KR20170092374A - 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 측면은, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 맥파 측정 및 산소포화도 측정을 수행하는 제 1 단계; 상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 측정 신호를 스마트폰으로 전송하는 제 2 단계; 및 상기 스마트폰의 어플리케이션이 수신된 측정 신호를 칼만필터 적용한 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 연산 결과를 출력하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 발광부(R/IR LED) 및 수광부(Photo-Diode)로 구분되는 발광/수광부 외에, 전류-전압 변환기(I/V Converter), MCU, ADC 및 블루투스 모듈을 포함하는 손목착용형 무선 맥파 측정 장치; 및 스마트폰; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 있어서, MCU는, 상기 발광부(R/IR LED)를 제어하여 정전류 제어를 통해 전류가 흐르면, IR LED On, Red LED On, 모든 LED Off를 한 주기로 하여 동작하도록 한 뒤, 상기 수광부(Photo-Diode)의 제어에 의해 수광부로 입사되는 광량에 비례한 전류 발생시 발생된 전류 출력 신호를 상기 전류-전압 변환기(I/V Converter)를 거쳐 전압신호로 전환 상태로 전달받은 뒤, SpO2 값의 연산을 IR/Red 신호의 AC/DC값을 사용하여 혈액의 산소포화도를 연산하여 상기 블루투스 모듈을 통해 상기 스마트폰으로 전송하여 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템을 제공함에 있다.
이에 의해, 칼만필터를 이용해 맥판 신호에서 동잡음을 제거함으로써, PPG 신호의 잡음제거에 가장 많이 사용되는 이동평균필터보다 최소 1.3배 이상의 SNR 성능을 높이는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 측정 장치와 스마트폰의 어플리케이션을 활용함으로써, 비침습적 맥파 측정을 통해 일상생활에서 손쉽게 활용할 수 있어 맥파 신호의 계측을 통하여 사용자의 지속적인 건강관리에 도움이 되는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 발광부(R/IR LED) 및 수광부(Photo-Diode)로 구분되는 발광/수광부 외에, 전류-전압 변환기(I/V Converter), MCU, ADC 및 블루투스 모듈을 포함하는 손목착용형 무선 맥파 측정 장치; 및 스마트폰; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 있어서, MCU는, 상기 발광부(R/IR LED)를 제어하여 정전류 제어를 통해 전류가 흐르면, IR LED On, Red LED On, 모든 LED Off를 한 주기로 하여 동작하도록 한 뒤, 상기 수광부(Photo-Diode)의 제어에 의해 수광부로 입사되는 광량에 비례한 전류 발생시 발생된 전류 출력 신호를 상기 전류-전압 변환기(I/V Converter)를 거쳐 전압신호로 전환 상태로 전달받은 뒤, SpO2 값의 연산을 IR/Red 신호의 AC/DC값을 사용하여 혈액의 산소포화도를 연산하여 상기 블루투스 모듈을 통해 상기 스마트폰으로 전송하여 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템을 제공함에 있다.
이에 의해, 칼만필터를 이용해 맥판 신호에서 동잡음을 제거함으로써, PPG 신호의 잡음제거에 가장 많이 사용되는 이동평균필터보다 최소 1.3배 이상의 SNR 성능을 높이는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 측정 장치와 스마트폰의 어플리케이션을 활용함으로써, 비침습적 맥파 측정을 통해 일상생활에서 손쉽게 활용할 수 있어 맥파 신호의 계측을 통하여 사용자의 지속적인 건강관리에 도움이 되는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 비침습적 맥파 측정을 통해 일상생활에서 손쉽게 활용이 가능하며 맥파 신호의 계측을 통하여 건강 모니터링을 수행하도록 하기 위한 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법에 관한 것이다.
고령화 사회의 가속과 경제발전에 따라 유비쿼터스 헬스케어에 대한 관심이 높아지고 있으며 일상생활 중 생체신호의 계측을 통하여 건강 모니터링을 수행하기 위한 다양한 형태의 발명개발이 추진되고 있다. 생체신호에는 심전도(ECG), 맥박(PPG), 혈압(Blood pressure), 산소포화도(SpO2) 등이 있다. 일상생활 중 움직임을 수반하는 생체신호 계측시 움직임에 따른 동잡음의 유입으로 신호의 왜곡을 발생하며 정확한 측정이 어렵다.
이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 생체신호 측정시 동잡음을 제거하고 사용자의 지속적인 건강모니터링을 위해 스마트폰 기반이 측정 시스템을 구현하고자 하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 맥파 측정을 위해선 경동맥, 대퇴골, 요골 동맥을 포함 만지는 방식에서 탈피하여 비침습적 맥파 측정을 통해 일상생활에서 손쉽게 활용이 가능하며 맥파 신호의 계측을 통하여 사용자의 지속적인 건강관리에 도움이 되도록 하기 위한 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 실시간 맥파측정을 위해 손목착용형 무선 맥파 측정 장치 및 동잡음 제거기능을 포함하는 스마트폰 어플리케이션을 활용함으로써, 동잡음이 포함된 맥파 신호에서 칼만필터를 통해 잡음을 효과적으로 제거하도록 하기 위한 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법은, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 맥파 측정 및 산소포화도 측정을 수행하는 제 1 단계; 상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 측정 신호를 스마트폰으로 전송하는 제 2 단계; 및 상기 스마트폰의 어플리케이션이 수신된 측정 신호를 칼만필터 적용한 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 연산 결과를 출력하는 제 3 단계; 를 포함한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템은, 발광부(R/IR LED) 및 수광부(Photo-Diode)로 구분되는 발광/수광부 외에, 전류-전압 변환기(I/V Converter), MCU, ADC 및 블루투스 모듈을 포함하는 손목착용형 무선 맥파 측정 장치; 및 스마트폰; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 있어서, MCU는, 상기 발광부(R/IR LED)를 제어하여 정전류 제어를 통해 전류가 흐르면, IR LED On, Red LED On, 모든 LED Off를 한 주기로 하여 동작하도록 한 뒤, 상기 수광부(Photo-Diode)의 제어에 의해 수광부로 입사되는 광량에 비례한 전류 발생시 발생된 전류 출력 신호를 상기 전류-전압 변환기(I/V Converter)를 거쳐 전압신호로 전환 상태로 전달받은 뒤, SpO2 값의 연산을 IR/Red 신호의 AC/DC값을 사용하여 혈액의 산소포화도를 연산하여 상기 블루투스 모듈을 통해 상기 스마트폰으로 전송하여 출력되도록 한다.
이때, 스마트폰은, 상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치로부터 수신되는 신호를 바탕으로 하여 어플리케이션에 의해 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 계산결과를 출력하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스마트폰은, 상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치로부터 수신되는 신호에 대해서 칼만필터에 의해 동잡음을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법은, 칼만필터를 이용해 맥판 신호에서 동잡음을 제거함으로써, PPG 신호의 잡음제거에 가장 많이 사용되는 이동평균필터보다 최소 1.3배 이상의 SNR 성능을 높이는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 및 방법은, 측정 장치와 스마트폰의 어플리케이션을 활용함으로써, 비침습적 맥파 측정을 통해 일상생활에서 손쉽게 활용할 수 있어 맥파 신호의 계측을 통하여 사용자의 지속적인 건강관리에 도움이 되는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템을 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 맥파 측정 과정에서 사용되는 Beer-Lambert 법칙을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 산호포화도 측정 과정 설명을 위한 헤모글로빈의 흡광도를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 산호포화도 측정 과정 설명을 위한 맥파 신호의 AC성분과 DC성분을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치의 하드웨어 설계 도면과, 스마트폰 상에 어플리케이션이 UI 화면으로 구현된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 동잡음이 포함된 측정된 맥파 신호를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 의한 칼만필터의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템을 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 맥파 측정 과정에서 사용되는 Beer-Lambert 법칙을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 산호포화도 측정 과정 설명을 위한 헤모글로빈의 흡광도를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법 중 산호포화도 측정 과정 설명을 위한 맥파 신호의 AC성분과 DC성분을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치의 하드웨어 설계 도면과, 스마트폰 상에 어플리케이션이 UI 화면으로 구현된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 동잡음이 포함된 측정된 맥파 신호를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 의한 칼만필터의 효과를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템을 개략도이다. 도 2를 참조하면, 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템은 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100) 및 스마트폰(200)을 포함한다.
다음으로, 도 1을 참조하면, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)에 의한 맥파 측정 과정(S110) 및 산소포화도 측정 과정(S120), 단계(S120) 이후, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)가 측정 신호를 스마트폰(200)으로 전송 과정(S130), 스마트폰(200)의 어플리케이션(210)에 의해 칼만필터 적용한 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 연산 결과를 출력 과정(S140)을 포함한다.
이하에서는 각 과정을 구체적으로 살펴보도록 한다.
[맥파 측정 과정(S110)]
맥파는 심박동에 의해 생성된 압력에 의하여 혈관 내에서 혈류량의 변화가 생기며, 혈류량의 변화는 손가락, 발가락, 귓불 등의 신체의 말단 세포에서도 혈류량의 변화가 동일하게 감지된다. 맥파는 맥동성분, 혈류 변화 등 말초 혈관의 특성을 나타내기 때문에 혈관의 노화, 동맥경화 정도를 판단하는데 매우 유용하게 사용된다. 또한, 광전용적맥파 신호를 통해 혈류량과 맥파를 분석하여 산소포화도 측정이 가능하다.
본 발명에서는 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)를 이용해 손목에서 측정하기 위해 광용적맥파(Photoplethysmography, PPG) 검출법에 의한 맥파를 검출한다.
광용적맥파 검출방법은 도 3의 Beer-Lambert 법칙을 이용하여 광학적 특징을 사용, 측정부위의 혈류량의 변화를 측정하여 맥파를 검출한다.
도 3을 참조하면, Beer-Lambert법칙은 조직을 투과하는 광원(I0)으로부터 출발한 빛은 정맥혈, 뼈, 피부조직과 체모 등을 지나면서 일부 흡수된다. 이때 빛의 투과 두께(d)와 흡수도(α)는 변하지 않으므로 직류 성분으로 볼 수 있다. 또한, 직류 성분을 거치며 투과되는 빛(I1)이 동맥혈의 부피 변화에 의한 빛의 투과길이 변화(Δd)와 동맥혈의 상대적 흡수도 변화(αA)의 영향을 받은 빛(I2)으로 나타낼 수 있으며, 이 빛(I2)은 교류 성분으로 생각할 수 있다.
교류성분은 시간에 대해 빛의 투과길이 변화(Δd)와 동맥혈의 상대적 흡수도 변화에 의한 영향을 나타내면 도 2와 같이 도시할 수 있다.
[산소포화도 측정 과정(S120)]
산소는 폐의 모세혈관을 통해 혈액 내의 헤모글로빈과 결합하여 산소를 운반한다. 산소를 운반하는 헤모글로빈은 산화 헤모글로빈(Oxy Hemoglobin, HbO2)과 환원 헤모글로빈(Deoxy Hemoglobin, Hb)으로 구분된다.
산소포화도는 전체 헤모글로빈의 양에 대한 HbO2의 양의 백분율로 나타내며 혈액 내의 산소포화도는 하기의 [수학식 1]과 같다.
본 발명에서는 비침습적 산소포화도 측정을 위해서 Beer-Lambert 법칙을 바탕으로 하여 두 개의 파장을 가지는 빛을 조사하여 측정한다.
도 4는 헤모글로빈의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, HbO2에 의한 흡광계수는 전체 파장대역 가운데 약 660nm의 적색광에서 최저로 나타나며, 950nm 부근의 적외선 광에선 HbO2의 흡광계수가 Hb의 흡광계수보다 높게 나타난다. 따라서 맥파 및 산소포화도 측정을 위해 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)가 660nm 적색광과 950nm의 적외선광을 조직에 조사하여 HbO2와 Hb의 흡광도 차이를 이용하여 산소포화도를 측정하면 도 5와 같다.
한편, 도 5는 맥파 신호의 AC성분과 DC성분을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100) 상에서 조사되는 두 개의 R/IR LED의 신호를 통해 AC성분과 DC성분을 추출할 수 있으며, 다시 말해 도 5와 같이 산소포화도 측정에 필요한 맥파신호의 AC성분과 DC성분을 획득할 수 있다.
맥파에서 측정한 AC성분과 DC성분과 하기의 [수학식 2]를 사용하면 산소포화도 계산에 필요한 R을 얻을 수 있다. [수학식 2]에서 구한 R과 상수 C, K를 사용하면 산소포화도를 계산할 수 있으며 이는 하기의 [수학식 3]으로 표현할 수 있다. 여기서, 상수 K와 C는 TI의 Application Note Application Note에서 제시한 값을 사용하며 본 발명에서는 K는 110, C는 25를 적용한다.
[칼만필터 적용한 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 연산 결과를 출력 과정(S140)]
일상생활 중에는 동잡음을 수반하기 때문에 맥파 및 산소포화도를 정확히 계산하기에는 어려움이 있다. 이러한 동잡음을 제거하기 위해 상태추정에 있어서 우수한 장점을 가지는 칼만필터를 사용하여 맥파의 동잡음을 제거 및 원신호를 추정 할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 기법은 2단계의 과정을 거친다. 첫 단계는 아날로그 신호처리 단계로서 광센서에서 측정된 맥파 신호를 샘플링하여 저역통과 필터(Low Pass Filter, LPF)로 고주파 잡음을 제거한다.
두 번째 단계는 LPF를 거친 PPG 신호를 칼만필터로 맥파 형상을 추정하는 단계이다. 맥파 형상을 추정하기 위해 심박비트 검출기와 칼만필터로 맥파의 형상을 추정하는 단계이다.
심박비트 검출기로 맥파신호의 부호를 검출하고, 이전의 부호값과 현재의 부호값의 양의 차이 값을 추출한다. 추출된 신호는 칼만필터의 입력 신호로 사용된다. 심박비트 신호를 기반하여 칼만필터로 심박발생의 상태를 추정할 수 있어야 한다. 칼만필터의 예측, 수정을 위해 하기의 [수학식 4] 내지 [수학식 6]을 적용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)의 하드웨어 설계 도면(도 6a)과, 스마트폰(200) 상에 어플리케이션(210)이 UI 화면으로 구현된 것을 나타내는 도면(도 6b)이다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템 중 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템의 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)는 발광부(R/IR LED)(111) 및 수광부(Photo-Diode)(112)로 구분되는 발광/수광부(110) 외에, 전류-전압 변환기(I/V Converter)(120), MCU(130), ADC(140) 및 블루투스 모듈(150)을 포함한다. 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)의 각 구성요소에 대해서 살펴보면, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)는 발광부(R/IR LED)(111)와 수광 센서에 해당하는 수광부(Photo-Diode)(112)가 일체화된 반사형 맥파 측정기로 형성된다. 발광소자에 해당하는 발광부(R/IR LED)(111)에서는 정전류 제어를 통해 20mA의 전류가 흐르면, MCU(130)의 제어에 따라 IR LED On → Red LED On → 모든 LED Off를 한 주기로 하여 동작한다. 각 단계의 duty 비는 1/3이고 스위칭 주파수는 약 300Hz이다.
수광 센서인 수광부(Photo-Diode)(112)는 입사되는 광량에 비례하여 전류를 발생시키며, 전류 출력 신호는 전류-전압 변환기(I/V Converter)를 통해 전압신호로 전환된 후 MCU(130)의 16bit ADC(140)로 전달된다.
재어부인 MCU(130)는 측정기인 목착용형 무선 맥파 측정 장치(100) 소형화를 위해 16bit ADC를 내장한 ST 사의 STM32F372를 사용하는 것이 바람직하다. MCU(130)는 통신 제어뿐만 아니라, SpO2, HR의 연산 기능을 수행한다. SpO2 값의 연산은 IR/Red 신호의 AC/DC값을 사용하여 혈액의 산소포화도를 계산한다.
한편, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)는 스마트폰(200)과 통신을 위해 블루투스 모듈(150)을 채용하며, Texas Instruments 사의 LMX9838을 사용하는 것이 바람직하다.
블루투스 모듈(150)은 FW, RF 부, 안테나 등을 통합한 소형 모듈로서, 크기는 10㎜×17mm×2mm이다. 블루투스 모듈(150)은 MCU(130)와 UART 961200 bps로 통신하며, 블루투스 통신을 위한 V2.0 Stack을 내장하고 있다.
여기서, 스마트폰(200)은 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)에 의한 전송에 따라 수신되는 신호를 바탕으로 하여 어플리케이션(210)에서는 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 계산결과를 출력할 수 있으며, 출력된 UI 화면은 도 6a와 같을 수 있다.
한편, 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)로 측정한 결과는 도 8과 같이 잡음이 섞인 맥파 신호를 측정하는데, 여기서 잡음을 제거하기 위해 칼만필터가 사용되는 것이다.
본 발명에서 구현한 손목착용형 무선 맥파 측정 장치(100)를 사용하여 측정한 PPG 신호를 이동평균필터(Moving average fiiter)와 칼만필터(Kalmanfilter)에 의한 잡음 제거 효과를 비교해보면, 이동평균필터와 칼만필터의 잡음제거 성능을 비교하기 위해 하기의 [수학기 7]과 같이 필터링 전의 신호 P(n)와, 필터링 후의 신호(PF(n)2)의 차이를 잡음으로 간주하고 신호대 잡음비로 정확도를 비교할 수 있으며, 비교 결과는 [표 1]와 같다.
Motion | Moving average fiiter [dB] |
Kalmanfilter [dB] |
Top | 2.2 | 3.4 |
Bending | 2.4 | 2.9 |
Swing | 0.3 | 2.1 |
mean | 1.5 | 3.7 |
[표 1]을 참조하면, 실험 결과 동잡음 제거를 위해 적용한 칼만필터 방법이 이동평균 필터보다 약 1.3배 이상의 성능을 보였다. 이동평균필터와 칼만필터를 비교한 그래프 결과는 도 9와 같다. 즉, 도 9와 같이 이동평균필터와 칼만필터를 적용한 맥파 신호를 나타내는 그래프를 보면, 월등히 칼만필터가 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
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 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 손목착용형 무선 맥파 측정 장치
110 : 발광/수광부
111: 발광부(R/IR LED)
112: 수광부(Photo-Diode)
120 : 전류-전압 변환기(I/V Converter)
130 : MCU
140 : ADC
150 : 블루투스 모듈
200 : 스마트폰
210 : 어플리케이션
110 : 발광/수광부
111: 발광부(R/IR LED)
112: 수광부(Photo-Diode)
120 : 전류-전압 변환기(I/V Converter)
130 : MCU
140 : ADC
150 : 블루투스 모듈
200 : 스마트폰
210 : 어플리케이션
Claims (4)
- 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 맥파 측정 및 산소포화도 측정을 수행하는 제 1 단계;
상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치가 측정 신호를 스마트폰으로 전송하는 제 2 단계; 및
상기 스마트폰의 어플리케이션이 수신된 측정 신호를 칼만필터 적용한 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 연산 결과를 출력하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정방법.
- 발광부(R/IR LED) 및 수광부(Photo-Diode)로 구분되는 발광/수광부 외에, 전류-전압 변환기(I/V Converter), MCU, ADC 및 블루투스 모듈을 포함하는 손목착용형 무선 맥파 측정 장치; 및 스마트폰; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템에 있어서, MCU는,
상기 발광부(R/IR LED)를 제어하여 정전류 제어를 통해 전류가 흐르면, IR LED On, Red LED On, 모든 LED Off를 한 주기로 하여 동작하도록 한 뒤, 상기 수광부(Photo-Diode)의 제어에 의해 수광부로 입사되는 광량에 비례한 전류 발생시 발생된 전류 출력 신호를 상기 전류-전압 변환기(I/V Converter)를 거쳐 전압신호로 전환 상태로 전달받은 뒤, SpO2 값의 연산을 IR/Red 신호의 AC/DC값을 사용하여 혈액의 산소포화도를 연산하여 상기 블루투스 모듈을 통해 상기 스마트폰으로 전송하여 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템.
- 청구항 2에 있어서, 스마트폰은,
상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치로부터 수신되는 신호를 바탕으로 하여 어플리케이션에 의해 동잡음을 제거한 맥파 및 산소포화도의 계산결과를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템.
- 청구항 3에 있어서, 상기 스마트폰은,
상기 손목착용형 무선 맥파 측정 장치로부터 수신되는 신호에 대해서 칼만필터에 의해 동잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 손목형 광전용적맥파 기반 산소포화도 측정시스템.
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