KR102551184B1

KR102551184B1 - 생체신호 처리 방법 및 생체신호 처리 장치

Info

Publication number: KR102551184B1
Application number: KR1020160016901A
Authority: KR
Inventors: 최창목; 윤승근; 권의근; 김상준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2023-07-04
Also published as: KR20170095483A; JP2017144236A; EP3205262B1; US10335093B2; JP6842306B2; US20170231579A1; US11911189B2; CN107080526B; EP3205262A1; CN107080526A; US20190269373A1

Abstract

생체신호 처리 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 생체신호 처리 장치는 생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하고, 추출된 기준점들에 기초하여 생체신호의 펄스 방향을 결정할 수 있다. 생체신호 처리 장치는 생체신호의 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 생체신호의 특징점을 결정할 수 있다.

Description

생체신호 처리 방법 및 생체신호 처리 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING BIOSIGNAL}

아래의 설명은 생체신호를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근, IT 기술과 의료 기술이 접목된 IT-의료 융합 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 사무실 및 가정 등과 같이 일상 생활 속에서 사용자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링해주는 모바일 헬스케어 분야에 대한 연구가 활발하다. 모바일 헬스케어에서는 시간 및 공간의 제약 없이 사용자의 생체신호를 측정하고, 측정된 생체신호를 분석하여 사용자의 건강 상태를 추정한다. 예를 들어, 모바일 헬스케어에서는 심장 질환이 있는 사용자의 심전도(Electrocardiography: ECG)를 실시간으로 측정 및 분석하여 부정맥이 발생한 시간 또는 부정맥의 종류를 추정할 수 있고, 이에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

1.미국 공개 특허공보(공개번호: US 2015/0261999 공개일: 2015.09.17)

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법은, 생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 단계; 상기 추출된 기준점들에 기초하여 상기 생체신호의 펄스 방향을 결정하는 단계; 및 상기 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 기준점들을 추출하는 단계는, 상기 생체신호의 파형으로부터 극대점 및 극소점 중 적어도 하나에 대응하는 후보 기준점들을 추출하는 단계; 및 상기 후보 기준점들의 신호 값에 기초하여 상기 후보 기준점들 중에서 상기 기준점들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 후보 기준점들은, 극대점들에 대응하는 제1 후보 기준점들 및 극소점들에 대응하는 제2 후보 기준점들을 포함하고, 상기 기준점들을 결정하는 단계는, 서로 인접한 제1 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 큰 제1 후보 기준점을 제1 기준점으로 결정하는 단계; 및 서로 인접한 제2 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 작은 제2 후보 기준점을 제2 기준점으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 펄스 방향을 결정하는 단계는, 제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하는 단계; 및 상기 첨도에 기초하여 상기 펄스 방향을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 첨도를 결정하는 단계는, 상기 생체신호의 파형에서 제1 기준점으로부터 상기 제1 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 상기 제1 기준점에 대응하는 첨도를 결정하고, 상기 생체신호의 파형에서 제2 기준점으로부터 상기 제2 기준점에 인접하는 제2 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 상기 제2 기준점에 대응하는 첨도를 결정할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 펄스 방향을 결정하는 단계는, 상기 제1 기준점들의 첨도와 상기 제2 기준점들의 첨도에 기초한 펄스 방향 강도에 기초하여 상기 펄스 방향을 결정할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법은, 상기 생체신호에서 직류 성분을 제거하는 단계; 및 상기 직류 성분이 제거된 생체신호를 필터링하여 상기 생체신호에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법에서, 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계는, 상기 생체신호의 파형에 저역 통과 필터를 적용하는 단계; 상기 펄스 방향에 기초하여 상기 저역 통과 필터가 적용된 생체신호의 파형에 대해 시간에 따른 기울기 합을 결정하는 단계; 및 상기 기울기 합과 임계 값에 기초하여 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체신호 처리 장치는, 상기 프로세서에 의해 실행될 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 상기 인스트럭션들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 동작; 상기 추출된 기준점들에 기초하여 상기 생체신호의 펄스 방향을 결정하는 동작; 및 상기 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 동작을 실행하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에 따른 생체신호 처리 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행될 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 상기 인스트럭션들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 동작; 상기 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하는 동작 - 상기 첨도는 기준점을 중심으로 상기 생체신호의 파형이 얼마나 급격히 변화하는지를 나타냄 -; 및 상기 첨도에 기초하여 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 동작을 실행하도록 구성될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체신호를 측정하는 웨어러블 장치를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 센서를 통해 측정된 PPG 신호의 일례들을 도시하는 도면들이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 5는 일 실시예에 따른 다양한 상태에서 측정된 PPG 신호 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 PPG 신호의 전처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 PPG 신호 파형에서 후보 기준점들을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 추출된 후보 기준점들에서 제1 기준점들 및 제2 기준점들을 결정하고, 첨도를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 첨도를 결정하는 과정을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대해 결정된 첨도를 도시하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전처리가 수행된 PPG 신호에 대해 결정된 펄스 방향 강도를 도시하는 도면이다.
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 펄스 방향에 따라 PPG 신호의 특징점을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 일 실시예에 따른 생체신호 처리 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하의 실시예들은 생체신호로부터 특징점과 같은 신호 특징을 추출하고, 추출된 신호 특징을 이용하여 생체 정보를 결정하는데 적용될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 광용적맥파(Photoplethysmogram: PPG)로부터 신호 특징을 추출하는 실시예를 중심으로 설명하나, 실시예의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 실시예들은 심전도(Electrocardiography: ECG), 산소포화도, 심탄도(Ballistocardiac: BCG), 뇌전도(Electroencephalogram: EEG), 근전도(Electromyogram: EMG) 등의 생체신호뿐만 아니라 다른 유형의 생체신호로부터 신호 특징을 추출하는 과정에도 적용될 수 있다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체신호를 측정하는 웨어러블 장치(wearable device)를 도시하는 도면이다.

밴드형 또는 시계형의 웨어러블 장치(100)는 사용자의 손목에 착용되어 사용자의 신체로부터 생체신호를 측정하고 분석할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 비침습적인 방식(noninvasive manner)으로 생체신호를 계속적으로 모니터링할 수 있다. 생체신호는 사용자 신체에 대한 생체적 정보를 포함하는 신호로서, PPG, ECG 또는 EMG 등의 형태로 측정될 수 있다. 측정된 생체신호에 기초하여 사용자의 건강과 관련된 다양한 생체 정보(biometric information)가 추정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 센서를 통해 손목에서 PPG 신호를 측정하고, 측정된 PPG 신호에서 진행파 또는 반사파의 형태와 관련된 다양한 신호 특징들을 추출한 후, 추출된 신호 특징들에 기초하여 혈압, 혈관 경화도 등의 심혈관계 정보(cardiovascular information)를 추정할 수 있다. 센서는 웨어러블 장치(100)의 스트랩(strap)에 위치하여 손목의 요골 동맥(radial artery) 내 혈류량의 변화를 PPG 신호로서 측정할 수 있다. PPG 신호는 심박에 의한 혈류량의 변화 정보를 포함한다. 웨어러블 장치(100)는 PPG 신호의 변화를 분석하여 사용자의 심박수를 계산하고, 계산된 심박수에 기초하여 심혈관계 정보를 추정할 수 있다. 또는, 웨어러블 장치(100)는 PPG 신호에 기초하여 결정된 심박수, 혈압 등에 기초하여 사용자에게 운동 코칭 정보를 제공할 수도 있다.

PPG 신호와 같은 생체신호의 측정은 사용자의 호흡 및 사용자의 의도적인 움직임에 의해 영향을 많이 받기 때문에, 생체신호로부터 유용한 정보를 획득하기 위해서는 생체신호로부터 특징점을 정확하게 추출하는 것이 요구된다. 또한, 모바일 환경에서는 리소스(resource)를 적게 사용하고, 생체신호의 특징점을 빠르게 추출하는 것이 요구된다. 아래에서 설명될 실시예들은 위 요구 사항들을 모두 만족시킬 수 있는 솔루션을 제공한다.

도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 센서를 통해 측정된 PPG 신호의 일례들을 도시하는 도면들이다.

PPG 신호의 측정은 동잡음(motion artifact)과 같은 노이즈에 민감할 수 있다. 센서를 통해 측정된 PPG 신호에는 목적하는 생체 정보에 관한 신호 성분뿐만 아니라 호흡 활동 및 신체 움직임에 의한 노이즈 성분이 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이 손목에 웨어러블 장치(100)를 착용한 사용자가 손목을 움직이는 경우(예를 들어, 손목을 회전시키는 경우)에 PPG 신호의 역전(inversion) 현상이 나타날 수 있다. 요골 동맥 상의 피부 표면과 PPG 신호를 센싱하기 위한 센서 간의 압력이 변화되었을 때 또는 센서의 센싱 위치가 피부 표면 상에서 변경 되었을 때 PPG 신호의 역전 현상이 일어날 가능성이 있다.

도 2a는 사용자가 손목을 중립 위치에 놓았을 때(엄지 손가락이 새끼 손가락보다 위쪽에 있는 상태)에서 측정된 PPG 신호 파형을 도시한다. PPG 신호의 펄스 방향이 위쪽(upward)을 향하고 있다. 도 2b는 사용자가 손목을 중립 상태에서 회전시켰을 때 측정된 PPG 신호 파형을 도시한다. 도 2b에 도시된 PPG 신호 파형은 도 2a에서와 다르게, PPG 신호의 펄스 방향이 아래쪽(downward)을 향하고 있다. 이와 같이, PPG 신호 파형은 손목의 자세 등에 따라 역전될 수 있으며, PPG 신호로부터 신호 특징을 정확히 추출하기 위해서는 PPG 신호의 펄스(pulse)가 어느 쪽을 향하고 있는지를 결정하는 것이 중요하다. 이하에서 설명될 실시예들에 따르면, 생체신호로부터 신호 특징을 검출하는데 있어 펄스 방향을 고려함으로써 신호 특징을 보다 정확히 추출할 수 있게 한다.

도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도들이다. 일 실시예에 따른 생체신호 처리 방법은 도 14에 도시된 생체신호 처리 장치(1400)에 의해 수행될 수 있다.

단계(310)에서, 생체신호 처리 장치는 선택적으로 생체신호에 대해 전처리를 수행할 수 있다. 생체신호 처리 장치는 생체신호로부터 직류 성분(DC component)을 제거하고, 직류 성분이 제거된 생체신호를 필터링하여 생체신호에서 고주파 노이즈를 제거할 수 있다.

단계(320)에서, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형으로부터 기준점들을 추출한다. 기준점은 측정된 생체신호 파형에서 생체 정보를 포함하는 것으로 고려되는 점이다. 일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 셍체신호 파형으로부터 후보 기준점들을 일차적으로 추출하고, 후보 기준점들 중에서 일정한 기준을 만족시키는 기준점들을 결정할 수 있다.

생체신호 처리 장치는 생체신호 파형으로부터 피크(peak)(또는, 극대점)에 대응하는 복수의 제1 후보 기준점들과 트로프(trough)(또는, 극소점)에 대응하는 복수의 제2 후보 기준점들을 추출할 수 있다. 피크는 신호 값이 증가하다가 감소하는 점이고, 트로프는 신호 값이 감소하다가 증가하는 점이다. 예를 들어, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형의 일 시간 구간에서 결정된 가장 큰 신호 값에 기초하여 제1 후보 기준점을 결정하고, 일 시간 구간에서 결정된 가장 작은 신호 값에 기초하여 제2 후보 기준점을 결정할 수 있다.

생체신호 처리 장치는 서로 인접한 제1 후보 기준점들 중에서 신호 값이 가장 큰 제1 후보 기준점을 제1 기준점으로 결정하고, 서로 인접한 제2 후보 기준점들 중에서 신호 값이 가장 작은 제2 후보 기준점을 제2 기준점으로 결정할 수 있다.

단계(330)에서, 생체신호 처리 장치는 추출된 기준점들(제1 기준점들 및 제2 기준점들)에 기초하여 생체신호의 펄스 방향을 결정한다. 예를 들어, 생체신호 처리 장치는 생체신호의 펄스가 제1 펄스 방향(예, 위쪽) 및 제2 펄스 방향(예, 아래쪽) 중 어느 쪽을 향하고 있는지를 결정할 수 있다. 펄스 방향을 결정하기 위해, 생체신호 처리 장치는 각 기준점들에 대응하는 첨도(pulse sharpness)를 이용할 수 있다. 첨도는 기준점을 중심으로 생체신호의 펄스가 얼마나 급격히 변화하는지 또는 얼마나 뾰족한지를 나타낸다. 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하고, 결정된 첨도들에 기초하여 펄스 방향을 결정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들의 첨도들의 합과 제2 기준점들의 첨도들의 합을 비교하여, 제1 기준점들의 첨도들의 합이 제2 기준점들의 첨도들의 합보다 큰 경우에는 생체신호의 펄스 방향이 제1 펄스 방향인 것으로 결정하고, 그 외의 경우에는 생체신호의 펄스 방향이 제2 펄스 방향인 것으로 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들의 첨도들 및 제2 기준점들의 첨도들에 기초하여 펄스 방향 강도(pulse direction strength)를 계산하고, 펄스 방향 강도를 이용하여 생체신호의 펄스 방향을 결정할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 인용하여 이하에서 자세히 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 단계(410)에서 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정한다. 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에서 제1 기준점으로부터 해당 제1 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 해당 제1 기준점에 대응하는 첨도를 결정할 수 있다. 이 때, 첨도는 제1 기준점과 해당 제1 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점을 연결하는 제1 라인 및 해당 제1 기준점과 해당 제1 기준점에 인접하는 다른 제1 후보 기준점을 연결하는 제2 라인이 형성하는 각도에 의해 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에서 제2 기준점으로부터 해당 제2 기준점에 인접하는 제2 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 해당 제2 기준점에 대응하는 첨도를 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에서 제1 기준점으로부터 제1 기준점에 인접하는 제2 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 첨도를 결정할 수도 있다. 이 때, 첨도는 제1 기준점과 해당 제1 기준점에 인접하는 제2 후보 기준점을 연결하는 제1 라인 및 해당 제1 기준점과 해당 제1 기준점에 인접하는 다른 제2 후보 기준점을 연결하는 제2 라인이 형성하는 각도에 의해 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에서 제2 기준점으로부터 해당 제2 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점들 간의 거리들에 기초하여 해당 제2 기준점에 대응하는 첨도를 결정할 수 있다.

단계(420)에서, 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들의 첨도들 및 제2 기준점들의 첨도들에 기초하여 펄스 방향 강도를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 현재 기준점이 제1 기준점 또는 제2 기준점인지 여부 및 현재 기준점에 대응하는 첨도에 기초하여 현재 펄스 방향 강도를 결정할 수 있다. 그 후, 생체신호 처리 장치는 다음 기준점이 제1 기준점 또는 제2 기준점인지 여부 및 다음 기준점에 대응하는 첨도 및 현재 펄스 방향 강도에 기초하여 다음 펄스 방향 강도를 결정할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에서 제1 기준점 및 제2 기준점이 나타날 때마다 펄스 방향 강도를 계속적으로 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 펄스 방향 강도는 수학식 4에 기초하여 계산될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명하도록 한다.

단계(430)에서, 생체신호 처리 장치는 결정된 펄스 방향 강도에 기초하여 생체신호의 펄스 방향을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 펄스 방향 강도가 임계 값(예를 들어, 0)보다 큰 경우에는 생체신호 파형이 제1 펄스 방향인 것으로 결정하고, 펄스 방향 강도가 임계 값 이하인 경우에는 생체신호 파형이 제1 펄스 방향과 다른 제2 펄스 방향인 것으로 결정할 수 있다.

도 3으로 돌아오면, 단계(340)에서 생체신호 처리 장치는 생체신호의 펄스 방향이 결정되면 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 생체신호의 특징점을 결정한다.

예를 들어, 생체신호 처리 장치는 생체신호의 펄스 방향이 제1 펄스 방향인 것으로 결정된 경우에는 제1 펄스 방향에 대응하는 제1 특징점 결정 방식에 따라 생체신호의 특징점을 결정하고, 생체신호의 펄스 방향이 제2 펄스 방향인 것으로 결정된 경우에는 제2 펄스 방향에 대응하는 제2 특징점 결정 방식에 따라 생체신호의 특징점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 특징점 결정 방식과 제2 특징점 결정 방식은 전체적인 특징점 결정 과정은 유사하나 적용되는 파라미터 값에 차이가 있거나 또는 결정 방식이 전혀 다른 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 생체신호 파형에 저역 통과 필터(low-pass filter)를 적용하고, 생체신호의 펄스 방향에 기초하여 생체신호 파형에 대해 시간에 따른 기울기 합을 결정할 수 있다. 기울기 합은 수학식 5에 기초하여 계산될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명하도록 한다. 생체신호 처리 장치는 기울기 합과 임계 값을 비교하고, 비교 결과 기울기 합이 임계 값보다 큰 시점(point in time)들을 식별할 수 있다. 여기서, 임계 값은 생체신호의 변화에 따라 그 크기가 적응적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 임계 값의 크기는 생체신호의 크기에 비례하여 변화할 수 있다. 이에 따라, 생체신호의 변화가 크다고 하더라도 해당 변화에 적응적으로 임계 값도 변화하므로 생체신호 파형에서 특징점이 보다 정확히 검출될 수 있다. 생체신호 처리 장치는 식별된 시점 주변 구간에서 생체신호의 신호 값이 가장 크거나 또는 가장 작은 신호 값을 탐색하여, 탐색된 신호 값을 생체신호의 특징점으로 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 생체신호의 펄스 방향이 결정된 경우, 생체신호 처리 장치는 펄스 방향에 기초하여 이전에 결정된 기준점들 중에서 특징점을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 펄스 방향이 위쪽 방향인 것으로 결정된 경우, 생체신호 처리 장치는 이전에 결정된 제1 기준점들 중에서 첨도가 임계 값보다 큰 제2 기준점들을 특징점들로 결정할 수 있다. 반대로, 펄스 방향이 아래쪽 방향인 것으로 결정된 경우, 생체신호 처리 장치는 이전에 결정된 제2 기준점들 중에서 첨도가 임계 값보다 큰 제2 기준점들을 특징점들로 결정할 수 있다.

위와 같은 과정을 통해, 낮은 계산 복잡도로 생체신호의 특징점이 빠르게 결정될 수 있고, 저주파의 노이즈를 완전히 제거하지 않더라도 생체신호의 특징점이 정확히 결정될 수 있다. 또한, 생체신호의 변동(fluctuation) 및 역전에 강인하게 특징점이 결정될 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 13에서는 센서를 통해 측정된 PPG 신호로부터 특징점을 결정하는 과정의 일례를 설명한다.

도 5는 일 실시예에 따른 다양한 상태에서 측정된 PPG 신호 파형의 일례를 도시하는 도면이다. PPG 신호 파형은 사용자의 상태에 따라 다양하게 나타날 수 있다. 도 5를 참조하면, (a)는 손목을 중립 위치에 놓았을 때 측정된 PPG 신호를, (b)는 손목을 중립 상태에서 회전시켰을 때 측정된 PPG 신호를, (c)는 숨을 평상시보다 깊이 쉬면서 손목을 회전된 위치에서 다시 중립 상태로 되돌릴 때 측정된 PPG 신호를, (d)는 숨을 평상시보다 깊이 쉬면서 손목을 중립 상태에서 회전시켰을 때 측정된 PPG 신호 파형을 나타낸다. (c)와 (d)에서는 PPG 신호 파형이 (a) 및 (b)에 비해 상대적으로 거칠게 나타나고 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 PPG 신호의 전처리 과정을 설명하기 위한 도면이다. 생체신호 처리 장치는 PPG 신호가 측정되면, 측정된 PPG 신호에서 직류 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 생체신호 처리 장치는 센서를 통해 계속적으로 샘플링되는 PPG 신호 값들의 평균 값을 원(raw) PPG 신호에서 제거함으로써 PPG 신호에서 직류 성분을 제거할 수 있다. 도 6에서, 파형(610)은 각 (a), (b), (c), (d) 구간에서 센서를 통해 측정된 원 PPG 신호 파형을 나타내고, 파형(620)은 PPG 신호에서 직류 성분을 제거한 결과 파형을 나타낸다.

직류 성분을 제거한 이후, 생체신호 처리 장치는 저역 통과 필터인 직류 성분이 제거된 PPG 신호에 적용하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 생체신호 처리 장치는 10Hz의 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가지는 해밍 윈도우(Hamming window)를 직류 성분이 제거된 PPG 신호에 적용할 수 있다. 해밍 윈도우에 의해 PPG 신호로부터 10Hz 이상의 고주파 성분이 제거될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 PPG 신호 파형에서 후보 기준점들을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

생체신호 처리 장치는 측정된 PPG 신호 파형(710)에서 후보 기준점들로서 국부적인 피크 및 트로프들을 추출할 수 있다. 여기서, 피크는 제1 후보 기준점(720)에 대응하고, 트로프는 제2 후보 기준점(730)에 대응한다. 일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 아래 수학식 1에 따라 PPG 신호 파형(710)으로부터 제1 후보 기준점(720)들 및 제2 후보 기준점(730)들을 추출할 수 있다.

여기서, x(t)는 시간 t에서 샘플링되어 기록된 PPG 신호이고, i는 0을 포함하지 않는 정수이다. x(t)가 제1 후보 기준점(720) 또는 제2 후보 기준점(730)인 경우 p(t)는 x(t)의 값을 가지고, 그 외의 경우에는 p(t)가 0의 값을 가진다. 수학식 1에 따르면, 시간 t를 중심으로 하는 시간 구간에서 샘플링된 11개의 PPG 신호 값들 중 가장 큰 신호 값의 위치가 제1 후보 기준점(720)으로 결정되고, 가장 작은 신호 값의 위치가 제2 후보 기준점(730)으로 결정될 수 있다. 다만, i의 범위는 위 수학식 1에 정의된 범위에 한정되지 않으며 가변될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 추출된 후보 기준점들 중 일부는 PPG 신호의 펄스 성분에 대응하지 않을 수 있다. 따라서, 추출된 후보 기준점들에서 목적하는 PPG 신호의 펄스 성분에 대응하는 기준점들을 추가적으로 결정하는 과정이 필요하며, 이에 대해서는 도 8에서 설명하도록 한다.

도 8은 일 실시예에 따른 추출된 후보 기준점들에서 제1 기준점들 및 제2 기준점들을 결정하고, 첨도를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

생체신호 처리 장치는 PPG 신호 파형(810)에서 추출된 각 후보 기준점들을 인접한 다른 후보 기준점들과 비교하는 것에 의해 불필요한 후보 기준점들을 제외시키고 펄스 방향을 결정하는데 기준이 되는 기준점들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 생체신호 처리 장치는 인접하는 제1 후보 기준점들(825, 830, 835) 중에서 가장 신호 값이 큰 제1 후보 기준점(830)을 제1 기준점으로 결정할 수 있다. 실제 PPG 신호의 펄스 성분에 해당하는 제1 후보 기준점의 신호 값은 인접한 다른 제1 후보 기준점들의 신호 값보다 클 것이다. 또한, 생체신호 처리 장치는 인접하는 제2 후보 기준점들(840, 845, 850) 중에서 가장 신호 값이 작은 제2 후보 기준점(845)을 제2 기준점으로 결정할 수 있다. 실제 PPG 신호의 펄스 성분에 해당하는 제2 후보 기준점의 신호 값은 인접한 다른 제2 후보 기준점들의 신호 값보다 작을 것이다. 도 8에는 위와 같은 과정을 통해 결정된 제1 기준점들(830, 855, 860, 865, 870)과 제2 기준점들(845, 875, 880, 885, 890)이 도시되어 있다.

기준점들이 결정되면, 각 기준점들에 대한 첨도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 기준점(830)과 제1 기준점(830)에 인접한 각 제1 후보 기준점들(825, 835)을 연결하는 라인들이 형성되고, 두 라인들이 형성하는 각도에 기초하여 제1 기준점(830)의 첨도가 계산될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 기준점(845)과 제2 기준점(845)에 인접한 제2 후보 기준점들(840, 850)을 연결하는 라인들이 형성되고, 두 라인들이 형성하는 각도에 기초하여 제2 기준점(845)의 첨도가 계산될 수 있다. 첨도를 계산하는 과정은 아래 도 9에서 보다 자세히 설명하도록 한다.

도 9는 일 실시예에 따른 첨도를 결정하는 과정을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다.

일 실시예에 따르면, 각 기준점들의 첨도는 코사인 법칙(law of cosines)을 이용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, PPG 신호 파형(910)에서 결정된 제1 기준점(920)과 제1 기준점(920)에 인접한 제1 후보 기준점(930)을 연결한 라인 b, 제1 기준점(920)와 제1 기준점(920)에 인접한 다른 제1 후보 기준점(940)을 연결한 라인 c 및 제1 후보 기준점(930)과 다른 제1 후보 기준점(940)을 연결한 라인 a에 의해 형성된 삼각형을 가정한다. 삼각형을 통해 제1 기준점(920)의 첨도가 양적으로 계산될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 기준점(920)의 첨도는 라인 b와 라인 c에 의해 형성되는 각도

에 기초하여 결정될 수 있고, 각도

는 다음의 수학식 2와 같은 제2 코사인 법칙에 의해 정의될 수 있다.

여기서, 삼각형을 형성하는 라인들 a, b 및 c의 길이는 생체신호 파형에서 각 점들(910, 930, 940)에 대응하는 시간과 신호 값을 이용하여 계산될 수 있다. -100에서 +100 사이의 범위를 가지도록 각도

에 100을 곱하여

값을 정수화할 수 있고,

값을 정수화하는 것에 의해 소비 전력을 보다 저감시킬 수 있다. 정수화된

값이 -100에 가까울 때,

는 둔각(obtuse angle)을 나타내고, 반대로 정수화된

값이 +100에 가까울 때에는

가 예각(acute angle)을 나타낸다. 정수화된

값에 기초하여 제1 기준점(920)에 대한 첨도가 결정될 수 있다. 정수화된

값이 클수록 첨도가 커지고, 첨도가 크다는 것은 펄스가 보다 뾰족하다는 것을 나타낸다. 반대로, 정수화된

값이 작을수록 첨도가 작아지고, 첨도가 작다는 것은 펄스가 보다 완만하다는 것을 나타낸다.

다른 실시예에 따르면, 라인 b와 라인 c에 의해 형성되는 각도

는 다음의 수학식 3에 의해 정의될 수도 있다.

라인들 a, b 및 c의 길이를 구하기 위해서는 제곱근 연산이 필요하나, 수학식 3을 통해 a, b 및 c의 길이에 대한 제곱근 연산 없이도 각도

가 대략적으로 추정될 수 있다. 이를 통해, 계산량이 보다 절감될 수 있다. 그리고, 구해진

값에 기초하여 제1 기준점(920)에 대한 첨도가 결정될 수 있다.

위와 같은 과정을 통해 결정된 각 기준점들에 대한 첨도가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에서는, 편의상 각 기준점들의 첨도에 100을 곱하여 첨도가 -100 내지 +100 사이의 값을 가지도록 하였다. 기준점의 첨도가 +100에 가까울수록 기준점을 포함하는 펄스 성분이 보다 뾰족해진다.

도 10에 도시된 PPG 신호 파형(1010)은 PPG 신호의 펄스 방향이 위쪽 방향인 경우이다. 펄스 방향이 위쪽 방향인 경우, 제1 기준점들(1020, 1025, 1030, 1035, 1040)의 첨도들이 대체적으로 제2 기준점들(1045, 1050, 1055, 1060, 1065)의 첨도들보다 큰 값을 가진다. 반대로, 펄스 방향이 아래쪽 방향인 경우, 제2 기준점들(1045, 1050, 1055, 1060, 1065)의 첨도들이 대체적으로 제1 기준점들(1020, 1025, 1030, 1035, 1040)의 첨도들보다 큰 값을 가진다.

일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들(1020, 1025, 1030, 1035, 1040)의 첨도들을 합산한 제1 첨도 합과 제2 기준점들(1045, 1050, 1055, 1060, 1065)의 첨도들을 합산한 제2 첨도 합을 비교하여 PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향을 결정할 수 있다. 제1 첨도 합이 제2 첨도 합보다 큰 경우, 생체신호 처리 장치는 PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향이 위쪽을 향하는 것으로 결정할 수 있다. 반대로, 제2 첨도 합이 제1 첨도 합보다 큰 경우, 생체신호 처리 장치는 PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향이 아래쪽을 향하는 것으로 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 제1 기준점들(1020, 1025, 1030, 1035, 1040)의 첨도들 및 제2 기준점들(1045, 1050, 1055, 1060, 1065)의 첨도들에 기초하여 펄스 방향 강도를 결정하고, 결정된 펄스 방향에 기초하여 PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향을 결정할 수 있다. 펄스 방향 강도는 PPG 신호 파형(1010)에서 펄스가 위쪽 및 아래쪽 방향 중 어느 방향에 얼마나 강하게 형성되었는지를 나타낸다. 생체신호 처리 장치는 예를 들어, 아래의 수학식 4에 기초하여 펄스 방향 강도를 계산할 수 있다.

여기서, d_new는 현재 펄스 방향 강도를 나타내고, d_old는 이전 펄스 방향 강도를 나타낸다. d_new는 기준점이 검출될 때마다 가중치

에 기초하여 업데이트될 수 있다.

가 클수록, d_new는 d_old에 영향을 보다 적게 받는다. 수학식 4에서 분모인

는 d_new 값을 정규화(normalization)하기 위해 이용된다. s는 현재 기준점이 제1 기준점이면 +1의 값을 가지고, 제2 기준점이면 -1 값을 가진다.

생체신호 처리 장치는 d_new의 값이 0보다 큰 경우에는, PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향이 위쪽을 향하는 것으로 결정하고, 반대로 d_new 값이 0보다 작은 경우에는, PPG 신호 파형(1010)의 펄스 방향이 아래쪽을 향하는 것으로 결정할 수 있다

도 11은 일 실시예에 따른 전처리가 수행된 PPG 신호에 대해 결정된 펄스 방향 강도를 도시하는 도면이다. 도 11을 참조하면, (a) 구간에서 PPG 신호 파형(1110)의 펄스 방향은 위쪽을 향하고 있고, 이에 따라 펄스 방향 강도(1120)가 0보다 큰 값을 나타내고 있다. (b) 구간에서 PPG 신호 파형(1110)의 펄스 방향이 아래쪽을 향하는 것으로 역전되었고, (a) 구간에서의 펄스 방향 강도(1120)가 점차적으로 줄어들어 결국에는 0보다 작아지는 것을 나타내고 있다. (c), (d) 구간에서 PPG 신호 파형(1110)은 깊은 호흡 등에 인해 심하게 요동치고 있음을 나타내고 있다. 하지만, 생체신호 처리 장치는 PPG 신호 파형(1110)의 급격한 요동에 관계 없이 (c), (d) 구간에서 펄스 방향 강도(1120)를 정확히 산출할 수 있고, 이에 따라 PPG 신호 파형(1110)의 펄스 방향도 정확히 결정할 수 있다.

도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 펄스 방향에 따라 PPG 신호의 특징점을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

PPG 신호의 펄스 방향이 결정된 이후에, 펄스 방향을 고려하여 생체신호(또는, 도 6에서 설명된 전처리 과정이 수행된 생체신호)에 대해 특징점이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치는 PPG 신호 파형에 저역 통과 필터를 적용하고, 생체신호의 펄스 방향에 기초하여 PPG 신호 파형에 대한 기울기 합을 결정할 수 있다.

예를 들어, 생체신호 처리 장치는 아래 수학식 5에 기초하여 시간에 따른 기울기 합 SSF을 계산할 수 있다.

여기서, w는 PPG 신호 파형에 적용되는 윈도우의 길이를 나타내고, y_k는 저역 통과 필터가 적용된 PPG 신호를 나타낸다.

는

를 나타낸다. 기울기 합을 이용함으로써 별도의 고역 통과 필터(high-pass filter)를 이용하지 않아도 PPG 신호 파형에서 특징점을 정확히 결정할 수 있다.

생체신호 처리 장치는 수학식 5에 따른 기울기 합 SSF과 임계 값에 기초하여 PPG 신호의 특징점을 결정할 수 있다. 여기서, 임계 값은 PPG 신호의 변화에 따라 적응적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 임계 값이 현재의 PPG 신호의 신호 값에 비례하여 변화할 수 있다. 예를 들어, 임계 값은 아래 수학식 6에 따라 적응적으로 결정될 수 있다.

여기서, AT_k는 시간 k에서의 임계 값을 나타내고, S_r은 PPG 신호 파형에서의 기울기 변화율을 나타낸다. V_prev는 이전 펄스 신호 값을 나타내고, std_PPG는 PPG 신호의 표준 편차(standard deviation)를 나타낸다. F_s는 샘플링 주파수를 나타낸다.

수학식 6에 따르면, PPG 신호가 임계 값보다 커질 때까지 임계 값은 작아질 수 있다. 이를 통해, 호흡이나 신체적 움직임에 의해 PPG 신호의 신호 값이 크게 변동하는 경우에도 정확하게 특징점이 검출될 수 있다.

도 12에 도시된 것과 같이, PPG 신호 파형(1210)의 펄스 방향이 위쪽을 향하고 있는 것으로 결정된 경우, 수학식 5에 따라 기울기 합(1220)이 계산될 수 있다. PPG 신호 파형(1210)의 변화에 따라 수학식 6에 기초한 임계 값(1230)이 적응적으로 결정되고, 임계 값(1230)에 기초하여 PPG 신호 파형(1210)에서 특징점(1240)들이 결정될 수 있다. 예를 들어, 기울기 합(1220)에서 임계 값(1230)보다 큰 위치가 식별되고, PPG 신호 파형(1210)에서 해당 식별된 위치를 중심으로 하는 일 시간 구간에서 가장 큰 신호 값을 가지는 신호의 위치가 특징점으로서 결정될 수 있다.

도 13에 도시된 것과 같이, PPG 신호 파형(1310)의 펄스 방향이 아래쪽을 향하고 있는 것으로 결정된 경우, 수학식 5에서

는

로 대체되어 양의 기울기 값(1320)이 획득될 수 있다. 그 후, 도 12에서와 유사하게, PPG 신호 파형(1310)의 변화에 따라 수학식 6에 기초한 임계 값(1330)이 적응적으로 결정되고, 임계 값(1330)에 기초하여 PPG 신호 파형(1310)에서 특징점(1340)들이 결정될 수 있다. 예를 들어, 기울기 합(1320)에서 임계 값(1330)보다 큰 위치가 식별되고, PPG 신호 파형(1310)에서 해당 식별된 위치를 중심으로 하는 일 시간 구간에서 가장 작은 신호 값을 가지는 신호의 위치가 특징점으로서 결정될 수 있다.

위와 같은 과정을 통해, PPG 신호 파형의 펄스 방향이 어느 방향을 향하고 있든지 상관 없이, PPG 신호 파형으로부터 특징점들이 정확하고 빠르게 검출될 수 있다.

도 14는 일 실시예에 따른 생체신호 처리 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 14를 참조하면, 생체신호 처리 장치(1400)는 센서(1430)로부터 센서(1430)에 의해 센싱된 생체신호를 수신하고, 수신한 생체신호로부터 특징점들을 검출할 수 있다. 검출된 특징점들에 대한 정보는 생체 정보 추정 장치(1440)에 전달되고, 생체 정보 추정 장치(1440)는 특징점들에 대한 정보에 기초하여 혈압, 심박수 등과 같은 생체 정보를 추정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 생체신호 처리 장치(1400)는 도 1에 도시된 웨어러블 장치(100)에 내장되어 동작할 수 있고, 하나 이상의 프로세서(1410) 및 메모리(1420)를 포함할 수 있다. 프로세서(1410)는 도 1 내지 도 13을 통하여 전술한 하나 이상의 동작을 수행한다. 예를 들어, 프로세서(1410)는 생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하고, 추출된 기준점들에 기초하여 생체신호의 펄스 방향을 결정한 후 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 생체신호의 특징점을 결정할 수 있다. 프로세서(1410)는 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하고, 첨도에 기초하여 생체신호의 특징점을 결정할 수 있다. 이와 같은 프로세서(1410)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있으나, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

메모리(1420)는 도 1 내지 도 13을 통하여 전술한 하나 이상의 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들(instructions)을 저장하거나 또는 생체신호 처리 장치(1400)가 운용되면서 획득된 데이터와 결과를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리(1420)는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체, 예컨대 고속 랜덤 액세스 메모리 및/또는 비휘발성 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 하나 이상의 디스크 저장 디바이스들, 플래쉬 메모리 디바이스들, 또는 기타 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리 디바이스들)를 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims

생체신호 처리 장치에 의해 수행되는 생체신호 처리 방법에 있어서,
생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 단계;
상기 추출된 기준점들에 기초하여 상기 생체신호의 펄스 방향을 결정하는 단계; 및
상기 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 기준점들을 추출하는 단계는,
상기 생체신호의 파형으로부터 극대점 및 극소점 중 적어도 하나에 대응하는 후보 기준점들을 추출하는 단계; 및 상기 후보 기준점들의 신호 값에 기초하여 상기 후보 기준점들 중에서 상기 기준점들을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 후보 기준점들은,
극대점들에 대응하는 제1 후보 기준점들 및 극소점들에 대응하는 제2 후보 기준점들을 포함하고,
상기 기준점들을 결정하는 단계는,
서로 인접한 제1 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 큰 제1 후보 기준점을 제1 기준점으로 결정하는 단계; 및 서로 인접한 제2 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 작은 제2 후보 기준점을 제2 기준점으로 결정하는 단계를 포함하고,
상기 펄스 방향을 결정하는 단계는,
제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하는 단계; 및
상기 첨도에 기초하여 상기 펄스 방향을 결정하는 단계를 포함하는 생체신호 처리 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 후보 기준점들을 추출하는 단계는,
상기 생체신호의 파형의 일 시간 구간에서 결정된 가장 큰 신호 값 또는 가장 작은 신호 값에 기초하여 상기 후보 기준점들을 결정하는 단계
를 포함하는 생체신호 처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 첨도를 결정하는 단계는,
상기 생체신호의 파형에서 제1 기준점으로부터 상기 제1 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점을 연결하는 제1 라인 및 상기 제1 기준점과 상기 제1 후보 기준점을 연결하는 제2 라인이 형성하는 각도에 따라 상기 제1 기준점에 대응하는 첨도를 결정하고,
상기 생체신호의 파형에서 제2 기준점으로부터 상기 제2 기준점에 인접하는 제2 후보 기준점을 연결하는 제1 라인 및 상기 제1 기준점과 상기 제1 후보 기준점을 연결하는 제2 라인이 형성하는 각도에 따라 상기 제2 기준점에 대응하는 첨도를 결정하는, 생체신호 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 기준점에 대응하는 첨도를 결정하는 단계는,
상기 생체신호의 파형에서 제1 기준점과 상기 제1 기준점에 인접하는 제1 후보 기준점을 연결하는 제1 라인 및 상기 제1 기준점과 상기 제1 기준점에 인접하는 다른 제1 후보 기준점을 연결하는 제2 라인이 형성하는 각도에 기초하여 상기 제1 기준점에 대응하는 첨도를 결정되는, 생체신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 펄스 방향을 결정하는 단계는,
상기 제1 기준점들의 첨도와 상기 제2 기준점들의 첨도에 기초한 펄스 방향 강도가 임계 값 보다 큰 경우에는 상기 생체신호 파형이 제1 펄스 방향인 것으로 결정하고,
상기 펄스 방향 강도가 상기 임계 값 이하인 경우에는 상기 생체신호 파형이 상기 제1 펄스 방향과 다른 제2 펄스 방향인 것으로 결정하는, 생체신호 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 펄스 방향을 결정하는 단계는,
현재 기준점이 제1 기준점 또는 제2 기준점인지 여부, 상기 현재 기준점에 대응하는 첨도, 이전 펄스 방향 강도 및 현재 펄스 방향 강도의 정규화를 위한 가중치에 기초하여 상기 현재 펄스 방향 강도를 결정하는 단계; 및
다음 기준점이 제1 기준점 또는 제2 기준점인지 여부 및 상기 다음 기준점에 대응하는 첨도, 상기 현재 펄스 방향 강도 및 다음 펄스 방향 강도의 정규화를 위한 가중치에 기초하여 상기 다음 펄스 방향 강도를 결정하는 단계
를 포함하는 생체신호 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 펄스 방향을 결정하는 단계는,
상기 펄스 방향 강도가 임계 값보다 큰 경우에는 상기 생체신호의 파형이 제1 펄스 방향인 것으로 결정하고, 상기 펄스 방향 강도가 상기 임계 값 이하인 경우에는 상기 생체신호의 파형이 제2 펄스 방향인 것으로 결정하고,
상기 제1 펄스 방향은, 상기 제2 펄스 방향과 다른, 생체신호 처리 방법.
제10항에 있어서,
상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계는,
상기 생체신호의 펄스 방향이 상기 제1 펄스 방향인 것으로 결정된 경우, 상기 제1 펄스 방향에 대응하는 제1 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하고,
상기 생체신호의 펄스 방향이 상기 제2 펄스 방향인 것으로 결정된 경우, 상기 제2 펄스 방향에 대응하는 제2 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하고,
상기 제1 특징점 결정 방식은, 상기 제2 특징점 결정 방식과 다른, 생체신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 펄스 방향을 결정하는 단계는,
상기 제1 기준점들의 첨도들의 합과 상기 제2 기준점들의 첨도들의 합 간의 비교 결과에 기초하여 상기 펄스 방향을 결정하는, 생체신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 생체신호에서 직류 성분을 제거하는 단계
를 더 포함하고,
상기 기준점들을 추출하는 단계는,
상기 직류 성분이 제거된 생체신호의 파형으로부터 상기 기준점들을 추출하는, 생체신호 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 직류 성분이 제거된 생체신호를 필터링하여 상기 생체신호에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계
를 더 포함하고,
상기 기준점들을 추출하는 단계는,
상기 고주파 노이즈가 제거된 생체신호의 파형으로부터 상기 기준점들을 추출하는, 생체신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계는,
상기 펄스 방향에 따라 제1 기준점들 및 제2 기준점들 중 어느 하나에 기초하여 상기 생체신호의 특징점을 결정하는, 생체신호 처리 방법.
생체신호 처리 장치에 의해 수행되는 생체신호 처리 방법에 있어서,
생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 단계;
상기 추출된 기준점들에 기초하여 상기 생체신호의 펄스 방향을 결정하는 단계; 및
상기 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계는,
상기 생체신호의 파형에 저역 통과 필터를 적용하는 단계;
상기 펄스 방향에 기초하여 상기 저역 통과 필터가 적용된 생체신호의 파형에 대해 시간에 따른 기울기 합을 결정하는 단계; 및
상기 기울기 합과 임계 값에 기초하여 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 단계를 포함하는 생체신호 처리 방법.
제16항에 있어서,
상기 임계 값은,
상기 생체신호의 변화에 따라 적응적으로 변화하는, 생체신호 처리 방법.
컴퓨팅 하드웨어가 제1항 , 제4항 및 제6항 내지 제17항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는 비일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
적어도 하나의 프로세서; 및
상기 프로세서에 의해 실행될 인스트럭션들(instructions)을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고,
상기 인스트럭션들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금,
생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 동작;
상기 추출된 기준점들에 기초하여 상기 생체신호의 펄스 방향을 결정하는 동작; 및
상기 펄스 방향에 대응하는 특징점 결정 방식에 따라 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 동작을 실행하도록 구성되고,
상기 기준점들을 추출하는 동작은,
상기 생체신호의 파형으로부터 극대점 및 극소점 중 적어도 하나에 대응하는 후보 기준점들을 추출하는 동작; 및 상기 후보 기준점들의 신호 값에 기초하여 상기 후보 기준점들 중에서 상기 기준점들을 결정하는 동작을 포함하고,
상기 후보 기준점들은,
극대점들에 대응하는 제1 후보 기준점들 및 극소점들에 대응하는 제2 후보 기준점들을 포함하고,
상기 기준점들을 결정하는 동작은,
서로 인접한 제1 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 큰 제1 후보 기준점을 제1 기준점으로 결정하는 단계; 및 서로 인접한 제2 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 작은 제2 후보 기준점을 제2 기준점으로 결정하는 동작을 포함하고,
상기 펄스 방향을 결정하는 동작은,
제1 기준점들 및 제2 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하는 동작; 및
상기 첨도에 기초하여 상기 펄스 방향을 결정하는 동작을 포함하는 생체신호 처리 장치.
적어도 하나의 프로세서; 및
상기 프로세서에 의해 실행될 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고,
상기 인스트럭션들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금,
생체신호의 파형으로부터 기준점들을 추출하는 동작;
상기 기준점들 각각에 대응하는 첨도를 결정하는 동작 - 상기 첨도는 기준점을 중심으로 상기 생체신호의 파형이 얼마나 급격히 변화하는지를 나타냄 -; 및
상기 첨도에 기초하여 상기 생체신호의 특징점을 결정하는 동작을 실행하도록 구성되고,
상기 기준점들을 추출하는 동작은,
상기 생체신호의 파형으로부터 극대점 및 극소점 중 적어도 하나에 대응하는 후보 기준점들을 추출하는 동작; 및 상기 후보 기준점들의 신호 값에 기초하여 상기 후보 기준점들 중에서 상기 기준점들을 결정하는 동작을 포함하고,
상기 후보 기준점들은,
극대점들에 대응하는 제1 후보 기준점들 및 극소점들에 대응하는 제2 후보 기준점들을 포함하고,
상기 기준점들을 결정하는 동작은,
서로 인접한 제1 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 큰 제1 후보 기준점을 제1 기준점으로 결정하는 단계; 및 서로 인접한 제2 후보 기준점들에서 신호 값이 가장 작은 제2 후보 기준점을 제2 기준점으로 결정하는 동작을 포함하는
생체신호 처리 장치.