초록 ▼

연구의 목적 및 내용
행복수면의 실현을 위해 impulse radio ultra-wideband (이하 IR-UWB) 레이더 센서기술을 이용한다. 수면 중 사람의 호흡수, 심박수 등과 같은 생체신호를 비침습적/비접속적 방법으로 측정하기 위한 센서를 개발한다. 측정된 생체신호 정보의 의학적 해석 및 활용방안을 연구하고 이에 기반한 수면상태 진단 및 행복수면 유도를 가능하게 한다.

IR-UWB 레이더를 이용한 수면 모니터링 센서의 다기능 구현을 우선으로 하여, 수면중 움직임 및 분당 호흡수, 심박수를 모니터링 할 수

연구의 목적 및 내용
행복수면의 실현을 위해 impulse radio ultra-wideband (이하 IR-UWB) 레이더 센서기술을 이용한다. 수면 중 사람의 호흡수, 심박수 등과 같은 생체신호를 비침습적/비접속적 방법으로 측정하기 위한 센서를 개발한다. 측정된 생체신호 정보의 의학적 해석 및 활용방안을 연구하고 이에 기반한 수면상태 진단 및 행복수면 유도를 가능하게 한다.

IR-UWB 레이더를 이용한 수면 모니터링 센서의 다기능 구현을 우선으로 하여, 수면중 움직임 및 분당 호흡수, 심박수를 모니터링 할 수 있는 센서의 기능을 구현/확장한다.

또한, 상기 언급한 호흡/심박 정보를 기반으로 수면 중 무호흡증을 탐지해내는 기능을 구현하며, 해당 기능 구현을 위하여 센서의 하드웨어를 구현하고, 하드웨어에 개발된 알고리즘의 포팅과 같은 소프트웨어 작업도 진행한다. 또한 생체신호 해석은 전문적 의학지식을 요하여, 실제 수면 전문의와 심장 전문의와 함께 해당 연구를 진행한다. 수면 중 최적 환경 조성, 생활패턴 해석 등과 같은 다양한 방법으로 행복수면을 유도한다.

연구결과
기 IR-UWB 레이더를 활용한 분당 심박/호흡수 및 움직임 검출 알고리즘을 활용하여 한양대학교 의과대학에서의 임상실험을 진행하였다. 의학 장비와 대조 결과 비교적 정확한 심박(Heartbeat Rate)/호흡(Respiration) 정보를 얻어낼 수 있었다. 현재 외부 산업체와의 협업을 통하여 수면 중 사용을 고려한 최적 송/수신용 안테나/모듈 설계를 완료한 상태이며, 임베디드 모듈에서의 구동을 위한 임베디드 소프트웨어 작업을 진행하였다.

상기 결과를 바탕으로 수면 중 무호흡증(Apnea), 저호흡증(Hypopnea) 검출 알고리즘을 구현하였으며, 한양대학교 수면내과와 협업하여 7명 환자에 대한 실험을 진행하였다.

무호흡증의 경우 검출이 용이하였으나, 저호흡증의 경우 뇌파각성 등의 다양한 요인으로 검출 성공률이 저조하여, 차 년도 추가 실험을 통하여 개선 예정이다.

추가로 수면 중 돌연사의 원인 중 하나인 부정맥(Arrhythmia) IR-UWB 레이더를 통한 검출 가능성을 확인하였다. 이를 위해, 호흡 정지 후, 심장 ECG(Electrocardiography)와 IR-UWB 레이더 신호를 비교한 결과, 심장박동 주기와 레이더 신호가 유사함을 확인할 수 있었다. 참여연구원인 심장내과 전문의와 협업하여 실제 부정맥 환자를 대상으로 실험한 결과, 유의한 결과를 얻을 수 있었다. 호흡 중 부정맥 진단을 위하여 현재 2개 레이더를 통한 심장박동 파형 검출을 시도 중이나, 부정맥 환자의 경우 보통 65세 이상의 노인이며, 환자 수 또한 제한적으로 실험에 어려움을 겪고 있다. 추가 실험 및 알고리즘 보안을 통해 최적 심박 검출 방안을 모색 중이다.

연구결과의 활용계획
연구를 통해 얻은 수면 중 무호흡증/저호흡증 알고리즘, 심박/호흡 추출 알고리즘을 기반으로 다양한 수면장애의 레이더 사용성과 심장박동 신호 검출 가능성을 연구할 예정이다. 차 년도에는 오디오 및 비디오 정보 또한 활용하여 더욱 폭넓은 수면 진단을 가능하게 할 것이다. 연구 완료 시 국민수면의 질 개선에 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 고가인 수면검사를 저가형 센서로 대체하여 자가 수면 관리를 가능하게 할 수 있을 것이다.

일회성 수면검사가 아닌 지속 수면 모니터링을 통해 빅데이터성 분석을 가능하게 하며, 미래 진환 예측을 방안을 모색할 수 있을 것으로 예상된다. 특히, 고령화 사회에 발맞춘 노인대상 복지 서비스로서 해당 수면 모니터링 센서를 활용할 수 있을 것이다.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose&contents
We develop IR-UWB sensor for non-invasive measurement of biological signals. By implementing the multi-functional implementation of the sleep monitoring sensor using the IR-UWB radar, we implement the function of the sensor to monitor the motion, respiration rate and heart rate d

Purpose&contents
We develop IR-UWB sensor for non-invasive measurement of biological signals. By implementing the multi-functional implementation of the sleep monitoring sensor using the IR-UWB radar, we implement the function of the sensor to monitor the motion, respiration rate and heart rate during sleep. In addition, the present invention implements the function of detecting the sleep apnea based on the breathing / heartbeat information. It implements the hardware of the sensor for implementing the function, and performs the software operation such as porting the algorithm developed in the hardware . In addition, biomedical interpretation requires specialized medical knowledge, and the research is conducted together with actual sleep specialist and cardiologist. It induces happy sleep by various methods.

Result
We performed a clinical experiment at Hanyang University Medical School by using heart rate / respiration rate and motion detection algorithm using IR-UWB radar. As a result of comparison with medical equipment, we could obtain relatively accurate heartbeat rate / respiration information. Currently, we have completed the design of the optimal transmit / receive antenna / module considering the use during sleep through cooperation with external industry. We also carried out the embedded software work for the operation in the embedded module. Based on the above results, we implemented the detection algorithm of Apnea and Hypopnea in sleep. In the case of apnea, detection was easy, but in the case of hypopnea, the detection success rate was low due to various factors such as EEG arousal. In addition, the possibility of detection through Arrhythmia IR-UWB radar, one of the causes of sudden death during sleep, was confirmed. For this purpose, we compared cardiac ECG (Electrocardiography) and IR-UWB radar signals. We found that the cardiac cycle and radar signals are similar. Experiments with the cardiologist in collaboration with the participating researchers have shown that the results of the experiment with the actual arrhythmia patients were significant. In order to diagnose arrhythmias during respiration, we are currently trying to detect heartbeat waveforms through two radar systems. We are looking for a method to detect optimal heartbeat through additional experiment and algorithm security.

Expected Contribution
We will study the radar usability of various sleep disorders and the possibility of heartbeat signal detection based on the sleep apnea / hypopnea algorithm and cardiac / respiratory extraction algorithm obtained from the study and will also use audio and video information to enable wider sleep diagnostics. When the study is completed, it is expected to greatly improve the quality of the national sleep. It will be possible to replace the expensive sleep test with a low-cost sensor to enable self-sleep management. It is expected that it will be possible to analyze big data through continuous sleep monitoring rather than one-time sleep test, and it will be able to find a way to predict future.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20 5. 연구결과의 활용계획 ... 22 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 24 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 25 8. 참고문헌 ... 25 9. 연구성과 ... 26 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 26 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27 12. 기타사항 ... 27별첨1 ... 28별첨2 ... 29끝페이지 ... 29