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IR-UWB 레이다 기반의 무호흡 검출 및 호흡수 측정
Apnea Detection and Respiration Rate Estimation Using IR-UWB Radar Signals 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.10, 2017년, pp.802 - 809  

고인창 (서울과학기술대학교 바이오IT소재 융합 협동과정) ,  박형철 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과)

초록
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본 논문에서는 IR-UWB 레이다 신호를 이용하여 무호흡 검출과 호흡수를 측정할 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법에서는 무호흡 검출과 호흡수 측정을 동시에 지원하기 위해서 레이다 신호의 크기, 도래시간 및 선택된 주파수 대역에서의 전력 정보를 이용한다. 하드웨어 실험을 통해서 제안한 방법을 사용하여 정확한 호흡수 측정이 가능함을 보인다. 또한, 제안한 방법을 사용하여 무호흡과 호흡의 선택비가 최소 50 dB 이상이 됨을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a novel apnea detection and respiration rate estimation method using impulse-radio ultra-wideband (IR-UWB) radar. The proposed method utilizes amplitude, time of arrival, and power in the selected band. The experimental results show that respiration rate can be estimated accurate...

주제어

#IR-UWB   #Apnea   #Time of Arrival   #Respiration Rate  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 IR-UWB 레이다 신호를 이용하여 무호흡 검출과 호흡수를 측정할 수 있는 새로운 방법을 제안 한다. 제안한 방법에서는 무호흡 검출과 호흡수 측정을 동시에 지원하기 위해서 레이다 신호의 크기, 도래시간 및 선택된 주파수 대역에서의 전력 정보를 이용한다.
  • 본 논문은 IR-UWB 레이다 수신 신호의 크기, 도래시간 및 선택된 주파수 대역에서의 전력 정보를 이용하여 무호흡 검출과 호흡수를 측정할 수 있는 방법을 제안했다. 제안한 방법에서는 호흡에 의한 특성 임피던스가 바뀌어서 수신 신호의 크기가 변한다는 특성과 ToA가 변하는 특성을 이용하였다.

가설 설정

  • 레이다를 이용하는 방식은 microwave(Doppler) 신호[8],[9] 또는 초광대역(ImpulseRadio Ultra-Wideband: IR-UWB) 신호[10]～[16]를 사용하므로 비접촉 방식이라는 장점이 있다. IR-UWB 신호가 micro- wave 신호에 비해서 광대역이라서 간섭에 강인한 장점이 있다. 또한, IR-UWB 신호가 1 cm 이하의 초정밀 거리 분해능 특성이 있어서 대상체의 미세한 움직임도 검출할 수 있는 장점이 있다.
  • 그런데, 100～130 초 부근의 무호흡 구간을 보면, 무호흡 이전의 호흡수 부근의 전력이 매우 작음을 알 수 있다. 무호흡 상태에서는 폐가 움직이지 않으므로 인체의 특성 임피던스가 거의 변하지 않는다. 또한, 폐의 움직임이 없으므로 ToA 또한 거의 변하지 않는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무호흡(apnea) 증상을 방치할 경우 어떤 질병을 유발할 수 있는가? 생체 신호의 관찰 및 측정은 환자 모니터링, 응급 대처, 인명 구조 등에 매우 유용하게 사용할 수 있다. 특히, 무호흡(apnea) 증상을 방치할 경우, 고혈압, 뇌졸중, 부정맥 등을 유발할 수 있는 가능성이 있다[1]∼[3]. 호흡수와 무호흡 검출을 위해서는 심전도(Electrocardiogram: ECG)[4]～[6], 마이크[7], 그리고 레이다[8]～[16] 등의 장비를 사용한다.
호흡수와 무호흡 검출을 위해서 사용하는 장비는? 특히, 무호흡(apnea) 증상을 방치할 경우, 고혈압, 뇌졸중, 부정맥 등을 유발할 수 있는 가능성이 있다[1]∼[3]. 호흡수와 무호흡 검출을 위해서는 심전도(Electrocardiogram: ECG)[4]～[6], 마이크[7], 그리고 레이다[8]～[16] 등의 장비를 사용한다. ECG를 이용하는 방법은 환자의 몸에 센서를 접촉하는 방식이기 때문에, 위생적인 측면이나 피부 자극적인 면에서 문제가 있을 수 있다.
초광대역(ImpulseRadio Ultra-Wideband: IR-UWB) 신호의 장점은? 레이다를 이용하는 방식은 microwave(Doppler) 신호[8],[9] 또는 초광대역(ImpulseRadio Ultra-Wideband: IR-UWB) 신호[10]～[16]를 사용하므로 비접촉 방식이라는 장점이 있다. IR-UWB 신호가 micro- wave 신호에 비해서 광대역이라서 간섭에 강인한 장점이 있다. 또한, IR-UWB 신호가 1 cm 이하의 초정밀 거리 분해능 특성이 있어서 대상체의 미세한 움직임도 검출할 수 있는 장점이 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Richard B. Berry, Rohit Budhiraja, Daniel J. Gottlieb, David Gozal, Conrad Iber, Vishesh K. Kapur, Carole L. Marcus, Reena Mehra, Sairam Parthasarathy, Stuart F. Quan, Susan Redline, Kingman P. Strohl, Sally L. Davidson Ward, and Michelle M. Tangredi., "Rules for scoring respiratory events in sleep: Update of the 2007 AASM manual for the scoring of sleep and associated events", J. Clin. Sleep Med, vol. 8, no. 5, pp. 597-619, 2012. 

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  3. D. J. Gottlieb, G. Yenokyan, A. B. Newman, G. T. O'Connor, N. M. Punjabi, S. F. Quan, S. Redline, H. E. Resnick, E. K. Tong, M. Diener-West, and E. Shahar, "Prospective study of obstructive sleep apnea and incident coronary heart disease and heart failure the sleep heart health study", Circulation, vol. 122, no. 4, pp. 352-360, 2010. 

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  16. S. Venkatesh, C. R. Anderson, N. V. Rivera, and R. M. Buehrer, "Implementation and analysis of respirationrate estimation using impulse-based UWB", Proc. IEEE Military Communications Conference (MILCOM), pp. 3314-3320, Oct. 2005. 

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