KR20170136727A - Method for estimating and managing respiratory rate using photoplethysmography - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광용적맥파를 이용하는 호흡수 측정 및 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광용적맥파를 이용하여 간단하고 빠르게 호흡수를 측정하고 관리할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring and managing respiratory rate using an optical pulse wave. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for measuring and managing respiratory rate using an optical pulse voltage.
최근 센서 기술의 발달과 함께, 바이오 신호를 센싱하고 센싱 결과를 분석하여 다양한 바이오 정보를 제공하는 장치 또는 서비스가 출시되고 있다.Recently, devices or services for providing various bio information by sensing biological signals and analyzing sensing results have been released with the development of sensor technology.
일예로 스마트 폰이나 스마트 워치에는 광용적맥파(PPG) 센서가 탑재되어 있으며, 사용자는 PPG 센서에 손가락 등을 접촉하여, 자신의 심박수 등을 측정할 수 있다. 광용적맥파(Photoplethysmography) 센서는 손가락 끝, 귓볼, 이마 등의 피부에서 적외선 또는 적색광을 이용하여 혈액의 부피 변화를 측정하고, 측정 신호를 출력한다.For example, a smartphone or smart watch is equipped with an optical pulse wave (PPG) sensor, and a user can touch his or her finger to the PPG sensor to measure his / her heart rate. Photoplethysmography sensor measures changes in volume of blood using infrared rays or red light from skin such as fingertips, earlobes and forehead, and outputs a measurement signal.
일반적으로 사람이, 숨을 들이 쉴 때는 수축기 혈압이 감소하며, 이완기 혈압이 증가하고 심박수가 증가하게 되고, 반대로 숨을 내쉬면 이완기 혈압은 감소하며 수축기 혈압은 증가하고 심박수는 감소하기 때문에, 광용적맥파 신호를 이용하여 심박수 측정이 가능하다.In general, when a person breathes, the systolic blood pressure decreases, the diastolic blood pressure increases, and the heart rate increases. On the contrary, when the breath is exhaled, the diastolic blood pressure decreases, the systolic blood pressure increases, and the heart rate decreases. The heart rate can be measured using the signal.
또한 광용적맥파 신호는 사람의 호흡에 따라서도 변화하기 때문에, 광용적맥파 신호를 이용하여 호흡수 측정도 가능하다. Also, since the optical pulse signal changes according to the human breath, the respiration rate can also be measured using the optical pulse signal.
종래 광용적맥파 신호를 이용하여 호흡수를 측정하는 방법은 광용적맥파 신호에서 심박수 성분을 추출하여 제거한 후 호흡수를 측정한다. 따라서 측정 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 측정시간을 줄일 수 있는 간단한 측정 방법에 대한 연구가 필요하다.Conventionally, the method of measuring the respiratory rate by using the pulse wave signal of the pulse of the optical capacity is performed by extracting and removing the heart rate component from the optical pulse wave signal, and then measuring the respiratory rate. Therefore, there is a disadvantage that the measurement time is long, and it is necessary to study the simple measurement method which can reduce the measurement time.
관련된 선행문헌으로 대한민국 공개특허 2014-0059404호가 있다.A related prior art document is Korean Patent Publication No. 2014-0059404.
본 발명은 광용적맥파를 이용하여 간단하고 빠르게 호흡수를 측정하고 관리할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention aims to provide a method and an apparatus that can measure and manage respiratory rate easily and quickly using a pulse wave of an optic volume.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기 설정된 유도 호흡수에 따라서 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 정보를, 상기 사용자에게 제공하는 단계; 상기 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여, 상기 사용자의 호흡수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 호흡수 및 상기 유도 호흡수를 비교하고, 비교 결과를 상기 사용자에게 피드백하는 단계를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a breathing apparatus, the method comprising: providing respiration inducing information for inducing respiration of a user according to a predetermined induced respiration rate to the user; Measuring a respiratory rate of the user using an optical pulse wave signal for the user; And comparing the measured respiratory rate and the induced respiratory rate, and feeding back the comparison result to the user.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기 설정된 유도 호흡수에 따라서 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 정보를, 상기 사용자에게 제공하는 단계; 상기 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여, 상기 사용자의 호흡수를 측정하는 단계; 및 상기 사용자의 호흡수 측정 결과를 상기 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a breathing apparatus, the method comprising: providing respiration inducing information for inducing breathing of a user according to a predetermined induction breathing rate to the user; Measuring a respiratory rate of the user using an optical pulse wave signal for the user; And providing the user with a respiration rate measurement result of the user.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기 설정된 호흡수 주파수 대역의 밴드 패스 필터를 이용하여, 사용자에 대한 광용적맥파 신호에 대해 제1필터링을 수행하는 단계; 노치 필터를 이용하여, 상기 제1필터링된 신호에 대해 제2필터링을 수행하는 단계; 상기 제2필터링된 신호의 파워를 이용하여, 상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계; 및 상기 조절된 제거 주파수를 상기 호흡수로 결정하는 단계를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for filtering an optical pulse wave signal for a user using a bandpass filter having a preset respiratory frequency band, the method comprising: performing first filtering on an optical pulse wave signal for a user; Performing a second filtering on the first filtered signal using a notch filter; Adjusting a predetermined removal frequency of the notch filter using the power of the second filtered signal; And determining the adjusted elimination frequency as the respiratory rate. The present invention also provides a method for measuring respiratory rate using an optically negative pulse wave.
본 발명에 따르면, 광용적맥파 신호에서 심박수 성분을 추출하여 제거하지 않고 직접 호흡수를 추정함으로써, 빠르고 간단하게 호흡수를 측정할 수 있으며, 사용자의 호흡수를 효과적으로 관리할 수 있다.According to the present invention, by directly estimating the number of breaths without extracting and removing the heart rate component from the optical pulse wave signal, it is possible to quickly and easily measure the breath count and effectively manage the breath count of the user.
또한, 본 발명에 따르면, 시간 영역에서 노치 필터의 제거 주파수를 갱신하여 호흡수를 추정함으로써 간단하고 빠르게 호흡수를 측정할 수 있다.Further, according to the present invention, the number of breaths can be measured simply and quickly by updating the frequency of removal of the notch filter in the time domain and estimating the number of breaths.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 관리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 호흡수 관리 장치의 인터페이스 화면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining a respiration rate management apparatus using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an interface screen of the respiratory water management apparatus.
3 is a view for explaining a breathing water management method using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a respiration rate measuring apparatus using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a respiration rate measurement method using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
본 발명은 광용적맥파를 이용하여 빠르고 간단하게 사용자의 호흡수를 측정하는 방법을 제안한다. 그리고 본 발명에 따른 호흡수 측정 방법을 이용하여 사용자의 호흡수를 관리하는 방법을 제안한다.The present invention proposes a method for quickly and simply measuring the respiratory rate of a user using an optic pulse wave. And a method of managing the breathing number of the user by using the breathing rate measuring method according to the present invention.
본 발명은 빠르고 간단하게 사용자의 호흡수를 측정하기 위해, 광용적맥파 신호에서 심박수 성분을 추출하여 제거함이 없이, 광용적맥파 신호를 호흡수 주파수 대역으로 필터링한다. 그리고 필터링된 신호에 대한 노치 필터의 출력 결과를 이용하여, 적응적으로 노치 필터의 제거 주파수를 갱신함으로써, 호흡수를 추정한다.The present invention filters the optical pulse wave signal into the respiration frequency band without extracting and removing the heart rate component from the optical pulse wave signal to quickly and simply measure the user's respiration rate. The respiration rate is estimated by adaptively updating the removal frequency of the notch filter using the output result of the notch filter for the filtered signal.
또한 본 발명은 사용자의 호흡을 유도하고, 사용자가 호흡 유도에 따라 호흡하지 여부를 호흡수 측정 결과를 이용하여 확인하고 피드백함으로써, 사용자의 호흡수를 관리한다.Further, the present invention manages the number of breaths of the user by inducing the breath of the user and checking whether the user breathes according to the breathing induction by using the breathing rate measurement result and feeding back.
즉, 본 발명에 따르면, 광용적맥파 신호에서 심박수 성분을 추출하여 제거하지 않고 직접 호흡수를 추정함으로써, 빠르고 간단하게 호흡수를 측정할 수 있으며, 사용자의 호흡수를 효과적으로 관리할 수 있다.That is, according to the present invention, by directly estimating the number of breaths without extracting and removing the heart rate component from the optical pulse wave signal, it is possible to quickly and easily measure the breath count and effectively manage the breath count of the user.
본 발명에 따른 호흡수 측정 및 관리 방법은 광용적맥파 센서를 포함하는 웨어러블 디바이스나 모바일 단말에서 이용될 수 있으며, 특히 의료기기 등에도 사용될 수 있다.The respiratory rate measurement and management method according to the present invention can be used in a wearable device or a mobile terminal including an optical pulse pressure sensor, and in particular, in a medical device.
이하에서, 본 발명에 따른 호흡수 관리 방법 및 장치를 먼저 설명하고, 호흡수 측정 방법 및 장치를 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for managing respiratory rate according to the present invention will be described first, and a method and apparatus for measuring respiration rate will be described. Embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 관리 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 호흡수 관리 장치의 인터페이스 화면을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining a breathing water management apparatus using an optic pulse wave according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an interface screen of the breathing water management apparatus.
본 발명에 따른 호흡수 관리 장치는 사용자에게 호흡수를 유도하고, 사용자가 유도하는 호흡수에 따라 호흡하는지 여부를 사용자에게 피드백한다. 본 발명에 따른 호흡수 관리 장치는, 사용자가 명상이나 안정이 필요할 때 사용자의 호흡수가 느리고 규칙적이 되도록 유도할 수 있으며, 또는 호흡수 조절 트레이닝 등에 이용될 수 있다. The respiration management apparatus according to the present invention induces the respiration number to the user and feeds back to the user whether or not to breathe according to the number of breaths induced by the user. The breathing water management apparatus according to the present invention can induce the user to have slow and regular breathing when the user needs meditation or stability, or can be used for breathing rate control training or the like.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 호흡수 관리 장치는 호흡수 측정부(110), 정보 생성부(120) 및 정보 제공부(130)를 포함한다. 그리고 실시예에 따라서 광용적맥파(PPG) 센서(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus for managing respiration according to the present invention includes a respiration rate measuring unit 110, an information generating unit 120, and an information providing unit 130. (PPG) sensor 140 according to an embodiment of the present invention.
호흡수 측정부(110)는 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여 사용자의 호흡수를 측정한다. 광용적맥파 신호는 PPG 센서(140)로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, PPG 센서(140)는 사용자의 손가락에 착용되는 밴드에 포함될 수 있으며, 사용자는 밴드를 착용하여 자신의 심박수를 측정할 수 있다.The respiration rate measuring unit 110 measures the respiration rate of the user using the optical pulse wave signal for the user. The optic pulse wave signal may be provided from the PPG sensor 140. For example, the PPG sensor 140 may be included in a band that is worn on the user's finger, and a user may measure his / her heart rate by wearing a band.
정보 생성부(120)는 기 설정된 유도 호흡수에 따라서 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 정보를 생성하며, 호흡 유도 정보는 일종의 페이스메이커(pacemaker) 역할을 한다. 그리고 정보 생성부(120)는 호흡수 측정부(110)에서 측정된 호흡수와 유도 호흡수를 비교하고, 비교 결과에 따른 피드백 정보를 생성한다. 즉, 정보 생성부(120)는 사용자가 유도 호흡수에 따라서 호흡하는지 여부를 나타내는 피드백 정보를 생성한다.The information generating unit 120 generates respiration inducing information for inducing the user's breathing according to the predetermined induction breathing number, and the respiration inducing information serves as a kind of pacemaker. The information generating unit 120 compares the respiration rate measured by the respiratory rate measurement unit 110 with the inspired breaths, and generates feedback information according to the comparison result. That is, the information generating unit 120 generates feedback information indicating whether the user breathes according to the induction breathing number.
호흡 유도 정보는 기 설정된 주기로 색깔 또는 밝기가 변하는 시각 데이터, 기 설정된 주기로 진동하는 촉각 데이터 또는 기 설정된 주기로 출력되는 청각 데이터 타입일 수 있다.The breathing induction information may be time data in which the color or brightness changes in a predetermined cycle, tactile data that oscillates in a predetermined cycle, or an auditory data type that is output in a predetermined cycle.
정보 제공부(130)는 정보 생성부(120)에서 생성된 호흡 유도 정보 및 피드백 정보를 사용자에게 제공한다. 정보 제공부(110)는 디스플레이 장치, 스피커, 햅틱 장치 등이거나, 이들이 조합된 장치일 수 있다.The information providing unit 130 provides the user with respiration induction information and feedback information generated by the information generating unit 120. The information providing unit 110 may be a display device, a speaker, a haptic device, or the like, or a combination thereof.
예를 들어, 호흡 유도 정보가 시각 데이터 타입인 경우, 정보 제공부(130)가 제공하는 도 2의 인터페이스 화면의 호흡 유도 정보 표시 영역(210)에서 원이 검은색에서 하얀색으로 깜빡일 수 있으며, 사용자는 원이 검은색일 때 호흡을 하도록 유도될 수 있다.For example, if the breathing inducing information is a visual data type, the circle may be blinked from black to white in the breathing inducing
또는 호흡 유도 정보가 촉각 데이터 타입일 경우, 햅틱 장치가 기 설정된 주기로 사용자에게 촉각을 제공할 수 있으며, 사용자는 촉각에 따라 호흡을 하도록 유도될 수 있다. 이 때, 햅틱 장치는 전술된 밴드에 포함될 수 있다.Or if the breathing inducing information is a tactile data type, the haptic device may provide a tactile sense to the user at a predetermined cycle, and the user may be induced to breathe according to the tactile sense. At this time, the haptic device may be included in the above-mentioned band.
또는 호흡 유도 정보가 청각 데이터 타입일 경우, 스피커는 기 설정된 주기로 알림음을 출력할 수 있으며, 사용자는 알림음에 따라 호흡을 하도록 유도될 수 있다.Or if the breath inducing information is of the audible data type, the speaker can output a buzzer sound at a preset period, and the user can be guided to breath according to the buzzer sound.
전술된 피드백 정보는 도 2의 인터페이스 화면의 피드백 정보 표시 영역(230)에 표시될 수 있으며, 이와 함께 호흡수 측정 결과가 호흡수 표시 영역(220)에 표시될 수 있다. 피드백 정보 표시 영역(230)에는 예를 들어, 유도 호흡수보다 측정된 호흡수가 빠르거나 느리다는 정보가 표시되거나 또는 호흡수를 지금보다 빠르게 취하거나 느리게 취하라는 안내 정보가 표시될 수 있다. The feedback information may be displayed in the feedback
그리고 피드백 정보는 호흡 유도 정보와 마찬가지로 시각 데이터 타입, 촉각 데이터 타입 또는 청각 데이터 타입일 수 있으며, 호흡 유도 정보에 이용되는 데이터 타입과 피드백 정보에 이용되는 데이터 타입은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 시각 데이터 타입의 호흡 유도 정보가 이용되는 경우, 피드백 정보는 햅틱 장치를 통해 촉각 데이터 형태로 제공될 수 있다. The feedback information may be a time data type, a tactile data type, or an auditory data type as well as the breathing inducing information, and the data type used for the breathing inducing information and the data type used for the feedback information may be different. For example, when respiration induction information of the visual data type is used, the feedback information may be provided in the form of tactile data through the haptic device.
한편, 실시예에 따라서 정보 제공부(130)는 사용자의 단위 호흡의 속도 유도 정보를 더 포함하는 호흡 유도 정보를 생성할 수 있다. 단위 호흡은 들숨 및 날숨을 포함하는 1회 호흡에 대응될 수 있으며, 즉, 속도 유도 정보는 사용자의 공기를 들이마시는 속도 및 내뱉는 속도를 유도하는 정보를 포함한다. Meanwhile, according to the embodiment, the information providing unit 130 may generate respiration induction information further including velocity induction information of the user's unit breath. Unit breaths may correspond to a single breath involving inspiration and expiration, i.e., the velocity induction information includes information that induces the velocity of the user's breathing air and the rate of exhaling.
예를 들어, 호흡 유도 정보가 시각 데이터 타입일 경우, 속도 유도 정보에 따라 서서히 하얀색으로 변하거나 검은색으로 변할 수 있다. 유도 속도가 빨라질 수록 밝기 변환 속도 역시 빨라진다. 명상에 대한 호흡 유도 정보가 제공될 경우, 사용자는 서서히 검은색으로 변하는 호흡수 표시 영역(220)을 보면서, 서서히 숨을 들이마시고, 서서히 하얀색으로 변하는 호흡수 표시 영역(220)을 보면서, 서서히 숨을 내쉬면서 심호흡을 할 수 있다.For example, if the breath inducing information is a visual data type, it may gradually change to white or black depending on the velocity inducing information. The faster the induction speed, the faster the brightness conversion speed. When the breathing inducing information for meditation is provided, the user slowly breaths while looking at the respiration
속도 유도 정보는 단위 호흡에 대한 정보로서, 단위 호흡 마다 속도 유도 정보는 달라질 수 있다.The velocity induction information is information about the unit breath, and the velocity inducing information for each unit breath may be different.
결국, 본 발명에 따르면, 사용자는 호흡 유도 정보에 따라 자신의 호흡을 조절할 수 있으며, 피드백 정보를 확인하며 자신의 호흡을 관리할 수 있다.As a result, according to the present invention, the user can adjust his / her breathing according to the breathing inducing information, confirm the feedback information, and manage his / her breathing.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a breathing water management method using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 호흡수 관리 방법은 전술된 호흡수 관리 장치에서 수행될 수 있으며, 실시예에 따라서 프로세서를 포함하는 다양한 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다.The breathing water management method according to the present invention can be performed in the breathing water management apparatus described above, and can be performed in various computing devices including a processor according to an embodiment.
본 발명에 따른 호흡수 관리 장치는 기 설정된 유도 호흡수에 따라서 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 정보를, 사용자에게 제공(S310)한다. 유도 호흡수는 사용자가 원하는 기능에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 명상을 원할 경우와 호흡수 조절 트레이닝을 원할 경우 등에 따라서 유도 호흡수는 다르게 설정될 수 있다. 실시예에 따라서, 호흡 유도 정보는 사용자의 단위 호흡의 속도 유도 정보를 더 포함할 수 있다.The breathing water management apparatus according to the present invention provides respiration inducing information for inducing respiration of the user according to a predetermined induction breathing quantity to the user (S310). The inspired breathing number can be set according to the function desired by the user. For example, the induction breath rate may be set differently when the user desires meditation and when he or she desires to adjust breathing rate. According to an embodiment, the respiration inducing information may further include velocity induction information of the user's unit breath.
사용자는 호흡 유도 정보에 따라 호흡을 하며, 호흡수 관리 장치는 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여, 사용자의 호흡수를 측정(S320)한다.The user breathes according to the respiratory induction information, and the respiratory rate management device measures the respiratory rate of the user using the optic pulse wave signal for the user (S320).
그리고 호흡수 관리 장치는 단계 S320에서 측정된 호흡수 및 유도 호흡수를 비교하고, 비교 결과를 사용자에게 피드백(S330)한다. 실시예에 따라서, 호흡수 관리 장치는 비교 결과를 피드백함이 없이, 사용자의 호흡수 측정 결과를 사용자에게 제공함으로써, 사용자 스스로 호흡 유도 정보에 따라 호흡하는지 여부를 판단하도록 할 수 있다.Then, the respiratory water management device compares the measured respiration rate and inspired breath rate in step S320, and feeds back the comparison result to the user (S330). According to the embodiment, the respiratory rate management apparatus can provide the user with the result of measuring the respiration rate of the user without feeding back the comparison result, thereby allowing the user to determine whether or not to breathe according to the respiration inducing information.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a respiration rate measuring apparatus using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 호흡수 측정 장치는 전술된 호흡수 측정부(110)와 대응되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 밴드 패스 필터(410), 노치 필터(420) 및 제거 주파수 조절부(430)를 포함한다.4, the band-
밴드 패스 필터(410, BPF)는 사용자에 대한 광용적맥파 신호에서 DC 성분과 심박수 성분을 제거하는 역할을 수행하며, 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 입력받아, 기 설정된 호흡수 주파수 대역에 대한 성분을 출력한다. 호흡수 주파수 대역은, 사람의 일반적인 호흡수(분당 12회에서 48회)에 기초하여 설정될 수 있으며, 0.2 ~ 0.8Hz일 수 있다.The band pass filter 410 (BPF) removes the DC component and the heart rate component from the optical pulse wave signal for the user, receives the optical pulse wave signal for the user, . The respiratory frequency band may be set based on a person's general respiratory rate (12 to 48 times per minute) and may be 0.2 to 0.8 Hz.
밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호는 노치 필터(420, notch filter)로 입력된다. 노치 필터(420)는 입력 신호에서 제거 주파수(notch frequency)에 따른 주파수 성분을 제거하는 필터로서, 예를 들어, IIR 디지털 필터일 수 있다. 그리고 이 때, 밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호는 샘플링되어 노치 필터(420)로 입력될 수 있다.A signal filtered by the
제거 주파수 조절부(430)는 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워를 이용하여 노치 필터의 제거 주파수를 조절한다.The removal
밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호는 광용적맥파 신호에서 이미 잡음 등의 DC 성분과 심박수 성분이 제거된 상태이기 때문에, 제거 주파수와 호흡수가 일치하여 노치 필터(420)에 의해 호흡수 성분이 제거되면, 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워는 최소가 될 수 있다. 따라서, 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워가 최소가 되도록 기 설정된 규칙에 따라 노치 필터(420)의 제거 주파수를 갱신하면서, 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워를 측정하면, 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워가 최소일때의 제거 주파수를 호흡수로 결정할 수 있다.Since the signal filtered by the
제거 주파수 조절부(430)는 이전 측정된 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워와 현재 측정된 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워를 비교하여 파워 차이에 따라 제거 주파수를 갱신하거나, 최소 자승법 알고리즘 등을 이용하여 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워가 최소가 되도록 제거 주파수를 갱신할 수 있다. The
한편, 밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호의 주파수 성분 중 최대 피크치를 나타내는 기본 주파수가 노치 필터(420)의 제거 주파수로 설정될 수 있으며, 제거 주파수 조절부(330)는 노치 필터(420)의 출력 신호의 파워를 이용하여 기본 주파수를 갱신할 수 있다. The fundamental frequency representing the maximum peak value of the frequency components of the signal filtered by the
본 발명에 따른 호흡수 측정 장치는 FFT를 이용하여, 밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호의 주파수 성분을 분석할 수 있으며, 사용자가 1회 이상 호흡을 하는 구간동안 예를 들어 측정시작 후 10초 동안의 신호에 대해 주파수 성분을 분석할 수 있다. The apparatus for measuring respiratory rate according to the present invention can analyze frequency components of a signal filtered by a
전술된 기본 주파수는 10초 동안 사용자의 호흡수에 대응되는 주파수로서, 10초 이후에도 밴드 패스 필터(410)에서 필터링된 신호에 대해 연속적으로 주파수 분석을 수행할 경우, 호흡수를 측정할 수 있지만 주파수 분석에는 시간 및 자원이 많이 필요하기 때문에, 본 발명은 최초 제거 주파수를 설정하기 위해서만 주파수 분석을 이용하고, 이후 시간 영역에서 노치 필터의 제거 주파수를 갱신하는 방법으로 주파수를 추정한다. The fundamental frequency is a frequency corresponding to the number of breaths of the user for 10 seconds. If frequency analysis is continuously performed on the signal filtered by the band-
결국, 본 발명에 따르면, 심박수 성분을 추출하여 제거하지 않고 직접 호흡수를 추정할 뿐만 아니라, 주파수 성분 분석없이 시간 영역에서 노치 필터의 제거 주파수를 갱신하여 호흡수를 추정함으로써 간단하고 빠르게 호흡수를 측정할 수 있다.As a result, according to the present invention, not only the direct breathing rate is estimated without extracting and removing the heart rate component, and the respiration frequency is updated by updating the frequency of removal of the notch filter in the time domain without frequency component analysis. Can be measured.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광용적 맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a respiration rate measurement method using an optically-inductive pulse wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 호흡수 측정 방법은 전술된 호흡수 측정 장치에서 수행될 수 있으며, 실시예에 따라서 프로세서를 포함하는 다양한 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다.The respiratory rate measurement method according to the present invention can be performed in the respiratory rate measurement apparatus described above, and can be performed in various computing devices including a processor according to an embodiment.
본 발명에 따른 호흡수 측정 장치는 기 설정된 호흡수 주파수 대역의 밴드 패스 필터를 이용하여, 사용자에 대한 광용적맥파 신호에 대해 제1필터링을 수행(S510)한다. 제1필터링에 의해 광용적맥파 신호에서 DC 성분과 심박수 성분이 제거될 수 있다.The apparatus for measuring respiratory rate according to the present invention performs a first filtering on an optical pulse wave signal for a user using a bandpass filter having a predetermined respiratory frequency band (S510). By the first filtering, the DC component and the heart rate component can be removed from the optical pulse wave signal.
그리고 노치 필터를 이용하여, 상기 제1필터링된 신호에 대해 제2필터링을 수행(S520)한다. 제1필터링된 신호의 주파수 성분 중 최대 피크치를 나타내는 기본 주파수가 노치 필터의 제거 주파수로 설정될 수 있다.A second filtering is performed on the first filtered signal using a notch filter (S520). The fundamental frequency representing the maximum peak value among the frequency components of the first filtered signal may be set to the removal frequency of the notch filter.
일예로서, 노치 필터는 IIR 필터일 수 있으며, 노치 필터의 전달 함수는 Z-변환에 의해 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. [수학식 1]에서 r은 노치 필터의 대역폭을 조절하는 파라미터이며, θ는 제거 주파수를 나타낸다.As an example, the notch filter may be an IIR filter, and the transfer function of the notch filter may be expressed as: " (1) " In Equation (1), r is a parameter for adjusting the bandwidth of the notch filter, and? Represents an elimination frequency.
노치 필터가 디지털 필터일 경우 제1필터링된 신호는 기 설정된 샘플링 주파수로 샘플링되어 노치 필터로 입력되며, [수학식 1]에 따라서 노치 필터의 입력 신호(x[n])에 대한 출력 신호(y[n])는 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.When the notch filter is a digital filter, the first filtered signal is sampled at a predetermined sampling frequency and input to the notch filter. The output signal y (n) of the notch filter input signal x [n] [n]) can be expressed by the following equation (2).
호흡수 측정 장치는 제2필터링된 신호의 파워를 이용하여, 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절(S530)하고, 조절된 제거 주파수를 호흡수로 결정(S540)한다. 이 때, 호흡수 측정 장치는 제2필터링된 신호의 파워가 최소가 되도록 기 설정된 규칙에 따라 제거 주파수를 갱신하며, 제2필터링된 신호의 파워가 최소가 되는 제거 주파수가 호흡수로 결정될 수 있다.The respiratory rate measuring device uses the power of the second filtered signal to adjust the predetermined elimination frequency of the notch filter (S530) and determines the adjusted elimination frequency as the breathing number (S540). At this time, the respiration rate measuring apparatus updates the elimination frequency according to a predetermined rule so that the power of the second filtered signal becomes minimum, and the elimination frequency at which the power of the second filtered signal becomes minimum can be determined as the breathing number .
일실시예로서 호흡수 측정 장치는 [수학식 3]과 같이 정규화된 최소 자승 연산 방법을 이용하여, 제2필터링된 신호(y[n])의 파워에 따라 적응적으로 제거 주파수(θ[n+1])를 갱신할 수 있으며 다른 실시예로서 재귀 최소 자승법(Recursive Least Square Method)을 이용하여 제거 주파수를 갱신할 수도 있다.In one embodiment, the respiration rate measuring apparatus adaptively calculates the elimination frequency θ [n] according to the power of the second filtered signal y [n] using a normalized least squares calculation method as shown in Equation (3) +1]). In another embodiment, the removed frequency may be updated using a recursive least square method.
[수학식 3]에서, u는 adaptive step-size이며, 
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (11)
상기 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여, 상기 사용자의 호흡수를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 호흡수 및 상기 유도 호흡수를 비교하고, 비교 결과를 상기 사용자에게 피드백하는 단계
를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
Providing respiration inducing information for inducing respiration of a user according to a predetermined induction breathing number to the user;
Measuring a respiratory rate of the user using an optical pulse wave signal for the user; And
Comparing the measured respiration rate and the induced respiratory rate, and feeding back the comparison result to the user
Wherein the respiration rate of the respiratory blood is greater than the respiratory rate.
상기 호흡 유도 정보는
기 설정된 주기로 색깔 또는 밝기가 변하는 시각 데이터, 기 설정된 주기로 진동하는 촉각 데이터 또는 기 설정된 주기로 출력되는 청각 데이터 타입인
광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
The method according to claim 1,
The respiratory guidance information
Time data in which the color or brightness changes in a predetermined cycle, tactile data that oscillates in a predetermined cycle, or an auditory data type that is output in a predetermined cycle
Breathing water management method using optical pulse wave.
상기 호흡수를 측정하는 단계는
기 설정된 호흡수 주파수 대역의 밴드 패스 필터를 이용하여, 상기 광용적맥파 신호에 대해 제1필터링을 수행하는 단계;
노치 필터를 이용하여, 상기 제1필터링된 신호에 대해 제2필터링을 수행하는 단계;
상기 제2필터링된 신호의 파워를 이용하여, 상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계; 및
상기 조절된 제거 주파수를 상기 호흡수로 결정하는 단계
를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
The method according to claim 1,
The step of measuring the respiration rate
Performing a first filtering on the optical pulse wave signal using a bandpass filter in a predetermined respiratory frequency band;
Performing a second filtering on the first filtered signal using a notch filter;
Adjusting a predetermined removal frequency of the notch filter using the power of the second filtered signal; And
Determining the adjusted removal frequency as the respiratory rate
Wherein the respiration rate of the respiratory blood is greater than the respiratory rate.
상기 기 설정된 제거 주파수는
상기 제1필터링된 신호의 주파수 성분 중 최대 피크치를 나타내는 기본 주파수인
광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
The method of claim 3,
The predetermined elimination frequency is
A fundamental frequency representing a maximum peak value among frequency components of the first filtered signal
Breathing water management method using optical pulse wave.
상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계는
상기 제2필터링된 신호의 파워가 최소가 되도록 상기 제거 주파수를 갱신하는
광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
The method of claim 3,
The step of adjusting the predetermined removal frequency of the notch filter
Updating the removal frequency so that the power of the second filtered signal is minimized
Breathing water management method using optical pulse wave.
상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계는
최소 자승법 알고리즘을 이용하여, 상기 제거 주파수를 적응적으로 갱신하는
광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
6. The method of claim 5,
The step of adjusting the predetermined removal frequency of the notch filter
Using the least squares algorithm, adaptively updates the cancellation frequency
Breathing water management method using optical pulse wave.
상기 호흡 유도 정보는
상기 사용자의 단위 호흡의 속도 유도 정보를 더 포함하는
광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
The method according to claim 1,
The respiratory guidance information
Further comprising velocity induction information of the unit breath of the user
Breathing water management method using optical pulse wave.
상기 사용자에 대한 광용적맥파 신호를 이용하여, 상기 사용자의 호흡수를 측정하는 단계; 및
상기 사용자의 호흡수 측정 결과를 상기 사용자에게 제공하는 단계
를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 관리 방법.
Providing respiration inducing information for inducing respiration of a user according to a predetermined induction breathing number to the user;
Measuring a respiratory rate of the user using an optical pulse wave signal for the user; And
Providing the user with a respiration rate measurement result of the user
Wherein the respiration rate of the respiratory blood is greater than the respiratory rate.
노치 필터를 이용하여, 상기 제1필터링된 신호에 대해 제2필터링을 수행하는 단계;
상기 제2필터링된 신호의 파워를 이용하여, 상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계; 및
상기 조절된 제거 주파수를 상기 호흡수로 결정하는 단계
를 포함하는 광용적맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법.
Performing a first filtering on an optical pulse wave signal for a user using a bandpass filter of a preset respiratory frequency band;
Performing a second filtering on the first filtered signal using a notch filter;
Adjusting a predetermined removal frequency of the notch filter using the power of the second filtered signal; And
Determining the adjusted removal frequency as the respiratory rate
Wherein the respiration rate is measured by using an optical pulse wave including a pulse wave.
상기 기 설정된 제거 주파수는
상기 제1필터링된 신호의 주파수 성분 중 최대 피크치에 대한 주파수인
광용적맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The predetermined elimination frequency is
A frequency of a maximum peak value among frequency components of the first filtered signal
A method for measuring respiratory rate using optical pulse wave.
상기 노치 필터의 기 설정된 제거 주파수를 조절하는 단계는
상기 제2필터링된 신호의 파워가 최소가 되도록 상기 제거 주파수를 갱신하는
광용적맥파를 이용하는 호흡수 측정 방법.
11. The method of claim 10,
The step of adjusting the predetermined removal frequency of the notch filter
Updating the removal frequency so that the power of the second filtered signal is minimized
A method for measuring respiratory rate using optical pulse wave.
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