 영아의 심박동 상태를 모니터링 하고 위험시 부모에게 알람으로 알려주는 시스템이다. 그림 1은 본 논문에서 제안한 영아 돌연사 알람시스템의 전체 구성도이다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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상세보기
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Ziganshin EG, Numerov MA, and Vygolov SA, "UWB baby monitor", In Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals, 5th International Conference on, pp. 159-161, 2010
J.H. Kang, B.H. Cho, J. Lee, Y. Chee, I.Y. Kim, and S. I. Kim, "A Study on Accelerometer Based Motion Artifact Reduction in Photoplethysmography Signal." Journal of Biomedical Engineering, Vol. 28, No. 3, pp.369-376, 2007.
N.V. Thakor and Y.S. Zhu, "Applications of Adaptive Filtering to ECG Analysis : Noise cancellation and arrhythmia detection," IEEE Trans. Biomed. Eng,Vol.38, No.8, pp.785-794, 1991.

상세보기
H.W. Lee, J.W. Lee, W.G. Jung, and G.K. Lee, "The Periodic Moving Average Filter for Removing Motion Artifacts from PPG Signals," Internal Journal of Control, Automation, and System, Vol. 5, No. 6, pp.701-706, 2007.
G.Y. Kim, J.S. Park, G.H. Na, M.H. Park, G.Y. O, Y.S. Yang, I.T. Hwang, and J.S. Park, "Normal Variation and Predictive Value for Pregnancy Outcome of Fetal Heart Rate in the Early First Trimester", Obstetrics & Gynecology Science, Vol.46, no11, pp.2134-2138, 2003

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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