KR20030081903A

KR20030081903A - Ｐｐｇ 기반의 심박 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030081903A
Application number: KR1020020020353A
Authority: KR
Inventors: 김경환; 방석원; 이미희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-22
Also published as: JP2003310562A; JP3787336B2; US6905470B2; EP1354553A1; KR100462182B1; US20030212336A1

Abstract

본 발명은 움직임에 강한 PPG 기반의 심박 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 움직임하에서도 PPG신호로부터 효과적인 심박검출이 가능하도록 하는 것을 주목적으로 하며, 상기 목적은 PPG 센서부를 통하여 사용자로부터 PPG 신호를 획득한 후, 웨이블렛 변환에 기반한 신호처리 방법과 자기 상관 함수에 기반한 평균심박산출을 이용하여 PPG 신호에서 후보 심박 시퀀스들을 검출하고, 후보 심박 시퀀스들 중에서 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 추출함으로써 달성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＰＰＧ 기반의 심박 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING HEART BEAT USING PPG}

본 발명은 심박 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 사용자의 움직임이 있는 상태에서도 심박검출이 가능한, 즉 동잡음(motion artifact)에 강한 포토-플레시모그래피(Poto-PlethysmoGraphy: 이하 PPG라고 함) 기반의 심박 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, PPG는 소정 개수의 LED와 광검출기를 이용하여 심장 박동에 관련된 정보를 추출하는 방법이다. PPG를 이용한 심박검출은 간단한 센서모듈로 신체와의 단 하나의 접촉점을 통해 측정될 수 있기 때문에 2개 이상의 전극을 부착해야 하는 심전도(electrocardiogram or ECG)를 이용하는 방법에 비하여 사용자에게 불편함을 주지 않으므로, 의료적 또는 비의료적 목적의 기기에 훨씬 적합하다. 반면 PPG 신호는 약간의 움직임에도 큰 진폭의 동잡음을 야기한다는 단점을 가진다. 이러한 동잡음은 심박검출시 몸의 떨림과 작은 움직임 등에 의한 노이즈 신호로서 정의될 수 있으며, 따라서 신뢰도가 높은 심박 측정을 위해서는 동잡음의 제거가 요구된다.

심박검출은 의료적 또는 비의료적 목적으로 다양한 분야에서 널리 행해지고 있으며, 그 대표적인 심박 검출법으로, 심장근육의 수축 확장에 따른 활동 전류를 외부에서 전극을 부착하여 측정하여 기록하는 방법(심전도)을 들 수 있다.

그러나, 종래의 심박 검출장치들은 기본적으로 신체의 일부에 전극을 부착하거나 띠를 두르는 방식을 취하고 있기 때문에 사용자에게 거부감을 줄 수 있을 뿐만 아니라 사용상의 전문적인 지식이 없으면 이를 사용하기가 매우 불편한 문제점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 일본 특허공개 제2000-217796호(공개일: 2000.8.8)에는 PPG 측정 수단을 통해 혈액의 맥동에 의하여 발생되는 맥파를 검출하고, 검출된 맥파를 2차미분하여 가속도 맥파를 산출한 후 가속도 맥파의 패턴을 이용하여 간단하게 혈액순환계의 기능을 진단할 수 있도록 하는 '순환기능 진단장치'가 개시되어 있다. 상기 순환기능 진단장치는 전문지식 없이도 사용가능하다는 장점을 가지고 있지만, 동잡음에 대한 대책은 제시하고 있지 못하다.

또한, 일본 특허공개 제1999-9564호(공개일: 1999.1.19)에는 여러가지 맥파 측정수단(광전식 맥파 센서, PPG 센서, 압력센서)을 통해 심박수, HRV(심박 변이도 : Heart rate variability) 주파수 분석, 2차 미분 PPG의 특징점 등을 통해 심장기능을 진단하는 '심장기능 진단장치'가 개시되어 있다. 상기 심장기능 진단장치는 안경형, 목걸이형, 시계형으로 구성되고 움직임에 대한 경고 목적을 위해 가속도 센서가 사용되고 있지만, 여전히 사용자의 움직임이 있는 상태에서는 심박검출이불가능하다는 단점을 가진다.

한편, 두 특정 파장의 빛을 손가락이나 귀부분에 쬐여 혈중 산소 포화도를 측정하는 펄스 옥시메터(pulse oximeter) 분야에서 PPG의 동잡음 제거와 관련한 다음과 같은 연구논문들이 공지되어 있다.

연구논문(합성 기준 신호를 이용한 노이즈 저항성 펄스 옥시메트리, IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 47, No.8, 2000.8)에는 도 1에 도시된 바와 같이 노이즈가 거의 없는 PPG 신호(또는 ECG 신호)로부터 합성 기준신호를 추정하고 적응 필터를 통해 입력된 PPG 신호와 합성 기준 신호를 비교함으로써 노이즈(즉, 동잡음)를 제거하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 노이즈 제거 방법은 기준 신호의 추정 정확도에 따라 신뢰도가 결정되기 때문에 궁극적으로 ECG 신호가 기준신호로 사용되어야 한다는 한계점을 가진다.

연구논문(동잡음 제거를 위한 펄스 옥시메터의 신호처리, 제24회 대한의용생체공학회 춘계학술대회 논문집, 제24권, 제1호, 2001.5.25-26)에는 도 2에 도시된 바와 같이 사용자가 움직이는 상태에서도 신뢰도가 높은 산소 포화도 측정을 위해 필터 뱅크를 이용하고 각 뱅크에 출력된 신호와 기준신호 사이의 상관치를 연산한후 상관치가 가장 큰 신호를 최종적으로 저역통과 필터링하여 동잡음을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 동잡음은 고역 성분과 저역 성분을 모두 포함하고 있다는 점을 고려할 때 저역통과 필터링만을 통한 동잡음 제거는 효과적이지 못하다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PPG 적용에 있어서 큰 문제점으로 지적되는 동잡음의 영향을 최대한 억제하고 동잡음하에서도 PPG신호로부터 효과적인 심박검출이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실질적으로 추정이 어려운 기준신호를 사용하지 않음으로써 심박 검출의 신뢰성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 동잡음 레벨의 임계치를 미리 측정함으로써 동잡음이 임계치를 초과할 경우 이를 사용자에게 알려주고 동잡음이 임계치 이하인 경우에만 PPG 신호로부터 심박이 발생하는 시간 및 구간내 평균 심박치를 출력하는 심박검출 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 펄스 옥시메트리에서 합성 기준 신호를 이용하여 노이즈를 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 2는 종래의 펄스 옥시메터에서 동잡음을 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 심박 검출 장치의 개략적인 블럭도이다.

도 4는 도 3에 도시된 동잡음 레벨 판단부의 내부 구성도이다.

도 5는 도 3에 도시된 심박 검출부의 내부 구성도이다.

도 6은 도 5에 도시된 평균 심박 시간 추정부의 내부 구성도이다.

도 7은 본 발명에 따른 심박 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8은 도 7에 있어서 PPG 신호 근사화 단계의 상세 흐름도이다.

도 9는 도 7에 있어서 심박 시퀀스/평균 심박수 추출 단계의 상세 흐름도이다.

도 10은 도 7에 있어서 평균 심박 시간 추정 단계의 상세 흐름도이다.

도 11은 도 9에 있어서 최적의 심박 시퀀스 선택 단계의 상세 흐름도이다.

도 12는 PPG 센서부에 의하여 검출된 PPG 신호의 파형도이다.

도 13(a)는 필터링부를 통과한 동잡음이 포함되지 않은 PPG 신호의 파형도이다.

도 13(b)는 필터링부를 통과한 동잡음이 포함된 PPG 신호의 파형도이다.

도 14는 TEO 연산부와 컨벌루션부를 통과한 PPG 신호의 파형도이다.

도 15(a)는 웨이블릿 변환부로부터 출력되는 PPG 신호의 파형도이다.

도 15(b)는 PPG 신호 근사화부로부터 출력되는 PPG 신호의 파형도이다.

도 16(a)는 컨벌루션부에서 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부로 입력되는 동잡음이 포함되지 않은 PPG 신호의 파형도이다.

도 16(b)는 컨벌루션부에서 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부로 입력되는 동잡음이 포함된 PPG 신호의 파형도이다.

도 17은 후보 심박 시퀀스들중 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 방법을 설명하기 위한 파형도이다.

도 18은 평균 심박 시간 추정부로부터 출력되는 PPG 신호의 파형도이다.

도 19는 본 발명에 의하여 동잡음이 포함된 PPG 신호로부터 정확한 심박이 검출된 것을 나타내는 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10...PPG 센서부 30...필터링부

50...동잡음 레벨 판단부 70...심박 검출부

90...표시부 51...TEO 연산부

52, 78...컨벌루션부 53,72,75,87...하드 스레쉬홀딩부

73...PPG 신호 근사화부 74...웨이블릿 변환부

76...신호 합산부 77, 86...클리핑부

79...평균 심박 시간 추정부 80...심박 시퀀스/평균 심박수 추출부

81...피크 추출부 82...후보 심박 시퀀스 형성부

83...심박 시퀀스 선택부 84...평균 심박 연산부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 심박 검출 장치는, 사용자의 신체로부터 PPG 신호를 검출하는 PPG 센서부, PPG 신호에서 예상 평균 심박 시간을 산출하는 평균 심박 시간 추정부, 및 예상 평균 심박 시간을 이용하여 PPG 신호에서 후보 심박 시퀀스들을 검출하고 후보 심박 시퀀스에서 최적의 심박 시퀀스를 추정하여 개개의 심박발생시간들을 알려주거나 이를 이용하여 보다 정확한 평균 심박수를 추출하는 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호에서 특정 주파수 대역 사이의 파형만을 통과시키는 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, PPG 센서부에서 검출된 PPG신호를 기초로 동잡음의 레벨을 판단하여 소정의 임계치 이상일 경우 경고메세지를 발생시키는 동잡음 레벨 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부에서 추출된 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수, 및 동잡음 레벨 판단부에서 발생된 경고 메세지가 디스플레이되는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 PPG 기반의 심박 검출 장치의 구성과 동작에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 심박 검출 장치(100)의 개략적인 블럭도로서, PPG 센서부(10), 필터링부(30), 동잡음 레벨 판단부(50), 심박 검출부(70), 표시부(90)로 구성된다.

PPG 센서부(10)는 심장 박동에 따른 혈관 굵기의 변화에 따라 빛의 흡수 및 반사 정도가 변화하는 원리를 이용한 것으로서, 적외선을 방출하는 발광부(미도시)와 발광부로부터 사용자의 신체로 조사되어 반사된 빛을 감지하는 수광부(미도시)로 구성되어 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 수광부에서 출력되는 시간에 따른 광혈류량의 변화로부터 PPG 신호를 검출하여 필터링부(30)로 출력한다.

필터링부(30)는 PPG 센서부(10)를 통하여 검출된 PPG 신호에서 심박과 관련된 신호 성분만을 통과시키는 역할을 하는 것으로서, 필터링부(20)를 통과한 PPG 신호 파형의 일예가 도 13에 도시되어 있다. 필터링부(30)는 바람직하게 대역 통과 필터, 또는 이차미분 필터로 구현된다.

한편, 도 12 내지 도 19에 있어서, X축과 Y축은 각각 샘플수와 전압을 나타내며, X축의 샘플수는 다음과 같은 관계식에 의하여 시간(X_t)으로도 치환될 수 있다.

본 발명에서는 샘플링주파수가 25Hz인 경우를 예로 들어 설명하였으며, 상기 관계식에 의하여 도 12 내지 도 19의 X축의 샘플수 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 은 각각 시간상 20초, 40초, 60초, 80초, 100초, 120초를 의미한다.

도 4는 도 3에 도시된 동잡음 레벨 판단부(50)의 내부 구성도로서, 동잡음 레벨 판단부(50)는 TEO 연산부(51), 컨벌루션부(52), 동잡음 임계치 측정부(53)로 이루어져 있으며, 동잡음이 임계치 이하인 경우에만 필터링된 PPG 신호를 심박 검출부(70)로 출력하도록 구성되어 있다.

TEO 연산부(51)는 동잡음이 심한 경우 순간적으로 진폭과 주파수가 크게 증가하는 것을 이용한 것으로, TEO(Teager Energy Operator) 연산을 이용하여 PPG 신호에서 진폭과 주파수의 급격한 변화율을 산출함으로써, 필터링부(30)로부터 출력된 PPG 신호에서 동잡음이 발생된 구간을 검출한다.

컨벌루션부(52)는 TEO 연산부(51)로부터 출력된 PPG 신호를 바틀레트 윈도우 함수(Bartlett window function)와 컨벌루션함으로써 TEO 출력신호가 스무딩하게 되도록 한다.

TEO 연산부(51)와 컨벌루션부(52)를 통과한 PPG 신호의 파형의 일예가 도 14에 도시되어 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 필터링부(30)를 통과한 PPG 신호에 동잡음이 포함되어 있는 경우(도 13(b) 참조), 이를 TEO 연산한 후 바틀레트 윈도우 함수와 컨벌루션 하면 동잡음이 심한 구간에서 큰 진폭을 가진 파형이 출력되는 것을 알 수 있다.

상기에서, TEO 연산부(51)와 컨벌루션부(52)는 필터링부(30)로부터 출력된 PPG 신호에서 동잡음의 레벨을 쉽게 판단할 수 있도록 전처리를 수행하는 것으로, 장치 구성의 간소화를 위하여 생략하는 것도 가능하다.

동잡음 임계치 측정부(53)는 PPG 신호에서 동잡음의 레벨을 판단하기 위하여 PPG 신호를 정상적인 심박신호가 존재하는 구간에서의 TEO 출력값(TEOoutput)에 적절한 값을 곱한 값을 임계치로 하여 이보다 높은 진폭값을 갖는 신호가 출력되면 심각한 동잡음 상태로 인식하여 표시부(90)에 경고메세지를 디스플레이하며, 그렇지 않은 경우에는 동잡음 레벨이 허용가능한 범위인 것으로 인식하여 필터링부(30)로부터 출력된 PPG 신호를 심박 검출부(70)로 출력한다.

도 5는 도 3에 도시된 심박 검출부(70)의 내부 구성도로서, 리샘플링부(71), 제1 하드 스레쉬홀딩부(72), PPG 신호 근사화부(73), 클리핑부(77), 컨벌루션부(78), 평균 심박 시간 추정부(79), 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부(80)로 구성된다.

리샘플링부(71)는 PPG 센서부(10)에서 입력된 PPG 신호의 샘플링 주파수가 필요이상으로 높은 경우 신속한 신호처리를 위해 다시 한번 샘플링하며(이하, 리샘플링이라 함), 제1 하드 스레쉬홀딩부(72)는 리샘플링된 PPG 신호를 소정 레벨로하드 스레쉬홀딩하여 소정 레벨 이하의 불필요한 피크를 제거한다. 리샘플링부(71)는 장치 구성의 간소화를 위하여 생략할 수도 있다. 여기에서, 하드 스레쉬홀딩은 스레쉬홀딩 레벨과 입력신호를 비교하여 스레쉬홀딩 레벨보다 작은 신호값들은 0으로 치환하고 스레쉬홀딩 레벨보다 큰 신호값들은 그대로 유지시키는 과정을 말한다.

PPG 신호 근사화부(73)는 웨이블릿 변환을 이용하여 고주파 성분의 잡음을 제거함으로써 PPG 신호를 근사화시키는 역할을 하는 것으로서, 웨이블릿 변환부(74), 제2 하드 스레쉬홀딩부(75), 신호 합산부(76)로 구성된다.

웨이블릿 변환부(74)는 제1하드 스레쉬홀딩부(72)로부터 입력된 PPG 신호를 웨이블릿 변환하여 전체적인 파형 곡선을 나타내는 근사(approximation) 신호와 디테일(detail) 신호로 분해하는 역할을 하는 것으로, 웨이블릿 변환된 PPG 신호 파형의 일예가 도 15(a)에 도시되어 있다. 도 15(a)에 도시된 바와 같이, PPG 신호는 웨이블릿 변환에 의하여 전체적인 파형 곡선을 나타내는 근사 신호 성분(a5)과 디테일 신호 성분(d1, d2, d3, d4, d5)으로 분해된다.

제2 하드 스레쉬홀딩부(75)는 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 디테일 신호( d1, d2, d3, d4, d5) 중 작은 진폭을 갖는 성분은 0으로 치환하고, 큰 진폭을 갖는 성분만 추출함으로써 고주파 성분의 잡음을 제거한다.

여기에서, 심박과 관련된 신호성분만을 두드러지게 하기 위하여, 대체로 높은 주파수 영역에 있는 디테일 신호(예를 들면, d1, d2, d3, d4)는 불필요한 신호로 간주하여 무시하고, 심박의 미세한 변화와 관련된 디테일 신호(예를 들면, d5)에서만 큰 진폭을 갖는 성분을 추출할 수도 있다.

신호 합산부(76)는 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 근사 신호와 하드 스레쉬홀딩을 거친 디테일 신호를 합산하여 근사화된 PPG 신호를 클리핑부(77)로 출력한다.

PPG 신호 근사화부(73)로부터 출력되는 PPG 신호 파형의 일예가 도 15(b)에 도시되어 있다. 도 15(b)에 도시된 바와 같이, 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 근사 신호와 하드 스레쉬홀딩을 거친 디테일 신호를 합산하면 고주파 성분이 제거된 근사화된 PPG 신호를 얻을 수 있는데, 근사화된 PPG 신호는 디테일 신호에 하드스레쉬홀딩을 취해 주었기 때문에 불연속점을 갖게 된다.

이를 위하여, 클리핑부(77)는 근사화된 PPG 신호에서 0 이상인 값들은 그대로 통과시키고, 0이하의 값들은 0으로 치환(이하, 제로 클리핑이라 함)하여 심박과 관련된 신호 성분만, 즉, 심박에 의한 양(+)의 피크들만을 컨벌루션부(78)로 출력하며, 컨벌루션부(78)는 제로 클리핑된 PPG 신호를 바틀레트 윈도우 함수와 컨벌루션함으로써 PPG 신호가 스무딩하게 되도록 하여 근사화에 의한 불연속점을 제거한다.

컨벌루션에 의하여 불연속점이 제거된 PPG 신호 파형의 일예가 도 16(a)에 도시되어 있다. 도 16(a)에 도시된 바와 같이, 컨벌루션부(78)로부터 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부(80)로 입력되는 변형된 신호는 심박과 관련된 신호 성분만을 갖는 동시에 불연속점도 제거되어 있으므로, 심박에 의한 피크를 쉽게 검출할 수 있는 상태임을 알 수 있다.

심박 시퀀스/평균 심박수 추출부(80)는 심박 추출시 동잡음의 영향을 최대한 억제하는 역할을 하는 것으로서, 피크 추출부(81), 후보 심박 시퀀스 형성부(82), 심박 시퀀스 선택부(83), 평균 심박 연산부(84)로 구성된다.

피크 추출부(81)는 컨벌루션부(78)로부터 입력된 PPG 신호에서 초기 구간(약 2초내의 구간)내에 있는 모든 피크(peak)를 검출한다. 피크의 검출은 원신호를 미분한 다음 영교차점의 위치를 찾는 방식으로 이루어진다. 피크 검출시 도 16(b)에 도시된 바와 같이 동잡음에 의하여 순간적으로 높은 진폭을 갖는 피크도 동시에 검출될 수 있으므로, 정확한 심박 측정을 위해서는 이러한 동잡음으로 인한 피크와 심박으로 인한 피크를 구분하는 과정이 추가로 필요하다.

이를 위하여, 본 발명에서는 초기 구간에서 추출된 피크들을 각각 시작점으로 하는 여러개의 후보 심박 시퀀스를 형성하고 이들중 최적의 심박 시퀀스를 선택함으로써 동잡음의 영향을 최대한 억제하는데, 이에 대하여는 도 9에 관한 설명에서 자세히 서술하기로 하고 이하 약술한다.

후보 심박 시퀀스 형성부(82)는 초기 구간내의 피크들을 시작점으로 하여 차례로 예상 평균 심박 시간 부근(예상 평균 심박 시간 ±ΔT )에 존재하는 피크들로 복수개의 후보 심박 시퀀스를 형성하고, 후보 심박 시퀀스들과 동일한 시작점에서 예상 평균 심박 시간만큼씩 이격된 시간을 중심으로 하는 윈도우 신호들을 선정한다.

심박 시퀀스 선택부(83)는 각각의 후보 심박 시퀀스와 윈도우 신호를 곱하여 곱한값을 모두 합산한 후, 합산된 값을 스코어링하여 스코어링값이 최대인 후보를최적의 심박 시퀀스로 선택하여 이를 표시부(90)로 출력하거나, 또는 소정 구간내의 평균 심박수를 연산하는 평균 심박수 연산부(84)로 출력한다.

앞서 설명한 후보 심박 시퀀스들중 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 과정을 살펴보면 다음과 같다(도 17 참조). 우선, 시작점이 동일한 윈도우 신호와 후보 심박 시퀀스들을 곱하고, 곱하여 얻어진 각각의 값들을 모두 합산하며, 최종적으로 합산된 값을 스코어링함으로써 스코어링값이 가장 큰 후보 심박 시퀀스가 최적의 심박 시퀀스(도 17에서 두번째 후보 시퀀스)로 선택된다. 여기에서, 실선과 점선으로 표시한 화살표 및 사다리꼴 형태들은, 각각 두개의 후보 심박 시퀀스와 동일한 시작점에서 예상 평균 심박 시간만큼씩 이격된 시간 및 이 시간을 중심으로 하는 윈도우들이다.

상기에서, 예상 평균 심박 시간은 평균 심박 시간 추정부(79)를 통하여 얻어지는데, 이하 도 6을 참조하여 평균 심박 시간 추정부(79)에 대하여 더 자세히 설명한다.

도 6은 도 5에 도시된 평균 심박 시간 추정부(79)의 내부 구성도로서, 평균 심박 시간 추정부(79)는 심박 시퀀스 추출에 필요한 예상 평균 심박 시간을 출력하며, 리샘플링부(85), 클리핑부(86), 제3 하드 스레쉬홀딩부(87), 자기 상관부(88), 피크 검출부(89)로 구성되어 있다.

평균 심박 시간 추정부(79)는 스피치 프로세싱(Speech processing)에서의 구간내 평균 피치 구간 추정 방법을 기반으로 하여 평균 심박 시간을 추정하는데, 특히 노이즈에 의한 에러를 최소화하기 위하여 리샘플링, 클리핑, 하드 스레쉬홀딩,자기 상관(autocorrelation function)을 통하여 잡음을 제거한 후 예상 평균 심박 시간을 추정한다.

리샘플링부(85)가 입력된 PPG 신호를 리샘플링하여 샘플링율(샘플링 주파수)을 낮추면, 클리핑부(86)는 리샘플링된 PPG 신호를 제로 클리핑하여 PPG 신호에서 심박에 의한 양(+)의 피크만을 출력하며, 제3 하드 스레쉬홀딩부(87)는 클리핑된 PPG 신호, 즉, 심박에 의한 양(+)의 피크신호를 소정 레벨로 하드 스레쉬홀딩하여 동잡음에 의한 작은 피크들을 제거한다.

자기 상관부(88)는 입력신호의 자기 상관 함수를 구하면 잡음(랜덤 노이즈)과 같은 비주기성 신호성분은 0 으로 수렴되고, 주기성을 갖는 신호성분은 그 주기 및 이의 정수배에 해당되는 시간에서 큰 진폭값을 갖게 되는 원리를 이용한 것으로서, 하드 스레쉬홀딩된 PPG 신호의 자기 상관 함수를 구하여 잡음의 영향없이 주기성을 갖는 신호의 주기를 알아낼 수 있다.

자기 상관부(88)로부터 출력되는 자기 상관 함수의 일예가 도 18에 도시되어 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, PPG 신호의 자기 상관 함수를 구하면 심박의 주기에 해당하는 곳에서 자기 상관 함수가 피크를 가지게 되므로, 심박의 예상 주기를 쉽게 검출할 수 있다.

피크 검출부(89)는 PPG 신호의 자기 상관 함수에서 첫번째 피크의 발생시간을 검출하여 이를 예상 평균 심박 시간으로 추정하며, 후보 심박 시퀀스 형성부(82)는 이 예상 평균 심박 시간을 기초로 하여 심박이 발생될 확률이 높은 구간에서만 피크들을 검출하여 복수개의 후보 심박 시퀀스를 형성하므로, 빠른 시간내에 후보 심박 시퀀스들을 추출할 수 있다.

표시부(90)는 사용자의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 화면에 디스플레이하기 위한 것으로서, HRV 분석기(Heart Rate Variability Analyzer)를 통하여 심박변화율의 시간영역 및 주파수 영역에서의 특징에 관한 정보를 알고 이를 사용자에게 디스플레이할 수 있게 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 심박 검출 방법은, PPG 센서부를 통하여 사용자로부터 PPG 신호를 검출하는 단계, PPG 신호에서 예상 평균 심박 시간을 산출하는 단계, 및 예상 평균 심박 시간을 이용하여 PPG 신호에서 후보 심박 시퀀스들을 검출하고 후보 심박 시퀀스에서 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호에서 특정 주파수 대역 사이의 파형만을 통과시키는 필터링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, PPG 센서부에서 검출된 PPG 신호를 기초로 동잡음의 레벨을 판단하여 소정의 임계치 이상일 경우 경고 메세지를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 추출된 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수, 및 경고 메세지를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 PPG 기반의 심박 검출 방법에 대하여 첨부된 도면들을참조하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 심박 검출 방법의 일실시예를 도시한 흐름도이다.

우선, PPG 센서부(10)에 의하여 PPG 신호가 검출되면(도 12 참조), 필터링부(30)는 검출된 PPG 신호에서 심박과 관련된 신호 성분만을 통과시킨다(S10~S30)(도 13 참조).

그 다음, 필터링부(30)로부터 출력된 PPG 신호에서 동잡음이 발생된 구간을 검출하기 위하여 TEO 연산을 이용하여 입력된 PPG 신호에서 진폭과 주파수의 급격한 변화율을 추출하는데(S50), 여기에서 TEO 연산에 관한 식은 하기의 수학식 1과 같이 주어진다.

상기 수학식 1에 나타난 바와 같이, TEO 연산은 입력된 신호의 순간 진폭과 순간주파수의 곱의 제곱에 비례하는 출력을 산출하여 PPG 신호에서 진폭과 주파수의 급격한 변화율을 추출함으로써 동잡음이 발생된 구간을 검출한다.

그 다음, TEO 연산을 거친 PPG 신호와 바틀레트 윈도우 함수를 컨벌루션하여 PPG 신호를 스무딩하게 한 후(S70), 스무딩하게 된 PPG 신호를 정상적인 심박신호가 존재하는 구간에서의 TEO 출력값에 대하여 적정한 레벨로 하드 스레쉬홀딩하여 동잡음의 레벨이 임계치 이상인지를 체크한다(S90). 여기에서, 하드 스레쉬홀딩 레벨은 하기의 수학식 2와 같이 주어진다.

Threshold = 3*max(TEO_output)

본 실시예에서, 동잡음의 레벨이 임계치 이상인지를 체크하는 하드 스레쉬홀딩 레벨을 정상적인 심박신호가 존재하는 구간에서의 TEO 출력값 최대치의 3배로 설정하였으며, 임계치 이상의 신호가 검출된 경우 이를 심각한 동잡음 상태로 간주하여 더 이상 심박 검출을 수행하지 않게 된다.

하드 스레쉬홀딩에 의하여 심각한 동잡음 상태로 판단된 경우 표시부(90)에 경고메세지를 디스플레이하며, 그렇지 않은 경우에는 동잡음의 레벨이 허용가능한 범위에 해당되므로 심박 검출 단계로 이행한다(S100).

따라서, 동잡음 레벨 판단 단계(S50~S100)에 의하여 동잡음이 임계치 이하인 경우에만 심박을 검출하며, 동잡음이 임계치 이상인 경우에는 이를 사용자에게 경고하여 움직임을 줄이도록 유도할 수 있다.

그 다음, 신속한 신호처리를 위하여 PPG 신호를 리샘플링하는 전처리를 수행한 후(S110), 리샘플링된 PPG 신호를 적정한 레벨로 하드 스레쉬홀딩하여 불필요한 PPG 신호를 제거하는데(S130), 본 실시예에서 하드 스레쉬홀딩 레벨은 하기의 수학식 3와 같이 주어진다.

Th1 = a*max(input) (단, a < 0.4)

본 실시예에서, 하드 스레쉬홀딩 레벨(Th1)을 구간내 PPG 신호에서 최대값의a배(a는 0.4 미만)로 설정하였으며, 하드 스레쉬홀딩 레벨(Th1) 미만의 신호는 심박에 의한 피크가 아니므로 이를 불필요한 신호로 간주하여 제거하게 된다.

다음으로, 웨이블릿 변환을 이용하여 PPG 신호에서 고주파 성분의 잡음을 제거함으로써 PPG 신호를 근사화시키는데(S150), 이하 PPG 신호의 근사화에 대하여 도 8을 참조하여 더 자세히 설명한다.

우선, 하드 스레쉬홀딩된 PPG 신호를 웨이블릿 변환하여 서로 다른 스케일(scale)에 해당하는 각각의 성분들로 분해하면, 도 15(a)와 같이 전체적인 파형 곡선을 나타내는 근사 신호 성분(a5)과 디테일 신호 성분(d1, d2, d3, d4, d5)이 얻어진다(S151).

그 다음, 제2 하드 스레쉬홀딩부(75)가 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 디테일 신호 중 작은 진폭을 갖는 성분은 버리고 큰 진폭을 갖는 성분만 추출함으로써 고주파 성분의 잡음을 제거하는데(S152), 이를 위한 하드 스레쉬홀딩 레벨은 하기의 수학식 4와 같이 주어진다.

Th2 = b*max(input)‥‥‥‥‥‥(3) (단, 0.7 < b < 1)

그 다음, 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 근사 신호와 하드 스레쉬홀딩을 거친 디테일 신호를 합산하면, 도 15(b)에 도시된 바와 같이 PPG 신호가 근사화된다(S153). 여기에서, 합산되는 디테일 신호는 전술한 바와 같이 높은 주파수 영역의 디테일 신호(예를 들면, d1, d2, d3, d4)를 제외한, 심박의 미세한 변화와 관련된 디테일 신호(예를 들면, d5)만으로 선택될 수 있다.

한편, PPG 신호 근사화 단계(S150)는 고주파 성분의 잡음을 제거함으로써 PPG 신호를 근사화시킬 수 있는 반면, 근사 신호와 디테일 신호 합산시 디테일 신호에 스레쉬홀딩을 취해주었기 때문에 불연속점이 발생되는데(도 15(b) 참조), 이 불연속점을 제거하기 위하여 근사화된 PPG 신호를 제로 클리핑하여 심박과 무관한 신호 성분을 제거한 후(S170), 제로 클리핑된 PPG 신호를 바틀레트 윈도우 함수와 컨벌루션함으로써 PPG 신호가 스무딩하게 되도록 하여 근사화에 의한 불연속점을 제거한다(S190).

그 다음, 근사화된 PPG 신호에서 동잡음의 영향을 최대한 억제하여 최적의 심박 시퀀스/평균 심박수를 추출하는데(S210), 이하 심박 시퀀스/평균 심박수 추출에 대하여 도 9를 참조하여 더 자세히 설명한다.

우선, 근사화된 PPG 신호에서 초기 구간(약 2초내의 구간)내에 있는 모든 피크를 검출한 다음(S211), 초기 구간 내의 피크들을 각각 시작 피크로 하는 복수개의 후보 심박 시퀀스를 형성한다(S212)(도 17 참조). 이때, 후보 심박 시퀀스는 시작 피크와 이로부터 IBI ±ΔT 이내에 있는 피크들을 해석 구간 끝까지 차례로 검출하여 이를 일련의 시퀀스로 형성한 것을 의미한다.

한편, 여기에서 후보 심박 시퀀스 형성시 평균 심박 시간 추정부(79)에 의하여 산출된 예상 평균 심박 시간(mean IBI)이 사용되는데, 이하 예상 평균 심박 시간을 추정하는 단계(S140)에 대하여 도 10을 참조하여 더 자세히 설명한다.

우선, 입력된 PPG 신호를 리샘플링하여 불필요한 고주파 성분을 제거한 다음(S141), 리샘플링된 PPG 신호를 제로 클리핑하여 심박에 의한 피크 성분만을출력한다(S142).

그 다음, 제로 클리핑된 PPG 신호를 하드 스레쉬홀딩하여 심박과 관련된 피크들만 추출하는데(S143), 여기에서 하드 스레쉬홀딩 레벨은 하기의 수학식 3와 같이 주어진다.

Th3 = c*max(input) (단, c = 0.5)

본 실시예에서, 하드 스레쉬홀딩 레벨(Th3)은 구간내 PPG 신호에서 최대값의 c배(여기서, c는 0.5)로 설정하였으며, 하드 스레쉬홀딩 레벨(Th3) 미만의 신호는 심박에 의한 피크가 아니므로 이를 불필요한 신호로 간주하여 제거하게 된다.

그 다음, 하드 스레쉬홀딩된 PPG 신호의 자기 상관 함수를 구한 후(S144), 잡음이 제거된 PPG 신호의 자기 상관 함수에서 첫번째 피크 발생시간(;tau)을 검출하여 이를 예상 평균 심박 시간으로 추출한다(S145)(도 18 참조).

여기에서, 평균 심박 시간 추정부(79)로부터 예상 평균 심박 시간을 추출하는 이유는, 심박이 발생될 확률이 높은 구간에서만 피크들을 검출함으로써 빠른 시간내에 후보 심박 시퀀스들을 형성하기 위해서이다.

한편, 후보 심박 시퀀스 형성시 예상 평균 심박 시간(mean IBI)±ΔT 구간 안에 2개 이상의 피크가 존재할 경우 예상 평균 심박 시간(mean IBI)에 가까운 피크를 선택하며, 이 구간 안에 피크가 존재하지 않거나 피크의 진폭이 너무 작은 경우(여기서, 초기구간 2초내의 최대 피크 크기의 3/10 이하인 경우) ΔT 의 범위를 소정 구간만큼 확장시켜 후보 심박 시퀀스를 형성한다. 본 실시예에서는 5 샘플만큼씩 확장하는데, 시간상으로는 1/5초(5 샘플/25Hz)씩 확장한다.

그 다음, 각각의 후보 심박 시퀀스들을 스코어링하여 스코어링값에 따라 최적의 심박 시퀀스를 선택하는데(S213), 이하 이에 대하여 도 11을 참조하여 더 자세히 설명한다.

우선, 전술한 후보 심박 시퀀스 형성 단계(S212)에서 선정된 초기 구간(약 2초 내의 구간)내의 피크들 각각을 시작점으로 하여 평균 예상 평균 심박 시간(mean IBI) 만큼씩 떨어진 점을 중심으로 하는 윈도우 신호를 선정한다(S221)(도 17 참조). 즉, 윈도우 신호는 후보 심박 시퀀스들과 동일한 시작점에서 차례로 예상 평균 심박 시간만큼씩 이격된 시간을 중심으로 하는 윈도우 신호들로 선정되며, 윈도우 신호의 폭은 선택적으로 변경가능하다. 본 실시예에서는 윈도우 신호의 폭이 2*ΔT가 되도록 설정하였다.

그 다음 시작점이 동일한 윈도우 신호와 후보 심박 시퀀스들을 곱한 다음 곱한값을 모두 합산한 후(S222~S223), 합산된 값을 스코어링하여 스코어링값이 최대인 후보를 최적의 심박 시퀀스로서 선정한다(S224~S225)(도 17 참조). 전술한 바와 같이, 도 17의 실선과 점선으로 표시한 화살표 및 사다리꼴 형태들은, 각각 두개의 후보 심박 시퀀스와 동일한 시작점에서 예상 평균 심박 시간만큼씩 이격된 시간 및 이 시간을 중심으로 하는 윈도우들이며, 두번째 후보 시퀀스가 최적의 심박 시퀀스로 선정된다.

마지막으로, 단계 S213 에서 선정된 최적의 심박 시퀀스에 따른 개개의 심박발생시간을 화면에 디스플레이하거나, 또는 소정 구간내의 심박 시퀀스에 따른 개개의 심박발생시간을 기초로 하여 평균 심박수를 연산한 후(S214) 이를 화면에 디스플레이하고(S230), 사용자로부터 또 다른 심박 측정 명령이 입력된 경우 PPG 신호 검출 단계로 이행하고 그렇지 않은 경우에는 심박 측정을 종료한다(S250).

도 19는 본 발명에 의하여 동잡음이 포함된 PPG 신호로부터 정확한 심박이 검출된 것을 나타내는 파형도로서, 동잡음에 의하여 도 19(a)와 같이 PPG 신호에 순간적인 피크가 발생되더라도, 본 발명의 심박 검출 방법에 따르면 PPG 신호에서 동잡음을 제거할 수 있으므로 도 19(b)와 같이 심박을 정확하게 검출할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 PPG 기반의 심박 검출 장치 및 방법에 따르면, 종래기술들과는 달리 기준신호 없이도 PPG신호로부터 직접 심박 검출이 가능하므로, 심박의 측정을 필요로 하는 의료적 또는 비의료적 목적의 기기, 예를 들면 신체상태진단기능 스포츠 시계, 스트레스 레벨 측정 장치, 칼로리 소비량 측정 장치, 정서인식 장치, 환자 감시 장치, 마취 레벨 모니터링 장치 등에 유용하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 사용자가 움직이는 상태에서도 PPG신호로부터 효율적으로 심박을 검출할 수 있으므로 심박 검출시 사용자에게 거부감 및 불쾌감을 유발시키지 않을 수 있다.

Claims

사용자의 신체로부터 PPG 신호를 검출하는 PPG 센서부;

상기 PPG 신호에서 예상 평균 심박 시간을 산출하는 평균 심박 시간 추정부; 및

상기 예상 평균 심박 시간을 이용하여 상기 PPG 신호에서 후보 심박 시퀀스들을 검출하고 상기 후보 심박 시퀀스에서 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 추출하는 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 평균 심박 시간 추정부는,

상기 PPG 신호를 소정 레벨로 하드 스레쉬홀딩하는 하드 스레쉬홀딩부;

상기 하드 스레쉬홀딩된 PPG 신호의 자기 상관 함수 값을 산출하는 자기 상관부; 및

상기 자기 상관 함수 값의 첫번째 피크 발생시간을 검출하는 피크 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 2항에 있어서, 상기 하드 스레쉬홀딩부의 하드 스레쉬홀딩 레벨은 0.5*max(input)인 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 2항에 있어서, 상기 평균 심박 시간 추정부는,

상기 PPG 신호를 소정 레벨로 클리핑하는 클리핑부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부는,

상기 PPG 신호에서 피크를 검출하는 피크 추출부;

상기 검출된 피크들을 기초로 하여 복수개의 후보 심박 시퀀스를 형성하는 후보 심박 시퀀스 형성부;

상기 복수개의 후보 심박 시퀀스들 중에서 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 심박 시퀀스 선택부; 및

상기 심박 시퀀스 선택부에 의하여 선택된 심박 시퀀스를 기초로 하여 평균 심박수를 연산하는 평균 심박수 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 PPG 센서부에서 검출된 PPG 신호를 기초로 동잡음의 레벨을 판단하여 소정의 임계치 이상일 경우 경고메세지를 발생시키는 동잡음 레벨 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 6항에 있어서, 상기 심박 시퀀스/평균 심박수 추출부에서 추출된 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수, 및 상기 동잡음 레벨 판단부에서 발생된 경고 메세지가 디스플레이되는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 6항에 있어서, 상기 동잡음 레벨 판단부는,

상기 PPG 신호의 진폭 또는 주파수의 변화율에 따른 출력을 산출하는 TEO 연산부;

상기 TEO 연산부로부터 출력된 신호를 소정의 윈도우 함수와 컨벌루션하는 컨벌루션부; 및

상기 컨벌루션부로부터 입력된 신호를 소정 레벨로 하드 스레쉬홀딩하여 상기 하드 스레쉬홀딩 출력이 소정의 임계치 이상일 경우 경고메세지를 발생시키는 동잡음 임계치 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호에서 특정 주파수 대역 사이의 파형만을 통과시키는 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호를 웨이블릿 변환을 이용하여 특정 스케일에서의 근사 신호와 디테일 신호들로 분리하고, 상기 디테일 신호들 중 소정 임계치 이상의 신호와 상기 분리된 근사 신호를 합산하여 근사화된 PPG 신호를 생성하는 PPG 신호 근사화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
제 10항에 있어서, 상기 PPG 신호 근사화부는,

상기 PPG 신호를 웨이블릿 변환하여 근사 신호와 디테일 신호들로 분리하는 웨이블릿 변환부;

상기 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 디테일 신호들 중 소정 임계치 이상의 신호들만 추출하는 제2 하드 스레쉬홀딩부; 및

상기 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 근사 신호와 소정 임계치 이상의 신호들을 합산하는 신호 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 장치.
PPG 센서부를 통하여 사용자로부터 PPG 신호를 검출하는 단계;

상기 PPG 신호에서 예상 평균 심박 시간을 산출하는 단계; 및

상기 예상 평균 심박 시간을 이용하여 상기 PPG 신호에서 후보 심박 시퀀스들을 검출하고 상기 후보 심박 시퀀스에서 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 예상 평균 심박 시간을 산출하는 단계는,

상기 PPG 신호를 소정 레벨로 하드 스레쉬홀딩하는 단계;

상기 하드 스레쉬홀딩된 PPG 신호의 자기 상관 함수 값을 산출하는 단계; 및

상기 자기 상관 함수 값의 첫번째 피크 발생시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제13항에 있어서, 상기 하드 스레쉬홀딩 레벨은 0.5*max(input)인 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 13항에 있어서, 상기 예상 평균 심박 시간을 산출하는 단계는,

상기 PPG 신호를 소정 레벨로 클리핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수를 검출하는 단계는,

상기 PPG 신호에서 피크를 검출하는 단계;

상기 검출된 피크들을 기초로 하여 복수개의 후보 심박 시퀀스를 형성하는 단계;

상기 복수개의 후보 심박 시퀀스들 중에서 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 단계; 및

상기 심박 시퀀스 선택부에 의하여 선택된 심박 시퀀스를 기초로 하여 평균 심박수를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 16항에 있어서, 상기 후보 심박 시퀀스 형성 단계는,

소정 시간 내의 피크들 각각을 시작점으로 선정하는 단계; 및

상기 시작점에서 차례로 상기 예상 평균 심박 시간 ±ΔT 떨어진 구간내의 피크를 선택하여 복수개의 후보 심박 시퀀스들을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 17항에 있어서, 상기 후보 심박 시퀀스들을 설정하는 단계는,

상기 시작점에서 차례로 상기 예상 평균 심박 시간 ±ΔT 떨어진 구간내에 다수의 피크가 존재할 경우 예상 평균 심박 시간에 가까운 피크를 선택하는 단계; 및

상기 예상 평균 심박 시간 ±ΔT 떨어진 구간내에 피크가 없거나 또는 신호의 크기가 소정값 이하일 경우 ΔT 의 범위를 소정 구간만큼 확장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 17항에 있어서, 상기 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 단계는,

상기 선정된 시작점에서 차례로 상기 예상 평균 심박 시간 떨어진 윈도우 신호들을 선정하는 단계; 및

상기 시작점이 동일한 윈도우 신호와 후보 심박 시퀀스들을 각각 합산한 후 각 후보 심박 시퀀스들의 합산 결과를 비교하여 최적의 심박 시퀀스를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 PPG 센서부에서 검출된 PPG 신호를 기초로 동잡음의 레벨을 판단하여 소정의 임계치 이상일 경우 경고 메세지를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 20항에 있어서, 상기 추출된 최적의 심박 시퀀스 또는 평균 심박수, 및 상기 경고 메세지를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 20항에 있어서, 상기 경고 메세지 발생 단계는,

상기 PPG 신호에서 진폭과 주파수의 급격한 변화율을 산출하는 TEO 연산 단계;

상기 TEO 연산 단계로부터 출력된 신호를 소정의 윈도우 함수와 컨벌루션하는 컨벌루션 단계;

상기 컨벌루션된 신호를 소정 레벨로 하드 스레쉬홀딩하는 하드 스레쉬홀딩하여 상기 하드 스레쉬홀딩된 신호가 소정의 임계치 이상일 경우 경고메세지를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호에서 특정 주파수대역 사이의 파형만을 통과시키는 필터링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 12항에 있어서,

상기 PPG 센서로부터 검출된 PPG 신호를 웨이블릿 변환을 이용하여 근사 신호와 디테일 신호들로 분리하는 단계; 및

상기 디테일 신호들 중 소정 임계치 이상의 신호와 상기 분리된 근사 신호를 합산하여 근사화된 PPG 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.
제 24항에 있어서, 상기 근사화된 PPG 신호를 생성하는 단계는,

상기 웨이블릿 변환에 의하여 생성된 디테일 신호들 중 소정 임계치 이상의 신호들만 추출하는 하드 스레쉬홀딩 단계; 및

상기 근사 신호와 상기 하드 스레쉬홀딩 단계에서 추출된 소정 임계치 이상의 신호들을 합산하는 신호 합산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPG 기반의 심박 검출 방법.