KR101941172B1 - 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값 제어 방법 및 장치. - Google Patents

Abstract

피검자의 생체 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 피검자의 생체 신호의 피크를 검출하기 위한 임계값을 가변으로 제어하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 생체 신호의 피크(peak)를 검출하기 위한 임계값 제어 방법에 있어서, 피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득하는 단계; 상기 획득한 생체 신호와 임계값(threshold)의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 단계; 및 상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여 상기 임계값을 제어하는 단계를 포함하는 구성이 제시된다. 본 발명에 의하면, 생체 신호의 피크를 검출하는 가변 임계값을 제어함에 있어서 피크의 간격이 불규칙한 경우나 피크 값의 크기 차이가 큰 경우에도 정확하게 피크를 검출할 수 있다.

Description

생체 신호의 피크를 검출하는 임계값 제어 방법 및 장치.{Apparatus and method for controlling threshold for detecting peaks of physiological signals.}

피검자의 생체 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

환자를 진단하기 위한 다양한 생체 신호 측정 및 분석 방법이 사용 또는 개발 중에 있다. 최근, 피검자의 생체 신호를 측정하여 건강 관리 및 만성 질환 관리를 일상생활에서도 실시간으로 전달하는 의료서비스에 관심이 증가함에 따라 보다 정확한 생체 신호의 측정 및 분석 방법의 중요성이 부각되고 있다.

이러한 생체 신호 중에서도 특히 심전도(ECG, electrocardiography)는 심장근육을 수축시키는데 발생하는 활동 전류(action potential)를 신체 표면에 전극을 부착하여 측정하는 것으로, 심장의 기능을 검사하고 각종 질병을 진단하기 위해 심전도를 측정하여 분석하는 방법이 보편적으로 이용되고 있다.

심전도 신호를 분석하여 심장 박동수를 계산하거나 부정맥 발생을 진단하기 위해 가장 기본적으로 수행해야 하는 것은 심장이 한번 수축할 때 발생하는 P-Q-R-S-T의 단일 파형을 검출하는 것이다. 단일 파형을 검출하면 파형간의 간격을 계산해 심장박동 수를 계산할 수 있고, 단일 파형을 추출하여 모양에 따라 부정맥을 진단할 수 있다. 단일 파형을 검출하기 위해서는 P-Q-R-S-T의 단일 파형 내에서 가장 크기가 큰 R 파형을 검출하는 방법이 주로 이용된다.

미국 등록 특허 7149331호(2006.12.12 등록)

생체 신호의 피크를 검출하는 가변 임계값을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 또한 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 임계값 제어 방법은 피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득하는 단계, 상기 획득한 생체 신호와 임계값(threshold)의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 단계, 및 상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여 상기 임계값을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따라 상기된 임계값 제어 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 임계값 제어 장치는 피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득하는 신호 획득부, 상기 획득한 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 결정부, 및 상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여, 상기 임계값을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 생체 신호 검출 장치는 피검자로부터 생체 신호를 측정하는 전극, 상기 측정된 생체 신호를 소정의 처리방법에 따라 처리하는 처리부, 상기 처리된 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 결정부, 및 상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값 간의 차를 고려하여 상기 임계값을 제어하는 임계값 제어부를 포함한다.

생체 신호의 피크를 검출하는 가변 임계값을 제어함에 있어서 피크의 간격이 불규칙한 경우나 피크의 값의 차이가 큰 경우에도 정확하게 피크를 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 생체 신호 검출 장치(100)에서의 임계값 제어 장치(130)의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 3은 생체 신호 중 하나인 심전도 신호의 단일 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 생체 신호를 검출하기 위한 가변 임계값을 제어하는 예를 나타낸 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 비례 제어부(232)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예를 나타낸 것이다.
도 6a는 도 2에 도시된 미분 제어부(233)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예를 나타낸 것이다.
도 6b는 도 2에 도시된 미분 제어부(233)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 다른 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)에 의해 가변 임계값을 제어함으로써 피크의 간격이 불규칙적인 심전도 신호의 피크를 검출하는 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)에 의해 가변 임계값을 제어함으로써 피크의 값의 크기가 불규칙적인 심전도 신호의 피크를 검출하는 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계값 제어 과정의 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)는 측정부(110), 처리부(120), 임계값 제어 장치(130)로 구성된다. 그리고, 임계값 제어 장치(130)는 결정부(131), 제어부(132)로 구성된다. 도 1에 도시된 생체 신호 검출 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 도 1에 도시된 구성 요소들을 기초로 하여 여러 가지 변형이 가능함을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 1의 생체 신호 검출 장치(100)는 피검자의 생체 신호를 측정하고, 측정된 신호를 분석하여 필요한 정보를 검출한다.

생체 신호(physiolosical signals)는 신체의 근육 세포들이나 신경 세포들에서 발생되는 전위 또는 전류 형태의 신호가 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 생체 신호 검출 장치(100)를 이용하여 검출되는 생체 신호는 전위의 형태로 나타나는 것으로 보고 설명한다. 그러나 이하의 설명을 기초로 하여 다양한 종류의 생체 신호들에 대하여 다양한 실시예가 적용될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 이하에서는 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 생체 신호 중 심전도(ECG, electrocardiography)의 예를 들어 설명한다. 그러나 이하의 설명을 기초로 하여 다양한 종류의 생체 신호들에 대하여 본 발명의 다양한 실시예가 적용될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 심전도 신호와 관련하여 이하 도 3을 참조하여 설명한다.

측정부(110)는 피검자의 신체에 부착되어 피검자로부터 생체 신호를 측정한다. 예를 들어 설명하면, 측정부(110)는 피검자의 피부와의 접촉에 의해 피검자의 피부와 전기적으로 연결되어 피검자의 생체 신호를 측정한다. 측정부(110)는 피검자와 생체 신호를 측정하는 회로와의 사이에서 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 피검자와 전기적으로 접촉하는 전극들(electrode)일 수 있다. 이러한 하나 이상의 전극들은 생체 신호의 정확한 검출을 위해 다양한 형태로 배열되어 피검자의 피부와 접촉할 수 있다. 다만, 측정부(110)는 피검자의 피부와의 접촉에 의해 피검자의 피부와 전기적으로 연결되는 것에 한정되지 않고, 피검자의 피부에 근접하는 등 접촉하지 않고 전기적 신호를 주고 받을 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

예를 들어, 측정부(110)는 일정 거리 떨어진 곳에 위치한 두 개의 전극들 각각에서 검출된 전위값의 차, 즉 전압을 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 또한 측정부(110)는 피검자의 피부에서 일정 거리 떨어진 곳에 부착된 두 개의 전극으로부터 획득된 전위값들을 차동 증폭기를 이용하여 차동 증폭하여 생체 신호에 해당하는 전압값의 파형을 획득함으로써 생체 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 획득된 생체 신호의 전압값의 파형은 잡음(noise)을 포함할 수 있다.

이 때, 세포에서 발생되는 신호에 해당하는 생체 신호는 매우 미세한 크기의 전기 신호로 잡음의 영향을 크게 받는다. 예를 들어, 측정부(110)의 전극을 이용하여 생체 신호를 측정할 때, 전극에의 접촉 등의 외부 요인에 의해 불필요한 잡음이 포함될 수 있다. 이러한 잡음은 생체 신호의 정확성을 떨어뜨리고, 검출 및 분석을 어렵게 한다.

이에 따라 도 1의 처리부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 생체 신호를 소정의 가공방법에 따라 처리하여 결정부(131)에 전송한다. 예를 들어 설명하면, 처리부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 심전도 신호에 대역통과필터(band pass filter)를 적용하고, 대역통과된 심전도 신호에 미분기(differentiator)를 적용하고, 저역통과필터(low pass filter)를 적용하여 심전도 신호를 전처리함으로써 생체 신호의 특징을 나타내는 특징값(feature value) 을 획득한다. 저역통과필터는 일 실시예로, 절대이동평균필터(absolute moving average filter)일 수 있다.

특징값은 처리부(120)에 의해 생체 신호의 특징을 추출하기 위한 처리 방법을 거쳐 가공된 생체 신호의 특징을 나타내는 값일 수 있다. 이하에서는 특징값을 획득하기 위해 소정의 가공방법에 따라 생체 신호를 가공하는 예를 설명한다.

처리부(120)가 심전도 신호에 대역통과필터를 적용하는 경우의 예를 들어 설명하면, 심전도 신호에는 심전도 신호의 등전위선이 변하여 전체 신호가 움직이는 등의 저주파 잡음(baseband wandering) 및 근전도 등의 고주파 잡음이 존재할 수 있다. 이에 따라 처리부(120)는 이러한 저주파 및 고주파 잡음들을 제거하기 위해 심전도 신호에 대역통과필터를 적용하여 검출하고자 하는 신호의 주파수 대역만을 통과시킬 수 있다.

처리부(120)가 대역통과된 심전도 신호에 미분기를 적용하는 경우의 예를 들어 설명하면, 심전도 신호의 단일 파형은 R 파형 근처에서 기울기가 급격히 변한다. 따라서 R 파형 근처에서 심전도 신호의 미분 값 역시 급격히 변하고, 생체 신호 검출 장치(100)는 미분된 심전도 신호로부터 R 파형을 검출할 수 있다. R 파형에 관하여 도 3에서 보다 자세히 설명한다.

처리부(120)가 미분된 심전도 신호에 저역통과필터(예:절대이동평균필터)를 적용하는 경우의 예를 들어 설명하면, 심전도 신호는 생체 신호를 획득하는 과정에서 외부로부터 입력되는 불필요한 잡음을 포함한다. 이러한 잡음의 영향을 저감하기 위해 처리부(120)는 심전도 신호에 저역통과필터를 적용한다. 저역통과 필터의 일 실 예로 절대이동평균필터가 사용될 수 있으며, 절대이동평균필터는 신호 파형을 둘러싸듯이 그려진 엔빌로프(envelope)를 구하기 위한 일종의 저역통과필터로, 잡음으로 인한 급격한 변동 등을 방지하기 위해 가장 최근의 신호를 기준으로 앞서 받은 일정 개수의 신호들의 절대값을 평균한 값을 출력한다.

처리부(120)는 위와 같은 처리 방법 이외에도 다양한 처리 방법에 의해 생체 신호를 가공할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 1의 임계값 제어 장치(130)는 신호 획득부(133), 결정부(131) 및 제어부(132)로 구성된다. 신호 획득부(133)는 피검자로부터 측정된 생체 신호 또는 처리부(120)에 의해 처리된 생체 신호를 획득하고, 결정부(131)는 획득한 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하고, 제어부(132)는 결정부(131)의 결정 결과에 따라, 임계값 또는 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여 임계값을 제어한다.

도 1의 결정부(131)는 신호 획득부(133)에 의해 획득된 피검자로부터 측정된 심전도 신호의 특징값이 임계값을 초과하는 경우 R 파형이 검출된 것으로 결정한다.

도 1의 제어부(132)는 가변 임계값을 제어한다. 이 때, 가변 임계값이라 함은, 일정한 상수의 값이 아니라 결정부(131)의 결정 결과에 따라 제1 임계값이 제2 임계값으로 갱신되는 것과 같이 그 값이 변하는 임계값을 말한다. 제어부(132)는 결정부(131)의 결정에 따라, 즉 R 파형이 검출되었는지 여부에 따라 가변 임계값을 제어한다. 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 임계값 제어 장치(130)가 가변 임계값을 제어하는 방법과 관련하여 보다 자세하게 설명한다.

제1 임계값이라 함은 현재 임계값이고, 제2 임계값이라 함은 제어부(230)에 의해 피크가 검출되었는지 여부에 따라 갱신되는 임계값을 말한다. 다만, 제1 임계값 역시 이전의 임계값으로부터 제어부(230)에 의해 갱신된 임계값일 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 생체 신호 검출 장치(100)에서의 임계값 제어 장치(130)의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 임계값 제어 장치(130)는 신호 획득부(210), 결정부(220), 제어부(230)로 구성되며, 제어부(230)는 선택부(231), 비례 제어부(232), 미분 제어부(233)로 구성된다.

신호 획득부(210)는 피검자로부터 측정된 생체 신호 또는 처리부(120)에 의해 처리된 생체 신호를 획득한다.

결정부(220)는 신호 획득부(210)로부터 획득한 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정한다. 심전도 신호를 검출하는 예를 들어 설명하면, 결정부(220)는 신호 획득부(210)가 획득한 심전도 신호와 임계값을 비교하고, 비교 결과에 따라 심전도 신호의 값이 임계값을 초과하는 경우 R 파형의 피크가 검출된 것으로 인식할 수 있다.

제어부(230)는 결정부(220)의 결정 결과에 따라 임계값 또는 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와, 미리 설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여 임계값을 갱신함에 따라 임계값을 제어한다. 제어부는 선택부(231), 비례 제어부(232), 및 미분 제어부(233)로 구성된다.

선택부(231)는 결정부(220)의 결정에 따라 임계값 또는 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나를 선택한다. 예를 들어 선택부(231)는 결정부(220)의 결정에 의해 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우 검출된 피크의 특징값을 선택하고, 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우 임계값을 선택할 수 있다.

비례 제어부(232)는 선택부(231)에 의해 선택된 값을 일정 비율로 저감한다. 본 실시에에 따른 비례 제어부(232)는 소정의 가중치 및 최소 임계값을 이용하여, 가변 임계값이 저감되는 정도를 조절할 수 있고, 이에 따라 가변 임계값이 항상 최소 임계값보다 큰 값을 갖도록 조절할 수 있다.

이 때, 가중치는 선택값을 저감하는 비율을 나타내는 값으로, 0 이상의 유리수가 될 수 있다. 또한, 최소 임계값은 가변 임계값이 가변함에 따라 저감되더라도 소정의 값 이하로 저감되지 않도록 설정되는 하한선으로, 0보다 큰 유리수가 될 수 있다.

예를 들어, 비례 제어부(232)는 결정부(220)의 결정에 의해 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 생체 신호의 피크의 특징값으로부터 생체 신호의 피크의 특징값과 최소 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값을 저감하여 임계값을 설정함으로서 임계값을 제어할 수 있다.

또는 비례 제어부(232)는 결정부(220)의 결정에 의해 생체 신호의 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 임계값으로부터 임계값과 최소 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값을 저감하여 임계값을 제어할 수 있다.

이에 따라, 비례 제어부(232)는 아래의 수학식 1과 같은 연산을 수행하여 선택부(231)에 의해 선택된 값을 일정 비율로 저감할 수 있다.

수학식 1에서, Th(t)는 선택부(231)에 의해 선택된 값이 비례 제어부(232)에 의해 일정 비율로 저감됨에 따라 갱신되는 제2 임계값, Th(t-1)는 선택부(231)에 의해 제1 임계값과 생체 신호의 특징값 중 선택된 어느 하나의 선택값, a는 가변 임계값이 저감되는 가중치, Th_min는 미리 설정된 최소 임계값이 될 수 있다.

본 실시예에 따른 가중치 a는 0 이상의 유리수가 될 수 있고, 사용 환경에 따라 임계값 제어 장치(130)의 사용자에 의하여 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 가중치 a는 검출하고자 하는 생체 신호의 종류 또는 단일 파형의 길이 등에 따라 임계값 제어 장치(130)의 사용자에 의하여 적절하게 조절될 수 있다.

예를 들어 설명하면, 비례 제어부(232)는 가중치 a 값을 증가시킴에 따라 가변 임계치가 저감되는 속도를 빠르게 할 수 있다. 또는 비례 제어부(232)는 가중치 a 값을 감소시킴에 따라 가변 임계치가 저감되는 속도를 느리게 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 최소 임계값 Th_min는 임계값 제어 장치(130)의 사용자에 의하여 적절한 값으로 설정될 수 있는데, 0보다 큰 유리수로 기설정될 수 있고, 사용 환경에 따라 적절하게 조절될 수도 있다.

예를 들어, 최소 임계값은 획득한 생체 신호로부터 검출하고자 하는 피크의 특징값 등을 고려하여 미리 설정될 수 있다. 획득한 생체 신호에 있어서, 피크의 특징값이 소정의 하한선보다 높은 값을 갖고 불필요한 노이즈가 소정의 상한선보다 낮은 값을 갖는 경우, 이러한 특징값의 하한선 및 노이즈의 상한선을 사전에 획득하고, 획득한 특징값의 하한선 및 노이즈의 상한선을 분석한 결과에 따라 그 사이 값으로 최소 임계값을 설정할 수 있다. 이렇게 설정되는 최소 임계값은 가변 임계값의 하한선이 된다.

상기 설명한 바와 같이 결정부(220)는 생체 신호의 특징값이 임계값을 초과할 때 피크가 검출된 것으로 인식하기 때문에, 최소 임계값이 설정됨에 따라 결정부는 생체 신호의 특징값이 피크의 형태를 띠더라도 최소 임계값보다 작은 경우 피크로 인식하지 않게 된다. 이에 따라, 임계값 제어 장치(130)의 사용자는 이 최소 임계값을 적절하게 조절하여 신호 획득부(210)로부터 전송받은 생체 신호의 특징값 중 무시 가능한 잡음으로 간주할 수 있는 크기의 신호를 무시할 수 있게 된다.

또는, 최소 임계값은 피검자의 생체 신호를 측정하는 센서로부터 측정 가능한 범위를 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어 아래의 수학식 2와 같은 연산을 수행하여 최소값을 설정할 수 있다.

수학식 2에서 Th_min은 최소 임계값을 의미하고, S_max는 센서로부터 측정 가능한 최대값, S_min는 센서로부터 측정 가능한 최소값, c는 상수가 될 수 있다. 즉, 수학식 2에 의해 센서로부터 측정 가능한 값의 범위 중 소정 비율만큼의 값은 피크로 인식하지 않도록 최소 임계값을 설정할 수 있다.

예를 들어, 센서로부터 측정 가능한 신호의 최대값이 100이고 최소값이 -100이라고 할 때, 상수 c를 0.1로 설정한다면, 최소 임계값은 20이 된다. 이와 같은 최소 임계값의 설정에 따라 가변 임계값은 항상 20보다 큰 범위 내에서 가변하게 되고, 따라서 20보다 작은 값을 갖는 생체신호를 피크로 검출하지 않고 무시하게 된다.

또는, 최소값은 상기 설명한 바와 같이 상수로서 기설정될 수 있을 뿐 아니라, 실시간으로 검출되는 피크값의 크기, 생체신호 중 피크값으로 검출되지 않은 신호의 크기, 실시간으로 검출되는 피크값의 특징값 크기, 생체신호 중 피크값으로 검출되지 않은 신호의 특징값 크기를 고려하여 실시간으로 변하도록 설정될 수 있다. 예를 들어 아래의 수학식 3과 같은 연산을 수행하여 실시간으로 변하는 최소값을 설정할 수 있다.

수학식 3에서 Th_min는 최소 임계값을 의미하고, d는 상수이다. V(t)는 생체 신호의 값으로, 상황의 필요에 따라 바로 직전에 검출된 피크값일 수도 있고, 또는 최근 검출된 복수 개의 피크값의 평균값일 수도 있다. 이 경우, 최소 임계값보다 큰 피크값을 검출할 수 있도록 D값을 0보다 큰 유리수로 적절하게 설정해야 한다.

또는, V(t)는 생체 신호의 값으로, 상황의 필요에 따라 바로 직전에 피크로 검출되지 않은 생체신호 값일 수도 있고, 또는 최근 피크로 검출되지 않은 복수 개의 생체신호 값의 평균값일 수도 있다. 이 경우, 최소 임계값보다 큰 피크값을 검출할 수 있도록 D값을 0보다 큰 유리수로 적절하게 설정해야 한다.

또는, V(t)는 생체 신호의 특징값으로, 상황의 필요에 따라 바로 직전에 검출된 특징값 일수도 있고, 또는 최근 검출된 복수 개의 피크에 해당되는 특징값의 평균값일 수도 있다. 이 경우, 상수 D가 1보다 작은 값을 갖도록 설정함으로써 최소 임계값보다 큰 피크값을 검출할 수 있다.

또는, V(t)는 생체 신호의 특징 값으로, 상황의 필요에 따라 바로 직전에 피크로 검출되지 않은 특징 값일 수도 있고, 또는 최근 피크로 검출되지 않은 복수 개의 특징값들의 평균값일 수도 있다. 이 경우, 상수 D가 1보다 큰 값을 갖도록 설정함으로써 최소 임계값보다 큰 피크값을 검출할 수 있다. 다만, 상기와 같이 설명한 방법들은 최소 임계값을 설정하는 하나의 예일 뿐, 이 외에도 필요에 따라 다른 방법으로 실시간으로 변하는 최소값을 설정할 수 있음을 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 당업자라면 알 수 있다. 이와 같이 비례 제어부의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예에 관하여 이하 5를 참조하여 설명한다.

미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값을 다시 한 번 저감할 수 있다. 본 실시예에 따른 미분 제어부(233)는 선택부(231)에 의해 선택된 제1 임계값과 생체 신호의 특징값 중 어느 하나의 값과, 구 임계값 간의 차에 가중치를 적용하여 가변 임계값이 저감되는 정도를 조절할 수 있다. 이 때 구 임계값이라 함은 가변 임계값이 제1 임계값으로 갱신되기 이전의 임계값이다.

예를 들어, 미분 제어부(233)는 결정부(220)의 결정에 의해 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 생체 신호의 피크의 특징값으로부터 생체 신호의 피크의 특징값과 구 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값을 저감하여 임계값을 제어할 수 있다.

이에 따라, 미분 제어부(233)는 아래의 수학식 4과 같은 연산을 수행하여 선택부(231)에 의해 선택된 임계값을 일정 비율로 저감할 수 있다.

수학식 4에서, Th(t)는 미분 제어부(233)에 저감되어 갱신되는 제2 임계값, Th(t-1)는 선택부(231)에 의해 선택된 제1 임계값과 생체 신호의 특징값 중 어느 하나의 값, a는 비례 제어부(232)에 의해 가변 임계값이 저감되는 가중치, Th_min는 미리 설정된 최소 임계값, b는 미분 제어부(233)에 의해 가변 임계값이 저감되는 정도를 나타내는 가중치, Th(t-2)는 제1 임계값으로 갱신되기 이전의 임계값인 구 임계값이 될 수 있다. 미분 제어부(233)는 가변 임계값의 변화량에 비례하여 가변 임계값을 다시 저감시킴에 따라 가변 임계값의 급격한 변화를 방지할 수 있다.

예를 들어 설명하면, 결정부(220)에 의해 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 선택부(231)는 제1 임계값과 생체 신호의 특징값 중 생체 신호의 특징값을 Th(t-1)로 선택하고, 비례 제어부(232)는 생체 신호의 피크의 특징값으로부터 생체 신호의 피크의 특징값과 최소 임계값 간의 차에 가중치 a를 적용한 값을 저감하고, 미분 제어부(233)는 생체 신호의 특징값과 구 임계값의 차에 가중치 b를 적용한 값을 더 저감하여 제2 임계값으로 갱신한다..

반면 결정부(220)에 의해 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 선택부(231)는 제1 임계값과 생체 신호의 특징값 중 제1 임계값을 Th(t-1)로 선택하고, 비례 제어부(232)는 제1 임계값으로부터 제1 임계값과 최소 임계값 간의 차에 가중치 a를 적용한 값을 저감하고, 미분 제어부(233)는 제1 임계값과 구 임계값의 차에 가중치 b를 적용한 값을 더 저감하여 제2 임계값으로 갱신한다.

이 때, 피크가 검출되지 않으면 임계값은 점점 더 작은 값으로 갱신되기 때문에 Th(t-1)-Th(t-2)의 값은 0보다 작은 수가 되고, b가 0보다 큰 값인 경우 미분 제어부(233)는 수학식 4에 따라 임계값을 증가시키게 된다.

즉 미분 제어부(233)는 가변 임계값의 변화량에 비례하여 가변 임계값을 한번 더 제어함에 따라 가변 임계값의 급격한 변화를 방지하는 일종의 저역통과필터일 수 있다. 이에 관하여 이하 도 6a 및 도6b를 참조하여 자세히 설명한다.

본 실시예에 따른 가중치 b는 어떤 유리수라도 될 수 있고, 사용 환경에 따라 임계값 제어 장치(130)의 사용자에 의하여 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 가중치 b는 검출하고자 하는 생체 신호의 종류 또는 특징값의 변화 패턴 등에 따라 임계값 제어 장치(130)의 사용자에 의하여 적절하게 조절될 수 있다.

예를 들어 설명하면, 미분 제어부(233)는 가중치 b 값을 증가시킴에 따라 가변 임계치가 임계치의 변화량에 더 큰 영향을 받도록 할 수 있다. 또는 미분 제어부(233)는 가중치 b 값을 감소시킴에 따라 가변 임계치가 임계치의 변화량에 더 작은 영향을 받도록 할 수 있다. 이에 관하여 이하 도 6a 및 도6b를 참조하여 자세히 설명한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 도 2의 임계값 제어 장치(130)는 임계값 제어부(132)의 가변 임계값 제어에 따라 피크의 간격이 일정하지 않거나 피크의 특징값이 일정하지 않을 때에도 피크를 검출할 수 있도록 임계값을 제어할 수 있다.

도 3은 생체 신호 중 하나인 심전도 신호의 단일 파형(30)의 예를 나타낸 것이다. 심전도(ECG, electrocardiography)는 심장근육을 수축시키는데 발생하는 활동 전류(action potential)를 신체 표면에 전극을 부착하여 측정하는 것으로, 심장의 기능을 검사하고 각종 질병을 진단하기 위해 심전도를 측정하여 분석하는 방법이 보편적으로 이용되고 있다.

도 3을 참조하면, 심전도 신호의 단일 파형(30)에는 등전위선에서 돌출되는 다섯 개의 피크들이 존재하고, 각 피크들은 P(31), Q(32), R(33), S(34), T(35) 파형으로 명명된다. 심장이 한번 수축할 때마다 하나의 단일 파형이 발생한다. 본 발명의 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)는 심전도 신호의 단일 파형(30)을 검출하기 위해 P-Q-R-S-T의 단일 파형 내에서 가장 크기가 큰 R 파형을 검출할 수 있다.

단일 파형을 검출하면 컴퓨터 혹은 의료전문가는 파형간의 간격을 계산해 심장박동 수를 계산할 수 있고, 단일 파형을 추출하여 모양에 따라 부정맥을 진단할 수 있다.

가변 임계값과 관련하여 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 생체 신호를 검출하기 위한 가변 임계값을 제어하는 예를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 심전도의 R 파형을 검출하기 위한 가변 임계값은 R 파형이 검출되면 그 값이 R 파형의 특징값을 기초로 갱신되고, 새로운 R 파형이 검출될 때까지 점점 저감되도록 제어될 수 있다. 가변 임계값을 제어하는 예를 그래프로 나타내면 그래프들(41, 42, 43)과 같은 형태로 나타날 수 있다.

도 4를 참조하면, 가변 임계값이 그래프(41)와 같은 형태로 제어되는 경우, R 파형이 검출되고 나서 그 값이 저감되는 속도가 그래프(42) 및 그래프(43)와 비교하여 상대적으로 느리다. 따라서 R 파형들의 간격이 좁을 때, 가변 임계값이 충분히 작아지지 않은 상태에서 새로운 R 파형이 발생되면 그 값이 임계값을 초과하지 않음에 따라 결정부(131)가 새로운 R 파형을 검출할 수 없다.

한편, 가변 임계값이 그래프(43)와 같은 형태로 제어되는 경우, R 파형이 검출되고 나서 그 값이 저감되는 속도가 그래프(41)와 비교하여 상대적으로 빠르다. 따라서 R 파형들의 간격이 좁은 경우에도 가변 임계값이 충분히 빠르게 저감되기 때문에 새로운 R 파형이 발생되면 그 값이 임계값을 초과함에 따라 결정부(131)가 새로운 R 파형을 검출한다. 그러나 가변 임계값이 지나치게 빠르게 저감되어 점점 0의 값으로 수렴함에 따라 0 근처에 존재하는 매우 미세한 잡음이 임계값을 초과함에 따라 결정부(131)가 잘못된 R 파형을 검출할 수 있다. R 파형의 간격이 매우 넓은 경우에도 가변 임계값이 점점 0의 값으로 수렴함에 따라 같은 문제가 발생할 수 있다.

반면, 가변 임계값이 그래프(42)와 같은 형태로 제어되는 경우, 가변 임계값은 그래프(43)와 같은 형태로 제어될 때와 마찬가지로 R 파형이 검출되고 나서 그 값이 저감되는 속도가 상대적으로 빠르면서도, 미리 설정된 특정 최소 임계값으로 점점 수렴함에 따라 가변 임계값이 0의 값으로 수렴하지 않는다.

도 5는 도 2에 도시된 비례 제어부(232)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예를 나타낸 것이다. 도 5에서 TH(t-1)은 선택부(231)에 의해 선택된, 제1 임계값 또는 생체 신호의 특징값 중 어느 하나의 값, TH(t)는 비례 제어부(232)의 제어에 따라 저감됨에 따라 갱신되는 제2 임계값을 나타낼 수 있다. 그래프들(51, 52, 53) 각각의 경우에 비례 제어부(232)는 선택부(231)에 의해 선택된 선택값과 최소 임계값의 차에 소정의 가중치를 적용한 값만큼을 선택값에서 저감함에 따라 제1 임계값을 제2 임계값으로 갱신한다.

비례 제어부(232)의 이와 같은 연산 및 제어로 인해 가변 임계값은 최소 임계값보다 항상 큰 값을 갖게 되고, 가변 임계값의 갱신이 반복됨에 따라 가변 임계값은 점점 최소 임계값으로 수렴하는 형태를 가질 수 있다. 이 때 최소 임계값이 가변일 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

도 6a은, R 피크가 검출 된 경우 도 2에 도시된 미분 제어부(233)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예를 나타낸 것이다. 도 6a에서 THupdated(t-1)은 R 피크가 검출된 경우 선택부(231)에 의해 선택되는 생체 신호의 특징값, THold(t-1)는 제1 임계값, TH(t-2)는 제1 임계값으로 갱신되기 이전의 구 임계값, TH(t)는 비례 제어부(232) 및 미분 제어부(233)의 제어에 따라 갱신되는 제2 임계값을 나타낼 수 있다.

그래프들(61, 62) 각각은 R 피크가 검출되어 도 2의 선택부(231)에 의해 선택된 생체 신호의 특징값(613, 623)이 도 2의 미분 제어부(233)의 제어에 따라 저감되는 예를 나타낸 것이다. 미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(611, 621)을 더 저감하여 제2 임계값(612, 622)으로 갱신함에 따라 임계값을 제어한다. 구체적으로, 미분 제어부(233)는 선택부(231)에 의해 선택된 값(613)과 구 임계값 Th(t-2) 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값만큼을 비례제어부(232)에 의해 저감된 임계값(611)에서 더 저감하여 제2 임계값(612)으로 갱신함에 따라 임계값을 제어한다.

그래프들(61, 62)의 예를 비교하여 설명하면, 심전도 신호의 R 피크가 검출되고, 선택부(231)에 의해 R 피크의 값이 새로운 임계값(613, 623)으로 선택되면, 선택된 임계값(613, 623)은 비례 제어부(232) 및 미분 제어부(233)에 의해 저감될 수 있다. 그래프(61)의 경우가 그래프(62)의 경우보다 임계값이 큰 폭으로 증가함에 따라, 미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(611, 621)으로부터 그래프(61)의 경우에 그래프(62)의 경우보다 더 많은 값을 저감한다. 즉, 미분 제어부(233)는 임계값이 큰 폭으로 상승하는 것을 방지한다.

도 6b는 도 2에 도시된 미분 제어부(233)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 다른 예를 나타낸 것이다. 구체적으로 도 6b는 R 피크가 검출되지 않은 경우 도 2에 도시된 미분 제어부(233)의 제어에 따라 임계값이 저감되는 예를 나타낸것이다. 도 6b에서 TH(t-1)는 제1 임계값, TH(t-2)는 제1 임계값으로 저감되기 이전의 구 임계값, TH(t)는 비례 제어부(232) 및 미분 제어부(233)의 제어에 따라 저감되는 제2 임계값을 나타낼 수 있다.

그래프들(63, 64) 각각은 R 피크가 검출되지 않았을 때, 도 2의 선택부(231)에 의해 선택된 임계값(633,643)이 도 2의 미분 제어부(233)의 제어에 따라 저감되는 예를 나타낸 것이다. 예를 들어, 미분 제어부(233)는 R 피크가 검출되지 않았을 때, 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)을 저감하여 제2 임계값(632, 642)으로 갱신함에 따라 임계값을 제어한다.

그러나, R 피크가 검출되었을 때의 그래프들(61, 62)과 비교하여 그래프들(63, 64)을 참조하면, R 피크가 검출되지 않았을 때 미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)을 다시 상승시키는 것을 알 수 있다.

구체적으로, 수학식 4를 참조하면 미분 제어부(233)는 선택부(231)에 의해 선택된 제 1 임계값 Th(t-1)에서 구 임계값 Th(t-2)을 뺀 값에 소정의 가중치(b)를 적용한 값만큼을 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)에서 더 저감하여 제2 임계값으로 갱신함에 따라 임계값을 제어한다.

이 경우, R 피크가 검출되지 않으면 제 1 임계값 Th(t-1)은 구 임계값 Th(t-2)보다 작은 값을 갖고, 이에 따라 제 1 임계값 Th(t-1)에서 구 임계값 Th(t-2)를 뺀 값 및 이에 소정의 가중치(b)를 적용한 값은 음수가 된다(소정의 가중치(b)는 양수인 경우로 가정한다.). 이에 따라 미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)을 다시 상승시켜 제 2 임계값으로 갱신한다.

즉, 도 6a에서 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(611, 621)이 미분 제어부(233)에 의해 더 작은 값으로 저감되는 것과 비교하여, 도 6b에서는 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)이 미분 제어부(233)에 의해 더 큰 임계값(632, 642)으로 상승된다. 즉, 미분 제어부(233)는 임계값이 비례 제어부(232)에 의해 큰 폭으로 변동하는 것을 방지한다.

그래프들(63, 64)의 예를 비교하여 설명하면, 심전도 신호의 R 피크가 검출되지 않은 경우, 선택부(231)에 의해 선택된 임계값(633, 643)은 비례 제어부(232)에 의해 저감되며, 비례 제어부(232)에 의해 저감된 임계값(631, 641)은 미분 제어부(233)에 의해 다시 증가될 수 있다. 그래프(63)의 경우가 그래프(64)의 경우보다 임계값이 큰 폭으로 감소함에 따라, 그래프(63)의 경우에 미분 제어부(233)에 의해 그래프(64)의 경우보다 더 큰 폭으로 증가된다. 즉, 미분 제어부(233)는 비례 제어부(232)에 의해 임계값이 저감되는 정도에 비례하여 다시 임계값을 상승시킴에 따라 임계값이 큰 폭으로 하락하는 것을 방지한다.

도면에 도시되지는 않았으나 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 임계값 제어장치(130)는 임계값의 갱신 방법을 결정하는 갱신결정부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 제어부(230)를 동작시키는데 있어서, 신호를 획득하는 샘플링 레이트(sampling rate)가 250Hz인 경우, 갱신결정부(미도시)는 매 샘플(4ms간격)마다 제어부(230)를 동작시켜 임계 값을 갱신 시키게 되고, 수학식 4의 연산에 의해 제어부(230)는 일초 마다 500번의 곱셈을 수행한다. 이 때 제어부(230)의 기계적 성능에 의한 한계 또는 전력 소모의 문제점 등을 극복하기 위하여 갱신결정부(미도시)는 제어부(230)의 임계값 갱신의 빈도를 줄여 연산 횟수를 줄일 수 있다.

예를 들어, 생체 신호를 획득하는 샘플링 레이트가 250Hz인 경우, 생체 신호를 50개 획득할 때마다 제어부(230)를 한 번씩만 동작시키게 되면, 제어부(230)가 일초에 10번의 곱셈만 수행하게 되어 전력소모를 줄일 수 있다. 이 때, 갱신결정부는 신호획득부(210)가 획득하는 생체신호의 샘플 수를 카운팅하여 소정 횟수의 생체신호를 획득할 때마다 한번씩 임계값이 제어부(230)에 의해 갱신되도록 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따라 도 2의 임계값 제어장치(130)는 선형보간부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 갱신결정부(미도시)의 결정에 따라 임계값이 제어부(230)에 의해 갱신되지 않는 경우에는, 선형보간부(미도시)는 선형 보간법을 사용하여 임계값을 갱신할 수 있다.

구체적으로, 매 샘플마다 제어부를 동작시킨 것과 유사한 임계값 갱신 효과를 주기 위해 선형보간부는 수학식 5와 같은 선형보간법에 따라 임계값을 갱신할 수 있다.

수학식 5에서, K는 제어부를 동작시키는데 기다려야 하는 일정한 샘플 수를 나타내며, t+k는 임계값과 비교하고자 하는 생체신호의 index이다. 예로, 갱신결정부(미도시)가 매 50샘플 마다 제어부를 동작시킨다고 했을 때, K는 50이되며, k는 1~50의 값을 갖는다. 선형보간법은 두 점 사이에서 값들을 선형적으로 결정하는 것으로, 수학식 5의 경우 두 점은 TH[t]와 THest[t+K]이다. t+k를 기준으로, TH[t]값은 과거의 임계값이므로 현재 알고 있는 임계값이고, THest[t+K]는 미래의 임계값이므로 아직 획득하지 않은 값이다. 다만, 이는 수학식 6으로 구할 수 있다.

수학식 6은 수학식 4와 유사한 형태로 단순히 K 샘플 뒤의 임계값을 예상한 것이다. 수학식 6과 관련하여, 당업자라면 수학식 4에 대응하여 그 의미를 이해할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)에 의해 가변 임계값을 제어함으로써 피크의 간격이 불규칙적인 심전도 신호의 피크를 검출하는 예를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 그래프(710)는 처리부(120)에 의해 가공되지 않은 심전도 신호를 나타내고, 그래프(720)는 처리부(120)에 의해 가공된 심전도 신호 및 이러한 심전도 신호의 R 파형을 검출하기 위한 가변 임계값(73)을 나타낸다.

구체적으로 설명하면, 그래프(720)는 처리부(120)에 의해 미분기가 적용되고 저역통과필터(예:절대이동평균필터)가 적용되어 가공된 심전도 신호 및 이러한 심전도 신호의 R 파형을 검출하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 도 2의 임계값 제어 장치(130)에 의해 제어되는 가변 임계값(73)을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 심전도 신호 중 R 파형에 해당하는 피크는 피크(711) 내지 피크(716) 또는 피크(721) 내지 피크(726)과 같은 형태로 나타날 수 있다. 처리부(120)는 이러한 심전도 신호를 가공할 수 있고, 이렇게 가공된 심전도 신호 중 R 파형에 해당하는 피크는 피크(721) 내지 피크(726)과 같은 형태의 피크로 나타날 수 있다.

도 7의 그래프(720)를 참조하면, 가변 임계값(73)은 피크(721) 내지 피크(726)가 검출될 때마다 값이 증가되고 피크가 검출된 이후로는 점점 저감되는 형태를 가진다. 다만 피크(724)가 검출된 이후 피크(725)가 검출되기까지의 시간 간격이 상대적으로 길어짐에 따라 가변 임계값(73) 역시 긴 시간동안 저감됨에도 불구하고 비례 제어부(232)의 제어에 따라 가변 임계값은 0으로 수렴하지 않고 일정한 최소 임계값을 향해 수렴한다.

이는 본 발명의 일 실시예에 따라 임계값 제어 장치(130)가 가변 임계값을 저감함에 있어 일정한 최소 임계값을 고려하여 임계값이 항상 이 최소 임계값보다 큰 값을 갖도록 제어하기 때문이다. 검출하고자 하는 피크가 아닌 다른 값들은 이러한 최소 임계값을 초과하지 않기에, 결정부(220)는 검출하고자 하는 피크가 아닌 다른 값을 피크로 인식하지 않는다. 즉, 검출하고자 하는 피크의 간격이 불규칙한 경우에도 결정부(220)는 피크를 올바르게 인식할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치(100)에 의해 가변 임계값을 제어함으로써 피크의 값의 크기가 불규칙적인 심전도 신호의 피크를 검출하는 예를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 그래프(810)는 처리부(120)에 의해 가공되지 않은 심전도 신호를 나타내고, 그래프(820)는 처리부(120)에 의해 가공된 심전도 신호 및 이러한 심전도 신호의 R 파형을 검출하기 위한 가변 임계값(83)을 나타낸다.

구체적으로 설명하면, 그래프(820)는 처리부(120)에 의해 미분기가 적용되고 저역통과필터(예:절대이동평균필터)가 적용되어 가공된 심전도 신호 및 이러한 심전도 신호의 R 파형을 검출하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 도 2 의 임계값 제어 장치(130)에 의해 제어되는 가변 임계값(83)을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 심전도 신호 중 R 파형에 해당하는 피크는 피크(811) 내지 피크(826) 또는 피크(851) 내지 피크(866)과 같은 형태의 피크로 나타날 수 있다.

도 8의 그래프(820)을 참조하면, 가변 임계값(83)은 피크(851) 내지 피크(866)의 피크가 검출될 때마다 그 값이 증가되고 그 이후로는 점점 저감되는 형태를 가진다. 다만 피크(851) 내지 피크(866)의 피크의 특징값이 서로 차이가 크고, 이에 따라 제어되는 가변 임계값(83)의 변화 패턴도 도 7의 가변 임계값(73)과 비교하여 상대적으로 일정하지 않다.

그럼에도 불구하고 미분 제어부(233)는 가변 임계값(83)이 급격히 변하는 것을 방지하여 특징값이 상대적으로 큰 피크가 검출되더라도 가변 임계값(83)이 급격히 커지지 않기에, 결정부(220)는 이 가변 임계값(83)을 이용하여 그 다음으로 입력되는 크기가 크지 않은 피크를 검출할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계값 제어 과정의 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 임계값 제어 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 임계값 제어 장치(130)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 및 도 2에 도시된 임계값 제어 장치(130)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 9의 임계값 제어 방법에도 적용됨을 알 수 있다.

91 단계에서 신호 획득부(210)는 피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득한다.

92 단계에서 결정부(220)는 신호 획득부(210)에 의해 획득된 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정한다. 예를 들어 설명하면, 생체 신호의 피크는 심전도 신호에 있어 R 파형의 피크가 될 수 있다.

93 단계에서 제어부(230)는 결정부(220)의 결정 결과에 따라, 임계값 또는 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 미리 설정된 최소 임계값을 고려하여 임계값을 갱신한다. 예를 들어 설명하면, 제어부(230)는 결정부(220)의 결정 결과에 따라 피크가 검출된 경우에는 피크의 특징값을 선택하고, 피크가 검출되지 않은 경우에 기존의 임계값을 선택할 수 있다. 또한, 제어부(230)는 이렇게 선택된 선택값과 미리 설정된 최소 임계값 간의 차이에 일정한 가중치를 적용한 값을 선택값에서 저감하여 임계값을 제어할 수 있다.

상기된 바와 같이 실시예들에 따르면, 심전도 등과 같은 생체 신호에서 피크를 검출하기 위한 임계값을 가변적으로 제어함에 있어서 피크의 간격이 불규칙한 경우나 피크 값의 크기 차이가 큰 경우에도 보다 정확하게 피크를 검출할 수 있다.

또한, 상기된 실시예들을 기존의 임계값 제어 방법과 비교하면 종래에는 미리 설정되는 최소 임계값 등을 고려하지 않고 일정한 가중치를 두어 가변 임계값이 저감되도록 하는 임계값 제어 방법을 사용하여, 다양하고 변동성이 많은 생체 신호를 검출하기에 적합한 임계값 제어 방법이라고 할 수 없었다. 상기된 실시예들에서는 미리 설정되는 최소 임계값을 활용하여 가변 임계값을 제어하기 때문에 검출하고자 하는 파형의 다양성과 변동성을 수용할 수 있다. 또한, 상기된 실시예들에서는 가변 임계값의 변화량을 활용하여 가변 임계값을 제어하기 때문에 역시 검출하고자 하는 파형의 다양성과 변동성을 수용할 수 있다.

한편, 도 9 에 도시된 임계값 제어 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 생체 신호 검출 장치 110: 측정부
120: 처리부 120: 임계값 제어 장치
133, 210: 신호 획득부 131, 220: 결정부
132, 230: 제어부 231: 선택부
232: 비례 제어부 233: 미분 제어부

Claims (23)

1. 생체 신호의 피크(peak)를 검출하기 위한 임계값 제어 방법에 있어서,
   피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득하는 단계;
   상기 획득한 생체 신호와 임계값(threshold)의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 단계; 및
   상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여 상기 임계값을 제어하는 단계를 포함하며,
   상기 제어하는 단계는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호에서 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 상기 생체 신호의 피크의 특징값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하며, 상기 제어하는 단계는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호에서 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 상기 임계값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 임계값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값은 상기 임계값이 갱신됨에 따라 수렴하는 값인 임계값 제어 방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 최소값은 피검자로부터 생체 신호를 측정하는 센서로부터 측정 가능한 생체 신호의 값의 범위를 고려하여 기설정되는 임계값 제어 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 최소값은 상기 획득한 생체 신호의 값을 고려하여 실시간으로 변하는 임계값 제어 방법
5. 제1 항에 있어서,
   상기 최소값은 상기 획득한 생체 신호의 특징값을 고려하여 실시간으로 변하는 임계값 제어 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제어하는 단계는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 상기 생체 신호의 피크의 특징값과 상기 임계값이 갱신되기 이전의 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어 방법.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 상기 임계값과 상기 임계값이 갱신되기 이전의 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어 방법.
11. 생체 신호의 피크(peak)를 검출하기 위한 임계값을 제어하는 장치에 있어서,
    피검자로부터 측정된 생체 신호를 획득하는 신호 획득부;
    상기 획득한 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 결정부; 및
    상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값을 고려하여, 상기 임계값을 제어하고, 상기 결정부에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 상기 생체 신호의 피크의 특징값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하며, 상기 결정부에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 상기 임계값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 임계값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 제어부를 포함하는 임계값 제어 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값은 상기 임계값이 갱신됨에 따라 수렴하는 값인 임계값 제어 장치.
13. 제11 항에 있어서,
    상기 최소값은 피검자로부터 생체 신호를 측정하는 센서로부터 측정 가능한 생체 신호의 값의 범위를 고려하여 기설정되는 임계값 제어 장치.
14. 제11 항에 있어서,
    상기 최소값은 상기 획득한 생체 신호의 값을 고려하여 실시간으로 변하는 임계값 제어 장치.
15. 제11 항에 있어서,
    상기 최소값은 상기 획득한 생체 신호의 특징값을 고려하여 실시간으로 변하는 임계값 제어 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 상기 생체 신호의 피크의 특징값과 상기 임계값이 갱신되기 이전의 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어 장치.
20. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 결정하는 단계에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 상기 임계값과 상기 임계값이 갱신되기 이전의 임계값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어 장치.
21. 제1 항 내지 제5항 및 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
22. 피검자로부터 생체 신호를 측정하는 전극;
    상기 측정된 생체 신호를 소정의 처리방법에 따라 처리하는 처리부;
    상기 처리된 생체 신호와 임계값의 비교 결과에 따라 상기 생체 신호의 피크가 검출되었는지 여부를 결정하는 결정부; 및
    상기 결정 결과에 따라, 상기 임계값 또는 상기 검출된 피크의 특징값 중 어느 하나와 기설정된 생체 신호의 피크를 검출하는 임계값의 최소값 간의 차를 고려하여 임계값을 제어하고, 상기 결정부에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출된 것으로 결정되는 경우, 상기 생체 신호의 피크의 특징값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 생체 신호의 피크의 특징값의 차이를 상기 임계값으로 제어하며, 상기 결정부에 의해 상기 생체 신호의 피크가 검출되지 않은 것으로 결정되는 경우, 상기 임계값과 상기 최소값 간의 차에 소정의 가중치를 적용한 값 및 상기 임계값의 차이를 상기 임계값으로 제어하는 임계값 제어부를 포함하는 생체 신호 검출 장치.
23. 삭제

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