KR20100128100A - Detecting method of heart plusation duration, apparatus and method for human sensibility evalution using photoplethysmographys - Google Patents

Detecting method of heart plusation duration, apparatus and method for human sensibility evalution using photoplethysmographys Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method of detecting a heart rate and a method and apparatus of measuring emotion using a pulse wave through a sensor attached to a finger are provided to display a heart rate variability and the power density at frequency bands by analyzing the physiological signals of an autonomic nerve system as the pulse wave. CONSTITUTION: A pulse wave detection unit(110) outputs the bit of a peripheral artery system of a testee as a pulse wave. A heart rate variability calculation unit(120) converts the peak value of the pulse wave into heart rate variability. A power calculation unit(130) calculates the level of power at frequency bands by using the heart rate variability. A determination unit(140) determines the sensibility of the testee by using the ration of the power level of a first frequency band and a second frequency band.

Description

심박 주기 검출 방법, 맥파를 이용한 감성 측정 장치 및 방법{Detecting Method of Heart Plusation Duration, Apparatus and Method for Human Sensibility Evalution using Photoplethysmographys}Detecting Method of Heart Plusation Duration, Apparatus and Method for Human Sensibility Evalution using Photoplethysmographys}

본 발명은 맥파를 이용한 감성 측정 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 말초신경계의 박동 변화를 이용하여 피검사자의 감성 상태를 측정할 수 있는 심박 주기 검출 방법, 맥파를 이용한 감성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring sensitivity using pulse waves, and more particularly, to a heart rate cycle detection method, a sensitivity measuring apparatus and method using pulse waves, which can measure the emotional state of a subject using a change in the pulsation of a peripheral nervous system.

최근, 외부의 자극에 대한 중추신경계(Central Nervous System; CNS)와 자율신경계(Autonomic Nervous System; ANS)의 통합적 조절에 의하여 신경계 반응으로 나타나는 감성의 변화를 정량화하려는 노력들이 시도되고 있다. 그 중, 자율신경계를 통해 생리적 반응을 측정할 수 있는 심전도(Electrocardiogram; ECG)를 이용한 감성 변화 측정 방법이 주로 이용되고 있다.Recently, efforts have been made to quantify the changes in sensitivity caused by nervous system responses by the integrated control of the Central Nervous System (CNS) and the Autonomic Nervous System (ANS) to external stimuli. Among them, a method of measuring sensitivity change using an electrocardiogram (ECG) capable of measuring physiological responses through the autonomic nervous system is mainly used.

종래의 심전도를 이용한 감성 변화 측정 방법은 측정가능한 자율신경계에서 비침습적인 생체신호를 측정하기 때문에 정확성을 보장받을 수 있지만, 피측정자의 가슴, 손, 발 등의 여러 신체 부위에 측정 전극을 부착해야하는 번거로움이 있다. 때문에, 소형화, 간편화를 추구하는 소비자의 욕구를 충족시키기에는 어려움이 따 른다.The conventional method of measuring sensitivity change using electrocardiogram can guarantee accuracy because it measures non-invasive bio signals in the measurable autonomic nervous system, but it is necessary to attach measurement electrodes to various body parts such as chest, hands and feet of the subject. There is a hassle. Therefore, it is difficult to meet the needs of consumers seeking miniaturization and simplicity.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 손가락 등에 장착된 센서로부터 말초정동맥계의 박동을 검출하여 피검사자의 감정 상태를 판단할 수 있는 심박 주기 검출 방법, 맥파를 이용한 감성 측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to detect the heart rate of the peripheral arterial system from the sensor mounted on the finger, etc. heart rate detection method that can determine the emotional state of the subject, the sensitivity measurement device and method using pulse wave In providing.

본 발명의 다른 목적은 인간 감성의 변화에 따른 자율신경계의 생리 신호의 변화를 맥파로 검출하고, 이를 심박변이도 및 주파수별 전력 밀도로 표현함으로써 새로운 형태의 감성 데이터베이스를 구축할 수 있는 심박 주기 검출 방법, 맥파를 이용한 감성 측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to detect a change in the physiological signal of the autonomic nervous system according to the change of human sensitivity as a pulse wave, and by expressing it as a heart rate variability and power density for each frequency heartbeat cycle detection method that can build a new type of emotion database In addition, the present invention provides an apparatus and method for measuring sensitivity using pulse waves.

본 발명의 일면에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 장치는, 피검사자의 말초정동맥계의 박동을 맥파 신호로 출력하는 맥파 검출부; 상기 맥파 신호의 피크값을 심박변이도로 변환하여 출력하는 심박변이도 산출부; 상기 심박변이도를 이용하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출하는 전력 산출부; 및 상기 산출된 주파수 대역별 전력의 크기 중에서, 제1 주파수 대역의 전력 크기와 제2 주파수 대역의 전력 크기의 비율을 이용하여 상기 피검사자의 감성 상태를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, an apparatus for measuring sensitivity using pulse waves includes a pulse wave detection unit configured to output a pulse of a peripheral arterial system of a subject as a pulse wave signal; A heart rate variance calculator configured to convert the peak value of the pulse wave signal into a heart rate variance and output the heart rate variance; A power calculator configured to calculate a magnitude of power for each frequency band using the heart rate variability; And a determination unit configured to determine the emotional state of the examinee using the ratio of the power size of the first frequency band and the power size of the second frequency band among the calculated power of each frequency band.

본 발명의 다른 면에 따른 심박 주기 검출 방법은, 맥파의 피크값이 검출될 것으로 예상되는 구간에서 상기 맥파의 기울기의 부호의 변화를 감지하는 단계; 상기 기울기 부호의 변화 지점에서 상기 맥파의 피크값이 제1 문턱값 내지 제2 문턱 값 내인지를 확인하고, 상기 확인된 변화 지점의 크기, 위치 및 전후 최저점의 위치를 순차적으로 저장하는 단계; 및 상기 저장된 피크 중에서 가장 큰 피크값의 소정퍼센트 이내의 피크값 중에서, 상기 전후 최저점의 간격이 가장 큰것을 심박 주기로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a heartbeat period detecting method comprising: detecting a change in a sign of a slope of a pulse wave in a section in which a peak value of a pulse wave is expected to be detected; Checking whether the peak value of the pulse wave is within a first threshold value to a second threshold value at a change point of the gradient code, and sequentially storing the size, the position of the identified change point, and the position of the lowest and the lowest point; And determining, as a heartbeat period, the largest interval between the front and rear lowest points among peak values within a predetermined percentage of the largest peak value among the stored peaks.

본 발명의 또 다른 면에 따른 심박 주기 검출 방법은, 해당 연산 프레임에서 맥파로부터 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기를 검출하는 단계; 상기 제1 심박 주기와 상기 제2 심박 주기의 차의 절대값이 기설정된 허용오차 내인지 확인하는 단계; 상기 확인결과 허용오차 내이면, 이전의 연산 프레임에서 검출된 이전 주기 또는 이후의 연산 프레임에서 검출된 이후 주기를 이용하여 최종 심박 주기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a method of detecting a heartbeat period includes detecting a first heartbeat period and a second heartbeat period from a pulse wave in a corresponding operation frame; Checking whether an absolute value of the difference between the first heart rate period and the second heart rate period is within a preset tolerance; And determining the final heart rate period using the previous period detected in the previous operation frame or the subsequent period detected in the subsequent operation frame if the checking result is within the tolerance.

본 발명의 또 다른 면에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 방법은, 맥파의 피크를 검출하여 심박 주기를 결정하는 단계; 상기 결정된 심박 주기를 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)로 나타내는 단계; 상기 심박변이도 그래프를 고속 푸리에 변환하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출하는 단계; 및 제1 주파수 대역의 전력 크기와 제2 주파수 대역의 전력 크기의 비율을 이용하여 피검사자의 감성 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a method for measuring emotion using pulse waves includes: detecting a peak of a pulse wave to determine a heart rate period; Representing the determined heart rate period as a heart rate variability (HRV); Calculating a magnitude of power for each frequency band by performing fast Fourier transform on the heart rate variability graph; And determining the emotional state of the examinee using the ratio of the power magnitude of the first frequency band and the power magnitude of the second frequency band.

본 발명에 따르면, 손가락 등에 장착된 센서로부터 말초정동맥계의 박동을 검출하여 피검사자의 감정 상태를 판단할 수 있어 감성 측정 장치를 소형화 및 간편화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to determine the emotional state of the subject by detecting the pulsation of the peripheral arterial system from a sensor mounted on a finger or the like, thereby miniaturizing and simplifying the emotion measuring device.

더 나아가, 본 발명은 인간 감성의 변화에 따른 자율신경계의 생리신호를 맥파로 분석하고, 이를 심박변이도 및 주파수별 전력 밀도로 표현함으로써 새로운 형태의 감성 데이터베이스를 구축에 기여할 수 있을 것이다.Furthermore, the present invention may contribute to the construction of a new type of emotion database by analyzing the physiological signals of the autonomic nervous system according to the change of human emotion and expressing them as heart rate variability and power density for each frequency.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an emotion measuring apparatus using pulse waves according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 장치를 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing an emotion measuring apparatus using a pulse wave according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 맥파 검출부(110), 심박변이도 산출부(120), 전력 산출부(130) 및 판단부(140)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave according to an exemplary embodiment of the present invention includes a pulse wave detector 110, a heart rate variability calculator 120, a power calculator 130, and a determiner 140. ).

맥파 검출부(110)는 피검사자의 말초정동맥계의 박동을 맥파(PPG; PhotoPlethysmoGraphy) 신호로 출력한다.The pulse wave detection unit 110 outputs the pulse of the peripheral arterial system of the examinee as a pulse wave (PPG; PhotoPlethysmoGraphy) signal.

이러한 맥파 검출부(110)는 센서부(111) 및 변환부(112)를 포함할 수 있다. 센서부(111)는 피검사자의 손가락 등에 장착되어, 피검사자 심장의 수축/확장과 동시에 발생하는 말초정동맥계의 박동을 감지하여 변환부(112)로 전달하며, 변환부(112)는 전달받은 발초정동맥계의 박동을 맥파 신호로 변환하여 출력한다.The pulse wave detection unit 110 may include a sensor unit 111 and a conversion unit 112. The sensor unit 111 is mounted on a subject's finger or the like, detects the pulsation of the peripheral arterial system, which occurs simultaneously with contraction / expansion of the subject's heart, and transmits it to the conversion unit 112, and the conversion unit 112 receives the received foot. The pulses of the paraarterial system are converted into pulse wave signals and output.

심박변이도 산출부(120)는 맥파 신호의 피크값을 심박변이도로 변환하여 출력한다.The heart rate variance calculator 120 converts the peak value of the pulse wave signal into a heart rate variance and outputs the same.

이러한 심박변이도 산출부(120)는 검출부(121) 및 표출부(122)를 포함할 수 있다. 검출부(121)는 맥파 신호의 피크값을 검출하여 심박 주기를 검출하며, 표출부(122)는 검출된 심박 주기를 심박변이도로 변환하여 출력한다. 심박변이도 산출부(120)는 맥파 신호의 피크값 검출 및 심박 주기를 검출할 때 소정의 알고리즘을 이용하는데 이에 관해서는 도 3 내지 5를 참고하여 후술한다.The heart rate variance calculator 120 may include a detector 121 and an expression unit 122. The detector 121 detects a peak value of the pulse wave signal and detects a heartbeat period. The detector 122 converts the detected heartbeat period into a heart rate variance and outputs the heartbeat period. The heart rate variance calculator 120 uses a predetermined algorithm when detecting a peak value of a pulse wave signal and detecting a heart rate period, which will be described later with reference to FIGS. 3 to 5.

이때, 심박변이도 산출부(120)는 맥파 검출부(110)가 실시간을 감지하여 출력하는 맥파 신호를 심박변이도로 변환할 수 있으며, 메모리(123)에 맥파 신호로부터 변환된 맥파 데이터를 임시 저장하였다가 이를 다시 불러와 심박 주기 및 심박변이도를 검출할 수 있다.In this case, the heart rate variance calculator 120 may convert the pulse wave signal that the pulse wave detector 110 detects in real time into a heart rate variability, and temporarily stores the pulse wave data converted from the pulse wave signal in the memory 123. This can be recalled to detect heart rate and heart rate variability.

전력 산출부(130)는 심박변이도를 이용하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출한다. 상세하게는, 전력 산출부(130)는 시간에 따라 변화하는 시간별 심박변이도를 푸리에 변환하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출한다.The power calculator 130 calculates the magnitude of power for each frequency band using the heart rate variability. In detail, the power calculator 130 calculates a magnitude of power for each frequency band by Fourier transforming an hourly heart rate variability that changes with time.

판단부(140)는 산출된 주파수 대역별 전력의 크기 중에서, 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역의 전력 크기 비율을 이용하여 피검사자의 감성 상태를 판단한다. 이때, 제1 주파수 대역의 전력 크기는 교감신경계 활동, 혈압 조절 메커니즘, 압수용체 반사 중 적어도 하나를 판단하는 기준일 수 있으며, 제2 주파수 대역의 전력 크기는 부교감신경계 활동, 미주신경의 활동, 호흡 활동 중 적어도 하나를 판단하는 기준일 수 있다.The determination unit 140 determines the emotional state of the examinee by using the ratio of the magnitude of power of the first frequency band and the second frequency band among the calculated magnitudes of power for each frequency band. In this case, the power magnitude of the first frequency band may be a criterion for determining at least one of sympathetic nervous system activity, blood pressure control mechanism, and seizure reflex, and the power magnitude of the second frequency band may be parasympathetic nervous system activity, vagus nerve activity, and respiratory activity. It may be a criterion for determining at least one of.

예컨대, 판단부(140)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역의 전력 크기 비율이 소정값이상이면 피검사자의 감성 상태를 긍정적인 상태로 판단하고, 소정값미만이면 피검사자의 감성 상태를 부정적인 상태로 판단할 수 있다.For example, the determination unit 140 may determine the emotional state of the examinee as a positive state when the ratio of power magnitudes between the first frequency band and the second frequency band is greater than or equal to a predetermined value, and if the emotional state of the examinee is reduced to a negative state. You can judge.

도 2는 시간에 따른 맥파를 도시한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 심박 주기 결정 방법을 도시한 흐름도이다.2 is a graph illustrating pulse waves over time, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of determining a heartbeat period according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2에서, H는 피크의 전후 밸리(VL1, VL2)의 평균 높이이며, W는 피크가 나타나는 전후 밸리(VL1, VL2) 사이의 간격이며, BL(Base Line)는 맥파의 크기가 0V인 지점이다.In Figure 2, H is the average height of the front and back valleys (VL 1 , VL 2 ) of the peak, W is the interval between the front and back valleys (VL 1 , VL 2 ) that the peak appears, BL (Base Line) is the magnitude of the pulse wave Is the point at 0V.

도 2에 도시된 바와 같이, 맥파는 심장의 수축/확장과 동시에 발생하는 말초정동맥계의 박동을 표현한 신호로 시간에 따른 크기의 변화가 일정하지 않아 피크값 및 심박 주기(T)를 검출하는데 어려움이 있다. 그런데, 본발명은 맥파의 기울기의 부호의 변화를 통해 피크값 및 심박 주기를 검출하는 혁신적인 방식을 사용하여 비교적 용이하게 정확도 높은 검출 결과를 얻을 수 있다.As shown in Figure 2, the pulse wave is a signal representing the pulsation of the peripheral arterial system that occurs at the same time as the contraction / expansion of the heart is not constant in magnitude change over time to detect the peak value and heart rate period (T) There is difficulty. However, the present invention can obtain an accurate detection result relatively easily by using an innovative method of detecting the peak value and the heart rate period through the change of the sign of the slope of the pulse wave.

이하, 도 3을 참조하여 도 1의 심박변이도 산출부(120)가 맥파의 심박 주기를 결정하는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process of determining the heartbeat period of the pulse wave by the heart rate variability calculator 120 of FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3을 참조하면, 먼저, 심박변이도 산출부(120)는 맥파의 피크값이 검출될 것으로 예상되는 구간에서 맥파의 기울기의 부호의 변화를 감지한다(S310). 상세하게는, 심박변이도 산출부(120)는 심박 주기를 고려하여 맥파의 피크값이 검출될 것으로 예상되는 구간(0.25 내지 1.49초) 내에서 기울기의 부호가 '+'에서 '-'로 변경되는 지점을 감지한다.Referring to FIG. 3, first, the heart rate variability calculator 120 detects a change in a sign of a slope of a pulse wave in a section in which a peak value of a pulse wave is expected to be detected (S310). In detail, the heart rate variability calculator 120 changes the sign of the slope from '+' to '-' within a range (0.25 to 1.49 seconds) in which the peak value of the pulse wave is expected to be detected in consideration of the heartbeat period. Detect the point.

이어서, 심박변이도 산출부(120)는 기울기 부호의 변화 지점에서 맥파의 피크값이 제1 문턱값(예컨대, 1mV) 내지 제2 문턱값(예컨대, 5mV) 내인지를 확인하 고(S320), 확인된 지점의 크기, 위치 및 전후 밸리(VL1, VL2)의 위치를 순차적으로 저장한다(S330). 이때, 제1 문턱값 및 제2 문턱값은 실험적으로 지정될 수 있다.Subsequently, the heart rate variance calculator 120 determines whether the peak value of the pulse wave is within a first threshold value (eg, 1 mV) to a second threshold value (eg, 5 mV) at a change point of the slope code (S320). The size, location of the identified point and the location of the front and rear valleys VL 1 and VL 2 are sequentially stored (S330). In this case, the first threshold value and the second threshold value may be experimentally designated.

그 다음으로, 심박변이도 산출부(120)는 저장된 피크 중에서 가장 큰 피크값의 소정퍼센트(예컨대, 95%) 이내의 피크값 중에서, 전후 밸리(VL1, VL2)의 간격(W)이 가장 큰것을 심박 주기(T)로 결정한다(S340).Next, the heart rate variability calculation unit 120 has the highest interval between the front and rear valleys VL 1 and VL 2 among peak values within a predetermined percentage (eg, 95%) of the largest peak values among the stored peaks. The larger one is determined as the heartbeat period T (S340).

이 같이, 본 발명에서는 맥파의 피크값으로 예상되는 지점들을 저장하고, 전후 밸리(VL1, VL2)의 간격을 고려하여 피크값을 검출함으로써, 시간에 따른 크기의 변화가 일정하지 않은 맥파의 피크값 및 심박 주기를 보다 정확하게 검출할 수 있다.As described above, the present invention stores points expected as peak values of the pulse wave, and detects peak values in consideration of the interval between the front and rear valleys VL 1 and VL 2 , whereby the magnitude of the pulse wave is not constant in time. Peak values and heart rate periods can be detected more accurately.

이하, 도 4를 참조하여 심박변이도 산출부(120)가 심박 주기를 결정하는 또 다른 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심박 주기 결정 방법을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, another method of determining the heart rate period by the heart rate variability calculator 120 will be described with reference to FIG. 4. 4 is a flowchart illustrating a method of determining a heartbeat period according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 심박변이도 산출부(120)는 해상 연산 프레임에서 맥파로부터 제1 심박 주기(P1) 및 제2 심박 주기(P2)를 검출한다(S410). 여기서, 연산 프레임은 맥파로부터 심박 주기를 검출하기 위한 시간 단위이며, 예컨대 2초로 설정하여 1개 이상의 심박 주기를 검출하도록 할 수 있다.As shown in FIG. 4, the heart rate variance calculator 120 detects a first heart rate period P1 and a second heart rate period P2 from a pulse wave in a resolution calculation frame (S410). Here, the operation frame is a time unit for detecting the heartbeat period from the pulse wave, and may be set to, for example, 2 seconds to detect one or more heartbeat periods.

이어서, 심박변이도 산출부(120)는 검출된 제1 심박 주기와 제2 심박 주기의 차(│P1-P2│)의 절대값이 기설정된 허용오차(θ는 예컨대, 0.5초) 내인지 확인한다(S420).Subsequently, the heart rate variance calculator 120 determines whether the absolute value of the difference between the detected first heart rate period and the second heart rate period | P1-P2│ is within a preset tolerance (eg, 0.5 second). (S420).

이때, 심박변이도 산출부(120)는 확인결과 허용오차 내이면, 제1 심박 주기 또는 제2 심박 주기가 이전의 연산 프레임에서 검출된 이전 주기 또는 이후의 연산 프레임에서 검출된 이후 주기와 연속성을 갖는지 확인한다(S430).In this case, if the heart rate variability calculator 120 is within the tolerance of the result of the check, whether the first heart rate period or the second heart rate period has a continuity with the period after the previous period detected in the previous operation frame or the subsequent operation frame is detected. Check (S430).

그리고, 심박변이도 산출부(120)는 확인결과 연속성을 가지면 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기를 평균하여 최종 심박 주기를 결정한다(S440).The heart rate variability calculator 120 determines the final heart rate period by averaging the first heart rate period and the second heart rate period when the check result has continuity (S440).

반면, 심박변이도 산출부(120)는 확인결과 허용오차 외이면, 제1 심박 주기 또는 제2 심박 주기가 이전 주기 또는 이후 주기와 연속성을 갖는지를 확인한다(S450).On the other hand, the heart rate variability calculator 120 checks whether the first heart rate period or the second heart rate period has a continuity with the previous period or the subsequent period if the check result is outside the tolerance (S450).

확인결과 연속성을 가지면, 심박변이도 산출부(120)는 이전 주기와 이후 주기의 평균하여 최종 심박 주기를 결정한다(S460).If the check result has continuity, the heart rate variability calculator 120 determines the final heart rate period by averaging the previous period and the subsequent period (S460).

한편, 심박변이도 산출부(120)는 허용오차 내인 경우와 허용오차 외인 경우에서, 제1 심박 주기 또는 제2 심박 주기가 이전 주기 또는 이후 주기와 연속성을 갖지 않으면, 해당 연산 프레임 내에서 최종 심박 주기를 결정할 수 없다(S470).On the other hand, the heart rate variability calculation unit 120, if within the tolerance and outside the tolerance, if the first heart rate period or the second heart rate period does not have a continuity with the previous or subsequent period, the final heart rate period in the operation frame It cannot be determined (S470).

이후, 심박변이도 산출부(120)는 표출부(122) 등으로 최종 심박 주기를 심박변이도 그래프로 표출할 수 있다.Thereafter, the heart rate variance calculator 120 may display the final heart rate cycle as the heart rate variability graph by the display unit 122 or the like.

한편, 도 4에 도시된 심박 주기 결정 방법은 도 3의 과정을 통하여 검출된 심박 주기를 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 심박변이도 산출부(120)는 도 3의 과정을 통하여 연산 프레임 단위로 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기를 검출하고, 이전의 연산 프레임의 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기 및 이후의 연산 프레임의 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기와의 연속성을 고려하여 해당 연산 프레임의 최종 심박 주기를 결정할 수 있다.Meanwhile, the heartbeat period determination method illustrated in FIG. 4 may be performed using the heartbeat period detected through the process of FIG. 3. That is, the heart rate variance calculator 120 detects the first heart rate period and the second heart rate period in units of arithmetic frames through the process of FIG. 3, and detects the first and second heartbeat periods of the previous arithmetic frame and the subsequent The final heart rate period of the operation frame may be determined in consideration of the continuity with the first heart rate period and the second heart rate period of the operation frame.

이같이, 본발명은 심박주기가 이전의 연산 프레임 및 이후의 연산 프레임과 심각하게 차이가 나는 경우는 이전/이후 연산 프레임을 사용하여 심박 주기를 결정함으로써, 외부의 잡음에 의해 실제 맥파 신호의 피크가 아닌데 피크로 인식되었을 경우, 또는 실제 피크인데 문턱값의 조건을 만족시키지 못해 피크로 인식되지 않았을 경우에 발생할 수 있는 오차를 방지할 수 있다.As such, the present invention uses a before / after arithmetic frame to determine a heartbeat period when the heartbeat period is significantly different from a previous arithmetic frame and a later arithmetic frame. If it is not recognized as a peak, or if it is a real peak but does not satisfy the threshold condition, it may prevent an error that may occur.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 방법을 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of measuring emotion using pulse waves according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 도 2 내지 도 4의 과정 등을 통하여 맥파의 피크를 검출하여 심박 주기를 결정한다(S510).Referring to FIG. 5, first, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave detects the peak of the pulse wave through the processes of FIGS. 2 to 4 to determine the heart rate period (S510).

이때, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 도 3의 과정을 통하여 심박 주기를 연산 프레임 단위로 결정하고, 도 4의 과정과 같이 해당 연산 프레임에서 수행된 결과로서 결정된 해당 연산 프레임의 심박 주기와 이전의 연산 프레임의 심박 주기와 이후의 연산 프레임의 심박 주기와의 연속성을 고려하여 심박 주기를 갱신하여 결정할 수 있다.In this case, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave determines the heartbeat period in units of arithmetic frame through the process of FIG. 3, and the heartbeat period of the arithmetic frame determined as a result performed in the arithmetic frame as shown in FIG. 4. The heart rate period may be updated and determined in consideration of the continuity between the heart rate period of the previous operation frame and the heart rate period of the subsequent operation frame.

이어서, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 결정된 심박 주기를 하기 수학식 1과 같이 표현되는 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)로 나타낸다(S520).Subsequently, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave represents the determined heart rate period as a heart rate variability (HRV) represented by Equation 1 below (S520).

HRV(n) = Tn(n=1, 2, 3 …)HRV (n) = T n (n = 1, 2, 3…)

Tn = Pn+1 - Pn T n = P n + 1 -P n

여기서, Pn은 n번째 피크값의 위치이며, Tn는 n번째 심박 주기이다. Where P n is the position of the n th peak value and T n is the n th heartbeat period.

그리고, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 심박변이도 그래프를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출한다(S530).The emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave calculates a magnitude of power for each frequency band by performing a Fast Fourier Transform (FFT) on the heart rate variability graph (S530).

그 다음으로, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 제1 주파수 대역의 전력 크기와 제2 주파수 대역의 전력 크기의 비율을 이용하여 피검사자의 감성 상태를 판단한다(S540). Next, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave determines the emotion state of the examinee using the ratio of the power magnitude of the first frequency band and the power magnitude of the second frequency band (S540).

이때, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 하기의 표 1과 같이 유럽심장학회 및 북미학회에서 제시한 기준을 이용하여 주파수 영역에 따른 심박변이도를 분석할 수 있다.At this time, the sensitivity measuring apparatus 10 using the pulse wave can analyze the heart rate variability according to the frequency domain by using the criteria presented by the European Heart Association and the North American Association, as shown in Table 1 below.

Figure 112009031988811-PAT00001
Figure 112009031988811-PAT00001

표 1과 같이, 심박변이도는 세 개의 주요 피크를 갖는데, 0.04Hz 이하의 초저주파 성분(VLF)는 체온조절, 혈관운동, 심폐 메카니즘 등의 정보를 나타내며, 0.4Hz 내지 0.15Hz의 저주파 성분(LF)은 교감신경계 활동, 혈압 조절 메커니즘, 압수용체 반사(Baroreflex) 등의 정보를 나타내며, 0.15Hz 내지 0.4Hz의 고주파 성분(HF)는 부교감신경계 활동, 미주신경의 활동, 호흡 활동 등의 정보를 나타낸다.As shown in Table 1, the heart rate variability has three main peaks, and the ultra low frequency component (VLF) of 0.04 Hz or less indicates information on body temperature control, vascular movement, cardiopulmonary mechanism, etc., and the low frequency component (LF of 0.4 Hz to 0.15 Hz ) Represents information such as sympathetic nervous system activity, blood pressure control mechanism, barreflex, etc., and high frequency components (HF) of 0.15 Hz to 0.4 Hz represent information such as parasympathetic nervous system activity, vagus nerve activity, respiratory activity, etc. .

이때, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 저주파 성분(LF)을 제1 주파수 대역으로 결정하고, 고주파 성분(HF)을 제2 주파수 대역으로 결정하여 교감신경과 부교감신경의 활성정도를 판단할 수 있다.At this time, the sensitivity measuring apparatus 10 using the pulse wave determines the low frequency component (LF) as the first frequency band, the high frequency component (HF) as the second frequency band to determine the activity of the sympathetic nerve and parasympathetic nerve. Can be.

즉, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 저주파 성분(LF)과 고주파 성분(HF)의 비율(LF/HF)을 이용하여 피검사자의 감정 상태를 긍정적 상태 또는 부정적 상태로 판단할 수 있다. That is, the emotion measuring apparatus 10 using the pulse wave may determine the emotional state of the examinee as a positive state or a negative state by using the ratio LF / HF of the low frequency component LF and the high frequency component HF.

상세하게는, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 LF/HF의 값이 커지면 LF의 값이 상대적으로 커졌으므로, 부교감신경이 우세하게 작용했다고 판단하여 피검사자가 불쾌하거나 기분이 가라앉는 등의 부정적인 감정 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 맥파를 이용한 감성 측정 장치(10)는 LF/HF의 값이 작아지면 HF의 값이 상대적으로 커졌으므로, 교감신경이 우세하게 작용하였다고 판단하여 피검사가 쾌적하거나 기분이 좋은 등의 긍정적인 감정 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.In detail, the sensitization measuring apparatus 10 using the pulse wave has a relatively large LF value as the value of the LF / HF increases, so that the parasympathetic nerve acts predominantly, and thus the subject is unpleasant or has a negative mood. It can be determined that the emotional state. On the other hand, the sensitization measuring apparatus 10 using pulse wave has a relatively high HF value when the value of LF / HF decreases, so that the sympathetic nerve acts predominantly, so that the test is pleasant or pleasant. It can be determined that the emotional state.

이하, 도 6 및 도 7은 피검사자의 감정 상태에 따른 LF/HF의 값을 살펴본다. 도 6은 긍정적인 감정 상태(Possitive)에서의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프이며, 도 7은 부정적인 감정 상태(Negative)에서의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프이다.6 and 7 look at the value of the LF / HF according to the emotional state of the examinee. 6 is a graph illustrating power spectral density in a positive emotional state, and FIG. 7 is a graph illustrating power spectral density in a negative emotional state.

도 6에서, 피검사자가 긍정적인 감정 상태일때는 교감신경이 우세하게 작용하여 HF가 상대적으로 커져 LF/HF의 값이 작아짐을 알 수 있다.In FIG. 6, it can be seen that when the subject is in a positive emotional state, the sympathetic nerve predominately acts to increase the HF and decrease the value of the LF / HF.

도 7에서, 피검사자가 부정적인 감정 상태일때는 부교감신경이 우세하게 작용하여 LF가 상대적으로 커져 LF/HF의 값이 커짐을 알 수 있다.In Figure 7, it can be seen that when the subject is in a negative emotional state, the parasympathetic nerve predominantly acts to increase the LF relative to the LF / HF.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Therefore, the protection scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiment but should be defined by the description of the claims below.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 장치를 도시한 구성도.1 is a block diagram showing an emotion measuring apparatus using a pulse wave according to an embodiment of the present invention.

도 2는 맥파를 도시한 그래프.2 is a graph showing the pulse wave.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 심박 주기 결정 방법을 도시한 흐름도.3 is a flowchart illustrating a method of determining a heart rate cycle according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심박 주기 결정 방법을 도시한 흐름도.4 is a flowchart illustrating a method of determining a heartbeat period according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 맥파를 이용한 감성 측정 방법을 도시한 흐름도.5 is a flowchart illustrating a method of measuring emotion using pulse waves according to an embodiment of the present invention.

도 6은 긍정적인 감정 상태에서의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프.6 is a graph depicting power spectral density in a positive emotional state.

도 7은 부정적인 감정 상태에서의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 그래프.7 is a graph depicting power spectral density in a negative emotional state.

Claims (21)

피검사자의 말초정동맥계의 박동을 맥파 신호로 출력하는 맥파 검출부;Pulse wave detection unit for outputting the pulse of the peripheral arterial system of the subject as a pulse wave signal; 상기 맥파 신호의 피크값을 심박변이도로 변환하여 출력하는 심박변이도 산출부;A heart rate variance calculator configured to convert the peak value of the pulse wave signal into a heart rate variance and output the heart rate variance; 상기 심박변이도를 이용하여 주파수 대역별 전력의 크기를 산출하는 전력 산출부; 및A power calculator configured to calculate a magnitude of power for each frequency band using the heart rate variability; And 상기 산출된 주파수 대역별 전력의 크기 중에서, 제1 주파수 대역의 전력 크기와 제2 주파수 대역의 전력 크기의 비율을 이용하여 상기 피검사자의 감성 상태를 판단하는 판단부Determination unit for determining the emotional state of the examinee using the ratio of the power size of the first frequency band and the power size of the second frequency band of the calculated power of each frequency band 를 포함하는 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring device using a pulse wave comprising a. 제1항에 있어서, 상기 맥파 검출부는,The pulse wave detection unit of claim 1, 상기 말초정동맥계의 박동을 감지하는 센서부; 및Sensor unit for detecting the pulsation of the peripheral arterial system; And 상기 감지된 말초정동맥계의 박동을 상기 맥파 신호로 변환하여 출력하는 변환부A converter for converting the detected peripheral arterial pulsation into the pulse wave signal and outputting the pulse wave signal 를 포함하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring device using a pulse wave that will include. 제1항에 있어서, 상기 심박변이도 산출부는,The heart rate variance calculation unit of claim 1, wherein 상기 맥파 신호의 피크값을 검출하여 심박 주기를 검출하는 검출부;A detection unit detecting a peak value of the pulse wave signal to detect a heartbeat period; 상기 검출된 심박 주기를 심박변이도로 변환하여 출력하는 표출부An expression unit for converting the detected heart rate period into heart rate variability and outputs 를 포함하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring device using a pulse wave that will include. 제1항에 있어서, 상기 전력 산출부는,The method of claim 1, wherein the power calculation unit, 시간별 상기 심박변이도를 푸리에 변환하여 상기 주파수 대역별 전력의 크기를 산출하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring apparatus using a pulse wave to Fourier transform the heart rate variability by time to calculate the magnitude of the power for each frequency band. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역의 전력 크기는,The method of claim 1, wherein the power magnitude of the first frequency band, 교감신경계 활동, 혈압 조절 메커니즘, 압수용체 반사 중 적어도 하나를 판단하는 기준이 되는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring device using a pulse wave that is the reference for determining at least one of sympathetic nervous system activity, blood pressure control mechanism, seizure reflex. 제1항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역의 전력 크기는,The method of claim 1, wherein the power magnitude of the second frequency band, 부교감신경계 활동, 미주신경의 활동, 호흡 활동 중 적어도 하나를 판단하는 기준이 되는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 장치.Emotion measuring device using a pulse wave that is a criterion for determining at least one of parasympathetic nervous system activity, vagus nerve activity, respiratory activity. 맥파의 피크값이 검출될 것으로 예상되는 구간에서 상기 맥파의 기울기의 부호의 변화를 감지하는 단계;Detecting a change in the sign of the slope of the pulse wave in a section where a peak value of the pulse wave is expected to be detected; 상기 기울기 부호의 변화 지점에서 상기 맥파의 피크값이 제1 문턱값 내지 제2 문턱값 내인지를 확인하고, 상기 확인된 변화 지점의 크기, 위치 및 전후 최저점의 위치를 순차적으로 저장하는 단계; 및Confirming whether the peak value of the pulse wave is within a first threshold value to a second threshold value at the change point of the gradient code, and sequentially storing the size, the position of the identified change point, and the position of the front and rear lowest points; And 상기 저장된 피크 중에서 가장 큰 피크값의 소정퍼센트 이내의 피크값 중에서, 상기 전후 최저점의 간격이 가장 큰것을 심박 주기로 결정하는 단계Determining, as a heartbeat period, the largest interval between the front and rear lowest points among peak values within a predetermined percentage of the largest peak value among the stored peaks. 를 포함하는 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method comprising a. 제7항에 있어서, 상기 맥파의 피크값이 검출될 것으로 예상되는 구간은,The method of claim 7, wherein the interval in which the peak value of the pulse wave is expected to be detected, 0.25 내지 1.49 초 이내인 것인 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method that is within 0.25 to 1.49 seconds. 제7항에 있어서, 상기 감지하는 단계는,The method of claim 7, wherein the detecting step, 미리 측정된 맥파의 데이터 또는 측정 중인 맥파 신호로부터 수행되는 것인 심박 주기 검출 방법.A method of detecting a heartbeat period, which is performed from data of pre-measured pulse wave or pulse wave signal under measurement. 해당 연산 프레임에서 맥파로부터 제1 심박 주기 및 제2 심박 주기를 검출하는 단계;Detecting a first heart rate period and a second heart rate period from a pulse wave in a corresponding operation frame; 상기 제1 심박 주기와 상기 제2 심박 주기의 차의 절대값이 기설정된 허용오차 내인지 확인하는 단계;Checking whether an absolute value of the difference between the first heart rate period and the second heart rate period is within a preset tolerance; 상기 확인결과 허용오차 내이면, 이전의 연산 프레임에서 검출된 이전 주기 또는 이후의 연산 프레임에서 검출된 이후 주기를 이용하여 최종 심박 주기를 결정하는 단계Determining a final heart rate period using a previous period detected in a previous operation frame or a subsequent period detected in a subsequent operation frame if the check result is within a tolerance. 를 포함하는 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method comprising a. 제10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,The method of claim 10, wherein the determining step, 상기 제1 심박 주기 또는 상기 제2 심박 주기가 상기 이전 주기 또는 상기 이후 주기와 연속성을 갖는지 확인하는 단계; 및Confirming whether the first heart rate period or the second heart rate period is continuity with the previous period or the subsequent period; And 상기 확인결과 연속성을 가지면 상기 제1 심박 주기 및 상기 제2 심박 주기를 평균하여 상기 최종 심박 주기를 결정하는 단계Determining the final heart rate cycle by averaging the first heart rate cycle and the second heart rate cycle if the verification result has continuity. 를 포함하는 것인 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method comprising a. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 확인결과 허용오차 외이나, 상기 연속성을 가지면, 상기 이전 주기 및 상기 이후 주기를 평균하여 상기 최종 심박 주기를 결정하는 단계Determining the final heart rate period by averaging the previous period and the subsequent period if the verification result is out of tolerance or has the continuity. 를 더 포함하는 것인 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method further comprising. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 최종 심박 주기를 이용하여 심박변이도를 산출하는 단계Calculating heart rate variability using the final heart rate cycle 를 더 포함하는 심박 주기 검출 방법.Heart rate cycle detection method further comprising. 맥파의 피크를 검출하여 심박 주기를 결정하는 단계;Detecting a peak of the pulse wave to determine a heart rate period; 상기 결정된 심박 주기를 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)로 나타내는 단계;Representing the determined heart rate period as a heart rate variability (HRV); 상기 심박변이도 그래프를 고속 푸리에 변환하여 주파수 대역별 전력의 크기 를 산출하는 단계; 및Calculating a magnitude of power for each frequency band by performing fast Fourier transform on the heart rate variability graph; And 제1 주파수 대역의 전력 크기와 제2 주파수 대역의 전력 크기의 비율을 이용하여 피검사자의 감성 상태를 판단하는 단계Determining the emotional state of the examinee using the ratio of the power size of the first frequency band and the power size of the second frequency band. 를 포함하는 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Emotion measuring method using a pulse wave comprising a. 제14항에 있어서, 상기 나타내는 단계는,The method of claim 14, wherein the step of 상기 맥파의 기울기의 부호가 "+"에서 "-"로의 변화되는 것을 감지하는 단계;Detecting that the sign of the slope of the pulse wave is changed from "+" to "-"; 상기 감지된 지점에서 상기 맥파의 피크가 제1 문턱값 내지 제2 문턱값 내인 지점의 크기, 위치 및 전후 최저점의 위치를 순차적으로 저장하는 단계;Sequentially storing a magnitude, a position, and a position of a front and rear lowest point at which the peak of the pulse wave is within a first threshold value to a second threshold value at the detected point; 상기 저장된 피크들 중에서 가장 큰 피크값의 소정퍼센트 이내의 피크값들을 검출하는 단계;Detecting peak values within a predetermined percentage of the largest peak value among the stored peaks; 상기 검출된 피크값 중 상기 전후 최저점의 간격이 가장 큰것을 심박 주기로 결정하는 단계Determining that the interval between the lowest and the lowest points among the detected peak values is the largest as the heartbeat period. 를 포함하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Emotion measuring method using a pulse wave that will include. 제15항에 있어서, 상기 감지하는 단계 내지 상기 결정하는 단계를 연산 프레임 단위로 수행할 때,The method of claim 15, wherein the detecting or the determining is performed in a unit of operation frame. 상기 해당 연산 프레임의 상기 수행결과로서 결정된 심박 주기와 이전의 연산 프레임의 심박 주기 및 이후의 연산 프레임의 심박 주기의 연속성을 고려하여 상기 해당 연산 프레임의 심박 주기를 갱신하는 단계Updating the heartbeat period of the corresponding calculation frame in consideration of the continuity of the heartbeat period determined as the result of performing the corresponding calculation frame, the heartbeat period of the previous calculation frame, and the heartbeat period of the subsequent calculation frame; 를 더 포함하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Emotion measuring method using a pulse wave that further comprises. 제14항에 있어서, 상기 판단하는 단계는,The method of claim 14, wherein the determining comprises: 상기 비율이 소정값미만이면, 상기 피검사자의 감성 상태를 긍정적인 상태로 판단하는 단계; 및If the ratio is less than a predetermined value, determining the emotional state of the examinee as a positive state; And 상기 비율이 소정값이상이면, 상기 피검사자의 감성 상태를 부정적인 상태로 판단하는 단계If the ratio is greater than or equal to a predetermined value, determining the emotional state of the examinee as a negative state 를 포함하는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Emotion measuring method using a pulse wave that will include. 제14항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역의 전력 크기는,15. The method of claim 14, wherein the power magnitude of the first frequency band, 교감신경계 활동, 혈압 조절 메커니즘, 압수용체 반사 중 적어도 하나를 판단하는 기준이 되는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Sensitivity measurement method using pulse wave that is a reference for determining at least one of sympathetic nervous system activity, blood pressure control mechanism, seizure reflex. 제18항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역은,The method of claim 18, wherein the first frequency band, 0.04 내지 0.15 Hz 대역인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Sensitivity measurement method using a pulse wave in the band 0.04 to 0.15 Hz. 제14항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역의 전력 크기는,15. The method of claim 14, wherein the power magnitude of the second frequency band, 부교감신경계 활동, 미주신경의 활동, 호흡 활동 중 적어도 하나를 판단하는 기준이 되는 것인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Sensitivity measurement method using pulse wave that is a criterion for determining at least one of parasympathetic nervous system activity, vagus nerve activity, respiratory activity. 제20항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역은,The method of claim 20, wherein the second frequency band, 0.15 내지 0.4 Hz 대역인 맥파를 이용한 감성 측정 방법.Sensitivity measurement method using a pulse wave in the band 0.15 to 0.4 Hz.
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