Design and Implementation of Biological Signal Measurement Algorithm for Remote Patient Monitoring based on IoT

IoT기반 원격환자모니터링을 위한 생체신호 측정 알고리즘 설계 및 구현

Recently, the demand for remote patient monitoring based on IoT has been increased due to aging population and an increase in single-person household. A non-contact biological signal measurement system using multiple IR-UWB radars for remote patient monitoring is proposed in this paper. To reduce error signals, a multilayer Subtraction algorithm is applied because when the background subtraction algorithm was applied to the biological signal processing, errors occurred such as voltage noise and staircase phenomenon. Therefore, a multilayer background subtraction algorithm is applied to reduce error occurrence. The multilayer background subtraction algorithm extracts the signal by calculating the amount of change between the previous clutter and the current clutter. In this study, the SVD algorithm is used. We applied the improved multilayer background subtraction algorithm to biological signal measurement and computed the respiration rate through Fast Fourier Transform (FFT). To verify the proposed system using IR-UWB radars and multilayer background subtraction algorithm, the respiration rate was measured. The validity of this study was verified by obtaining a precision of 97.36% as a result of a control experiment with Neulog's attachment type breathing apparatus. The implemented algorithm improves the inconvenience of the existing contact wearable method.

최근 들어 고령화 및 1인 가구 증가로 인해 IoT기반 원격환자모니터링에 대한 요구가 증대되고 있다. 본 논문에서는 원격환자모니터링을 위한 다중의 IR-UWB레이더를 이용한 비접촉식 생체신호측정시스템을 제안하였다. 기존에는 생체신호처리를 위해 배경차분알고리즘을 적용하였으나, 전압노이즈, 계단현상 등의 에러 발생을 없애고자 다중 배경차분 알고리즘을 적용하였다. 다중배경차분알고리즘은 이전 클러터와 현재 클러터의 변화량을 계산하여 신호를 추출하며, 본 연구에서는 SVD알고리즘을 이용하였다. 개선된 다중배경차분알고리즘을 생체신호측정에 응용하여 고속 푸리에 변환을 통해 호흡수를 계산하였다. 제안한 IR-UWB레이더를 이용한 시스템 및 다중배경차분알고리즘의 검증을 위해 호흡수 측정을 진행하였다. Neulog사의 부착형 공기압착식 호흡측정기를 대조군으로 실험한 결과 97.36%의 정밀도를 확보함으로서 본 연구의 타당성을 검증하였다. 구현된 알고리즘은 기존의 접촉식 웨어러블 방식의 불편함을 개선하였다.