KR102480455B1 - Ppg 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정하는 신호 수집부; 상기 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정하는 심박동 분석부; 및 상기 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 상기 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생하는 심박음 표현부를 포함한다.
Description
본 발명은 기계학습을 위한 변수의 단계적 선택 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PPG 신호를 이용해서 심박동 사운드를 현실감 있게 표현할 수 있는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.
건강에 대한 사람들의 관심이 증가하면서 몸 상태를 손쉽게 파악할 수 있는 체온계, 혈압계, 맥박측정계, 혈당계 및 옥시미터 등의 기기가 개발되어 왔다. 이러한 종래 기기는 사용자가 자신의 체온, 혈압, 심박수, 혈당 또는 산소포화도 등을 측정하기 위해 직접 조작해야만 하는 불편으로 인해 병원에 가지 않고도 간단하게 측정 및 결과 확인이 가능하다는 장점에도 불구하고 기기의 활용도는 높지 않은 실정이다.
최근에는 다양한 웨어러블 기기를 통해 PPG 신호를 측정하는 다양한 방법들이 개발되어, 보다 편리하게 자신의 건강을 측정하고 그 결과를 확인할 수 있다. 대표적으로 스마트 워치는 사용자로부터 PPG 신호를 측정하고 해당 신호를 기초로 건강정보를 생성하여 제공하는 기능을 제공하고 있다.
다만, 해당 기술이 발달함에 따라서 사용자들은 단순한 시각적 정보만이 아니라 청각 또는 촉각으로 표현되는 건강정보를 원하고 있다. 따라서, 이러한 사용자의 욕구를 만족시키기 위해 시각을 넘어 청각 또는 촉각에 의한 건강정보의 제공이 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 PPG 신호를 이용해서 심박동 사운드를 현실감 있게 표현할 수 있는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 사용자의 심박동에 관한 청각적 정보를 심박음으로 제공하면서 사용자의 환경에 적합한 배경음을 함께 제공하여 심박음을 보다 생생하게 표현할 수 있는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치는 PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정하는 신호 수집부; 상기 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정하는 심박동 분석부; 및 상기 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 상기 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생하는 심박음 표현부를 포함한다.
상기 신호 수집부는 카메라 모듈을 포함하는 사용자 단말로부터 상기 PPG 신호를 수신할 수 있다.
상기 신호 변환부는 상기 PPG 신호에 대해 이동평균 필터(Moving Average Filter) 및 버터워스 필터(Butterworth Filter)를 포함하는 대역 통과 필터를 적용하여 신호 잡음을 제거하는 전처리를 수행할 수 있다.
상기 심박동 분석부는 상기 심전도 신호의 R-피크(R-peak)들 간의 간격인 R-R 간격을 추출하고 각 R-R 간격마다 상기 수축점 및 이완점을 결정할 수 있다.
상기 심박동 분석부는 상기 각 R-R 간격마다 해당 R-R 간격의 R-피크를 상기 수축점으로 결정하고 제1 이완점부터 상기 수축점까지의 시간과 상기 수축점부터 제2 이완점까지의 시간이 소정의 비율을 갖도록 상기 이완점으로 결정할 수 있다.
상기 심박음 표현부는 상기 수축점 및 이완점 각각에 서로 다른 심박음을 설정하고 상기 수축점 및 이완점 각각의 세기에 따라 해당 심박음의 재생 강도를 조절할 수 있다.
상기 심박음 표현부는 사용자 단말로부터 현재의 위치 및 날씨에 관한 배경 정보를 수집하는 배경 정보 수집모듈(371); 상기 위치를 기준으로 기 설정된 장소들 중 어느 하나를 결정하여 해당 장소와 연관된 장소음을 결정하는 장소음 결정모듈(373); 상기 날씨를 기준으로 기 설정된 날씨음들 중 어느 하나를 결정하는 날씨음 결정모듈(375); 및 상기 해당 장소가 실내 또는 실외인지에 따라 상기 장소음과 날씨음 각각의 세기를 조절한 다음 상호 결합하여 배경음을 생성하는 배경음 생성모듈(377)을 포함하고, 상기 심박음을 재생하는 과정에서 상기 배경음 생성 모듈에 의해 생성된 배경음을 함께 재생할 수 있다.
실시예들 중에서, PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법은 PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정하는 단계; 상기 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환하는 단계; 상기 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정하는 단계; 및 상기 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 상기 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생하는 단계를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법은 PPG 신호를 통해 광혈류를 측정하여 심장 박동 사운드를 현실감 있게 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치 및 방법은 사용자의 심박동에 관한 청각적 정보를 심박음으로 제공하면서 사용자의 환경에 적합한 배경음을 함께 제공하여 심박음을 보다 생생하게 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 심박음 제공 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 심박음 제공 장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 심박음 제공 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 심박음 제공 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 6은 심전도 그래프를 설명하는 도면이다.
도 7은 PPG 신호를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 심박음 제공 장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 심박음 제공 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 심박음 제공 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 6은 심전도 그래프를 설명하는 도면이다.
도 7은 PPG 신호를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 심박음 제공 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 심박음 제공 시스템(100)은 사용자 단말(110), 심박음 제공 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
사용자 단말(110)은 PPG 신호에 따른 심박음을 재생할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다. 즉, 사용자는 사용자 단말(110)을 통해 자신의 심박동에 대응하여 생성된 심박음을 청각적으로 확인할 수 있다. 사용자 단말(110)은 심박음 제공 장치(130)와 연결되어 동작 가능한 스마트폰, 노트북 또는 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 태블릿 PC 등 다양한 디바이스로도 구현될 수 있다. 사용자 단말(110)은 심박음 제공 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 복수의 사용자 단말(110)들은 심박음 제공 장치(130)와 동시에 연결될 수도 있다. 또한, 사용자 단말(110)은 심박음 제공 시스템(100)이 제공하는 소정의 서비스를 이용할 수 있는 전용 프로그램 또는 어플리케이션을 설치하여 실행할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 단말(110)은 심박음을 재생할 수 있는 스피커 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 사용자 단말(110)은 심박음 제공 장치(130)가 제공하는 다양한 음악 파일과 호환 가능하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 단말(110)은 카메라 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 사용자 단말(110)은 카메라 모듈에 의해 촬영된 손가락 영상으로부터 PPG 신호를 획득할 수 있다. 이때, 카메라 모듈은 플래시 모드로 동작할 수 있다. 사용자 단말(110)은 획득된 손가락 영상을 기초로 PPG 신호를 생성할 수 있으며, 보다 정확도 높은 PPG 신호를 생성하기 위하여 손가락 영상에서 특정 색상 성분만을 추출하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말(110)은 손가락 영상의 레드(red) 성분 또는 명도(intensity) 성분만을 추출하여 PPG 신호를 생성할 수 있다.
심박음 제공 장치(130)는 사용자로부터 측정된 PPG 신호를 기초로 심박동에 대응되는 심박음을 청각적으로 제공할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 심박음 제공 장치(130)는 사용자 단말(110)과 유선 네트워크 또는 블루투스, WiFi 등과 같은 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 사용자 단말(110)과 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 심박음 제공 장치(130)는 데이터의 수집 또는 추가 기능의 제공을 위하여 별도의 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연동하여 동작하도록 구현될 수도 있다.
한편, 도 1과 달리 심박음 제공 장치(130)는 사용자 단말(110) 내부에 포함되어 구현될 수 있다. 이 경우, 심박음 제공 장치(130)는 사용자 단말(110)의 일 구성요소로서 PPG 신호에 따른 심박음 재생을 수행하는 독립적인 모듈로 구현될 수 있다. 여기에서는 보다 명확한 이해를 위하여 심박음 제공 장치(130)를 사용자 단말(110)과 독립된 장치로서 설명한다.
데이터베이스(150)는 심박음 제공 장치(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 심박음 재생을 위해 사전에 녹음 또는 생성된 음악 파일을 저장할 수 있고, PPG 신호 및 ECG 신호 처리에 관한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 심박음 제공 장치(130)가 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 심박음 제공 장치(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 심박음 제공 장치(130)의 논리적인 저장장치로서 심박음 제공 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있음은 물론이다.
도 2는 도 1의 심박음 제공 장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 심박음 제공 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 심박음 제공 장치(130)가 동작하는 과정에서의 각 단계들을 처리하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 심박음 제공 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 심박음 제공 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 심박음 제공 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 심박음 제공 장치(130)는 독립적인 서버로서 수행될 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 심박음 제공 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 심박음 제공 장치(130)는 신호 수집부(310), 신호 변환부(330), 심박동 분석부(350), 심박음 표현부(370) 및 제어부(390)를 포함할 수 있다.
신호 수집부(310)는 PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정할 수 있다. 여기에서, PPG 센서는 광혈류측정(PhotoPlethysmoGraphy, PPG) 센서에 해당할 수 있다. 즉, PPG 센서는 LED 빛을 인체 조직에 비춘 다음, 이들 조직을 통과하는 혈액량을 포토다이오드(photodiode, PD)를 통해 전기적 신호로서 측정할 수 있다. 신호 수집부(310)는 PPG 센서가 설치된 다양한 웨어러블 기기과 연동하여 해당 기기들이 측정한 PPG 신호를 수신하는 동작을 수행할 수 있다. 신호 수집부(310)는 수집된 PPG 신호를 해당 사용자와 연관지어 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 수집부(310)는 카메라 모듈을 포함하는 사용자 단말(110)로부터 PPG 신호를 수신할 수 있다. 사용자 단말(110)은 별도의 PPG 센서를 포함하지 않더라도 카메라 모듈을 통해 획득한 광혈류 영상을 기초로 PPG 신호를 측정할 수 있다. 신호 수집부(310)는 사용자 단말(110)을 통해 PPG 신호를 수신할 수 있다. 또한, 사용자 단말(110)은 사용자가 착용한 다양한 웨어러블 기기와 연동할 수도 있으며, 이 경우에도 신호 수집부(310)는 사용자 단말(110)의 중계를 통해 웨어러블 기기들에서 측정된 PPG 신호를 수신할 수 있다.
신호 변환부(330)는 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환할 수 있다. 심전도(ECG) 신호는 심박동의 주기 중에서 일어나는 심장의 전기적 활동 상태를 나타낼 수 있으며, 불규칙한 심장박동인 부정맥을 판단할 뿐만 아니라 심근장애, 심방 심실의 비대, 확장, 폐순환 장애 등 심장 질환 및 연관성 질환 진단에 유용한 지표로 사용될 수 있다. 신호 변환부(330)는 PPG 신호와 ECG 신호 간의 상관관계를 기초로 PPG 신호를 ECG 신호로 변환할 수 있다. PPG 신호와 ECG 신호 간의 상관관계에 관해서는 다양한 연구가 선행되어 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
일 실시예에서, 신호 변환부(330)는 PPG 신호에 대해 이동평균 필터(Moving Average Filter) 및 버터워스 필터(Butterworth Filter)를 포함하는 대역 통과 필터를 적용하여 신호 잡음을 제거하는 전처리를 수행할 수 있다. PPG 신호는 베이스라인 변동, 반사파 또는 검출 알고리즘 동작에 의해 기타 잡음을 포함할 수 있다. 신호 변환부(330)는 대역 통과 필터를 사용하여 전원 등에 의해 발생하는 고주파수 성분의 신호 잡음을 제거할 수 있고, 모세혈관 밀도, 정맥 혈류량 및 체온 변화에 따른 저주파수 성분의 신호 잡음을 제거할 수 있다. 신호 변환부(330)는 바람직하게는 이동평균 필터(Moving Average Filter) 또는 버터워스 필터(Butterworth Filter)를 사용하여 잡음 제거를 수행할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다.
심박동 분석부(350)는 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정할 수 있다. 수축점은 심전도 신호에서 systolic 지점에 해당할 수 있고, 이완점은 diastolic 지점에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 심박동 분석부(350)는 심전도 신호의 R-피크(R-peak)들 간의 간격인 R-R 간격(R-R interval)을 추출하고 각 R-R 간격마다 수축점 및 이완점을 결정할 수 있다. 즉, 심박동 분석부(350)는 심전도 신호의 R-R 간격들에 대해 수축점 및 이완점을 개별적으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 심박동 분석부(350)는 상기 각 R-R 간격마다 해당 R-R 간격의 R-피크를 수축점으로 결정하고, 제1 이완점부터 수축점까지의 제1 시간과 수축점부터 제2 이완점까지의 제2 시간이 소정의 비율을 갖도록 이완점으로 결정할 수 있다. 이때, 제1 시간과 제2 시간은 바람직하게는 3:4의 비율을 갖도록 이완점이 결정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다.
심박음 표현부(370)는 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생할 수 있다. 이를 위해, 수축점과 이완점에 대응되는 심박음은 사전에 생성되어 데이터베이스(150)에 저장될 수 있다. 또한, 각 심박음은 다양한 세기들로 구분되어 생성될 수 있으며, 심박음 표현부(370)에 의해 해당 재생 시점에서 동적으로 선택되어 재생될 수 있다.
일 실시예에서, 심박음 표현부(370)는 수축점 및 이완점 각각에 서로 다른 심박음을 설정하고 수축점 및 이완점 각각의 세기에 따라 해당 심박음의 재생 강도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 심박음 표현부(370)는 이완점(diastolic 지점)에 대해 '두'에 해당하는 심박음을 대응시키고, 수축점(systolic 지점)에 대해 '근'에 해당하는 심박음을 대응시켜 사용자의 심장 박동 소리를 표현할 수 있다.
또한, 심박음 표현부(370)는 '두'에 해당하는 심박음과 '근'에 해당하는 심박음을 다양하게 DB로 구축하여 활용할 수 있다. 예를 들어, 심박음 표현부(370)는 '두'에 해당하는 심박음들을 포함하는 이완음 집합과 '근'에 해당하는 심박음들을 포함하는 수축음 집합을 각각 구축할 수 있고, 심박음을 재생하는 시점에서 각 집합에서 선택된 심박음을 재생할 수도 있다. 한편, 심박음 표현부(370)는 수축점 및 이완점에서의 심전도 세기에 따라 심박음의 재생 강도를 동적으로 변화시킴으로써 심박음을 보다 생생하게 표현할 수 있다.
일 실시예에서, 심박음 표현부(370)는 심박음을 재생하는 과정에서 사용자의 현재 상황에 따라 동적으로 생성된 배경음을 함께 재생할 수 있다. 여기에서, 배경음은 사용자의 현재 상황을 반영하는 선택되고 심박음의 재생을 보다 생동감있게 표현하기 위한 효과음에 해당할 수 있으며, 복수의 효과음들의 조합을 통해 구현될 수 있다. 또한, 해당 기능을 위한 구성으로서 심박음 표현부(370)는 독립적으로 구현된 복수의 모듈들을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 심박음 표현부(370)는 복수의 모듈들로서 배경 정보 수집모듈(371), 장소음 결정모듈(373), 날씨음 결정모듈(375) 및 배경음 생성모듈(377)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 배경 정보 수집모듈(371)은 사용자 단말(110)로부터 현재의 위치 및 날씨에 관한 배경 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 위치 정보는 사용자 단말(110)의 GPS 모듈을 통해 획득될 수 있으며, 날씨 정보는 사용자 단말(110)의 통신 기능을 통해 외부로부터 수집될 수 있다. 배경 정보 수집모듈(371)은 사용자 단말(110)과 주기적으로 연동하여 위치 및 날씨에 관한 정보를 수집할 수 있다.
장소음 결정모듈(373)은 위치를 기준으로 기 설정된 장소들 중 어느 하나를 결정하여 해당 장소와 연관된 장소음을 결정할 수 있다. 여기에서, 기 설정된 장소는 사용자 단말(110)에 의해 수집된 사용자의 행동 정보에 기초하여 정의될 수 있으며, 행정구역, 건물명, 시설유형 등을 포함할 수 있다. 또한, 장소음은 실내음 및 실외음으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 장소음 결정모듈(373)은 사용자의 현재 위치를 기초로 바닷가, 야구장, 백화점 등의 장소를 결정하고, 해당 장소와 연관된 파도 소리, 응원 소리, 이벤트 소리 등을 장소음으로 결정할 수 있다.
날씨음 결정모듈(375)은 날씨를 기준으로 기 설정된 날씨음들 중 어느 하나를 결정할 수 있다. 여기에서, 날씨음은 날씨에 관한 소리에 해당할 수 있다. 예를 들어, 날씨음은 비 소리, 바람 소리 등을 포함할 수 있다. 날씨음 결정모듈(375)은 사용자의 현재 위치에서의 날씨와 연관된 날씨음을 결정하여 배경음으로 활용할 수 있다.
배경음 생성모듈(377)은 해당 장소가 실내 또는 실외인지에 따라 장소음과 날씨음 각각의 세기를 조절한 다음 상호 결합하여 배경음을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 배경음 생성모듈(377)은 사용자의 현재 위치에 따라 결정된 장소가 실내에 해당하는 경우 장소음의 세기를 날씨음의 세기보다 더 높게 조절하여 배경음을 생성할 수 있고, 실외에 해당하는 경우 장소음의 세기를 날씨음의 세기보다 더 낮게 조절하여 배경음을 생성할 수 있다. 이를 통해, 배경음 생성모듈(377)은 사용자의 현재 상황에 보다 적합한 배경음을 생성할 수 있다.
제어부(390)는 심박음 제공 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 신호 수집부(310), 신호 변환부(330), 심박동 분석부(350) 및 심박음 표현부(370) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 심박음 제공 장치(130)는 신호 수집부(310)를 통해 PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정할 수 있다(단계 S410). 심박음 제공 장치(130)는 신호 변환부(330)를 통해 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환할 수 있다(단계 S430). 심박음 제공 장치(130)는 심박동 분석부(350)를 통해 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정할 수 있다(단계 S450).
또한, 심박음 제공 장치(130)는 심박음 표현부(370)를 통해 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생할 수 있다(단계 S470). 일 실시예에서, 심박음 제공장치(130)는 심박음 표현부(370)를 통해 심박음을 재생하는 과정에서 사용자의 현재 상황에 따라 동적으로 생성된 배경음을 함께 재생할 수 있다.
일 실시예에서, 심박음 표현부(370)는 단위 시간 동안의 심박수가 기 설정된 임계값(threshold)을 초과하는 경우 심박음을 재생하는 과정에서 배경음으로 스트레스 또는 긴장을 완화시켜주는 음악을 함께 재생할 수 있다. 예를 들어, 심박음 표현부(370)는 심박음을 재생하는 과정에서 심박수가 사용자의 평상 시 심박수보다 1.5배 이상 높은 경우 기 설정된 배경음 중 bpm이 가장 낮은 음원을 선택하여 함께 재생할 수 있다. 이를 위해, 심박동 제공 장치(130)는 스트레스 또는 긴장을 완화시켜주는 음악군을 bmp 별로 분류하여 사전에 생성하여 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다.
다른 실시예에서, 심박음 표현부(370)는 심박동 제공 장치(130)와 연동하는 외부 시스템을 통해 배경을 재생할 수 있다. 예를 들어, 심박음 표현부(370)는 사용자의 현재 위치, 외부 날씨, 사용자의 현재 심박수 등 다양한 파라미터를 기초로 사용자의 현재 상태를 벡터화 할 수 있고, 해당 벡터에 대응하는 감성 정보를 결정한 후 외부 시스템을 통해 해당 감성 정보에 상응하는 음원을 스트리밍 방식으로 재생할 수 있다. 또한, 심박음 표현부(370)는 사용자의 현재 상태 또는 현재 감성을 상쇄하는 배경음을 외부 시스템을 통해 수신하여 재생할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 심박음 제공 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 심박음 제공 장치(130)는 사용자의 스마트폰과 같이 카메라 모듈을 포함하여 PPG 신호를 측정할 수 있는 장치로부터 심박(광혈류)을 측정할 수 있다(단계 S510).
다음으로, 심박음 제공 장치(130)는 측정된 신호에 대해서 Moving Average 및 Butterworth Filter를 이용해서 신호 잡음을 제거할 수 있다(단계 S530). 여기에서, Moving Average는 Objective C를 통해 구현되고, Butterworth Filter는 C++을 통해 구현된 저역통과필터 알고리즘에 해당할 수 있다.
다음으로, 심박음 제공 장치(130)는 측정된 PPG 신호를 통해 ECG를 생성하고, 해당 ECG에서 R-R Peak 간의 Interval를 추출할 수 있다(단계 S550).
다음으로, 심박음 제공 장치(130)는 각각의 R-R Interval 사이를 Diastolic 지점과 Systolic 지점을 나누어서 구별할 수 있다(단계 S570). 예를 들어, 해당 Diastolic 지점부터 Systolic 지점까지의 시간과 Systolic 지점부터 Diastolic 지점까지의 시간이 3:4의 비율을 가질 수 있다.
다음으로, 심박음 제공 장치(130)는 미리 녹음된 Diastolic, Systolic Heartbeat Sound를 계산된 지점에서 각각 재생할 수 있다(단계 S590). 이를 통해, 심박음 제공 장치(130)는 사용자의 심박동에 대응되는 심박음을 청각적 정보로서 효과적으로 표현할 수 있다.
도 6은 심전도 그래프를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 심전도 그래프에서 각각의 Diastolic 및 Systolic 시점은 변곡점에 해당할 수 있다. 다만, Diastolic 및 Systolic 시점은 다른 P, Q, S, T, U 시점과는 다르게 주변 인터벌 시간동안 변화량이 특정 기준 이상이거나 특정 전압 이상의 전압 값을 가지는 시점에 해당할 수 있다.
심박음 제공 장치(130)는 Diastolic 시점에 Diastolic 소리(=두)를 대응시키고 Systolic 시점에 Systolic 소리(=근)를 대응시켜, 사용자의 심장소리를 표현할 수 있다. 예를 들어, 심박음 제공 장치(130)는 Diastolic 소리 및 Systolic 소리를 각각 다른 크기의 세기에 따라 저장할 수 있고, PPG 센서를 통해 센싱되는 혈류량에 따라 다르게 대응시킬 수 있다.
도 6에서, QRS duration은 0.08 ~ 0.10 sec에 해당할 수 있고, RR interval은 0.6 ~ 1.0 sec에 해당할 수 있다. 또한, PR interval(A)는 0.12 ~ 0.20 sec에 해당할 수 있고, QT interval(B)은 0.4 ~ 0.43 sec에 해당할 수 있다.
한편, 도 7에서 PPG 센서를 통해 실제 입력되는 값을 살펴보면, 그림 (a) 및 그림 (b)와 같이 절대값이 달라질 수 있으며, 이는 PPG 센서 위의 불빛을 차단하는 경우 offset 값이 달라지기 때문이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 심박음 제공 시스템
110: 사용자 단말 130: 심박음 제공 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 신호 수집부 330: 신호 변환부
350: 심박동 분석부 370: 심박음 표현부
371: 배경 정보 수집모듈 373: 장소음 결정모듈
375: 날씨음 결정모듈 377: 배경음 생성모듈
390: 제어부
110: 사용자 단말 130: 심박음 제공 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 신호 수집부 330: 신호 변환부
350: 심박동 분석부 370: 심박음 표현부
371: 배경 정보 수집모듈 373: 장소음 결정모듈
375: 날씨음 결정모듈 377: 배경음 생성모듈
390: 제어부
Claims (8)
- PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정하는 신호 수집부;
상기 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환하는 신호 변환부;
상기 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정하는 심박동 분석부; 및
상기 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 상기 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생하는 심박음 표현부를 포함하되,
상기 심박음 표현부는
사용자 단말로부터 현재의 위치 및 날씨에 관한 배경 정보를 수집하는 배경 정보 수집모듈(371);
상기 위치를 기준으로 기 설정된 장소들 중 어느 하나를 결정하여 해당 장소와 연관된 장소음을 결정하는 장소음 결정모듈(373);
상기 날씨를 기준으로 기 설정된 날씨음들 중 어느 하나를 결정하는 날씨음 결정모듈(375); 및
상기 해당 장소가 실내 또는 실외인지에 따라 상기 장소음과 날씨음 각각의 세기를 조절한 다음 상호 결합하여 배경음을 생성하는 배경음 생성모듈(377)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 신호 수집부는
카메라 모듈을 포함하는 사용자 단말로부터 상기 PPG 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 신호 변환부는
상기 PPG 신호에 대해 이동평균 필터(Moving Average Filter) 및 버터워스 필터(Butterworth Filter)를 포함하는 대역 통과 필터를 적용하여 신호 잡음을 제거하는 전처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 심박동 분석부는
상기 심전도 신호의 R-피크(R-peak)들 간의 간격인 R-R 간격을 추출하고 각 R-R 간격마다 상기 수축점 및 이완점을 결정하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 심박동 분석부는
상기 각 R-R 간격마다 해당 R-R 간격의 R-피크를 상기 수축점으로 결정하고 제1 이완점부터 상기 수축점까지의 시간과 상기 수축점부터 제2 이완점까지의 시간이 소정의 비율을 갖도록 상기 이완점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 심박음 표현부는
상기 수축점 및 이완점 각각에 서로 다른 심박음을 설정하고 상기 수축점 및 이완점 각각의 세기에 따라 해당 심박음의 재생 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 심박음 표현부는
상기 심박음을 재생하는 과정에서 상기 배경음 생성 모듈에 의해 생성된 배경음을 함께 재생하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치.
- 신호 수집부, 신호 변환부, 심박동 분석부 및 심박음 표현부를 포함하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 장치에서 수행되는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법에 있어서,
상기 신호 수집부를 통해, PPG 센서를 통해 사용자의 PPG 신호를 측정하는 단계;
상기 신호 변환부를 통해, 상기 PPG 신호를 심전도(ECG) 신호로 변환하는 단계;
상기 심박동 분석부를 통해, 상기 심전도 신호를 분석하여 심박동에 관한 수축점 및 이완점을 결정하는 단계; 및
상기 심박음 표현부를 통해, 상기 심전도 신호에 관한 시간축의 진행에 대응하여 상기 수축점 및 이완점 각각에서 기 설정된 심박음을 재생하는 단계를 포함하되,
상기 심박음 표현부는
사용자 단말로부터 현재의 위치 및 날씨에 관한 배경 정보를 수집하는 배경 정보 수집모듈(371);
상기 위치를 기준으로 기 설정된 장소들 중 어느 하나를 결정하여 해당 장소와 연관된 장소음을 결정하는 장소음 결정모듈(373);
상기 날씨를 기준으로 기 설정된 날씨음들 중 어느 하나를 결정하는 날씨음 결정모듈(375); 및
상기 해당 장소가 실내 또는 실외인지에 따라 상기 장소음과 날씨음 각각의 세기를 조절한 다음 상호 결합하여 배경음을 생성하는 배경음 생성모듈(377)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 신호 기반의 사용자 심박음 제공 방법.
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