KR102655670B1 - 생체 신호 품질 평가 장치 및 방법과, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 장치는, 생체 신호의 이동 평균을 산출하고, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호의 비교를 기반으로 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
생체 신호 품질 평가 장치 및 방법과, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치 및 방법과 관련된다.
고령화 사회로의 빠른 진입과 이에 따른 의료비 증가 등의 사회적 문제로 인해 헬스케어 기술이 많은 관심을 받고 있다. 이에 따라 병원이나 검사 기관에서 활용할 수 있는 의료 기기뿐만 아니라, 웨어러블 기기와 같이 개인이 휴대할 수 있는 소형 의료 기기가 개발되고 있다.
한편, 심박, 스트레스 및 혈압 등은 사용자의 생체 신호를 기반으로 측정이 가능하며, 측정 결과의 정확도를 높이기 위해서는 좋은 품질의 생체 신호를 수집하는 것이 필요하다.
신호의 품질은 일반적으로 잡음 대비 신호의 세기를 의미하는 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)로 평가되는데, 이러한 신호대 잡음비를 산출하기 위해서는 푸리에 변환과 후처리 등과 같은 복잡한 연산이 필요하다.
생체 신호 품질 평가 장치 및 방법과, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 장치는, 생체 신호의 이동 평균을 산출하고, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호의 비교를 기반으로 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호는, 광용적맥파(photoplethysmography) 신호일 수 있다.
상기 이동 평균은, 지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)일 수 있따.
상기 프로세서는, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하고, 상기 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하고, 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수를 기반으로 상기 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 이동 평균보다 값이 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 상기 이동 평균보다 값이 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치는, 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 신호 측정부는, 피검체에 광을 조사하고, 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치는, 외부 장치로부터 생체 신호 데이터를 수신하는 데이터 수신부를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 방법은, 생체 신호의 이동 평균을 산출하는 단계와, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호의 비교를 기반으로 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호는, 광용적맥파(photoplethysmography) 신호일 수 있다.
상기 이동 평균은, 지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)일 수 있다.
생체 신호 품질 평가 방법은, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하는 단계를 더 포함하고, 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계는, 상기 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계와, 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수를 기반으로 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계는, 상기 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 상기 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
상기 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수를 기반으로 생체 신호의 품질을 평가하는 단계는, 상기 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하는 단계와, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 생체 신호의 품질을 평가하는 단계는, 상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 방법은, 생체 신호를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 신호를 측정하는 단계는, 피검체에 광을 조사하는 단계와, 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 방법은, 외부 장치로부터 생체 신호 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치는, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정부와, 상기 측정된 생체 신호의 이동 평균과 상기 생체 신호의 비교를 기반으로 생체 신호 품질 지표를 산출하고, 산출된 생체 신호 품질 지표를 기반으로 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호 측정 파라미터는, 광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 측정된 생체 신호의 이동 평균을 산출하고, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하고, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하고, 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 상기 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
상기 생체 신호는, 광용적맥파(photoplethysmography) 신호일 수 있다.
상기 이동 평균은, 지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)일 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 산출된 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다.
상기 프로세서는, 소정 횟수만큼 측정된 생체 신호 각각의 신호 품질 지표들의 평균을 산출하고, 상기 산출된 평균이 제4 임계값 이하인 경우 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다.
일 양상에 따른 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법은, 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 단계와, 상기 측정된 생체 신호의 이동 평균과 상기 생체 신호의 비교를 기반으로 생체 신호 품질 지표를 산출하는 단계와, 산출된 생체 신호 품질 지표를 기반으로 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호 측정 파라미터는, 광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 생체 신호 품질 지표를 산출하는 단계는, 상기 측정된 생체 신호의 이동 평균을 산출하는 단계와, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하는 단계와, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계와, 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하는 단계와, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계는, 상기 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 상기 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
상기 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는 단계는, 상기 산출된 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 상기 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다.
생체 신호의 이동 평균을 산출하고 생체 신호와 이동 평균의 비교를 기반으로 생체 신호의 품질을 평가함으로써, 간단한 연산을 통해 빠르게 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.
도 1은 생체 신호 품질 평가 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 생체 신호 품질 지표를 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 저품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이다.
도 4는 고품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이다.
도 5는 생체 신호 품질 평가 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 생체 신호 품질 평가 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9는 생체 신호 품질 평과 과정(820)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 10은 생체 신호 품질 평가 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 생체 신호 품질 평가 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 13은 프로세서(1220)의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 14는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 15는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 16은 생체 신호 품질 지표 산출 과정(1520)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 17은 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 2는 생체 신호 품질 지표를 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 저품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이다.
도 4는 고품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이다.
도 5는 생체 신호 품질 평가 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 생체 신호 품질 평가 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9는 생체 신호 품질 평과 과정(820)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 10은 생체 신호 품질 평가 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 생체 신호 품질 평가 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 13은 프로세서(1220)의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 14는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 15는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 16은 생체 신호 품질 지표 산출 과정(1520)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 17은 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 생체 신호 품질 평가 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 사용자로부터 측정된 생체 신호의 품질을 간단한 연산을 통해 실시간으로 평가할 수 있는 장치일 수 있다. 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 소프트웨어 모듈로 구현되거나 하드웨어 칩 형태로 제작되어 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호의 이동 평균을 기반으로 생체 신호의 품질을 평가하는 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 제1 산출부(111), 제2 산출부(112), 제3 산출부(113) 및 품질 평가부(114)를 포함할 수 있다.
제1 산출부(111)는 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다. 이때, 생체 신호는 소정 개수의 샘플(이하, 생체 신호 샘플)을 포함할 수 있으며 생체 신호에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 생체 신호 품질 지표 산출 또는 생체 신호 품질 평가의 기본 단위로서 생체 신호의 주기성을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 신호는 광용적맥파(photoplethysmography, PPG) 신호일 수 있고, 이동 평균은 지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)일 수 있다. 그러나 이는 일 실시예에 불과할 뿐이므로 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 제1 산출부(111)는 수학식 1을 통하여 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다.
여기서, 는 시간, 는 시간 에서의 이동 평균, 는 시간 에서 측정된 생체 신호 샘플의 값, 는 가중치를 나타낸다. 이때, 는 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있으며, 바로 직전의 이동 평균과 새로운 생체 신호 샘플 중 어느 쪽에 더 많은 비중을 둘 것인지는 를 조정함으로써 결정될 수 있다.
제2 산출부(112)는 생체 신호를 다수의 구간으로 구분할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 산출부(112)는 각 구간별로 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함하도록 생체 신호를 구분할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호가 100개의 생체 신호 샘플을 포함한다고 가정하면, 제2 산출부(112)는 생체 신호를 각각 20개의 생체 신호 샘플을 포함하는 5개의 구간으로 구분할 수 있다. 이때, 각 구간에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제2 산출부(112)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다. 이때 소정의 조건은 이동 평균보다 샘플 값의 크기가 클 것 또는 이동 평균보다 샘플 값의 크기가 작을 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 산출부(112)는 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
제3 산출부(113)는 구간별로 산출된 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출할 수 있다.
품질 평가부(114)는 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 품질 평가부(114)는 생체 신호 품질 지표와 신호대 잡음비와의 관계를 고려하여 미리 정의된 기준(criterion)을 이용하여 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다. 예컨대, 품질 평가부(114)는 생체 신호의 품질을 상, 중, 하로 구분하여 제3 산출부(113)에서 산출된 분산 또는 표준 편차가 제1 임계값 이상이면 생체 신호 품질을 상으로, 산출된 분산 또는 표준 편차가 제1 임계값 미만이고 제2 임계값 이상이면 생체 신호 품질을 중으로, 산출된 분산 또는 표준 편차가 제2 임계값 미만이면 생체 신호 품질을 하로 판단할 수 있다. 이때, 제1 임계값 및 제2 임계값은 신호대 잡음비와 생체 신호 품질 지표와의 관계를 고려하여 미리 설정될 수 있다.
즉, 품질 평가부(114)는 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 생체 신호의 품질이 좋다고 평가할 수 있다.
도 2는 생체 신호 품질 지표를 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 2에서 그래프의 가로축은 샘플 인덱스를 나타내며, 그래프의 세로축은 정규화된 샘플 값을 나타낸다. 생체 신호(210)는 210 개의 생체 신호 샘플들을 포함할 수 있고, 210 개의 생체 신호 샘플들은 생체 신호 품질 지표 산출 또는 생체 신호 품질 평가의 기본 단위가 될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 산출부(111)는 생체 신호(210)의 이동 평균(220)을 산출한다. 예컨대, 제1 산출부(111)는 수학식 1을 이용하여 이동 평균(220)을 산출할 수 있다.
제2 산출부(112)는 설정에 따라 각 구간이 15개의 생체 신호 샘플을 포함하도록 생체 신호(210)를 14개의 구간(221)으로 구분하고, 생체 신호(210)의 각 구간에 대하여 이동 평균(220)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수를 산출한다. 도시된 예의 경우, 제1 구간에서는 7개, 제2 구간에서는 9개, 제3 구간에서는 11개, 제4 구간에서는 12개, 제5 구간에서는 12개, 제6 구간에서는 13개, 제7 구간에서는 13개, 제8 구간에서는 10개, 제9 구간에서는 0개, 제10 구간에서는 2개, 제11 구간에서는 10개, 제12 구간에서는 9개, 제13 구간에서는 8개, 제14 구간에서는 10개가 각각 산출된다.
제3 산출부(113)는 각 구간에서 산출된 이동 평균(220)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수에 대해 분산을 산출한다. 도시된 예의 경우, 제3 산출부(113)는 각 구간에서 산출된 이동 평균(220)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수인 7(제1 구간), 9(제2 구간), 11(제3 구간), 12(제4 구간), 12(제5 구간), 13(제6 구간), 13(제7 구간), 10(제8 구간), 0(제9 구간), 2(제10 구간), 10(제11 구간), 9(제12 구간), 8(제13 구간), 10(제14 구간)의 분산값 14.77을 산출한다.
품질 평가부(114)는 제3 산출부(113)에서 산출된 분산값 14.77을 생체 신호 품질 지표로 이용하여 생체 신호(210)의 품질을 평가한다. 이때, 품질 평가부(114)는 생체 신호 품질 지표(분산값 14.77)와 신호대 잡음비와의 관계를 고려하여 미리 정의된 기준(criterion)을 이용하여 생체 신호(210)의 품질을 평가할 수 있다.
도 3 및 도 4는 신호대 잡음비와 생체 신호 품질 지표와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 자세하게는 도 3은 저품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이고, 도 4는 고품질 생체 신호에 대하여 산출된 생체 신호 품질 지표의 예시도이다.
도 3 및 도 4는 생체 신호가 250개의 생체 신호 샘플을 포함하고, 각 구간은 10개의 생체 신호 샘플을 포함하고 있는 경우를 도시한다. 즉, 생체 신호는 각각 10개의 생체 신호 샘플을 포함하는 25개의 구간으로 구분된다.
도 3을 참조하면, 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)가 1dB 인 생체 신호(311)와 생체 신호(311)로부터 산출된 이동 평균(312)이 그래프(310)에 도시된다. 생체 신호(311)의 각 구간에 대하여 이동 평균(312)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수를 산출한 결과가 그래프(320)에 도시된다.
그래프(320)를 보면, 각 구간(제1 구간 내지 제25 구간)에서 이동 평균(312)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수는 4, 4, 5, 5, 5, 9, 7, 5, 6, 6, 3, 6, 5, 6, 4, 3, 5, 3, 4, 3, 3, 3, 3, 6, 7이다. 각 구간별로 산출된 이동 평균(312)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수(4, 4, 5, 5, 5, 9, 7, 5, 6, 6, 3, 6, 5, 6, 4, 3, 5, 3, 4, 3, 3, 3, 3, 6, 7)에 대한 분산을 산출하면 2.5가 된다.
즉, 신호대 잡음비가 1dB인 생체 신호(311)의 생체 신호 품질 지표는 2.5임을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 신호대 잡음비가 50dB 인 생체 신호(411)와 생체 신호(411)로부터 산출된 이동 평균(412)이 그래프(410)에 도시된다. 생체 신호(411)의 각 구간에 대하여 이동 평균(412)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수를 산출할 결과가 그래프(420)에 도시된다.
그래프(420)를 보면, 각 구간(제1 구간 내지 제25 구간)에서 이동 평균(412)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수는 0, 0, 0, 1, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 8, 10이다. 각 구간별로 산출된 이동 평균(412)보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수(0, 0, 0, 1, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 8, 10)에 대한 분산을 산출하면 24.25가 된다.
즉, 신호대 잡음비가 50dB인 생체 신호(411)의 생체 신호 품질 지표는 24.25임을 알 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 신호대 잡음비와 생체 신호 품질 지표는 양의 상관관계를 가짐을 알 수 있다. 다시 말하면, 생체 신호 품질 지표가 클수록 생체 신호의 신호대 잡음비가 크다는 것, 즉, 생체 신호의 품질이 좋다는 것을 알 수 있다.
도 5는 생체 신호 품질 평가 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(500)는 생체 신호 측정부(510) 및 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(110)는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
생체 신호 측정부(510)는 피검체에 대한 생체 신호를 측정할 수 있다. 이를 위해 생체 신호 측정부(510)는 광원(511) 및 광 검출부(512)를 포함할 수 있다.
광원(511)은 피검체에 광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원(511)은 발광 다이오드(light emitted diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등 다양한 발광 소자를 포함할 수 있다.
광 검출부(512)는 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출부(512)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 및 전자 결합소자(charge-coupled device, CCD) 등과 같은 다양한 수광 소자를 포함할 수 있다.
한편, 피검체는 생체 신호 측정 대상으로서 생체 신호 측정부(510)와 접촉 또는 인접할 수 있는 생체 영역일 수 있으며, 생체 신호 측정이 용이한 인체의 부위일 수 있다. 예를 들어, 요골 동맥과 인접한 손목 표면의 영역일 수 있다. 다만, 피검체는 이에 제한되지 않으며, 기타 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락 등 인체의 말초 부위일 수 있다.
도 6은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 데이터 수신부(610) 및 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(110)는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
데이터 수신부(610)는 통신 기술을 이용하여 생체 신호 측정 장치(620)로부터 생체 신호 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 통신 기술은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 생체 신호 측정 장치(620)는 제어 신호에 따라 피검체의 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 측정 장치(620)는 사용자의 입력에 따라 생성되는 제어신호 또는 생체 신호 품질 평가 장치(600)로부터 수신되는 제어신호에 따라, 광원을 구동하여 피검체에 광을 조사하고 피검체에서 반사되어 산란되는 광을 검출함으로써 생체 신호를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(620)는 유무선으로 통신할 수 있는 통신 모듈을 탑재할 수 있고, 통신 모듈을 통해 생체 신호 품질 평가 장치(600)에 생체 신호 데이터를 전송할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(620)는 사용자 신체에 착용 수 있는 웨어러블 기기일 수 있으나, 이는 일 예에 불과할 뿐이므로 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 생체 신호 측정 장치(620)의 종류에 대해 장치의 크기나 휴대성 여부에 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 스펙트럼 측정 장치(620)는 의료 기관 등에 고정형으로 설치되어 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있는 장치일 수도 있다.
도 7은 생체 신호 품질 평가 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(700)는 입력부(710), 저장부(720), 통신부(730), 출력부(740) 및 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(110)는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(710)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(710)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(720)는 생체 신호 품질 평가 장치(700)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(720)는 생체 신호 데이터, 생체 신호의 이동 평균 데이터 및 생체 신호의 각 구간별로 산출된 이동 평균보다 큰 값을 가지는 생체 신호 샘플의 개수에 대한 데이터 등을 저장할 수 있다.
저장부(720)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 품질 평가 장치(700)는 인터넷 상에서 저장부(720)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(730)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(730)는 입력부(710)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 프로세서(110)의 생체 신호 품질 평가 결과 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 생체 신호 품질 평가에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 측정된 피부 스펙트럼 데이터를 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트, 또는 혈관 패턴 인식 결과 정보 또는 피부 스펙트럼 정보를 디스플레이하는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(730)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(740)는 생체 신호 품질 평가 결과 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(740)는 생체 신호 품질 평가 결과 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 예컨대, 출력부(740)는 음성, 텍스트, 진동 등을 이용하여 생체 신호 품질 평가 결과 등을 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(740)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 8은 생체 신호 품질 평가 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다(810). 이때, 생체 신호는 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함할 수 있으며, 생체 신호에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 생체 신호 품질 지표 산출 또는 생체 신호 품질 평가의 기본 단위로서 생체 신호의 주기성을 고려하여 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 수학식 1을 통하여 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여 그 결과를 기반으로 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다(820).
이하, 도 9를 참조하여 생체 신호 품질 평가 과정(820)을 상세히 설명한다.
도 9는 생체 신호 품질 평과 과정(820)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호를 다수의 구간으로 구분할 수 있다(910). 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 각 구간별로 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함하도록 생체 신호를 구분할 수 있다. 이때, 각 구간에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여(920), 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다(930). 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치(100)는 구간별로 산출된 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출할 수 있다(940).
생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다(950). 일 실시예에 따르면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호 품질 지표와 신호대 잡음비와의 관계를 고려하여 미리 정의된 기준(criterion)을 이용하여 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다. 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호의 품질을 상, 중, 하로 구분하여 산출된 분산 또는 표준 편차가 제1 임계값 이상이면 생체 신호 품질을 상으로, 산출된 분산 또는 표준 편차가 제1 임계값 미만이고 제2 임계값 이상이면 생체 신호 품질을 중으로, 산출된 분산 또는 표준 편차가 제2 임계값 미만이면 생체 신호 품질을 하로 판단할 수 있다. 이때, 제1 임계값 및 제2 임계값은 신호대 잡음비와 생체 신호 품질 지표와의 관계를 고려하여 미리 설정될 수 있다. 즉, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 생체 신호의 품질이 좋다고 평가할 수 있다.
도 10은 생체 신호 품질 평가 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(500)는 피검체에 광을 조사하고(802), 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정할 수 있다(804).
생체 신호 품질 평가 장치(500)는 측정된 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다(810). 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 수학식 1을 통하여 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다.
생체 신호 품질 평가 장치(500)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여 그 결과를 기반으로 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다(820).
도 11은 생체 신호 품질 평가 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6 및 도 11을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 통신 기술을 이용하여 생체 신호 측정 장치로부터 생체 신호 데이터를 수신할 수 있다(806). 이때, 통신 기술은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 생체 신호 측정 장치는 사용자의 입력에 따라 생성되는 제어신호 또는 생체 신호 품질 평가 장치(600)로부터 수신되는 제어신호에 따라, 광원을 구동하여 피검체에 광을 조사하고 피검체에서 반사되어 산란되는 광을 검출함으로써 생체 신호를 측정할 수 있다. 생체 신호 측정 장치는 사용자 신체에 착용 수 있는 웨어러블 기기일 수 있으나, 이는 일 예에 불과할 뿐이므로 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 사용자로부터 측정된 생체 신호의 품질을 간단한 연산을 통해 실시간으로 평가하여 그 결과에 따라 고품질의 생체 신호를 측정할 수 있도록 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있는 장치일 수 있다. 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 소프트웨어 모듈로 구현되거나 하드웨어 칩 형태로 제작되어 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 12을 참조하면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호 측정부(1210) 및 프로세서(1220)를 포함할 수 있다.
생체 신호 측정부(1210)는 피검체의 생체 신호를 측정할 수 있다. 이를 위해 생체 신호 측정부(1210)는 광원(1211) 및 광 검출부(1212)를 포함할 수 있다.
광원(1211)은 피검체에 광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원(1211)은 발광 다이오드(light emitted diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등 다양한 발광 소자를 포함할 수 있다.
광 검출부(1212)는 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출부(1212)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 및 전자 결합소자(charge-coupled device, CCD) 등과 같은 다양한 수광 소자를 포함할 수 있다.
프로세서(1220)는 생체 신호와 생체 신호의 이동 평균을 비교하고 비교 결과를 기반으로 생체 신호 품질 지표를 산출하고, 산출된 생체 신호 품질 지표를 기반으로 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다.
이하 도 13을 참조하여 프로세서(1220)를 더욱 상세히 설명한다.
도 13은 프로세서(1220)의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 프로세서(1220)는 제1 산출부(1310), 제2 산출부(1320), 제3 산출부(1330) 및 파리미터 조정부(1340)를 포함할 수 있다.
제1 산출부(1310)는 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다. 이때, 생체 신호는 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함할 수 있으며, 생체 신호에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 생체 신호 품질 지표 산출의 기본 단위로서 생체 신호의 주기성을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 산출부(1310)는 수학식 1을 통하여 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다.
제2 산출부(1320)는 생체 신호를 다수의 구간으로 구분할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 산출부(1320)는 각 구간별로 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함하도록 생체 신호를 구분할 수 있다. 이때, 각 구간에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제2 산출부(1320)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다. 예컨대, 제2 산출부(1320)는 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
제3 산출부(1330)는 구간별로 산출된 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출할 수 있다.
파라미터 조정부(1340)는 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다. 이때, 생체 신호 측정 파라미터는 광원의 광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 파라미터 조정부(1340)는 생체 신호 품질 지표를 제3 임계값과 비교하고, 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 미만인 경우 측정된 생체 신호를 저품질의 생체 신호로 판단하여 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다. 이때, 제3 임계값은 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 값으로 미리 설정될 수 있다.
한편, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호 측정, 생체 신호 품질 지표 산출 및 파라미터 조정을 반복적으로 수행함으로써 고품질의 생체 신호를 측정할 수 있도록 생체 신호 측정 파라미터를 최적화하는 것이 가능하다.
또한, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 소정 횟수만큼 생체 신호를 측정하고 각 생체 신호의 신호 품질 지표를 종합하여 파라미터 조정 여부를 결정하는 것도 가능하다. 이때, 생체 신호 측정 횟수는 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 값으로 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 생체 신호 측정 횟수가 3회로 설정된 경우, 생체 신호 측정부(1210)는 생체 신호를 3회 측정하고, 프로세서(1220)는 각 생체 신호의 생체 신호 품질 지표를 산출하여 제3 임계값과 비교한 결과 모든 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값을 초과하더라도 생체 신호 품질 지표들의 평균값이 제4 임계값 이하이면 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다. 이때, 제4 임계값은 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 값으로 미리 설정될 수 있다.
도 14는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 14를 참조하면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1400)는 입력부(1410), 저장부(1420), 통신부(1430), 출력부(1440) 및 프로세서(1220)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(1220)는 도 13을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(1410)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(1410)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(1420)는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1400)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들을 저장할 수 있다. 저장부(1420)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1400)는 인터넷 상에서 저장부(1420)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(1430)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(1430)는 입력부(1410)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 프로세서(1220)의 생체 신호 품질 평가 결과 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 생체 신호 품질 평가에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
출력부(1440)는 생체 신호 품질 평가 결과, 생체 신호 측정 파라미터 조정 결과 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(1440)는 생체 신호 품질 평가 결과, 생체 신호 측정 파라미터 조정 결과 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 예컨대, 출력부(1440)는 음성, 텍스트, 진동 등을 이용하여 생체 신호 품질 평가 결과, 생체 신호 측정 파라미터 조정 결과 등을 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(1440)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 15는 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12 및 도 15를 참조하면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 피검체의 생체 신호를 측정할 수 있다(1510). 예컨대, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호와 생체 신호의 이동 평균을 비교하고 비교 결과를 기반으로 생체 신호 품질 지표를 산출할 수 있다(1520).
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 산출된 생체 신호 품질 지표를 기반으로 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다(1530). 이때, 생체 신호 측정 파라미터는 광원의 광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호 품질 지표를 제3 임계값과 비교하고, 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 측정된 생체 신호를 저품질의 생체 신호로 판단하여 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다. 이때, 제3 임계값은 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 값으로 미리 설정될 수 있다.
도 16은 생체 신호 품질 지표 산출 과정(1520)의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12 및 도 16을 참조하면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호의 이동 평균을 산출할 수 있다(1610). 예컨대, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 수학식 1을 통하여 생체 신호의 이동 평균(예컨대, 지수 가중 이동 평균)을 산출할 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호를 다수의 구간으로 구분할 수 있다(1620). 예컨대, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 각 구간별로 소정 개수의 생체 신호 샘플을 포함하도록 생체 신호를 구분할 수 있다. 이때, 각 구간에 포함되는 생체 신호 샘플의 개수는 시스템의 성능 또는 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 산출된 이동 평균과 생체 신호를 비교하여(1630), 소정의 조건을 만족하는 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다(1640). 예컨대, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 이동 평균보다 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하거나 이동 평균보다 작은 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출할 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출할 수 있다(1650).
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용할 수 있다(1660).
도 17은 생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12 및 도 17을 참조하면, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 피검체의 생체 신호를 측정할 수 있다(1710). 예컨대, 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 생체 신호와 생체 신호의 이동 평균을 비교하고 비교 결과를 기반으로 생체 신호 품질 지표를 산출할 수 있다(1720).
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 산출된 생체 신호 품질 지표를 제3 임계값과 비교하고(1730), 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 측정된 생체 신호를 저품질의 생체 신호로 판단하여 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다(1740).
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 산출된 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값을 초과하는 경우 설정된 횟수만큼 생체 신호를 측정하였는지 여부를 판단하고(1750), 설정된 횟수만큼 생체 신호를 측정하지 않은 경우 단계 1710으로 돌아가 생체 신호를 측정할 수 있다.
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치(1200)는 설정된 횟수만큼 생체 신호를 측정한 경우, 각 생체 신호의 생체 신호 품질 지표의 평균을 산출하고(1760), 산출된 평균값과 제4 임계값을 비교하여(1770), 산출된 평균값이 제4 임계값 이하인 경우 생체 신호 측정 파라미터를 조정할 수 있다(1740).
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100, 500, 600, 700: 생체 신호 품질 평가 장치
110, 1220: 프로세서
111, 1310: 제1 산출부
112, 1320: 제2 산출부
113, 1330: 제3 산출부
114: 품질 평가부
510, 1210: 생체 신호 측정부
511, 1211: 광원
512, 1212: 광 검출부
610: 데이터 수신부
520: 생체 신호 측정 장치
710, 1410: 입력부
720, 1420: 저장부
730, 1430: 통신부
740, 1440: 출력부
1200, 1400: 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치
1340: 파라미터 조정부
110, 1220: 프로세서
111, 1310: 제1 산출부
112, 1320: 제2 산출부
113, 1330: 제3 산출부
114: 품질 평가부
510, 1210: 생체 신호 측정부
511, 1211: 광원
512, 1212: 광 검출부
610: 데이터 수신부
520: 생체 신호 측정 장치
710, 1410: 입력부
720, 1420: 저장부
730, 1430: 통신부
740, 1440: 출력부
1200, 1400: 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치
1340: 파라미터 조정부
Claims (33)
- 생체 신호의 이동 평균을 산출하고, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하고, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여, 상기 이동 평균보다 값이 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하고, 상기 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가하되, 상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가하는 프로세서; 를 포함하는,
생체 신호 품질 평가 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 신호는,
광용적맥파(photoplethysmography) 신호인,
생체 신호 품질 평가 장치. - 제1항에 있어서,
상기 이동 평균은,
지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)인,
생체 신호 품질 평가 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정부; 를 더 포함하는,
생체 신호 품질 평가 장치. - 제8항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는,
피검체에 광을 조사하고, 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는,
생체 신호 품질 평가 장치. - 제1항에 있어서,
외부 장치로부터 생체 신호 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 를 더 포함하는,
생체 신호 품질 평가 장치. - 생체 신호 품질 평가 장치가
생체 신호의 이동 평균을 산출하는 단계;
상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하는 단계;
상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여, 상기 이동 평균보다 값이 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계; 및
상기 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계를 포함하고,
상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계는
상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가하는
생체 신호 품질 평가 방법. - 제11항에 있어서,
상기 생체 신호는,
광용적맥파(photoplethysmography) 신호인,
생체 신호 품질 평가 방법. - 제11항에 있어서,
상기 이동 평균은,
지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)인,
생체 신호 품질 평가 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제11항에 있어서,
생체 신호를 측정하는 단계; 를 더 포함하는,
생체 신호 품질 평가 방법. - 제18항에 있어서,
상기 생체 신호를 측정하는 단계는,
피검체에 광을 조사하는 단계; 및
상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 단계; 를 포함하는,
생체 신호 품질 평가 방법. - 제11항에 있어서,
외부 장치로부터 생체 신호 데이터를 수신하는 단계; 를 더 포함하는,
생체 신호 품질 평가 방법. - 피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정부; 및
상기 측정된 생체 신호의 이동 평균을 산출하고, 상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하고, 상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여, 상기 이동 평균보다 값이 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하고, 상기 구간별로 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가하되, 상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가하는 프로세서; 를 포함하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 제21항에 있어서,
상기 생체 신호 측정 파라미터는,
광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 삭제
- 삭제
- 제21항에 있어서,
상기 생체 신호는,
광용적맥파(photoplethysmography) 신호인,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 제21항에 있어서,
상기 이동 평균은,
지수 가중 이동 평균(Exponentially weighted moving average)인,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 제21항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 산출된 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 제21항에 있어서,
상기 프로세서는,
소정 횟수만큼 측정된 생체 신호 각각의 신호 품질 지표들의 평균을 산출하고,
상기 산출된 평균이 제4 임계값 이하인 경우 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치. - 생체 신호 측정 파라미터 최적화 장치가
피검체에 광을 조사하고 상기 피검체로부터 반사되어 산란된 광을 검출하여 생체 신호를 측정하는 단계;
상기 측정된 생체 신호의 이동 평균을 산출하는 단계;
상기 생체 신호를 다수의 구간으로 구분하는 단계;
상기 산출된 이동 평균과 상기 생체 신호를 비교하여, 상기 이동 평균보다 값이 큰 생체 신호 샘플의 개수를 구간별로 산출하는 단계; 및
상기 산출된 생체 신호 샘플 개수의 분산 또는 표준 편차를 산출하고, 산출된 분산 또는 표준 편차를 생체 신호 품질 지표로 이용하여 상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계를 포함하고,
상기 생체 신호의 품질을 평가하는 단계는
상기 산출된 분산 또는 표준 편차가 클수록 상기 생체 신호의 품질이 좋다고 평가하는
생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법. - 제29항에 있어서,
상기 생체 신호 측정 파라미터는,
광량, 증폭 이득, 소거 전류(cancellation current) 중 적어도 하나를 포함하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법. - 삭제
- 삭제
- 제29항에 있어서,
상기 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는 단계는,
상기 산출된 생체 신호 품질 지표가 제3 임계값 이하인 경우 상기 생체 신호 측정 파라미터를 조정하는,
생체 신호 측정 파라미터 최적화 방법.
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