KR101714927B1 - Movement noise detection and cancellation algorithm using multiplexing signal receiving - Google Patents

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KR101714927B1
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권성오
반다희
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a method for determining and removing motion noise using multi-signal reception which can remove a problem caused by high frequency noise and motion noise in measuring a PPG signal which is one of body signals. The method for determining and removing motion noise using multi-signal reception comprises: a step of measuring a PPG signal through multiple channels; a step of generating a signal where high frequency noise is removed from the measured PPG signal; a step of setting a reference signal in the signal where the high frequency noise is removed; a step of applying a cross correlation technique to compensate for a difference between multiplexed signals to remove motion noise from the multichannel PPG signal based on the reference signal; a step of selecting a base signal based on the set reference signal; a step of using the base signal to perform wavelet conversion; and a step of using a wavelet converted value to determine and remove the motion noise.

Description

다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법{MOVEMENT NOISE DETECTION AND CANCELLATION ALGORITHM USING MULTIPLEXING SIGNAL RECEIVING}[0001] MOVEMENT NOISE DETECTION AND CANCELLATION ALGORITHM USING MULTIPLEXING SIGNAL RECEIVING [0002]

본 발명은 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 신호 수신 및 시간 동기화를 이용하여 생체신호 중 하나인 PPG 신호에 동잡음이 포함되었는지를 판단하여 이를 제거하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for determining and removing motion noise using multiple signals, and more particularly, to a method and apparatus for determining whether motion noise is contained in a PPG signal, which is one of biological signals, using multiple signal reception and time synchronization, And more particularly, to a method and apparatus for determining and removing motion noise using multiple signal reception.

최근 각종 질병의 발병률이 높아지면서 현대인들의 건강과 각종 질병을 예방하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 몸의 질병의 유무를 판단하거나, 질병을 치료하는 여러 의료기기 또한 발달하여 간단한 방법으로도 질병을 확인할 수 있다. 하지만 이러한 방법들은 직접 병원에서 검사를 받아야 하고, 사회인들은 병원에 가는 것보다 실시간으로 스스로의 몸 상태를 점검할 수 있는 방식을 추구하여 최근에는 시간과 공간의 제한없이 의료 서비스를 제공받을 수 있도록 하는 유비쿼터스(Ubiquitous)와 원격으로 기술을 활용한 건강관리 서비스인 U-healthcare 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As the incidence of various diseases has increased recently, there is an increasing interest in methods for preventing the health and various diseases of modern people. Many medical devices that determine the presence or absence of a disease in the body and treat the disease are also developed and can be identified by a simple method. However, these methods need to be directly inspected by the hospital, and society members seek a way to check their body condition in real time rather than go to the hospital, so that they can receive medical services without restriction of time and space. Research on U-healthcare technology, which is a ubiquitous and remote healthcare service utilizing technology, is actively being conducted.

측정 가능한 생체신호에는 EEG(Electroencephalography), ECG(Electrocardiography), EMG(Electromyography), PPG(Photoplethysmography, 광용적맥파, 광혈류측정이라고도 함), EOG(Electrooculography) 등 종류가 다양하다.Electroencephalography (EEG), electrocardiography (EMG), electromyography (PPG), photodynamic pulse wave, and electroogeography (EOG)

여러 생체신호 처리에 있어서 측정 및 모니터링하기 간편한 신호는 PPG이다. EEG와 ECG의 경우 두피와 흉부에 전극을 붙여서 측정해야 하며 측정시 움직임이 매우 제한되는데 비해, PPG는 손가락이나 귓불, 발가락과 같은 신체 말단 부위에 부착하여 사용하는 하나의 센서를 이용하기 때문에 ECG나 EEG에 비해 상대적으로 사용자의 움직임을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 측정환경 자체의 잡음과 사용자의 움직임으로 인하여 신호가 왜곡되기 쉽다는 문제점 때문에 신호처리시에 이러한 잡음이 포함되었는지를 판단하고 이를 제거하는 과정이 요구된다.The signal that is easy to measure and monitor in various biological signal processing is PPG. In the case of EEG and ECG, the electrodes should be attached to the scalp and chest, and movement is very limited. However, since PPG uses one sensor attached to the body end region such as finger, earlobe, and toe, It is advantageous in that the user's motion can be secured relative to the EEG. However, because of the problem that the signal is easily distorted due to the noise of the measurement environment itself and the movement of the user, it is necessary to determine whether the noise is included in the signal processing and to remove the noise.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0008239호Korean Patent Publication No. 10-2010-0008239

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 다중 신호를 수신하고 이에 대해 시간 동기화를 수행하여 생체신호 중 하나인 PPG 신호에 동잡음이 포함되었는지 여부를 판단하고 이를 제거하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method for determining whether or not motion noise is included in a PPG signal, The purpose is to do.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 생체신호 중 하나인 PPG 신호 측정에서 발생하는 고주파 잡음과 동잡음으로 인한 문제를 제거할 수 있는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법에 있어서, 다중채널을 통하여 PPG 신호를 측정하는 단계; 상기 측정된 PPG 신호에서 고주파 잡음을 제거한 신호를 생성하는 단계; 상기 고주파 잡음을 제거한 신호에서 기준 신호를 설정하는 단계; 상기 기준 신호를 바탕으로 상기 다중채널 PPG 신호에서 동잡음을 제거하기 위하여 상호상관기법을 적용해 다중화된 신호 간의 차이를 보정하는 단계; 상기 설정된 기준 신호를 바탕으로 기저신호를 선정하는 단계; 상기 기저신호를 이용하여 웨이블릿 변환하는 단계; 및 상기 웨이블릿 변환된 값을 이용하여 동잡음을 판단 및 제거하는 단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method and apparatus for motion noise determination and removal using multiple signal reception capable of eliminating problems caused by high frequency noise and motion noise occurring in PPG signal measurement, Measuring a PPG signal through the first antenna; Generating a signal from which the high frequency noise is removed from the measured PPG signal; Setting a reference signal in the signal from which the high-frequency noise is removed; Correcting a difference between the multiplexed signals by applying a cross-correlation technique to remove motion noise from the multi-channel PPG signal based on the reference signal; Selecting a base signal based on the set reference signal; Performing wavelet transform using the base signal; And determining and removing motion noise using the wavelet-transformed value.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법에 의하면, 생체신호 중 하나인 PPG 신호에 동잡음이 포함되었는지를 효과적으로 판단하여 제거할 수 있는 효과가 있다.According to the motion noise determination and removal method using the multi-signal reception according to the present invention, it is possible to effectively determine whether motion noise is included in the PPG signal, which is one of biological signals.

도 1은 PPG 센서를 통하여 검출되는 PPG 신호를 나타내는 신호 그래프이다.
도 2는 고주파잡음 및 동잡음이 포함된 PPG 신호를 나타내는 신호 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 시간 동기화된 신호와 시간 동기화되지 않은 신호를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 원 신호를 웨이블릿 변환하여 분해하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 PPG 신호에 동잡음이 포함되었는지의 여부를 판단하고 제거하는 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따라 웨이블릿 변환 횟수를 결정하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따라 동잡음을 판단하는 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따라 동잡음의 판단 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 동잡음 제거 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a signal graph showing a PPG signal detected through a PPG sensor.
2 is a signal graph showing a PPG signal including high frequency noise and dynamic noise.
3 is a graph showing time-synchronized signals and time-synchronized signals according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a process of wavelet-transforming and decomposing an original signal according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of determining and removing whether a PPG signal includes motion artifacts according to the present invention.
Fig. 6 is a flowchart showing the step of determining the number of wavelet transforms according to the present invention.
7 is a flow chart showing steps of a method for determining motion noise according to the present invention.
8 is a graph showing the result of the determination of the dynamic noise according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the results of dynamic noise removal according to the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be construed in a sense generally understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.In addition, when a technical term used in the present invention is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the present invention, it should be understood that technical terms can be understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 PPG 센서를 통하여 검출되는 PPG 신호를 나타내는 신호 그래프이다. 일반적으로 PPG 신호의 주기를 이용하여 심박수를 검출하고, 주기를 검출할 때 사용하는 값은 PPI(Peak to Peak Interval)로 이는 한 주기 신호의 최대치와 다음 주기 신호의 최대치까지의 시간 간격을 의미한다. 이에 따라 PPG 신호의 PPI를 이용하여 심박수를 알 수 있다.1 is a signal graph showing a PPG signal detected through a PPG sensor. Generally, the PPG signal period is used to detect the heart rate and the PPI (Peak to Peak Interval) is used to detect the period, which means the time interval between the maximum value of one periodic signal and the maximum value of the next periodic signal . Thus, the PPI of the PPG signal can be used to determine the heart rate.

일반적으로 사람은 1분에 약 70회 정도의 심박수를 갖고 있지만 신체활동이나 외부자극에 의해서 심박수는 변화될 수 있다. 외부자극을 받아 신체가 긴장된 경우에는 심박수가 증가하여 PPI가 작아지고, 이완된 상태에서는 심박수가 감소하여 PPI가 증가한다. 이와 같은 PPI의 변화로 측정자의 심리상태를 파악하거나 질병의 유무를 판단할 수 있다.Generally, a person has about 70 heartbeats per minute, but heart rate can be changed by physical activity or external stimuli. When the body is tensed due to external stimuli, the heart rate increases and the PPI becomes smaller. In the relaxed state, the heart rate decreases and the PPI increases. Such a change in the PPI can be used to determine the psychological state of a measurer or to determine the presence or absence of a disease.

도 2는 고주파잡음 및 동잡음이 포함된 PPG 신호를 나타내는 신호 그래프이다. PPG 신호에 고주파 잡음이 포함되는 경우에는 도 2(a)와 같이 신호의 왜곡이 발생한다. 고주파 잡음은 신호 자체에는 큰 변화를 주지 않지만, PPI를 검출시 방해요인이 되므로 제거되어야 한다. 일반적인 PPG 신호는 0~4Hz의 주파수 대역에서 활성화되지만 고주파잡음은 이보다 큰 주파수 대역에서 활성화되므로 저역통과필터를 이용하여 제거할 수 있다.2 is a signal graph showing a PPG signal including high frequency noise and dynamic noise. When high-frequency noise is included in the PPG signal, distortion of the signal occurs as shown in Fig. 2 (a). High-frequency noise does not make a big difference in the signal itself, but it should be removed as it is an obstacle to detection of PPI. A typical PPG signal is activated in the frequency range of 0 to 4 Hz, but high frequency noise is activated in a larger frequency band and can be removed using a low pass filter.

PPG 신호에 동잡음이 포함된 경우에는 도 2(b)와 같이 신호의 원형을 알아볼 수 없을 만큼 심각한 왜곡이 발생한다. 이러한 동잡음은 다양한 주파수 대역에서 발생하며, PPG 신호가 활성화되는 0~4Hz의 주파수 대역에도 영향을 주기 때문에 단순한 필터로 제거할 수 없다. 동잡음은 PPI, 즉 신호의 한 주기를 검출할 때에 심각한 방해요인이 되므로 동잡음을 해결하기 위한 신호처리 기법이 요구된다.When the PPG signal includes motion noise, the distortion of the signal can not be detected as shown in Fig. 2 (b). Such motion artifacts occur in various frequency bands and can not be removed by simple filters because they affect the frequency range of 0-4 Hz where the PPG signal is activated. Since the motion noise is a serious obstacle when detecting a PPI, that is, a period of a signal, a signal processing technique for solving motion noise is required.

도 3은 본 발명에 따라 시간 동기화된 신호와 시간 동기화되지 않은 신호를 나타내는 그래프이다. 다중 채널에서 수신된 신호를 이용하여 동잡음을 제거하기에 앞서, 다중측정된 신호는 도 3(a)와 같이 각 신호의 측정위치와 심장과의 거리차로 인해 측정 시간과 크기의 차이가 발생한다. 도 3(b)는 시간 동기화 되지 않은 두 신호를 나타내며, 도 3(c)는 시간 동기화된 두 신호를 나타낸다.3 is a graph showing time-synchronized signals and time-synchronized signals according to the present invention. As shown in FIG. 3 (a), there is a difference in measurement time and size due to the difference in distance between the measurement position and the heart of the multiple measured signals before the motion noise is removed using the signals received from the multiple channels . Fig. 3 (b) shows two signals that are not time synchronized, and Fig. 3 (c) shows two signals that are time synchronized.

측정시간의 차이는 이후 동잡음이 포함된 신호를 정상신호로 대체하는 과정에서 위상의 차이로 나타나게 되므로 효과적인 신호처리를 위해 각 채널간의 시간차이를 보정하는 것이 바람직하다. 또한, 동잡음 제거 과정에서 동일 시간의 다중 신호를 분석하여 최적화 된 신호를 채택하기 위해 측정된 신호의 크기 또한 보정하는 것이 바람직하다.Since the difference in the measurement time is represented by the phase difference in the process of replacing the signal including the motion noise with the normal signal, it is preferable to correct the time difference between the respective channels for effective signal processing. Also, it is desirable to correct the magnitude of the measured signal in order to adopt the optimized signal by analyzing multiple signals of the same time in the motion noise removal process.

측정된 신호의 크기를 보정하기 위해 각 위치에서 측정된 신호의 기준신호 크기를 측정하여 가장 큰 크기를 가지는 신호와 동일한 크기를 가지도록 설정한다. 다중 수신된 신호의 시간차이를 보정하기 위해서 상호상관기법을 적용하여 두 신호의 시간차이를 계산하여 계산된 시간차이만큼 신호를 이동시켜 시간차이를 보정한다.In order to correct the magnitude of the measured signal, measure the magnitude of the reference signal of the measured signal at each position and set it to have the same magnitude as the signal having the largest magnitude. In order to correct the time difference of multiple received signals, the time difference of the two signals is calculated by applying the cross-correlation technique and the signal is shifted by the calculated time difference to correct the time difference.

보정하는 방법을 설명하기 위하여 임의의 두 신호를 가정한다. 첫 번째 수신부와 심장까지의 거리가 두 번째 수신부와 심장까지의 거리와 다르다. 따라서 이러한 거리차이에 의한 시간차이가 발생하게 된다. 동잡음이 발생된 신호를 정상적인 신호로 대체하는 과정에서 두 신호의 시간차이 때문에 위상이 일치하지 않는 문제점이 발생하게 된다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 신호의 시간차이를 보정해야 한다. 두 신호의 시간차이는 상호상관기법을 적용한 아래의 수학식 1을 이용하여 계산한다.Any two signals are assumed to illustrate how to calibrate. The distance from the first receiver to the heart is different from the distance from the second receiver to the heart. Therefore, a time difference due to the distance difference occurs. In the process of replacing the noise-generated signal with the normal signal, the phase difference does not coincide due to the time difference between the two signals. Therefore, in order to solve this problem, the time difference between the two signals must be corrected. The time difference between the two signals is calculated using Equation 1 below using the cross-correlation technique.

Figure 112015125793412-pat00001
...수학식 1
Figure 112015125793412-pat00001
... Equation 1

여기서

Figure 112015125793412-pat00002
은 첫 번째 측정부위의 신호 x와 두 번째 측정부위의 신호 y를 상호상관기법을 적용한 결과이다. 신호 x와 신호 y가 N의 길이를 가진 데이터라고 할 때
Figure 112015125793412-pat00003
는 -(N-1)에서 N-1의 길이를 가진 데이터가 된다.
Figure 112015125793412-pat00004
의 m번째 데이터는 부호에 따라 달리 계산된다. m이 양수일 경우
Figure 112015125793412-pat00005
와 같이 계산되며 m이 음수일 경우에는 m이 양수일 경우의 데이터가 시간이 반전된 형태이다.here
Figure 112015125793412-pat00002
Is the result of applying the cross-correlation technique between the signal x of the first measurement site and the signal y of the second measurement site. Assuming that the signal x and the signal y are data having a length of N
Figure 112015125793412-pat00003
Becomes data having a length of N-1 in - (N-1).
Figure 112015125793412-pat00004
M < / RTI > of data is calculated differently depending on the sign. If m is positive
Figure 112015125793412-pat00005
If m is a negative number, the data in the case where m is a positive number is inverted in time.

도 4는 본 발명에 따라 원 신호를 웨이블릿 변환하여 분해하는 과정을 나타내는 도면이다. 이산 웨이블릿 변환에서 원 신호(S)는 저역통과필터를 통과한 신호와 고역통과필터를 통과한 신호의 합으로 나타낼 수 있다. 원 신호는 저역통과필터와 고역통과필터를 통과 후 고역통과필터로부터 상세계수(Detail coefficients, D[n])와 저역통과필터로부터 근사계수(Approximation coefficients, A[n])가 출력된다. 각각의 출력은 원 신호의 절반의 주파수 대역을 갖는다. 원 신호는 나누어진 상세계수와 근사계수의 합으로 나타나며 하기의 식으로 나타낼 수 있다.4 is a diagram illustrating a process of wavelet-transforming and decomposing an original signal according to the present invention. In the discrete wavelet transform, the original signal S can be represented by a sum of a signal that has passed through the low-pass filter and a signal that has passed through the high-pass filter. The original signal passes through the low-pass filter and the high-pass filter and then the approximation coefficients A [n] are output from the high-pass filter and the detail coefficients D [n] from the low-pass filter. Each output has a frequency band that is half the original signal. The original signal is the sum of the divided detailed coefficients and the approximate coefficients and can be expressed by the following equation.

S[n]=A[n]+D[n]....수학식 2S [n] = A [n] + D [n]

웨이블릿 변환을 시행할 때마다 주파수 대역은 2개의 대역으로 분할되며, 낮은 주파수 대역 성분이 A[n], 높은 주파수 대역 성분이 D[n]이다.Each time the wavelet transform is performed, the frequency band is divided into two bands, the low frequency band component A [n] and the high frequency band component D [n].

이와 같이 저역통과 필터를 통과한 신호 A[n]을 반복해서 웨이블릿 변환하는 경우 도 3과 같은 형태로 신호가 분리되며 6차 웨이블릿 변환한 후의 신호는 하기의 식으로 나타낼 수 있다.When the signal A [n] that has passed through the low-pass filter is subjected to wavelet transformation in such a manner, signals are separated in the form as shown in FIG. 3, and the signal after the sixth wavelet transform can be expressed by the following equation.

S=D1+D2+D3+D4+D5+D6+A6....수학식 3S = D1 + D2 + D3 + D4 + D5 + D6 + A6

도 5는 본 발명에 따라 PPG 신호에 동잡음이 포함되었는지의 여부를 판단하고 이른 제거하는 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 PPG 신호에 동잡음 포함 여부를 판단하고 동잡음을 제거하는 방법은 다중채널을 통하여 PPG 신호를 측정하는 단계(S110)와, PPG 신호에서 고주파 대역의 신호 잡음을 제거하는 단계(S120)와, 기준 신호를 설정하는 단계(S130)와, 설정된 기준 신호를 바탕으로 상기 다중채널 PPG 신호에서 동잡음을 제거하기 위하여 상호상관기법을 적용해 다중화된 신호 간의 시간차이를 보정하여 동기화하는 단계(S140)와, 유사 기저신호를 선정하는 단계(S150)와, 기저신호를 이용하여 웨이블릿 변환하는 단계(S160)와, 변환된 값을 이용하여 동잡음을 판단 및 제거하는 단계(S170)를 포함한다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of determining whether a motion noise is included in a PPG signal according to an embodiment of the present invention and removing the motion noise. As shown in FIG. 5, a method of determining whether or not a PPG signal according to the present invention includes motion noise and removing motion noise includes measuring a PPG signal through a plurality of channels (S110) A step S130 of removing a noise, a step S130 of setting a reference signal, and a step S230 of applying a cross-correlation technique to remove motion noise in the multi-channel PPG signal based on the set reference signal, A step S160 of correcting the difference and a step S140 of selecting a similar base signal, a step S160 of performing wavelet transformation using a base signal, and a step S160 of determining and removing motion noise (S170).

처음으로, 사용자가 안정된 상태에서 일정시간 동안 움직임없이 PPG 신호를 측정(S110)한다. 본 발명의 실시예에서는 신체말단부위에 해당하는 손과 발에서 신호를 측정하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이후 신호에 포함된 잡음을 효과적으로 제거하기 위해서 양손과 양발 중 두 곳 이상에서 신호를 측정한다.First, the user measures the PPG signal without moving for a predetermined period of time in a stable state (S110). In the embodiments of the present invention, signals are measured at the hand and foot corresponding to the body end, but the present invention is not limited thereto. In addition, the signal is measured at two or more places on both hands and feet in order to effectively remove the noise included in the signal.

신호를 측정할 신체말단부위를 결정할 때에 사용자가 수족냉증과 같은 혈류변화에 영향을 주는 질병을 가진 경우, 질병의 영향이 가장 작은 부위를 채택하여 신호를 측정하는 것이 바람직하다.If the user has a disease that affects blood flow changes such as hand and foot coldness in determining the body terminal site to measure the signal, it is preferable to measure the signal by adopting the site with the smallest disease influence.

정확한 기준신호를 설정하기 위해 신호측정 초기에 사용자가 안정된 상태에서 일정시간동안 움직임 없이 신호를 측정한다. 이때 측정된 신호를 이용하여 이후 웨이블릿 변환 시 사용할 기저신호를 결정하므로 최대한 잡음이 포함되지 않는 환경에서 측정한다.To set the correct reference signal, the user measures the signal without movement for a certain period of time in the stable state at the beginning of the signal measurement. In this case, since the baseband signal to be used in the subsequent wavelet transform is determined using the measured signal, it is measured in an environment where the maximum noise is not included.

잡음이 포함되지 않는 환경에서 측정하더라도 PPG 신호측정단계(S110)에서 측정한 PPG 신호에 기계적, 물리적 특성에 의한 고주파 대역의 신호잡음이 존재한다. 이 고주파 대역의 신호잡음은 PPG 신호의 주기 검출에 있어 방해요인이 되므로 저역통과 필터를 사용하여 고주파 잡음을 제거해야 한다. 이후 웨이블릿 변환시 FIR(Finite Impulse Response)필터를 기반으로 한 FWT(Fast Wavelet Transform), 즉 이산 웨이블릿 변환을 사용하므로 적당한 FIR 필터를 이용하여 고주파 잡음을 제거한다.There is a high frequency band signal noise due to mechanical and physical characteristics in the PPG signal measured in the PPG signal measuring step (S110) even if the noise is not included in the measurement. Since the signal noise of this high frequency band is an obstacle to the detection of the period of the PPG signal, the high frequency noise should be removed using a low pass filter. Since wavelet transform is performed using FWT (Fast Wavelet Transform) based on a finite impulse response (FIR) filter, wavelet transform is used to remove high frequency noise using an appropriate FIR filter.

FIR 필터는 이동평균필터, 바틀렛필터, 해닝필터, 해밍필터 등 다양한 필터가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 이 중 가장 큰 최소 저지 대역 감쇠를 갖는 해밍필터를 사용하였으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 발명의 실시예에서 차단주파수는 6Hz로 설정하였으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.Various filters such as a moving average filter, a Bartlett filter, a Hanning filter, and a Hamming filter can be used as the FIR filter. In the present invention, the Hamming filter having the largest minimum band-stop attenuation is used, but the present invention is not limited thereto. In the embodiment of the present invention, the cutoff frequency is set to 6 Hz, but the present invention is not limited thereto.

다음으로 고주파 잡음이 제거된 신호에서 웨이블릿 변환시 사용할 기저신호를 설정하기 위해 기준 신호를 설정(S130)한다. 기준 신호는 사용자가 안정된 상태에서 측정되어야하며 측정시 움직임이 없어야 한다. 이러한 조건에서 신호를 측정하여도 센서의 특성상 초기에는 사용자의 일반적인 맥파의 크기보다 작은 신호가 검출되며 진폭과 크기가 고르지 않다. 따라서 측정 초기의 신호는 기준 신호로 사용할 수 없기 때문에, 일정시간이 지난 후의 정상적인 신호를 이용하여 기준 신호를 설정한다.Next, a reference signal is set (S130) in order to set a base signal to be used in wavelet transformation in a signal in which high frequency noises are removed. The reference signal shall be measured by the user in a stable state and shall have no motion during the measurement. Even if a signal is measured under these conditions, a signal smaller than the size of a user's general pulse wave is initially detected at the characteristic of the sensor, and amplitude and size are not uniform. Therefore, since the signal at the initial stage of measurement can not be used as a reference signal, a reference signal is set using a normal signal after a predetermined time elapses.

이때 일반적인 PPG 신호의 주기가 0.6~1.2초 정도의 주기를 갖기 때문에 약 3주기에 해당하는 3초의 시간이 지난 후의 첫 번째 주기를 기준 신호로 설정할 수 있다. PPG 신호는 사람마다 다른 특성과 형태를 가지며 측정 부위에 따라서도 다른 형태를 가진다. 이러한 각 사용자의 맥파 특성을 반영한 기준 신호를 선정하고 이를 바탕으로 웨이블릿 변환 기저신호를 결정하므로 동잡음을 판단하기에 용이하다.In this case, since the period of the general PPG signal has a period of 0.6 to 1.2 seconds, the first period after 3 seconds corresponding to about 3 periods can be set as the reference signal. PPG signals have different characteristics and shapes for different people and have different shapes depending on the region to be measured. It is easy to judge the motion noise by selecting the reference signal reflecting the pulse wave characteristics of each user and determining the wavelet transform base signal based on the reference signal.

S110의 단계에서 다중측정된 신호는 각 신호의 측정위치와 심장과의 거리차로 인해 측정 시간과 크기의 차이가 발생한다. 측정시간의 차이는 이후 동잡음이 포함된 신호를 정상신호로 대체하는 과정에서 위상의 차이로 나타나게 되므로 효과적인 신호처리를 위해 각 채널간의 시간 및 크기 차이를 보정한다(S140).In the step of S110, there are differences in the measurement time and the size due to the difference in the distance between the measurement position of each signal and the heart. Since the difference of the measurement time is represented by a phase difference in the process of replacing the signal including the motion noise with the normal signal, the time and size difference between the respective channels are corrected in order to perform effective signal processing (S140).

다중 수신된 신호의 시간차이를 보정하기 위해서 상호상관기법을 적용하여 두 신호의 시간차이를 계산하여 계산된 시간차이만큼 신호를 이동시켜 시간차이를 보정한다.In order to correct the time difference of multiple received signals, the time difference of the two signals is calculated by applying the cross-correlation technique and the signal is shifted by the calculated time difference to correct the time difference.

또한, 동잡음 판단 및 제거 과정에서 동일 시간의 다중 신호를 분석하여 최적화된 신호를 채택하기 위해 측정된 신호의 크기 또한 보정한다. 측정된 신호의 크기를 보정하기 위해 각 위치에서 측정된 신호의 기준신호의 크기를 측정하여 가장 큰 크기를 가지는 신호와 동일한 크기를 가지도록 설정한다.In addition, the size of the measured signal is also corrected in order to adopt the optimized signal by analyzing multiple signals of the same time in the process of determining and eliminating motion noise. In order to correct the magnitude of the measured signal, measure the magnitude of the reference signal of the signal measured at each position and set it to have the same magnitude as the signal having the largest magnitude.

다음으로, S130의 단계에서 설정된 사용자의 기준 신호를 이용하여 웨이블릿 변환시 사용될 유사 기저신호를 선정한다(S150). 이때 기저신호는 사용자의 기준 신호, 기저함수와 상호상관 기법을 이용하여 여러 기저함수 중 가장 유사한 함수를 채택한다. 웨이블릿 변환에 사용되는 여러 기저함수가 있는데 이 중 스케일링 함수가 존재하고 FWT에 적합하도록 FIR필터를 적용할 수 있으며, 이산 웨이블릿 변환이 가능한 기저함수인 'Harr(harr)', 'Daubechies(dbN)', 'Symlets(symN)', 'Coiflets(coifN)', 'Biothogonal wavelets(biorN)', 'Reverse biothogonal wavelets(rbioN)', 'Discrete approximation of Meyer wavelet(dmey)'를 채택하여 이 기저함수들과 기준 신호를 상호 상관기법을 이용하여 비교한다.Next, a similar base signal to be used for wavelet transform is selected using the reference signal of the user set in step S130 (S150). At this time, the base signal adopts the most similar function among the base functions by using the reference signal of the user, the basis function and the cross-correlation technique. There are several base functions used for wavelet transform. Of these, there are scaling functions and FIR filter can be applied to fit FWT. The basic functions 'Harr (harr)', 'Daubechies (dbN)', , 'Symbols (symN)', 'Coiflets (coifN)', 'Biothogonal wavelets (biorN)', 'Reverse biothogonal wavelets (rbioN)' and 'Discrete approximation of Meyer wavelet The reference signals are compared using a cross-correlation technique.

비교된 상기의 기저함수 중 기준 신호와 가장 유사한 기저함수를 이후 사용할 웨이블릿 변환 모함수로 설정한다. 기준 신호와 가장 유사한 기저함수를 선택함에 있어서, 상기 기저함수와 기준 신호에 상호상관 기법을 적용하여 각 상호상관 기법의 최대값의 수치를 비교하여 가장 큰 값을 기저신호로 선정한다. 유사한 정도를 수치화 하는 것은 matlab의 cross-correlation 함수를 이용하여 상호상관 기법의 결과값을 찾고, max 함수를 이용하여 가장 큰 값을 알아낸 후 기저신호 각각의 최대값에 해당하는 값 중에서 최대값을 다시 측정하는 방식으로 기저신호를 결정한다.The base function closest to the reference signal among the above-mentioned basis functions compared is set as the number of wavelet transform sub-frames to be used later. In selecting the baseline function most similar to the reference signal, the maximum value of each cross-correlation technique is compared by applying the cross-correlation technique to the basis function and the reference signal, and the largest value is selected as the base signal. In order to quantify the similarity, the cross-correlation function of matlab is used to find the result of the cross-correlation method, and the maximum value is found by using the max function, and the maximum value among the values corresponding to the maximum values of the respective base signals is obtained The base signal is determined in a manner that measures again.

다음으로, S150에서 설정된 기저함수를 이용하여 웨이블릿 변환(S160)을 수행한다. 웨이블릿 변환을 한번 수행할 때마다 신호는 approximation(A[n]) 부분과 detail(D[n]) 부분으로 나뉘는데 A[n]은 낮은 주파수 대역이며, D[n]은 높은 주파수 대역을 나타낸다. 이때 A[n]이 0~4Hz의 주파수 대역을 가지도록 웨이블릿 변환을 반복한다. 이와 같이 반복하는 이유는 일반적인 심박이 4Hz 미만이기 때문이며, 한 주기를 쉽게 검출하기 위해서 4Hz 미만의 구간을 포함하도록 변환단계를 설정한다. 일반적으로 변환단계 결정시 샘플링 주파수를 이용하며, 웨이블릿 변환 횟수 결정 방식은 도 6을 이용하여 설명한다.Next, the wavelet transform (S160) is performed using the basis function set in S150. A [n] is a low frequency band, and D [n] is a high frequency band. In this case, the signal is divided into an approximation (A [n]) part and detail (D [n]) part. At this time, the wavelet transform is repeated so that A [n] has a frequency band of 0 to 4 Hz. The reason for this repetition is that the normal heartbeat is less than 4 Hz, and the conversion step is set to include an interval of less than 4 Hz in order to easily detect one period. In general, the sampling frequency is used in the conversion step determination and the wavelet conversion frequency determination method will be described with reference to FIG.

도 6은 본 발명에 따라 웨이블릿 변환 횟수를 결정하는 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 6은 본 발명에 따라 웨이블릿 변환 횟수를 결정하는 단계를 나타내는 흐름도이다. a의 초기값은 1이고(S161), S162의 단계에서 fs≤2a-1을 만족하는지를 판단한다. 이를 만족하지 않는 경우, a의 값에 1을 더하여(S163), S162의 단계를 반복한다.Fig. 6 is a flowchart showing the step of determining the number of wavelet transforms according to the present invention. Fig. 6 is a flowchart showing the step of determining the number of wavelet transforms according to the present invention. The initial value of a is 1 (S161), and it is determined in step S162 whether fs? 2 a-1 is satisfied. If it is not satisfied, 1 is added to the value of a (S163), and the step of S162 is repeated.

fs는 샘플링 주파수이고 fs≤≤2a-1을 만족하는 가장 작은 a-3가 반복되어야 할 변환 횟수이다. fs≤≤2a-1을 만족하는 가장 작은 a-3의 횟수만큼 A[n]를 웨이블릿 변환한다(S164). 웨이블릿 변환에 의해 고주파영역과 저주파영역으로 분할되므로 상대적인 기준에 의해 A[n] 및 D[n]으로 나뉘게 된다.fs is the number of times the smallest a-3 that satisfies the sampling frequency fs < = 2 a-1 is to be repeated. A [n] is wavelet-transformed by the number of times of the smallest a-3 that satisfies fs?? 2 a-1 (S164). Frequency domain and low-frequency domain by the wavelet transform, it is divided into A [n] and D [n] by a relative standard.

본 발명의 실시예에서는 A[n]에 대해 웨이블릿 변환을 실시하였으나 이에 대해 한정하는 것은 아니며, 어떠한 부분을 변환하는지에 따라 A[n] 및 D[n]의 값이 변할 수 있고 웨이블릿 변환에 있어서 A[n]을 지속적으로 분할하는 것뿐만 아니라 D[n]을 변환대상으로 설정하여 분할할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the wavelet transform is performed on A [n], but the present invention is not limited thereto. The values of A [n] and D [n] may vary depending on which part is transformed, It is also possible to divide A [n] by setting D [n] as a conversion target as well as continuously dividing it.

구체적으로, 원하는 대역을 얻기 위해서 1회 분할 시 A[n] 및 D[n] 중 어떤 신호를 선택하여 분할할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, (32-48) 주파수 대역의 신호를 얻고 싶은 경우, 1회의 변환으로 (0-128), (128-256), 2회의 변환으로 (0-64), (64-128), (128-256)(A[n] 변환), 3회의 변환으로 (0-32), (32-64), (64-128), (128-256)(A[n] 변환), 4회의 변환으로 (0-32), (32-48), (48-64), (64-128), (128-256)(D[n] 변환)와 같이 주파수가 분할되므로 원하는 주파수 대역신호를 얻을 수 있다. 이와 같이 웨이블릿 변환을 1회 수행할 때마다 어떤 신호를 선택하여 분할할 것인지를 선택할 수 있으며, 웨이블릿 변환을 수행할 때마다 신호가 A[n] 및 D[n]으로 나뉘게 된다.Specifically, in order to obtain a desired band, it is possible to determine which signal A [n] and D [n] is selected and divided at the time of one-time division. For example, if you want to obtain a signal in the (32-48) frequency band, you can use (0-128), (128-256), (0-64), (64-128) (128- 256) (A [n] conversion), three conversions (0-32), (32-64), (64-128) Since the frequency is divided into (0-32), (32-48), (48-64), (64-128), (128-256) . In this manner, it is possible to select which signal is selected and divided each time the wavelet transform is performed once, and the signal is divided into A [n] and D [n] each time the wavelet transform is performed.

본 발명의 실시예에서 사용한 신호의 샘플링 주파수는 256Hz이므로 6차 변환한 A[n]이 0~4Hz인 구간을 포함한다. 표 1은 원 신호를 도 3의 방식으로 웨이블릿 변환한 신호의 주파수 분포이다.Since the sampling frequency of the signal used in the embodiment of the present invention is 256 Hz, it includes the section where A [n] converted from the sixth order is 0 to 4 Hz. Table 1 shows the frequency distribution of a signal obtained by wavelet-transforming the original signal by the method shown in Fig.

nn 1One 22 33 44 55 66 A[n]A [n] 0-1280-128 0-640-64 0-320-32 0-160-16 0-80-8 0-40-4 D[n]D [n] 128-256128-256 64-12864-128 32-6432-64 16-3216-32 8-168-16 4-84-8

상기의 수학식(2)에서와 같이 D[1]+D[2]+D[3]+D[4]+D[5]+D[6]+A[6]의 총합은 원래의 샘플링 주파수 신호가 됨을 알 수 있다.The sum of D [1] + D [2] + D [3] + D [4] + D [5] + D [6] + A [6] as in Equation Frequency signal.

다음으로, 심박이 활성화 되는 구간을 이용하여 사용자의 맥파의 한 주기를 검출하고, 그 주기를 이용하여 검출된 신호에 동잡음이 포함 여부를 확인하여 이를 제거한다(S170). 동잡음의 포함여부를 판단하는 방식은 도 7과 같다.Next, a period of the user's pulse wave is detected using a period in which the heartbeat is activated, and whether the motion noise is included in the detected signal is detected using the period, and then removed (S170). A method of determining whether to include the motion noise is shown in FIG.

도 7은 본 발명에 따라 동잡음을 판단하는 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다. 심박이 활성화되는 구간을 이용하여 한 주기를 검출할 때에 신호의 PPI를 이용하여 신호주기를 검출한다(S171).7 is a flow chart showing steps of a method for determining motion noise according to the present invention. When detecting a period using a heartbeat activated interval, the signal period of the signal is detected using the PPI of the signal (S171).

동잡음이 포함되지 않은 경우는 일정한 간격으로 PPI가 나타나지만 동잡음이 포함되는 경우는 PPI가 달라진다. 일반적인 심박은 0.8초 정도이고, 동잡음이 발생한 구간은 그 주기가 0.3~1.6초로 급격하게 변화한다. 따라서 주기가 0.3초보다 작은지를 판단하여(S172), 작은 경우는 동잡음이 포함되었다고 판단한다(S176). S172의 단계에서 판단 기준이 되는 주기는 0.3초로 설정되었으나 상황에 따라 다르게 설정될 수 있다.If there is no dynamic noise, PPI appears at regular intervals, but if dynamic noise is included, the PPI changes. The normal heartbeat is about 0.8 seconds, and the period in which the motion noise occurs is rapidly changed from 0.3 to 1.6 seconds. Therefore, it is determined whether the period is less than 0.3 seconds (S172), and if it is small, it is determined that motion noise is included (S176). In step S172, the period of the determination reference is set to 0.3 seconds, but it may be set differently depending on the situation.

동잡음을 판단할 때 심박에 의한 영향이 있지만 그 정도가 다른 주파수 대역에 비해 작고, 동잡음이 심박에 비해 영향이 큰 주파수 대역을 이용한다. 이러한 주파수 대역에 해당하는 부분은 약 32~64Hz에 해당하는 부분이다. 심박의 주기는 평균 0.8초 정도이고, 만약 이 주파수 대역의 성분 값이 크게 나타난다면 그 신호에 동잡음이 포함되었다고 판단한다.In determining the motion noise, a frequency band that is affected by heartbeat but whose degree is smaller than other frequency bands and whose motion noise is more affected than heartbeat is used. The portion corresponding to this frequency band corresponds to about 32 to 64 Hz. The heartbeat period is about 0.8 seconds on average, and if the component value of this frequency band is large, it is judged that the signal contains motion noise.

동잡음을 판단할 때 각 주기의 신호와 기준 신호의 32~64Hz 주파수 대역의 신호의 파워를 합산(S173)한 후 비교하여 각 주기의 신호가 기준 신호의 일정 배수 이상인지를 판단(S174)하여 일정배수 이상이면 그 주기에 동잡음이 포함되었다고 판단하고(S176), 미만이면 정상신호로 판단한다(S175). 기준 신호의 일정 배수 이상인지를 판단하는 과정에서 상기 배수는 1.4 내지 1.6, 바람직하게는 1.5로 설정될 수 있다.In the determination of the dynamic noise, the power of the signal of each period and the signal of the frequency band of 32 to 64 Hz of the reference signal are summed (S173), and it is determined whether the signal of each period is more than a certain multiple of the reference signal (S174) If it is more than a predetermined multiple, it is determined that the motion noise is included in the period (S176). If the period is less than the certain period, it is determined that the motion signal is a normal signal (S175). In the process of determining whether the reference signal is more than a certain multiple of the reference signal, the multiple may be set to 1.4 to 1.6, preferably 1.5.

S176의 단계에서 다중 수신된 각각의 신호에 대해 동잡음이 포함된 것으로 판단되면, 선택적 결합기법을 이용하여 동잡음을 제거한다. 선택적 결합 기법이란 각 채널에서 얻어진 신호 중 각 구간별 최상의 신호를 출력함으로서 이상적인 신호를 출력하는 방식이다.If it is determined in step S176 that the multiple received signals contain motion noise, the motion artifact is removed using the selective combining technique. The selective combining method is a method of outputting an ideal signal by outputting the best signal for each section among signals obtained from each channel.

다중 수신된 신호의 각 주기별로 동잡음을 판단하고, 동잡음이 포함되지 않은 정상신호가 한 신호 이상인 경우 정상신호들 중 신호의 크기가 가장 큰 신호를 출력하고, 모든 신호가 동잡음이 포함된 신호인 경우 모든 신호 중 동잡음의 영향이 가장 작은 신호를 출력한다.The present invention relates to a method and apparatus for determining a dynamic noise for each period of a plurality of received signals and outputting a signal having the largest signal among normal signals when the normal signal including no motion noise is more than one signal, In case of signal, it outputs the signal with the smallest influence of motion noise among all signals.

각 주기의 동잡음의 영향의 정도를 비교하기 위해 수학식 4를 이용하여 각 신호의 SNS를 계산한다. SNS는 동잡음 포함유무를 판단할 때 사용된 주파수 대역(32-64Hz)의 신호를 이용하여 계산되며 SNS의 값이 1과 가장 유사한 신호가 동잡음의 영향이 가장 작은 신호이다. SNS와 선택적 결합기법을 사용하여 신호의 동잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.The SNS of each signal is calculated using Equation (4) to compare the degree of influence of the dynamic noise of each cycle. The SNS is calculated using the signal of the frequency band (32-64 Hz) used to determine whether or not the motion noise is included. The signal whose SNS value is closest to 1 is the signal with the smallest influence of motion noise. SNS and selective combining techniques can be used to effectively remove motion noise.

SNS=신호 및 노이즈의 출력(power of signal and noise)/기준 신호의 출력(power of reference signal)....수학식 4SNS = power of signal and noise / power of reference signal.

도 8은 본 발명에 따라 동잡음의 판단 결과를 나타내는 그래프이다. 동잡음을 발생시킨 PPG 신호는 도 8(a)에서 PPI가 짧은 세 군데에서 확인할 수 있다. 동잡음 판단을 위해서 기준 신호를 설정하고 기저함수를 설정한 후에 0~4Hz 범위의 A[n] 구간과 32~64Hz의 주파수 범위를 갖는 D[n] 구간이 나타나도록 웨이블릿 변환하고 해당 D[n] 구간의 각 주기의 파워가 기준 신호의 해당 구간의 파워의 1.5배 이상이 되는 주기를 동잡음이 발생한 주기로 판단하였다.8 is a graph showing the result of the determination of the dynamic noise according to the present invention. The PPG signal generating the motion noise can be confirmed in three short PPIs in FIG. 8 (a). After the reference signal is set and the basis function is set, the wavelet transform is performed so that the A [n] section in the range of 0 to 4 Hz and the D [n] section in the frequency range of 32 to 64 Hz appear, ] Period is equal to or more than 1.5 times the power of the corresponding section of the reference signal is determined as the period in which the dynamic noise occurs.

신호 측정 초기의 신호로 기준 신호를 설정하기 때문에 기준 신호의 진폭이 충분히 커지지 않을 수 있고, 사용자가 움직이지 않아도 감정의 변화나 긴장과 같은 심리적인 이유로 심박의 변화가 있을 수 있기 때문에 충분한 오차범위를 1.5배로 설정하는 것이 바람직하다.The amplitude of the reference signal may not be sufficiently large because the reference signal is set at the initial signal of the signal measurement. Even if the user does not move, there may be a change of heartbeat due to psychological reasons such as change of emotions or tension. It is preferable to set it to 1.5 times.

실제 실험 결과 1.2배를 기준으로 동잡음을 판단한 경우에는 동잡음 뿐만 아니라 정상신호 또한 동잡음으로 판단하는 경우가 발생하였고, 1.7배를 기준으로 판단한 경우에는 동잡음을 정상적으로 구별하지 못하는 경우가 발생하였기 때문에 가장 적절한 1.5배를 기준으로 실험을 진행하였다.As a result of the actual experiment, when the dynamic noise is judged based on 1.2 times, the normal signal is judged to be the motion noise as well as the motion noise, and when it is judged based on 1.7 times, the motion noise can not be normally discriminated Therefore, the experiment was conducted based on the most appropriate 1.5 times.

도 8(b)는 0~4Hz 구간, 8(c)는 32~64Hz 구간, 8(d)는 각 주기의 32~64Hz 구간의 파워를 한 주기의 시작부터 다음 주기까지 차례로 더한 결과이다. 도 8(c)에 도시된 바와 같이 정상적인 맥파인 경우에 D[n]부분의 파워가 매우 작게 나타나고, 동잡음이 포함된 경우에는 큰 값을 나타내는 것을 볼 수 있다.FIG. 8 (b) shows the result of adding the powers of 0 to 4 Hz, 8 (c) of 32 to 64 Hz, and 8 (d) of 32 to 64 Hz of each cycle in order from the beginning of one cycle to the next cycle. As shown in Fig. 8 (c), in the case of a normal pulse wave, the power of the D [n] portion appears to be very small, and a large value is shown when motion noise is included.

도 8(b)를 통해 각 신호의 주기를 판단하고, 각 주기에 대해 도 8(d)와 같이 신호의 크기를 계산한 후 이를 기준신호의 크기와 비교하여 동잡음의 포함 정도(SNS)를 계산한다. 도 8(e)에 도시된 바와 같이 실제로 동잡음이 존재한다고 판단한 경우에는 0을 해당 주기 동안 출력하고 동잡음이 포함되지 않았다고 판단한 경우에는 1을 해당 주기 동안 출력한 것으로, 동잡음이 포함되면 이를 정확하게 판단하고 있음을 확인할 수 있다. 각 채널에 대하여 SNS를 계산한 후 이를 비교하여 각 주기별 동잡음의 포함여부를 판단하고 각 주기별 동잡음이 적게 포함된 신호를 채택한 결과는 도 9와 같다.8 (b), the signal magnitude is calculated for each period as shown in FIG. 8 (d), and the signal magnitude is compared with the reference signal magnitude to determine the degree of inclusion of the motion noise (SNS) . 8 (e), when it is determined that there is actually a motion noise, 0 is output during the corresponding period, and when it is determined that motion noise is not included, 1 is output during the corresponding period. It can be confirmed that it is accurately judged. The SNS is calculated for each channel, and the signals are compared with each other to determine whether or not the dynamic noise is included in each cycle. The result of adopting a signal containing less dynamic noise for each cycle is shown in FIG.

도 9는 본 발명에 따라 동잡음 제거 결과를 나타내는 그래프이다. 도 9의 Case1과 Case2는 하나의 신호에 동잡음이 발생한 경우이고, Case3은 두신호 모두 동잡음이 없는 경우, Case4는 두 신호 모두 동잡음이 없는 경우이다. 한 신호에 동잡음이 포함된 경우 동잡음이 포함되지 않은 주기를 출력하고, 두 신호 모두 동잡음이 포함되지 않은 경우는 두 신호 중 신호의 크기가 더 큰 신호를, 두 신호 모두 동잡음이 포함된 경우 SNS를 계산하여 두 신호 중 동잡음의 영향이 작은 신호를 출력한 결과이다.FIG. 9 is a graph showing the results of dynamic noise removal according to the present invention. In Case 1 and Case 2 in FIG. 9, there is a case where motion noise occurs in one signal. In Case 3, both signals have no motion noise. In Case 4, both signals have no motion noise. If a signal contains dynamic noise, it outputs a period that does not contain dynamic noise. If both signals do not contain dynamic noise, the signal of the larger signal size is included in both signals. The SNS is calculated and a signal with a small influence of motion noise is output from the two signals.

도 9의 채널 1은 20% 시간동안 동잡음을, 채널 2는 15%의 시간동안 동잡음을 각각 포함시킨 신호를 웨이블릿 변환을 이용하여 신호의 동잡음 포함 여부를 판단한 것이고, 채널 1은 19.4%의 시간 동안 14.9%의 시간 동잡음이 포함되었음을 정확히 판별하였고, 이를 토대로 동잡음을 제거한 결과, 전체 신호에서 동잡음의 비율이 4.29%로 개선되었음을 확인할 수 있다.FIG. 9 shows that a signal including motion noise for 20% time and a motion noise for channel 2 for 15% time is determined by using wavelet transform, and channel 1 is 19.4% Of the time, and 14.9% of the time motion noise was included in the time. As a result, it can be confirmed that the motion noise ratio is improved to 4.29% in the entire signal.

잡음의 포함 정도를 달리 적용하여 실험을 한 결과, 표 2와 같이 신호의 잡음 영향이 감소하였음을 확인할 수 있다.As shown in Table 2, the influence of the noise on the signal is reduced.

Channel 1Channel 1 Channel 2Channel 2 Selected signalSelected signal Noise(%)Noise (%) Detected noise(%)Detected noise (%) Noise(%)Noise (%) Detected noise(%)Detected noise (%) Noise(%)Noise (%) AA HandHand 2020 19.419.4 HandHand 1515 14.914.9 4.294.29 78.55 78.55 HandHand 2020 19.1219.12 HandHand 1010 11.211.2 7.337.33 63.35 63.35 HandHand 3030 29.7829.78 HandHand 3030 29.7729.77 5.185.18 82.73 82.73 HandHand 2020 18.3518.35 FootFoot 1515 14.6914.69 2.892.89 85.55 85.55 BB HandHand 2020 20.3920.39 HandHand 1515 14.4414.44 5.185.18 74.10 74.10 HandHand 2020 20.3320.33 HandHand 1010 9.549.54 5.345.34 73.30 73.30 HandHand 3030 30.6130.61 HandHand 3030 29.3429.34 4.594.59 84.70 84.70 HandHand 2020 19.6519.65 FootFoot 1515 16.1216.12 3.783.78 81.10 81.10 CC HandHand 2020 19.8719.87 HandHand 1515 16.3116.31 7.527.52 62.40 62.40 HandHand 2020 18.6318.63 HandHand 1010 11.2611.26 4.264.26 78.70 78.70 HandHand 3030 28.6528.65 HandHand 3030 31.0931.09 9.439.43 68.57 68.57 HandHand 2020 20.8320.83 FootFoot 1515 14.6914.69 6.256.25 68.75 68.75 DD HandHand 2020 21.1321.13 HandHand 1515 15.6815.68 6.246.24 68.80 68.80 HandHand 2020 20.9620.96 HandHand 1010 9.869.86 6.696.69 66.55 66.55 HandHand 3030 30.4230.42 HandHand 3030 28.9628.96 8.378.37 72.10 72.10 HandHand 2020 19.5819.58 FootFoot 1515 14.7614.76 4.754.75 76.25 76.25

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.The features, structures, effects and the like described in the foregoing embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to one embodiment. Further, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified in other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong.

따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

Claims (6)

다중채널을 통하여 PPG 신호를 측정하는 단계;
상기 측정된 PPG 신호에서 고주파 잡음을 제거한 신호를 생성하는 단계;
상기 고주파 잡음을 제거한 신호에서 기준 신호를 설정하는 단계;
상기 기준 신호를 바탕으로 상기 다중채널 PPG 신호에서 동잡음을 제거하기 위하여 상호상관기법을 적용해 다중화된 신호 간의 차이를 보정하는 단계;
상기 설정된 기준 신호를 바탕으로 기저신호를 선정하는 단계;
상기 기저신호를 이용하여 웨이블릿 변환하는 단계; 및
상기 웨이블릿 변환된 값을 이용하여 동잡음을 판단 및 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
Measuring a PPG signal through multiple channels;
Generating a signal from which the high frequency noise is removed from the measured PPG signal;
Setting a reference signal in the signal from which the high-frequency noise is removed;
Correcting a difference between the multiplexed signals by applying a cross-correlation technique to remove motion noise from the multi-channel PPG signal based on the reference signal;
Selecting a base signal based on the set reference signal;
Performing wavelet transform using the base signal; And
And determining and removing the motion noise using the wavelet-transformed values.
제1항에 있어서,
상기 고주파 잡음을 제거한 신호를 생성하는 단계에서 저역 통과 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
The method according to claim 1,
And a low-pass filter is used in the step of generating the signal from which the high-frequency noise is removed.
제1항에 있어서,
상기 동잡음을 판단하는 단계는 미리 정해진 주파수 대역의 주기별 파워를 합산한 값이 기준신호의 일정 배수 이상인지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of judging the dynamic noise includes a step of judging whether or not a sum of powers of a predetermined period of the frequency band is equal to or greater than a predetermined multiple of the reference signal. .
제1항에 있어서,
상기 신호 간의 차이를 보정하는 단계는 상기 다중채널을 통하여 측정된 PPG 신호의 시간 차이 또는 크기 중 적어도 하나를 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of correcting the difference between the signals corrects at least one of time difference and magnitude of the PPG signal measured through the multiple channels.
제1항에 있어서,
상기 기저신호를 선정하는 단계는 이산 웨이블릿 변환이 가능한 복수의 기저함수와 기준신호에 상호상관 기법을 적용하여 각 상호상관 기법의 최대값 수치를 비교하여 가장 큰 값을 기저신호로 선정하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the base signal is selected by applying a cross-correlation technique to a plurality of base functions and a reference signal capable of performing discrete wavelet transform and comparing the maximum value of each cross-correlation technique, and selecting the largest value as a base signal A method for determining and eliminating motion noise using multiple signal reception.
제1항에 있어서,
상기 기저신호를 이용하여 웨이블릿 변환하는 단계는 저주파 대역의 주파수가 0~4Hz의 주파수 대역을 가지도록 웨이블릿 변환을 반복하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 수신을 이용한 동잡음 판단 및 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the wavelet transform using the base signal repeats the wavelet transform so that the frequency of the low frequency band has a frequency band of 0 to 4 Hz.
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