KR102221370B1 - A method and apparatus for detecting awakening and respiration rate based on force-sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 힘 센서에 기반하여 각성 및 호흡률을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법은 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호에 필터링 전처리를 수행하는 단계; 각 제1 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하는 단계; 상기 각성 구간에 기반하여 상기 힘 신호에 필터링 후처리를 수행하는 단계; 및 각 제2 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting arousal and respiration rate based on a force sensor. A method of operating a bio-signal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes performing pre-filtering on a force signal detected from a user's motion; Calculating an arousal section using the standard deviation of the force signal for each first time section; Performing filtering post-processing on the force signal based on the awakening period; And calculating a respiration rate by using the maximum power spectral density of the force signal for each second time interval.
Description
본 발명은 각성 및 호흡률을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 힘 센서(force-sensor)에 기반하여 각성 및 호흡률을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting arousal and respiration rate, and more particularly, to a method and apparatus for detecting arousal and respiration rate based on a force-sensor.
인체의 움직임 중 호흡 등의 기계적 움직임은 움직임에 따른 힘 또는 압력을 발생시킨다. 예를 들어 호흡은 흉곽을 팽창 및 수축 시키므로 맞닿은 면에 압력을 가하게 된다. Mechanical movements such as breathing during movement of the human body generate force or pressure according to the movement. Breathing, for example, expands and contracts the rib cage, thus exerting pressure on the surface it abuts.
만약, 흉부 아래에 호흡 검출 센서를 위치시키는 경우, 호흡으로 인한 압력 등 힘의 변화가 발생하고 이를 측정함으로 각성 및 호흡을 검출할 수 있다. 센서는 다양한 형태로 배치될 수도 있다.If the breathing detection sensor is placed under the chest, a change in force such as pressure due to breathing occurs, and by measuring it, arousal and respiration can be detected. The sensors may be arranged in various forms.
인체에서 발생되는 진동을 통해 각성 및 호흡을 검출하는 기술은 다수가 연구개발 중에 있으며, 의자의 쿠션 또는 등받이에 압력 또는 힘 센서를 위치시키고 진동 측정을 통해 각성 및 호흡을 검출하거나, 운전석 시트 또는 안전벨트에 압력 센서, 힘 센서 또는 가속도 센서를 내장하여 진동을 감지해 각성 및 호흡을 측정하거나, 발아래 센서를 위치시키고 압력 또는 힘의 변화를 측정하는 형태 등 다양하게 적용될 수 있다.A number of technologies for detecting arousal and respiration through vibrations generated by the human body are under research and development, and a pressure or force sensor is placed on the cushion or back of a chair to detect arousal and respiration through vibration measurement, or the driver's seat or safety It can be applied in various ways, such as measuring arousal and respiration by detecting vibration by embedding a pressure sensor, force sensor, or acceleration sensor in the belt, or measuring a change in pressure or force by placing a sensor under the foot.
또한, 침대 위 또는 매트리스 아래 센서를 부착하여 수면중 호흡을 측정하되, 매트리스 아래 원형 센서를 위치시켜 영유아의 호흡을 모니터링하거나, 스트립형태의 힘센서 또는 압력센서를 매트리스 위에 부착시켜 수면중 호흡을 측정하는 형태로 적용될 수 있다. In addition, by attaching a sensor above the bed or under the mattress to measure breathing during sleep, a circular sensor is placed under the mattress to monitor the breathing of infants and toddlers, or a strip-type force sensor or pressure sensor is attached to the mattress to measure breathing during sleep. It can be applied in the form of
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 각성/호흡 모니터링 장치는 설치 비용이 높고, 사용자가 복잡한 장비를 착용하기 때문에 사용자 불편을 초래하며, 주위 환경 변화에 의해 왜곡이 발생하기 때문에 정밀한 측정이 불가능하다는 문제가 있다. However, the conventional arousal/breathing monitoring device as described above has a high installation cost, causes user inconvenience because the user wears complex equipment, and has a problem that precise measurement is impossible because distortion occurs due to changes in the surrounding environment. have.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 힘 센서에 기반하여 각성 및 호흡률을 검출하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been created to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a method and apparatus for detecting arousal and respiration rate based on a force sensor.
또한, 본 발명은 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하는 방법 및 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for calculating an arousal section using the standard deviation of a force signal.
또한, 본 발명은 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 방법 및 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for calculating a respiration rate by using the maximum power spectral density of a force signal.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법은 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호에 필터링 전처리를 수행하는 단계; 각 제1 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하는 단계; 상기 각성 구간에 기반하여 상기 힘 신호에 필터링 후처리를 수행하는 단계; 및 각 제2 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, a method of operating a biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes performing filtering preprocessing on a force signal detected from a user's motion; Calculating an arousal section using the standard deviation of the force signal for each first time section; Performing filtering post-processing on the force signal based on the awakening period; And calculating a respiration rate by using the maximum power spectral density of the force signal for each second time interval.
실시예에서, 상기 필터링 전처리를 수행하는 단계는, 상기 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호를 노치 필터에 적용하는 단계; 및 상기 노치 필터가 적용된 힘 신호를 제1 대역통과필터에 적용하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the performing of the filtering preprocess may include applying a force signal detected from the user's motion to a notch filter; And applying the force signal to which the notch filter is applied to a first bandpass filter.
실시예에서, 상기 각성 구간을 산출하는 단계는, 상기 각 제1 시간구간에 대하여 상기 힘 신호의 표준편차를 산출하는 단계; 상기 각 힘 신호의 표준편차에 대응하는 가우스 함수의 표준편차를 산출하는 단계; 상기 가우스 함수의 표준편차에 기반하는 임계값을 결정하는 단계; 및 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 상기 각성 구간으로 분류하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the calculating of the awakening period includes: calculating a standard deviation of the force signal for each of the first time periods; Calculating a standard deviation of a Gaussian function corresponding to the standard deviation of each force signal; Determining a threshold value based on the standard deviation of the Gaussian function; And classifying the first time interval corresponding to the standard deviation of the force signal into the awakening interval when the standard deviation of the force signal is greater than the threshold value.
실시예에서, 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 수면 구간으로 분류하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, when the standard deviation of the force signal is less than the threshold value, classifying the first time period corresponding to the standard deviation of the force signal as a sleep period.
실시예에서, 상기 필터링 후처리를 수행하는 단계는, 상기 각성 구간에 대하여 상기 힘 신호를 보간(interpolate)하는 단계; 상기 보간된 힘 신호를 제2 대역통과필터에 적용하는 단계; 및 상기 제2 대역통과필터가 적용된 힘 신호를 이동평균필터에 적용하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the performing of the filtering post-processing may include interpolating the force signal for the awakening period; Applying the interpolated force signal to a second bandpass filter; And applying the force signal to which the second bandpass filter is applied to a moving average filter.
실시예에서, 상기 호흡률을 산출하는 단계는, 상기 각 제2 시간구간에 대하여 상기 최대 전력을 갖는 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 주파수를 이용하여 상기 호흡률을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the calculating of the respiration rate includes: determining a frequency having the maximum power for each second time period; And calculating the respiration rate by using the frequency.
실시예에서, 생체 신호 측정 장치는 사용자 움직임으로부터 힘 신호에 필터링 전처리를 수행하고, 각 제1 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하고, 상기 각성 구간에 기반하여 상기 힘 신호에 필터링 후처리를 수행하며, 각 제2 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.In an embodiment, the biosignal measuring apparatus performs filtering preprocessing on the force signal from the user's movement, calculates an awakening section using the standard deviation of the force signal for each first time section, and calculates the awakening section based on the awakening section. It may include; a control unit that performs filtering post-processing on the force signal and calculates a respiration rate by using the maximum power spectral density of the force signal for each second time interval.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호를 노치 필터에 적용하고, 상기 노치 필터가 적용된 힘 신호를 제1 대역통과필터에 적용할 수 있다.In an embodiment, the controller may apply the force signal detected from the user's motion to the notch filter, and apply the force signal to which the notch filter is applied to the first bandpass filter.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 각 제1 시간구간에 대하여 상기 힘 신호의 표준편차를 산출하고, 상기 각 힘 신호의 표준편차에 대응하는 가우스 함수의 표준편차를 산출하고, 상기 가우스 함수의 표준편차에 기반하는 임계값을 결정하며, 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 상기 각성 구간으로 분류할 수 있다.In an embodiment, the control unit calculates a standard deviation of the force signal for each of the first time intervals, calculates a standard deviation of a Gaussian function corresponding to the standard deviation of each force signal, and the standard of the Gaussian function A threshold value based on a deviation is determined, and when the standard deviation of the force signal is greater than the threshold value, the first time interval corresponding to the standard deviation of the force signal may be classified as the awakening interval.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 수면 구간으로 분류할 수 있다.In an embodiment, when the standard deviation of the force signal is less than the threshold value, the controller may classify the first time period corresponding to the standard deviation of the force signal as a sleep period.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 각성 구간에 대하여 상기 힘 신호를 보간(interpolate)하고, 상기 보간된 힘 신호를 제2 대역통과필터에 적용하며, 상기 제2 대역통과필터가 적용된 힘 신호를 이동평균필터에 적용할 수 있다.In an embodiment, the control unit interpolates the force signal for the awakening section, applies the interpolated force signal to a second band pass filter, and moves the force signal to which the second band pass filter is applied. It can be applied to the average filter.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 각 제2 시간구간에 대하여 상기 최대 전력을 갖는 주파수를 결정하고, 상기 주파수를 이용하여 상기 호흡률을 산출할 수 있다. In an embodiment, the controller may determine a frequency having the maximum power for each of the second time intervals, and calculate the respiration rate using the frequency.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific matters for achieving the above objects will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in various different forms, so that the disclosure of the present invention is complete and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs ( Hereinafter, it is provided in order to completely inform the scope of the invention to the "common engineer").
본 발명의 일 실시예에 의하면, 육체적 제약 및 사용자 관리 요구를 해결하면서도 각성 상태 및 호흡률을 효율적으로 검출할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to efficiently detect arousal state and respiration rate while solving physical constraints and user management needs.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 환자가 수면 중에 비정상적으로 낮은 호흡률을 갖는 중앙 수면 무호흡증 검사에 사용될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it can be used for a central sleep apnea test in which a patient has an abnormally low respiratory rate during sleep.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 수면 중에 센서를 직접 착용해야 하는 웨어러블 기기의 단점을 극복하고, 쉽고 편리하게 주기적 및 장기간 수면 모니터링을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to overcome the disadvantages of a wearable device in which a sensor must be directly worn during sleep, and to perform periodic and long-term sleep monitoring easily and conveniently.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and the potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 프론트-엔드의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 획득부의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 다른 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리 과정 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 각성 상태 검출 그래프를 도시한 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 스펙트로그램을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 비교 그래프를 도시한 도면이다. 1A to 1C are diagrams illustrating a biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are views showing a force sensor unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a functional configuration of an analog front-end according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a functional configuration of a data acquisition unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method of operating a bio-signal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating another method of operating a biosignal measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are diagrams showing a graph of a preprocessing process according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an awakening state detection graph according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are diagrams illustrating a respiration rate detection spectrogram according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a respiratory rate detection graph according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a comparison graph of detection of respiration rate according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The various features of the invention disclosed in the claims may be better understood in view of the drawings and detailed description. The apparatus, method, preparation method, and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustration purposes. The disclosed structural and functional features are intended to enable a person skilled in the art to specifically implement various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are intended to describe various features of the disclosed invention in an easy to understand manner, and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서에 기반하여 각성 및 호흡률을 검출하기 위한 방법 및 장치를 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for detecting arousal and respiration rate based on a force sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)를 도시한 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating a biosignal measuring
도 1a 내지 1c를 참고하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 힘 센서부(110), 아날로그 프론트-엔드(analog front-end)(120) 및 데이터 획득부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1A to 1C, the
힘 센서부(110)는 사용자 인체의 움직임(예: 호흡)의 기계적 움직임에 따른 힘(또는 압력) 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 힘 신호는 1kHz의 샘플링 주파수에서 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 힘 센서부(110)는 스트립형(strip-type)으로 구성될 수 있다. 힘 센서부(110)는 매우 얇고 유연한 특성(flexible)을 가짐에 따라 사용자의 흉부 아래 설치하였을 때 이질감이 거의 없도록 구성될 수 있다.The
아날로그 프론트-엔드(120)는 힘 센서부(110)가 검출한 힘 신호를 전처리(pre-processing)할 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 프론트-엔드(120)는 힘 센서부(110)가 검출한 힘 신호를 전하의 형태로 출력하여 증폭하고, 증폭된 전하에 대응하는 전압을 증폭할 수 있다. The analog front-
데이터 획득부(130)는 아날로그 프론트-엔드(120)에 의해 전처리된 신호로부터 각성(awakening) 여부 및 호흡률(respiration rate)을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 획득부(130)는 향후 확장을 위해 아날로그 프론트-엔드(120)와 어셈블리 유형으로 설계될 수 있다. 아날로그 프론트-엔드(120)와 데이터 획득부(130) 각각은 탈부착 가능하도록 수용하는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 프론트-엔드(120)와 데이터 획득부(130)는 커넥터 분리 구조로 구성됨에 따라 다채널 센서 구성을 위한 확장성이 용이할 수 있다.The
일 실시예에서, 생체 신호 측정 장치(100)는 침대 매트리스와 매트리스 커버 사이에 설치되었으며 접착 테이프로 부착될 수 있다. 이 경우, 생체 신호 측정 장치(100)는 수면 중 피검자의 움직임으로 인한 힘의 변화를 측정하기 위해 피검자의 가슴을 가로 질러 설치될 수 있다. In one embodiment, the
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서부(110)를 도시한 도면이다.2A to 2C are views showing the
도 2a 내지 2c를 참고하면, 힘 센서부(110)는 전극부(201) 및 인터페이스부(203)을 포함할 수 있다.2A to 2C, the
전극부(201)은 스크린프린팅(screen printing)을 사용하여 양극성 전극(bipolarelectrode) 형태로 제작될 수 있다. 이때, 전극부(201)은 용량성 노이즈(capacitive noise)를 고려하여 그 일단에 구성된 양극의 패턴이 서로 엇갈리도록 도전성 상부 전극(electrode top) 및 도전성 하부 전극(electrode bottom)을 포함할 수 있다.The
일 실시예에서, 전극부(201)은 서로 엇갈리는 패턴으로 구성된 양극성 전극을 PET(polyethylene terephthalate) 소재를 이용해 2채널 센서로 패키징(packaging)하여 구성되고, 양극성 전극(903) 사이에는 압전 필름이 구비될 수 있다. 예를 들어, 전극부(201)은 PET, PVC, PP 또는 PE 중에 어느 하나로 구성된 polymer 소재로 패키징될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 패키징이 반드시 2채널에 국한되는 것은 아니며, 2채널 외에 복수개의 채널로 패키징되어 구성될 수 있다.In one embodiment, the
힘 센서부(110)는 매우 얇고 유연한 특성(flexible)을 가짐에 따라 사용자의 흉부 아래 설치하였을 때 이질감이 거의 없도록 구성될 수 있으나, 센서로부터 신호획득을 위한 접촉 부분의 제작이 어렵고 쉽게 불안정해진다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 인터페이스부(203)은 링 터미널(ring terminal), 아일렛(eyelet) 및 절연 테이프를 사용하여 구성될 수 있다.As the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 프론트-엔드(120)의 기능적 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing a functional configuration of an analog front-
도 3을 참고하면, 아날로그 프론트-엔드(120)는 전하 증폭기(301)와 전압 증폭기(301)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아날로그 프론트-엔드(120)의 이득(gain)은 11일 수 있다. 아날로그 프론트-엔드(120)는 힘 센서부(110)로 측정된 신호를 전처리하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 프론트-엔드(120)는 네거티브 신호를 측정하기 위해 기준 전압 생성 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 네거티브 신호(Vref)의 전압값은 670mV일 수 있다. Referring to FIG. 3, the analog front-
일 실시예에서, 아날로그 프론트-엔드(120)는 전하 증폭기의 이득에 따라 다양한 저항 또는 커패시터의 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 프론트-엔드(120)는 전처리 회로 또는 이와 동등한 기능을 수행하는 구성으로 지칭될 수 있다. In an embodiment, the analog front-
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 획득부(130)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.4 is a diagram showing a functional configuration of the
도 4를 참고하면, 데이터 획득부(130)는 제어부(401), 배터리(403), RTC(real-time clock)(405), 통신부(407), USB 인터페이스부(409) 및 저장부(411)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
제어부(401)는 저전력 동작을 위해 24-채널 아날로그 신호를 입력받을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(401)는 ADC(analog-to-digital converter)(413)를 포함하여 24-채널 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이 때, ADC(413)는 14-bit로 구성될 수 있고, 24-채널 아날로그 신호가 입력되도록 구성되나, 본 발명의 ADC(413)는 14-bit에 국한되지 않고 확장이 가능하며, 채널 입력 역시 24개 채널 외에 N개의 채널 입력이 가능한 것으로 이해함이 바람직하다.The
일 실시예에서, 제어부(401)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부(401)는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부(401)는 생체 신호 측정 장치(100)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. In an embodiment, the
데이터 획득부(130)는 내부에 배터리(403)를 구비함에 따라 전원 소실로 인해 생체 신호 데이터 측정이 중단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 평상시에는 외부 AC 전원으로 구동되다가 AC 전원이 유실된 경우 배터리(403)에 충전된 전원으로 구동될 수 있다.Since the
데이터 획득부(130)는 신호획득을 위해 구비된 RTC(405)를 이용하여 생체 신호 획득 및 송신이 가능하도록 구성되며, 회로 면적 감소, 및 기계적 안정성 확보를 감안하여 설계되었다.The
힘 센서부(110)로부터 획득한 생체 신호는 무선 통신 기능(예: 블루투스 및 와이파이)을 제공하는 통신부(407) 또는 USB 인터페이스부(409)를 통해 원격지로 전송되어 모니터링이 가능하도록 구성될 수 있다. The biosignal obtained from the
일 실시예에서, 통신부(407)는 블루투스 통신 외에 대역폭이 높은 와이파이를 이용한 통신이 가능함에 따라 종래의 블루투스만을 이용한 1:1 통신이 아닌 1:N 통신이 가능할 수 있다.In an embodiment, the
저장부(411)는 힘 센서부(110)로부터 획득한 생체 신호, 각성 여부 및 호흡률 데이터 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 저장부(411)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(411)는 제어부(401)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.The
도 4에서 데이터 획득부(130)가 제어부(401), 배터리(403), RTC(real-time clock)(405), 통신부(407), USB 포트(409) 및 저장부(411)를 포함한다고 예시되어 있지만, 본 발명의 다양한 실시 예들에서 데이터 획득부(130)는 도 4에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 4에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In FIG. 4, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 동작 방법을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a method of operating the
도 5를 참고하면, S501 단계는 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호에 필터링 전처리(pre-processing)를 수행하는 단계이다. 일 실시예에서, 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호를 노치 필터에 적용하고, 노치 필터가 적용된 힘 신호를 제1 대역통과필터에 적용할 수 있다. Referring to FIG. 5, step S501 is a step of performing filtering pre-processing on the force signal detected from the user's motion. In an embodiment, a force signal detected from a user movement may be applied to a notch filter, and a force signal to which the notch filter is applied may be applied to the first bandpass filter.
S503 단계는 각 제1 시간구간에 대한 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하는 단계이다. 일 실시예에서, 각 제1 시간구간에 대하여 힘 신호의 표준편차를 산출하고, 각 힘 신호의 표준편차에 대응하는 가우스 함수의 표준편차를 산출하고, 가우스 함수의 표준편차에 기반하는 임계값을 결정할 수 있다. Step S503 is a step of calculating the awakening section by using the standard deviation of the force signal for each first time section. In one embodiment, the standard deviation of the force signal is calculated for each first time interval, the standard deviation of a Gaussian function corresponding to the standard deviation of each force signal is calculated, and a threshold value based on the standard deviation of the Gaussian function is calculated. You can decide.
만약, 힘 신호의 표준편차가 임계값보다 큰 경우, 힘 신호의 표준편차에 대응하는 제1 시간구간을 상기 각성 구간으로 분류할 수 있다. 반면, 힘 신호의 표준편차가 임계값보다 작은 경우, 힘 신호의 표준편차에 대응하는 제1 시간구간을 수면 구간으로 분류할 수 있다. If the standard deviation of the force signal is greater than the threshold value, a first time interval corresponding to the standard deviation of the force signal may be classified as the awakening interval. On the other hand, when the standard deviation of the force signal is less than the threshold value, the first time period corresponding to the standard deviation of the force signal may be classified as a sleep period.
S505 단계는 각성 구간에 기반하여 힘 신호에 필터링 후처리를 수행하는 단계이다. 일 실시예에서, 각성 구간에 대하여 상기 힘 신호를 보간(interpolate)하고, 보간된 힘 신호를 제2 대역통과필터에 적용하며, 제2 대역통과필터가 적용된 힘 신호를 이동평균필터에 적용할 수 있다. Step S505 is a step of performing filtering post-processing on the force signal based on the awakening section. In one embodiment, the force signal is interpolated for the awakening period, the interpolated force signal is applied to the second bandpass filter, and the force signal to which the second bandpass filter is applied may be applied to the moving average filter. have.
S507 단계는 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 단계이다. 일 실시예에서, 각 제2 시간구간에 대하여 최대 전력을 갖는 주파수를 결정하고, 주파수를 이용하여 호흡률을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 시간구간 및 제2 시간구간은 서로 다른 길이를 갖는 시간 윈도우를 의미할 수 있다. Step S507 is a step of calculating a respiration rate using the maximum power spectral density of the force signal. In an embodiment, a frequency having a maximum power may be determined for each second time period, and a respiration rate may be calculated using the frequency. In an embodiment, the first time interval and the second time interval may mean time windows having different lengths.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 다른 동작 방법을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating another method of operating the
도 6을 참고하면, 사용자 움직임으로부터 힘 신호(Signalstrip)가 검출될 수 있다. 예를 들어, 검출된 힘 신호는 도 7a와 같은 파형을 가질 수 있다. Referring to FIG. 6, a signal strip may be detected from a user movement. For example, the detected force signal may have a waveform as shown in FIG. 7A.
S601 단계는 60Hz 전력선 간섭을 제거하기 위해 힘 신호에 2차 IIR 노치 필터를 적용하는 단계이다. 예를 들어, 2차 IIR 노치 필터가 적용된 힘 신호는 도 7b와 같은 파형을 가질 수 있다. Step S601 is a step of applying a second-order IIR notch filter to the force signal to remove 60Hz power line interference. For example, the force signal to which the second-order IIR notch filter is applied may have a waveform as shown in FIG. 7B.
S603 단계는 움직임 성분을 향상시키기 위해 2차 IIR 노치 필터가 적용된 힘 신호에 0.4-1Hz의 통과 대역을 갖는 3차 IIR 대역통과필터(BPF)를 적용하는 단계이다. 예를 들어, 3차 IIR 대역통과필터가 적용된 힘 신호는 도 7c와 같은 파형을 가질 수 있다. Step S603 is a step of applying a third-order IIR bandpass filter (BPF) having a passband of 0.4-1 Hz to the force signal to which the second-order IIR notch filter is applied to improve the motion component. For example, a force signal to which a third-order IIR bandpass filter is applied may have a waveform as shown in FIG. 7C.
즉, 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호는 S601 내지 S603 단계의 전처리 과정을 통해 노이즈가 제거되고 움직임 성분이 향상될 수 있다. That is, the force signal detected from the user's motion may be noise removed and a motion component may be improved through the preprocessing of steps S601 to S603.
S605 단계는 오버래핑(overlapping)된 각 7초의 시간 윈도우에 대하여 힘 신호의 표준 편차(SDsignal)를 반복적으로 계산하는 단계이다. Step S605 is a step of iteratively calculating the standard deviation (SDsignal) of the force signal for each overlapped time window of 7 seconds.
S607 단계는 힘 신호의 표준 편차(SDsignal)의 히스토그램을 산출하는 단계이다. S609 단계는 히스토그램의 최대 값보다 작은 빈(bin)을 사용하여 가우스 함수를 계산하는 단계이다. Step S607 is a step of calculating a histogram of the standard deviation (SDsignal) of the force signal. In step S609, a Gaussian function is calculated using bins smaller than the maximum value of the histogram.
S611 단계는 히스토그램의 양수 측의 임계값(예: 5)에 기반하여 각성 상태를 분류하는 단계이다. 일 실시예에서, 시간 윈도우의 길이(예: 7초)와 임계값은 시스템 설정에 의해 결정될 수 있다. 여기서, 는 가우스 함수의 표준편차를 나타낸다. 예를 들어, 가우스 함수와 가우스 함수로부터 결정된 임계값(예: 5)은 도 8과 같이 표현될 수 있다. Step S611 is the threshold of the positive side of the histogram (e.g. 5 This is the step of classifying the arousal state based on ). In one embodiment, the length of the time window (eg, 7 seconds) and the threshold value may be determined by system settings. here, Represents the standard deviation of the Gaussian function. For example, a Gaussian function and a threshold determined from the Gaussian function (e.g. 5 ) Can be expressed as shown in FIG. 8.
일 실시예에서, 하기 <수학식 1>과 같이, SDsignal가 임계값(threshold)보다 크거나 같은 경우, 해당 시간 윈도우를 각성 구간(awake section)으로 분류할 수 있다(awakesampling time=1). 반면, SDsignal가 임계값보다 작으면 해당 시간 윈도우를 수면 구간(sleep section)으로 분류할 수 있다(awakesampling time=0). In an embodiment, as shown in
여기서, 각성 상태의 표기법 ‘sampling time’은 각성 여부를 판단하는 단위 시간 또는 힘 신호가 샘플링된 단위 시간을 의미할 수 있다. 예를 들어, ‘sampling time’은 5ms일 수 있다. 이 경우, '5ms'는 힘 신호가 1kHz 샘플링 주파수로 기록되었지만 수면다윈검사(polysomnography, PSG) 장비의 샘플링 주파수와 일치하도록 200Hz로 다운샘플링되었기 때문에, 힘 신호가 5ms마다 샘플링되었음을 의미할 수 있다.Here, the notation “sampling time” of the arousal state may mean a unit time for determining whether awakening or a unit time at which the force signal is sampled. For example,'sampling time' may be 5ms. In this case, '5ms' may mean that the force signal was sampled every 5ms because the force signal was recorded at a 1kHz sampling frequency, but it was downsampled to 200Hz to match the sampling frequency of the polysomnography (PSG) equipment.
일 실시예에서, PSG와의 비교를 위해, 매 30초마다 각성을 결정할 수 있다. 여기서, 30초는 PSG의 수면 진단의 기준 시기(reference epoch)를 의미할 수 있다. 이 경우, 하기 <수학식 2>를 참고하면, 30초 동안의 이전에 획득한 각성 판단 결과(awake5ms=1)를 평균하여, 결과가 0.5이상인 경우, 해당 시간 윈도우를 각성 구간으로 분류할 수 있다(awake30s=1). 반면, 결과가 0.5보다 작은 경우, 해당 시간 윈도우를 수면 구간으로 분류할 수 있다(awake30s=0). 여기서, N30s은 30초 동안의 awake5ms의 총 인스턴스 수를 의미한다.In one embodiment, for comparison with PSG, awakening may be determined every 30 seconds. Here, 30 seconds may mean a reference epoch of sleep diagnosis of PSG. In this case, referring to the following <
S613 단계는 동잡음(motion artifact)를 포함하는 각성 구간(awake5ms=1)을 제거하고, 힘 신호에 대하여 제거된 구간을 이웃 데이터를 이용하여 보간(interpolate)하는 단계이다.Step S613 is a step of removing an awakening section (awake 5ms = 1) including motion artifacts, and interpolating the removed section with respect to the force signal using neighboring data.
S615 단계는 호흡 성분을 추출하기 위해 보간된 힘 신호에 0.1 내지 0.5Hz의 통과 대역을 갖는 3차 IIR 대역통과필터를 적용하는 단계이다.Step S615 is a step of applying a third-order IIR band pass filter having a pass band of 0.1 to 0.5 Hz to the interpolated force signal to extract the respiratory component.
S617 단계는 평활화(smoothing)를 위해, 2초의 시간 윈도우에 대하여 3차 IIR 대역통과필터가 적용된 힘 신호에 이동평균필터(moving average filter, MAF)를 적용하는 단계이다.In step S617, for smoothing, a moving average filter (MAF) is applied to a force signal to which a third-order IIR bandpass filter is applied for a time window of 2 seconds.
S619 단계는 120초의 시간 윈도우와 60초의 오버랩이 설정된 스펙트로그램(spectrogram)을 산출하는 단계이다. 이는, 스펙트로그램이 시간 경과에 따른 주파수 성분 분석에 유용하기 때문이다. Step S619 is a step of calculating a spectrogram in which a time window of 120 seconds and an overlap of 60 seconds are set. This is because the spectrogram is useful for analyzing frequency components over time.
S621 단계는 각 시간 윈도우에 대해 최대 전력 스펙트럼 밀도를 갖는 주파수를 결정하고, 주파수를 이용하여 분당 호흡률을 계산하는 단계이다. 여기서, 전력 스펙트럼 밀도를 통해, 시간 함수로 표현되는 전력을 푸리에 변환(Fouriertransform)을 통해 주파수 함수로 변환하였을 경우, 각 주파수 별 전력의 크기를 나타낼 수 있다. Step S621 is a step of determining a frequency having a maximum power spectral density for each time window, and calculating a respiration rate per minute using the frequency. Here, when the power expressed as a time function is converted into a frequency function through a Fourier transform through the power spectral density, the magnitude of the power for each frequency may be indicated.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 생체 측정 장치와 PSG 장치를 비교하여 성능을 평가할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 생체 측정 장치와 PSG 장치를 사용한 측정은 동시에 수행되었지만, 두 가지 장치의 측정 타이밍 차이가 발생할 수 있다.In one embodiment, performance may be evaluated by comparing the biometric device according to the present invention and the PSG device. In this case, although the measurement using the biometric device and the PSG device according to the present invention was performed simultaneously, a difference in measurement timing between the two devices may occur.
따라서, 정확한 평가를 위해서는 사후 동기화(post-synchronization)가 필요하며, 측정 타이밍 차이를 보상하기 위해, 우리는 상관 계수(cross correlation)를 최대화하는 시간 지연(time lag)을 산출하고, 그 시간 지연만큼 타이밍을 조정합니다. 일 실시예에서, 상술한 바와 같이 시간 동기화를 수행할 수 없는 경우, 수동으로 타이밍 차이가 수정될 수 있다.Therefore, post-synchronization is required for accurate evaluation, and in order to compensate for the measurement timing difference, we calculate a time lag that maximizes the cross correlation, and Adjust the timing. In one embodiment, when time synchronization cannot be performed as described above, the timing difference may be manually corrected.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 각성 상태 검출 알고리즘의 성능은 종래의 동작 기반 수면 모니터링 방법으로서 액티그래피(actigraphy)에 초점을 둔 이전 연구 결과와 비교될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 각성 상태 검출 알고리즘의 정확도, 감도, 특이성 및 카파 계수는 각각 79.4%, 48.3%, 86.9% 및 0.6일 수 있다. 또한, 평균 수면 효율 값은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)와 PSG에서 각각 82.3%와 84.0%였고, 평균 절대 오차와 평균 제곱근 오차는 각각 12.9%와 17.7%였다. In one embodiment, the performance of the awakening state detection algorithm of the
비특허문헌 1은 액티그래피에 기초한 각성 상태 검출 알고리즘을 개발하여 수면 장애 환자 100명을 대상으로 PSG와 비교했다. 비특허문헌 1의 결과와 비교할 때, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 평균 정확도와 평균 민감도가 높음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 각성 상태 검출 알고리즘의 성능은 액티그래피의 성능에 필적하는 성능을 달성하는 것을 의미한다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 스펙트로그램을 도시한 도면이다.9A and 9B are diagrams illustrating a respiration rate detection spectrogram according to an embodiment of the present invention.
도 9a를 참고하면, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 산출된 스펙트로그램과 호흡률을 확인할 수 있다. 도 9b를 참고하면, PSG에 의해 산출된 스펙트로그램과 호흡률을 확인할 수 있다. 이 경우, PSG의 측정량 중 하나인 복부 호흡 운동 신호가 기준 호흡 신호로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 9A, the spectrogram and the respiration rate calculated by the
도 9a 및 도 9b를 살펴보면, 수면 중에 호흡률을 검출하기 위해 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)를 사용한 결과는 PSG로 측정한 호흡률과 동일한 추세를 따르는 것으로 확인할 수 있다. 9A and 9B, it can be seen that the result of using the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 그래프를 도시한 도면이다. 10 is a diagram showing a respiratory rate detection graph according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, RRstrip은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 산출된 평균 호흡률이고, RRPSG는 PSG의 평균 호흡률을 나타낸다. 이 경우, 수면 중에 호흡률을 검출하기 위해 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)를 사용한 결과는 PSG로 측정한 호흡률과 동일한 추세를 따르는 것으로 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10, RR strip is an average respiration rate calculated by the
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡률 검출 비교 그래프를 도시한 도면이다. 11 is a diagram showing a comparison graph of detection of respiration rate according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참고하면, RRstrip은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 산출된 평균 호흡률이고, RRPSG는 PSG의 평균 호흡률이고, SD는 표준 편차이고, bpm은 분당 호흡을 나타낸다. 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 산출된 호흡률과 PSG에 의해 산출된 호흡률의 차이를 나타내는 Bland-Altman 플롯을 확인할 수 있다. Bland-Altman 플롯을 살펴보면, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 검출된 대부분의 호흡률은 95% 신뢰 구간 내에 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11, RR strip is an average respiration rate calculated by the
일 실시예에서, 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 호흡률 검출 정확도는 하기 <표 1>과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 호흡률 검출 오차 1, 2, 3bpm 미만 각각에서, 정확도는 76.4%, 97.2% 및 99.4%일 수 있다.In one embodiment, the accuracy of detecting the respiration rate of the
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are intended to be described, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood as being included in the scope of the present invention.
100: 생체 신호 측정 장치
110: 힘 센서부
120: 아날로그 프론트-엔드
130: 데이터 획득부
201: 전극부
203: 인터페이스부
301: 전하 증폭기
303: 전압 증폭기
401: 제어부
403: 배터리
405: RTC
407: 통신부
409: USB 인터페이스부
411: 저장부
413: ADC100: bio-signal measuring device
110: force sensor unit
120: analog front-end
130: data acquisition unit
201: electrode part
203: interface unit
301: charge amplifier
303: voltage amplifier
401: control unit
403: battery
405: RTC
407: communication department
409: USB interface unit
411: storage unit
413: ADC
Claims (12)
상기 제어부에 의하여, 각 제1 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하는 단계;
상기 제어부에 의하여, 동잡음(motion artifact)을 포함하는 상기 각성 구간을 제거하고, 상기 힘 신호에 대하여 제거된 구간을 이웃 데이터를 이용하여 보간(interpolate)하는 단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 보간된 힘 신호를 제2 대역통과필터에 적용하는 단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 제2 대역통과필터가 적용된 힘 신호를 이동평균필터에 적용하는 단계; 및
상기 제어부에 의하여, 각 제2 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 단계;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
Performing filtering pre-processing on the force signal detected from the user's motion by a control unit of the bio-signal measuring apparatus;
Calculating, by the control unit, an awakening section by using the standard deviation of the force signal for each first time section;
Removing, by the control unit, the arousal section including motion artifacts, and interpolating the removed section with respect to the force signal using neighboring data;
Applying, by the control unit, the interpolated force signal to a second bandpass filter;
Applying, by the control unit, a force signal to which the second band pass filter is applied to a moving average filter; And
Calculating, by the control unit, a respiration rate using the maximum power spectral density of the force signal for each second time interval;
Containing,
How to operate the bio-signal measuring device.
상기 필터링 전처리를 수행하는 단계는,
상기 제어부에 의하여, 상기 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호를 노치 필터에 적용하는 단계; 및
상기 제어부에 의하여, 상기 노치 필터가 적용된 힘 신호를 제1 대역통과필터에 적용하는 단계;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
The method of claim 1,
The step of performing the filtering preprocessing,
Applying, by the control unit, a force signal detected from the user movement to a notch filter; And
Applying, by the control unit, a force signal to which the notch filter is applied to a first bandpass filter;
Containing,
How to operate the bio-signal measuring device.
상기 각성 구간을 산출하는 단계는,
상기 제어부에 의하여, 상기 각 제1 시간구간에 대하여 상기 힘 신호의 표준편차를 산출하는 단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 각 힘 신호의 표준편차에 대응하는 가우스 함수의 표준편차를 산출하는 단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 가우스 함수의 표준편차에 기반하는 임계값을 결정하는 단계; 및
상기 제어부에 의하여, 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 상기 각성 구간으로 분류하는 단계;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
The method of claim 1,
The step of calculating the awakening section,
Calculating, by the control unit, a standard deviation of the force signal for each of the first time intervals;
Calculating, by the control unit, a standard deviation of a Gaussian function corresponding to the standard deviation of each force signal;
Determining, by the control unit, a threshold value based on a standard deviation of the Gaussian function; And
Classifying, by the control unit, the first time section corresponding to the standard deviation of the force signal as the awakening section when the standard deviation of the force signal is greater than the threshold value;
Containing,
How to operate the bio-signal measuring device.
상기 각성 구간을 산출하는 단계는,
상기 제어부에 의하여, 상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 수면 구간으로 분류하는 단계;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
The method of claim 3,
The step of calculating the awakening section,
Classifying, by the control unit, the first time section corresponding to the standard deviation of the force signal as a sleep section when the standard deviation of the force signal is less than the threshold value;
Containing,
How to operate the bio-signal measuring device.
상기 호흡률을 산출하는 단계는,
상기 제어부에 의하여, 상기 각 제2 시간구간에 대하여 상기 최대 전력을 갖는 주파수를 결정하는 단계; 및
상기 제어부에 의하여, 상기 주파수를 이용하여 상기 호흡률을 산출하는 단계;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
The method of claim 1,
The step of calculating the respiration rate,
Determining, by the control unit, a frequency having the maximum power for each second time period; And
Calculating the respiration rate using the frequency by the control unit;
Containing,
How to operate the bio-signal measuring device.
각 제1 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간을 산출하고,
동잡음(motion artifact)을 포함하는 상기 각성 구간을 제거하고, 상기 힘 신호에 대하여 제거된 구간을 이웃 데이터를 이용하여 보간(interpolate)하고,
상기 보간된 힘 신호를 제2 대역통과필터에 적용하고,
상기 제2 대역통과필터가 적용된 힘 신호를 이동평균필터에 적용하며,
각 제2 시간구간에 대한 상기 힘 신호의 최대 전력 스펙트럼 밀도를 이용하여 호흡률을 산출하는 제어부;
를 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
Perform filtering pre-processing on force signals from user movement,
The awakening section is calculated using the standard deviation of the force signal for each first time section,
The arousal section including motion artifact is removed, and the section removed for the force signal is interpolated using neighboring data,
Applying the interpolated force signal to a second bandpass filter,
Applying the force signal to which the second bandpass filter is applied to a moving average filter,
A control unit for calculating a respiration rate using the maximum power spectral density of the force signal for each second time interval;
Containing,
Bio-signal measurement device.
상기 제어부는,
상기 사용자 움직임으로부터 검출된 힘 신호를 노치 필터에 적용하고,
상기 노치 필터가 적용된 힘 신호를 제1 대역통과필터에 적용하는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 7,
The control unit,
Apply the force signal detected from the user movement to the notch filter,
Applying the force signal to which the notch filter is applied to the first bandpass filter,
Bio-signal measurement device.
상기 제어부는,
상기 각 제1 시간구간에 대하여 상기 힘 신호의 표준편차를 산출하고,
상기 각 힘 신호의 표준편차에 대응하는 가우스 함수의 표준편차를 산출하고,
상기 가우스 함수의 표준편차에 기반하는 임계값을 결정하며,
상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 상기 각성 구간으로 분류하는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 7,
The control unit,
Calculate the standard deviation of the force signal for each of the first time intervals,
Calculate the standard deviation of the Gaussian function corresponding to the standard deviation of each force signal,
Determine a threshold value based on the standard deviation of the Gaussian function,
When the standard deviation of the force signal is greater than the threshold value, classifying the first time period corresponding to the standard deviation of the force signal as the awakening period,
Bio-signal measurement device.
상기 제어부는,
상기 힘 신호의 표준편차가 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 힘 신호의 표준편차에 대응하는 상기 제1 시간구간을 수면 구간으로 분류하는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 9,
The control unit,
When the standard deviation of the force signal is less than the threshold value, classifying the first time period corresponding to the standard deviation of the force signal as a sleep period,
Bio-signal measurement device.
상기 제어부는,
상기 각 제2 시간구간에 대하여 상기 최대 전력을 갖는 주파수를 결정하고,
상기 주파수를 이용하여 상기 호흡률을 산출하는,
생체 신호 측정 장치.The method of claim 7,
The control unit,
Determining a frequency having the maximum power for each of the second time intervals,
Using the frequency to calculate the respiration rate,
Bio-signal measurement device.
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