KR20250171500A - A method and device for measuring blood pressure based on PPG sensor and artificial intelligence technology - Google Patents
A method and device for measuring blood pressure based on PPG sensor and artificial intelligence technologyInfo
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Abstract
본 발명은 PPG센서를 이용하여 혈압을 측정하는 기술로서, 손가락에 끼워 착용하는 반지형태의 생체신호 측정기를 이용하여 착용자의 맥파신호를 감지하고, 맥파신호에서 생체정보를 추출하여 이를 기계학습 알고리즘으로 분석하여 혈압수치를 추정하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for measuring blood pressure using a PPG sensor, a method for measuring blood pressure using a PPG sensor and artificial intelligence technology, which detects a wearer's pulse signal using a ring-shaped bio-signal measuring device worn on a finger, extracts bio-information from the pulse signal, analyzes it using a machine learning algorithm, and estimates a blood pressure value.
Description
본 발명은 PPG센서를 이용하여 혈압을 측정하여 고혈압을 예측하는 기술로서, 손가락에 끼워 착용하는 반지형태의 생체신호 측정기를 이용하여 착용자의 맥파신호를 감지하고, 맥파신호에서 생체정보를 추출하여 이를 기계학습 알고리즘으로 분석하여 혈압수치를 추정하여 고혈압을 예측하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for predicting hypertension by measuring blood pressure using a PPG sensor, detecting a pulse signal of a wearer using a ring-shaped bio-signal measuring device worn on a finger, extracting bio-information from the pulse signal, analyzing it using a machine learning algorithm to estimate a blood pressure level, and predicting hypertension, and relates to a blood pressure measuring method and measuring device using a PPG sensor and artificial intelligence technology.
생활 수준의 향상과 서구화된 식습관에서 비롯된 만성 질환의 발병이 전 세계적으로 증가하고 있으며, 그 중에서도 고혈압 환자는 꾸준히 증가하고 있다.The incidence of chronic diseases is increasing worldwide due to improved living standards and westernized eating habits, and among them, the number of patients with hypertension is steadily increasing.
혈압은 혈관을 따라 흐르는 혈액이 혈관의 벽에 주는 압력으로서, 중요한 생명 징후 중 하나다. 혈압이 비정상적으로 높아지는 고혈압 혹은 비정상적으로 낮아지는 저혈압은 그 자체로도 관리가 필요한 질환일 뿐만 아니라 다양한 다른 질병들의 원인 혹은 위험 인자로서 작용하기 때문에, 혈압을 정확하게 관찰하는 것은 건강 유지를 위해 매우 중요하다 할수 있다.Blood pressure, the pressure exerted by blood flowing through blood vessels against their walls, is one of the most important vital signs. Hypertension, which is abnormally high blood pressure, and hypotension, which is abnormally low blood pressure, are both conditions requiring management in their own right and can also act as causes or risk factors for various other diseases. Therefore, accurately monitoring blood pressure is crucial for maintaining good health.
고혈압은 잘못된 식습관, 가족력, 음주, 흡연, 운동 부족, 스트레스 등 여러 가지 환경적인 영향을 고루 받아 발생하며, 크게 두 종류로 나눌 수 있다.High blood pressure is caused by a variety of environmental factors, including poor eating habits, family history, drinking, smoking, lack of exercise, and stress, and can be broadly divided into two types.
하나는 원인이 되는 질병이 없이 나타나는 '본태성 고혈압'이고, 다른 하나는 신장 질환이나 혈관 이상, 내분비 질환 등으로 인해 이차적으로 발생하는 '이차성 고혈압'이다. 전체 고혈압 환자 중 이차성 고혈압 발생률은 5% 이하로 추정되며, 이들 중 높은 빈도를 차지하는 것이 신장 질환에 의한 고혈압이다. 반대로, 본태성 고혈압도 지속될 경우, 신장 질환이 생길 확률이 높아진다. One is "essential hypertension," which occurs without an underlying disease. The other is "secondary hypertension," which develops secondary to conditions such as kidney disease, vascular abnormalities, or endocrine disorders. The incidence of secondary hypertension is estimated to be less than 5% among all hypertensive patients, and among these, hypertension caused by kidney disease accounts for a significant proportion. Conversely, if essential hypertension persists, the risk of developing kidney disease increases.
따라서, 다른 질환의 발병을 예방하고, 고혈압을 치료하기 위해서는 꾸준한 혈압 측정과 고혈압 판단이 필요하다.Therefore, regular blood pressure measurement and diagnosis of hypertension are necessary to prevent the onset of other diseases and treat hypertension.
고혈압 판단은 통상 혈압 측정기기를 이용하여 병원이나 가정에서 혈압수치를 측정하고, 측정된 혈압 수치에 따라 고혈압을 판단하고 있다. 그러나, 혈압 측정기기가 없을 경우에는 전술한 판단 방법은 이용이 불가능하며, 특히 위급한 상황에서의 즉각적인 혈압 측정이 어렵다는 문제가 있었다.Hypertension is typically diagnosed by measuring blood pressure using a blood pressure monitor, either at a hospital or at home, and then determining the severity based on the measured blood pressure. However, without a blood pressure monitor, this method is unavailable, and the difficulty of immediately measuring blood pressure in an emergency situation is particularly significant.
더욱이, 일반적으로 사용되는 수은 혈압계(측정부위에 압력을 가하여 서서히 배기시키면서 청진기나 손을 맥박을 감지하여 맥의 시작점과 소실점에 나타나는 수은 기둥 높이로 혈압을 측정)의 경우, 측정부위를 압박하여야만 하기 때문에 혈액순환이 제대로 이루어지지 않아 측정부위가 먹먹해지거나 경우에 따라 고통이 수반되는 문제점이 있었다.Moreover, in the case of the commonly used mercury sphygmomanometer (which applies pressure to the measurement site and slowly releases it while detecting the pulse with a stethoscope or hand, and measures blood pressure by the height of the mercury column that appears at the starting and ending points of the pulse), there was a problem that the measurement site became swollen or, in some cases, painful because the blood circulation was not properly achieved due to the need to press the measurement site.
이에, 수은 혈압계와 같은 환자의 신체에 착용하는 구조가 아닌 무구속적인 방법으로 생체정보를 취득하여 혈압을 확인하는 기술에 대해 연구는 물론 특허출원되어 있다.Accordingly, research is being conducted and patents have been filed for a technology to check blood pressure by obtaining biometric information in a non-restrictive manner rather than using a structure worn on the patient's body, such as a mercury blood pressure monitor.
그러나 단순히 생체정보를 취득하여 확인하는 것일 뿐 혈압의 정확도가 높지 않고, 고혈압의 발병여부를 객관적으로 예측하지는 못하였다However, it is only a simple process of obtaining and confirming biometric information, and the accuracy of blood pressure is not high, and it cannot objectively predict the onset of hypertension.
또한, 지속적인 측정이 아닌 필요시 또는 주기적으로 혈압을 측정하여야 하므로, 측정시 번거로움이나 불편함이 있고, 지속적인 측정이 아니라 간헐적으로 측정함에 따라 정확도가 높지 않은 문제가 있었다.In addition, since blood pressure must be measured periodically or as needed rather than continuously, there is inconvenience or inconvenience in measuring, and since measurement is intermittent rather than continuous, there is a problem of low accuracy.
혈압 측정장치의 예로서, 본 출원인은 특허등록 제2517533호(심탄도와 인공지능 기술을 이용한 혈압측정장치)를 등록받은 바 있다.As an example of a blood pressure measuring device, the applicant has been granted patent registration No. 2517533 (Blood pressure measuring device using ballistic cardiography and artificial intelligence technology).
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, PPG(맥파)센서를 이용하여 착용자의 맥파신호를 감지하여 이를 기계학습 알고리즘으로 분석하여 혈압수치를 추정하게 되며, 특히 손가락에 끼워 착용하는 반지형태로 된 생체신호 측정기를 이용하여 착용자의 맥파신호를 감지함에 따라 피부와의 밀착력 상승으로 맥파신호의 정확한 감지를 통하여 측정 정확도를 높여줄 수 있고, 특히 반지형태임에 따라 사용상 번거롭거나 불편하지 않음은 물론 불편함없이 24시간 내내 착용한 상태로 혈압 측정이 가능하여 지속적인 혈압 관리가 가능한 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.The present invention has been created to solve the above-mentioned problem, and uses a PPG (pulse wave) sensor to detect a wearer's pulse wave signal and analyze it with a machine learning algorithm to estimate a blood pressure level. In particular, by detecting the wearer's pulse wave signal using a ring-shaped bio-signal measuring device worn on a finger, the close contact with the skin is increased, thereby accurately detecting the pulse wave signal, thereby increasing the measurement accuracy. In particular, because it is in a ring shape, it is not cumbersome or uncomfortable to use, and blood pressure can be measured while wearing it for 24 hours without discomfort, thereby enabling continuous blood pressure management. The present invention relates to a blood pressure measuring method and measuring device using a PPG sensor and artificial intelligence technology.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법은, 손가락에 착용한 반지형태의 생체신호 측정기(10)를 통하여 설정된 시간 간격으로 측정된 착용자의 맥파신호를 입력받는 단계; 입력받은 복수개의 상기 맥파신호로부터 생체정보를 추출하고, 미리 학습된 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압수치 추정 및 고혈압 예측 확률을 계산하는 단계; 계산된 고혈압 예측 확률이 설정된 임계 범위 내에 해당되는지 여부를 판단하여 경보 수준을 결정하여 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 생체신호 측정기(10)는, 착용자의 손가락에 끼워주도록 반지 형태로 형성된 측정기 몸체(11)와, 상기 측정기 몸체(11)의 외표면 일측에 착용 위치를 표시하는 착용위치 표시부(12)와, 손가락의 안쪽과 마주보는 상기 측정기 몸체(11)의 내표면 일측에 설치되어 손가락의 안쪽 피부에 밀착되면서 착용자의 맥파신호를 감지하는 PPG센서(13)와, 상기 PPG센서(13)로부터 감지된 맥파신호를 전달받아 무선통신을 통하여 사용자 단말기(20)로 맥파신호를 전달하는 제어부(14)로 구성된다.The blood pressure measurement method using the PPG sensor and artificial intelligence technology of the present invention for solving the above problem comprises the steps of: receiving a pulse signal of a wearer measured at a set time interval through a ring-shaped bio-signal measuring device (10) worn on a finger; extracting bio-information from the plurality of pulse signals received and inputting it into a pre-learned machine learning algorithm to calculate a blood pressure value estimation and a hypertension prediction probability; A step of determining an alarm level by determining whether the calculated hypertension prediction probability falls within a set threshold range and outputting the determined alarm level; wherein the bio-signal measuring device (10) comprises a measuring device body (11) formed in a ring shape to be worn on the wearer's finger, a wearing position display unit (12) indicating a wearing position on one side of the outer surface of the measuring device body (11), a PPG sensor (13) installed on one side of the inner surface of the measuring device body (11) facing the inner side of the finger and in close contact with the inner skin of the finger to detect the wearer's pulse signal, and a control unit (14) receiving the pulse signal detected by the PPG sensor (13) and transmitting the pulse signal to a user terminal (20) through wireless communication.
상기 맥파신호로부터 추출되는 생체정보는 HR(심박수), HRV(심박변이도), PI(혈압의 산소포화도와 혈압 신호의 질에 관련된 지표), AC(변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화를 나타내는 지표), SDNN(심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차), RMSSD(인접한 HRV간격의 차이에 대한 제곱근의 합을 평균낸 뒤 제곱근으로 나타낸 값), PNN50(연속적인 RR간격의 차이가 50ms를 초과하는 간격 수의 비율), LF(0.04~0.15Hz 대역의 저주파 주파수)와 HF(0.15~0.4Hz 대역의 고주파 주파수), HF_LF(LF를 HF로 나눈 값으로 0.5~2MHz 대역의 주파수)를 포함하고, 착용자의 기본 생체정보로서 나이, 성별 정보를 더 포함한다.The biometric information extracted from the above pulse signal includes HR (heart rate), HRV (heart rate variability), PI (an index related to the oxygen saturation of blood pressure and the quality of blood pressure signals), AC (an index representing changes in heart rate and blood pressure by measuring variability in changing blood pressure signals), SDNN (standard deviation of normal RR (heartbeat cycles per minute) intervals in the entire ballistocardiographic record), RMSSD (a value expressed as the square root of the average of the sum of the square roots of the differences in adjacent HRV intervals), PNN50 (a ratio of the number of intervals in which the difference in consecutive RR intervals exceeds 50 ms), LF (low frequency in the 0.04 to 0.15 Hz band), HF (high frequency in the 0.15 to 0.4 Hz band), HF_LF (LF divided by HF, frequency in the 0.5 to 2 MHz band), and further includes age and gender information as basic biometric information of the wearer.
이때, 상기 기계학습 알고리즘은 LSTM(Long Short Term Memory) 알고리즘인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the machine learning algorithm is a LSTM (Long Short Term Memory) algorithm.
본 발명의 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치는 손가락에 착용하여 착용자의 맥파신호를 취득하기 위한 생체신호 측정기(10); 상기 생체신호 측정기(10)와 유선 또는 무선 연결되어 생체신호 측정기로부터 취득된 맥파신호를 전달받고, 맥파신호에서 추출한 생체정보를 입력받아 고혈압을 예측하는 기계학습 알고리즘이 구축된 프로그램이 설치되거나 또는 프로그램이 설치된 서버(30)에 무선통신망을 통하여 접속이 가능한 사용자 단말기(20);로 이루어지고, 상기 생체신호 측정기(10)는 착용자의 손가락에 끼워 사용하도록 반지 형태로 형성된 측정기 몸체(11); 상기 측정기 몸체(11)의 외표면 일측에 형성되어 측정기 몸체(11)를 착용자의 손가락에 끼워 착용할 경우에 착용위치를 표시하는 착용위치 표시부(12); 손가락 안쪽과 마주보는 상기 측정기 몸체(11)의 내표면 일측에 설치되고, 착용자의 손가락에 끼워 착용한 경우에 손가락의 안쪽 피부에 밀착되면서 착용자의 맥파신호를 감지하는 PPG센서(13); 상기 측정기 몸체(11)에 설치되어 상기 PPG센서(13)로부터 감지된 맥파신호를 전달받아 무선통신을 통하여 상기 단말기(20)로 맥파신호를 전달하는 제어부(14);로 구성된다.The blood pressure measuring device utilizing the PPG sensor and artificial intelligence technology of the present invention comprises: a bio-signal measuring device (10) worn on a finger to acquire a pulse signal of a wearer; a user terminal (20) connected to the bio-signal measuring device (10) by wire or wirelessly to receive the pulse signal acquired from the bio-signal measuring device and to receive bio-information extracted from the pulse signal and to which a program having a machine learning algorithm for predicting high blood pressure is installed, or which is capable of accessing a server (30) on which the program is installed via a wireless communication network; wherein the bio-signal measuring device (10) comprises: a measuring device body (11) formed in the shape of a ring to be worn on a wearer's finger; a wearing position display unit (12) formed on one side of an outer surface of the measuring device body (11) to display a wearing position when the measuring device body (11) is worn on the wearer's finger; a PPG sensor (13) installed on one side of an inner surface of the measuring device body (11) facing the inside of the finger, and detecting the wearer's pulse signal while being in close contact with the inner skin of the finger when worn on the wearer's finger; It is composed of a control unit (14) installed in the measuring device body (11) and receiving a pulse signal detected from the PPG sensor (13) and transmitting the pulse signal to the terminal (20) through wireless communication.
상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 상기 PPG센서(13)의 양쪽 이격된 위치에 일정 길이로 돌출되게 유도돌기(15)가 형성되며, 상기 유도돌기(15)는 상기 측정기 몸체(11)를 손가락에 착용한 경우에 손가락의 안쪽 양측을 가압하여 손가락의 안쪽 중앙부분이 돌출되면서 상기 PPG센서(13)에 피부가 밀착되도록 유도하게 된다.On the inner surface of the measuring device body (11), guide protrusions (15) are formed to protrude to a certain length at positions spaced apart from each other on both sides of the PPG sensor (13). When the measuring device body (11) is worn on a finger, the guide protrusions (15) press both inner sides of the finger, thereby causing the inner central part of the finger to protrude and induce the skin to come into close contact with the PPG sensor (13).
여기서, 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 착용자의 손가락 안쪽 피부 온도를 측정하도록 온도센서(17)가 설치된다.Here, a temperature sensor (17) is installed on the inner surface of the measuring device body (11) to measure the skin temperature inside the wearer's finger.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 착용자의 맥파정보를 감지하여 이를 기계학습 알고리즘으로 분석하여 혈압 수치를 추정하여 고혈압을 예측할 수 있게 되며, 착용자의 손가락에 끼워 착용하는 반지형태로 이루어져 있음으로써 피부에 보다 효과적으로 밀착된 상태로 측정할 수 있어 종래에 비해 정확도 높은 맥파신호를 취득하게 됨은 물론 그에 따라 혈압 측정 정확도를 높일 수 있게 된다.According to the present invention having the above configuration, the wearer's pulse information is detected, analyzed using a machine learning algorithm, and blood pressure values are estimated to predict high blood pressure. In addition, since it is in the form of a ring that is worn on the wearer's finger, it is possible to measure in a state of more effective contact with the skin, thereby obtaining a pulse signal with higher accuracy than before, and accordingly, the accuracy of blood pressure measurement can be improved.
특히, 반지형태로 24시간 내내 손가락에 끼워 착용한 상태로 생활할 수 있어 지속적인 혈압측정이 가능함으로써 종래와 같이 일정 주기나 시간 간격마다 측정하지 않아도 지속적인 측정을 통하여 혈압 관리가 효과적으로 할 수 있다.In particular, it is possible to wear it on the finger 24 hours a day in the form of a ring, so continuous blood pressure measurement is possible, and blood pressure management can be effectively done through continuous measurement without having to measure it at regular intervals or time intervals as in the past.
도 1은 본 발명에 따른 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 생체신호 측정기의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 생체신호 측정기의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 생체신호 측정기를 손가락에 착용한 상태에서 유도돌기에 의해 손가락의 안쪽 중앙부분이 PPG센서에 밀착되는 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정과정을 보인 순서도.Figure 1 is a configuration diagram of a blood pressure measuring device utilizing a PPG sensor and artificial intelligence technology according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view of a biosignal measuring device according to the present invention;
Figure 3 is a cross-sectional view of a biosignal measuring device according to the present invention;
Figure 4 is a diagram showing a state in which the inner central part of the finger is in contact with the PPG sensor by the inductive protrusion while wearing the biosignal measuring device according to the present invention on the finger.
Figure 5 is a flowchart showing a blood pressure measurement process using a PPG sensor and artificial intelligence technology according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법 및 측정장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a blood pressure measurement method and measurement device utilizing a PPG sensor and artificial intelligence technology according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치는 PPG(맥파)센서를 구비한 생체정보 측정기(10)를 이용하여 착용자의 맥파신호를 취득하여 사용자 단말기(20)로 전송하고, 사용자 단말기(20)에서는 측정 프로그램을 통하여 수신받은 맥파신호를 분석하여 착용자의 생체정보를 추출하여 이를 통해 혈압을 측정하게 된다.As illustrated, the blood pressure measuring device utilizing the PPG sensor and artificial intelligence technology according to the present invention acquires the pulse signal of the wearer using a biometric information measuring device (10) equipped with a PPG (pulse wave) sensor and transmits it to a user terminal (20), and the user terminal (20) analyzes the pulse signal received through a measurement program to extract the wearer's biometric information and measures blood pressure using the same.
상기 생체정보 측정기(10)는 반지형태로 제작되어 착용자의 손가락에 끼워 착용한 상태로 혈압을 측정하는 것임에 따라 피부와의 밀착력이 높고 움직임이 거의 없어 정확하게 맥파신호를 감지할 수 있게 됨으로써 신뢰도 있는 정확도 높은 결과값을 제공할 수 있게 된다.The above biometric information measuring device (10) is manufactured in the form of a ring and is worn on the wearer's finger to measure blood pressure. As such, it has high adhesion to the skin and has little movement, allowing it to accurately detect pulse signals, thereby providing reliable and highly accurate results.
상기 생체정보 측정기(10)는 유선 또는 무선 통신으로 연결된 사용자 단말기(20)로 취득한 맥파신호를 전달하고, 사용자 단말기(20)에서 생체정보를 추출하여 이를 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압 수치를 추정하게 되는 것이며, 이렇게 추정한 혈압 수치는 사용자 단말기의 화면을 통하여 착용자가 자신의 혈압 수치를 육안으로 확인할 수 있다.The above biometric information measuring device (10) transmits the pulse signal acquired to a user terminal (20) connected via wired or wireless communication, extracts biometric information from the user terminal (20), and inputs it into a machine learning algorithm to estimate a blood pressure value. The blood pressure value estimated in this way can be visually confirmed by the wearer through the screen of the user terminal.
사용자 단말기(20)는 생체정보 측정기(10)와 유선 연결되거나 무선통신(근거리 무선통신)으로 연결되는 단말기이며, 측정 프로그램을 저장하기 위한 메모리, 측정 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하고 있는 단말기를 의미한다.The user terminal (20) is a terminal that is connected to the biometric information measuring device (10) by wire or wireless communication (short-range wireless communication), and is equipped with a memory for storing a measurement program, a microprocessor for executing the measurement program, and performing calculations and control.
예로서, 사용자 단말기는 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북, 개인휴대용 정보단말기(PDA: Personal Digital Assistant) 및 이동통신 단말기(Mobile Communication terminal), 태블릿 단말기 등 통신이 가능한 단말기이며, 사용 편의상 이동통신 단말기로서 착용자가 휴대하는 스마트 패드(Smart Pad)나 스마트폰(Smart Phone)을 사용할 수 있다.For example, the user terminal is a terminal capable of communication, such as a personal computer (PC), a laptop, a personal digital assistant (PDA), a mobile communication terminal, a tablet terminal, etc. For convenience of use, a smart pad or smart phone carried by the wearer can be used as a mobile communication terminal.
사용자 단말기(20)에는 맥파신호의 분석을 위하여 서버(30)에 접속하기 위한 전용 앱(어플리케이션)이 설치되며, 전용 앱에서 착용자의 기본 생체정보를 입력하게 됨은 물론 전용 앱을 통하여 상기 생체정보 측정기(10)에서 감지된 맥파신호를 수집하게 된다.A dedicated app (application) is installed on the user terminal (20) to connect to the server (30) for analyzing pulse signals, and the wearer's basic biometric information is input into the dedicated app, and the pulse signal detected by the biometric information measuring device (10) is collected through the dedicated app.
서버(30)에는 기계학습 알고리즘이 설치되어 있으며, 상기 단말기(20)에서 서버에 접속하여 제어부(14)로부터 수신받은 맥파신호에서 생체정보들을 추출하고, 이를 기계학습 알고리즘에 입력하여 기계학습을 통해 분석하여 혈압 수치를 추정하게 되며, 추정된 수치를 포함한 측정정보를 사용자 단말기(20)로 전송하여 화면에 표출하게 된다.A machine learning algorithm is installed in the server (30), and the terminal (20) accesses the server to extract bio-information from the pulse signal received from the control unit (14), inputs this into the machine learning algorithm, analyzes it through machine learning, and estimates a blood pressure value. Measurement information including the estimated value is transmitted to the user terminal (20) and displayed on the screen.
따라서, 사용자 단말기(20)에서 전용 앱을 실행시킨 상태로 상기 생체정보 측정기(10)에서 맥파를 측정하게 되면, 측정된 맥파신호를 이용하여 생체정보(변수)들을 추출한 후 이렇게 추출된 생체정보들을 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압수치를 추정한 후 경보 수준을 판단하여 그 결과를 화면에 표출시켜 주는 것이며, 착용자는 사용자 단말기의 화면에 표출된 정보를 토대로 혈압수치와 함께 고혈압을 예측할 수 있는 것이다.Accordingly, when a dedicated app is run on a user terminal (20) and a pulse wave is measured by the biometric information measuring device (10), the measured pulse wave signal is used to extract biometric information (variables), and then the extracted biometric information is input into a machine learning algorithm to estimate a blood pressure level, determine an alarm level, and display the result on the screen. The wearer can predict high blood pressure along with the blood pressure level based on the information displayed on the screen of the user terminal.
한편, 본 발명에서는 서버(30)에 기계학습 알고리즘이 설치되고, 사용자 단말기(20)에서 전용 앱을 통하여 접속하도록 구성하였으나, 서버(30)가 별도로 구비되어 있지 않은 경우에는 사용자 단말기(20)에 측정 프로그램을 설치하여 사용자 단말기 자체에서 맥파신호를 이용하여 착용자의 생체정보를 추출하여 혈압수치와 고혈압을 예측하도록 구현할 수도 있다.Meanwhile, in the present invention, a machine learning algorithm is installed in the server (30) and configured to be accessed through a dedicated app from the user terminal (20). However, if the server (30) is not separately provided, a measurement program may be installed in the user terminal (20) to extract the wearer's biometric information using the pulse signal from the user terminal itself, thereby predicting blood pressure levels and hypertension.
혈압을 추정하기 위한 변수는 종속변수와 독립변수로 구분되고, 종속변수는 혈압이고, 독립변수는 나이, 성별, HR(심박수), HRV(심박변이도), PI(혈압의 산소포화도와 혈압 신호의 질에 관련된 지표), AC(변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화를 나타내는 지표), SDNN(심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차), RMSSD(인접한 HRV간격의 차이에 대한 제곱근의 합을 평균낸 뒤 제곱근으로 나타낸 값), PNN50(연속적인 RR간격의 차이가 50ms를 초과하는 간격 수의 비율), LF(0.04~0.15Hz 대역의 저주파 주파수)와 HF(0.15~0.4Hz 대역의 고주파 주파수), HF_LF(LF를 HF로 나눈 값으로 0.5~2MHz 대역의 주파수)를 변수로 지정할 수 있다.The variables for estimating blood pressure are divided into dependent and independent variables. The dependent variable is blood pressure, and the independent variables are age, sex, HR (heart rate), HRV (heart rate variability), PI (an index related to the quality of oxygen saturation and blood pressure signals), AC (an index that represents changes in heart rate and blood pressure by measuring the variability of changing blood pressure signals), SDNN (standard deviation of normal RR (heart rate cycles per minute) intervals in the entire ballistocardiographic recording), RMSSD (the square root of the average of the sum of the square roots of the differences in adjacent HRV intervals), PNN50 (the ratio of intervals in which the difference in consecutive RR intervals exceeds 50 ms), LF (low frequency in the 0.04–0.15 Hz band), HF (high frequency in the 0.15–0.4 Hz band), and HF_LF (LF divided by HF, which is the frequency in the 0.5–2 MHz band) can be specified as variables.
상기 생체정보 측정기(10)는 측정기 몸체(11), 착용위치 표시부(12), PPG센서(13), 사용자 단말기(20)와 유선 또는 무선통신하는 제어부(14)로 구성된다.The above biometric information measuring device (10) is composed of a measuring device body (11), a wearing position display unit (12), a PPG sensor (13), and a control unit (14) that communicates with a user terminal (20) via wired or wireless communication.
측정기 몸체(11)는 착용자의 손가락에 끼워 착용하도록 반지 형태로 형성된다.The measuring device body (11) is formed in a ring shape to be worn on the wearer's finger.
상기 측정기 몸체(11)는 별도의 보관케이스가 구비될 수 있고, 보관케이스에서 무선충전되도록 구성할 수 있으며, 반지형태로 형성된 구조로 인하여 별도의 전원버튼을 구비하지 않고 보관케이스에서 인출시켜 착용자의 손가락에 끼워주는 것을 통하여 전원이 공급되면서 작동되도록 회로구성할 수 있다.The above measuring device body (11) may be equipped with a separate storage case and configured to be wirelessly charged in the storage case. Since it is formed in a ring shape, the circuit may be configured to operate by supplying power by pulling it out from the storage case and putting it on the wearer's finger without having a separate power button.
또한, 사용자 단말기(20)에 설치된 전용 앱을 통해 제어부(14)의 작동을 온오프(ON/OFF)하도록 구성할 수 있다.Additionally, the operation of the control unit (14) can be configured to be turned on/off through a dedicated app installed on the user terminal (20).
이때, 상기 측정기 몸체(11)에는 전원의 공급으로 온(ON) 동작 시 발광되도록 점멸동작되는 램프가 설치될 수도 있다.At this time, a lamp that flashes when turned on by power supply may be installed in the measuring device body (11).
착용위치 표시부(12)는 상기 측정기 몸체(11)의 외표면 일측에 형성되는 것으로, 손가락에 끼워 착용하는 경우에 그 착용 위치를 표시해 주는 부분이다.The wearing position indicator (12) is formed on one side of the outer surface of the measuring device body (11), and is a part that indicates the wearing position when worn on a finger.
상기 착용위치 표시부(12)는 측정기 몸체(11)를 손가락에 착용한 경우에 손가락의 바깥쪽 상측을 향하도록 한 상태로 착용하면 된다.The above-mentioned wearing position indicator (12) should be worn with the measuring device body (11) facing the upper outer side of the finger when worn on the finger.
PPG센서(13)는 손가락의 안쪽과 마주보는 상기 측정기 몸체(11)의 내표면 일측에 설치되는 것이며, 손가락의 안쪽 피부에 밀착되면서 착용자의 맥파신호를 감지하게 된다.The PPG sensor (13) is installed on one side of the inner surface of the measuring device body (11) facing the inside of the finger, and detects the wearer's pulse signal while in close contact with the skin on the inside of the finger.
상기 PPG센서(13)로부터 감지된 맥파신호는 제어부(14)로 전달된다.The pulse signal detected from the above PPG sensor (13) is transmitted to the control unit (14).
제어부(14)는 제어기판과 마이컴(MCU)을 포함하는 구성이며, 상기 PPG센서(13)에서 감지된 맥파정보를 전달받아 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 있는 사용자 단말기(20)로 맥파신호를 송신하게 된다.The control unit (14) is configured to include a control board and a microcomputer (MCU), and receives pulse information detected by the PPG sensor (13) and transmits a pulse signal to a user terminal (20) connected via wired or wireless communication.
제어부(14)는 PPG센서(13)에서 감지된 맥파신호를 사용자 단말기(20)로 바로 전달하도록 구성될 수도 있고, 별도로 메모리를 구비하여 메모리에 임시 저장한 후 유선 또는 무선통신을 통하여 사용자 단말기(20)로 전달하도록 구성될 수도 있다.The control unit (14) may be configured to directly transmit the pulse signal detected by the PPG sensor (13) to the user terminal (20), or may be configured to temporarily store the pulse signal in a separate memory and then transmit it to the user terminal (20) via wired or wireless communication.
상기 제어기판은 반지형태로 된 측정기 몸체(11)의 특성상 플렉시블하게 형성되어 측정기 몸체(11)의 내부 전체공간에 링 형태로 말아져 형성되거나 온전한 원형의 링 형태 외에 일측이 개구된 호형으로 형성될 수도 있다.The above control board is formed flexibly due to the characteristics of the ring-shaped measuring body (11) and may be formed in a ring shape by being rolled up in the entire internal space of the measuring body (11), or may be formed in an arc shape with one side open in addition to a complete circular ring shape.
이때, 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 상기 PPG센서(13)의 양쪽 이격된 위치에 일정 길이로 돌출되게 유도돌기(15)가 형성된다.At this time, on the inner surface of the measuring device body (11), an induction protrusion (15) is formed to protrude at a certain length at positions spaced apart from each other on both sides of the PPG sensor (13).
상기 유도돌기(15)는 상기 측정기 몸체(11)를 손가락에 착용한 경우에 손가락의 안쪽 양측을 가압하게 됨으로써 그로 인하여 손가락의 안쪽 중앙부분이 돌출되면서 상기 PPG센서(13)에 피부가 밀착되도록 유도하는 것이다.The above-mentioned induction protrusion (15) presses both inner sides of the finger when the measuring device body (11) is worn on the finger, thereby causing the inner central part of the finger to protrude and induce the skin to come into close contact with the PPG sensor (13).
따라서, 상기 PPG센서(13)가 피부에 밀착된 상태로 측정기 몸체(11)가 흔들리거나 유동되지 않음으로써 맥파신호를 정확하게 감지할 수 있는 것이고, 맥파신호의 정확도 상승으로 인하여 더욱 정확한 혈압수치 추정은 물론 측정 신뢰도를 높일 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the PPG sensor (13) is in close contact with the skin, and the measuring device body (11) does not shake or move, so that the pulse signal can be accurately detected, and the accuracy of the pulse signal increases, so that more accurate blood pressure value estimation and measurement reliability can be increased.
여기서, 상기 PPG센서(13)는 1개만 구비될 수도 있으나, 더욱 높은 정확도를 위하여 2개 구비되어 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에 서로 이격되어 설치될 수 있다.Here, only one PPG sensor (13) may be provided, but for higher accuracy, two sensors may be provided and installed spaced apart from each other on the inner surface of the measuring device body (11).
PPG센서가 2개 구비될 경우, 상기 사용자 단말기(20)의 측정 프로그램에서는 2개의 PPG센서에서 입력된 맥파신호 중 동일 시간에 감지된 맥파신호를 합산하여 그 평균값을 기준값으로 설정하고, 상기 기준값에서 생체정보를 추출하여 상기 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압을 측정하게 되는 것이며, 2개의 맥파신호의 평균값을 이용하여 혈압을 측정하게 됨으로써 혈압수치 데이터 및 경보 수준 결정 시 정확도를 더욱 높일 수 있게 된다.When two PPG sensors are provided, the measurement program of the user terminal (20) adds up the pulse signals detected at the same time among the pulse signals input from the two PPG sensors, sets the average value as a reference value, extracts biometric information from the reference value, and inputs it into the machine learning algorithm to measure blood pressure. By measuring blood pressure using the average value of the two pulse signals, the accuracy in determining blood pressure value data and alarm level can be further increased.
한편, 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 착용자의 손가락 안쪽 피부 온도를 측정하도록 온도센서(17)가 설치되어 착용자의 생체온도를 측정하여 건강상태를 확인할 수 있다.Meanwhile, a temperature sensor (17) is installed on the inner surface of the measuring device body (11) to measure the skin temperature inside the wearer's finger, thereby measuring the wearer's body temperature and confirming the wearer's health status.
또한, 상기 측정기 몸체(11)에는 3축 자이로센서(18)가 구비될 수 있다.Additionally, the measuring device body (11) may be equipped with a three-axis gyro sensor (18).
3축 자이로센서(18)는 착용자가 손이나 손가락의 움직임은 물론 신체의 움직임 발생을 감지하게 되며, 이를 통하여 운동이나 수면 등 착용자의 현재 자세 및 상태를 확인할 수 있다.The 3-axis gyro sensor (18) detects the movement of the wearer's hands or fingers as well as the movement of the body, and through this, the wearer's current posture and condition, such as exercise or sleep, can be checked.
본 발명의 인공지능 기술이 적용된 혈압 측정방법에 대해 설명한다.A blood pressure measurement method using the artificial intelligence technology of the present invention is described.
본 발명의 인공지능 기술이 적용된 혈압 측정방법은 PPG센서로부터 착용자의 맥파신호를 수신받아 생체정보를 추출하고, 추출된 생체정보를 기계학습 알고리즘에 입력하여 출력된 혈압수치를 추정하고, 추정 수치를 통해 고혈압 확률을 예측하여 고혈압 여부를 확인하게 된다.The blood pressure measurement method using the artificial intelligence technology of the present invention receives the pulse signal of the wearer from a PPG sensor, extracts biometric information, inputs the extracted biometric information into a machine learning algorithm to estimate the output blood pressure value, and predicts the probability of hypertension based on the estimated value to confirm whether or not hypertension is present.
본 발명의 인공지능 기술이 적용된 혈압 측정방법은 컴퓨터에 의해 수행되며, 상기 컴퓨터에는 혈압을 측정하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된다. 상기 컴퓨터는 서버를 포함하여 일반적인 퍼스널 컴퓨터 뿐만 아니라, 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 스마트 기기를 포함하는 광의의 컴퓨팅 장치를 의미한다.The blood pressure measurement method using the artificial intelligence technology of the present invention is performed by a computer, and the computer stores a computer program that performs the blood pressure measurement method. The computer refers to a broad computing device that includes not only general personal computers, including servers, but also smart devices such as smartphones and tablet PCs.
본 발명의 혈압 측정방법은 PPG센서로부터 맥파신호를 입력받는 단계, 혈압수치를 통해 고혈압 예측 확률을 계산하는 단계, 경보 수준을 판단하여 출력하는 단계를 포함한다.The blood pressure measurement method of the present invention includes a step of receiving a pulse signal from a PPG sensor, a step of calculating a probability of hypertension prediction using a blood pressure value, and a step of determining and outputting an alarm level.
구체적으로, PPG센서로부터 맥파신호를 입력받으면 입력된 신호의 잡음을 제거한다. 잡음 제거를 위해 입력된 맥파신호의 신호 크기를 스케일링 한다.Specifically, when a pulse signal is input from a PPG sensor, noise in the input signal is removed. To remove noise, the signal size of the input pulse signal is scaled.
스케일링된 맥파신호를 미리 설정된 최소 평균 제곱근(RMS)값과 최대 평균 제곱근(RMS)값 범위에 해당되는 맥파신호를 추출하고, 추출된 맥파신호로부터 미리 설정된 최소 진폭값과 최대 진폭값 이내에 해당하는 신호를 추출함으로써, 최종적으로 입력된 맥파신호의 잡음 제거를 완료한다.A pulse signal corresponding to a preset minimum root mean square (RMS) value and maximum root mean square (RMS) value range is extracted from the scaled pulse signal, and a signal corresponding to a preset minimum amplitude value and maximum amplitude value is extracted from the extracted pulse signal, thereby completing noise removal of the final input pulse signal.
잡음이 제거된 맥파신호를 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압수치를 추정하여 고혈압 예측 확률을 출력한다.The pulse signal with noise removed is input into a machine learning algorithm to estimate blood pressure levels and output the probability of hypertension prediction.
독립변수로서, 기본 생체정보인 나이, 성별을 포함하고, 맥파신호의 생체정보로서, HR(심박수), HRV(심박변이도), PI(혈압의 산소포화도와 혈압 신호의 질에 관련된 지표), AC(변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화를 나타내는 지표), SDNN(심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차), RMSSD(인접한 HRV간격의 차이에 대한 제곱근의 합을 평균낸 뒤 제곱근으로 나타낸 값), PNN50(연속적인 RR간격의 차이가 50ms를 초과하는 간격 수의 비율), LF(0.04~0.15Hz 대역의 저주파 주파수)와 HF(0.15~0.4Hz 대역의 고주파 주파수), HF_LF(LF를 HF로 나눈 값으로 0.5~2MHz 디역의 주파수)를 변수로 지정한다.As independent variables, basic biometric information such as age and gender are included, and as biometric information of pulse signal, HR (heart rate), HRV (heart rate variability), PI (an index related to the quality of oxygen saturation and blood pressure signal), AC (an index representing changes in heart rate and blood pressure by measuring variability with changing blood pressure signals), SDNN (standard deviation of normal RR (heartbeat cycles per minute) intervals in the entire ballistocardiographic record), RMSSD (the value expressed as the square root of the average of the sum of the square roots of the differences in adjacent HRV intervals), PNN50 (the ratio of the number of intervals in which the difference in consecutive RR intervals exceeds 50 ms), LF (low frequency in the 0.04–0.15 Hz band), HF (high frequency in the 0.15–0.4 Hz band), and HF_LF (the value of LF divided by HF, which is the frequency in the 0.5–2 MHz band) are designated as variables.
본 발명에서는 나이, 성별, 심박수, 심박 변이도, PI(혈압의 산소포화도와 혈압 신호의 질에 관련된 지표)는 물론 AC(변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화를 나타내는 지표), SDNN(심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차), RMSSD(인접한 HRV간격의 차이에 대한 제곱근의 합을 평균낸 뒤 제곱근으로 나타낸 값), PNN50(연속적인 RR간격의 차이가 50ms를 초과하는 간격 수의 비율)에 대한 변수를 추가로 설정함으로써 혈압수치를 종래에 비해 더욱 정확하게 추정할 수 있게 됨으로써 측정 정확도는 물론 신뢰도를 대폭 상승시킬 수 있다.In the present invention, by additionally setting variables for age, sex, heart rate, heart rate variability, PI (an index related to the oxygen saturation of blood pressure and the quality of blood pressure signals), AC (an index indicating changes in heart rate and blood pressure by measuring variability with changing blood pressure signals), SDNN (standard deviation of normal RR (heart rate cycles per minute) intervals in the entire ballistocardiographic record), RMSSD (a value expressed as the square root of the average of the sum of the square roots of the differences in adjacent HRV intervals), and PNN50 (the ratio of the number of intervals in which the difference in consecutive RR intervals exceeds 50 ms), it is possible to estimate blood pressure values more accurately than in the past, thereby significantly increasing measurement accuracy as well as reliability.
즉, 본 발명에서는 기본적인 생체정보 외에도 심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차에 대한 지표를 기준으로 하면서 혈압의 산소포화도와 혈합 신호의 질에 대한 지표는 물론 변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화에 대한 지표를 변수로 설정함으로써 측정 정확도를 높일 수 있는 것이다. That is, in the present invention, in addition to basic bio-information, the standard deviation of the normal RR (heartbeat cycle per minute) interval in the entire ballistic cardiogram record is used as a reference, and the variability is measured by changing the blood pressure signal as well as the indicators of the oxygen saturation of blood pressure and the quality of the blood pressure signal, thereby increasing the measurement accuracy by setting the indicators of the changes in heart rate and blood pressure as variables.
SDNN는 심박변이성의 측정 중 하나이며, 1분동안의 심박 주기(RR 간격) 데이터의 표준 편차를 나타낸다. SDNN은 심박 주기의 변이성을 전체 1분 동안 측정하여 1분간 PPG센서에서 감지된 기록 전체에서 정상적인 RR간격의 표준편차를 의미한다.SDNN is a measure of heart rate variability and represents the standard deviation of heart rate cycle (RR) interval data over a one-minute period. SDNN measures heart rate cycle variability over a full minute, representing the standard deviation of normal RR intervals across all recordings detected by the PPG sensor over that one-minute period.
SDNN의 감소는 좌심실 기능 장애, 심실 빈맥의 위험도 증가를 예측할 수 있다.A decrease in SDNN may predict an increased risk of left ventricular dysfunction and ventricular tachycardia.
RMSSD는 심박변이성의 측정 지표 중 하나로, 연속된 심박 주기(RR 간격) 간의 차이에 대한 제곱근의 평균을 의미한다. RMSSD is one of the measures of heart rate variability, and is the average of the square roots of the differences between consecutive heartbeat cycles (RR intervals).
RMSSD의 값이 클수록 건강한 상태이다.The higher the RMSSD value, the healthier the condition.
PNN50은 연속적인 RR 간격의 차이가 50ms를 초과하는 RR간격 수의 백분율로 나타낸다. PNN50 is expressed as the percentage of RR intervals in which the difference between consecutive RR intervals exceeds 50 ms.
PNN50의 값이 작을수록 건강한 상태이다.The smaller the PNN50 value, the healthier the condition.
감지된 생체정보에서 나이, 성별을 제외한 생체정보들의 평균값을 각각 계산하고, 계산한 각각의 평균값을 기계학습 알고리즘에 입력한다.The average value of the detected biometric information, excluding age and gender, is calculated, and each calculated average value is input into the machine learning algorithm.
상기 기계학습 알고리즘은 컴퓨터가 입력되는 데이터를 통해 스스로 학습할 수 있도록 하는 알고리즘으로, 본 발명에서는 LSTM(Long Short Term Memory) 알고리즘을 이용한다.The above machine learning algorithm is an algorithm that allows a computer to learn on its own through input data, and the present invention uses the LSTM (Long Short Term Memory) algorithm.
상기 기계학습 알고리즘으로서, LSTM(Long Short Term Memory) 알고리즘을 이용하는 이유는 짧은 시간 간격으로 독립변수를 이용하여 생체정보의 추출이 가능함으로써 측정 정확도를 높여주도록 한 것이다.The reason for using the LSTM (Long Short Term Memory) algorithm as the above machine learning algorithm is to increase measurement accuracy by enabling extraction of biometric information using independent variables at short time intervals.
종래 혈압 측정장치에서 사용되는 기계학습 알고리즘은 다층 퍼셉트론(MLP; Multi-Layer Perceptron) 알고리즘으로 60초 간격으로 독립변수를 이용하여 생체정보를 추출하였으나, 본 발명에서는 LSTM 알고리즘을 사용함으로써 시간의 흐름에 따라 변하는 맥파신호 데이터를 더욱 짧은 시간 간격(예로서, 1초 간격)으로 생체정보를 추출할 수 있는 것이다.The machine learning algorithm used in conventional blood pressure measuring devices is a multi-layer perceptron (MLP) algorithm that extracts bio-information using independent variables at 60-second intervals. However, in the present invention, by using the LSTM algorithm, bio-information can be extracted at shorter time intervals (e.g., 1-second intervals) from pulse signal data that changes over time.
상기 기계학습 알고리즘에 맥파신호 데이터를 입력하여 최종적으로 혈압수치를 출력하며, 상기 출력된 수치를 통해 고혈압 예측 확률을 계산하고, 경보 수준을 판단한다.Pulse signal data is input into the above machine learning algorithm to finally output a blood pressure value, and the probability of predicting high blood pressure is calculated based on the output value, and the alarm level is determined.
상기 경보 수준은 "안심", "관심", "주의", "의심"로 분류될 수 있으며, 상기 고혈압 예측 확률이 0% 내지 10%일 경우 "안심"으로 판단하며, 상기 고혈압 예측 확률이 11% 내지 30%일 경우 "관심", 상기 고혈압 예측 확률이 31% 내지 50%일 경우 "주의", 상기 고혈압 예측 확률이 51%이상 일 경우 "의심'으로 판단하여 출력한다.The above warning level can be classified into “safety”, “concern”, “caution”, and “suspicion”, and when the predicted probability of hypertension is 0% to 10%, it is judged as “safety”, when the predicted probability of hypertension is 11% to 30%, it is judged as “concern”, when the predicted probability of hypertension is 31% to 50%, it is judged as “caution”, and when the predicted probability of hypertension is 51% or more, it is judged as “suspicion” and output.
이러한 단계들을 통해 착용자의 고혈압 발병 여부를 진단할 수 있으며, 출력된 결과는 사용자 단말기의 화면에서 모니터링을 수행할 수 있다.Through these steps, it is possible to diagnose whether the wearer has high blood pressure, and the output results can be monitored on the screen of the user's terminal.
10: 생체신호 측정기
11: 측정기 몸체
12: 착용위치 표시부
13: PPG센서
14: 제어부
15: 유도돌기
17: 온도센서
18: 3축 자이로센서
20: 사용자 단말기
30: 서버10: Biosignal measuring device 11: Measuring device body
12: Wearing position indicator 13: PPG sensor
14: Control unit 15: Guide projection
17: Temperature sensor 18: 3-axis gyroscope sensor
20: User terminal 30: Server
Claims (8)
입력받은 복수개의 상기 맥파신호로부터 생체정보를 추출하고, 미리 학습된 기계학습 알고리즘에 입력하여 혈압수치 추정 및 고혈압 예측 확률을 계산하는 단계;
계산된 고혈압 예측 확률이 설정된 임계 범위 내에 해당되는지 여부를 판단하여 경보 수준을 결정하여 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 생체신호 측정기(10)는, 착용자의 손가락에 끼워주도록 반지 형태로 형성된 측정기 몸체(11)와, 상기 측정기 몸체(11)의 외표면 일측에 착용 위치를 표시하는 착용위치 표시부(12)와, 손가락의 안쪽과 마주보는 상기 측정기 몸체(11)의 내표면 일측에 설치되어 손가락의 안쪽 피부에 밀착되면서 착용자의 맥파신호를 감지하는 PPG센서(13)와, 상기 PPG센서(13)로부터 감지된 맥파신호를 전달받아 무선통신을 통하여 사용자 단말기(20)로 맥파신호를 전달하는 제어부(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법.
A step of receiving the wearer's pulse signal measured at set time intervals through a ring-shaped bio-signal measuring device (10) worn on the finger;
A step of extracting bio-information from a plurality of input pulse signals and inputting it into a pre-learned machine learning algorithm to calculate a blood pressure value estimation and a hypertension prediction probability;
A step of determining an alarm level by determining whether the calculated hypertension prediction probability falls within a set threshold range and outputting the result;
The above bio-signal measuring device (10) is characterized by comprising a measuring device body (11) formed in a ring shape to be worn on the wearer's finger, a wearing position indicating portion (12) indicating a wearing position on one side of the outer surface of the measuring device body (11), a PPG sensor (13) installed on one side of the inner surface of the measuring device body (11) facing the inside of the finger to detect the wearer's pulse signal while in close contact with the inner skin of the finger, and a control portion (14) that receives the pulse signal detected by the PPG sensor (13) and transmits the pulse signal to a user terminal (20) through wireless communication, a blood pressure measuring method using a PPG sensor and artificial intelligence technology.
상기 맥파신호로부터 추출되는 생체정보는 HR(심박수), HRV(심박변이도), PI(혈압의 산소포화도와 혈압 신호의 질에 관련된 지표), AC(변화하는 혈압 신호로 변동성을 측정하여 심박수와 혈압의 변화를 나타내는 지표), SDNN(심탄도 기록 전체에서 정상적인 RR(1분동안 심박 주기)간격의 표준 편차), RMSSD(인접한 HRV간격의 차이에 대한 제곱근의 합을 평균낸 뒤 제곱근으로 나타낸 값), PNN50(연속적인 RR간격의 차이가 50ms를 초과하는 간격 수의 비율), LF(0.04~0.15Hz 대역의 저주파 주파수)와 HF(0.15~0.4Hz 대역의 고주파 주파수), HF_LF(LF를 HF로 나눈 값으로 0.5~2MHz 대역의 주파수)를 포함하고,
착용자의 기본 생체정보로서 나이, 성별 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법.
In the first paragraph,
The biometric information extracted from the pulse signal includes HR (heart rate), HRV (heart rate variability), PI (an index related to the oxygen saturation of blood pressure and the quality of blood pressure signals), AC (an index indicating changes in heart rate and blood pressure by measuring variability in changing blood pressure signals), SDNN (standard deviation of normal RR (heartbeat cycles per minute) intervals in the entire ballistic cardiogram record), RMSSD (a value expressed as the square root of the average of the sum of the square roots of the differences in adjacent HRV intervals), PNN50 (a ratio of the number of intervals in which the difference in consecutive RR intervals exceeds 50 ms), LF (low frequency in the 0.04 to 0.15 Hz band), HF (high frequency in the 0.15 to 0.4 Hz band), and HF_LF (frequency in the 0.5 to 2 MHz band obtained by dividing LF by HF).
A blood pressure measurement method using a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that it further includes age and gender information as basic biometric information of the wearer.
상기 PPG센서(13)는 2개 구비되어 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에 서로 이격되어 설치되며,
2개의 PPG센서에서 전달받은 맥파신호 중 동일 시간에 감지된 맥파신호를 검색하여 이들을 합산하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 기준값으로 설정한 후 상기 기준값에서 생체정보를 추출하여 상기 기계학습 알고리즘에 입력하는 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법.
In the first paragraph,
The above PPG sensors (13) are provided in two units and are installed spaced apart from each other on the inner surface of the measuring device body (11).
A blood pressure measurement method using a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that the pulse signals detected at the same time among the pulse signals received from two PPG sensors are searched, the pulse signals are added to calculate an average value, the calculated average value is set as a reference value, and then biometric information is extracted from the reference value and input into the machine learning algorithm.
상기 기계학습 알고리즘은 LSTM(Long Short Term Memory) 알고리즘인 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정방법.
In the first paragraph,
A blood pressure measurement method using a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that the above machine learning algorithm is an LSTM (Long Short Term Memory) algorithm.
상기 생체신호 측정기(10)와 유선 또는 무선 연결되어 생체신호 측정기로부터 취득된 맥파신호를 전달받고, 맥파신호에서 추출한 생체정보를 입력받아 고혈압을 예측하는 기계학습 알고리즘이 구축된 프로그램이 설치되거나 또는 프로그램이 설치된 서버(30)에 무선통신망을 통하여 접속이 가능한 사용자 단말기(20);로 이루어지고,
상기 생체신호 측정기(10)는 착용자의 손가락에 끼워 사용하도록 반지 형태로 형성된 측정기 몸체(11);
상기 측정기 몸체(11)의 외표면 일측에 형성되어 측정기 몸체(11)를 착용자의 손가락에 끼워 착용할 경우에 착용위치를 표시하는 착용위치 표시부(12);
손가락 안쪽과 마주보는 상기 측정기 몸체(11)의 내표면 일측에 설치되고, 착용자의 손가락에 끼워 착용한 경우에 손가락의 안쪽 피부에 밀착되면서 착용자의 맥파신호를 감지하는 PPG센서(13);
상기 측정기 몸체(11)에 설치되어 상기 PPG센서(13)로부터 감지된 맥파신호를 전달받아 무선통신을 통하여 상기 단말기(20)로 맥파신호를 전달하는 제어부(14);로 구성된 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치.
A biosignal measuring device (10) worn on a finger to obtain the wearer's pulse signal;
It is composed of a user terminal (20) that is connected to the bio-signal measuring device (10) by wire or wirelessly and receives pulse signals acquired from the bio-signal measuring device, and a program in which a machine learning algorithm for predicting high blood pressure is built by inputting bio-information extracted from the pulse signals is installed, or a server (30) in which the program is installed, and is capable of connecting to the server through a wireless communication network.
The above biosignal measuring device (10) has a measuring device body (11) formed in the shape of a ring to be worn on the wearer's finger;
A wearing position display portion (12) formed on one side of the outer surface of the measuring device body (11) to indicate the wearing position when the measuring device body (11) is worn on the wearer's finger;
A PPG sensor (13) installed on one side of the inner surface of the measuring device body (11) facing the inside of the finger, and detecting the pulse signal of the wearer while being in close contact with the inner skin of the finger when worn on the wearer's finger;
A blood pressure measuring device utilizing a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that it comprises a control unit (14) installed in the measuring device body (11) to receive a pulse signal detected from the PPG sensor (13) and transmit the pulse signal to the terminal (20) via wireless communication.
상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 상기 PPG센서(13)의 양쪽 이격된 위치에 일정 길이로 돌출되게 유도돌기(15)가 형성되며,
상기 유도돌기(15)는 상기 측정기 몸체(11)를 손가락에 착용한 경우에 손가락의 안쪽 양측을 가압하여 손가락의 안쪽 중앙부분이 돌출되면서 상기 PPG센서(13)에 피부가 밀착되도록 유도하는 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치.
In paragraph 5,
On the inner surface of the above measuring device body (11), guide protrusions (15) are formed to protrude at a certain length at positions spaced apart from each other of the PPG sensor (13).
A blood pressure measuring device utilizing PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that the above-mentioned induction protrusion (15) presses both inner sides of the finger when the measuring device body (11) is worn on the finger, thereby causing the inner central part of the finger to protrude and induce the skin to come into close contact with the PPG sensor (13).
상기 PPG센서(13)는 2개 구비되어 상기 측정기 몸체(11)의 내표면에 서로 이격되어 설치되며,
상기 프로그램은 2개의 PPG센서에서 입력된 맥파신호 중 동일 시간에 감지된 맥파신호를 합산하여 그 평균값을 기준값으로 설정하고, 상기 기준값에서 생체정보를 추출하여 상기 기계학습 알고리즘에 입력하는 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치.
In paragraph 5 or 6,
The above PPG sensors (13) are provided in two units and are installed spaced apart from each other on the inner surface of the measuring device body (11).
The above program is a blood pressure measuring device utilizing a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that it adds pulse signals detected at the same time among pulse signals input from two PPG sensors, sets the average value as a reference value, and extracts biometric information from the reference value and inputs it into the machine learning algorithm.
상기 측정기 몸체(11)의 내표면에는 착용자의 손가락 안쪽 피부 온도를 측정하도록 온도센서(17)가 설치된 것을 특징으로 하는 PPG센서 및 인공지능 기술을 활용한 혈압 측정장치.In paragraph 5 or 6,
A blood pressure measuring device utilizing a PPG sensor and artificial intelligence technology, characterized in that a temperature sensor (17) is installed on the inner surface of the measuring device body (11) to measure the skin temperature inside the wearer's finger.
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