KR20100065084A

KR20100065084A - 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20100065084A
Application number: KR1020090104129A
Authority: KR
Inventors: 박찬규; 손주찬; 김재홍; 조현성
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-06-15

Abstract

본 발명은 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 모바일 환경에서 사용자에게 불편하지 않게 자연스럽게 손목 윗 등 부위에서 맥파 측정용 광학센서와 가속도센서가 실장된 손목 착용형 장치를 이용하여 일상적인 손목 움직임에도 맥파(PPG, photoplethysmogram) 측정이 가능하도록 한다. 본 발명에 따르면, 상기와 같은 두 가지 문제, 즉, 모바일 환경에서 사용자에게 불편함을 주지 않도록, 맥파 측정이 어려운 손목 윗등 부위에서 맥파 측정이 가능하게 하는 방법과 손목 움직임에 따른 움직임 잡음에 강인하도록 비교적 최소한의 오류로 원신호를 복원해 냄으로써, 신체의 구속력이 비교적 약한 손목부위, 또는 손목 윗등 부위에서 맥파 검출이 가능한 이점이 있다.

Description

움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법{Apparatus for measuring motion noise robust pulse wave and method thereof}

본 발명에 따른 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 가속도 센서를 이용한 움직임 성분을 추정하여 적응신호처리기법을 통해 손목 윗 등 부위에서 움직임 잡음에 강인한 맥파를 측정하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것입니다.

본 발명은 지식 경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-039-01, 과제명: 인간-로봇 상호작용 매개 기술 개발].

맥파 측정 기술은 생체신호처리기술의 분야에서 연구되어온 중요한 분야로써 일반적으로 잡음 속에 묻혀있는 미약한 맥파 생체신호를 추출하기 위해 사용되는 기술이다.

맥파 측정 기술은 크게 침습형과 비침습형이 있는데 침습형은 인체내부에서 직접 측정하는 방법이고 비침습형은 인체 외부에서 간접적으로 인체내부의 생체신호를 측정하는 방법으로 건강지표 추출에서는 비침습형이 대부분이다.

비침습형은 크게 압전소자와 광학센서를 이용하여 측정되며, 광학센서를 이용하여 측정하는 방법의 경우 광학센서인 근적외선(Infra-red) LED가 방출하는 근적외선을 이용하여 흡수율의 변화량으로 맥파를 측정한다.

광학센서를 이용하여 측정하는 원리는 빛이 어떤 매질에 대한 흡수율을 구하는 Beer-Lambert법칙이 인체조직에 적용되었을 경우의 수정된 원리를 이용하여 심장박동의 수축/이완 작용으로 요골동맥이나 손가락동맥의 혈관내부에 흐르는 혈액의 용적변화율이 근적외선의 흡수율의 변화량으로 나타나고, 이를 수신부인 근적외선 Photo Detector가 혈관을 투과했거나 반사된 근적외선을 획득하는 원리이다.

유비쿼터스 환경 기반인 u-헬스케어 분야에서 맥파를 측정함에 있어서, 사용자의 정확한 생체 신호 정보를 획득하는 것이 가장 중요하다. 하지만, 휴대형 환경에서 맥파를 측정하기 위해서는 측정되는 부위와 특성에 따라 다양한 문제점이 존재한다.

휴대형 환경을 위해서는 신체 측정 부위에 착용 가능해야 하는데, 병원의 환자와 같이 안정된 상태가 아닌 휴대형 환경에서는 측정부위의 움직임으로 인한 맥파 신호의 왜곡이 발생해 건강지표 자료로 활용할 수가 없다.

최근에는, 이러한 움직임 잡음을 해결하기 위하여 기존 의료용 장비에서도 적응신호처리, 웨이브렛신호처리 그리고 형태학적 신호처리등의 기법을 도입하여 움직임 잡음을 최소화하는 연구가 진행 중이다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 모바일 환경에서 사용자에게 불편함을 주지 않도록, 맥파 측정이 어려운 손목 윗 등 부위에서 맥파 측정이 가능하도록 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 비교적 최소한의 오류로 원 신호를 복원해 냄으로써 손목 움직임에 따른 움직임 잡음에 강인하도록 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치는, 피검자의 손목 윗등 부위에 배치되어, 상기 손목 윗등으로 방출된 신호로부터 맥파신호를 검출하는 PPG 센서부, 상기 PPG 센서부가 장착된 부위에서 상기 피검자의 움직임을 검출하는 가속도 센서부, 및 상기 가속도 센서부에 의해 검출된 가속도 신호로부터 상기 피검자의 움직임을 예측하여, 검출된 상기 피검자의 움직임에 대응하는 움직임 잡음 모델을 추정하고, 상기 움직임 잡음 모델로부터 상기 맥파신호에 대한 움직임 잡음을 제거하는 신호 전처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 전처리부는, 상기 맥파신호 및 가속도 신호를 일정 단위로 샘플링하는 신호 획득부, 및 고역통과필터를 이용하여 상기 신호 획득부에서 샘플링된 맥파신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 움직임 잡음 모델은 고유의 움직임 잡음 모델이고, 상기 신호 전처리부는 상기 고유의 움직임 잡음 모델에 근거하여 상관도가 높은 움직임 잡음을 획득하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 전처리부는, 자동회귀(AR) 모델 추정기를 이용하여 상기 고유의 움직임 잡음 모델을 추정하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 전처리부는, 상기 고유의 움직임 잡음 모델과 상기 가속도 센서부에 의해 검출된 가속도 신호를 필터링하여, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 전처리부는, 유한임펄스응답(FIR) 필터를 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 전처리부는, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 이용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 움직임 잡음이 제거된 맥파신호를 외부의 호스트 서버로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 PPG 센서는, 상기 피검자의 손목 윗등 부위로 광 신호를 출력하는 발광부, 및 상기 발광부에 의해 방출된 광 신호를 수신하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가속도 센서부는, 3축 가속도 센서를 포함하며, 상기 3축 가속도 센서를 이용하여 상기 피검자의 움직임에 따른 각 축의 가속도 성분을 검출하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법은, 피검자의 손목 윗등 부위에 배치된 PPG 센서로부터 맥파신호를 검출하는 단계, 가속도 센서를 이용하여 상기 PPG 센서가 장착된 부위에서 상기 피검자의 움직임을 검출하는 단계, 상기 피검자의 움직임 정보와, 상기 가속도 센서로부터 검출된 가속도 신호에 근거하여 상기 피검자의 움직임에 대응하는 움직임 잡음 모델을 추정하는 단계, 및 상기 움직임 잡음 모델로부터 상기 맥파신호에 대한 움직임 잡음을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

추정된 상기 움직임 잡음 모델과 상기 가속도 센서에 의해 검출된 가속도 신호에 근거하여, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 움직임 잡음을 제거하는 단계는, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 이용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 움직임 잡음을 제거하는 단계는, 적응필터를 이용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 반복적으로 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 움직임 잡음이 제거된 맥파신호를 외부의 호스트 서버로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 두 가지 문제, 즉, 모바일 환경에서 사용자에게 불편함을 주지 않도록, 맥파 측정이 어려운 손목 윗등 부위에서 맥파 측정이 가능하게 하는 방법과 손목 움직임에 따른 움직임 잡음에 강인하도록 비교적 최소한의 오류로 원신호를 복원해 냄으로써, 신체의 구속력이 비교적 약한 손목부위, 또는 손목 윗등 부위에서 맥파 검출이 가능한 이점이 있다.

또한, 움직임 잡음이 부가되어 측정되는 왜곡된 맥파 신호에서 통계적 모델, 가속도 센서, 적응신호처리기술을 이용하여 움직임 잡음을 제거할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명은 시계 형태의 손목 착용형 장치를 제공하여 사용자에게 불편 함을 주지 않으므로 휴대형 환경에서 사용 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 블루투스/Zigbee의 지원으로 이를 지원하는 PC, 노트북, 모바일폰, PDA, 기타 모바일 기기에서 맥파를 이용한 개인의 건강지표를 확인하고 관리 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 최근에 건강에 대한 관심이 높아짐으로써 성인이나 노인의 건강측정도구 및 응급전조 상황감지 기능 등으로 사용될 수 있고 HRV분석을 통한 스트레스, 집중도, 수면 품질 등을 위한 컨텐츠가 호스트 장치에 제공된다면, 보다 다양한 용도, 즉 게임, 교육, 웰빙 컨텐츠 용도로 활용될 수 있으며, 뿐만 아니라 Zigbee와 같은 무선프로토콜을 이용하면 병원, 양로원, 실버타운 같은 집단이 있는 곳에 다수의 착용형 장치의 데이터를 수집, 가공할 수 있으므로 유비쿼터스 기반의 헬스케어 분야에 기본 장치로 활용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치가 적용되는 구성을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)는 블루투스 또는 지그비 등을 이용하기 위한 통신 프로토콜을 구비한다. 맥파 측정 장치(100)는 피검자로부터 맥파를 측정하면 무선 통신 기술을 이용하여 측정 데이터를 호스트 장치(200)인 PC, 로봇, 기타 의료장비 등으로 전송하는 것이 가능하다.

이때, 본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)는 피검자의 맥파를 측정하기 위 한 본체(100a)와, 본체(100a)를 손목에 착용하기 위한 착용수단(100b)으로 구성된다. 착용수단(100b)은 밴드 형태로 구현될 수 있으며, 손목 시계나 팔찌 등과 같은 형태로 구현될 수도 있다.

이에, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 맥파 측정 장치의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)는 MCU 플랫폼(110), 센서 저전력 구동부(120), PPG 센서부(130), 신호 증폭부(140), 가속도 센서부(150), 통신부(160), 및 전원 공급부(170)를 포함한다.

MCU 플랫폼(110)은 신호 전처리부(111), A/D 변환부(114), PWM(115), 및 전원 관리부(116)를 포함한다.

센서 저전력 구동부(120)는 PPG 센서의 구동을 위한 구동신호를 PPG 센서부(130)로 출력한다.

PPG 센서부(130)는 피검자의 손목 윗 등 부위에 배치된다. 이때, PPG 센서부(130)는 맥파 측정을 위해 손목 윗 등 부위로 광 신호를 출력하는 발광부(미도시)와, 피검자의 손목, 혈관 등에 반사되는 광신호를 수신하는 수신부(미도시)를 포함한다.

이때, PPG 센서부(130)는 센서 저전력 구동부(120)로부터의 구동신호에 따라 맥파 측정 동작을 수행한다. PPG 센서부(130)는 피검자로부터 맥파신호를 측정하 고, 측정된 맥파신호를 신호 증폭부(140)로 전달한다.

또한, 신호 증폭부(140)는 PPG 센서에 의해 측정된 맥파신호를 일정 레벨을 갖는 신호로 증폭시킨 후, MCU 플랫폼(110)의 A/D 변환부(114)로 전달한다.

한편, 가속도 센서부(150)는 피검자의 손목 또는 손의 움직임을 측정하기 위한 센서가 구비된다. 이때, 가속도 센서부(150)에 구비된 센서는 중력 가속도 센서, 각속도 센서 등이 해당 될 수 있다. 가속도 센서부(150)는 측정된 움직임 데이터를 MCU 플랫폼(110)의 A/D 변환부(114)로 전달한다.

가속도 센서부(150)에 의해 측정된 움직임 데이터는 추후, 맥파신호에서 움직임 잡음을 보정하는데 이용된다.

A/D 변환부(114)는 신호 증폭부(140)로부터 입력된 아날로그의 맥파신호를 디지털 신호로 변환하여 신호 전처리부(111)로 출력한다. 마찬가지로, A/D 변환부(114)는 가속도 센서부(150)로부터 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호 전처리부(111)로 출력한다.

신호 전처리부(111)는 PPG 센서부(130)와 가속도 센서부(150)의 각 센서들로부터 측정된 신호들을 전처리하여 잡음을 제거하는 기능을 수행한다. 이때, 신호 전처리부(111)는 신호 획득부(112) 및 잡음 제거부(113)를 포함한다.

신호 획득부(112)는 10bit에서 12bit정도 범위로 양자화시키고, 샘플링 속도는 맥파는 초당 100~1000개 범위의 속도로, 가속도 신호는 초당 100개의 속도로 샘플링한다.

잡음 제거부(113)는 저역통과필터를 이용하여 신호 획득부(112)에서 샘플링 된 맥파신호의 광잡음, 전기적 잡음 등을 제거한다. 한편, 잡음 제거부(113)는 고역통과필터를 이용하여 신호 획득부(112)에서 샘플링된 맥파신호의 호흡잡음이나 직류성분 등을 제거한다.

여기서, 각 필터의 차수는 4차이며 차단주파수는 1.5Hz와 0.5Hz 이며, 버터워스타입 IIR(Infinite Impulse Response) 필터를 이용한다.

한편, 잡음 제거부(113)는 가속도 신호의 오프셋전압을 제거하고, 스무딩 필터를 이용하여 가속도 신호의 고주파 잡음을 제거한다.

마지막으로, 신호 전처리부(111)는 잡음이 제거된 맥파신호와 가속도 신호를 직렬화하여, 통신부(160)로 출력한다.

신호 전처리부(111)에 대한 구체적인 동작 설명은 도 6의 설명을 참조한다.

도 3은 본 발명에 따른 호스트 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 호스트 장치(200)는 통신부(210), 능동 잡음 제거부(220), 및 신호 생성부(230)를 포함한다.

통신부(210)는 맥파 측정 장치(100)로부터 전송된 신호를 수신한다.

능동 잡음 제거부(220)는 통신부(210)를 통해 수신된 맥파신호와 가속도 신호를 이용하여 능동잡음제거 방식으로 움직임 잡음을 제거한다.

신호 생성부(230)는 능동 잡음 제거부(220)에 의해 움직임 잡음이 제거되어 최종 복원된 맥파신호를 저장하고, 복원된 맥파신호로부터 맥박의 피크점 간의 간격인 PP신호를 생성하여 HRV분석의 기초자료로 제공한다.

도 4는 본 발명에 따른 맥파 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)에서 PPG 센서부(130)는 피검자의 손목 윗등 부위로 근적외선을 방출하기 위한 두 개의 발광소자를 포함한다. 도 4의 실시예에서는 두 개의 발광소자가 적외선(Infrared Ray, IR) LED(131, 132) 인 것을 예로 한다.

두 개의 IR LED(131, 132)는 샘플링 되지 않는 시간 간격 사이에는 구동되지 않도록 하는 변조된 펄스를 사용하여 구동시키므로, 연속으로 구동하지 않는다.

또한, PPG 센서부(130)는 두 개의 IR LED(131, 132)에 의해 방출된 근적외선을 검출하는 광 검출소자를 더 포함한다. 도 4의 실시예에서는 광 검출소자가 적외선 검출기(IR Detector)(133) 인 것을 예로 한다.

IR Detector(133)는 입력된 신호를 샘플링하는 주기와 연동하여 듀티싸이클을 적절하게 조정하여 샘플링 속도에 충분히 반응하도록 한다.

여기서, 두 개의 IR LED(131, 132)는 IR detector(133)를 중심으로 양 옆에 배치한다. 이는, 손목이 다양한 신체 조직 특히 손목뼈가 손가락 끝 마디에 비해 복잡한 구조를 가지고 동맥도 손목 내부에 깊숙이 위치해 있으므로, 손가락 보다 넓은 범위의 손목구조를 지원하고 깊은 곳의 동맥 흐름을 찾기 위함이다.

이때, 두 개의 IR LED(131, 132)와 IR detector(133)가 서로 가까우면 IR detector(133)가 IR LED(131, 132)로부터 방출된 빛이 손목 내부로 흡수하여 반사 된 빛뿐만 아니라, IR LED(131, 132)에서 방출하는 빛을 직접 흡수할 수 있다. 따라서, 두 개의 IR LED(131, 132)와 IR detector(133)는 일정의 간격을 유지하도록 배치된다. 바람직하게는 7 내지 10mm 정도의 간격을 유지하도록 배치한다.

또한, 두 개의 IR LED(131, 132)와 IR detector(133)는 맥파 측정 장치(100)의 본체(100a) 내부에 장착되는 때, 본체(100a) 표면보다 안쪽으로 삽입되도록 실장한다. 바람직하게는 1.5 내지 2mm 정도 안쪽으로 삽입되도록 실장하는 것이 바람직하다.

이 경우, 두 개의 IR LED(131, 132)로부터 방출된 광신호가 IR detector(133)로 직접 흡수되는 것을 줄일 수 있으며, 신체 접촉면과, 두 개의 IR LED(131, 132) 및 IR detector(133) 사이에 거리 간격을 두게 되어 신체 접촉 시 발생하는 움직임 잡음을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)에서, PPG 센서부(130)의 하부 구조에는 PPG 센서부(130)로 구동신호를 인가하는 센서 저전력 구동부(120)와, 피검자의 움직임을 측정하기 위한 가속도 센서가 배치되며, MCU 플랫폼(110)이 배치된다.

또한, 센서 저전력 구동부(120), 가속도 센서, 및 MCU 플랫폼(110)의 하부 구조에는 배터리를 포함하는 전원 공급부(170)가 배치되어, 맥파 측정 장치(100)로 전원을 공급한다. 이때, 전원 공급부(170)는 충전회로가 구비되어, 리튬이온충전지(3.3v) 등으로부터 전원을 공급할 수 있으며, 대기모드 등이 지원되어 저전력으 로도 구동 가능하다.

도 5는 도 4에 도시된 IR LED와 IR detector의 특성 곡선을 나타낸 예시도이다.

먼저, 도 5의 (a)는 IR LED의 출력 특성을 나타낸 그래프이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, IR LED(131, 132)는 940nm의 파장의 빛인 근적외선을 방출한다. 이때, IR LED(131, 132)는 도 5의 (a)에서 'P'와 같은 출력강도를 가져야 한다.

특히, 본 발명에 따른 맥파 측정 장치(100)에서는, IR LED(131, 132)가 900nm 내지 1000nm 범위 이내로 한정되어 근적외선을 방출해야 피검자의 손목 윗등에서의 맥파 측정이 가능하다.

도 5의 (b)는 IR detector의 응답 특성을 나타낸 그래프이다.

IR detector(133)는 응답곡선의 퍼짐 정도가 넓으면, 그만큼 다른 대역의 광들이 IR detector(133)로 흡수되어 잡음의 원인이 되므로, 도 5의 (b)에서 응답 곡선 'Q'와 같이 800nm 내지 1000nm 파장대에서 잘 반응하는 센서를 이용한다.

아래, [수학식 1]은 Beer-Lambert 법칙이 신체조직에 적용된 것을 나타낸 것이다.

여기서, I_i(t)는 입력되는 빛의 세기이고, I_o(t)는 신체조직에 투과되어 나온 빛의 세기를 나타낸다. 또한, ε_λ,k는 매질별 흡수율계수이고, C_k(t)는 농도이며, d_k(t)는 각 매질의 거리를 나타낸다.

[수학식 1]에서와 같이, 신체조직으로부터 투과되어 나온 빛의 세기 I_o(t)는 세가지 변화요인-매질별 흡수율계수, 농도, 각 매질간의 거리-에 따라 입력된 빛의 세기가 변화하게 된다.

즉, 한 파장의 빛에 대해서도 각 매질간의 거리, 농도, 흡수율계수에 따라 출력 세기가 달라지므로, 손목부위 같이 복잡한 신체 조직을 갖는 부위에서는 빛의 세기가 변화가 심할 수 있다.

한편, 출력특성과 응답특성의 곡선이 퍼져있는 센서들을 사용하는 경우, [수학식 1]의 Beer-Lambert 법칙은 여러 파장대의 빛을 고려를 해야 하므로, 아래 [수학식 2]와 같이 수정되어야 한다.

즉, 각 파장대 마다 빛의 흡수율이 달라, 입사되는 서로 다른 파장대의 빛이 혼합되어 출력에 영향을 주므로, 매질이 복잡한 손목조직에서는 비교적 좁은 파장대의 특성을 갖는 것이 중요하다.

도 6은 본 발명에 따른 신호 전처리부에서 움직임 잡음을 제거하는 동작을 설명하는데 참조되는 예시도로서, 움직임 잡음이 부가되어 측정되는 왜곡된 맥파 신호에서 움직임 잡음제거용 능동 잡음 제거기에 대한 적응필터 구조를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 움직임 잡음이 없는 경우에는 순수한 맥파신호 P가 발생하고, 만일 피검자에 의해 움직임이 발생하는 경우에는 순수한 맥파신호 P에 움직임 잡음고유성분인 n이 부가된 신호가 발생하게 된다.

따라서, 실제로 PPG 센서부(130)에서 측정되는 신호는 순수한 맥파신호 P에 움직임 잡음고유성분인 n이 부가된 신호 d=p+n가 측정되어진다.

이때, 잡음고유성분인 n은 그 값을 정확히 알 수가 없다. 만일, 근사적으로 n과 상관이 높은 신호를 구할 수 있다면 적응필터에서 능동잡음제거기(ANC)구조를 이용하여 원 신호 P에 포함된 고유잡음 n을 최소평균제곱의 오차로 감쇠가 가능하다.

본 발명에 따른 맥파 측정 장치에서는 AR 모델 추정기를 이용하여 고유 움직 임 잡음의 모델을 추정하고, 추정된 모델의 전달함수

를 구하여 상관도가 높은 잡음을 얻는다.

한편, 손목 부위의 움직임은 가속도 센서부(150)의 3축 가속도 센서로부터 맥파 성분이 아닌 각축의 가속도 성분을 구한다. 이때, 가속도 센서는 가속도 신호 a가 맥파 신호를 왜곡한 신호와 상관이 있도록 유한임펄스응답(FIR, Finite Impulse Response) 필터로 전달한다.

다른 실시예로서, 혈압계의 커프를 이용하는 경우에는, 일시적으로 손목에 맥파 성분이 제거된 후 손목의 움직임을 통해 나오는 근사적인 고유 움직임 잡음으로 인한 맥파 성분의 값을 AR 모델 추정기로 추정한다.

따라서, FIR 필터는 전달함수

와 가속도 신호 a를 필터링하여 고유 움직임 잡음 n과 상관이 있는 신호

를 출력한다. 이때, 신호

는 능동잡음 제거기의 입력신호로 작용한다.

이후, 신호 전처리부(111)는 적응필터의 고유기능의 따라 최종 움직임 잡음이 어느 정도 제거된 최종 복구된 신호를 구하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치 및 그 방법은 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 맥파 측정 장치가 적용되는 시스템 구성도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 맥파 측정 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 호스트 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.

도 4 는 본 발명에 따른 맥파 측정 장치의 구성을 도시한 구조도이다.

도 5 는 본 발명에 따른 맥파 측정 장치의 동작 설명에 참조되는 예시도이다.

도 6 은 본 발명에 따른 맥파 측정 장치에서 움직임 잡음 제거 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

Claims

피검자의 손목 윗등 부위에 배치되어, 상기 손목 윗등으로 방출된 신호로부터 맥파신호를 검출하는 PPG 센서부;

상기 PPG 센서부가 장착된 부위에서 상기 피검자의 움직임을 검출하는 가속도 센서부; 및

상기 가속도 센서부에 의해 검출된 가속도 신호로부터 상기 피검자의 움직임을 예측하여, 검출된 상기 피검자의 움직임에 대응하는 움직임 잡음 모델을 추정하고, 상기 움직임 잡음 모델로부터 상기 맥파신호에 대한 움직임 잡음을 제거하는 신호 전처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 신호 전처리부는,

상기 맥파신호 및 가속도 신호를 일정 단위로 샘플링하는 신호 획득부; 및

고역통과필터를 이용하여 상기 신호 획득부에서 샘플링된 맥파신호의 잡음을 제거하는 잡음 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 움직임 잡음 모델은 고유의 움직임 잡음 모델이고, 상기 신호 전처리부는 상기 고유의 움직임 잡음 모델에 근거하여 상관도가 높은 움직임 잡음을 획득하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 신호 전처리부는,

자동회귀(AR) 모델 추정기를 이용하여 상기 고유의 움직임 잡음 모델을 추정하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 신호 전처리부는,

상기 고유의 움직임 잡음 모델과 상기 가속도 센서부에 의해 검출된 가속도 신호를 필터링하여, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 신호 전처리부는,

유한임펄스응답(FIR) 필터를 이용하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 신호 전처리부는,

상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 이용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 움직임 잡음이 제거된 맥파신호를 외부의 호스트 서버로 전송하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 PPG 센서는,

상기 피검자의 손목 윗등 부위로 광 신호를 출력하는 발광부; 및

상기 발광부에 의해 방출된 광 신호를 수신하는 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 가속도 센서부는,

3축 가속도 센서를 포함하며, 상기 3축 가속도 센서를 이용하여 상기 피검자의 움직임에 따른 각 축의 가속도 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡 음에 강인한 맥파 측정 장치.
피검자의 손목 윗등 부위에 배치된 PPG 센서로부터 맥파신호를 검출하는 단계;

가속도 센서를 이용하여 상기 PPG 센서가 장착된 부위에서 상기 피검자의 움직임을 검출하는 단계;

상기 피검자의 움직임 정보와, 상기 가속도 센서로부터 검출된 가속도 신호에 근거하여 상기 피검자의 움직임에 대응하는 움직임 잡음 모델을 추정하는 단계;

상기 움직임 잡음 모델로부터 상기 맥파신호에 대한 움직임 잡음을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법.
청구항 11에 있어서,

추정된 상기 움직임 잡음 모델과 상기 가속도 센서에 의해 검출된 가속도 신호에 근거하여, 상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음을 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법.
청구항 12에 있어서,

상기 움직임 잡음을 제거하는 단계는,

상기 피검자의 고유의 움직임 잡음과 상관도가 높은 움직임 잡음 신호를 이 용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 움직임 잡음을 제거하는 단계는,

적응필터를 이용하여 상기 맥파신호의 움직임 잡음을 반복적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 움직임 잡음이 제거된 맥파신호를 외부의 호스트 서버로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 잡음에 강인한 맥파 측정 방법.