Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC (전자공학회논문지SC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Detection of Heartbeat and Respiration Signal Using the Aircushion and the Frequency Domain Filter

에어쿠션 및 주파수 영역 필터를 이용한 호흡 및 심박 신호 검출

  • Kim, Joo-Han (Dept. Biomedical Engineering, Yonsei University) ;
  • Cho, Sung-Pil (Dept. Biomedical Engineering, Yonsei University) ;
  • Shin, Jae-Yeon (Dept. Biomedical Engineering, Yonsei University) ;
  • Lee, Jeon (Department of Oriental Biomedical Engineering, Daegu Hanny University) ;
  • Lee, Kyoung-Joung (Dept. Biomedical Engineering, Yonsei University)
  • 김주한 (연세대학교 의공학과) ;
  • 조성필 (연세대학교 의공학과) ;
  • 신재연 (연세대학교 의공학과) ;
  • 이전 (대구 한의대학교 한방의공학과) ;
  • 이경중 (연세대학교 의공학과)
  • Received : 2010.05.18
  • Published : 2010.09.25
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Abstract

In this study, we have proposed a simple cardiorespiratory monitoring method based on displacements of human body which occurs due to periodic heartbeat and breathing. The proposed system consists of an aircushion, pressure sensing hardware and heartbeat and respiration signals extraction algorithm. The aircushion was used for unconstrained measurement of the respiration and heartbeats without a sensor attached on the subject's skin surface. The displacements of subject sitting on the aircushion cause small pressure variations. These variations are amplified and filtered with the pressure sensing hardware. Finally, heart rate and respiration rate are extracted by signal processing algorithm based on frequency domain filter. To evaluate the performance, extracted respiration and heart rate from proposed system were compared with conventional methods. The average sensitivity of respiration and heart rate are 98.67% and 99.24%, respectively. These results show the proposed method has advantages of installing and processing simplicity so as to be used easily in unconstrained respiration and heart rate monitoring in daily life.

본 연구에서는 주기적인 심장 박동과 호흡으로 인해 발생하는 인체의 미세한 변위를 기반으로 심폐활동을 모니터링 하는 방법을 제안하였다. 제안한 시스템은 에어쿠션과 센싱 하드웨어 및 신호처리 알고리즘으로 구성되어 있다. 에어쿠션은 피부의 표면에 센서의 부착없이 무구속적으로 심박과 호흡을 측정하는데 사용되며 에어쿠션 위에 피험자가 앉았을 때 쿠션내부에 작은 압력변화를 일으킨다. 에어쿠션 내부의 미세한 압력변화는 압력센서에 의해 전기적인 신호로 변환되고 아날로그 하드웨어에 의해 증폭되고 필터링 되어 출력된다. 압력센서에서 발생한 신호는 주파수 영역필터에 의해 심박과 호흡으로 분리되어 추출된다. 에어쿠션의 계측 성능을 평가하기 위해 기존의 계측방법인 심전도와 호흡신호를 동시에 측정 후 비교하였다. 에어쿠션을 이용한 호흡 및 심박 검출률의 평균 민감도는 각각 98.67%, 99.24% 이다. 이 결과를 통해 에어쿠션을 이용한 심폐 활동 측정 방법은 설치 과정이 간단하고 쉬우며 일상생활에서 무구속적으로 호흡 및 심박을 모니터링 하는데 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

Keywords

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