KR20040063383A

KR20040063383A - 이상데이터 소거방법 및 이를 적용한 분광학을 이용한혈액성분분석시스템

Info

Publication number: KR20040063383A
Application number: KR1020030000779A
Authority: KR
Inventors: 이종연; 윤길원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-14
Also published as: JP2004209257A; DE602004000513D1; CN1519557A; JP4050706B2; US8507281B2; CN1264474C; EP1437087A1; KR100499139B1; DE602004000513T2; EP1437087B1; US20040204865A1

Abstract

이상데이터 소거방법 및 이를 적용한 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템이 개시된다. 이상데이터 소거방법은 측정하고자 하는 혈액성분과 반응하는 제1 및 제2 파장의 광을 피검체에 조사하고, 상기 피검체로부터 투과되는 제1 및 제2 파장의 광을 광전변환시켜 얻어지는 PPG 신호를 분석하여 상기 혈액성분의 농도를 예측하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서, (a) 소정의 단위시간 동안 상기 제1 및 제2 파장에 대한 PPG 신호를 수집하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 수집된 PPG 신호에 포함된 n 개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수를 산출하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 산출된 n 개의 매개변수의 평균값을 산출하는 단계, 및 (d) 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 단계로 이루어진다.

Description

이상데이터 소거방법 및 이를 적용한 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템 {Method of removing abnormal data and blood constituent analysing system using spectroscopy employing the same}

본 발명은 혈액성분 분석시스템에 관한 것으로서, 특히 생체 내부적 및 외부적 요인에 의하여 발생하는 이상데이터를 소거하기 위한 방법 및 이를 적용한 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 관한 것이다.

비침습적인 방법에 의한 생체신호의 계측은 현대 의공학 분야의 중요한 화두이며, 많은 의공학자들에 의하여 여러 생리 변수에 대한 측정방법들이 일반화되어있다. 그 중 채혈을 하지 않고 혈액성분을 분석하는 방법에 대해서도 다양한 접근방법에 의해 많은 연구결과가 발표되었고 지금도 그 연구가 계속 진행되고 있다. 일예의 접근방법으로서 분광학적인 방법을 이용한 혈액성분의 분석은 채혈을 하지 않기 때문에 환자에게 고통을 주지 않고, 감염의 위험이 없으며 실시간으로 결과를 알 수 있는 장점을 가진다. 이러한 장점과 관련 기술의 발달로 과거에 산소포화도 측정을 위한 장비에서 일반화된 기술이 근래에 와서 헤모글로빈, 글루코즈와 같은 다양한 혈액성분의 분석을 위한 의료기기에 적용되고 있다. 이러한 장비들은 측정하고자 하는 혈액성분과 반응하는 특정 파장의 빛을 이용하여 파장간 흡수된 광량의 차를 계측하여 분석하는 방법을 사용한다.

분광학적인 방법을 이용할 경우 생성되는 PPG(Photo Plethymo Graphy) 신호는 맥동성분과 비맥동성분으로 이루어진다. 도 1을 참조하여 PPG 신호를 좀 더 세부적으로 설명하면 다음과 같다. 도 1에 있어서, I_o는 인체에 조사된 광량, I_t는 인체를 투과한 광량, I_a는 인체에 흡수된 광량, T_o는 심장박동 주기, I_p는 맥동성분의 최고점, I_v는 맥동성분의 최저점, P1은 맥동성분에 의한 광세기 변화량 즉, AC 성분, P2는 비맥동성분에 의한 광세기 즉, DC 성분을 각각 나타낸다. 여기서, 생체에 조사된 빛을 흡수하는 성분은 크게 시간에 따라 변화되지 않는 뼈나 생체 조직에 의한 비맥동성분 즉, P2 성분과, 심장박동에 의하여 시간에 따라 변화되는 동맥 맥동성분에 의한 P1 성분으로 나누어짐을 볼 수 있다.

이와 같이 시간에 따라 변화하는 맥동성분에 의해 흡수된 광량을 정확하게측정하는 것은 비율측정(ratiometric) 방식에 의한 혈액성분 분석에서 매우 중요하다. 그러나, PPG 신호의 진폭과 기저선은 호흡, 혈압, 맥박수, 체온, 혈관상태 또는 자율신경계와 같은 생체 내부적 요인과, 자발적 또는 비자발적 움직임과 같은 생체 외부적 요인에 의하여 수시로 변화하게 된다. 정량적으로 맥동성분의 진폭은 비맥동성분에 의한 빛의 흡수량과 비교하여 2% 내지 5%의 범위에서 변화하며, PPG 신호의 기저선도 3% 내지 5%의 범위에서 변화한다. 이와 같은 생체 내부적 요인에 의한 맥동성분의 진폭과 기저선의 변화는 이상데이터를 발생시키고, 그 결과 분광학적 방법에 의한 혈액성분의 분석에서 오차를 발생시키는 원인이 된다.

PPG 신호에서 이상데이터 발생에 대한 대응방안과 관련된 종래기술로는 USP 5025791호, USP 5517988호, USP 5645060 호 및 USP 6393311 호 등이 있다. USP 5025791호는 인체의 프로브 부착 부위에 움직임 검출센서와 가속도계를 같이 부착하여 미리 설정한 한도를 넘는 움직임이 검출되면 시스템을 제어하는 마이크로프로세서에 전달됨으로써, 이때 측정된 데이터를 산소포화도 측정을 위한 분석에서 배제시키는 기술이다. 이 기술은 광학부와 함께 움직임 검출기와 가속도계를 추가로 부착하기 때문에 시스템이 구조적으로 복잡해 질 뿐 아니라 가격이 상승하는 요인이 된다.

USP 5517988호는 측정된 PPG 신호에 대하여 미리 설정한 AC 성분의 진폭 변화율과 DC 성분의 기울기와 같은 판단기준에 의하여 비생리학적 원인에 의한 데이터임을 알려주는 이벤트를 발생시킴으로써 이상데이터에 의한 분석오류를 방지하는 기술이다. 이 기술은 AC 성분과 DC 성분이 비교적 안정된 특성을 갖는 PPG 신호인경우에도 측정 단위시간내의 맥동성분에서 측정되는 회귀식에 적용하는 매개변수(Ratio of Ratios)가 생체 내부적 요인에 의하여 단기간에 큰 차이를 발생시키는 경우가 발생한다.

USP 5645060호는 움직임 및 잡음항이 포함된 비어-램버트 방정식(Beer-Lambert's equation)에 의한 매개변수를 비율측정 방식에 적용하여 잡음의 영향을 소거하는 기술이다. 이 기술은 각 파장간에 움직임과 잡음이 일정하게 비례하고 맥동성분은 움직임에 영향을 받지 않는다는 가정하에 적용가능하나, 실제 맥동성분은 호흡에 의한 변동이 심하기 때문에 혈액성분의 농도를 계산하기 위한 PPG 신호에 영향을 주게 되어 계산결과가 부정확해진다.

USP 6393311호는 하나의 데이터 세그먼트에서 퓨리에 변환을 수행하여 대표되는 주파수를 찾은 다음, 그 주파수에 해당하는 신호만을 추출하는 대역통과필터를 설계하고, 이를 이용하여 동잡음이 소거된 신호를 추출하는 기술이다. 이 기술은 퓨리에 변환을 위한 연산횟수와 협대역통과필터링을 하기 위해 필터의 탭수가 증가하게 되고, 그 결과 처리해야 할 데이터량이 방대해지기 때문에 신호처리과정을 연속적으로 실시간 구현하기 어렵다.

상술한 바와 같이 종래의 기술들은 대부분 산소포화도를 측정하는 시스템에 있어서 동잡음이나 프로브의 불안정한 접촉과 같은 생체 외부적 요인에 의해 발생되는 이상데이터를 배제하는 방법에 한정되어 있었다.

또한, 종래에는 일률적으로 환자가 생리적으로 안정상태가 될 때까지 별도의 대기시간이 경과한 다음 산소포화도와 같은 생리신호를 측정함으로써 전체적인 측정시간이 길어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서, 동잡음이나 프로브의 불안정한 접촉과 같은 생체 외부적 요인 뿐만 아니라 생체 내부적 요인에 의하여 발생되는 이상데이터를 소거하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 이상데이터 소거방법을 적용함으로써 분석의 정확도를 증가시킴과 동시에 분석에 소요되는 측정시간을 단축시킬 수 있는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이상데이터 소거방법은 측정하고자 하는 혈액성분과 반응하는 제1 및 제2 파장의 광을 피검체에 조사하고, 상기 피검체로부터 투과되는 제1 및 제2 파장의 광을 광전변환시켜 얻어지는 PPG 신호를 분석하여 상기 혈액성분의 농도를 예측하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서, (a) 소정의 단위시간 동안 상기 제1 및 제2 파장에 대한 PPG 신호를 수집하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 수집된 PPG 신호에 포함된 n 개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수를 산출하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 산출된 n 개의 매개변수의 평균값을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

상기 이상데이터 소거방법은 바람직하게로는 (e) 상기 (e) 단계에서의 비교결과, 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율이 상기 소거기준값보다 크거나 같을 경우, 상기 n 개의 펄스데이터 중 일부를 갱신하여 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템은 각각 측정하고자 하는 혈액성분과 특정하게 반응하는 파장의 광을 방출하는 적어도 두개 이상의 광원을 구비하며, 소정의 타이밍에 따라서 피검체에 특정 파장을 갖는 광을 조사하는 발광부; 상기 피검체로부터 방출되는 광을 수광하고, 수광된 광을 전기적 신호로 변환시키는 수광부; 및 상기 수광부로부터 제공되는 신호로부터 특정 혈액성분과 반응한 각 파장에 대한 PPG 신호를 추출하고, 소정의 단위시간 동안 수집된 각 파장에 대한 PPG 신호에 포함된 n개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수의 평균값을 산출하고, 상기 n개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 신호처리부를 포함한다.

상기 신호처리부는 바람직하게로는 상기 n개의 펄스데이터를 저장하는 FIFO 구조의 데이터버퍼를 구비하며, 상기 n개의 펄스데이터를 소거데이터로 판단한 경우, n개의 데이터를 일정 단위로 분할하여 먼저 입력된 데이터를 갱신하여 재차 이상데이터 소거여부를 판단한다.

도 1은 일반적인 PPG 신호를 설명하는 그래프,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템의 구성을 보여주는 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 이상데이터 소거방법을 설명하는 흐름도, 및

도 4는 도 3에 있어서 각 단계에서 사용되는 파라미터들을 정의하는 제1 및 제2 파장에 대한 광세기 그래프의 일예이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 이상데이터 소거방법과 이를 적용한 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템의 구성을 보여주는 블럭도로서, 혈액성분 분석시스템은 발광부(21), 피검체(22), 수광부(23), 증폭 및 필터링부(24), 신호처리부(25), 저장부(26) 및 표시부(27)로 이루어진다.

도 2를 참조하면, 발광부(21)는 각각 측정하고자 하는 혈액성분과 특정하게 반응하는 파장의 광을 방출하는 적어도 두개 이상의 광원, 예를 들면 발광 다이오드를 구비하며, 광원은 신호처리부(25)에 의해 제어되는 타이밍에 따라서 피검체(22)에 특정 파장을 갖는 광을 조사한다.

수광부(23)는 발광부(21)와 수광부(23) 사이에 위치하는 피검체(22)로부터 투과, 산란 또는 반사되는 광을 수광하고, 수광된 광을 전기적 신호로 변환시켜 증폭 및 필터링부(24)로 공급한다. 증폭 및 필터링부(24)는 수광부(23)로부터 제공되는 전기적인 신호를 일정한 레벨로 증폭시킨 다음 필터링하여 잡음 성분을 제거한다.

신호처리부(25)는 증폭 및 필터링부(24)로부터 제공되는 신호로부터 특정 혈액성분과 반응한 PPG 신호를 추출하여 디지털 데이터로 변환한 다음, 디지털 데이터에 대하여 이상데이터를 소거하기 위한 신호분석 및 처리를 수행하고, 신호처리된 신호를 저장부(26)와 표시부(27)로 제공한다. 신호처리부(25)에는 본 발명에 따른 이상데이터 소거방법을 실행할 수 있는 프로그램이 기록되어 있으며, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 내장되어 있다. 한편, 신호처리부(25)에 내장되는 데이터 버퍼는 n 개의 데이터를 저장하는 FIFO(First In First Out) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 신호분석 및 처리결과 n 개의 데이터를 소거데이터로 판단한 경우, n 개의 데이터를 일정 단위, 예를 들면 5로 분할하여 먼저 입력된 (n/5) 개의 데이터만을 갱신하여 이상데이터 소거를 위한 신호분석에 적용할 수 있다.

저장부(26)는 신호처리부(25)의 처리결과, 유효데이터로 판단된 디지털 데이터를 저장하고, 표시부(27)는 신호처리부(25)의 처리결과를 디스플레이하여 사용자에게 알려준다.

도 3은 본 발명에 따른 이상데이터 소거방법을 설명하는 흐름도로서, 데이터 수집단계(31 단계), 파장간 매개변수 평균값 산출단계(32 내지 35 단계), 파장간 매개변수 평균값, 표준편차 및 소거기준값을 이용한 유효데이터 판단단계(36 내지 38 단계)로 이루어진다. 도 3에 도시된 이상데이터 소거방법을 도 4와 결부시켜 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 31 단계에서는 설정된 단위시간, 예를 들면 T1 ~ T2 에 해당하는 시간동안 증폭 및 필터링부(24)로부터 공급되는 파장별 PPG 신호에 대한 n 개의 펄스데이터를 수집한다. 여기서, n개 펄스데이터는 일반적으로 심장박동주기를 가질 수 있고, 외부에서 인가한 압력에 의해 발생하는 혈류 변화에 의한 보다큰 진폭을 갖는 변조파 형태의 신호로부터 생성될 수 있다.

32 단계에서는 상기 31 단계에서 수집된 펄스데이터군으로부터 파장별로 단위시간에 포함되는 각각의 펄스에 대하여 광세기의 최고점(I_p)과 최저점(I_v)을 검출한다. 제1 및 제2 파장에 대한 광세기 그래프(G1, G2)를 살펴보면, T1 ~ T2 시간동안 n 개의 펄스가 존재하는 경우, 제1 파장에 대한 광세기 그래프(G1) 상의 n 개의 펄스에 대하여 각각 최고점(I_p11, I_p12,...,I_p1n)과 최저점(I_v11, I_v12,...,I_v1n)을 검출하고, 제2 파장에 대한 광세기 그래프(G2) 상의 n 개의 펄스에 대하여 각각 최고점(I_p21, I_p22,...,I_p2n)과 최저점(I_v21, I_v22,...,I_v2n)을 검출한다.

33 단계에서는 상기 32 단계에서 검출된 펄스별 광세기의 최고점(I_p)과 최저점(I_v)을 이용하여 파장별로 각각의 펄스에 대하여 최고점과 최저점의 로그지수의 비(ln(I_p/I_v))를 산출한다. 즉, 제1 파장에 대한 광세기 그래프(G1)에 있어서, 제1 내지 제n 펄스에 대하여 최고점과 최저점의 비(ln(I_p11/I_v11), ln(I_p12/I_v12), ... , ln(I_p1n/I_v1n))을 구하고, 제2 파장에 대한 광세기 그래프(G2)에 있어서, 제1 내지 제n 펄스에 대하여 최고점과 최저점의 비(ln(I_p21/I_v21), ln(I_p22/I_v22) ... , ln(I_p2n/I_v2n))을 구한다.

34 단계에서는 상기 33 단계에서 산출된 펄스별 최고점과 최저점의 로그지수의 비(ln(I_p/I_v))를 이용하여 매개변수 예를 들면, 파장간 ROR(Ratio of Ratios)즉, 제1 파장에 대한 각 펄스의 최고점과 최저점의 로그지수의 비(ln(I_p1k/I_v1k), 여기서 k는 1~n)와 제2 파장에 대한 각 펄스의 최고점과 최저점의 로그지수의 비(ln(I_p2k/I_v2k), 여기서 k는 1~n)의 비(R₁₂)를 산출한다. 제1 파장과 제2 파장간의 ROR(R₁₂)은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

35 단계에서는 상기 34 단계에서 구해진 제1 파장과 제2 파장간의 ROR(R₁₂)의 평균값을 산출한다. 제1 파장과 제2 파장간의 ROR(R₁₂)의 평균값(M₁₂)은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

36 단계에서는 상기 34 단계에서 구한 n 개의 매개변수에 대하여 상기 35 단계에서 산출된 평균값(M₁₂)을 기준으로 하여 표준편차를 벗어나는 매개변수의 수(m)를 계수한다. 여기서, 표준편차는 실험적으로 또는 시뮬레이션을 통해 최적의 값으로 설정할 수 있다. 일예로, 표준편차는 파장간 ROR를 구하는데 사용되는 두 파장에 따라서 서로 다른 값을 설정할 수 있다. 만약, 등흡광점(isobestic point)에해당하는 두 파장을 사용하는 경우 표준편차는 ±3.5 % ~ ±4.5 %, 바람직하게는 ±4 %, 적색영역(Red) 또는 적외선영역(Infra-red)의 두 파장을 사용하는 경우 ±1.5 % ~ ±2.5 %, 바람직하게는 ±2 % 를 사용한다.

37 단계에서는 상기 34 단계에서 구한 전체 매개변수의 수(n)와 상기 36 단계에서 계수된 표준편차를 벗어나는 매개변수의 수(m)의 비율 즉, m/n 과 소정의 소거기준값을 비교한다. 여기서, 소거기준값은 실험적으로 또는 시뮬레이션을 통해 분석의 정확도를 보장할 수 있는 최적의 값으로 설정할 수 있다. 상기 37 단계에서의 비교결과, m/n 이 소거기준값보다 크거나 같은 경우에는 현재 수집된 n 개의 데이터는 폐기하여 분석에서 배제하고, 다시 상기 31 단계로 복귀하여 이후의 단계를 진행한다. 이때, 31 단계에서 새로운 n 개의 데이터를 모두 갱신할 수도 있고, 바람직하게로는 이전 단위시간동안 수집된 n 개의 데이타를 일정 단위로 분할하여 먼저 입력된 데이터는 버리고, 버린 만큼의 데이터를 보충하여 32 단계로 진행할 수 있다.

38 단계에서는 상기 37 단계에서의 비교결과, m/n 이 소거기준값보다 작은 경우에는 상기 34 단계에서 구한 n 개의 제1 및 제2 파장간 ROR(R₁₂)를 유효데이터로 판단하여 저장부(26)에 저장한다. 저장부(26)에 저장된 유효데이터, 즉 제1 및 제2 파장간 ROR(R₁₂)의 평균값은, 예를 들어 다변량 선형 회귀분석으로 얻어진 회귀식에 적용하여 해당하는 혈액성분의 농도를 계산할 수 있다.

예를 들어, 헤모글로빈(Hb)의 양을 계산하는 회귀식이 다음 수학식 3

Hb = 50.3 - 21.5 * R₁₃- 1.30 * R₁₅- 9.00 * R₄₅

과 같이 표현되는 경우, 상기 31 단계 내지 38 단계를 통하여 유효데이타로 판정된 제1 및 제2 파장간 ROR의 평균값의 예는 다음 표 1에서와 같이 나타낼 수 있다.

펄스 인덱스	R₁₃	R₁₅	R₄₅
1	1.11935	1.56065	1.37540
2	1.13040	1.51785	1.28079
3	1.11839	1.55493	1.32513
4	1.15221	1.51489	1.29946
5	1.16072	1.57932	1.33420
6	1.15716	1.49149	1.25697
7	1.19721	1.52200	1.26801
8	1.09604	1.45250	1.30688
9	1.08103	1.56253	1.32151
10	1.11863	1.55737	1.32719
11	1.11456	1.50028	1.31471
12	1.17718	1.59165	1.36132
13	1.13893	1.59417	1.40585
14	1.11350	1.53898	1.36942
15	1.11424	1.52678	1.30636
16	1.18262	1.60972	1.34542
17	1.18803	1.66496	1.45322
18	1.17468	1.59366	1.36323
19	1.17791	1.63599	1.38658
20	1.12564	1.63940	1.38449
21	1.15660	1.59757	1.38367
22	1.12855	1.58233	1.35407
23	1.11076	1.62814	1.42659
24	1.19795	1.59025	1.35692
25	1.16404	1.59834	1.37347
26	1.12490	1.55290	1.28225
27	1.12226	1.50934	1.34515
28	1.16658	1.55562	1.32509
29	1.13476	1.58237	1.35572
30	1.10259	1.62487	1.39802
평균값	1.14158	1.56769	1.34624

여기서, 단위시간동안 포함되는 펄스의 수(n)은 30 이며, R₁₃은 569 nm 파장과 805 nm 파장 간의 ROR, R₁₅은 569 nm 파장과 970 nm 파장 간의 ROR, R₄₅는 940 nm 파장과 970 nm 파장 간의 ROR을 각각 나타낸다. 본 발명에 따라서 유효데이터로 판단된 각 파장간 ROR의 평균값을 R₁₃, R₁₅또는 R₄₅에 대입함으로써 헤모글로빈의 농도를 예측할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 예를 들면, 이상데이터 소거방법은 소정의 단위시간 동안 수집된 상기 제1 및 제2 파장에 대한 PPG 신호에 포함된 n 개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수를 산출하는 제1 프로그램, 상기 제1 프로그램에 의해 산출된 n 개의 매개변수의 평균값을 산출하고, 산출된 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 제2 프로그램, 및 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율이 상기 소거기준값보다 크거나 같을 경우, 상기 n 개의 펄스데이터 중 일부를 갱신하여 상기 제1 및 제2 프로그램을 반복실행시키는 제3 프로그램을 기록매체에 기록하여 구현할 수 있다. 한편, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

<실험예>

본 발명의 일실시예에 의한 이상데이터 소거방법에 대한 정량적 결과를 얻기 위해, 10.5 ~ 16.5 g/dl의 헤모글로빈 농도를 가진 30명의 피검자를 대상으로 반듯하게 누운 자세에서 한 사람당 10분의 시간동안 연속으로 데이터를 수집하였다. 30명의 모집단을 2 대 1의 비율로 분류하고 20명을 조정모델(calibration model)로 하여 다변량 선형 회귀분석을 통한 회귀식을 구하였다. 이 회귀식을 나머지 10명의 데이터에 적용하여 예측모델(prediction model)에 대한 결과를 계산하였다. 모든 측정 대상자는 큐벳(cuvette)을 이용한 침습적인 헤모글로빈 측정장비인 헤모큐(HemoCue AB, Sweden)을 이용하여 레퍼런스로 사용할 헤모글로빈 수치를 측정하였다.

매개변수 즉, 파장간 ROR의 이상데이터를 판정하기 위하여 569 nm 파장에 의한 로그지수의 비와 805 nm 파장에 의한 로그지수의 비의 비(R₁₃)와, 940 nm 파장에 의한 로그지수의 비와 970 nm 파장에 의한 로그지수의 비의 비(R₄₅)에 표준편차를각각 2%와 1% 단위로 증가시키며 결과를 비교하였다. 상기 각 파장간 ROR에 대하여 소거기준값은 20 %로 적용하였고 측정주기는 1 분 단위의 데이터를 대상으로 분석하였다. 표준편차가 작을수록 상관계수가 좋은 결과를 얻지만 표준편차를 만족하는 측정대상 수(N)가 감소되어 많은 데이터를 분석할 수 없게 된다. 상관계수와 표준편차를 만족하는 측정대상 수와는 반비례 관계가 성립되며, 이를 상호 보완하여 R₁₃와 R₄₅에 4%와 2%를 이상데이터 소거를 위한 최적의 표준편차로 선정하였다. 조정모델과 예측모델과 관련하여, R₁₃와 R₄₅에서 각 표준편차별 상관계수 및 분석개체수는 다음 표2에 도시된 바와 같다.

이상데이터표준편차	조정모델(calibration model)	예측모델(prediction model)
R₁₃(%)	R₄₅(%)	상관계수(R)	표준편차(g/dl)	분석개체수 (N)	상관계수(R)	표준편차(g/dl)	분석개체수 (N)
2	1	0.71	1.2	15	0.65	1.4	6
4	2	0.71	1.3	20	0.61	1.7	10
6	3	0.59	1.5	20	0.39	2.05	10
8	4	0.53	1.82	20	0.3	2.34	10
본 발명 적용안함	0.51	1.9	20	0.3	2.4	10

표 2를 참조하면, 비침습적인 혈액 헤모글로빈 농도 측정을 위하여 이상데이터 소거기준값을 적용하고, 제거된 펄스의 비에 의하여 측정데이터를 분석에 적용할지를 판단하는 본 발명에 따른 이상데이터 소거방법을 30명의 피검자에게 적용하여 조정모델의 상관계수 0.71과 예측모델의 상관계수 0.61의 결과를 얻었다. 이는 본 발명에 의한 이상데이터 소거방법을 사용하지 않은 분석결과, 즉 조정모델의 상관계수 0.51과 예측모델의 상관계수 0.3과 비교해 볼 때 개선되었음을 보여주며, 따라서 호흡, 혈압, 맥박수, 체온, 혈관상태, 자율신경계 등과 같은 생체 내부적요인에 의하여 발생하는 맥동성분의 변화에 의한 영향과 동 잡음, 프로브와 같은 생체 외부적 요인에 의한 신호의 영향을 최소화하는 방법으로서 유용성이 있음이 입증되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서 피검체로부터 발생되는 PPG 신호로부터 회귀식의 매개변수를 산출하고, 매개변수의 이상데이터를 소정 단위시간 동안 분석하여, 이상데이터가 소거기준값 이상 포함된 데이터군은 분석에서 배제시킴으로써 움직임 검출센서와 가속도계와 같은 별도의 하드웨어를 추가함이 없이 생체 외부적 요인에 의한 영향 뿐만 아니라 생체 내부적 요인에 의한 맥동성분의 변동의 영향을 최소화할 수 있다. 그 결과, 비용 상승을 초래함이 없이 혈액성분 분석시스템의 정확도를 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 일반적인 생리신호 검사시 요구되는 환자의 안정상태를 위한 준비시간을 생략하거나 최소화할 수 있어 분석을 위한 측정시간을 단축시킬 수 있을 뿐 아니라, 종래의 검사자 의존적인 주관적 분석방법이 아니라 객관적이면서 자동화된 방법으로 이상데이터 소거여부를 판정할 수 있으므로 분석의 정확도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

측정하고자 하는 혈액성분과 반응하는 제1 및 제2 파장의 광을 피검체에 조사하고, 상기 피검체로부터 투과되는 제1 및 제2 파장의 광을 광전변환시켜 얻어지는 PPG 신호를 분석하여 상기 혈액성분의 농도를 예측하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서,

(a) 소정의 단위시간 동안 상기 제1 및 제2 파장에 대한 PPG 신호를 수집하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계에서 수집된 PPG 신호에 포함된 n 개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수를 산출하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계에서 산출된 n 개의 매개변수의 평균값을 산출하는 단계; 및

(d) 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 단계를 포함하는 이상데이터 소거방법.
제1 항에 있어서,

(e) 상기 (e) 단계에서의 비교결과, 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율이 상기 소거기준값보다 크거나 같을 경우, 상기 n 개의 펄스데이터 중 일부를 갱신하여 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복수행하는 단계를 더 포함하는 이상데이터 소거방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 표준편차는 상기 제1 및 제2 파장에 따라서 결정되는 이상데이터 소거방법.
제3 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장이 등흡광점에 해당하는 경우 상기 표준편차는 ±3.5 % ~ ±4.5 %인 이상데이터 소거방법.
제3 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장이 적색영역 또는 적외선영역에 해당하는 경우 상기 표준편차는 ±1.5 % ~ ±2.5 %인 이상데이터 소거방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 n개의 펄스 데이터는 외부에서 인가한 압력에 의해 발생하는 혈류 변화에 의한 변조파 형태의 신호로부터 생성되는 이상데이터 소거방법.
측정하고자 하는 혈액성분과 반응하는 제1 및 제2 파장의 광을 피검체에 조사하고, 상기 피검체로부터 투과되는 제1 및 제2 파장의 광을 광전변환시켜 얻어지는 PPG 신호를 분석하여 상기 혈액성분의 농도를 예측하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템에 있어서,

소정의 단위시간 동안 수집된 상기 제1 및 제2 파장에 대한 PPG 신호에 포함된 n 개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수를 산출하는 제1 프로그램;

상기 제1 프로그램에 의해 산출된 n 개의 매개변수의 평균값을 산출하고, 산출된 상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 제2 프로그램; 및

상기 n 개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율이 상기 소거기준값보다 크거나 같을 경우, 상기 n 개의 펄스데이터 중 일부를 갱신하여 상기 제1 및 제2 프로그램을 반복실행시키는 제3 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
각각 측정하고자 하는 혈액성분과 특정하게 반응하는 파장의 광을 방출하는 적어도 두개 이상의 광원을 구비하며, 소정의 타이밍에 따라서 피검체에 특정 파장을 갖는 광을 조사하는 발광부;

상기 피검체로부터 방출되는 광을 수광하고, 수광된 광을 전기적 신호로 변환시키는 수광부; 및

상기 수광부로부터 제공되는 신호로부터 특정 혈액성분과 반응한 각 파장에 대한 PPG 신호를 추출하고, 소정의 단위시간 동안 수집된 각 파장에 대한 PPG 신호에 포함된 n개의 펄스데이터에 대하여 소정 회귀식의 매개변수의 평균값을 산출하고, 상기 n개의 매개변수 중 상기 평균값으로부터 소정의 표준편차를 벗어나는 매개변수가 차지하는 비율을 소정의 소거기준값과 비교하여 n개의 펄스데이터의 유효 여부를 판단하는 신호처리부를 포함하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.
제8 항에 있어서, 상기 신호처리부는 상기 n개의 펄스데이터를 저장하는 FIFO 구조의 데이터버퍼를 구비하며, 상기 n개의 펄스데이터를 소거데이터로 판단한 경우, n개의 데이터를 일정 단위로 분할하여 먼저 입력된 데이터를 갱신하여 재차 이상데이터 소거여부를 판단하는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.
제8 항 또는 제9 항에 있어서, 상기 표준편차는 상기 제1 및 제2 파장에 따라서 결정되는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.
제10 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장이 등흡광점에 해당하는 경우 상기 표준편차는 ±3.5 % ~ ±4.5 %인 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.
제10 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장이 적색영역 또는 적외선영역에 해당하는 경우 상기 표준편차는 ±1.5 % ~ ±2.5 %인 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.
제8 항 또는 제9 항에 있어서, 상기 n개의 펄스 데이터는 외부에서 인가한 압력에 의해 발생하는 혈류 변화에 의한 변조파 형태의 신호로부터 생성되는 분광학을 이용한 혈액성분 분석시스템.