KR102627743B1 - METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING AGE USING photoplethysmography - Google Patents

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Abstract

광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 이용한 연령 추정 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에 따르면, 그 방법은 추정 대상자의 대상 부위에 대해 PPG를 측정하여 PPG 신호를 획득하고, 상기 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호를 획득하고, 상기 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하고, 상기 TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하고, 상기 차이 변인 및 상기 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하고, 상기 모델 출력에 기초하여 상기 추정 대상자의 연령을 추정하는 단계들을 포함할 수 있다.A method and device for age estimation using photoplethysmography (PPG) are provided. According to one embodiment, the method measures PPG for the target area of the estimated subject to obtain a PPG signal, and performs differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative of PPG (SDPPG) signal and 3 Obtaining a third derivative of PPG (TDPPG) signal, determining a difference variable based on the second peak values of the SDPPG signal, and determining a cumulative variable based on the third peak values of the TDPPG signal, It may include steps of executing an age estimation model based on the difference variable and the accumulation variable to obtain a model output, and estimating the age of the estimated subject based on the model output.

Description

광용적맥파를 이용한 연령 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING AGE USING photoplethysmography}Age estimation method and device using photoplethysmography {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING AGE USING photoplethysmography}

아래 실시예들은 광용적맥파를 이용한 연령 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The examples below relate to a method and device for age estimation using photoplethysmography.

사회의 고령화가 급속도로 진행됨에 따라 고령자들의 건강관리의 필요성이 강조되고 있다. 특히 활력 징후로 평가되는 심혈관계 기능과 근골격계 기능에 대한 생체신호들을 측정하는 ICT기반의 헬스케어 기술이 고도화되어 비침습적 웨어러블 형태의 디바이스 또는 라이프로그(life log)를 기록할 수 있는 일상 생활 모니터링 기술들로 상용화되고 있다. 다양한 일상생활 모니터링 기술 중 대표적인 기술로는 심혈관계 기능을 대표하는 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)가 있다. PPG 펄스는 박동 성분(pulsatile component) 및 일정 성분(constant component)을 가지고 신체 일부(예: 손가락, 귓볼)을 가로지르는 적외선의 흡수치를 나타낼 수 있다. 이는 심혈관 흐름, 부피, 혈액의 혈관 벽 움직임, 및 동맥과 심장의 배열을 나타낼 수 있다. 이러한 심혈관계 기능은 노화, 고혈압, 당뇨병 등에 대한 간접적인 평가에 사용될 수 있다. 선행기술로는 공개특허 제10-2008-0030189호가 있다.As the aging of society progresses rapidly, the need for health care for the elderly is being emphasized. In particular, ICT-based healthcare technology that measures biosignals for cardiovascular and musculoskeletal functions, which are evaluated as vital signs, has become advanced, and daily life monitoring technology can record non-invasive wearable devices or life logs. are being commercialized. Among various daily life monitoring technologies, a representative technology is photoplethysmography (PPG), which represents cardiovascular function. A PPG pulse can represent the absorption of infrared radiation across a body part (eg, finger, earlobe) with a pulsatile component and a constant component. It can represent cardiovascular flow, volume, blood vessel wall movement, and arrangement of arteries and the heart. This cardiovascular function can be used for indirect evaluation of aging, high blood pressure, diabetes, etc. Prior art includes Patent Publication No. 10-2008-0030189.

일 실시예에 따르면, 연령 추정 방법은 추정 대상자의 대상 부위에 대해 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하여 PPG 신호를 획득하는 단계; 상기 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호를 획득하는 단계; 상기 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하는 단계; 상기 TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하는 단계; 상기 차이 변인 및 상기 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하는 단계; 및 상기 모델 출력에 기초하여 상기 추정 대상자의 연령을 추정하는 단계를 포함한다.According to one embodiment, the age estimation method includes the steps of measuring photoplethysmography (PPG) on a target area of an estimated subject to obtain a PPG signal; performing differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative PPG (second derivative of PPG, SDPPG) signal and a third derivative PPG (third derivative of PPG, TDPPG) signal; determining a difference variable based on secondary peak values of the SDPPG signal; determining a cumulative variable based on third peak values of the TDPPG signal; executing an age estimation model based on the difference variable and the cumulative variable to obtain model output; and estimating the age of the estimated subject based on the model output.

상기 SDPPG 신호의 상기 2차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 하나의 수축기와 하나의 이완기를 포함하는 하나의 주기에서 상기 PPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 2차 피크 값, 제2 2차 피크 값, 제3 2차 피크 값, 제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값을 포함할 수 있고, 상기 차이 변인은 상기 제2 2차 피크 값에서 상기 제3 2차 피크 값 ,상기 제4 2차 피크 값, 및 상기 제5 2차 피크 값을 뺀 나머지를 상기 제1 2차 피크 값으로 나눈 결과에 대응할 수 있다.The secondary peak values of the SDPPG signal are a first secondary peak value and a second secondary peak value sequentially corresponding to inflection points of the PPG signal in one cycle including one systole and one diastole of the PPG signal. It may include a peak value, a third secondary peak value, a fourth secondary peak value, and a fifth secondary peak value, and the difference variable is the second secondary peak value to the third secondary peak value, It may correspond to a result of dividing the remainder after subtracting the fourth secondary peak value and the fifth secondary peak value by the first secondary peak value.

상기 TDPPG 신호의 상기 3차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 상기 하나의 주기에서 상기 SDPPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 3차 피크 값, 제2 3차 피크 값, 제3 3차 피크 값, 제4 3차 피크 값, 및 제5 3차 피크 값을 포함할 수 있고, 상기 누적 변인은 상기 제1 3차 피크 값, 상기 제2 3차 피크 값, 상기 제3 3차 피크 값, 상기 제4 3차 피크 값, 및 상기 제5 3차 피크 값에 따른 상기 TDPPG 신호의 실효 값(root mean square, rms)에 해당할 수 있다.The 3rd peak values of the TDPPG signal are a 1st 3rd peak value, a 2nd 3rd peak value, and a 3rd 3rd peak value that sequentially correspond to inflection points of the SDPPG signal in the one cycle of the PPG signal. , may include a fourth tertiary peak value, and a fifth tertiary peak value, and the cumulative variable is the first tertiary peak value, the second tertiary peak value, the third tertiary peak value, and the It may correspond to the root mean square (rms) of the TDPPG signal according to the fourth third peak value and the fifth third peak value.

상기 추정 대상자는 65세 이상의 여성일 수 있고, 상기 대상 부위는 귓볼일 수 있다.The estimated subject may be a woman over 65 years of age, and the target area may be an earlobe.

상기 PPG 신호를 획득하는 단계는 상기 추정 대상자의 상기 대상 부위에 고정된 웨어러블형 장치를 통해 미리 정해진 시간 동안 상기 PPG를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.Obtaining the PPG signal may include measuring the PPG for a predetermined period of time through a wearable device fixed to the target area of the estimated subject.

상기 연령 추정 모델은 트레이닝 세트, 검증 세트, 및 테스트 세트를 포함하는 입력 샘플에 기초하여 미리 트레이닝된 뉴럴 네트워크 모델을 통해 도출될 수 있고, 상기 뉴럴 네트워크 모델은 복수의 뉴런을 포함하는 단일 히든 레이어 및 FFNN(feed forward neural network)의 두 레이어를 포함하는 출력 레이어를 포함할 수 있다.The age estimation model may be derived through a neural network model pre-trained based on input samples including a training set, validation set, and test set, and the neural network model may include a single hidden layer including a plurality of neurons, and It may include an output layer containing two layers of a feed forward neural network (FFNN).

상기 모델 출력은 다음의 수학식을 통해 획득될 수 있다.The model output can be obtained through the following equation.

상기 수학식에서 상기 Age는 상기 모델 출력, 상기 AI는 상기 차이 변인, 상기 는 상기 누적 변인을 나타낼 수 있다.In the above equation, Age is the model output, AI is the difference variable, and may represent the cumulative variable.

일 실시예에 따르면, 연령 추정 장치는 프로세서; 및 상기 프로세서에서 실행가능한 명령어들을 포함하는 메모리를 포함하고, 상기 명령어들이 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 추정 대상자의 대상 부위에 대해 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하여 PPG 신호를 획득하고, 상기 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호를 획득하고, 상기 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하고, 상기 TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하고, 상기 차이 변인 및 상기 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하고, 상기 모델 출력에 기초하여 상기 추정 대상자의 연령을 추정한다.According to one embodiment, the age estimation device includes a processor; and a memory including instructions executable by the processor, and when the instructions are executed by the processor, the processor measures photoplethysmography (PPG) on the target area of the estimated subject to obtain a PPG signal, , perform differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative PPG (second derivative of PPG, SDPPG) signal and a third derivative PPG (third derivative of PPG, TDPPG) signal, and add to the second peak values of the SDPPG signal determine a difference variable based on the third peak values of the TDPPG signal, determine a cumulative variable based on the third peak values of the TDPPG signal, run an age estimation model based on the difference variable and the cumulative variable to obtain a model output, and obtain a model output. Based on this, the age of the subject is estimated.

도 1은 일 실시예에 따른 연령 추정 과정을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 PPG, SDPPG, TDPPG 신호들을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 뉴럴 네트워크 모델을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 후보 변인에 대한 선형 피팅 결과를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 선택 변인의 테스트 세트에 대한 추정 결과를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 트레이닝, 검증, 테스트 데이터에 의한 각 에폭의 mse를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 트레이닝, 검증, 테스트, 모든 데이터에 의한 회귀 결과, 에러 히스토그램, 브란트-앨트먼 플롯을 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 연령 추정 장치와 측정 장치를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치를 나타낸다.
Figure 1 schematically shows an age estimation process according to one embodiment.
Figure 2 shows PPG, SDPPG, and TDPPG signals according to one embodiment.
Figure 3 shows a neural network model according to one embodiment.
Figure 4 shows linear fitting results for candidate variables according to one embodiment.
Figure 5 shows estimation results for a test set of selection variables according to one embodiment.
Figure 6 shows mse of each epoch by training, verification, and test data according to one embodiment.
Figure 7 shows training, validation, testing, regression results with all data, error histogram, and Brandt-Altman plot according to one embodiment.
Figure 8 shows an age estimation device and a measurement device according to an embodiment.
9 shows an electronic device according to one embodiment.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the actual implementation form is not limited to the specific disclosed embodiments, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.

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.Terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

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.When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.

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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

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.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 연령 추정 과정을 개략적으로 나타낸다.Figure 1 schematically shows an age estimation process according to one embodiment.

연령 추정 장치(100)는 추정 대상자(101)의 대상 부위에 대해 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하여 PPG 신호(111)를 획득할 수 있다. 예를 들어, PPG는 웨어러블형 장치를 통해 측정될 수 있다. PPG 신호(111)는 맥파(pulse wave)에 해당할 수 있다. PPG 펄스는 교감신경계와 자율신경계를 평가하는 심박수 변동성처럼 맥박 변동성으로 사용될 수도 있고, 자체 형태 분석(morphology analysis)으로 심혈관계 관련 다양한 지표를 얻을 수 있다.The age estimation device 100 may obtain a PPG signal 111 by measuring photoplethysmography (PPG) on a target area of the estimated subject 101. For example, PPG can be measured through a wearable device. The PPG signal 111 may correspond to a pulse wave. PPG pulse can be used as pulse variability, such as heart rate variability to evaluate the sympathetic and autonomic nervous systems, and can obtain various indicators related to the cardiovascular system through its own morphology analysis.

변곡점의 인식이 심전도 기록처럼 명확하지 않아 더욱 간편하고 객관적인 평가가 가능하도록 미분한 값인 SDPPG 또는 TDPPG가 사용될 수 있다. 연령 추정 장치(100)는 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호(112) 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호(113)를 획득할 수 있다. SDPPG 신호(112), TDPPG 신호(113)는 맥파의 변곡점에 대해 더욱 세밀한 정보를 제공할 수 있다. SDPPG는 동맥 강성(arterial stiffness)의 지표로 사용될 수도 있다.Since recognition of the inflection point is not as clear as in an ECG record, differential values such as SDPPG or TDPPG can be used to enable simpler and more objective evaluation. The age estimation device 100 performs differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative PPG (second derivative of PPG, SDPPG) signal 112 and a third derivative PPG (third derivative of PPG, TDPPG) signal 113. can do. The SDPPG signal 112 and TDPPG signal 113 can provide more detailed information about the inflection point of the pulse wave. SDPPG can also be used as an indicator of arterial stiffness.

일반적으로 손가락에서 측정된 SDPPG에서 5개의 상하 파동의 변곡점 중 첫 상승부는 초기 수축(early systolic)까지의 증가를 의미할 수 있고, 두 번째는 감소, 세번째는 수축 후 재 증가, 네 번째는 수축 후 재 감소, 마지막은 초기 이완(early diastolic)을 의미할 수 있다. 즉 PPG 펄스에서 정확한 확인이 어려운 수축 및 이완 기반의 심혈관계 특성은 미분한 형태를 통해 확인할 수 있다.Generally, among the five inflection points of up and down waves in SDPPG measured at the finger, the first rising part can mean an increase until early systolic, the second is a decrease, the third is a re-increase after contraction, and the fourth is an increase after contraction. Re-reduction, the last may mean early diastolic. In other words, cardiovascular characteristics based on contraction and relaxation, which are difficult to accurately confirm from the PPG pulse, can be confirmed through the differential form.

이러한 PPG 펄스는 측정 신체 부위와 연령에 따른 차이와 영향이 있는 것으로 보고되고 있다. 귀, 팔목, 팔, 손가락에서 동시 측정한 PPG 펄스가 모두 다르고, 특히 귓볼에서 측정한 값은 중복맥박 패임(dicrotic notch)과 이완의 위치 판별에는 어려움이 있을 수 있다. 연령은 이러한 어려움에 영향을 줄 수 있다. PPG 펄스 특성의 연령 관련 변화를 확인하면, 고령자의 PPG는 귓볼에서 측정한 펄스 값처럼 젊은 성인에 비해 중복맥박 패임과 이완의 위치 판별이 어려움을 알 수 있다. 이처럼 PPG 펄스는 측정 위치와 연령대의 특성을 반영할 수 있고, 이를 고려한 측정과 분석이 요구될 수 있다.It is reported that these PPG pulses have differences and effects depending on the body part measured and age. PPG pulses measured simultaneously from the ear, wrist, arm, and fingers are all different, and in particular, it may be difficult to determine the location of dicrotic notch and relaxation for values measured from the earlobe. Age can affect these difficulties. Confirming age-related changes in PPG pulse characteristics, it can be seen that the PPG of elderly people has difficulty in determining the location of overlap pulse notches and relaxation compared to that of young adults, such as pulse values measured from the earlobe. In this way, the PPG pulse can reflect the characteristics of the measurement location and age group, and measurement and analysis that takes this into account may be required.

고령자의 특성을 반영하는 PPG 펄스를 이용할 경우 고령자들의 여러 신체 기능 상태를 정량적으로 평가할 수 있는 지표를 개발할 수 있다. 특히 연령에 따른 혈관 상태(vascular status with age)를 확인하는 지표를 개발하면, 비접촉식 측정의 개인 건강관리에 활용할 수 있는 기준이 마련될 수 있다. 이는 혈관 노화의 정도를 정량적으로 파악하는데 이용될 수 있고, SDPPG를 이용하여 노령화 지수(aging index, AI)가 개발될 수 있다. SDPPG로부터 심혈관계 노화를 평가할 수 있는 AI는 SDPPG의 첫번째 변곡점으로 나머지 네 개의 변곡점의 차를 나눈 값으로 정의할 수 있다. 기존의 모델은 대부분 고령자들의 연령을 높은 수준으로 예측할 수 있다.When using PPG pulses that reflect the characteristics of elderly people, it is possible to develop indicators that can quantitatively evaluate various physical functional states of elderly people. In particular, by developing an indicator to check vascular status with age, a standard that can be used for personal health management through non-contact measurement can be established. This can be used to quantitatively determine the degree of vascular aging, and an aging index (AI) can be developed using SDPPG. AI that can evaluate cardiovascular aging from SDPPG can be defined as the difference between the first inflection point of SDPPG and the remaining four inflection points. Existing models can predict the age of most elderly people to a high level.

하지만 기존에 손가락에서 측정되는 PPG 펄스를 기반으로 연령을 예측하고 있으며, AI 외에 추가적인 변인들을 이용한 노화수준 평가 기준을 제시하지는 않고 있다. 연령 추정 장치(100)는 SDPPG보다 펄스의 변곡 상태를 더욱 구체적으로 나타낼 수 있는 TDPPG 펄스로부터 새로운 AI를 도출하고, SDPPG에 따른 AI와 함께 딥러닝 기술을 적용한 선형회귀로 더욱 고도화된 연령에 따른 혈관 상태 지표를 제시할 수 있다.However, age is predicted based on the PPG pulse measured from the finger, and standards for assessing the level of aging using additional variables other than AI are not proposed. The age estimation device 100 derives new AI from the TDPPG pulse, which can represent the inflection state of the pulse more specifically than SDPPG, and provides more advanced age-dependent blood vessels through linear regression using deep learning technology along with AI according to SDPPG. Status indicators can be presented.

연령 추정 장치(100)는 SDPPG 신호(112), TDPPG 신호(113)에 대해 미리 도출된 변인을 이용하여 대상자(101)의 연령을 추정할 수 있다. 연령 추정 장치(100)는 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하고, TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하고, 차이 변인 및 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델(120)을 실행하여 모델 출력을 획득할 수 있다. 연령 추정 장치(100)는 모델 출력에 기초하여 추정 대상자의 연령을 추정할 수 있다. 아래에서 상세히 설명하겠지만, 차이 변인은 AI에 해당할 수 있고, 누적 변인은 누적 TDPPG에 해당할 수 있다. 누적 변인은 연령을 추정할 수 있는 AI와 함께 TDPPG로부터 도출된 추가적인 변인으로, 차이 변인 및 누적 변인과 같이 상관성이 유의미한 변인을 종합하여 연령 추정 모델(120)이 도출될 수 있다.The age estimation device 100 can estimate the age of the subject 101 using variables derived in advance for the SDPPG signal 112 and the TDPPG signal 113. The age estimation device 100 determines a difference variable based on the second peak values of the SDPPG signal, determines an accumulation variable based on the third peak values of the TDPPG signal, and creates an age estimation model based on the difference variable and the accumulation variable. The model output can be obtained by executing (120). The age estimation device 100 may estimate the age of the subject based on the model output. As will be explained in detail below, the difference variable may correspond to AI, and the cumulative variable may correspond to cumulative TDPPG. The cumulative variable is an additional variable derived from TDPPG along with AI that can estimate age, and the age estimation model 120 can be derived by combining variables with significant correlation, such as difference variables and cumulative variables.

변인들 및 연령 추정 모들은 특정 조건 하에서 도출될 수 있고, 연령 추정 시에도 해당 조건이 적용될 수 있다. 예를 들어, 변인들 및 연령 추정 모델은 고령(예: 65세 이상)의 여성의 귓볼로부터 측정된 PPG를 통해 도출될 수 있고, 이에 따라 대상자(101)는 고령(예: 65세 이상)의 여성일 수 있고, 대상 부위는 귓볼일 수 있다. 일례로, 샘플 그룹을 대상으로 사전에 PPG를 측정할 수 있고, SDPPG 및 TDPPG로부터 AI 및 누적 변인을 산출할 수 있다. 예를 들어, 샘플 그룹은 84명(연령: 71.19±6.97세)의 한국인 여성 고령자일 수 있다. 이에 따라 여성 고령자의 연령을 지표화하는 연령 추정 모델(120)이 도출될 수 있다. 예를 들어, 연령 추정 모델(120)은 신체 일부(예: 귓볼)에서 측정되는 PPG기반 심혈관(cardiovascular) 기능 기준의 여성 고령자 노화를 예측할 수 있다.Variables and age estimation models can be derived under specific conditions, and those conditions can also be applied when estimating age. For example, the variables and age estimation model can be derived from PPG measured from the earlobe of an elderly (e.g., 65 years or older) woman, and thus the subject 101 is an elderly (e.g., 65 years or older) or older woman. It may be a woman, and the target area may be the earlobe. For example, PPG can be measured in advance for a sample group, and AI and cumulative variables can be calculated from SDPPG and TDPPG. For example, the sample group could be 84 elderly Korean women (age: 71.19 ± 6.97 years). Accordingly, an age estimation model 120 that indexes the age of a female elderly person can be derived. For example, the age estimation model 120 can predict aging of elderly women based on PPG-based cardiovascular function measured in a body part (eg, earlobe).

도 2는 일 실시예에 따른 PPG, SDPPG, TDPPG 신호들을 나타낸다.Figure 2 shows PPG, SDPPG, and TDPPG signals according to one embodiment.

샘플 그룹을 대상으로 사전에 PPG를 측정할 수 있다. 예를 들어, 샘플 그룹은 인지기능과 근골격계 기능이 정상이며, 부정맥 임상소견이 없는 여성 고령자 84명(나이: 71.19±6.97세)에 해당할 수 있다. 해당 샘플 그룹의 특성은 표 1과 같이 나타낼 수 있다.PPG can be measured in advance for a sample group. For example, the sample group could be 84 elderly women (age: 71.19 ± 6.97 years) with normal cognitive and musculoskeletal functions and no clinical signs of arrhythmia. The characteristics of the sample group can be shown in Table 1.

특성characteristic value 연령(year)Age (year) 71.19 ± 6.9771.19 ± 6.97 몸무게(Kg)Weight (Kg) 58.94 ± 9.3358.94 ± 9.33 키(cm)Height (cm) 153.73 ± 8.11153.73 ± 8.11

샘플 그룹의 모든 대상자가 안정된 상태에서 대상자의 신체 일부(예: 귓볼)의 PPG로부터 심박수 펄스(heart rate pulse)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 센서는 640nm의 가시광선을 사용할 수 있고, 60% 수준의 상대 감도를 가질 수 있다. 센서는 RED LED에 의한 송신부 및 광-다이오드에 의한 수신부를 포함할 수 있다. 광-다이오드는 수신 광의 세기에 따른 전류를 출력할 수 있다. 센서 회로부는 그 전류를 전압으로 변환하고, 신호를 증폭, 필터링하여 최종 출력 신호를 제공할 수 있다. 광-다이오드를 포함하는 수신부의 주파수 응답은 특성 곡선(gain with frequency)에서 -3dB 대역이 0.3~5Hz 영역에 해당할 수 있다. 이는 불필요한 잡음을 제거하는 필터의 주파수 응답에 대응할 수 있다. 입력 신호에 대한 출력 신호의 시간 지연은 72.0ms일 수 있다.With all subjects in a sample group at rest, the heart rate pulse can be measured from the PPG of a part of the subject's body (e.g., earlobe). For example, a measurement sensor can use visible light of 640 nm and have a relative sensitivity of 60%. The sensor may include a transmitting unit using a RED LED and a receiving unit using a photo-diode. A photo-diode can output current according to the intensity of received light. The sensor circuit may convert the current into voltage, amplify and filter the signal, and provide a final output signal. The frequency response of the receiver including the photo-diode may correspond to the -3dB band in the 0.3~5Hz range in the characteristic curve (gain with frequency). This can correspond to the frequency response of the filter that removes unnecessary noise. The time delay of the output signal relative to the input signal may be 72.0 ms.

PPG데이터는 일정 샘플링 주파수(예: 250Hz)로 일정 시간(예: 5분) 동안 측정될 수 있고, 초기 전처리 단계에서 추세 제거(detrending)를 통해 추세나 드리프트 등을 제거할 수 있다. 움직임 잡음, 호흡 리듬과 같은 DC 성분의 저주파 잡음과 고주파 잡음을 제거하기 위해 0.4 내지 9Hz의 차단 주파수로 위상 지연 및 왜곡을 고려한 필터(예: 4-th order band-pass zero phase Butterworth filter)가 적용될 수 있다. 형태학(morphological)적으로 부피 펄스 윤곽(volume pulse trace)에서 중복맥박 패임을 지나 패임이 최소화되는 지점을 펄스의 끝점 및 펄스의 시작점으로 설정하여 펄스 간 간격(pulse-to-pulse interval)으로 정의할 수 있다. 펄스 간 간격의 값들에서 대표적인 단일 펄스 값을 얻기 위해 펄스의 시작점을 기준으로 각 시점의 평균 값으로 대표 펄스 값을 구할 수 있다. 각 대상자의 단일 펄스 PPG 신호에서 SDPPG와 TDPPG를 구하기 위해 2차 및 3차 미분을 수행할 수 있다. 연속적인 펄스 데이터에서 2차 및 3차 미분형태인 SDPPG와 TDPPG 신호는 도 2과 같다. 도 2에 도시된 것처럼, SDPPG에 a-파동(wave)(수축을 향한 상승), b-파동(초기 수축 피크), c-파동(후기 수축 및 중복맥박 패임), d-파동(이완), e-파동(펄스 이후 감소)을 정의할 수 있다.PPG data can be measured for a certain period of time (e.g. 5 minutes) at a certain sampling frequency (e.g. 250 Hz), and trends or drifts can be removed through detrending in the initial preprocessing stage. To remove low- and high-frequency noise of DC components such as movement noise and breathing rhythm, a filter (e.g., 4-th order band-pass zero phase Butterworth filter) considering phase delay and distortion with a cutoff frequency of 0.4 to 9 Hz is applied. You can. Morphologically, the pulse-to-pulse interval can be defined by setting the point where the notch is minimized after passing the overlapping pulse notch in the volume pulse trace as the end point and start point of the pulse. You can. In order to obtain a representative single pulse value from the values of the interval between pulses, the representative pulse value can be obtained as the average value at each time point based on the starting point of the pulse. Second- and third-order differentiation can be performed to obtain SDPPG and TDPPG from each subject's single-pulse PPG signal. SDPPG and TDPPG signals in the second and third differential forms in continuous pulse data are shown in Figure 2. As shown in Figure 2, SDPPG has a-wave (rise toward contraction), b-wave (early contraction peak), c-wave (late contraction and double pulse depression), d-wave (relaxation), An e-wave (pulse followed by a decrease) can be defined.

다중선형 회귀분석을 통해 종속변수인 연령을 추정하는 모델을 도출할 수 있다. SDPPG의 a, b, c, d, e파동의 비율로 나타낸 b/a, c/a, d/a, e/a와, 파동 사이의 시간인 Tab, Tac, Tad, Tae와, 혈관 노화 지수인 AI(예: AI=(b-c-d-e)/a)) 변인 및, TDPPG의 실효 값(root mean square, rms)에 따른 누적 TDPPG(예: ∑TDPPG(*104)) 변인을 독립변수로 설정할 수 있다. 회귀분석은 단계적 방법(stepwise method)을 포함할 수 있다. 총 대상자(예: 84명)의 데이터 중 임의 추출된 일부(예: 약 80%에 해당하는 68명)의 데이터 세트가 모델에 이용될 수 있다. 임의 추출된 나머지(예: 약 20%에 해당하는 16명)의 데이터는 도출된 모델을 검증하기 위한 테스트 세트를 구성할 수 있다.Through multiple linear regression analysis, a model that estimates the dependent variable, age, can be derived. b/a, c/a, d/a, e/a as the ratio of a, b, c, d, and e waves of SDPPG, Tab, Tac, Tad, Tae as the time between waves, and vascular aging index. The variable AI (e.g. AI=(bcde)/a)) and the cumulative TDPPG (e.g. ∑TDPPG(*10 4 )) variable according to the root mean square (rms) of TDPPG can be set as independent variables. there is. Regression analysis may include a stepwise method. A data set of a randomly selected portion (e.g., 68 people, approximately 80%) of the total subjects (e.g., 84 people) can be used in the model. The randomly selected remaining data (e.g., 16 people, approximately 20%) can form a test set to verify the derived model.

도 3은 일 실시예에 따른 뉴럴 네트워크 모델을 나타낸다.Figure 3 shows a neural network model according to one embodiment.

SDPPG 및 TDPPG 변수들을 통해 연령을 추정하는 뉴럴 네트워크를 도출할 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 입력으로 4가지 변수들이 고려될 수 있고, 실제 연령이 타겟이 될 수 있다.A neural network that estimates age can be derived through SDPPG and TDPPG variables. For example, four variables may be considered as input to a neural network, and actual age may be the target.

뉴럴 네트워크는 초기에 임의의 가중치들을 가질 수 있고, 이러한 예시의 결과는 뉴럴 네트워크의 각 실행에서 조금 다르게 나타날 수 있다. 이러한 임의성을 피하기 위해 임의의 시드(seed)가 설정될 수 있다.A neural network can initially have arbitrary weights, and the results of this example may appear slightly different in each run of the neural network. To avoid this randomness, a random seed can be set.

연령 추정을 학습하는 뉴럴 네트워크는 히든 레이어 및 출력 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 히든 레이어는 복수의 뉴런(예: 15개)을 포함하는 단일 히든 레이어일 수 있고, 출력 레이어는 FFNN(feed forward neural network)의 두 레이어일 수 있다. FFNN은 단위 간의 연결 이주기를 형성하지 않을 수 있다. 이 네트워크에서 정보는 입력 레이어에서 히든 레이어의 한 방향으로만 이동하므로 네트워크에 순환이나 루프가 존재하지 않을 수 있다. FFNN 모델의 학습은 가중치의 반복적인 업데이트를 통해 출력 값의 에러를 최소화할 수 있다. 예를 들어, Levenberg-Marquardt 가중치를 이용한 역전파(back propagation)를 통해 에러를 산출할 수 있다.A neural network that learns age estimation may include hidden layers and output layers. For example, the hidden layer may be a single hidden layer containing multiple neurons (e.g., 15), and the output layer may be two layers of a feed forward neural network (FFNN). FFNN may not form connection cycles between units. In this network, information moves in only one direction - from the input layer to the hidden layer, so there can be no cycles or loops in the network. Learning the FFNN model can minimize the error in the output value through repeated updates of weights. For example, the error can be calculated through back propagation using Levenberg-Marquardt weights.

실시예들에서 입력 샘플은 트레이닝 세트, 검증(validation) 세트, 및 테스트 세트로 구분될 수 있다. 트레이닝 세트는 뉴럴 네트워크의 학습에 사용되고, 검증 세트는 트레이닝 중에 원하는 정확도에 도달할 때까지 트레이닝 세트 데이터로부터 사용될 수 있다. 테스트 세트는 뉴럴 네트워크의 정확도를 확인하기 위해 검증, 트레이닝 세트와 완전하게 독립적인 척도로 나누어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 신경망 모델 학습 시 최적화 함수로 Gauss-Newton method와 gradient descent method를 혼합한 Levenberg-Marquardt method가 사용될 수 있다. 훈련하는 동안 뉴럴 네트워크의 성능 향상도는 MSE(mean squared error) 측정을 통해 확인될 수 있다. MSE는 로그 스케일로 표시될 수 있다. 성능은 트레이닝, 검증, 및 테스트 세트들 각각에 관해 나타낼 수 있다. 검증 세트에 대해 최고의 성능을 나타낸 네트워크가 최종 네트워크에 해당할 수 있다. 트레이닝된 뉴럴 네트워크의 MSE는 테스트 샘플들에 관해 측정될 수 있다. 최종 뉴럴 네트워크의 피팅 수준을 확인하기 위해 모든 데이터에 걸친 회귀가 표시될 수 있다.In embodiments, input samples may be divided into a training set, validation set, and test set. The training set is used for training the neural network, and the validation set can be used from the training set data during training until the desired accuracy is reached. The test set can be divided into measures that are completely independent from the validation and training sets to check the accuracy of the neural network. According to one embodiment, the Levenberg-Marquardt method, which combines the Gauss-Newton method and the gradient descent method, can be used as an optimization function when learning a neural network model. The performance improvement of a neural network during training can be confirmed by measuring the mean squared error (MSE). MSE can be expressed in a logarithmic scale. Performance can be expressed for training, validation, and test sets respectively. The network that showed the best performance on the validation set may be the final network. The MSE of a trained neural network can be measured on test samples. A regression across all data can be displayed to check the level of fit of the final neural network.

연령과 전체 변인들 간의 상관관계를 분석하면, 표 2와 같이 C/A, TAC, AI, 누적 TDPPG 변인이 연령과 유의미한 상관관계가 있는 것으로 나타난다. 도 4는 일 실시예에 따른 후보 변인에 대한 선형 피팅 결과를 나타낸다. 연령과 상관된 변수인 C/A, Tac, AI, 누적 TDPPG의 4개의 변인에 대한 1차 선형 피팅을 통해 도 4를 도출할 수 있다.When analyzing the correlation between age and all variables, the C/A, TAC, AI, and cumulative TDPPG variables appear to have a significant correlation with age, as shown in Table 2. Figure 4 shows linear fitting results for candidate variables according to one embodiment. Figure 4 can be derived through first-order linear fitting of four variables correlated with age: C/A, Tac, AI, and cumulative TDPPG.

mean±SDmean±SD rr pp b/ab/a -1.10±0.07-1.10±0.07 0.310.31 N.SN.S. c/ac/a 0.14±0.060.14±0.06 -0.54-0.54 .00*.00* d/ad/a 0.03±0.060.03±0.06 0.120.12 N.SN.S. e/ae/a 0.21±0.050.21±0.05 0.000.00 N.SN.S. Tab (ms)T ab (ms) 44.21±2.5744.21±2.57 -0.05-0.05 N.SN.S. Tac (ms)T ac (ms) 88.21±6.4888.21±6.48 0.330.33 0.1*0.1* Tad (ms)T ad (ms) 108.07±5.03108.07±5.03 0.080.08 N.SN.S. AIA.I. -1.49±0.14-1.49±0.14 0.530.53 .00*.00* ∑TDPTG * 104 ∑TDPTG * 10 4 100.18±0.05100.18±0.05 -0.52-0.52 .00*.00*

종속변수 연령과 상관성이 있는 4개의 변인을 독립변수로하여 Stepwise method를 사용한 다중 선형회귀분석 결과 AI, 누적 TDPPG 두 변인만이 포함된 연령 추정 모델을 도출할 수 있다. Adjusted-r2값은 0.46(p=0.00)이며 모델에 대한 종합적인 결과는 표 3과 같이 나타낼 수 있다. 추정된 값을 이용하여 개발된 모델은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 도 5는 일 실시예에 따른 선택 변인의 테스트 세트에 대한 추정 결과를 나타낸다.As a result of multiple linear regression analysis using the stepwise method with four variables correlated with the dependent variable age as independent variables, an age estimation model containing only two variables, AI and cumulative TDPPG, can be derived. The adjusted-r2 value is 0.46 (p=0.00), and the comprehensive results of the model can be shown in Table 3. The model developed using the estimated values can be expressed as Equation 1. Figure 5 shows estimation results for a test set of selection variables according to one embodiment.

수학식 1에서 Age는 추정 결과(모델 출력), AI는 차이 변인, 는 누적 변인을 나타낼 수 있다.In Equation 1, Age is the estimation result (model output), AI is the difference variable, can represent a cumulative variable.

InterceptIntercept AIA.I. ∑TDPTG * 104 ∑TDPTG * 10 4 EstimateEstimate 109.65109.65 22.1622.16 -0.05-0.05 Standard Error(SE)Standard Error(SE) 6.566.56 4.464.46 0.010.01 t-Statistics(Estimate/SE)t-Statistics(Estimate/SE) 16.7316.73 4.974.97 -4.81-4.81 PP 0.000.00 0.000.00 0.000.00 adjusted-r2 adjusted-r 2 0.460.46

도 6은 일 실시예에 따른 트레이닝, 검증, 테스트 데이터에 의한 각 에폭의 mse를 나타낸다.Figure 6 shows mse of each epoch by training, verification, and test data according to one embodiment.

FFNN의 트레이닝 결과, 네트워크가 트레이닝됨에 따라 MSE는 급격하게 감소되었다. 트레이닝, 검증, 테스트 세트들에 관한 성능은 도 6에 도시되어 있다. 트레이닝 모델의 최적의 성능의 MSE는 16.023이다. 이는 전체 9번의 epoch중 3번의 epoch에 해당한다. MSE는 Epoch 3에서 가장 낮았지만 그 이후에는 검증 세트와 테스트 세트에서 MSE가 증가했다.As a result of FFNN training, MSE decreased rapidly as the network was trained. Performance on training, validation, and test sets is shown in Figure 6. The MSE of the optimal performance of the training model is 16.023. This corresponds to 3 epochs out of a total of 9 epochs. The MSE was lowest in Epoch 3, but after that the MSE increased on the validation and test sets.

도 7은 일 실시예에 따른 트레이닝, 검증, 테스트, 모든 데이터에 의한 회귀 결과, 에러 히스토그램, 브란트-앨트먼 플롯을 나타낸다.Figure 7 shows training, validation, testing, regression results with all data, error histogram, and Brandt-Altman plot according to one embodiment.

트레이닝, 검증, 테스트, 모든 데이터에 관한 회귀 결과는 도 7a와 같다. FFNN을 통해 도출된 회귀 모델에 대한 트레이닝 데이터 결과의 r은 0.855, 검증 데이터 결과의 r은 0.701, 테스트 데이터 결과의 r은 0.859, 모든 데이터 결과의 r은 0.839이다. 도 7b의 에러 히스토그램은 추정 결과의 에러를 나타낸다. 블란트-앨트먼 플롯(Bland-Altman plot)은 실제 나이와 학습 모델의 출력 값들을 비교하는데 사용될 수 있다.Training, validation, testing, and regression results for all data are shown in Figure 7a. The r of the training data results for the regression model derived through FFNN is 0.855, the r of the validation data results is 0.701, the r of the test data results is 0.859, and the r of all data results is 0.839. The error histogram in Figure 7b shows the error of the estimation result. The Bland-Altman plot can be used to compare actual age with the output values of a learning model.

도 8은 일 실시예에 따른 연령 추정 장치와 측정 장치를 나타낸다.Figure 8 shows an age estimation device and a measurement device according to an embodiment.

연령 추정 장치(810)는 프로세서(811) 및 메모리(812)를 포함한다. 메모리(812)는 프로세서(811)에 연결되고, 프로세서(811)에 의해 실행가능한 명령어들, 프로세서(811)가 연산할 데이터 또는 프로세서(811)에 의해 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(812)는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체, 예컨대 고속 랜덤 액세스 메모리 및/또는 비휘발성 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 하나 이상의 디스크 저장 장치, 플래쉬 메모리 장치, 또는 기타 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리 장치)를 포함할 수 있다.The age estimation device 810 includes a processor 811 and a memory 812. The memory 812 is connected to the processor 811 and can store instructions executable by the processor 811, data to be operated by the processor 811, or data processed by the processor 811. Memory 812 may include non-transitory computer-readable media, such as high-speed random access memory and/or non-volatile computer-readable storage media (e.g., one or more disk storage devices, flash memory devices, or other non-volatile solid-state memory devices). It can be included.

프로세서(811)는 도 1 내지 도 7 도 9를 참조하여 설명된 하나 이상의 동작을 수행하기 위한 명령어들을 실행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(811)는 추정 대상자의 대상 부위에 대해 PPG를 측정하여 PPG 신호를 획득하고, PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 SDPPG 신호 및 TDPPG 신호를 획득하고, SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하고, TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하고, 차이 변인 및 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하고, 모델 출력에 기초하여 추정 대상자의 연령을 추정할 수 있다.The processor 811 may execute instructions to perform one or more operations described with reference to FIGS. 1 to 7 and FIG. 9 . For example, the processor 811 measures PPG for the target area of the estimated subject to obtain a PPG signal, performs differentiation on the PPG signal to obtain an SDPPG signal and a TDPPG signal, and obtains the secondary peak values of the SDPPG signal. Determine the difference variable based on , determine the accumulation variable based on the third peak values of the TDPPG signal, run the age estimation model based on the difference variable and the accumulation variable to obtain model output, and based on the model output The age of the subject can be estimated.

연령 추정 장치(810)는 측정 장치(820)를 통해 추정 대상자의 대상 부위로부터 PPG를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(820)는 추정 대상자의 대상 부위에 고정된 웨어러블형 장치에 해당할 수 있다. 연령 추정 장치(810)는 미리 정해진 시간 동안 측정 장치(820)를 통해 PPG를 측정할 수 있다. PPG 신호는 측정 시간에 따라 수축기와 이완기를 반복적으로 포함할 수 있고, 이 중에 하나의 수축기와 하나의 이완기를 포함하는 하나의 주기가 추출되거나, 혹은 평균화 등을 통해 하나의 주기에 대응하는 대표 파형이 도출될 수 있다. 추출된 하나의 주기 또는 대표 파형의 하나의 주기에서 2차 피크 값들 및 3차 피크 값들이 결정될 수 있다.The age estimation device 810 can measure PPG from the target area of the estimated subject through the measurement device 820. For example, the measurement device 820 may correspond to a wearable device fixed to the target area of the estimated subject. The age estimation device 810 may measure PPG through the measurement device 820 for a predetermined period of time. The PPG signal may repeatedly include systole and diastole depending on the measurement time, and one cycle including one systole and one diastole is extracted, or a representative waveform corresponding to one cycle is extracted through averaging. This can be derived. Second peak values and third peak values may be determined in one extracted cycle or one cycle of the representative waveform.

구체적으로, SDPPG 신호의 2차 피크 값들은 PPG 신호의 하나의 수축기와 하나의 이완기를 포함하는 하나의 주기에서 PPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 2차 피크 값, 제2 2차 피크 값, 제3 2차 피크 값, 제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값을 포함할 수 있고, 차이 변인은 제2 2차 피크 값에서 제3 2차 피크 값 ,제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값을 뺀 나머지를 제1 2차 피크 값으로 나눈 결과에 대응할 수 있다. 또한, TDPPG 신호의 3차 피크 값들은 PPG 신호의 하나의 주기에서 SDPPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 3차 피크 값, 제2 3차 피크 값, 제3 3차 피크 값, 제4 3차 피크 값, 및 제5 3차 피크 값을 포함할 수 있고, 누적 변인은 제1 3차 피크 값, 제2 3차 피크 값, 제3 3차 피크 값, 제4 3차 피크 값, 및 제5 3차 피크 값에 따른 TDPPG 신호의 실효 값(root mean square, rms)에 해당할 수 있다.Specifically, the secondary peak values of the SDPPG signal are the first secondary peak value and the second secondary peak sequentially corresponding to the inflection points of the PPG signal in one cycle including one systolic phase and one diastolic phase of the PPG signal. value, the third secondary peak value, the fourth secondary peak value, and the fifth secondary peak value, and the difference variable is the second secondary peak value, the third secondary peak value, and the fourth secondary peak value. It may correspond to the result of dividing the peak value and the remainder after subtracting the fifth secondary peak value by the first secondary peak value. In addition, the 3rd peak values of the TDPPG signal are the 1st 3rd peak value, the 2nd 3rd peak value, the 3rd 3rd peak value, and the 4th 3rd peak value, which sequentially correspond to the inflection points of the SDPPG signal in one cycle of the PPG signal. It may include a tertiary peak value, and a fifth tertiary peak value, and the cumulative variable may include a first tertiary peak value, a second tertiary peak value, a third tertiary peak value, a fourth tertiary peak value, and It may correspond to the root mean square (rms) of the TDPPG signal according to the fifth third peak value.

도 2와 같이, SDPPG 신호의 5개의 변곡 구간은 a, b, c, d, 및 e를 포함할 수 있다. a, b, c, d, 및 e는 제1 2차 피크 값, 제2 2차 피크 값, 제3 2차 피크 값, 제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값에 해당할 수 있다. a, b, c, d, 및 e는 피크의 진폭에 해당하는 값이며, 진폭의 비율 또는 듀레이션(duration)에 대한 지표들을 평가 변인으로 활용할 수 있다. 일반적으로 a, b-파동은 반사파(reflection wave)의 영향이 적은 초기 수축 성분(early systolic component)에 해당할 수 있고, c-파동은 중간-수축(mid-systolic), d는 수축 이후(after systolic), e는 중복맥박 패임 파동(dicrotic notch wave) 이후 또는 이완 성분(diastolic component) 위치에 해당할 수 있다. 고령자 또는 측정위치에 따라 파동이 완만할 수 있고, 이 경우 중복맥박 패임과 그 이후인 이완 성분의 검출이 어려울 수 있다. 따라서 완만한 파동을 보이는 PPG 데이터를 미분할 경우 그 위치가 지연되어 나타날 수 있다.As shown in Figure 2, the five inflection sections of the SDPPG signal may include a, b, c, d, and e. a, b, c, d, and e may correspond to the first secondary peak value, the second secondary peak value, the third secondary peak value, the fourth secondary peak value, and the fifth secondary peak value. there is. a, b, c, d, and e are values corresponding to the amplitude of the peak, and indicators for the ratio of amplitude or duration can be used as evaluation variables. In general, a and b-waves may correspond to the early systolic component with little influence from reflection waves, c-waves correspond to mid-systolic contraction, and d is after contraction. systolic), e may correspond to the position after the dicrotic notch wave or the diastolic component. Depending on the elderly or the measurement location, the wave may be gentle, and in this case, detection of the overlap pulse notch and the subsequent relaxation component may be difficult. Therefore, when differentiating PPG data showing gentle waves, the position may appear delayed.

실시예들에 따르면, a, b-파동의 경우 일반적인 초기 수축 성분과 유사한 위치에 나타날 수 있고, d, e-파동의 경우 중복 맥박패임 이후에 나타날 수 있다. 이는 측정 위치가 귓볼이고, 비교적 고령자에 해당하는 70~80대를 대상으로 함에 따른 곡선의 완만한 특성에 의한 것일 수 있다. 일반적인 젊은 대상자들의 손가락을 측정하는 경우에는 수축에 해당하는 a, b, c, d와 이완에 해당하는 e-파동의 결과로 해석될 수 있다. 실시예들과 같이 특징적인 PPG 파동이 나타나는 경우에는 a, b-파동의 변곡 시점은 유사하지만, c, d-파동은 중간 수축, 수축 이후가 아닌 중복맥박 패임, 이완에 해당하는 점이 고려될 수 있다.According to embodiments, in the case of a and b-waves, it may appear in a similar position to the general initial contraction component, and in the case of d and e-waves, it may appear after the overlapping pulse notch. This may be due to the gentle nature of the curve as the measurement location is the earlobe and the target is relatively elderly people in their 70s and 80s. When measuring the fingers of typical young subjects, the results can be interpreted as a, b, c, and d waves corresponding to contraction and e-waves corresponding to relaxation. In cases where characteristic PPG waves appear as in the embodiments, the inflection points of a and b-waves are similar, but it can be considered that c and d-waves correspond to overlap pulse depression and relaxation rather than mid-contraction or post-contraction. there is.

c와 d의 합을 a로 나눈 지표는 말초혈관계의 혈액이행능력수준을 의미할 수 있다. 젊거나 혈류상태가 양호한 경우 c-파동은 높고, d-파동은 낮은 특징을 보일 수 있고, 고령층에서 혈액순환이 나쁠 경우 c-파동이 낮게 나타날 수 있다. 수축과 이완의 중간에서 정적인 상태의 심부하를 의미하는 중복맥박 패임은 젊은 성인의 손가락 PPG 파동에서 명확하게 검출될 수 있다. 이 경우의 c와 d는 수축 이후에서 중복맥박 패임 직전의 구간을 의미하며, 실시예들에서 의미하는 c와 d의 구간은 중복맥박 패임과 수축 구간이므로 정적상태의 심부하와 이완의 심혈관의 상태가 좋을수록 c-파동이 더욱 크게 나타날 수 있다.The index divided by the sum of c and d by a may mean the level of blood transfer ability of the peripheral vascular system. If you are young or have good blood flow, the c-wave may be high and the d-wave may be low, and if the blood circulation is poor in the elderly, the c-wave may be low. The double pulse notch, which refers to cardiac load in a static state between contraction and relaxation, can be clearly detected in the finger PPG waves of young adults. In this case, c and d refer to the section after contraction and immediately before the double pulse notch, and the sections c and d in the embodiments are the double pulse notch and contraction section, so the cardiovascular state of cardiac load and relaxation in a static state. The better the c-wave, the larger the c-wave can appear.

실시예들에 따르면, 연대기적인 나이(실제 나이)와 변인들과의 상관관계에서 SDPPG의 c/a와 AI, 및 TDPPG의 rms의 총 합인 누적 TDPPG(∑TDPPG(*104)) 변인에서 유의미한 상관성이 있는 것을 확인할 수 있다.According to the embodiments, in the correlation between chronological age (actual age) and the variables, there is a significant correlation in the variable cumulative TDPPG (∑TDPPG(*104)), which is the sum of the c/a and AI of SDPPG and the rms of TDPPG. You can confirm that this exists.

c-파동은 b와 d의 영향으로 발생할 수 있다. c/a의 비율은 동맥 강성(arterial stiffness)의 감소를 반영할 수 있다. c/a의 비율은 나이가 들수록 감소할 수 있다. b-파동은 c-파동에 영향을 줄 수 있다. b-파동은 좌심실로부터의 혈액 방출 시의 첫 번째 혈관반응에 해당할 수 있고, 대동맥 긴장(aorta tensibility)을 반영할 수 있다. b/a는 심박출 시 대동맥 혈액량이 급격히 증가하는지 나타낼 수 있고, 이에 대응하는 혈관 부하(vascular load)가 적어지는 경우 이 지표가 증가할 수 있다. 반대로 큰 동맥 강성일 경우에는 감소할 수 있다.c-waves can occur under the influence of b and d. The ratio of c/a may reflect a decrease in arterial stiffness. The c/a ratio may decrease with age. The b-wave can influence the c-wave. The b-wave may correspond to the first vascular response upon blood ejection from the left ventricle and may reflect aorta tensibility. b/a can indicate whether aortic blood volume increases rapidly during cardiac ejection, and this indicator can increase when the corresponding vascular load decreases. Conversely, in the case of large arteries, stiffness may decrease.

AI 변인은 b, c, d, e의 차를 a로 나눈 값으로, 연대기적인 나이(실제 나이)를 반영할 수 있다. AI는 혈관의 기능노화과 심한 동맥경화를 나타내는 지표로도 이용될 수 있다. 정상인의 혈관노화시에도 이 값이 증가할 수 있다.The AI variable is the difference between b, c, d, and e divided by a, and can reflect chronological age (actual age). AI can also be used as an indicator of functional aging of blood vessels and severe arteriosclerosis. This value may also increase during vascular aging in normal people.

3차 미분의 c'은 초기 수축 성분(p1)으로 정의될 수 있고, d'은 후기 수축 또는 초기 이완 성분(p2)을 의미할 수 있다. 3차 미분을 할 경우, 2차 미분의 변곡점을 더욱 명확하게 확인할 수 있다. TDPPG에서 산출되는 변인들 및 맥박에 따른 동맥 강성 평가로부터, 정신적 스트레스는 동맥 강성에 큰 영향을 준다는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 전체 펄스의 변화추이를 변곡점 중심 파동의 면적의 합으로 나타내는 누적 TDPPG 변인 또한, 전반적인 혈류에 대응하는 혈관의 탄성도를 전반적으로 나타낼 수 있는 정량적인 수치로 이용될 수 있다.c' of the third order derivative may be defined as the initial contraction component (p1), and d' may refer to the late contraction or early relaxation component (p2). When using third-order differentiation, the inflection point of second-order differentiation can be seen more clearly. From the variables calculated from TDPPG and the evaluation of arterial stiffness according to pulse, it can be confirmed that mental stress has a significant impact on arterial stiffness. Accordingly, the cumulative TDPPG variable, which represents the change trend of the entire pulse as the sum of the areas of the inflection point center wave, can also be used as a quantitative value that can overall represent the elasticity of blood vessels corresponding to the overall blood flow.

높은 상관성이 있는 세 변인을 활용하여 연령을 도출하기 위한 회귀모델을 만들 수 있다. 그 정확도를 확인한 결과에서 회귀분석시 stepwise method에 의해 c/a변인은 제거될 수 있고, AI와 누적 TDPPG (∑TDPPG(*104)) 변인이 선택될 수 있다. 개발된 모델의 r은 0.68, adjusted-r2 값은 0.46의 정확도를 가질 수 있다. 임의 추출된 test-set의 결과에서는 r이 0으로 낮아질 수 있다. AI와 누적 TDPPG 변인이 독립적으로 사용될 때의 r값 보다는 향상될 수 있다.You can create a regression model to derive age using three highly correlated variables. As a result of confirming the accuracy, the c/a variable can be removed by the stepwise method during regression analysis, and the AI and cumulative TDPPG (∑TDPPG(*104)) variables can be selected. The r of the developed model can have an accuracy of 0.68, and the adjusted-r2 value can have an accuracy of 0.46. In the results of a randomly selected test-set, r may be lowered to 0. The r value can be improved compared to when AI and cumulative TDPPG variables are used independently.

추가적으로 추정 모델의 정확도를 향상시키기 위해 FFNN이 사용될 수 있다. 그 결과 다중 선형회귀분석 시 테스트 세트의 r값인 0.308보다는 높아진 r값인 0.859의 결과를 도출할 수 있다. 총 9회의 epoch중 3회차에 실시된 모델 학습결과가 가장 좋은 결과를 도출할 수 있다. 다중 선형회귀분석으로 도출되는 모델 결과를 향상시키기 위해서는 대상자의 수를 늘리지 않는 방법으로도 모델의 정확도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Additionally, FFNN can be used to improve the accuracy of the estimation model. As a result, when performing multiple linear regression analysis, an r value of 0.859 can be derived, which is higher than the r value of 0.308 in the test set. Out of a total of 9 epochs, the model learning results conducted in the 3rd epoch can produce the best results. In order to improve the model results derived from multiple linear regression analysis, it can be seen that the accuracy of the model can be improved even without increasing the number of subjects.

실시예들에 따르면, AI 외에 추가적인 변인을 도출할 수 있고, 유의미한 변인들을 종합하여 심혈관 기능으로 연대기적 나이를 추정하는 모델을 개발할 수 있다. PPG의 측정 위치가 일반적인 손가락 끝이 아닌 귓볼인 경우, 여성 고령자를 대상으로 하는 경우, 더 큰 의미를 가질 수 있다. 측정 위치에 따라 파형의 양상이 다르게 나타날 수 있다. 실시예들은 고령자들의 일상생활에서 비침습적인 방법으로 측정위치를 고려하며 신체기능을 모니터링하고 개인 맞춤형으로 진단할 수 있는 다양한 지표들을 개발하는 기초를 제공할 수 있다.According to embodiments, additional variables in addition to AI can be derived, and a model that estimates chronological age based on cardiovascular function can be developed by combining meaningful variables. If the measurement location for PPG is the earlobe rather than the typical fingertip, it may have greater significance if the target is female elderly people. The waveform may appear differently depending on the measurement location. Embodiments can provide a basis for developing various indicators that can monitor physical functions and provide personalized diagnoses in the daily lives of elderly people, taking into account measurement locations in a non-invasive manner.

도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치를 나타낸다.9 shows an electronic device according to one embodiment.

전자 장치(900)는 프로세서(910), 메모리(920), 카메라(930), 저장 장치(940), 입력 장치(950), 출력 장치(960) 및 네트워크 인터페이스(970)를 포함할 수 있으며, 이들은 통신 버스(980)를 통해 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(900)는 이동 전화, 스마트 폰, PDA, 넷북, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등과 같은 모바일 장치, 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경 등과 같은 웨어러블 디바이스, 데스크탑, 서버 등과 같은 컴퓨팅 장치, 텔레비전, 스마트 텔레비전, 냉장고 등과 같은 가전 제품, 도어 락 등과 같은 보안 장치, 자율주행 차량, 스마트 차량 등과 같은 차량의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 전자 장치(900)는 연령 추정 장치(100, 810)를 구조적 및/또는 기능적으로 포함할 수 있다.The electronic device 900 may include a processor 910, memory 920, camera 930, storage device 940, input device 950, output device 960, and network interface 970, They can communicate with each other via communication bus 980. For example, electronic device 900 may include mobile devices such as mobile phones, smart phones, PDAs, netbooks, tablet computers, laptop computers, etc., wearable devices such as smart watches, smart bands, smart glasses, etc., computing devices such as desktops, servers, etc. , may be implemented as at least part of a vehicle such as home appliances such as televisions, smart televisions, refrigerators, etc., security devices such as door locks, autonomous vehicles, smart vehicles, etc. The electronic device 900 may structurally and/or functionally include age estimation devices 100 and 810 .

프로세서(910)는 전자 장치(900) 내에서 실행하기 위한 기능 및 명령어들을 실행한다. 예를 들어, 프로세서(910)는 메모리(920) 또는 저장 장치(940)에 저장된 명령어들을 처리할 수 있다. 프로세서(910)는 도 1 내지 도 8을 통하여 설명된 하나 이상의 동작을 수행할 수 있다. 메모리(920)는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 장치를 포함할 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)에 의해 실행하기 위한 명령어들을 저장할 수 있고, 전자 장치(900)에 의해 소프트웨어 및/또는 애플리케이션이 실행되는 동안 관련 정보를 저장할 수 있다.The processor 910 executes functions and instructions for execution within the electronic device 900. For example, the processor 910 may process instructions stored in the memory 920 or the storage device 940. The processor 910 may perform one or more operations described with reference to FIGS. 1 to 8 . Memory 920 may include a computer-readable storage medium or computer-readable storage device. The memory 920 may store instructions for execution by the processor 910 and may store related information while software and/or applications are executed by the electronic device 900 .

카메라(930)는 사진 및/또는 비디오를 촬영할 수 있다. 저장 장치(940)는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 장치를 포함한다. 저장 장치(940)는 메모리(920)보다 더 많은 양의 정보를 저장하고, 정보를 장기간 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치(940)는 자기 하드 디스크, 광 디스크, 플래쉬 메모리, 플로피 디스크 또는 이 기술 분야에서 알려진 다른 형태의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.Camera 930 may take photos and/or video. Storage device 940 includes a computer-readable storage medium or computer-readable storage device. The storage device 940 can store a larger amount of information than the memory 920 and can store the information for a long period of time. For example, storage device 940 may include a magnetic hard disk, optical disk, flash memory, floppy disk, or other forms of non-volatile memory known in the art.

입력 장치(950)는 키보드 및 마우스를 통한 전통적인 입력 방식, 및 터치 입력, 음성 입력, 및 이미지 입력과 같은 새로운 입력 방식을 통해 사용자로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 입력 장치(950)는 키보드, 마우스, 터치 스크린, 마이크로폰, 또는 사용자로부터 입력을 검출하고, 검출된 입력을 전자 장치(900)에 전달할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 출력 장치(960)는 시각적, 청각적 또는 촉각적인 채널을 통해 사용자에게 전자 장치(900)의 출력을 제공할 수 있다. 출력 장치(960)는 예를 들어, 디스플레이, 터치 스크린, 스피커, 진동 발생 장치 또는 사용자에게 출력을 제공할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(970)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다.The input device 950 may receive input from the user through traditional input methods such as a keyboard and mouse, and new input methods such as touch input, voice input, and image input. For example, input device 950 may include a keyboard, mouse, touch screen, microphone, or any other device capable of detecting input from a user and transmitting the detected input to electronic device 900. The output device 960 may provide the output of the electronic device 900 to the user through visual, auditory, or tactile channels. Output device 960 may include, for example, a display, touch screen, speaker, vibration generating device, or any other device capable of providing output to a user. The network interface 970 can communicate with external devices through a wired or wireless network.

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, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 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 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, and a field programmable gate (FPGA). It may be implemented using a general-purpose computer or a special-purpose computer, such as an array, programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include multiple processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

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 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on a computer-readable recording medium.

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 저장할 수 있으며 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.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. A computer-readable medium may store program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination, and the program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. there is. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or multiple software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 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.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (11)

연령 추정 방법에 있어서,
추정 대상자의 대상 부위에 대해 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하여 PPG 신호를 획득하는 단계;
상기 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호를 획득하는 단계;
상기 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하는 단계;
상기 TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하는 단계;
상기 차이 변인 및 상기 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하는 단계; 및
상기 모델 출력에 기초하여 상기 추정 대상자의 연령을 추정하는 단계
를 포함하고,
상기 SDPPG 신호의 상기 2차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 하나의 수축기와 하나의 이완기를 포함하는 하나의 주기에서 상기 PPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 2차 피크 값, 제2 2차 피크 값, 제3 2차 피크 값, 제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값을 포함하고,
상기 차이 변인은 상기 제2 2차 피크 값에서 상기 제3 2차 피크 값 ,상기 제4 2차 피크 값, 및 상기 제5 2차 피크 값을 뺀 나머지를 상기 제1 2차 피크 값으로 나눈 결과에 대응하는,
연령 추정 방법.
In the age estimation method,
Obtaining a PPG signal by measuring photoplethysmography (PPG) on the target area of the estimated subject;
performing differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative PPG (second derivative of PPG, SDPPG) signal and a third derivative PPG (third derivative of PPG, TDPPG) signal;
determining a difference variable based on secondary peak values of the SDPPG signal;
determining a cumulative variable based on third peak values of the TDPPG signal;
executing an age estimation model based on the difference variable and the cumulative variable to obtain model output; and
Estimating the age of the estimated subject based on the model output
Including,
The secondary peak values of the SDPPG signal are a first secondary peak value and a second secondary peak value sequentially corresponding to inflection points of the PPG signal in one cycle including one systole and one diastole of the PPG signal. a peak value, a third secondary peak value, a fourth secondary peak value, and a fifth secondary peak value,
The difference variable is a result of subtracting the third secondary peak value, the fourth secondary peak value, and the fifth secondary peak value from the second secondary peak value and dividing the remainder by the first secondary peak value. Corresponding to,
How to estimate age.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 TDPPG 신호의 상기 3차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 상기 하나의 주기에서 상기 SDPPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 3차 피크 값, 제2 3차 피크 값, 제3 3차 피크 값, 제4 3차 피크 값, 및 제5 3차 피크 값을 포함하고,
상기 누적 변인은 상기 제1 3차 피크 값, 상기 제2 3차 피크 값, 상기 제3 3차 피크 값, 상기 제4 3차 피크 값, 및 상기 제5 3차 피크 값에 따른 상기 TDPPG 신호의 실효 값(root mean square, rms)에 해당하는,
연령 추정 방법.
According to paragraph 1,
The 3rd peak values of the TDPPG signal are a 1st 3rd peak value, a 2nd 3rd peak value, and a 3rd 3rd peak value that sequentially correspond to inflection points of the SDPPG signal in the one cycle of the PPG signal. , a fourth tertiary peak value, and a fifth tertiary peak value,
The cumulative variable is the TDPPG signal according to the first tertiary peak value, the second tertiary peak value, the third tertiary peak value, the fourth tertiary peak value, and the fifth tertiary peak value. Corresponding to the root mean square (rms),
How to estimate age.
제1항에 있어서,
상기 추정 대상자는 65세 이상의 여성이고,
상기 대상 부위는 귓볼인,
연령 추정 방법.
According to paragraph 1,
The estimated target is a woman over 65 years of age,
The target area is the earlobe,
How to estimate age.
제1항에 있어서,
상기 PPG 신호를 획득하는 단계는
상기 추정 대상자의 상기 대상 부위에 고정된 웨어러블형 장치를 통해 미리 정해진 시간 동안 상기 PPG를 측정하는 단계를 포함하는,
연령 추정 방법.
According to paragraph 1,
The step of acquiring the PPG signal is
Comprising the step of measuring the PPG for a predetermined time through a wearable device fixed to the target area of the estimated subject,
How to estimate age.
제1항에 있어서,
상기 연령 추정 모델은
트레이닝 세트, 검증 세트, 및 테스트 세트를 포함하는 입력 샘플에 기초하여 미리 트레이닝된 뉴럴 네트워크 모델을 통해 도출되고,
상기 뉴럴 네트워크 모델은 복수의 뉴런을 포함하는 단일 히든 레이어 및 FFNN(feed forward neural network)의 두 레이어를 포함하는 출력 레이어를 포함하는,
연령 추정 방법.
According to paragraph 1,
The age estimation model is
Derived through a pre-trained neural network model based on input samples including a training set, validation set, and test set,
The neural network model includes a single hidden layer including a plurality of neurons and an output layer including two layers of a feed forward neural network (FFNN),
How to estimate age.
제1항에 있어서,
상기 모델 출력은
다음의 수학식을 통해 획득되고,

상기 수학식에서 상기 Age는 상기 모델 출력, 상기 AI는 상기 차이 변인, 상기 는 상기 누적 변인을 나타내는,
연령 추정 방법.
According to paragraph 1,
The model output is
Obtained through the following equation,

In the above equation, Age is the model output, AI is the difference variable, and represents the cumulative variable,
How to estimate age.
하드웨어와 결합되어 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program combined with hardware and stored in a computer-readable recording medium to execute the method of any one of claims 1 and 3 to 7. 연령 추정 장치에 있어서,
프로세서; 및
상기 프로세서에서 실행가능한 명령어들을 포함하는 메모리
를 포함하고,
상기 명령어들이 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는
추정 대상자의 대상 부위에 대해 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 측정하여 PPG 신호를 획득하고,
상기 PPG 신호에 대한 미분을 수행하여 2차 미분 PPG(second derivative of PPG, SDPPG) 신호 및 3차 미분 PPG(third derivative of PPG, TDPPG) 신호를 획득하고,
상기 SDPPG 신호의 2차 피크 값들에 기초하여 차이 변인을 결정하고,
상기 TDPPG 신호의 3차 피크 값들에 기초하여 누적 변인을 결정하고,
상기 차이 변인 및 상기 누적 변인에 기초하여 연령 추정 모델을 실행하여 모델 출력을 획득하고,
상기 모델 출력에 기초하여 상기 추정 대상자의 연령을 추정하고,
상기 SDPPG 신호의 상기 2차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 하나의 수축기와 하나의 이완기를 포함하는 하나의 주기에서 상기 PPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 2차 피크 값, 제2 2차 피크 값, 제3 2차 피크 값, 제4 2차 피크 값, 및 제5 2차 피크 값을 포함하고,
상기 차이 변인은 상기 제2 2차 피크 값에서 상기 제3 2차 피크 값 ,상기 제4 2차 피크 값, 및 상기 제5 2차 피크 값을 뺀 나머지를 상기 제1 2차 피크 값으로 나눈 결과에 대응하는,
연령 추정 장치.
In the age estimation device,
processor; and
Memory containing instructions executable by the processor
Including,
When the instructions are executed on the processor, the processor
Obtain a PPG signal by measuring photoplethysmography (PPG) on the target area of the estimated subject,
Perform differentiation on the PPG signal to obtain a second derivative PPG (second derivative of PPG, SDPPG) signal and a third derivative PPG (third derivative of PPG, TDPPG) signal,
Determine a difference variable based on the secondary peak values of the SDPPG signal,
Determine a cumulative variable based on the third peak values of the TDPPG signal,
Running an age estimation model based on the difference variable and the cumulative variable to obtain a model output,
Estimate the age of the estimated subject based on the model output,
The secondary peak values of the SDPPG signal are a first secondary peak value and a second secondary peak value sequentially corresponding to inflection points of the PPG signal in one cycle including one systole and one diastole of the PPG signal. a peak value, a third secondary peak value, a fourth secondary peak value, and a fifth secondary peak value,
The difference variable is a result of subtracting the third secondary peak value, the fourth secondary peak value, and the fifth secondary peak value from the second secondary peak value and dividing the remainder by the first secondary peak value. Corresponding to,
Age estimation device.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 TDPPG 신호의 상기 3차 피크 값들은 상기 PPG 신호의 상기 하나의 주기에서 상기 SDPPG 신호의 변곡점들에 순차적으로 대응하는 제1 3차 피크 값, 제2 3차 피크 값, 제3 3차 피크 값, 제4 3차 피크 값, 및 제5 3차 피크 값을 포함하고,
상기 누적 변인은 상기 제1 3차 피크 값, 상기 제2 3차 피크 값, 상기 제3 3차 피크 값, 상기 제4 3차 피크 값, 및 상기 제5 3차 피크 값에 따른 상기 TDPPG 신호의 실효 값(root mean square, rms)에 해당하는,
연령 추정 장치.
According to clause 9,
The 3rd peak values of the TDPPG signal are a 1st 3rd peak value, a 2nd 3rd peak value, and a 3rd 3rd peak value that sequentially correspond to inflection points of the SDPPG signal in the one cycle of the PPG signal. , a fourth tertiary peak value, and a fifth tertiary peak value,
The cumulative variable is the TDPPG signal according to the first tertiary peak value, the second tertiary peak value, the third tertiary peak value, the fourth tertiary peak value, and the fifth tertiary peak value. Corresponding to the root mean square (rms),
Age estimation device.
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