KR20180105425A - Biological signal-based pain depth classification apparatus and thereof method - Google Patents

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KR20180105425A KR1020170032479A KR20170032479A KR20180105425A KR 20180105425 A KR20180105425 A KR 20180105425A KR 1020170032479 A KR1020170032479 A KR 1020170032479A KR 20170032479 A KR20170032479 A KR 20170032479A KR 20180105425 A KR20180105425 A KR 20180105425A
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Abstract

The present invention relates to a biological signal based pain depth classifying device and a method thereof capable of classifying pain depth by using an electrocardiogram (ECG) and photoplethysmograph (PPG) measuring device. The present invention extracts energy and a zero-crossing rate which are main features of an ECG signal or a PPG signal depending on reduction of blood flow and a frequent pulse when a sympathetic nervous system is excited by pain impulses from the ECG signal or the PPG signal, normalizes the same, and shows a pain depth index by using a value calculated by applying weight values to the normalized energy and the zero-crossing rate through a sigmoid function, thereby simply classifying the pain depth with high accuracy. The PPG signal or the ECG signal detected from a PPG sensor unit or an ECG sensor unit is converted into a digital signal through an A/D converting unit, and is transmitted to a calculation processing unit. The calculation processing unit detects the pain depth index from the received PPG signal or the ECG signal. The calculation processing unit detects the energy and the zero-crossing rate from the PPG signal or the ECG signal to normalize the same, calculates a sigmoid function of the energy and a sigmoid function of the zero-crossing function, adds a value of multiplying a predetermined energy weighted value by the sigmoid function of the energy and a value of multiplying a predetermined zero-crossing rate weighted value by the sigmoid function of the zero-crossing rate, and outputs the same as the pain depth index.

Description

생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법{Biological signal-based pain depth classification apparatus and thereof method}[0001] The present invention relates to a biological signal-based pain depth classification apparatus and method,

본 발명은 심전도(ECG), 광용적 맥파(Photoplethysmograph, PPG) 측정 장치를 이용하여 통증심도를 분류하는 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, ECG 또는 PPG 신호로부터, 통증자극으로 교감신경계가 흥분되면 혈류량과 빈맥 감소에 따른 ECG 신호 또는 PPG 신호의 주요한 특징인 에너지(Energy), 영(0) 교차율(Zero-crossing rate)를 추출하여 정규화하고, 정규화된 에너지와 영 교차율에 가중치를 두어 계산한 값을 시그모이드 함수(Sigmoid function)를 통해 통증심도지표를 나타내어, 간단하면서도 정확도가 높은 통증심도 분류가 가능한, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal-based pain intensity classifying apparatus and method for classifying pain intensity using an electrocardiogram (ECG), a photoplethysmograph (PPG) measuring apparatus, and more particularly, When the sympathetic nervous system is excited by stimulation, the energy and zero crossing rates, which are the main characteristics of the ECG signal or the PPG signal, are extracted and normalized according to the reduced blood flow and tachycardia, and the normalized energy and zero crossing rate The present invention relates to a bio-signal-based pain intensity classifying apparatus and method capable of performing simple and highly accurate classification of pain intensity by showing a pain intensity index through a sigmoid function.

일반적으로, 통증의 원인에 따라서, 통증은 침해 수용성통증(nociceptive pain), 신경인성 통증(neurogenic pain), 비기질성 동통 또는 심인성 동통(psychogenic pain)으로 나뉜다. 또한, 발생부위에 따라서, 체성(體性)통(somatic pain), 내장통(visceral pain), 중추통(central pain)으로 나뉘되, 체성통은 표면통과 심부통으로 나뉘다.Generally, depending on the cause of the pain, the pain can be divided into nociceptive pain, neurogenic pain, non-tempered pain or psychogenic pain. It is divided into somatic pain, visceral pain, and central pain according to the site of occurrence, and the somatic tub is divided into the superficial deep vein tubules.

또한, 통증을 빠른 통증(Fast pain)인지 또는 느린 통증(Slow pain)인지를 분류한다.It also classifies pain as either a fast pain or a slow pain.

통증의 심도는, 몸의 소정 부위의 어느 정도 깊이에서 발생하는 통증인가를 나태내는 것으로, 즉, 발생부위에 따라 통증을 분류하는 것이다. 일반적으로 통증은 환자의 주관에 따라 달라지므로, 이를 분류하는 것은 상당히 어렵다. 현재로는 통증의 심도를, 개관적이고, 수치적이며, 정확하게 분류하는 이렇다할 방법이 없다. 따라서, 통증의 심도를 결정하는 객관적이고 수치적이며 간단하면서 정확도가 높은 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법이 요망된다.The depth of pain is a kind of pain that occurs at a certain depth of a predetermined part of the body, that is, the pain is classified according to the site of occurrence. It is generally difficult to classify pain because it depends on the patient's subjectivity. At present, there is no way to classify the depth of pain as an overview, numerical, or exact. Therefore, there is a need for an objective, numerical, simple, and highly accurate bio-signal-based pain intensity classification apparatus and method for determining the depth of pain.

선행기술로, 국내 공개특허 제10-2006-0017510호가 있으며, 이 발명은, 의심 심장질환 원인의 신호 및 증상을 갖는 환자에서 급성 관상동맥 증후군과 같은 임상적인 발병의 검진, 진단 및 위험도 계층화에 관한 것이다. 이 발명은 ECG 검출하고, 그 이외에, 환자의 체액 등의 물질 스트림(샘플)을 추출하여 시험관 내진단 분석법을 이용한 샘플 데이터를 수득하고, 이들을 이용하여, 진단 및 위험도 계층화를 한다. 특히, 이 발명에서는 심전도(ECG) 파라미터에서, ST 절편 이동 또는 T-파 변화가 없는 ECG는 “음성”으로 간주하고, “양성” ECG는 2mV 이상의 ST 절편 억제 또는 증가를 갖는 ECG를 말하며, 모호하거나 해석할 수 없는 ECG(예를 들어, 좌각차단, 일정한 리듬, 광범위한 병리학적 Q-파, 및/또는 이전 AMI 측정 이후의 지속적인 ST 절편 증가)는 “음성”으로 간주한다.Prior art is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0017510, which discloses a method for screening, diagnosing, and classifying the risk of a clinical onset such as acute coronary syndrome in patients having symptoms and symptoms of a suspected heart disease will be. The present invention detects ECG and, in addition, extracts a substance stream (sample) of a patient's body fluid or the like, obtains sample data using in-vivo diagnostic analysis, and uses them to diagnose and classify risk. Particularly, in the present invention, an ECG having no ST segment movement or T-wave change in an ECG parameter is regarded as " negative ", and a " positive " ECG is an ECG having a ST segment inhibition or increase of 2 mV or more, (Eg left ventricular block, constant rhythm, extensive pathological Q-wave, and / or continuous ST intercept increase after previous AMI measurement) are considered "negative".

국내 공개특허 제10-2006-0017510호는 심전도를 이용하여 통증에 따른 위험도를 분석하지만, 심전도(ECG) 파라미터에서 ST 절편, T-파 의 분석만 으로는 통증의 심도를 알 수 없다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0017510 analyzes the risk due to pain using an electrocardiogram, but the depth of pain can not be known only by analysis of ST segment and T-wave in ECG parameters.

다른 선행기술로, 국내 등록특허 제10-1000761호는 수술환자의 통증 및 의식수준을 측정하기 위한 의료장비에 관한 것으로 특히, 수술환자들의 수술 중통증/의식수준을 최소한의 오차로 정확하게 측정하여 표시함으로써 수술환자의 통증을 예방할 수 있도록 한 수술환자의 통증/의식수준 측정장치 및 방법에 관한 것이다. 이 발명의 수술환자의 통증/의식수준 측정장치는 수술환자의 제 1 부위에 자극신호를 인가하는 자극신호 발생부와, 수술환자의 제 2 부위에서 상기 자극신호의 전위(electric potential)를 검출하고 검출된 전위를 증폭 변환하여 체성 감각 유발전위 검사(SSEP) 신호를 출력하는 생체신호 검출부와, 상기 SSEP 신호를 변환 처리하여 디지털전위 데이터를 생성하는 생체신호 변환 처리부와, 상기 디지털 전위 데이터를 인덱스(index)화 하여 수술환자의 통증/의식수준 정보를 생성 및 표시하는 컴퓨터를 포함하여 이루어진다.In another prior art, Korean Patent No. 10-1000761 relates to a medical device for measuring the pain and consciousness level of a surgical patient, and more particularly to a medical device for accurately measuring the degree of surgery intoxication / consciousness of a surgical patient with a minimum error The present invention relates to an apparatus and method for measuring a pain / consciousness level of a surgical patient so as to prevent the pain of a surgical patient. The device for measuring a pain / consciousness level of a surgical patient according to the present invention includes a stimulus signal generator for applying a stimulus signal to a first part of a surgical patient and a second part for detecting the electric potential of the stimulation signal at a second part of the patient A bio-signal detector for amplifying the detected potential and outputting a somatosensory evoked potential (SSEP) signal; a bio-signal conversion processor for converting the SSEP signal to generate digital potential data; index) to generate and display pain / awareness level information of the surgical patient.

국내 등록특허 제10-1000761호의 경우는 통증 정도를 알기 위해, 소정부위에 자극을 가하고, 다른 부위에서 상기 자극에 따라 발생하는 유발전위를 검출하여, 부위에 따른 통증을 판단한다. 그러나 이 경우는 직접적으로 자극을 가하는 자극신호 발생부 등을 사용해야 하고, 또한, 소정 위치에 생체신호 검출부를 위치시켜아 하는 것으로, 위험성이 있어, 고도의 전문지식을 가진 사람만이 사용할 수 있다. 또한, 환자의 피부에 자극전극과 신호검출전극을 부착해야하는 등 상당히 번거롭다.In the case of Korean Patent No. 10-1000761, a stimulus is applied to a predetermined region to detect the degree of pain, and the induced potential generated in the other region according to the stimulus is detected to determine the pain along the region. In this case, however, it is necessary to use a stimulation signal generating unit or the like which directly applies a stimulus. Further, since the biological signal detecting unit is located at a predetermined position, there is a danger that only a person having a high level of expertise can use it. In addition, it is considerably troublesome to attach the stimulating electrode and the signal detecting electrode to the skin of the patient.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, ECG 또는 PPG 신호로부터, 통증자극으로 교감신경계가 흥분되면 혈류량과 빈맥 감소에 따른 ECG 신호 또는 PPG 신호의 주요한 특징인 에너지, 영(0) 교차율(Zero-crossing rate)를 추출하여 정규화하고, 정규화된 에너지와 영 교차율에 가중치를 두어 계산한 값을 시그모이드 함수를 통해 통증심도지표를 나타내어, 간단하면서도 정확도가 높은 통증심도 분류가 가능한, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법에을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for extracting energy or zero crossing from ECG or PPG signals, which is a main characteristic of an ECG signal or PPG signal according to reduction of blood flow and tachycardia when a sympathetic nervous system is excited by a pain stimulus, rate, and the normalized energy and the zero crossing rate are weighted and the calculated value is represented by the sigmoid function. Thus, it is possible to classify the depth of pain based on the bio-signal, which is simple and highly accurate, Classification apparatus and method.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치에 있어서, 연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지(Energy) 및 영 교차율(Zero-crossing rate)를 검출하여 정규화하고, 정규화된 에너지 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 이용하여, 통증심도지표를 검출하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a blood pressure monitor which is configured to convert a pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an ECG sensor part into a digital signal through an A / And the arithmetic processing unit detects a pain intensity index from the received pulse wave signal or electrocardiogram signal, wherein the arithmetic processing unit calculates energy energy and zero crossing rate from the pulse wave signal or the electrocardiogram signal The zero-crossing rate is detected and normalized, and the pain intensity index is detected using a sigmoid function of normalized energy and zero crossing rate.

연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지 및 영 교차율를 검출하여 정규화하고, 에너지의 시그모이드 함수 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 구하고, 에너지의 시그모이드 함수에 기 설정된 에너지 가중치를 곱한 값과, 영 교차율의 시그모이드 함수에 기 설정된 영 교차율 가중치를 곱한 값을 합하여, 통증심도지표로서 출력한다. The arithmetic processing section detects and normalizes the energy and zero crossing rate from the pulse wave signal or the electrocardiogram signal, obtains a sigmoid function of the sigmoid function and the zero crossing rate of energy, multiplies the sigmoid function of energy by a predetermined energy weight And the zero-crossing rate weight multiplied by the sigmoid function of the zero crossing rate, and outputs it as the pain intensity index.

연산처리부는 A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호를, 잡음을 제거하기 위해 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 기 설정된 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지를 구한다.The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converting unit, and outputs a pulse wave signal or an electrocardiogram signal for a predetermined energy detection reference time period in the filtered pulse wave signal or electrocardiogram signal To obtain the energy of the pulse wave signal per reference time or the electrocardiogram signal per reference time.

연산처리부는 A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호를, 잡음을 제거하기 위해 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구한다.The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converting unit, and calculates a maximum value, a minimum value, and a maximum value in a filtered pulse wave signal or electrocardiogram A point time and a minimum point time as a minimum value are detected and the number of times the sign of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time period is obtained as a zero crossing rate.

영교차 기준 시간구간은, 최대점 시간의 앞으로 15초만큼 전 시점부터, 최대점 시간 시점까지 이다.The zero-crossing reference time interval is from the previous time point to the maximum point time point by 15 seconds in the future from the maximum point time point.

연산처리부는, 에너지의 표준 정규분포(Standard Gaussian Distribution)로, 에너지를 나누어서 정규화하며, 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율을 나누어서 정규화한다.The operation processing unit normalizes the energy divided by the standard Gaussian distribution of energy, normalizes the zero crossing rate by dividing the standard normal distribution of the zero crossing rate.

연산처리부는, 에너지의 표준 정규분포를 구하기 위해서, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지들을 구하고, 구하여진 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지들에서, 표준편차와 평균을 구하여 에너지의 표준 정규분포를 구한다.In order to obtain a standard normal distribution of energy, the arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converter during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, The pulse wave signal or the electrocardiogram signal is obtained by summing the squares of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal during the energy detection reference time period to obtain energies of the pulse wave signal per reference time or the electrocardiogram signal per reference time, In energies, the standard deviation and averages are obtained to obtain the standard normal distribution of energy.

연산처리부는, 영교차율의 표준 정규분포를 구하기 위해서, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 영 교차율을 구하고, 표준편차와 평균을 구하여 영교차율의 표준 정규분포을 구한다.In order to obtain a standard normal distribution of the zero crossing rate, the calculation processing section performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D conversion section during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, The zero crossing rate, which is the number of times the sign of the pulse wave signal or electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time interval, is obtained from the received pulse wave signal or electrocardiogram signal, and the standard deviation and the average are obtained to obtain the standard normal distribution of the zero crossing rate.

연산처리부는, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 표준편차와 평균을 구하여 맥파 신호 또는 심전도 신호의 표준 정규분포를 구하여, 구하여진 맥파 신호 또는 심전도 신호의 표준 정규분포를, 에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포 대신에 사용한다.The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converter during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, and calculates a standard deviation And an average are obtained to obtain a standard normal distribution of the pulse wave signal or electrocardiogram signal and the standard normal distribution of the obtained pulse wave signal or electrocardiogram signal is used instead of the standard normal distribution of the standard normal distribution and the zero crossing ratio of energy.

또한, 본 발명은, 맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법에 있어서, 연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지(Energy) 및 영 교차율(Zero-crossing rate)를 검출하여 정규화하고, 정규화된 에너지 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 이용하여, 통증심도지표를 검출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an electrocardiogram (ECG) sensor unit is converted into a digital signal through an A / D conversion unit and transmitted to an arithmetic processing unit, And a processing unit for detecting a pain intensity index from the received pulse wave signal or electrocardiogram signal, wherein the operation processing unit calculates energy and zero-crossing ratio from a pulse wave signal or an electrocardiogram signal, crossing rate, and normalized, and using the sigmoid function of the normalized energy and zero crossing ratio, the pain intensity index is detected.

또한, 본 발명은, 맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호를 잡음을 제거하기 위해 리쉐이프 필터(reshape filter)를 이용하여 필터링을 행하고, 필터링된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법에 있어서, 연산처리부는 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 필터링 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지를 구하는, 에너지 연산단계; 연산처리부는 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 최소점 또는 최대점을 기준으로 하는 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구하는, 영 교차율 연산단계; 에너지 연산단계에서 구한 에너지에 대해서, 에너지의 표준 정규분포로, 에너지 연산단계에서 구한 에너지를 나누어서 정규화하고, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율에 대해서, 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율을 나누어서 정규화하는, 정규화 단계;In the present invention, a pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an electrocardiogram (ECG) sensor unit is converted into a digital signal through an A / D conversion unit and transmitted to an arithmetic processing unit, The processor is configured to perform filtering using a reshape filter to remove noise from the received pulse wave signal or electrocardiogram signal and to detect a pain intensity index from the filtered pulse wave signal or electrocardiogram signal, In the apparatus driving method, the operation processing unit calculates the energy of the pulse wave signal per reference time or the electrocardiogram signal per reference time by summing squares of the filtered pulse wave signal or the electrocardiogram signal during the energy detection reference time period in the filtered pulse wave signal or electrocardiogram signal , An energy calculating step; The operation processing unit detects a minimum point time which is a time when the maximum value, the minimum value, and the maximum point time, which is the time when the maximum value is the minimum value, in the filtered pulse wave signal or the electrocardiogram signal, A zero crossing rate calculating step of obtaining, as a zero crossing rate, the number of times the sign of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time period; The energy obtained in the energy computing step is normalized by dividing the energy obtained in the energy computing step by the standard normal distribution of energy and the normalized normalizing of the zero crossing rate with respect to the zero crossing rate obtained in the zero crossing rate computing step, Normalizing step of dividing and normalizing the zero crossing rate obtained in step

연산처리부는, 정규화 단계에서 출력된, 정규화된 에너지와, 정규화된 영교차율을, 시그모이드 함수에 적용하여, 에너지의 시그모이드 함수 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 구하고, 에너지의 시그모이드 함수에 기 설정된 에너지 가중치를 곱한 값과, 영 교차율의 시그모이드 함수에 기 설정된 영 교차율 가중치를 곱한 값을 합하여, 통증심도지표로서 구하는, 시그모이드 함수 연산단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The operation processing unit obtains a sigmoid function of the energy sigmoid function and the zero crossing ratio by applying the normalized energy and the normalized zero crossing ratio output from the normalization step to the sigmoid function, And a sigmoid function calculating step of summing a value obtained by multiplying the weight function by a predetermined energy weight and a value obtained by multiplying a sigmoid function of the zero crossing ratio by a predetermined zero crossing rate weight, .

리쉐이프 필터는 0.5 Hz 내지 8 Hz의 주파수를 통과하게 하는 필터이다.The reshape filter is a filter that allows a frequency of 0.5 Hz to 8 Hz to pass.

시그모이드 함수 연산단계에서, 통증심도지표는,In the sigmoid function arithmetic step, the pain intensity index,

w1/(1+exp(-αE))+w2/(1+exp(-αZ)) w 1 / (1 + exp (-αE)) + w 2 / (1 + exp (-αZ)

(단, E는 정규화된 에너지이고, Z는 정규화된 영 교차율이며, α는 기울기 매개변수이고, w1은 에너지 가중치이고, w2는 영 교차율 가중치임)에 의해 구하여진다.(Where E is the normalized energy, Z is the normalized zero crossing rate, a is the slope parameter, w 1 is the energy weight, and w 2 is the zero crossing rate weight).

기울기 매개변수(α)는 1.5 내지 1.8 이고, 에너지 가중치(w1)와 영 교차율 가중치(w2)의 합은 1이다.The slope parameter α is 1.5 to 1.8, and the sum of the energy weight w1 and the zero crossing weight w2 is 1.

통증심도지표는, 0과 1사이의 값을 가진다.The pain intensity index has a value between 0 and 1.

또한, 본 발명의 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 특징으로 한다.The present invention also provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for implementing a method of operating a bio-signal based pain intensity classifier according to the present invention.

본 발명의 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 및 방법에 따르면, ECG 또는 PPG 신호로부터, 통증자극으로 교감신경계가 흥분되면 혈류량과 빈맥 감소에 따른 ECG 신호 또는 PPG 신호의 주요한 특징인 에너지, 영(0) 교차율(Zero-crossing rate)를 추출하여 정규화하고, 정규화된 에너지와 영 교차율에 가중치를 두어 계산한 값을 시그모이드 함수를 통해 통증심도지표를 나타내어, 간단하면서도 정확도가 높은 통증심도 분류가 가능하다. According to the bio-signal-based pain intensity classification apparatus and method of the present invention, when the sympathetic nervous system is excited by the pain stimulus from the ECG or PPG signal, energy, zero (0) It is possible to classify simple and highly accurate pain depth classification by extracting and normalizing the zero crossing rate, and expressing the pain intensity index through the sigmoid function which is calculated by weighting the normalized energy and zero crossing rate .

또한, 본 발명은, 초보자라도 사용가능하고, 자극을 가하는 등의 위험성도 없다.Further, the present invention can be used even for a beginner, and there is no danger such as stimulation.

도 1은 본 발명의 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 도 1의 연산처리부에서 행하는 통증심도 분류 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a block diagram for explaining a schematic configuration of a bio-signal-based pain intensity classifying apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a pain intensity classification process performed by the arithmetic processing unit of FIG. 1;

이하에서는, 본 발명의 생체신호 기반 통증심도 분류 장치 빛 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a light signal method of a bio-signal based pain intensity classifier according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블럭도로 생체신호 검출부(100), 생체신호 전처리부(150), A/D 변환부(180), 연산처리부(200), 디스플레이부(210), 메모리부(220)을 포함한다.FIG. 1 is a block diagram showing a schematic structure of a bio-signal-based pain intensity classifying apparatus according to the present invention, including a block road bio-signal detector 100, a biological signal preprocessor 150, an A / D converter 180, 200, a display unit 210, and a memory unit 220.

생체신호 검출부(100)는 맥파(PPG) 센서부(110) 또는 심전도(ECG) 센서부를 포함하여 이루어져, 맥파(광용적맥파) 또는 심전도를 검출한다.The bio-signal detection unit 100 includes a pulse wave sensor (PPG) sensor unit 110 or an electrocardiogram (ECG) sensor unit and detects a pulse wave (pulse wave pulse) or electrocardiogram.

맥파(PPG) 센서부(110)는 발광부(미도시)와 수광부(미도시)를 포함하여 이루어지며, 발광부(미도시)에서 혈관(혈류)에 광을 조사하고, 수광부에서 혈관(혈류)을 투과하거나 혈관(혈류)에서 반사된 광을 수광하여 전기신호로 변환하여 출력하며, 이 출력신호는 혈관의 광용적맥파를 나타내므로, 편의상 여기에서는 이들을 맥파라 통칭한다. The pulse wave (PPG) sensor unit 110 includes a light emitting unit (not shown) and a light receiving unit (not shown) and emits light to a blood vessel (blood flow) ) Or receives light reflected from a blood vessel (blood flow), converts it into an electric signal, and outputs the electric signal. The output signal represents an optical pulse wave of a blood vessel.

발광부(미도시)는 적색광(파장:650~750nm)과 적외(선)광(파장:850~1000nm)의 발광다이오드(LED)로 이루어질 수 있으며, 혈관에 적색광 또는 적외광을 출사한다. The light emitting unit (not shown) may be composed of red light (wavelength: 650 to 750 nm) and light emitting diode (LED) having infrared light (wavelength: 850 to 1000 nm) and emits red light or infrared light to the blood vessel.

수광부(미도시)는 포토 다이오드(Photo Diode) 또는 수광센서(광센서)로 이루어져, 혈관을 투과하거나 반사된 광, 즉, 적색광 또는 적외선광을 수광하고 이를 전기신호로 출력한다. The light receiving unit (not shown) comprises a photodiode or a light receiving sensor (light sensor), and receives light reflected or transmitted through the blood vessel, that is, red light or infrared light, and outputs it as an electric signal.

맥파(PPG) 센서부(110)는 인체의 혈관이 존재하는 어느 부위(손가락, 발가락, 귀볼, 상체, 하체, 흉부, 손, 발, 등등)에도 장착될 수 있다. 바람직하게는 손가락에 장착된다.The pulse wave (PPG) sensor unit 110 may be mounted on any part of the blood vessel of the human body (finger, toe, ear ball, upper body, lower body, chest, hands, feet, etc.). And is preferably mounted on a finger.

심전도(ECG) 센서부(120)는 심전도 전극(미도시)과 기준전극(또는 접지전극)(미도시)을 포함하여 이루어지며, 심전도 신호를 검출한다. 경우에 따라서 심전도 전극은 2개일 수 있다. 심전도(ECG) 센서부(120)는 손목, 발목, 흉부, 상체, 하체, 등등에 장착될 수 있다.The electrocardiogram (ECG) sensor unit 120 includes an electrocardiogram electrode (not shown) and a reference electrode (or ground electrode) (not shown), and detects an electrocardiogram signal. In some cases, the ECG electrode may be two. The electrocardiogram (ECG) sensor unit 120 may be mounted on the wrist, ankle, chest, upper body, lower body, and the like.

생체신호 전처리부(150)는 심전도 신호 또는 맥파신호에서 잡음을 제거하고 증폭하는 전처리를 행한다.The biological signal preprocessing unit 150 performs preprocessing for removing noise from the electrocardiogram signal or the pulse wave signal and amplifying the noise.

맥파(PPG) 신호 전처리부(160)은 맥파(PPG) 센서부(110)에서 검출된 맥파신호를 증폭하고, 잡음을 제거하는 전처리를 행한다.The pulse wave (PPG) signal preprocessing unit 160 amplifies the pulse wave signal detected by the pulse wave sensor (PPG) sensor unit 110 and performs preprocessing to remove noise.

심전도(ECG) 신호 전처리부(170)은 심전도(ECG) 센서부(120)에서 검출된 맥파신호를 증폭하고, 잡음을 제거하는 전처리를 행한다.The ECG signal preprocessing unit 170 amplifies the pulse wave signal detected by the electrocardiogram (ECG) sensor unit 120 and performs preprocessing to remove noise.

A/D 변환부(180)는 맥파(PPG) 신호 전처리부(160)로부터의 맥파신호를 디지탈신호로 변환하고, 심전도(ECG) 신호 전처리부(170)로부터의 심전도신호를 디지탈신호로 변환한다.The A / D conversion unit 180 converts the pulse wave signal from the pulse wave (PPG) signal preprocessing unit 160 into a digital signal and converts the electrocardiogram signal from the ECG signal preprocessing unit 170 into a digital signal .

연산처리부(200)는 심전도(ECG) 신호 또는 맥파신호에서 잡음제거 등을 위해 필터링을 행하고, 필터링된 심전도(ECG) 신호 또는 맥파신호에서 에너지(Energy), 영(0) 교차율(Zero-crossing rate)를 추출하여 정규화하고, 정규화된 에너지와 영 교차율에 가중치를 두어 계산한 값을 시그모이드 함수(Sigmoid function)를 통해 통증심도지표를 나타내어 출력한다.The arithmetic processing unit 200 performs filtering to remove noise from an electrocardiogram (ECG) signal or a pulse wave signal, and generates energy, zero crossing rate, or the like from a filtered ECG signal or a pulse wave signal. ) Is extracted and normalized, and a value obtained by weighting the normalized energy and the zero crossing ratio is output through a sigmoid function to express the pain intensity index.

다시말해, 연산처리부(200)는 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 A/D 변환부(180)로부터 수신하고, 수신된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 디지탈 고역 통과 필터(HPF)와 디지탈 저역 통과 필터(LPF)를 통하여 필터링을 행하고, 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호로부터 에너지와 영교차율을 구한다.In other words, the arithmetic processing unit 200 receives the pulse wave (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal from the A / D converter 180 and outputs the received pulse wave (PPG) Filtering is performed through a filter (HPF) and a digital low-pass filter (LPF), and energy and a zero crossing rate are obtained from a filtered pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal.

에너지를 구하기 위해서, 연산처리부(200)는 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 기 설정된 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파(PPG) 신호 또는 기준시간당 심전도(ECG) 신호의 에너지를 구한다(S120).In order to obtain the energy, the arithmetic processing unit 200 adds the squares of a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal for a predetermined energy detection reference time period in a filtered pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (PPG) signal per reference time or the ECG signal per reference time (S120).

영 교차율을 구하기 위해서, 연산처리부(200)는 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 최소점 또는 최대점을 기준으로 하는 영교차 기준 시간구간 동안, 영(0)을 지나는 횟수, 즉, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구한다. 여기서, 영교차 기준 시간구간은, 최대점 시간의 앞으로 소정시간(예로 15초)만큼 간 시점부터, 최대점 시간 시점까지의 동안으로 할 수 있다. In order to obtain the zero crossing rate, the arithmetic processing unit 200 calculates a maximum value, a minimum value, a maximum point time which is a time when a maximum value is obtained, and a minimum time which is a time when the pulse rate is the minimum value, in a filtered pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) And the number of times that the number of times of passing the zero (0), that is, the number of times the sign of the pulse wave (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal is changed, is set as the zero crossing reference time interval based on the minimum point or the maximum point. It is obtained as a crossing rate. Here, the zero-crossing reference time interval can be set to a time from the point in time which is a predetermined time (for example, 15 seconds) of the maximum point time to the point of time of the maximum point time.

에너지를 정규화하기 위해, 연산처리부(200)는 에너지의 표준 정규분포(Standard Gaussian Distribution)로, 에너지를 나누어서 정규화하며, 또한, 영 교차율을 정규화하기 위해, 연산처리부(200)는 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율을 나누어서 정규화한다. 여기서, 에너지의 표준 정규분포와 영교차율의 표준 정규분포는 신호검출 초기에 검출하여 저장한 값이다.In order to normalize the energy, the operation processing unit 200 divides the energy into a standard Gaussian distribution of energy, normalizes the energy, and further, in order to normalize the zero crossing rate, The distribution is normalized by dividing the zero crossing rate. Here, the standard normal distribution of the energy normalization and the zero crossing ratio is the value detected and stored at the beginning of signal detection.

연산처리부(200)는 정규화된 에너지와 영 교차율에, 기울기 매개변수, 에너지 가중치와 영 교차율 가중치를 이용하여 시그모이드 함수 값을 구하고, 구하여진 시그모이드 함수 값을 통증심도 값으로 디스플레이부(210) 및 메모리부(220)으로 출력한다. The arithmetic processing unit 200 obtains the sigmoid function value using the normalized energy and the zero crossing rate using the slope parameter, the energy weight and the zero crossing rate weight, and outputs the obtained sigmoid function value as the pain intensity value to the display unit 210 and the memory unit 220. [

여기서, 연산처리부(200)는 컴퓨터일 수 있다.Here, the operation processing unit 200 may be a computer.

도 2는 도 1의 연산처리부에서 행하는 통증심도 분류 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart for explaining a pain intensity classification process performed by the arithmetic processing unit of FIG. 1;

신호수신단계로, 연산처리부(200)는 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 A/D 변환부(180)로부터 수신한다(S110).In the signal reception step, the operation processing unit 200 receives a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal from the A / D conversion unit 180 (S110).

필터링 단계로, 잡음등을 제거하기 위해, 신호수신단계에서 수신된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 디지탈 고역 통과 필터(HPF)와 디지탈 저역 통과 필터(LPF)를 통하여 필터링, 즉 리쉐이프 필터링(reshape filtering)을 행한다. 이때, 디지탈 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수와 디지탈 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수는 기 설정된 주파수로, 디지탈 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수는 디지탈 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수보다 작다. 리쉐이프 필터(reshape filter)는 디지탈 고역 통과 필터HPF)와 디지탈 저역 통과 필터(LPF)로 이루어진다. 예를들어, 디지탈 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수는 0.5 Hz이고, 디지탈 저역 통과 필터(LPF)는 8 Hz로, 즉, 0.5 Hz 내지 8 Hz를 통과하는 필터일 수 있다.In the filtering step, a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal received in the signal receiving step is filtered through a digital high pass filter (HPF) and a digital low pass filter (LPF) And performs reshape filtering. At this time, the cut-off frequency of the digital high-pass filter HPF and the cut-off frequency of the digital high-pass filter HPF are set to a predetermined frequency, and the cutoff frequency of the digital high-pass filter HPF is the cut- Lt; / RTI > The reshape filter consists of a digital high-pass filter (HPF) and a digital low-pass filter (LPF). For example, the cut-off frequency of the digital high-pass filter (HPF) may be 0.5 Hz and the digital low-pass filter (LPF) may be a filter that passes 8 Hz, i.e., 0.5 Hz to 8 Hz.

에너지 연산단계로, 필터링 단계(S120)에서 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파(PPG) 신호 또는 기준시간당 심전도(ECG) 신호의 에너지를 구한다(S120). (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal during the energy detection reference time period in a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal in a filtering step (S120) (PPG) signal or an ECG signal per reference time (S120).

여기서, 에너지검출 기준 시간구간은, 사용자에 의해 사용초기에 설정되거나, 공장출하시 설정된 시간구간으로, 에너지 연산단계에서 에너지를 구하기 위한 시간구간으로, 이 시간구간은 매 에너지를 구할 때마다 시간구간이 변화하므로, 이동 창(sliding window)이라고 말한다. 즉, 에너지검출 기준 시간구간은, 신호수신단계에서 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 수신되는 시간을 기준하여 일정시간 구간을 가지는 이동 창(sliding window)을 말하며, 에너지 연산단계에서는 상기 이동 창에서 에너지를 구한다. 예를들어, 에너지 검출 기준시간 10초 간격동안으로 할 수 있다. 즉, 이 경우에, 에너지 연산단계에서, 현재의 신호의 시점에서 과거로 10초만큼 간 시점에서, 현재의 신호의 시점까지의 에너지를 구할 수 있다.Here, the energy detection reference time interval is a time interval set by the user at the initial stage of use or set at the time of factory shipment, and is a time interval for obtaining energy in the energy calculating step. The time interval is a time interval Is called a sliding window. That is, the energy detection reference time interval refers to a sliding window having a predetermined time interval based on the time of reception of a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal in the signal receiving step, Obtain energy from the movement window. For example, the energy detection reference time can be set to an interval of 10 seconds. That is, in this case, the energy from the time point of the current signal to the point of time of the current signal can be obtained in the energy calculation step, which is 10 seconds past from the present point of time.

영 교차율 연산단계로, 필터링 단계(S120)에서 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 최소점 또는 최대점을 기준으로 하는 영교차 기준 시간구간 동안, 영(0)을 지나는 횟수, 즉, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 구한다.In the zero crossing rate calculation step, a maximum point, a minimum value, a maximum point time which is a time when a maximum value is obtained, and a minimum point time which is a time when a minimum value is used in a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) And determines the number of times that the zero crossing, that is, the number of times the sign of the pulse wave (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal changes, during the zero crossing reference time interval based on the minimum point or the maximum point.

여기서, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호들의 파형은 언덕과 계곡(valley)을 가지며, 언덕을 나타내는 부분에서 피크점을 최대점이라고 하고, 계곡을 나타내는 부분에서 최소인 부분을 최소점이라 하고, 최대점의 진폭값을 최대값이라고 하고, 최소점의 진폭값을 최소값이라고 하며, 최대값일 때의 시간을 최대점 시간이라 하고, 최소값일때의 시간을 최소점 시간이라 한다.Here, the waveform of a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal has a hill and a valley, and a peak point is referred to as a maximum point in a portion representing a hill and a minimum point in a portion representing a valley is referred to as a minimum point , The amplitude value of the maximum point is the maximum value, the amplitude value of the minimum point is the minimum value, the time when the maximum value is the maximum point time, and the time when the minimum value is the minimum point time.

여기서, 영교차 기준 시간구간은, 영 교차율 연산단계에서 영 교차율을 구하기 위한 시간구간으로, 이 시간구간은 매 영 교차율을 구할 때마다 시간구간이 변화하므로, 이동 창(sliding window)이라고 말한다. 즉, 영교차 기준 시간구간은, 최소점 시간을 기준하여 일정시간 동안으로 하거나, 최소점 시간부터 최대점 시간까지로 하거나, 최대점 시간의 앞으로 소정시간 만큼 간 시점부터, 최대점 시간의 시점까지의 동안까지로 하거나, 최대점 시간의 앞으로 소정시간 만큼 간 시점부터, 최대점 시간의 뒤로 소정시간 만큼 간 시점까지의 동안으로 할 수 있다.Here, the zero crossing reference time interval is a time interval for obtaining the zero crossing rate in the zero crossing rate calculation step, and this time interval is referred to as a sliding window since the time interval changes every time the zero crossing rate is obtained. That is, the zero-crossing reference time interval may be set to a predetermined time based on the minimum point time, or may be changed from the minimum point time to the maximum point time, Of the maximum point time, or until the point of time that is the predetermined point in time after the maximum point time from the point of time which is the predetermined time in the future of the maximum point time.

바람직하게는, 영교차 기준 시간구간은, 최대점 시간의 앞으로 소정시간(예로 15초)만큼 간 시점부터, 최대점 시간 시점까지의 동안으로 할 수 있다. Preferably, the zero-crossing reference time interval may be from a time point between a predetermined time (for example, 15 seconds) and a maximum point time point in the future from the maximum point time.

본 발명에서, 에너지 검출 기준시간과 영교차 기준시간은 심박변이 구간을 고려하여 이동 창(sliding window)을 통한 5분까지도 확장 가능하다.In the present invention, the energy detection reference time and the zero crossing reference time can be extended up to 5 minutes through the sliding window in consideration of the heartbeat interval.

정규화 단계로, 에너지 연산단계에서 구한 에너지에 대해서, 에너지의 표준 정규분포로, 에너지 연산단계에서 구한 에너지를 나누어서 정규화하고, 또한, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율에 대해서, 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율을 나누어서 정규화한다(S160). In the normalization step, the energy obtained in the energy calculation step is normalized by dividing the energy obtained in the energy calculation step with the standard normal distribution of energy, and the standard normal distribution of the zero crossing ratio , The zero crossing rate obtained in the zero crossing rate calculation step is divided and normalized (S160).

에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치(10)를 사용하여 신호검출하기 시작한 초기 단계에서, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안에 구하여진다. The standard normal distribution of the standard normal distribution and the zero crossing rate of energy is obtained during the standard normal distribution detection time interval at the initial stage of starting signal detection using the bio-signal based pain depth classifier 10.

일반적으로, 표준 정규분포는 (X-μ)/σ 로 나타낼 수 있다. 단, 여기서, X는 에너지 신호 또는 영교차율 신호이며, σ는 에너지 또는 영교차율의 표준편차이고, μ는 에너지 또는 영교차율의 평균이다.In general, the standard normal distribution can be expressed as (X-μ) / σ. Where X is the energy signal or the zero crossing rate signal, σ is the standard deviation of the energy or zero crossing rate, and μ is the average of the energy or zero crossing rate.

여기서, 표준 정규분포 검출 시간구간은, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치(10)를 사용하여 신호검출하기 시작한 초기시점에서 부터 일정시간 동안, 에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포를 구하기 위한 시간으로, 예를들어, 처음 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 수신된 시점부터 10초 내지 2분의 시간이 경과된 시점까지일 수 있다. 경우에 따라서, 표준 정규분포 검출 시간구간은, 에너지 검출 기준 시간, 영교차 기준 시간과 심박변이 구간을 고려하여 조정 가능하다.Here, the standard normal distribution detection time interval is used to obtain a standard normal distribution of the standard normal distribution and the zero crossing rate of energy for a predetermined time from the initial point of time when the signal is detected using the bio-signal based pain classification device 10 (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal, for example, 10 seconds to 2 minutes after the reception of the first pulse wave (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal. In some cases, the standard normal distribution detection time interval can be adjusted in consideration of the energy detection reference time, the zero crossing reference time, and the heartbeat interval.

에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포를 위해서, 신호검출 초기에, 우선, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를, 연산처리부(200)는 A/D 변환부(180)로부터 수신하고, 수신된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 디지탈 고역 통과 필터(HPF)와 디지탈 저역 통과 필터(LPF)를 통하여 리쉐이프 필터링을 행한다. 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파(PPG) 신호 또는 기준시간당 심전도(ECG) 신호의 에너지들을 구하고, 이들의 기준시간당 맥파(PPG) 신호 또는 기준시간당 심전도(ECG) 신호의 에너지들에서, 표준편차와 평균을 구하여 에너지의 표준 정규분포를 구한다. 또한, 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 영교차 기준 시간구간 동안, 영(0)을 지나는 횟수, 즉, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 영 교차율을 구하고, 표준편차와 평균을 구하여 영교차율의 표준 정규분포을 구한다.(PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal for the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection for the standard normal distribution of the standard normal distribution of the energy and the zero crossing rate, D converter 180 and performs reshape filtering of the received pulse wave (PPG) signal or electrocardiogram (ECG) signal through a digital high-pass filter (HPF) and a digital low-pass filter (LPF). (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal per reference time in a filtered pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal, (ECG) signal, and obtains a standard normal distribution and an average of the energies of the pulse wave per unit time (PPG) signal or the ECG signal per reference time to obtain a standard normal distribution of energy. In the filtered pulse wave (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal, the number of times that the pulse (PPG) signal or the electrocardiogram (ECG) signal is changed over the zero crossing reference time interval, The zero crossing rate is obtained, and the standard deviation and the average are obtained to obtain the standard normal distribution of the zero crossing rate.

경우에 따라서, 에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포는 신호검출 초기에, 우선, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를, 연산처리부(200)는 A/D 변환부(180)로부터 수신하고, 수신된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호를 디지탈 고역 통과 필터(HPF)와 디지탈 저역 통과 필터(LPF)를 통하여 리쉐이프 필터링을 행하고, 필터링된 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호에서, 표준편차와 평균을 구하여 맥파(PPG) 신호 또는 심전도(ECG) 신호의 표준 정규분포를 구하여, 이를 에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포 대신에 사용할 수도 있다.The standard normal distribution of the standard normal distribution and the zero crossing ratio of the energy may be a pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal for the normal normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, (PPG) signal or electrocardiogram (ECG) signal through a digital high-pass filter (HPF) and a digital low-pass filter (LPF), performs reshape filtering on the received pulse wave (PPG) (PPG) signal or electrocardiogram (ECG) signal is obtained from a filtered pulse wave (PPG) signal or an electrocardiogram (ECG) signal to obtain a standard normal distribution and an average of zero energy It can be used instead of the normal distribution.

시그모이드 함수(Sigmoid function) 매핑단계로, 정규화 단계에서 정규화된 에너지(E)와 영 교차율에, 기울기 매개변수, 에너지 가중치와 영 교차율 가중치를 이용하여 시그모이드 함수 값을 구한다(S170).Sigmoid function mapping step, the sigmoid function value is obtained by using normalized energy (E) and zero crossing rate in the normalization step, slope parameter, energy weighting and zero crossing weighting weight (S170).

일반적으로, 시그모이드 함수(Sigmoid function)는 S와 같은 형태(Sigmoid curve)를 가진 함수를 말하며, 로지스틱(logistic) 함수의 특별한 형태이기도 하다. 주로 학습 곡선등을 나타내는 함수로, 0에 가까운 작은 값에서 일정한 유한값에 접근하는 함수이다. 일반적으로, x에 대한 시그모이드 함수 f(x)는 f(x) = 1/(1+e- αx) = 1/(1+exp(-αx)) 로 나타내며, 여기서 α는 기울기 매개변수이다.In general, a sigmoid function is a function with a sigmoid curve (S), and is also a special form of a logistic function. It is a function that mainly shows the learning curve, and is a function that approaches a constant finite value at a value close to zero. In general, the sigmoid function f (x) for x is represented by f (x) = 1 / (1 + e - ? X) = 1 / (1 + exp to be.

즉, 정규화 단계에서 정규화된 에너지(E)와 정규화된 영 교차율(Z)에 각각 기울기 매개변수(α)를 곱하고, 에너지 가중치(w1)와 영 교차율 가중치(w2)를 이용하여 이 둘을 더한 것에 대한 시그모이드 함수 w1·f(E) + w2·f(Z)를 나타낸다. 다시말해, 에너지 가중치(w1)와 기울기 매개변수(α)를 가지는 정규화된 에너지(E)의 시그모이드 함수와, 영 교차율 가중치(w2)와 기울기 매개변수(α)를 가지는 정규화된 영 교차율(Z)의 시그모이드 함수를 더한 형태로, 즉, w1/(1+exp(-αE))+w2/(1+exp(-αZ)) 로 구하여질 수 있다.That is, in the normalization step, the normalized energy E and the normalized zero crossing rate Z are multiplied by the slope parameter α and the energy weight w 1 and the zero crossing weight w 2 are used to calculate the energy And the sigmoid function w 1 · f (E) + w 2 · f (Z) for the addition. In other words, a normalized energy E having a sigmoid function of the normalized energy E with an energy weight w 1 and a slope parameter a, and a normalized zero with a zero crossing rate weight w 2 and a slope parameter a, in the form Sig plus feeders dE function of crossing rate (Z), that is, can be obtained as w 1 / (1 + exp ( -αE)) + w 2 / (1 + exp (-αZ)).

여기서, 에너지 가중치, 영 교차율 가중치, 기울기 매개변수는, 공장 출하 시 또는 사용초기에 설정된 값일 수 있다. 기울기 매개변수(α)는 1.5 내지 1.8 일 수 있고, 에너지 가중치(w1)와 영 교차율 가중치(w2)의 합은 1이어야 한다.Here, the energy weight, the zero crossing rate weight, and the slope parameter may be values set at the time of factory shipment or at the beginning of use. The slope parameter alpha may be between 1.5 and 1.8, and the sum of the energy weight w1 and the zero crossing rate weight w2 should be one.

시그모이드 함수 값은 0과 1사이의 값을 가지며, 0일 경우는 통증이 최대인 상태이고, 1일 경우는 통증이 없는 경우이다. 또한 역(inverse) 계산을 하여, 0일 경우 통증이 없는 경우, 1일 경우 통증이 최대인 상태로 나타낼 수 있다.The sigmoid function value has a value between 0 and 1, with 0 being the maximum pain, and 1 being without pain. In addition, inverse calculations can be performed to show that the pain is zero when the pain is absent, and the pain is maximized when the pain is absent.

통증심도 분류단계로, 시그모이드 함수 매핑단계에서, 구하여진 시그모이드 함수 값을 통증 정도로서 출력한다(S180). 시그모이드 함수(Sigmoid function) 매핑단계에서의 w1·f(E) + w2·f(Z) 수식은 통증심도 수식이라 할 수 있다.In the pain intensity classification step, the sigmoid function value obtained in the sigmoid function mapping step is output as the degree of pain (S180). The w 1 · f (E) + w 2 · f (Z) equations in the sigmoid function mapping step can be called the pain depth formula.

본 발명은 잡음에 강하고, 계산이 간단하며, 에너지 검출시에 제곱하여 더하기 때문에 스므딩효과가 있다.The present invention has a smoothing effect because it is strong against noise, simple in calculation, and squared at the time of energy detection.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

100: 생체신호 검출부 110: 맥파(PPG) 센서부
120:심전도(ECG) 센서부 150:생체신호 전처리부
160: 맥파(PPG) 신호 전처리부 170: 심전도(ECG) 신호 전처리부
180: A/D 변환부 200: 연산처리부
210: 디스플레이부 220: 메모리부
100: biological signal detection unit 110: pulse wave (PPG) sensor unit
120: Electrocardiogram (ECG) sensor unit 150: Biological signal preprocessing unit
160: Pulse wave (PPG) signal preprocessor 170: Electrocardiogram (ECG) signal preprocessor
180: A / D conversion unit 200:
210: display unit 220: memory unit

Claims (21)

맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치에 있어서,
연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지(Energy) 및 영 교차율(Zero-crossing rate)를 검출하여 정규화하고, 정규화된 에너지 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 이용하여, 통증심도지표를 검출하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
A pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an electrocardiogram (ECG) sensor part is converted into a digital signal through an A / D conversion part and transmitted to an arithmetic processing part. Or a cardiac depth index from an electrocardiogram signal, the apparatus comprising:
The arithmetic processing unit detects energy and zero crossing rate from a pulse wave signal or an electrocardiogram signal and normalizes it and detects a pain intensity index using a sigmoid function of normalized energy and zero crossing ratio Wherein the bio-signal-based pain intensity classification apparatus comprises:
제1항에 있어서,
연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지 및 영 교차율를 검출하여 정규화하고, 에너지의 시그모이드 함수 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 구하고, 에너지의 시그모이드 함수에 기 설정된 에너지 가중치를 곱한 값과, 영 교차율의 시그모이드 함수에 기 설정된 영 교차율 가중치를 곱한 값을 합하여, 통증심도지표로서 출력하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
The method according to claim 1,
The arithmetic processing section detects and normalizes the energy and zero crossing rate from the pulse wave signal or the electrocardiogram signal, obtains a sigmoid function of the sigmoid function and the zero crossing rate of energy, multiplies the sigmoid function of energy by a predetermined energy weight And a sum of values obtained by multiplying a sigmoid function of a zero crossing rate by a preset zero crossing rate weight, and outputs the sum as a pain intensity index.
제2항에 있어서,
연산처리부는 A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호를, 잡음을 제거하기 위해 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 기 설정된 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지를 구하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
3. The method of claim 2,
The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converting unit, and outputs a pulse wave signal or an electrocardiogram signal for a predetermined energy detection reference time period in the filtered pulse wave signal or electrocardiogram signal And the energy of the electrocardiogram signal per reference time or the pulse wave signal per reference time is obtained by summing the squares of the electrocardiogram signal.
제3항에 있어서,
연산처리부는 A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호를, 잡음을 제거하기 위해 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
The method of claim 3,
The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converting unit, and calculates a maximum value, a minimum value, and a maximum value in a filtered pulse wave signal or electrocardiogram And a minimum point time which is a time when the pulse time or the minimum value is detected, and the number of times the sign of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time period is obtained as the zero crossing rate.
제4항에 있어서,
영교차 기준 시간구간은, 최대점 시간의 앞으로 15초만큼 전 시점부터, 최대점 시간 시점까지 인 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the zero-crossing reference time interval is from the time point forward by 15 seconds in the maximum point time to the point of maximum point time.
제5항에 있어서,
연산처리부는, 에너지의 표준 정규분포(Standard Gaussian Distribution)로, 에너지를 나누어서 정규화하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the calculation processing unit classifies the energy into a standard Gaussian distribution of energy and normalizes the divided energy.
제6항에 있어서,
연산처리부는, 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율을 나누어서 정규화하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the calculation processing section normalizes the zero crossing rate by dividing the zero crossing rate into the standard normal distribution of the zero crossing rate.
제7항에 있어서,
연산처리부는, 에너지의 표준 정규분포를 구하기 위해서, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지들을 구하고, 구하여진 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지들에서, 표준편차와 평균을 구하여 에너지의 표준 정규분포를 구하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
8. The method of claim 7,
In order to obtain a standard normal distribution of energy, the arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converter during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, The pulse wave signal or the electrocardiogram signal is obtained by summing the squares of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal during the energy detection reference time period to obtain energies of the pulse wave signal per reference time or the electrocardiogram signal per reference time, Characterized in that, in the energies, a standard deviation and an average are obtained to obtain a standard normal distribution of energy.
제8항에 있어서,
연산처리부는, 영교차율의 표준 정규분포를 구하기 위해서, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 영 교차율을 구하고, 표준편차와 평균을 구하여 영교차율의 표준 정규분포을 구하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
9. The method of claim 8,
In order to obtain a standard normal distribution of the zero crossing rate, the calculation processing section performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D conversion section during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, Zero crossing rate, which is the number of times the sign of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time interval in the received pulse wave signal or electrocardiogram signal, and obtaining a standard deviation and an average to obtain a standard normal distribution of the zero crossing rate. Signal - based pain depth classification device.
제7항에 있어서,
연산처리부는, 신호검출 초기에, 표준 정규분포 검출 시간구간 동안, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서 잡음을 제거하는 필터링을 행하고, 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 표준편차와 평균을 구하여 맥파 신호 또는 심전도 신호의 표준 정규분포를 구하여, 구하여진 맥파 신호 또는 심전도 신호의 표준 정규분포를, 에너지의 표준 정규분포 및 영교차율의 표준 정규분포 대신에 사용하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치.
8. The method of claim 7,
The arithmetic processing unit performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D converter during the standard normal distribution detection time interval at the beginning of signal detection, and calculates a standard deviation And the standard normal distribution of the obtained pulse wave signal or electrocardiogram signal is used instead of the standard normal distribution of the standard normal distribution and the zero crossing rate of the energy. A bio - signal based pain depth classification system.
맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법에 있어서,
연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지(Energy) 및 영 교차율(Zero-crossing rate)를 검출하여 정규화하고, 정규화된 에너지 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 이용하여, 통증심도지표를 검출하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
A pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an electrocardiogram (ECG) sensor part is converted into a digital signal through an A / D conversion part and transmitted to an arithmetic processing part. Or a cardiac depth index from an electrocardiogram signal, the method comprising:
The arithmetic processing unit detects energy and zero crossing rate from a pulse wave signal or an electrocardiogram signal and normalizes it and detects a pain intensity index using a sigmoid function of normalized energy and zero crossing ratio Wherein the bio-signal-based pain intensity classification apparatus comprises:
제11항에 있어서,
연산처리부는, 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 에너지 및 영 교차율를 검출하여 정규화하고, 에너지의 시그모이드 함수 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 구하고, 에너지의 시그모이드 함수에 기 설정된 에너지 가중치를 곱한 값과, 영 교차율의 시그모이드 함수에 기 설정된 영 교차율 가중치를 곱한 값을 합하여, 통증심도지표로서 출력하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
12. The method of claim 11,
The arithmetic processing section detects and normalizes the energy and zero crossing rate from the pulse wave signal or the electrocardiogram signal, obtains a sigmoid function of the sigmoid function and the zero crossing rate of energy, multiplies the sigmoid function of energy by a predetermined energy weight And a value obtained by multiplying a sigmoid function of a zero crossing rate by a predetermined zero crossing rate weight and outputting the sum as a pain intensity index.
제12항에 있어서,
연산처리부는, A/D 변환부로부터 수신된 맥파 신호 또는 심전도 신호를, 잡음을 제거하기 위해 필터링을 행하고,
필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 기 설정된 에너지검출 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지를 구하고,
필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
13. The method of claim 12,
The arithmetic processing section performs filtering to remove noise from the pulse wave signal or electrocardiogram signal received from the A / D conversion section,
The pulse wave signal or the electrocardiogram signal is summed with the squares of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal for a predetermined energy detection reference time period to obtain the energy of the pulse wave signal per reference time or the electrocardiogram signal per reference time,
A pulse wave signal or an electrocardiogram signal during a zero-crossing reference time period, and detects a pulse wave signal or an electrocardiogram signal in the filtered pulse wave signal or the electrocardiogram signal as a minimum point time that is a time when a maximum value, a minimum value, As the zero crossing rate, the number of times that the sign of the heartbeat signal is changed.
제13항에 있어서,
영교차 기준 시간구간은, 최대점 시간의 앞으로 15초만큼 전 시점부터, 최대점 시간 시점까지 인 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the zero-crossing reference time interval is from the time point forward by 15 seconds from the maximum point time to the time point of the maximum point time.
제13항에 있어서,
연산처리부는, 에너지의 표준 정규분포(Standard Gaussian Distribution)로, 에너지를 나누어서 정규화하며,
영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율을 나누어서 정규화하는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
14. The method of claim 13,
The operation processing unit divides and normalizes the energy into a standard Gaussian distribution of energy,
Wherein the zero crossing rate is normalized by dividing the zero crossing rate by the standard normal distribution of the zero crossing rate.
맥파(PPG, 광용적맥파) 센서부 또는 심전도(ECG) 센서부로부터 검출된 맥파 신호 또는 심전도신호가 A/D 변환부를 통해 디지탈신호로 변환되어 연산처리부로 전송되고, 연산처리부는 수신된 맥파신호 또는 심전도 신호를 잡음을 제거하기 위해 리쉐이프 필터(reshape filter)를 이용하여 필터링을 행하고, 필터링된 맥파신호 또는 심전도 신호로부터 통증심도지표를 검출하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법에 있어서,
연산처리부는 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 에너지검출 기준 시간구간 동안, 필터링 맥파 신호 또는 심전도 신호의 자승을 합산하여 기준시간당 맥파 신호 또는 기준시간당 심전도 신호의 에너지를 구하는, 에너지 연산단계;
연산처리부는 필터링된 맥파 신호 또는 심전도 신호에서, 최대값과, 최소값과, 최대값일 때의 시간인 최대점 시간, 최소값일때의 시간인 최소점 시간을 검출하고, 최소점 또는 최대점을 기준으로 하는 영교차 기준 시간구간 동안, 맥파 신호 또는 심전도 신호의 부호가 바뀌는 횟수를 영 교차율로서 구하는, 영 교차율 연산단계;
에너지 연산단계에서 구한 에너지에 대해서, 에너지의 표준 정규분포로, 에너지 연산단계에서 구한 에너지를 나누어서 정규화하고, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율에 대해서, 영교차율의 표준 정규분포로, 영 교차율 연산단계에서 구한 영 교차율을 나누어서 정규화하는, 정규화 단계;
연산처리부는, 정규화 단계에서 출력된, 정규화된 에너지와, 정규화된 영교차율을, 시그모이드 함수에 적용하여, 에너지의 시그모이드 함수 및 영 교차율의 시그모이드 함수를 구하고, 에너지의 시그모이드 함수에 기 설정된 에너지 가중치를 곱한 값과, 영 교차율의 시그모이드 함수에 기 설정된 영 교차율 가중치를 곱한 값을 합하여, 통증심도지표로서 구하는, 시그모이드 함수 연산단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
A pulse wave signal or electrocardiogram signal detected from a pulse wave (PPG) sensor or an electrocardiogram (ECG) sensor part is converted into a digital signal through an A / D conversion part and transmitted to an arithmetic processing part. Or the electrocardiogram signal by using a reshape filter to remove noise, and detecting a pain intensity index from the filtered pulse wave signal or electrocardiogram signal, the method comprising: ,
Calculating an energy of a pulse-wave signal per reference time or an electrocardiogram signal per reference time by summing the squares of the filtered pulse-wave signal or the electrocardiogram signal during the energy detection reference time period in the filtered pulse-wave signal or electrocardiogram signal;
The operation processing unit detects a minimum point time which is a time when the maximum value, the minimum value, and the maximum point time, which is the time when the maximum value is the minimum value, in the filtered pulse wave signal or the electrocardiogram signal, A zero crossing rate calculating step of obtaining, as zero crossing rate, the number of times the sign of the pulse wave signal or the electrocardiogram signal changes during the zero crossing reference time period;
The energy obtained in the energy computing step is normalized by dividing the energy obtained in the energy computing step by the standard normal distribution of energy and the normalized normalizing of the zero crossing rate with respect to the zero crossing rate obtained in the zero crossing rate computing step, Normalizing step of dividing and normalizing the zero crossing rate obtained in step
The operation processing unit obtains a sigmoid function of the energy sigmoid function and the zero crossing ratio by applying the normalized energy and the normalized zero crossing ratio output from the normalization step to the sigmoid function, A sigmoid function arithmetic step of summing a value obtained by multiplying a de function by a predetermined energy weight and a value obtained by multiplying a sigmoid function of a zero crossing ratio by a predetermined zero crossing ratio weight;
Wherein the bio-signal-based pain intensity classification apparatus comprises:
제16항에 있어서,
리쉐이프 필터는 0.5 Hz 내지 8 Hz의 주파수를 통과하게 하는 필터인 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the reshape filter is a filter that allows a frequency of 0.5 Hz to 8 Hz to pass therethrough.
제16항에 있어서,
시그모이드 함수 연산단계에서, 통증심도지표는,
w1/(1+exp(-αE))+w2/(1+exp(-αZ))
(단, E는 정규화된 에너지이고, Z는 정규화된 영 교차율이며, α는 기울기 매개변수이고, w1은 에너지 가중치이고, w2는 영 교차율 가중치임)
에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
17. The method of claim 16,
In the sigmoid function arithmetic step, the pain intensity index,
w 1 / (1 + exp (-αE)) + w 2 / (1 + exp (-αZ)
(Where, E is the normalized energy, Z is a normalized zero crossing rate, α is the slope parameter, w 1 is a weight energy, zero crossing rate w 2 are weight Im)
Based on the intensity of the light emitted from the light source.
제18항에 있어서,
기울기 매개변수(α)는 1.5 내지 1.8 이고, 에너지 가중치(w1)와 영 교차율 가중치(w2)의 합은 1인 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the slope parameter alpha is 1.5 to 1.8 and the sum of the energy weight w1 and the zero crossing weight weight w2 is 1.
제18항에 있어서,
통증심도지표는, 0과 1사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는, 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the pain intensity index has a value between 0 and 1.
제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 생체신호 기반 통증심도 분류 장치의 구동방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.

A computer-readable recording medium on which a computer-implemented method for driving a bio-signal-based pain intensity classification apparatus according to any one of claims 11 to 20 is recorded.

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