KR20180042719A - Apparatus and method for analyzing respiration - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 호흡 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수면 상태에서 이상호흡 또는 무호흡을 감지하는 호흡 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a respiration analyzing apparatus and method, and more particularly, to a respiration analyzing apparatus and method for detecting abnormal breathing or apnea in a sleep state.
소득의 증대로 삶의 질이 높아짐에 따라 스마트밴드, 패드 등의 모바일 기기를 이용한 다양한 자가 건강 검사 방법이 최근 들어 늘어나고 있으며, 특히 일정소득 이상에서 수면의 질에 대한 관심이 매우 커지는 것이 사실이다. 수면의 질에 가장 큰 영향을 미치는 코골이 또는 수면 무호흡 증상은, 부족한 체내 산소 공급으로 인하여 주간 일상에서 피로현상을 초래하여 학습 및 일의 효율성을 저하시켜 산업재해와 교통사고 등의 안전사고의 원인이 될 수 있으며, 심하면 체내 산소 공급 부족으로 인한 심혈관 활동과 뇌 활동의 부전 원인이 될 수 있다.As the quality of life increases due to the increase in income, various self-health screening methods using mobile devices such as smart bands and pads have been increasing recently. Snoring and sleep apnea, which have the greatest effect on sleep quality, cause fatigue in daily life due to inadequate oxygen supply, which reduces the efficiency of learning and work, leading to the cause of safety accidents such as industrial accidents and traffic accidents , Which can lead to cardiovascular activity and insufficient brain activity due to insufficient oxygen supply in the body.
수면 무호흡(Sleep Apnea)이란 수면 중에 일시적으로 호흡이 정지되는 현상을 말하며, 수면 무호흡으로 인한 수면 분열(Sleep Fragmentation)은 주간의 과도한 졸리움(EDS: Excessive Daytime Sleepness) 및 혈액 내 산소포화도(SpO2: Peripheral Capillary Oxygen Saturation)를 감소시킨다. 산소포화도의 감소는 고혈압, 부정맥 등을 일으키며 심할 경우 수면 중 심장마비(Heart Attack), 돌연사(Sudden Death) 등을 초래할 수 있다.Sleep Apnea is a phenomenon in which breathing stops temporarily during sleep. Sleep Fragmentation due to sleep apnea is caused by Excessive Daytime Sleepiness (EDS) and SpO2 (Peripheral) Capillary Oxygen Saturation). Decreased oxygen saturation leads to hypertension, arrhythmia, and in severe cases can lead to heart attack (Sudden Death), and so on.
수면 무호흡증은 모든 호흡 노력을 중단하게 되는 신경 장애로 구분되는 중추성 무호흡증(Central Apnea)과 기도의 폐쇄 또는 허탈에 의해서 잠자는 동안 숨이 반복적으로 정지되는 폐쇄성 무호흡증(Obstructive Apnea) 및 중추성 및 폐쇄성 무호흡증이 조합되는 혼합성 무호흡(Mixed Apnea)의 종류가 있다. 폐쇄성 및 혼합성 무호흡은 수면 중 호흡노력으로 깨어나는 일이 발생하게 된다.Sleep apnea includes central apnea, which is classified as a neurological disorder that stops all respiratory effort, and obstructive apnea, which stops breathing repeatedly during sleep due to obstruction or collapse of the airway, and central obstructive sleep apnea There is a kind of mixed apnea (Mixed Apnea). Obstructive and mixed apnea wake up with breathing effort during sleep.
수면 무호흡증은 임상적으로 무호흡으로 발생할 수 있는 부정맥을 검사하기 위한 심전도(ECG: Electro-Cardiogram), 두뇌의 수면과 각성 상태를 구분하기 위한 뇌전도(EEG: Electro-Encephalogram), 안전도(EOG: Electro-Oculogram) 및 근전도(EMG: Electro-Myogram)를 검사하며, 이와 함께 무호흡 동안에 발생하는 혈액 내 산소포화도 측정, 중추성 또는 폐쇄성 무호흡 등의 무호흡증의 종류를 판단하기 위한 비강 및 구강의 공기 흐름, 흉부 및 복부의 움직임 측정과 수면자세 및 혈압을 측정하여 수면의 단계와 기능, 수면 중 발생할 수 있는 사건을 객관적으로 평가하는 수면 다원검사(PSG: Ploysomnography)를 통하여 진단을 하게 된다. Sleep apnea is an electrocardiogram (ECG) for examining arrhythmias that may occur clinically as apneas, an electro-encephalogram (EEG) to distinguish the brain's sleep and arousal status, a safety (EOG) (EMG: Electro-Myogram), and the measurement of blood oxygen saturation during apnea, nasal and oral air flow to determine the types of apnea such as central or obstructive apnea, (PSG: Ploysomnography), which measures objectively the stages and functions of sleep, and the events that may occur during sleep, by measuring the movement of the abdomen and measuring the sleep posture and blood pressure.
수면의 질을 진단하기 위하여 수면 다원검사는 비교적 정확한 진단법이지만, 가격이 비싸고 숙련된 인력이 필요하다는 단점이 있다. 높은 숙련도와 가격으로 요구되는 수면 다원 검사와 달리 근래 스마트 기기의 발달로 인하여 사용자의 맥박 등의 다양한 생체신호 측정 장치가 발달하고 있지만, 단순 생체신호 측정을 위한 장치로 머물고 있으며 측정된 생체신호를 이용하여 사용자의 익숙한 환경에서 저렴한 수면의 질 자가진단 등의 응용 서비스가 필요한 상태라 할 수 있다.The sleeping polygraph is a relatively accurate diagnostic method for diagnosing sleep quality, but it is expensive and requires a skilled workforce. Unlike sleep polyvalence test, which is demanded with high proficiency and price, a variety of bio-signal measuring devices such as a user's pulse have been developed due to the development of smart devices in recent years, but they are staying as devices for simple bio-signal measurement and use measured bio- Therefore, it can be said that the application service such as self-diagnosis of inexpensive sleeping is necessary in the user's familiar environment.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 주파수 분석을 통한 수면 무호흡 검출이 가능한 호흡 분석 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a respiration analysis method capable of detecting sleep apnea through frequency analysis.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 호흡 분석 방법을 이용하는 호흡 분석 장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a respiration analyzer using the respiration analysis method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 분석 장치는, 사용자의 맥파를 수신하여 노이즈를 제거하고 필요한 대역의 신호를 추출하여 디지털 신호로 변환하는 광용적맥파 센싱부 및 상기 광용적맥파 센싱부가 센싱한 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하고, 현재 사용자의 호흡률 특징값을 산출하여 호흡률 특징 기준치와 비교하여, 이상 호흡을 감지하는 이상호흡 인지부를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a respiration analyzing apparatus including an optical pulse-wave-sensing unit for receiving a user's pulse wave to remove noise, extracting a signal of a required band and converting the signal into a digital signal, And an abnormal respiration detection unit for detecting abnormal respiration by comparing the respiration rate feature value of the current user with the respiratory rate feature standard value by extracting the respiration rate signal from the optical pulse signal of the pulse sensed by the pulse wave sensing unit.
상기 이상호흡 인지부는, 광용적맥파에 대해 호흡 주파수 대역의 대역 필터링을 수행함으로써 호흡률 신호를 획득하고, 주파수 변환된 호흡률 신호에서 비관심 영역의 주파수 성분 강도 대비 관심 영역의 주파수 성분 강도의 비율을 산출하여 상기 호흡률 특징값을 산출할 수 있다. Wherein the abnormal respiration detection unit obtains a respiration rate signal by performing band filtering of a respiration frequency band on the optical pulse wave and calculates a ratio of a frequency component intensity of the interest region to a frequency component intensity of the non- Thereby calculating the respiratory rate characteristic value.
여기서, 본 발명에 따른 관심 영역은 0.2 Hz 내지 0.3 Hz 대역이고, 상기 비관심 영역은 0 Hz 내지 0.19 Hz 대역일 수 있다.Here, the region of interest according to the present invention may be a band of 0.2 Hz to 0.3 Hz, and the region of interest may be a band of 0 Hz to 0.19 Hz.
또한, 호흡률 특징 기준치는 호흡률 특징 평균값일 수 있으며, 호흡률 특징 평균값은, 정상 호흡에 대한 일정 시간 구간에 대해 복수 회 산출된 호흡률 특징 값에 대한 산술 평균 또는 이동 평균 값으로 설정될 수 있다.In addition, the respiratory rate characteristic reference value may be a respiration rate characteristic average value, and the respiratory characteristic average value may be set as an arithmetic average or moving average value of the respiratory rate characteristic value calculated plural times for a certain time interval for normal breathing.
상기 이상호흡 인지부는 또한, 현재 사용자의 호흡이 이상호흡으로 판단되면, 현재의 호흡률 특징 값에 따라 이상호흡의 종류를 판단할 수 있다.If the current user's respiration is determined to be abnormal breathing, the abnormal breathing detection unit may determine the type of abnormal breathing based on the current breathing rate characteristic value.
한편, 본 발명에 따른 호흡 분석 장치는, 사용자의 신체 일부에 착용 가능한 형태를 띨 수 있으며, 예를 들어, 사용자의 손목에 착용 가능한 형태일 수 있다. Meanwhile, the respiration analyzing apparatus according to the present invention may take a form that can be worn on a part of the user's body, for example, a form that can be worn on the user's wrist.
추가적으로, 상기 광용적맥파 센싱부는, 광신호를 발생시키고 사용자의 신체로부터 반사되어 수신된 광신호를 센싱하는 센서, 센싱된 신호로부터 불필요한 노이즈 대역을 소거하는 대역 소거 필터, 상기 대역 소거 필터로부터 출력된 신호에 대해 맥박 신호 대역의 대역통과 필터링을 수행하는 대역통과 필터, 및 상기 필터링된 신호에 대해 디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.In addition, the optically positive pulse-wave sensing unit may include: a sensor that generates an optical signal and senses a received optical signal reflected from a user's body; a band elimination filter that eliminates unnecessary noise bands from the sensed signal; A band pass filter that performs band pass filtering of the pulse signal band for the signal, and an analog-to-digital converter that performs a digital conversion on the filtered signal.
본 발명에 따라 감지 가능한 이상호흡은 폐쇄성 무호흡, 혼합성 무호흡, 및 중추성 무호흡 중 적어도 하나를 포함한다.Detectable abnormal breathing according to the present invention includes at least one of obstructive apnea, mixed apnea, and central apnea.
상기 이상호흡 인지부는, 이상호흡 여부에 대한 인지 결과를 출력하는 인지 결과 출력부를 더 포함할 수 있다. The abnormal respiration detection unit may further include a recognition result output unit for outputting a recognition result of abnormal breathing.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 분석 방법은, 사용자의 맥파를 센싱하여 노이즈를 제거하고 필요한 대역의 신호를 추출하여 디지털 신호로 변환하는 광용적맥파 센싱 단계, 상기 센싱된 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하여 주파수 변환하는 단계, 및 주파수 변환된 호흡률 신호로부터 호흡률 특징값을 산출하여 호흡률 특징 기준치와 비교함으로써, 이상 호흡을 감지하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a respiration analyzing method comprising the steps of sensing an user's pulse wave to remove noise, extracting a desired band signal and converting the signal into a digital signal, Extracting a respiration rate signal from the sensed optical pulse wave signal and frequency-converting the respiration rate signal; and calculating a respiration rate characteristic value from the frequency-converted respiration rate signal and comparing the respiration rate characteristic value with a respiration rate characteristic reference value.
여기서, 상기 호흡률 신호는 상기 광용적맥파 신호에 대해 호흡 주파수 대역의 대역 필터링을 수행하여 얻어질 수 있다. Here, the respiration rate signal may be obtained by performing band filtering of the respiration frequency band with respect to the optical pulse wave signal.
또한, 상기 이상 호흡을 감지하는 단계는, 상기 주파수 변환된 호흡률 신호에서 비관심 영역의 주파수 성분 강도 대비 관심 영역의 주파수 성분 강도의 비율을 산출하여 상기 호흡률 특징값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the step of detecting abnormal breathing may include calculating a respiratory rate characteristic value by calculating a ratio of a frequency component intensity of a region of interest to a frequency component intensity of a non-interest region in the frequency-converted respiration rate signal .
상기 이상 호흡을 감지하는 단계는 또한, 현재 사용자의 호흡이 이상호흡으로 판단되면, 현재의 호흡률 특징 값에 따라 이상호흡의 종류를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of detecting the abnormal breathing may further include the step of determining the type of abnormal breathing according to the current breathing rate characteristic value if the breathing of the current user is determined to be abnormal breathing.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 사용자의 호흡 이상을 신속히 파악하여 위급 상황에 대비할 수 있도록 정보 또는 알람을 제공할 수 있다. According to the embodiment of the present invention as described above, information or an alarm can be provided so as to promptly grasp a breathing abnormality of a user and prepare for an emergency situation.
또한, 본 발명에 따른 호흡 분석 장치는 비침습적인 방법으로 손목 등 사용자의 신체 일부에 쉽게 장착 가능한 형태로 제공되어 사용자에게 편의성을 제공할 수 있다. In addition, the respiration analyzer according to the present invention is provided in a non-invasive manner in a form that can be easily mounted on a part of a user's body such as a wrist, thereby providing convenience to a user.
본 발명에 따른 호흡 분석 장치 및 방법은 특히 수면 시 무호흡증을 판단함에 있어 효과적으로 활용될 수 있다. The apparatus and method for analyzing respiration according to the present invention can be effectively used for the determination of sleep apnea.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 신호 분석 장치의 블록 구성도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파 센싱부의 구성도이다.
도 3은 이상 호흡 중 하나인 폐쇄성 무호흡증의 생체신호 반응 그래프이다.
도 4는 이상 호흡 중 하나인 중추성 무호흡증의 생체신호 반응 그래프이다.
도 5는 흉강 호흡 운동 신호, 호흡률 신호, 광용적맥파 신호를 시간 축에서 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 호흡률 신호의 주파수 분석 결과의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 호흡률 신호의 주파수 분석 결과의 다른 예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 호흡 분석 방법의 개략적인 동작 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이상 호흡 감지에 활용되는 기준치를 도출하는 방법의 상세 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 주파수 분석을 이용한 이상 호흡 감지 방법의 상세 동작 순서도이다. 1 is a block diagram of a respiration signal analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an optically-usable pulse-wave sensing unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph of a bio-signal response of obstructive apnea, which is one of abnormal breathing.
FIG. 4 is a graph showing a bio-signal response of central apnea, which is one of the abnormal breaths.
FIG. 5 is a graph showing the time axis of the chest breathing motion signal, respiration rate signal, and optical pulse wave signal.
6 is a graph showing an example of a frequency analysis result of a respiration rate signal according to the present invention.
7 is a graph showing another example of the frequency analysis result of the respiration rate signal according to the present invention.
8 is a schematic flowchart of a respiration analysis method according to the present invention.
FIG. 9 is a detailed flowchart of a method for deriving a reference value for use in abnormal respiration detection according to the present invention.
FIG. 10 is a detailed flowchart of the abnormal breath detection method using the frequency analysis according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 통해 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. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail with reference to the drawings. 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.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 신호 분석 장치의 블록 구성도이다. 1 is a block diagram of a respiration signal analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 신호 분석 장치는 광용적맥파 센싱부(100), 이상호흡 인지부(200), 인지결과 출력부(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 1, an apparatus for analyzing a respiration signal according to an exemplary embodiment of the present invention may include an optical volume pulse
광용적맥파 센싱부(100)는 사용자의 맥파를 수신하여 노이즈를 제거하고 필요한 대역의 신호를 추출하여 디지털 신호로 변환함으로써, 광용적맥파를 센싱한다.The optical pulse-wave-
광용적맥파 센싱부(100)는 발광 소자 및 수광 소자를 포함하여, 발광 소자로부터 발광된 광신호가 손목 부위에서 반사되어 수신된 광신호를 수광 소자를 이용해 센싱한다. The optical pulse-wave-
광용적맥파(photo-plethysmography, PPG)는 심장박동에 따라 혈관 내의 혈액 구성 성분 밀도(헤모글로빈 등)의 변화를 빛의 흡수, 반사, 산란을 이용하여 측정하는 신호로서, 인체 특정 부위에 조사하여 조직에 흡수되거나 반사되는 광의 흡수율을 이용하여 혈류를 측정하는 방식으로 센싱 가능하다. 인체 부위에 광을 조사하면 혈액의 밀도(Concentration) 변화에 의해 빛의 투과 정도가 변하게 되는데, 이러한 변화량은 곧 혈류에 의한 것이므로 이러한 현상을 이용해 광용적맥파를 측정한다. Photo-plethysmography (PPG) is a signal that measures changes in the blood component density (hemoglobin, etc.) in blood vessels according to heartbeat, using light absorption, reflection, and scattering. And the blood flow is measured using the absorption rate of light that is absorbed or reflected by the blood vessel. When the light is irradiated on the human body, the degree of transmission of light is changed by the change of the density of the blood. Since the amount of change is due to the blood flow, the pulse wave is measured using this phenomenon.
이상호흡 인지부(200)는 센싱된 맥파 신호로부터 호흡률을 계산하고 본 발명에 따른 이상호흡 감지 알고리즘을 수행한다. 여기서, 본 발명에 따른 무호흡 감지 알고리즘은 주파수 분석을 토대로 한다. The ideal
이상호흡 인지부(200)를 통해 인지된 결과는 인지 결과 출력부(300)에 전달되는데, 인지결과 출력부(300)에서는 이상호흡 인지 결과를 출력 또는 전달하는 인터페이스를 포함할 수 있다. The perceived result through the abnormal
도 1에 도시된 바와 같은 구성을 포함할 수 있는 본 발명에 따른 이상 호흡 감지 장치는, 손목의 광용적맥파 신호로부터 호흡률(RIIV: Respiration Intensity Induced Variability) 신호를 추출하여 사용자의 이상 호흡을 감지한다. 본 발명은 특히, 수면 상태에서 사용자의 무호흡을 감지하는 데 효과적으로 활용될 수 있다. The abnormal respiration detection apparatus according to the present invention, which may include a configuration as shown in FIG. 1, extracts a respiration intensity induced variable (RIIV) signal from an optical pulse signal of the wrist to detect abnormal breathing of a user . In particular, the present invention can be effectively utilized to detect apnea of a user in a sleep state.
본 발명에서는 통상 0.2 Hz ~ 0.3 Hz(호흡수 12회/분 ~ 18회/분)를 갖는 정상호흡에 비하여 무호흡 시에는 이 대역에서의 주파수 성분의 강도(strength)가 감소하는 특징을 분석함으로써 이상호흡 또는 무호흡을 인지하는 것을 주요 특징으로 한다.In the present invention, by analyzing the characteristic that the strength of the frequency component decreases in the apnea when the respiration rate is lower than that of normal breathing, which is usually 0.2 Hz to 0.3 Hz (breathing frequency 12 times / minute to 18 times / minute) Respiration or apnea.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파 센싱부의 구성도이다. FIG. 2 is a configuration diagram of an optically-usable pulse-wave sensing unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파 센싱부(100)는 사용자의 광용적맥파를 측정하기 위한 광용적맥파 센서(160, 110), 전압/전류 변환 증폭기(120), 대역 소거 필터(130), 대역 통과 필터(140), 아날로그 디지털 변환기(ADC, 150), 광출력 제어기(170)를 포함할 수 있다. The optical pulse
광용적맥파 센서는 발광 소자(160) 및 수광 소자(110)를 포함할 수 있으며, 발광 소자(160)는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)일 수 있고, 수광 소자(110)는 수광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드는 일정 파장의 대역을 갖는 광을 발생시키며, 발생시키는 파장의 예로는, 535 nm, 660 nm, 940 nm 등을 들 수 있다. The optical pulse wave sensor may include a
광용적맥파 센싱부(100)는 또한, 광용적맥파 센서의 동작 및 제어를 위한 발광다이오드 드라이버를 더 포함할 수 있다.The optical pulse-wave-sensing
한편, 광출력 제어기(170)는, 발광 다이오드의 광량을 제어하는 역할을 수행하며, 디지털 아날로그 변환기(DAC)의 형태를 띨 수 있다. Meanwhile, the
발광 소자로부터 발광되어 손목 부위에서 반사된 신호는 수광 소자(110)를 통해 수신되어 전류 형태로 출력되고, 전류/전압 변환기(120)를 통해 전압 신호로 변환된다.A signal emitted from the light emitting element and reflected from the wrist is received through the
전류/전압 변환기(120)로부터 출력된 신호는 대역 소거 필터(130) 및 대역 통과 필터(140), 아날로그 디지털 변환기(150)를 거치면서 프로세싱되고 이상호흡 인지부(200)로 전달된다. The signal output from the current /
대역 소거 필터(130)는 입력된 신호에서 50 Hz 또는 60 Hz의 전원 주파수 신호를 제거하는 역할을, 대역 통과 필터(140)는 입력된 신호에서 대략 50 BPM(Beats Per Minute) ~ 100 BPM의 성인 맥박을 포함한 0.1 Hz ~ 1.2 Hz 신호의 주파수 대역만을 통과시키는 역할을 담당한다. 대역 통과 필터링된 신호는 아날로그 디지털 변환기(150)를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. The
디지털 신호로 변환된 광용적맥파 신호는 이상호흡 인지부(200)로 전달되고 전달된 광용적맥파 신호를 대상으로 본 발명에 따른 이상호흡 인지 방법이 수행된다. The optical pulse signal converted into the digital signal is transmitted to the ideal
도 3은 이상 호흡 중 하나인 폐쇄성 무호흡증의 생체신호 반응 그래프이다. FIG. 3 is a graph of a bio-signal response of obstructive apnea, which is one of abnormal breathing.
폐쇄성 무호흡증은 본 발명에 따른 호흡 신호 감지 장치가 감지 가능한 다양한 이상 호흡들 중 하나이다. Obstructive apnea is one of various abnormal respirations that can be detected by the respiratory signal sensing apparatus according to the present invention.
폐쇄성수면무호흡(OSA: obstructive sleep apnea)은 수면 중 기도가 막혀 발생하는 호흡중단의 행태로, 횡경막 자체가 운동하지 않아 호흡이 끊기는 중추성 수면무호흡증(CSA: Central Sleep Apnea)보다 흔한 편이며 어느 나라에서나 흔한 증상이다. Obstructive sleep apnea (OSA) is a more common behavior than the Central Sleep Apnea (CSA) in which the diaphragm itself does not exercise and breathing is interrupted, It is a common symptom.
수면을 취할 동안 대개는 몸의 근육긴장도가 떨어지게 되고, 기도는 축 늘어지게 되며, 이는 수면기간 동안 무호흡을 일으키는 원인이 된다. 비록 많은 사람들이 살아가면서 일시적이거나 간헐적인 폐쇄성 수면 무호흡의 증상이 나타나지만, 그보다 좀 더 적은 비의 사람들은 심각한 만성 폐쇄성 수면 무모흡을 경험하게 된다고 한다.During sleep, the muscles of the body usually become less relaxed, and the airways become dilated, causing sleep apnea. Although many people experience temporary or intermittent symptoms of obstructive sleep apnea, fewer people experience severe chronic obstructive sleep apnea.
도 3에 도시된 그래프를 참조하면, 폐쇄성 수면무호흡증을 동반하는 호흡은 임의의 주기로 제1 구간(301) 및 제2 구간(302)이 반복되며, 이상 호흡 또는 무호흡 구간인 제1 구간(301)에서의 NAF, RC, Abd 신호 특성은 정상 호흡 구간인 제2 구간(302) 에서의 신호 특성과 다르게 나타나고 있음을 알 수 있다. 3, respiration accompanied by obstructive sleep apnea is repeated in a
여기서, NAF(Nasal airflow) 신호는 비강의 공기흐름을, RC(Ribcage respiratory movement) 신호는 흉강 호흡 운동을, 그리고 Abd(Abdominal respiratory movement) 신호는 복강 호흡 운동을 나타낸다. Here, the NAF (Nasal airflow) signal represents the nasal air flow, the Ribcage respiratory movement (RC) signal represents the thoracic respiratory motion, and the Abd (abdominal respiratory movement) signal represents the abdominal respiratory motion.
이상 호흡 구간인 제1 구간(301)에서는 뇌간 호흡중추의 호흡운동 신호로 인해 흉부 및 복부의 호흡 운동은 발생하고 있지만, 비강의 공기 흐름은 차단되고 있음을 알 수 있다. 즉, 폐쇄성 무호흡 신호에서는 제1 흉부 및 복부에서의 호흡 노력은 있으나 비강에서의 공기 흐름이 차단되는 현상이 나타나고 있다.In the
도 4는 이상 호흡 중 하나인 중추성 무호흡증의 생체신호 반응 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing a bio-signal response of central apnea, which is one of the abnormal breaths.
중추성 무호흡증의 생체신호를 나타내는 도 4에 도시된 그래프도 임의의 주기로 이상 호흡 구간인 제1 구간(401) 및 정상 호흡 구간인 제2 구간(402)이 반복된다.The graph of FIG. 4 showing a bio-signal of central obsessive-compulsive disorder also repeats the
도 4에 도시된 중추성 무호흡증에 따른 생체신호 반응 그래프에서는, 뇌간 호흡중추의 호흡운동 신호의 미발생으로 인한 흉강 및 복강의 호흡 운동 및 비강의 공기 흐름이 없음을 확인할 수 있다. 즉, 중추성 무호흡증에 따른 신호는, 호흡 노력조차 없는 상태임을 알 수 있다. In the bio-signal response graph according to the central apnea syndrome shown in FIG. 4, it can be seen that there is no air flow of the nasal cavity and the breathing motion of the thoracic cavity and the abdominal cavity due to the non-occurrence of the breathing motion signal of the brainstem respiratory center. In other words, the signal due to central apnea is in the state of no breathing effort.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 이상 호흡들은 본 발명에서 감지하고자 하는 이상 호흡들의 예시에 불과하며, 본 발명의 감지 대상인 이상 호흡의 범위가 이에 제한되지는 않는다 할 것이다. The abnormal breaths shown in FIGS. 3 and 4 are merely examples of ideal breaths to be sensed in the present invention, and the range of ideal breaths to be sensed by the present invention is not limited thereto.
도 5는 흉강 호흡 운동 신호, 호흡률 신호, 광용적맥파 신호를 시간 축에서 비교하여 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing the time axis of the chest breathing motion signal, respiration rate signal, and optical pulse wave signal.
도 5에 도시된 흉강 호흡 운동 신호(a)는 12 분간 상용호흡측정 시스템(BIOPAC Systems Inc. MP150, RSP100C)을 이용하여 실제 측정된 신호이다. The thoracic respiratory motion signal (a) shown in FIG. 5 is a signal actually measured using a 12-minute commercial breath measurement system (BIOPAC Systems Inc. MP150, RSP100C).
도 5의 (c)로 도시된 광용적맥파 신호는 본 발명에 따른 광용적맥파 센싱부(100)로부터 출력되는 신호이고, (b)로 나타낸 호흡률 신호는 본 발명에 따라 산출된 호흡률 신호를 나타낸다. 5 (c) is a signal output from the optically positive pulse-
도 5의 그래프를 살펴보면, 정상 호흡 구간(502)에서는 규칙적인 주기 및 마루-골 차이값(peak to peak)를 갖는 호흡률 신호를 보이고 있다. 반면, 이상 호흡 구간(501-1, 501-2), 예를 들어, 폐쇄성 무호흡증이 나타나는 무호흡 구간에서의 흉강호흡운동 신호(a)와 호흡률 신호(b)는 정상 호흡 구간(502)에서의 흉강호흡운동 신호 및 정상 호흡시 계산된 호흡률 신호에 비해 그 주기의 규칙성 및 마루-골 차이값이 매우 불규칙하게 나타나고 있음을 확인할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 5, the
본 발명에서는 정상적 호흡 구간에 비하여 주기 및 마루-골 차이값의 불규칙 정도가 커지는 무호흡 구간의 특징을 분석하여 무호흡 등의 이상 호흡을 인지한다. In the present invention, abnormal breathing such as apnea is recognized by analyzing the characteristics of the apnea interval in which the irregularity degree of the period and floor-bone difference value becomes larger than the normal breathing interval.
본 발명에서는 이상 호흡을 감지하기 위해 호흡률 신호에 대해 주파수 축에서의 분석을 수행한다. In the present invention, the respiration rate signal is analyzed on the frequency axis to detect abnormal breathing.
도 6은 본 발명에 따른 호흡률 신호의 주파수 분석 결과의 일 예를, 도 7은 본 발명에 따른 호흡률 신호의 주파수 분석 결과의 다른 예를 나타낸 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing an example of a frequency analysis result of a respiration rate signal according to the present invention, and FIG. 7 is a graph showing another example of a frequency analysis result of a respiration rate signal according to the present invention.
도 6은 임의의 15초의 시간 동안 측정되어 추출, 계산된 호흡률 신호의 정상호흡 구간(601) 및 이상호흡 구간(602) 각각에 대한 주파수 성분을 나타내고 있다. FIG. 6 shows frequency components for each of the
도 6의 그래프의 0.2 Hz 내지 0.3 Hz 대역에서 정상호흡 구간 및 이상호흡 구간의 주파수 성분을 살펴보면, 이상호흡 구간(602)에 비해 정상호흡 구간(601)에서의 호흡률 신호의 강도가 더 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. The frequency components of the normal breathing interval and the abnormal breathing interval in the range of 0.2 Hz to 0.3 Hz in the graph of FIG. 6 indicate that the intensity of the respiration rate signal in the
도 7은 도 6의 경우와 다른 임의의 15초 시간 구간에서 호흡률 신호의 주파수 분석 결과를 나타내고 있으며, 정상호흡 구간(701) 및 이상호흡 구간(702) 각각에 대한 주파수 성분을 비교해 보면 도 6의 경우와 마찬가지로, 0.2 Hz 내지 0.3 Hz 대역에서 이상호흡 구간(702)에 비해 정상호흡 구간(701)에서의 호흡률 신호의 강도가 더 크게 나타나고 있음을 확인할 수 있다. FIG. 7 shows frequency analysis results of a respiration rate signal in an arbitrary 15-second time interval different from that in FIG. 6, and frequency components of the
도 8은 본 발명에 따른 호흡 분석 방법의 개략적인 동작 순서도를 나타낸다. FIG. 8 is a schematic flowchart of the respiration analysis method according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 호흡 분석 방법은, 우선 손목 등에 착용한 호흡 분석 장치를 통해 광용적맥파를 수신하고(S810), 수신된 신호에 대해 대역소거 및 대역통과 필터링을 수행하여 노이즈 신호를 제거한다(S820). 이렇게 처리된 신호에 대해 디지털 변환이 수행되고(S830), 디지털 변환된 신호에 대해 주파수 변환을 수행한 후 호흡 주파수 성분 대역만을 필터링하는 대역 통과 필터링를 통해 호흡률 신호를 도출한다(S840). As shown in FIG. 8, the respiratory analysis method according to the present invention first receives optical pulse waves through a respiration analyzer worn on a wrist or the like (S810), performs band elimination and bandpass filtering on the received signals The noise signal is removed (S820). The signal thus processed is subjected to digital conversion (S830), frequency conversion is performed on the digitally converted signal, and a respiration rate signal is derived through bandpass filtering which filters only the respiration frequency component band (S840).
여기서, 호흡률의 신호의 추출은 센싱된 광용적맥파 신호, 즉 전처리되고 디지털 변환된 광용적맥파 신호로부터 호흡 주파수 성분인 0.2 Hz ~ 0.3 Hz (12 회/분 ~ 18회/분) 대역에 대해 대역통과 디지털 필터링을 수행함으로써 이루어진다. Here, the respiration rate signal is extracted from the sensed optical pulse wave signal, that is, the preliminary processed and digitally converted optical pulse wave signal, for the respiratory frequency component of 0.2 Hz to 0.3 Hz (12 times / minute to 18 times / minute) Pass digital filtering.
호흡률 신호에 대해서는 본 발명에 따른 주파수 분석이 수행되고(S850), 주파수 분석 결과인 호흡률 특징 값을 이용해 사용자의 호흡이 이상 호흡인지 판단한다(S860). 여기서, 이상 호흡은 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡, 혼합성 무호흡 등을 포함하며, 이외 다양한 증상의 이상 포흡을 포함할 수 있다. For the respiration rate signal, the frequency analysis according to the present invention is performed (S850), and it is determined whether the user's respiration is an abnormal respiration using the respiration rate characteristic value as a frequency analysis result (S860). Here, abnormal breathing includes obstructive apnea, central apnea, mixed apnea, and the like, and may include abnormal respiration of various symptoms.
이상 호흡인지 여부 및 이상 호흡이라면 어떤 종류의 이상 호흡인지 판단되면, 판단 결과를 출력한다(S870). 이 때의 판단 결과 출력은 디스플레이 되어 사용자에게 제공될 수도 있고 호흡 분석 장치와는 별도의 제어 장치로 전달될 수도 있다. If it is determined that the abnormality is an abnormal breath and if the abnormal breath is any kind of abnormality, the determination result is output (S870). As a result of the determination, the output may be displayed and provided to the user or may be transmitted to a control device separate from the respiration analysis device.
도 9는 본 발명에 따른 이상호흡 감지에 활용되는 기준치를 도출하는 방법의 상세 동작 순서도이다. FIG. 9 is a detailed flowchart of a method for deriving a reference value for use in abnormal respiration detection according to the present invention.
도 9에 도시된 방법을 통해 도출하고자 하는 것은 이상 호흡 감지에 활용하기 위한 기준치 값이며, 따라서, 기준치 값을 도출하기 위한 호흡의 대상은 정상 호흡이다. 본 발명을 수면시의 이상 호흡 감지에 활용하고자 한다면 이 때의 정상 호흡은 수면시 정상 호흡일 수 있다. What is to be derived through the method shown in FIG. 9 is a reference value used for abnormal breath detection, and therefore, the object of breathing for deriving the reference value is normal breathing. If the present invention is applied to abnormal breath detection at the time of sleep, normal breathing at this time may be normal breathing during sleeping.
또한, 도 9의 기준치는 도 8의 주파수 분석 단계를 통해 현재 호흡률 신호의 주파수 분석 값의 결과로 도출되는 호흡률 특징 값과의 비교 대상이 된다. 즉, 도 9에서 도출되는 기준치는 도 8의 단계 860에서 활용되는 값이다.Also, the reference value of FIG. 9 is compared with the respiratory rate feature value derived as a result of the frequency analysis value of the current respiration rate signal through the frequency analysis step of FIG. That is, the reference value derived from FIG. 9 is a value utilized in step 860 of FIG.
이상 호흡 감지에 활용되는 기준치를 도출하기 위해서는 우선, 특징 값 도출 회차를 나타내는 변수 n을 초기 값 1로 설정한다(S900). 이후 임의의 구간 Tn, 예를 들어, 15초의 시간 구간에 대해 호흡률 특징값을 추출한다(S910). Tn 구간에서의 호흡률 특징값을 추출하는 단계(S910)는 광용적맥파를 센싱하는 단계(S911), 호흡률 신호를 도출하는 단계(S912), Tn 구간에서의 호흡률 특징 값을 도출하는 단계(S913)를 포함한다. In order to derive a reference value used for abnormal breath detection, first, a variable n indicating a feature value derivation cycle is set to an initial value 1 (S900). Then, the respiratory rate feature value is extracted for an arbitrary interval Tn, for example, a time interval of 15 seconds (S910). The step S910 of extracting the respiratory rate characteristic value in the Tn section includes a step S911 of sensing the optical pulse wave, a step S912 of deriving a respiration rate signal, a step S913 of deriving a respiration rate characteristic value in the Tn section, .
여기서, 광용적맥파를 센싱하는 단계(S911)는 도 8에 도시된 광용적맥파를 수신하는 단계(S810), 대역소거/대역통과 필터링 단계(S820), 및 디지털 변환 단계(S830)를 포함하는 개념이다. 또한, 호흡률 신호를 도출하는 단계(S912)는 도 8에 도시된 호흡률 신호 도출 단계(S840)와 동일한 절차로 이루어진다.Here, the step S911 of sensing the optical pulse wave includes the step S810 of receiving the optically-inductive pulse wave shown in Fig. 8, the band elimination / band-pass filtering step S820, and the digital conversion step S830 Concept. In addition, the step of deriving the respiration rate signal (S912) is performed in the same manner as the step of deriving the respiration rate signal (S840) shown in Fig.
호흡률 특징 값 도출 단계(S913)에서는, 도출된 호흡률 신호에 대해 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같은 그래프의 주파수 축에서 일정한 개수의 관심 주파수 값 및 비관심 주파수 값을 추출하고, 이들 주파수 값들로부터 호흡률 특징 값을 산출한다. In the step of deriving the respiration rate characteristic value S913, a predetermined number of interest frequency values and non-interest frequency values are extracted from the frequency axis of the graph as shown in FIG. 6 or 7 for the derived respiration rate signal, And calculates a respiration rate characteristic value.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 호흡률 특징 값은 본 발명의 관심 영역인 0.2 Hz ~ 0.3 Hz 대역의 주파수 성분의 강도를, 비관심 영역, 예를 들어, 0 Hz ~ 0.19 Hz 대역의 주파수 성분의 강도와 비교하여 산출된다. 이때, 관심 영역에서 추출되는 주파수 성분의 개수와 비관심 영역에서 추출되는 주파수 성분의 개수는 동일할 수도 있고 다르게 설정될 수도 있다. The respiratory rate characteristic value according to a preferred embodiment of the present invention can be obtained by dividing the intensity of the frequency component in the 0.2 Hz to 0.3 Hz band, which is an area of interest of the present invention, And is calculated in comparison with the strength. At this time, the number of frequency components extracted from the ROI and the number of frequency components extracted from the ROI may be the same or different.
본 발명에 따른 호흡률 특징 값을 정리하면 아래 수학식 1과 같이 정리될 수 있다. The respiratory rate characteristic values according to the present invention can be summarized as shown in
수학식 1에서 Resp fea 는 호흡률 특징값이고, Resp fea (f)는 주파수 성분 f에서의 강도 값이다. In Equation (1), Resp fea is the respiratory rate characteristic value, and Resp fea (f) is the intensity value at the frequency component f.
T1(n=1일 때) 구간에서 호흡률 특징 값이 도출되면, 호흡률 특징 값 산출 절차가 미리 설정된 회수(즉, Nth)만큼 수행되었는지 체크한다(S920). 미리 설정된 회수만큼 수행되지 않았다면 n 값을 1 증가시키고(S921), 단계 910을 반복한다. (When n = 1 il) T1 when the respiratory rate characteristic value derived from the interval, it is checked whether the preset number of times is performed by respiratory rate characteristic value calculation procedures (i. E., N th) (S920). If the predetermined number of times has not been performed, the value of n is incremented by one (S921), and step 910 is repeated.
호흡률 특징 값 산출 절차가 미리 설정된 횟수만큼 수행된 경우(S920의 예), Nth 개수만큼의 호흡률 특징 값이 산출되었으므로 이들 값에 대한 평균 값을 산출한다(S930). 예를 들어, Nth 값은 10회로 설정될 수 있다. When respiration rate characteristic value calculation process is performed by a predetermined number of times (YES in S920), because the respiratory rate characteristic value of the N th number as calculated and calculates the average value of these values (S930). For example, the N th value can be set to 10 times.
한편, 도 9를 통해 도출된 호흡률 특징 값의 평균은 산술 평균이지만, 본 발명에 따른 평균치가 산술 평균에 국한되지는 않는다. 즉, 본 발명에 따른 호흡률 특징값의 평균 값은 이후 설명할 도 10의 이상 호흡 감지 방법의 수행을 통해 실시간으로 산출되는 호흡률 특징 값이 이상호흡 기준치를 초과하지 않는 경우에, 해당 호흡률 특징 값을 평균 값 계산에 반영하여 평균 값을 실시간으로 업데이트함으로써 이동 평균 값의 형태로도 활용 가능하다. Meanwhile, the average of the respiratory rate characteristic values derived through FIG. 9 is an arithmetic average, but the average value according to the present invention is not limited to the arithmetic average. In other words, the average value of the respiratory rate characteristic values according to the present invention can be obtained when the respiratory rate characteristic value calculated in real time through the execution of the abnormal breath detection method of FIG. 10 described later does not exceed the ideal respiration threshold value, It can also be used in the form of a moving average value by updating the average value in real time by reflecting on the average value calculation.
즉, 도 9에 도시된 동작과 도 10에 도시된 동작은 편의상 별개의 동작으로 도시 및 설명되나, 도 9에 도시된 산술평균 도출 절차가 이동평균 도출 절차로 수정되어 두 동작이 통합 수행될 수 있다.That is, although the operations shown in FIG. 9 and the operations shown in FIG. 10 are shown and described as separate operations for the sake of convenience, the arithmetic mean derivation procedure shown in FIG. 9 is modified to the moving average derivation procedure so that the two operations can be integrated have.
도 10은 본 발명에 따른 주파수 분석을 이용한 이상호흡 감지 방법의 상세 동작 순서도이다. FIG. 10 is a detailed flowchart of the abnormal breath detection method using the frequency analysis according to the present invention.
도 10에 도시된 이상 호흡 감지 방법은 도 9에 도시된 바와 같은 절차를 거쳐 호흡률 특징 평균치가 도출된 이후 실시간으로 입력되는 사용자의 광용적맥파에 대해 이상 호흡을 감지하는 방법의 동작 순서를 나타낸다. The abnormal respiration detection method shown in FIG. 10 shows an operation procedure of detecting abnormal respiration for a user's optical pulse wave inputted in real time after the respiratory rate characteristic average value is derived through a procedure as shown in FIG.
본 발명에 따른 이상 호흡 감지를 위해서는 우선 실시간으로 입력되는 사용자의 광용적맥파에 대한 광용적맥파 센싱 단계(S1010) 및 호흡률 신호 도출 단계(S1020)를 거친다. 여기서, 광용적맥파 센싱 단계(S1010)는 도 9에 도시된 광용적맥파 센싱 단계(S911)와 동일한 절차로 진행된다. 즉, 광용적맥파 센싱 단계(S1010)는 도 8에 도시된 광용적맥파를 수신하는 단계(S810), 대역소거/대역통과 필터링 단계(S820), 및 디지털 변환 단계(S830)를 포함하는 개념이다. In order to detect abnormal respiration according to the present invention, an optical pulse pulse sensing step (S1010) and a respiration rate signal derivation step (S1020) are performed on a user's optical pulse wave input in real time. Here, the optical-pulse-wave-sensing step S1010 proceeds in the same manner as the optical-volume-pulse-wave-sensing step S911 shown in FIG. That is, the optical pulse-wave sensing step S1010 includes a step S810 of receiving the optically-inactive pulse wave shown in FIG. 8, a band elimination / band-pass filtering step S820, and a digital conversion step S830 .
또한, 호흡률 신호 도출 단계(S1020)는 도 9를 통해 설명된 호흡률 신호를 도출하는 단계(S912) 및 도 8에 설명된 호흡률 신호 도출 단계(S840)와 동일한 절차로 이루어진다.In addition, the step of deriving the respiration rate signal (S1020) is the same as the step of deriving the respiration rate signal described in FIG. 9 (S912) and the step of deriving the respiration rate signal described in FIG. 8 (S840).
호흡률 신호가 도출되면 주파수 축에서 호흡률 신호를 분석하여 현재의 호흡률 신호에 대해 호흡률 특징 값을 도출한다(S1030). 현재의 호흡률 특징 값이 도출되면, 도 9에 도시된 절차를 통해 산출된 호흡률 특징 평균값과 현재의 호흡률 특징 값을 비교하여, 호흡률 특징 평균값 대비 현재의 호흡률 특징 값의 비율을 산출한다(S1040). When the respiration rate signal is derived, a respiration rate characteristic signal is derived for the current respiration rate signal by analyzing the respiration rate signal on the frequency axis (S1030). When the current respiratory rate characteristic value is derived, the ratio of the current respiratory rate characteristic value to the respiratory rate characteristic average value is calculated by comparing the respiratory rate characteristic average value calculated through the procedure shown in Fig. 9 and the current respiratory rate characteristic value at step S1040.
즉, 호흡률 특징값의 비율은 아래 수학식 2와 같이 정리될 수 있다. That is, the ratio of the respiratory rate characteristic values can be summarized as shown in
호흡률 특징값 비율이 산출되면 산출된 비율에 따라 이상 호흡을 판단한다(S1050).When the respiratory rate characteristic value ratio is calculated, abnormal breathing is determined according to the calculated ratio (S1050).
구체적으로, 호흡률 특징값 비율이 기 설정된 이상호흡 기준치 미만, 예를 들어 10% 미만일 경우 무호흡 상태로 감지할 수 있다. Specifically, when the respiratory rate characteristic value ratio is less than a predetermined threshold value, for example, less than 10%, it can be detected as an apnea state.
여기서, 앞서 도 9를 통해 설명한 바와 같이, 실시간으로 산출되는 호흡률 특징 값이 이상호흡 기준치를 초과하지 않는 경우에 해당 호흡률 특징 값을 도 9의 평균 값 계산에 반영하여 평균 값을 실시간으로 업데이트함으로써, 도 10에서 도출되는 호흡률 특징값이 실시간으로 이동 평균 값 산출에 활용될 수 있다. As described above with reference to FIG. 9, when the respiratory rate characteristic value calculated in real time does not exceed the ideal respiration reference value, the respiratory rate characteristic value is reflected in the average value calculation of FIG. 9 to update the average value in real time, The respiratory rate characteristic value derived from FIG. 10 can be utilized for calculating the moving average value in real time.
이상호흡 판단 단계(S1050)에서는 또한, 이상 호흡이 어떤 증상의 이상 호흡인지 판단할 수 있다. In the ideal respiration determination step (S1050), it is also possible to determine what type of abnormal breathing is abnormal breathing.
여기서, 호흡률 특징값(Respfea )은 0 내지 1의 값을 가질 수 있으며, 흡률 특징값이 중추성 무호흡 기준치 미만인 경우 중추성 무호흡으로 판단하고, 호흡률 특징값이 폐쇄성 무호흡 기준치 범위에 속하는 경우는 폐쇄성 무호흡으로, 호흡률 특징값이 폐쇄성 무호흡 기준치와 중추성 무호흡 기준치 사이에 위치하는 경우에는 혼합성 무호흡으로 판단할 수 있다.Here, the respiratory rate characteristic value ( Respfea ) May have a value from 0 to 1, and when the absorptive characteristic value is less than the central apnea threshold value, it is determined to be central apnea, and when the respiratory rate characteristic value falls within the range of the obstructive apnea threshold value, it is defined as obstructive apnea, If it is located between the apnea threshold and the central apnea threshold, it can be judged to be a mixed apnea.
예를 들어, 일례로 정상 호흡 시 호흡률 특징값(Resp fea ) = 0.5 라고 한다면, 호흡률 특징값에 따라 이상호흡의 종류를 판단하는 기준을 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. For example, if said normal breathing during breathing rate characteristic value (Resp fea) = 0.5 as an example, can be expressed as shown in Equation (3) below, the criteria for determining the type of the above breathing according to the respiratory rate characteristic value.
수학식 3에 나타난 판단 기준에 따르면, 이상 호흡 중에서도 호흡률 특징값 이 0에 가까운 값인 경우 중추성 무호흡으로 판단하고, 호흡률 특징값이 0.5 미만인 경우 폐쇄성 무호흡으로 판단하며, 특징값이 폐쇄성 무호흡 기준치와 중추성 무호흡 기준치 사이 예를 들어, 25% 근처인 경우는 혼합성 무호흡으로 판단한다. According to the criterion shown in Equation (3), when the respiratory rate characteristic value is close to 0, it is determined to be central apnea among the abnormal breathing, and when the respiratory rate characteristic value is less than 0.5, it is judged as obstructive apnea. For example, if it is close to 25%, it is judged as mixed apnea.
도 10에 도시된 이상호흡 감지 방법에 따라 무호흡이 감지되면, 인지 결과 출력부(300)로 무호흡 상태 및/또는 무호흡의 종류를 표시 또는 전달한다.When apnea is detected according to the abnormal breathing detection method shown in FIG. 10, the apnea state and / or apnea type is displayed or transmitted to the perceived
본 발명의 실시예에 따른 이상호흡 감지 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. The operation of the abnormal breath sensing method according to the embodiment of the present invention can be implemented as a computer-readable program or code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. The computer-readable recording medium may also be distributed and distributed in a networked computer system so that a computer-readable program or code can be stored and executed in a distributed manner.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.Also, the computer-readable recording medium may include a hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as a ROM, a RAM, a flash memory, and the like. Program instructions may include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that may be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다. While some aspects of the invention have been described in the context of an apparatus, it may also represent an explanation according to a corresponding method, wherein the block or apparatus corresponds to a feature of the method step or method step. Similarly, aspects described in the context of a method may also be represented by features of the corresponding block or item or corresponding device. Some or all of the method steps may be performed (e.g., by a microprocessor, a programmable computer or a hardware device such as an electronic circuit). In some embodiments, one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.In embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array) may be used to perform some or all of the functions of the methods described herein. In embodiments, the field programmable gate array may operate in conjunction with a microprocessor to perform one of the methods described herein. Generally, the methods are preferably performed by some hardware device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100: 광용적맥파 센싱부
200: 이상호흡 인지부
300: 인지결과 출력부
110: 수광 소자
120: 전류/전압 변환기
130: 대역소거 필터
140: 대역통과 필터
150: 아날로그 디지털 변환기
160: 발광 소자
170: 광출력 제어기100: optic volumetric pulse sensing part 200: ideal respiration recognition part
300: recognition result output unit 110: light receiving element
120: current / voltage converter 130: band elimination filter
140: band-pass filter 150: analog-to-digital converter
160: light emitting device 170: optical output controller
Claims (20)
상기 광용적맥파 센싱부가 센싱한 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하고, 현재 사용자의 호흡률 특징값을 산출하여 호흡률 특징 기준치와 비교하여, 이상 호흡을 감지하는 이상호흡 인지부를 포함하는 호흡 분석 장치.An optical volumetric pulse-wave sensing unit for receiving a user's pulse wave to remove noise, extracting a signal of a required band, and converting the signal into a digital signal; And
And an abnormal respiration detection unit for extracting a respiration rate signal from the optical pulse wave signal sensed by the optical volume pulse wave sensing unit and calculating a respiration rate characteristic value of a current user and comparing the respiration rate characteristic value with a respiration rate characteristic reference value.
상기 이상호흡 인지부는,
상기 광용적맥파에 대해 호흡 주파수 대역의 대역 필터링을 수행함으로써 상기 호흡률 신호를 획득하는, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
The abnormal respiration part may include:
And acquires the respiration rate signal by performing band filtering of a respiration frequency band on the optically negative pulse wave.
상기 이상호흡 인지부는,
주파수 변환된 호흡률 신호에서 비관심 영역의 주파수 성분 강도 대비 관심 영역의 주파수 성분 강도의 비율을 산출하여 상기 호흡률 특징값을 산출하는, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
The abnormal respiration part may include:
Wherein the respiration rate characteristic value is calculated by calculating a ratio of the frequency component intensity of the ROI to the frequency component intensity of the non-ROI in the frequency-converted respiration rate signal.
상기 관심 영역은 0.2 Hz 내지 0.3 Hz 대역이고, 상기 비관심 영역은 0 Hz 내지 0.19 Hz 대역인, 호흡 분석 장치.The method of claim 3,
Wherein the region of interest is in the 0.2 Hz to 0.3 Hz band and the uninteresting region is in the 0 Hz to 0.19 Hz band.
상기 호흡률 특징 기준치는 호흡률 특징 평균값인, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
Wherein the respiration rate characteristic reference value is a respiration rate characteristic average value.
상기 호흡률 특징 평균값은,
정상 호흡에 대한 일정 시간 구간에서 복수 회 산출된 호흡률 특징 값에 대한 산술 평균 또는 이동 평균 값으로 설정되는, 호흡 분석 장치. The method of claim 5,
The respiratory rate characteristic average value is calculated by:
Is set to an arithmetic average or a moving average value of respiratory rate characteristic values calculated a plurality of times in a predetermined time interval for normal breathing.
상기 이상호흡 인지부는,
현재 사용자의 호흡이 이상호흡으로 판단되면, 현재의 호흡률 특징 값에 따라 이상호흡의 종류를 판단하는, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
The abnormal respiration part may include:
Wherein the type of ideal respiration is determined based on the current respiration rate characteristic value when the current user's respiration is determined to be abnormal breathing.
상기 호흡 분석 장치는 사용자의 신체 일부에 착용 가능한, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
Wherein the respiration analyzer is wearable on a part of the user's body.
상기 호흡 분석 장치는 사용자의 손목에 착용 가능한 형태인, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
Wherein the respiration analyzer is in a form wearable on the wrist of a user.
상기 광용적맥파 센싱부는,
광신호를 발생시키고 사용자의 신체로부터 반사되어 수신된 광신호를 센싱하는 센서;
센싱된 신호로부터 불필요한 노이즈 대역을 소거하는 대역 소거 필터;
상기 대역 소거 필터로부터 출력된 신호에 대해 맥박 신호 대역의 대역통과 필터링을 수행하는 대역통과 필터; 및
상기 필터링된 신호에 대해 디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
The optically-inactive pulse-wave sensing unit comprises:
A sensor for generating an optical signal and sensing a received optical signal reflected from a user's body;
A band elimination filter for eliminating unnecessary noise bands from the sensed signal;
A band pass filter for performing band pass filtering of a pulse signal band with respect to a signal output from the band elimination filter; And
And an analog-to-digital converter for performing a digital conversion on the filtered signal.
상기 이상호흡은 폐쇄성 무호흡, 혼합성 무호흡, 및 중추성 무호흡 중 적어도 하나를 포함하는, 호흡 분석 장치. The method according to claim 1,
Wherein the abnormal breathing comprises at least one of obstructive apnea, mixed apnea, and central apnea.
상기 이상호흡 인지부는,
이상호흡 여부에 대한 인지 결과를 출력하는 인지 결과 출력부를 더 포함하는, 호흡 분석 장치.The method according to claim 1,
The abnormal respiration part may include:
Further comprising a recognition result outputting section for outputting a recognition result on whether abnormal breathing has occurred.
상기 센싱된 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하여 주파수 변환하는 단계; 및
주파수 변환된 호흡률 신호로부터 호흡률 특징값을 산출하여 호흡률 특징 기준치와 비교함으로써, 이상 호흡을 감지하는 단계를 포함하는, 호흡 분석 방법.An optical volumetric pulse wave sensing step of sensing a user's pulse wave to remove noise, extracting a signal of a desired band, and converting the signal into a digital signal;
Extracting a respiration rate signal from the sensed optical pulse wave signal, and performing frequency conversion; And
Calculating a respiration rate characteristic value from the frequency-converted respiration rate signal, and comparing the respiration rate characteristic value with a respiration rate characteristic reference value, thereby detecting abnormal breathing.
상기 호흡률 신호는,
상기 광용적맥파 신호에 대해 호흡 주파수 대역의 대역 필터링을 수행하여 얻어지는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
The respiration rate signal
And performing band filtering of a breathing frequency band on the optical pulse wave signal.
상기 이상 호흡을 감지하는 단계는,
상기 주파수 변환된 호흡률 신호에서 비관심 영역의 주파수 성분 강도 대비 관심 영역의 주파수 성분 강도의 비율을 산출하여 상기 호흡률 특징값을 산출하는 단계를 포함하는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the step of sensing abnormal breathing comprises:
And calculating the respiratory rate characteristic value by calculating a ratio of the frequency component intensity of the ROI to the frequency component intensity of the non-ROI in the frequency-converted respiration rate signal.
상기 호흡률 특징 기준치는 호흡률 특징 평균값이고,
상기 호흡률 특징 평균값은, 정상 호흡에 대한 일정 시간 구간에서 복수 회 산출된 호흡률 특징 값에 대한 산술 평균 또는 이동 평균 값으로 설정되는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
The respiratory rate characteristic reference value is a respiratory rate characteristic average value,
Wherein the respiratory rate characteristic average value is set to an arithmetic average or moving average value of a respiratory rate characteristic value calculated a plurality of times in a predetermined time interval for normal breathing.
상기 이상 호흡을 감지하는 단계는,
현재 사용자의 호흡이 이상호흡으로 판단되면, 현재의 호흡률 특징 값에 따라 이상호흡의 종류를 판단하는 단계를 더 포함하는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the step of sensing abnormal breathing comprises:
Further comprising the step of determining the type of ideal respiration based on the current respiration rate feature value if the current user's respiration is determined to be abnormal breathing.
이상호흡 감지 결과를 출력하는 단계를 더 포함하는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
And outputting an abnormal breath detection result.
상기 이상호흡은 폐쇄성 무호흡, 혼합성 무호흡, 및 중추성 무호흡 중 적어도 하나를 포함하는, 호흡 분석 방법.14. The method of claim 13,
Wherein said abnormal breathing comprises at least one of obstructive apnea, mixed apnea, and central apnea.
상기 관심 영역은 0.2 Hz 내지 0.3 Hz 대역이고, 상기 비관심 영역은 0 Hz 내지 0.19 Hz 대역인, 호흡 분석 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the region of interest is in the 0.2 Hz to 0.3 Hz band and the non-interest region is in the 0 Hz to 0.19 Hz band.
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Citations (3)
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US20100152560A1 (en) * | 2004-07-21 | 2010-06-17 | Pacesetter, Inc. | Methods, systems and devices for monitoring respiratory disorders |
US20150190088A1 (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-09 | Covidien Lp | Apnea analysis system and method |
KR101601895B1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-22 | 연세대학교 원주산학협력단 | Apparatus and method for automatic evaluation of apnea-hypopnea, reflecting sleep states and severity |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100152560A1 (en) * | 2004-07-21 | 2010-06-17 | Pacesetter, Inc. | Methods, systems and devices for monitoring respiratory disorders |
US20150190088A1 (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-09 | Covidien Lp | Apnea analysis system and method |
KR101601895B1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-22 | 연세대학교 원주산학협력단 | Apparatus and method for automatic evaluation of apnea-hypopnea, reflecting sleep states and severity |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |