KR20200034505A - Method for denoising of periodic vital signal and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 사람이나 동물로부터 기기를 통해 측정될 수 있는 생체신호 중에서 일정한 주기를 갖고 있는 생체신호의 잡음을 효과적으로 제거하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for removing noise of a periodic biosignal, and more specifically, to effectively remove noise of a biosignal having a constant period among biosignals that can be measured through a device from a person or an animal. It relates to a method and apparatus.
사람의 생체신호를 측정하여 생체신호로부터 얻어진 정보로 맞춤형 의료서비스를 제공하는 사업은 널리 알려져 있다. 위와 같은 맞춤형 의료서비스가 의원이나 병원에 방문한 내방인에게 효과적으로 제공되기 위해서는, 잡음을 최소화하여 내방인의 질병, 질환에 대한 정보를 효과적으로 나타낼 수 있는 생체신호가 측정되어야 하는 것은 자명한 사실이다.2. Description of the Related Art Businesses that measure personal bio signals and provide personalized medical services with information obtained from bio signals are widely known. In order for the above-mentioned customized medical service to be effectively provided to a visitor who visits a clinic or a hospital, it is obvious that a biosignal that can effectively display information about a visitor's disease and disease by minimizing noise must be measured.
다만, 사람으로부터 측정될 수 있는 생체신호의 종류는 다양할 뿐만 아니라, 특정 장기나 부위에 대한 생체신호가 측정되는 과정에서 인접한 장기나 측정환경에 따라 생체신호에 잡음이 필연적으로 추가되므로, 측정된 생체신호에서 효과적으로 잡음을 제거하면서, 생체신호가 갖고 있는 고유한 특징정보의 유실을 최소화할 수 있는 방법이 오래전부터 연구되어 왔다.However, the types of bio-signals that can be measured from a person are not only various, but noise is inevitably added to the bio-signals according to adjacent organs or measurement environments in the process of measuring bio-signals for a specific organ or region. A method of effectively removing noise from a biosignal and minimizing loss of unique characteristic information possessed by the biosignal has been studied for a long time.
생체신호의 잡음을 제거하는 방법의 일 예로서, 주파수필터를 이용하여 특정한 주파수성분만을 제거하거나 특정한 주파수성분만을 남기는 방식이 있다. 위와 같은 방식은, 간단하게 필요한 주파수성분만 남길 수 있다는 장점이 있는 반면, 생체신호의 전부 또는 일부에 대해 위상 이동(phase shift)이 발생하여, 시간영역의 신호로 복원하더라도 원래의 생체신호에서 특정시점을 대한 정보를 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라, 잡음의 주파수가 생체신호의 주파수범위에 속하면 논리적으로 잡음제거가 불가능하게 되는 한계점이 있다.As an example of a method of removing noise of a biosignal, there is a method of removing only a specific frequency component or leaving only a specific frequency component using a frequency filter. While the above method has an advantage that it is possible to simply leave only the necessary frequency components, a phase shift occurs for all or part of the biosignal, so even if it is restored as a time domain signal, it is specific to the original biosignal. In addition to not being able to accurately know the information on the viewpoint, when the noise frequency falls within the frequency range of the biosignal, there is a limitation in that it is logically impossible to remove the noise.
또한, 생체신호의 잡음을 제거하는 방법의 다른 일 예로서, 잡음제거자동인코더(denoising autoencoder)를 이용하는 방식도 있다. 잡음제거자동인코더는 인공신경망(ANN: Artificial Neural Network)의 구조를 이용하여 만든 알고리즘으로 동작하는 모듈(또는 프로그램)로서, 내부적으로 구현된 인공신경망의 입력과 출력이 같아지도록 학습하는 특징이 있다. 잡음제거자동인코더는 입력레이어(input layer), 히든레이어(hidden layer), 출력레이어(output layer)로 구성된 인공신경망을 포함하고, 입력과 출력의 차이를 줄이기 위해서 트레이닝(training)되고, 트레이닝을 반복하면서 입력의 특색을 파악하게 된다. 잡음제거자동인코더는 어떠한 특정 생체신호에 대해 트레이닝이 완료된 후에, 잡음이 섞인 생체신호를 입력받으면, 잡음을 제거한 생체신호를 출력하게 된다.In addition, as another example of a method of removing noise of a biosignal, there is a method using a denoising autoencoder. The noise canceling automatic encoder is a module (or program) that operates with an algorithm created using the structure of an artificial neural network (ANN), and has the feature of learning so that the input and output of the internally implemented artificial neural network are the same. The noise canceling automatic encoder includes an artificial neural network consisting of an input layer, a hidden layer, and an output layer, trained to reduce the difference between input and output, and repeats training. As you do, you will grasp the characteristics of the input. The noise canceling auto-encoder outputs the bio-signal with the noise removed when inputting the bio-signal with the noise after the training is completed for a specific bio-signal.
다만, 잡음제거자동인코더는 일반적인 인공신경망을 기초로 동작하는 특성에 의해, 고정된 한 시점의 파라미터를 입력으로 받아서 그 시간에 대응되는 출력값을 추정하여 출력하므로, 시계열 특성을 갖는 생체신호는 특정한 전처리과정을 거치지 않으면 잡음제거자동인코더의 입력이 될 수 없다는 한계점이 존재한다. 일반적으로 생체신호는 단순히 시간의 흐름에 따라 변화하는 데이터가 아니라, 어느 과거시점의 신호값이 그 시점보다 미래시점의 신호값에 영향을 주는 형태로 표현되기 때문이다.However, since the automatic noise canceling encoder operates on the basis of a general artificial neural network, it receives a parameter of a fixed point in time and estimates the output value corresponding to the time, and outputs it. There is a limitation in that it cannot be input to an automatic noise canceling encoder without going through the process. This is because, in general, a biosignal is not simply data that changes with the passage of time, but a signal value at a certain past time point is expressed in a form that affects a signal value at a future time point rather than the time point.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생체신호 중에서도 일정한 주기를 갖고 하나의 주기 내에서 적어도 두 가지 이상의 특징지점을 갖고 있는 생체신호에 포함되어 있는 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method and apparatus for effectively removing noise contained in a biosignal having a certain period among biosignals and having at least two or more feature points in one period. To do it.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 일정한 주기를 갖는 사용자의 생체신호를 기설정된 샘플링레이트를 기초로 하여 샘플링하여 복수의 샘플링된 신호를 획득하는 샘플링단계; 상기 샘플링된 신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 상기 학습그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음(noise)을 추가하는 그룹분리단계; 상기 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 인공신경망(ANN: Artificial Neural Network)을 기초로 인코딩 및 디코딩을 순차적으로 수행하는 잡음제거자동인코더모듈(denoising autoencoder module)에 상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적(time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 학습단계; 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음을 추가하고, 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하여, 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음을 제거하는 시험입력단계를 포함한다.A method according to an embodiment of the present invention for solving the technical problem includes: a sampling step of obtaining a plurality of sampled signals by sampling a biosignal of a user having a constant period based on a preset sampling rate; A group separation step of separating the sampled signals into a learning group and a test group, and adding noise to a sampling signal included in the learning group; The noise-added sampling signal is sorted in the order of signal generation time, and the alignment is arranged in a denoising autoencoder module that sequentially performs encoding and decoding based on an artificial neural network (ANN). A learning step of inputting a sampling signal in a time series to train the noise canceling automatic encoder module; And a test input step of adding noise to the sampling signal included in the test group and inputting the noise to the noise removal automatic encoder module in time series to remove noise added to the sampling signal included in the test group.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 장치는, 일정한 주기를 갖는 사용자의 생체신호를 기설정된 샘플링레이트를 기초로 하여 샘플링하여 복수의 샘플링된 신호를 획득하는 샘플링부; 상기 샘플링된 신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 상기 학습그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음(noise)을 추가하는 그룹분리부; 상기 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 인공신경망(ANN: Artificial Neural Network)를 기초로 인코인 및 디코딩을 순차적으로 수행하는 잡음제거자동인코더모듈(denoising autoencoder module)에 상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적(time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 모듈학습부; 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음을 추가하고, 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하여, 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음을 제거하는 시험입력부를 포함한다.Apparatus according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem is a sampling unit for obtaining a plurality of sampled signals by sampling a biosignal of a user having a constant period based on a predetermined sampling rate; A group separation unit separating the sampled signals into a learning group and a test group, and adding noise to a sampling signal included in the learning group; The sampling signal to which the noise is added is arranged in the order of signal generation time, and the alignment is performed in a denoising autoencoder module that sequentially performs encoding and decoding based on an artificial neural network (ANN). A module learning unit that inputs the sampled signal in a time series to learn the automatic noise canceling encoder module; And a test input unit that adds noise to the sampling signal included in the test group and inputs the time-series to the noise removal automatic encoder module to remove noise added to the sampling signal included in the test group.
본 발명의 일 실시 예는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a computer-readable recording medium storing a program for implementing a method for removing noise of a periodic biosignal.
본 발명에 따르면, 생체신호 중에서도 일정한 주기를 갖고 하나의 주기 내에서 적어도 두 가지 이상의 특징지점을 갖고 있는 생체신호에 포함되어 있는 잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively remove noise included in a biosignal having a constant period among biosignals and having at least two or more feature points in one period.
도 1는 본 발명에 따른 생체신호의 잡음을 제거하는 장치의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 샘플링부가 샘플링하는 대상인 사용자의 생체신호의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 모듈학습부가 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가되는 잡음을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 양방향 순환신경망 자동인코더의 동작특성을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 따른 잡음제거성능을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 슬라이딩 윈도우 방식을 통해서 잡음을 제거한 신호를 구축하는 일 예를 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.1 is a block diagram of an example of an apparatus for removing noise in a biosignal according to the present invention.
2 is a diagram schematically showing an example of a user's biosignal that is a sampling target of the sampling unit.
FIG. 3 is a diagram for explaining a process in which the module learning unit learns the noise canceling automatic encoder module.
4 to 8 are diagrams schematically showing noise added to the sampling signal included in the test group.
9 is a diagram schematically showing the operating characteristics of the bidirectional circulating neural network automatic encoder.
10 is a diagram schematically showing the noise reduction performance according to the bidirectional circulatory network noise removal automatic encoder.
11 is a diagram schematically showing an example of constructing a signal without noise through a sliding window method.
12 is a flowchart illustrating an example of a method of removing noise of a periodic biosignal according to the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. The present invention can be applied to a variety of transformations and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted when described with reference to the drawings. .
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following examples, terms such as first and second are not used in a limited sense, but for the purpose of distinguishing one component from other components.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following embodiments, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징을 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following examples, terms such as include or have are meant to mean that features or components described in the specification exist, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or components.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.When an embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to that described.
도 1는 본 발명에 따른 생체신호의 잡음을 제거하는 장치의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.1 is a block diagram of an example of an apparatus for removing noise in a biosignal according to the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 생체신호의 잡음을 제거하는 장치(10)는 샘플링부(110), 그룹분리부(130), 모듈학습부(150), 시험입력부(170), 시험검증부(190) 및 데이터베이스(195)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 실시 예에 따라서, 시험검증부(190) 및 데이터베이스(195)는 생략될 수도 있다.Referring to FIG. 1, the
샘플링부(110)는 사용자의 생체신호를 기설정된 샘플링레이트(sampling rate)를 기초로 샘플링하여 복수의 샘플링된 신호를 획득한다. 샘플링부(110)가 샘플링하는 사용자의 생체신호에는 다양한 신호가 포함될 수 있으며, 후술하는 순환신경망에 따른 학습효과를 극대화하기 위해서, 미리 설정된 복수의 조건을 만족하는 신호인 것이 바람직하다. The
예를 들어, 샘플링부(110)가 샘플링하는 사용자의 생체신호는 일정한 주기를 갖고 있어야 한다. 사용자의 생체신호가 일정한 주기를 갖고 있다는 것은 생체신호에서 특징점이라고 볼 수 있는 부분이 미리 정해진 시간마다 나타난다는 의미이므로, 이와 같은 특성을 이용하여 잡음을 제거하고, 잡음을 제거하는 과정에서 손상된 생체신호를 복구하기 용이하다. For example, the user's biological signal sampled by the
여기서, 미리 정해진 시간은 고정된 한 점의 시간이 될 수 있고, 미리 정해진 범위의 시간이 될 수 있다. 예를 들어, 주기가 10초인 생체신호는 본 발명에 의해 잡음제거가 가능한 신호이며, 주기가 8초 내지 12초 사이의 값으로 시간에 따라 변화하는 생체신호도 잡음제거를 효과적으로 하기 위한 기본적인 조건이 충족되는 것으로 간주하여, 본 발명에 의해 잡음제거가 될 수 있다.Here, the predetermined time may be a fixed point of time, or a predetermined range of time. For example, a biosignal having a period of 10 seconds is a signal capable of removing noise according to the present invention, and a biosignal whose period changes with a value between 8 and 12 seconds has a basic condition for effectively removing noise. Considered to be satisfied, noise can be eliminated by the present invention.
또한, 사용자의 생체신호는 주기마다 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함할 수 있다. 주기마다 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하는 생체신호에서, 제1특징지점 및 제2특징지점의 시간적 간격은 미리 설정된 범위내인 것이 바람직하다.In addition, the biosignal of the user may include a first feature point and a second feature point for each period. In the biosignal including the first feature point and the second feature point for each period, it is preferable that the time interval between the first feature point and the second feature point is within a preset range.
도 2는 샘플링부가 샘플링하는 대상인 사용자의 생체신호의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing an example of a user's biosignal that is a sampling target of the sampling unit.
보다 구체적으로, 도 2는 광용적맥파(Photoplethysmogram)검사에 따른 PPG신호의 일 예를 나타내며, PPG신호는 수축 피크(Systolic Peak) 및 대동맥패임(Dicrotic notch)을 제1특징지점 및 제2특징지점으로서 포함하고 있다. 도 2에 따른 신호는 광용적맥파검사에 따른 PPG신호에서 한 주기만을 따온 신호 세그먼트(signal segment)로서 실제 사용자의 PPG신호는 도 2에 도시된 신호 세그먼트가 계속 반복되는 양상을 보인다.More specifically, FIG. 2 shows an example of a PPG signal according to a photoplethysmogram test, and the PPG signal has a first characteristic point and a second characteristic point with a systolic peak and an aortic dip. It contains as. The signal according to FIG. 2 is a signal segment obtained after only one period from the PPG signal according to the light volume pulse wave test, and the PPG signal of the actual user shows a pattern in which the signal segment shown in FIG. 2 continues to be repeated.
Systolic Peak(210)는 PPG신호에서 가장 높은 지점으로서, PPG신호는 Systolic Peak(210)에 도달한 후, 해당 주기가 끝날 때까지 Systolic Peak(210)보다 더 높은 지점에 도달하지 않는 특성이 있다.The
Diastolic Peak(250)는 Systolic Peak(210)가 나타난 이후에 관찰되는 PPG신호의 특징지점으로서, PPG신호는 Systolic Peak(210)에 도달한 후 Dicrotic notch(230)까지 계속 하강하다가, Diastolic Peak(250)에 도달할 때까지 일시적으로 상승하는 신호특성을 갖는다.
PPG신호가 위와 같은 신호특성을 가질 수 밖에 없는 이유는, 심실이 수축될 때, 대동맥의 압력보다 낮은 경우에는 혈액이 반월판을 열지 못하기 때문에 심방쪽으로도 압력이 가해지고, 심실이 이완될 때에는 판막이 순간적으로 닫힘에 따라 반동에 의해서 중복맥(Dicrotic notch)이 나타날 수 밖에 없기 때문이다. 측정대상에 따라 x(280), y(290)의 차이만 있을 뿐, 심장을 구성하는 심방, 심실의 기계적인 배치 및 심방, 심실을 출입하는 혈류에 따른 압력 등에 의해서 PPG신호의 파형에서는, Systolic Peak(210), Dicrotic notch(230), Diastolic Peak(250)이 순차적으로 관찰되고, Systolic Peak(210), Dicrotic notch(230), Diastolic Peak(250)는 본 발명에서의 제1특징지점 또는 제2특징지점이 될 수 있다. 여기서, x(280)는 Systolic Peak(210)에서의 PPG신호값, y(290)는 Dicrotic notch(230) 또는 Diastolic Peak(250)의 PPG신호값을 의미한다.The reason why the PPG signal must have the above signal characteristics is that when the ventricle contracts, when the pressure is lower than the pressure of the aorta, blood cannot open the meniscus, and pressure is applied to the atrium, and when the ventricle is relaxed This is because a diptic notch is forced to appear due to recoil as the moment closes. There is only a difference between x (280) and y (290) depending on the measurement object, and the PPG signal waveform is Systolic due to the atrium constituting the heart, the mechanical placement and atrium of the ventricle, and the pressure of blood flow to and from the ventricle. Peak (210), Dicrotic notch (230), Diastolic Peak (250) are sequentially observed, Systolic Peak (210), Dicrotic notch (230), Diastolic Peak (250) is the first feature point or the present invention 2 It can be a feature point. Here, x (280) is the PPG signal value at the
또한, Systolic Peak(210)과 Dicrotic notch(230)와의 시간적 격차인 Width(270)는 Systolic Peak(210) 및 Dicrotic notch(230) 중 어느 하나가 잡음에 의해 관찰되지 않을 때에 신호의 복원을 위해 사용될 수 있는 시간적 간격을 의미하고, 샘플링부(110)에 의해 샘플링되는 사용자의 생체신호를 결정하는 중요한 요소가 된다. 샘플링부(110)에 의해서, Systolic Peak(210) 및 Dicrotic notch(230) 사이의 시간적 간격은 미리 설정된 범위내의 값으로 한정된다.In addition, Width (270), which is a temporal gap between Systolic Peak (210) and Dicrotic notch (230), can be used to recover the signal when one of Systolic Peak (210) and Dicrotic notch (230) is not observed due to noise. It means a possible time interval, and is an important factor for determining a user's biosignal sampled by the
도 2에서는 설명의 편의를 위해서, 광용적맥파검사에 따른 PPG신호를 예시적으로 설명하였으나, 전술한 것과 같이, 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하는 주기적 생체신호로서, 제1특징지점 및 제2특징지점 간의 시간적 간격이 샘플링부(110)에 의해 기설정된 범위내라면 어떠한 생체신호도 샘플링대상이 될 수 있다는 점은 자명하다. 예를 들어, 샘플링부(110)에 의해 샘플링가능한 생체신호에는, 심전도검사 ECG: electrocardiogram), 지진박동곡선검사(seismocardiogram), 임피던스검사(impedance cardiogram), 심장탄도검사(BCG: ballistocardiogram), 지첨용적매파검사(plethysmogram), 초음파검사(ultrasound), 뇌파검사(electroephalography)에 따른 신호들이 모두 포함될 수 있다.In FIG. 2, for convenience of description, the PPG signal according to the light volume pulse wave test is exemplarily described, but as described above, as a periodic biosignal including the first feature point and the second feature point, the first feature point And it is obvious that any biological signal can be a sampling target if the time interval between the second feature points is within a predetermined range by the
샘플링부(110)는 생체신호를 기설정된 샘플링레이트로 샘플링하여 복수의 샘플링된 신호를 획득한다. 여기서, 샘플링레이트는 125Hz가 될 수 있다. 복수의 샘플링된 신호는 생체신호를 구성하는 신호 세그먼트(signal segment) 각각을 의미한다. 예를 들어, 생체신호의 전체 길이가 10초이고, 샘플링레이트가 125Hz라면, 생체신호의 신호 세그먼트의 수는 1250개가 된다. 위와 같은 생체신호의 길이 및 샘플링레이트는 고정된 값이 아니며, 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 이하에서는, 샘플링된 신호와 신호 세그먼트를 동일한 의미로 사용하기로 한다.The
그룹분리부(130)는 샘플링된 신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 학습그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음(noise)을 추가한다. 학습그룹은 후술하는 잡음제거자동인코더에 포함되어 있는 신경망을 트레이닝시키기 위한 신호 세그먼트들을 포함한다. 시험그룹은 잡음제거자동인코더에 포함되어 있는 신경망이 학습그룹에 포함된 신호 세그먼트들에 의해 트레이닝되고 난 후, 실제로 트레이닝이 유효하게 되었는지 시험하기 위한 신호 세그먼트들을 포함한다.The
그룹분리부(130)는 학습그룹에 포함된 샘플링신호들에 대해서, 그룹에 속한 신호의 최소값을 뺀 다음 그룹에 속한 신호의 최대값으로 나눔으로써, 진폭정규화(amplitude-normalized)과정을 추가로 거치도록 처리할 수 있다. 이와 같은 정규화과정은 잡음제거자동인코더의 학습 효율성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.The
그룹분리부(130)가 학습그룹에 포함된 샘플링된 신호들에 추가하는 잡음(noise)에는 다양한 잡음이 포함될 수 있다. 일 예로서, 그룹분리부(130)는 무작위적 잡음(random noise)을 학습그룹에 포함된 샘플링된 신호들에 추가할 수 있다.다른 일 예로서, 그룹분리부(130)는 백색 잡음(white noise), 슬로핑잡음(sloping noise), 포화잡음(saturation noise) 중 적어도 하나 이상을 학습그룹에 포함된 샘플링된 신호들에 추가할 수 있다. 실시 예에 따라, 백색잡음, 슬로핑잡음, 포화잡음 중 두 개 이상이 복합적으로 중첩된 잡음은 복합잡음(combined noise)로서 무작위 잡음과 동일하게 취급될 수 있다. 학습그룹에 포함된 샘플링된 신호들은 잡음이 추가되기 전에 복사되어 데이터베이스(195)에 저장되었다가 후술하는 모듈학습부(150)의 호출에 의해 모듈학습부(150)로 송신될 수 있다.Various noises may be included in the noise added by the
모듈학습부(150)는 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 인공신경망을 기초로 인코딩(encoding) 및 디코딩(decoding)을 순차적으로 수행하는 잡음제거자동인코더모듈에 정렬된 샘플링신호를 시계열적으로 입력하여 잡음제거자동인코더모듈을 학습시킨다. 모듈학습부(150)는 잡음제거자동인코더모듈을 물리적 또는 논리적으로 포함하거나, 잡음제거자동인코더모듈과 유선 또는 무선으로 연결되어 있다.The
여기서, 잡음제거자동인코더모듈이란 배경기술에서 설명한 것처럼 입력과 출력에 동일한 신호를 넣었을 때, 잡음제거자동인코더모듈에 포함된 ANN에 의해서 신호의 특성이 트레이닝되어, 트레이닝이 완료된 상태(학습된 상태)에서 잡음이 섞인 신호를 잡음제거자동인코더의 입력으로 넣었을 때에 잡음이 섞이지 않은 신호를 출력하는 기능을 갖는 모듈을 의미한다.Here, when the same signal is input to the input and output as described in the background of the noise canceling automatic encoder module, the characteristics of the signal are trained by the ANN included in the noise canceling automatic encoder module, and the training is completed (learned state). In the above, it means a module that has the function of outputting a signal with no noise when the signal with noise is input to the input of the automatic noise canceling encoder.
도 3은 모듈학습부가 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining a process in which the module learning unit learns the noise canceling automatic encoder module.
도 3을 참조하면, 잡음제거자동인코더모듈에 포함되는 인공신경망은 Input Layer(330), Forward Layer(350), Backward Layer(370), Output Layer(390)로 구성되어 있다는 것을 알 수 있다. Input Layer(330)에는 생체신호의 세그먼트가 시계열적으로 입력되고, 도 3에서 이러한 시계열적 입력동작은 Time steps(310)을 통해 표현되어 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the artificial neural network included in the noise reduction automatic encoder module is composed of an
모듈학습부(150)는 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 잡음제거자동인코더모듈의 인공신경망의 Input Layer(330)에 시계열적으로 입력하여 Forward Layer(350) 및 Backward Layer(370)를 통해서 학습그룹에 추가된 샘플링신호를 트레이닝시킨다.The
예를 들어, 샘플링부(110)에 생체신호가 125Hz로 샘플링되고, 학습그룹에 포함된 신호 세그먼트들이 사용자의 생체신호 2초에 해당하는 길이에서 샘플링되었다면, 신호 세그먼트들은 250개가 되며, 가장 과거 시점인 t-249시점의 신호 세그먼트부터 가장 최근 시점의 t시점의 신호 세그먼트가 순차적으로 Input Layer(330)에 입력된다. 잡음제거자동인코더모듈의 기본적인 동작 특성에 의해서 Output Layer(390)에는 그룹분리부(130)에 의해 잡음이 섞이기 전의 학습그룹의 신호 세그먼트들(250개)이 시계열적으로 입력된다.For example, if the biosignal is sampled at the
도 3에서 Forward Layer(350), Backward Layer(370)에는 각각 40개의 노드들로 구성되어, Input Layer(330)에 시계열적으로 입력된 잡음이 추가된 신호 세그먼트들을 트레이닝하면서, 최종적으로 Output Layer(390)에 입력된 신호 세그먼트들처럼 잡음이 제거된 신호 세그먼트들이 출력될 수 있도록 반복학습처리된다. 도 3에서 Forward Layer(350), Backward Layer(370)의 노드의 개수는 40개로 한정되지 않으므로, 20개 또는 60개가 될 수도 있다.In FIG. 3, the
Forward Layer(350), Backward Layer(370)는 Hidden Layer(미도시)를 구성하여 시계열적으로 입력된 신호 세그먼트들 중에서 잡음과 잡음이 아닌 생체신호를 구분하기 위한 트레이닝이 수행되는 계층으로서, 본 발명에 따르면, 도 3처럼 여러 시점의 신호 세그먼트들은 잡음이 추가되거나 추가되지 않은 채로 Input Layer(330), Output Layer(390)에 시계열적으로 입력되어 트레이닝됨으로써, 단순한 인공신경망(ANN)이 아닌 순환신경망(RNN)의 원리로서 동작하게 된다. RNN은 메모리 기능이 부가된 인공신경망으로서, 한 시점의 신호 세그먼트가 아니라 시계열 순서로 입력되는 복수의 신호 세그먼트를 학습할 수 있다는 점에서, 과거 시점의 신호값이 미래 시점의 신호값에 영향을 끼치는 주기적 생체신호를 처리하는 데에 있어서 매우 적합한 특징을 갖는다.The
도 3에서 Input Layer(330), Output Layer(390)의 노드 개수는 250개로 한정되어 있으나, 이는 예시적인 값에 불과하므로, 실시 예에 따라서, Input Layer(330), Output Layer(390)의 노드 개수는 250개보다 더 적거나 더 많을 수 있다.In FIG. 3, the number of nodes of the
모듈학습부(150)는 잡음이 추가된 신호세그먼트들을 잡음제거자동인코더에 입력하여 잡음이 일정수준 이상 제거된 신호 세그먼트가 출력되었을 때, 학습그룹에 포함된 신호 세그먼트들에 대한 반복학습과정을 종료하게 된다.The
시험입력부(170)는 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음을 추가하고, 잡음이 추가된 신호 세그먼트들을 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하여, 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음을 제거한다. 구체적으로, 시험입력부(170)는 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음이 추가되면, 잡음이 추가된 신호 세그먼트들을 잡음제거자동인코더모듈에 시계적으로 입력하여, 잡음제거자동인코더모듈로부터 잡음이 제거된 신호 세그먼트들이 출력되도록 한다.The
도 4 내지 도 8은 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가되는 잡음을 도식적으로 나타내는 도면이다.4 to 8 are diagrams schematically showing noise added to the sampling signal included in the test group.
도 4 내지 도 8을 설명하기에 앞서, 시험그룹에 포함된 샘플링신호는 사용자가 광용적맥파(PPG)검사를 수행하였을 때 측정되는 신호라고 가정한다.Before describing FIGS. 4 to 8, it is assumed that the sampling signal included in the test group is a signal measured when a user performs a light volume pulse wave (PPG) test.
도 4는 PPG신호가 특정한 샘플링레이트에 의해서 샘플링되어 복수의 PPG 세그먼트로 분리되었을 때, 그 중 선택된 하나의 PPG 세그먼트를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 도 4를 설명하면, 도 4는 2회의 수축 피크(Systolic Peak) 및 총 3회의 대동맥패임(Dicrotic Notch)이 포함된 원신호 PPG 세그먼트(Original PPG segment)를 도시하고 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a diagram schematically showing one selected PPG segment when a PPG signal is sampled at a specific sampling rate and separated into a plurality of PPG segments. Referring to FIG. 4 with reference to FIG. 2, it is understood that FIG. 4 shows an original PPG segment including two systolic peaks and three aortic notches. You can.
도 5는 원신호 PPG 세그먼트에 백색잡음이 적용된 결과를 도식적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 5는 백색 잡음의 고유한 특성에 따라, 진동률이 큰 파형이 도 4의 원신호 PPG 세그먼트에 적용되어, 원신호 PPG 세그먼트와는 다른 양상의 신호 세그먼트로 변경된 모습을 나타낸다.5 schematically shows a result of applying white noise to the original signal PPG segment. More specifically, FIG. 5 shows a shape in which a waveform having a large vibration rate is applied to the original signal PPG segment of FIG. 4 and changed to a signal segment of a different aspect from the original signal PPG segment according to the characteristic of white noise.
도 6은 원신호 PPG 세그먼트에 슬로핑잡음이 적용된 결과를 도식적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 6는 슬로핑잡음의 고유한 특성에 의해, 수축 피크 및 대동맥패임을 나타나는 구간이 사라진 원신호 PPG 세그먼트를 도식적으로 나타내고 있다.FIG. 6 schematically shows the result of applying the slipping noise to the original signal PPG segment. More specifically, FIG. 6 schematically shows the original signal PPG segment in which the section showing the contraction peak and the aortic pimple disappeared due to the intrinsic characteristic of the slope noise.
도 7은 원신호 PPG 세그먼트에 포화잡음이 적용된 결과를 도식적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 7은 포화잡음의 고유한 특성에 의해, 두번째 대동맥패임 이후에 포화(saturation)값으로 급격히 증가하여 그 포화값을 유지하는 원신호 PPG 세그먼트를 도식적으로 나타내고 있다. 도 7에서 포화값에 도달한 이후에는 원신호 PPG 세그먼트에 대한 정보가 완전히 유실된다. 7 schematically shows a result of applying saturation noise to the original signal PPG segment. More specifically, FIG. 7 schematically shows the original signal PPG segment that maintains the saturation value by rapidly increasing to a saturation value after the second aortic dip due to the characteristic characteristic of saturation noise. In FIG. 7, after reaching the saturation value, information about the original signal PPG segment is completely lost.
도 8은 원신호 PPG 세그먼트에 복합잡음이 적용된 결과를 도식적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 8의 복합잡음은 도 5 내지 도 7을 통해 설명한 백색잡음, 슬로핑잡음, 포화잡음 중 적어도 두 가지 이상이 혼합된 잡음을 의미하고, 복합잡음에 포함된 잡음들의 특성들에 의해서, 원신호 PPG 세그먼트와는 완전히 다른 파형을 나타내게 된다.8 schematically shows the result of applying the complex noise to the original signal PPG segment. More specifically, the complex noise of FIG. 8 refers to noise in which at least two or more of the white noise, the slope noise, and the saturated noise described through FIGS. 5 to 7 are mixed, and the characteristics of the noises included in the complex noise are By this, a completely different waveform from the original signal PPG segment is displayed.
시험입력부(170)는 도 4와 같은 신호 세그먼트에 백색잡음, 슬로핑잡음, 포화잡음 중 적어도 한 가지의 잡음을 추가하는 방식을 통해 잡음이 추가된 신호 세그먼트를 생성하여, 그 생성된 신호 세그먼트들을 모듈학습부(150)에 의해서 학습된 잡음제거자동인코더모듈의 Input Layer(330)에 시계열적으로 입력한다.The
선택적 일 실시 예로서, 시험입력부(170)는 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음이 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 의해서 미리 설정된 비율을 초과하여 제거된 것으로 파악되면 샘플링부(110)로부터 샘플링된 목표생체신호를 추가로 수신하고, 수신된 목표생체신호를 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력시켜서 잡음을 제거할 수도 있다. As an optional embodiment, when the
본 선택적 일 실시 예에서, 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음이 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 의해서 미리 설정된 비율을 초과하여 제거되었다는 것은 모듈학습부(150)에 의해서 잡음제거자동인코더모듈이 적절하게 트레이닝되었다는 것을 의미한다. 여기서, 미리 설정된 비율은 시험입력부(170)에 미리 저장되어 있거나, 데이터베이스(195)에 저장되어 있다가 시험입력부(170)가 논리판단을 하는 과정에서 시험입력부(170)에 전달되는 수치이다. 미리 설정된 비율은 잡음제거자동인코더모듈의 학습의 수준을 얼마나 엄격하게 설정하냐에 따라서 높아지거나 낮아질 수도 있다.In this optional embodiment, the noise removal automatic encoder module is removed by the
또한, 목표생체신호는 모듈학습부(150)에 의해서 트레이닝(training)이 완료된 잡음제거자동인코더모듈이 전술한 과정에 따라 시험입력부(170)에 의해서 유효성(validation)이 검증되고 나면, 실제적으로 잡음을 제거하기 위해서 데이터베이스(195)에 미리 저장해두었거나, 유효성이 검증되고 나서 새롭게 수신한 생체신호를 의미한다. 목표생체신호는 샘플링부(110)를 거쳐서 적절하게 샘플링된 후, 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력됨으로써, 잡음이 충분히 제거될 수 있다.In addition, the target biological signal is a noise removal automatic encoder module, which has been trained by the
시험검증부(190)는 시험입력부(170)에 의해 잡음이 추가된 신호 세그먼트를 입력값으로 수신한 잡음제거자동인코더모듈이 출력신호를 출력하면, 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 출력신호와의 동일성의 정도를 파악하는 방식을 통해 시험과정을 검증한다. 잡음제거자동인코더모듈이 출력하는 출력신호는 입력된 신호 세그먼트에 대응되는 신호로서 동일한 시간길이를 갖는 신호 세그먼트이며, 시험검증부(190)는 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 출력신호와의 RMSE(Root Mean Square Error)나 상관성(Correlation)을 산출하여 미리 설정된 값과 비교하는 방식을 통해서 검증과정을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 잡음제거자동인코더모듈이 출력하는 출력신호는 신호 세그먼트들을 결합한 신호일 수도 있다.The
위와 같이, 시험검증부(190)는 시험입력부(170)에 의해 시험그룹에 포함된 신호 세그먼트들이 시계열적으로 잡음제거자동인코더모듈에 입력되어, 신호 세그먼트들에 포함된 잡음들이 제거되면, 잡음이 얼마나 잘 제거되었는지를 검증하고, 사용자에게 검증된 결과를 출력할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 생체신호의 잡음을 제거하는 장치(10)를 관리하는 관리자는 시험검증부(190)에 의해 검증된 결과를 관찰하고, 잡음제거자동화인코더모듈에 포함된 신경망의 각 계층에 포함되는 노드의 수를 조정하거나, 모듈학습부(150)의 학습 알고리즘을 개선시키기 위한 파라미터를 보다 더 세밀하게 조정할 수 있게 된다.As described above, the
데이터베이스(195)는 샘플링부(110), 그룹분리부(130), 모듈학습부(150), 시험입력부(170) 및 시험검증부(190)와 통신을 수행하면서, 잡음제거자동인코딩모듈을 학습시키고 시험그룹에 포함된 신호 세그먼트를 시험하고 검증하는 과정에서 송수신되는 각종 데이터를 임시적으로 저장하고 반환하는 기능을 수행한다.While the
전술한 것과 같이, 본 발명에 따른 잡음 제거 장치(10)는 종래에 알려진 ANN을 기본으로 하는 잡음제거자동인코더모듈을, 효과적으로 이용하는 장치로서 일정한 주기를 갖고 주기 내에 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하는 생체신호의 잡음을 제거할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 잡음제거자동인코더모듈의 동작을 ANN으로 한정하지 않고 RNN에 의해 수행될 수 있도록 하는 구성으로서, 생체신호를 신경망의 Input Layer에 한번에 입력하는 것이 아니라 시계열 데이터 형식으로 측정된 생체신호를 시간 스텝(time step)마다 적어도 하나 이상의 샘플씩 입력하는 구조를 갖는 장치를 제안한다.As described above, the
특히, 생체신호에 포함되어 있는 잡음의 크기가 클 경우, 생체신호의 특징점(feature)들이 묻혀버리는 경우가 발생하는데, 시간적 정보를 이용하여 이러한 특징점이 어디에 생기는지 예측하여 재구축할 수 있는 waveform feature accentuation과 같은 기능을, 본 발명과 같이 RNN을 접목시킨 잡음제거자동인코더에서는 이용가능한 장점이 있다.In particular, when the magnitude of the noise included in the biosignal is large, the feature points of the biosignal may be buried. However, waveform feature accentuation that can be reconstructed by predicting where these feature points are generated using temporal information The same function, as in the present invention, has an advantage that can be used in a noise canceling automatic encoder incorporating RNN.
이하에서는, 본 발명에 따른 잡음 제거 장치(10)의 추가적인 실시 예에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, additional embodiments of the
선택적 일 실시 예로서, 샘플링부(110)가 샘플링하는 생체신호가 PPG신호라면, 제1특징지점은 대동맥패임이고, 제2특징지점은 수축피크일 수도 있다. 본 선택적 일 실시 예에 따르면, 생체신호가 PPG신호일 때 대동맥패임이 수축피크보다 시간적으로 더 먼저 위치하는 것을 간주하고, 잡음제거자동인코더모듈의 순환신경망의 학습 및 시험단계를 진행하게 됨에 따라서, 시험검증부(190)에서 잡음을 제거한 신호 세그먼트를 관찰하다가, 특정 주기에서 수축 피크가 발견되지 않고 대동맥패임만 존재하는 것을 발견할 경우, 수축 피크에 해당하는 신호성분이 잡음을 제거하는 과정에서 누락된 것을 용이하게 파악할 수 있게 된다. 즉, 본 선택적 일 실시 예는, 제1특징지점 및 제2특징지점을 각각 수축피크, 대동맥패임으로 두고 잡음제거알고리즘을 실행하는 경우에 있어서, 그 결과가 만족스럽지 않은 경우에 추가적으로 잡음이 제거된 신호를 획득하기 위해 수행되는 일 방법이 될 수도 있다.As an exemplary embodiment, if the biosignal sampled by the
다른 선택적 일 실시 예로서, 모듈학습부(150)는 시간순서로 정렬된 신호 세그먼트를 잡음제거자동인코더모듈의 Input Layer(330)에 시계열적으로 입력할 뿐만 아니라, 반시계열적으로 입력하는 방식을 통해, 잡음제거자동인코더모듈을 학습시킬 수도 있다. 단순히 한 방향으로 신호 세그먼트를 입력하는 것이 아니라, 양 방향으로 신호 세그먼트를 Input Layer(330)에 입력하는 점에서, 본 선택적 일 실시 예에 따라 구현되는 장치는 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더(BRDAE: Bidirectional Recurrent Denoising AutoEncoder)라고 호칭될 수 있다.As another optional embodiment, the
도 9는 양방향 순환신경망 자동인코더의 동작특성을 도식적으로 나타내는 도면이다.9 is a diagram schematically showing the operating characteristics of the bidirectional circulating neural network automatic encoder.
먼저, 순환신경망 잡음제거자동인코더(RDAE: Recurrent Denoising AutoEncoder)에 의할 경우, 시간순서로 정렬된 신호 세그먼트가 잡음제거자동인코더에 0에서 i까지의 순서(시계열적)로 입력되어 학습된다. 이때, 신호 세그먼트에서 0은 가장 앞선 시점을 의미한다고 간주한다.First, in the case of a recurrent denoising autoencoder (RDAE), signal segments arranged in chronological order are input to the noise canceling autoencoder in order from 0 to i (time series) to be learned. At this time, it is assumed that 0 in the signal segment means the most advanced time point.
이어서, 본 선택적 일 실시 예에 따른 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 의할 경우, 시간순서로 정렬된 신호 세그먼트가 잡음제거자동인코더에 0에서 i까지의 순서(시계열적)로 입력될 뿐만 아니라, i에서 0까지의 순서(반시계열적)로 입력되어 학습된다.Subsequently, in the bidirectional cyclic neural network noise reduction automatic encoder according to the present exemplary embodiment, not only the signal segments sorted in chronological order are input to the noise reduction automatic encoder in a sequence from 0 to i (time series), It is entered and learned in the order of i to 0 (semi-serial).
위와 같이 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 따르면, 후속적으로 입력되는 정보뿐만 아니라 반대로 입력되는 정보도 응용하여 이용할 수 있게 된다. 생체신호의 잡음을 제거하는 관점에서, 큰 잡음이 신호 세그먼트의 가장 앞 부분에 위치하고 있으면, 순환신경망 잡음제거자동인코더에 의할 때, 이 잡음에 의해서 신호 세그먼트에 포함된 나머지 부분들에 대한 잡음 제거 성능이 급격히 감소할 수 있다. 가장 앞에 위치한 잡음은, 신호 세그먼트의 시간열 정보를 교란시켜서, 신호 세그먼트의 특징점 파악이 불가능하게 되기 때문이다. As described above, according to the bidirectional circulatory network noise canceling automatic encoder, not only information that is subsequently input but also information that is input on the contrary can be applied and used. From the viewpoint of removing the noise of the biosignal, if the large noise is located at the front of the signal segment, the noise is removed for the remaining parts included in the signal segment by the circulatory network noise canceling automatic encoder. Performance may drop dramatically. This is because the noise located at the very front disturbs the time series information of the signal segment, so that it is impossible to identify the feature points of the signal segment.
일 예로서, 광용적맥파의 신호 세그먼트에서 첫 샘플부터 수축 피크(systolic peak)까지 아주 큰 크기의 잡음이 섞이게 되는 경우, 수축 피크 자체를 식별할 수 없게 되어, 수축 피크 전후의 시간열정보가 무의미해지게 됨에 따라, 기존의 단방향성 순환신경망 잡음제거자동인코더로는 수축 피크를 다시 구축하는 것이 불가능해질 수 있다. As an example, when a very large amount of noise is mixed from the first sample to the systolic peak in the signal segment of the light volume pulse wave, the contraction peak itself cannot be identified, and time-series information before and after the contraction peak is meaningless. As it becomes obsolete, it may become impossible to rebuild the contraction peak with the existing unidirectional circulatory network noise canceling automatic encoder.
위와 같은 상황에서, 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 따르면, 양방향으로 순환신경망이 신호 세그먼트들을 학습함에 따라, 특정한 신호 세그먼트에 있어서 시간적으로 순방향일 때, 수축피크가 나타난 후에 일정 시간이 경과한 후 대동맥패임이 나타날 뿐만 아니라, 역방향일 때, 대동맥패임이 나타난 후에 수축피크가 나타난다는 정보가, 신호 세그먼트를 복원하고 재구축하는 데에 있어서 고려될 수 있다. 전술한 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해서, 신호 세그먼트를 PPG 세그먼트로, 제1특징지점 및 제2특징지점을 수축피크 및 대동맥패임으로 설명하고 있으나, 실시 예에 따라서, PPG 세그먼트가 아니라 다른 생체신호의 세그먼트가 될 수 있다는 것은 이 분야의 통상의 기술자라면 자명할 것이다.In the above situation, according to the bidirectional circulatory network noise canceling automatic encoder, as the cyclic neural network learns signal segments in both directions, when a certain signal segment is forward in time, aortic artery after a certain time has elapsed after the contraction peak appears. In addition to not only the appearance of pimples, information that a contraction peak appears after the aortic pimples appear in the reverse direction can be considered in restoring and reconstructing the signal segment. In the above-described embodiment, for convenience of description, the signal segment is described as a PPG segment, and the first characteristic point and the second characteristic point are described as contraction peaks and aortic pimples. It will be apparent to those skilled in the art that it can be a segment of a signal.
도 10은 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 따른 잡음제거성능을 도식적으로 나타낸 도면이다.10 is a diagram schematically showing the noise reduction performance according to the bidirectional circulatory network noise removal automatic encoder.
도 10를 참조하면, 잡음이 제거된 출력신호(1010)는 불규칙적으로 진동하는 광용적맥파검사(PPG)에 따른 신호이고, 잡음이 제거되기 전의 출력신호(1030)는 도 8과 유사하게 복합잡음이 추가된 형태의 신호라는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, the noise-removed
도 10을 참조하였을 때, 잡음이 제거된 출력신호(1010)와 잡음이 제거되기 전의 출력신호(1030) 간에 외형적인 유사성이 거의 보이지 않을 정도지만, 잡음이 제거되기 전의 출력신호(1030)에는 잡음이 제거된 출력신호(1010)의 특징점이 포함되어 있을 뿐만 아니라, 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더의 학습된 정보에 따라서, 잡음이 제거되기 전의 출력신호(1030)에서 잡음이 제거됨에 따라, 최종적으로 잡음이 제거된 출력신호(1010)를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 10, although there is almost no external similarity between the
시험검증부(190)는 본 선택적 일 실시 예에 따라 잡음이 제거된 출력신호(1010)와 잡음이 제거되기 전의 출력신호(1030)간의 유사성을 다양한 방식을 통해 검증할 수 있다. 예를 들어, 시험검증부(190)는 생체신호가 광용적맥파검사에 따른 PPG 신호일 경우, 잡음을 제거한 PPG 신호를 기초로 하여 심박수(HR: Heart Rate)를 산출하고, 산출된 PPG 신호에 따른 심박수를 미리 저장되어 있는 심전도검사(ECG)에 따른 심박수와 비교하여 상관관계(Correlation) 및 RMSE(Root Mean Square Error)를 산출한 결과를 통해서 본 발명의 생체신호에 대한 잡음제거율을 검증할 수 있다.The
표 1은 시험검증부(190)가 여러 가지 잡음제거방법에 따라서, 잡음이 추가된 PPG 신호의 잡음을 제거한 결과를 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the results of removing the noise of the PPG signal to which the
표 1을 참조하면, 잡음제거를 전혀 하지 않았거나(None), 기존에 알려진 방법(Wavelet, DAE: Denoising AutoEncoder)으로 PPG신호의 잡음을 제거한 경우보다, 본 발명에 따른 방법(RDAE, BRDAE)에 따라 잡음을 제거한 경우가 더 상관관계는 높으면서, 더 낮은 RMSE를 보이는 경향을 알 수 있다. 즉, 순환신경망처럼 과거 시점의 정보를 이용하는 방법으로 주기성 있는 생체신호를 디노이징(denoising)하면, 디노이징에 따른 잡음제거효과가 종래에 알려진 방법에 비해 탁월하다. 또한, 단방향이 아닌 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 따라 잡음을 제거할 경우, 단방향 순환신경망 잡음제거자동인코더를 이용하여 잡음을 제거할 때보다 더 높은 상관관계와 더 낮은 RMSE를 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the noise reduction was not performed at all (None) or the method according to the present invention (RDAE, BRDAE) than when the noise of the PPG signal was removed by a known method (Wavelet, DAE: Denoising AutoEncoder). Therefore, it can be seen that the case where the noise is removed has a higher correlation and a lower RMSE. In other words, when denoising a periodic biosignal as a method of using information from a past point in time, such as a circulatory neural network, the effect of removing noise due to denoising is superior to that of a conventionally known method. In addition, it can be seen that when the noise is removed according to the bidirectional circular neural network noise removal automatic encoder rather than the unidirectional, the higher correlation and lower RMSE are displayed than when the noise is removed using the unidirectional circular network noise removal automatic encoder. .
전술한 것과 또 다른 선택적 일 실시 예로서, 시험입력부(170)는 샘플링부(110)가 샘플링하는 데에 이용한 샘플링레이트보다 더 낮은 입력샘플링레이트를 기초로 하는 슬라이딩 윈도우 방식을 통해서, 시험그룹에 포함된 샘플링신호를 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하고, 시험검증부(190)는 입력샘플링레이트를 기초로 중첩적으로 복원하여 생성된 출력신호를 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 비교하여 동일성을 검증할 수 있다.As another optional embodiment, the
도 11은 슬라이딩 윈도우 방식을 통해서 잡음을 제거한 신호를 구축하는 일 예를 도식적으로 나타내는 도면이다.11 is a diagram schematically showing an example of constructing a signal without noise through a sliding window method.
전술한 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더를 통해서도 생체신호에 대한 잡음이 효과적으로 제거되지 않는 경우가 생길 수 있다. 이러한 경우에, 신호 세그먼트를 슬라이딩 윈도우(sliding window)방식으로 겹쳐서 잡음제거자동인코더모듈의 신경망의 Input Layer에 입력하고, 그 입력에 따른 출력을 겹친 후에 평균을 내는 방식으로 출력신호를 산출하여, 더 높은 잡음제거효과를 기대할 수 있다.Even in the bi-directional circulatory network noise canceling automatic encoder, there may be a case where noise for a biosignal is not effectively removed. In this case, the signal segments are superimposed in a sliding window method, input to the input layer of the neural network of the noise canceling automatic encoder module, and the output signal is calculated by averaging after outputting the output according to the input. High noise reduction effect can be expected.
도 11을 참조하여 설명하면, 125Hz의 PPG 신호를 한번에 2초 단위(250샘플)로 하여 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더(BRDAE)에 입력하고, 슬라이딩 윈도우를 50샘플로 함으로써, 잡음이 제거된 PPG 신호를 획득할 수 있다. 입력되는 신호 세그먼트가 250샘플이고, 슬라이딩 윈도우가 50샘플이므로, 입력되는 신호 세그먼트들간에 중복되는 부분은 최대 200샘플에 해당하며, 중복되는 부분을 고려하여 평균을 내는 방식을 통해서 잡음이 제거된 생체신호가 획득될 수 있다.Referring to FIG. 11, the PPG signal of 125 Hz is input to the bidirectional circulating neural network noise reduction automatic encoder (BRDAE) at a time of 2 seconds (250 samples) at a time, and the sliding window is sampled by 50 to remove the PPG. You can acquire a signal. Since the input signal segment is 250 samples and the sliding window is 50 samples, the overlapping part between the input signal segments corresponds to a maximum of 200 samples, and the noise is removed through the method of averaging and considering the overlapping part The signal can be obtained.
도 11은 양방향 순환신경망 잡음제거자동인코더에 의해, 잡음이 제거된 세그먼트들(1110)이 슬라이딩 윈도우 방식을 통해서 중복되는 부분만 평균값을 취하는 방식이 반복됨으로써, 평균결과(1130)에 따른 생체신호가 산출되는 과정을 도식적으로 나타낸다. 도 11에서 평균결과(1130)에 따른 생체신호는 입력신호에 따라 PPG 신호이지만, 일정한 주기를 갖고, 주기마다 제1특징지점 및 제2특징지점을 갖는 생체신호라면, PPG 신호가 아닌 생체신호에 대해서도 슬라이딩 윈도우 방식을 통해서 잡음이 제거된 생체신호를 산출하는 방식이 적용될 수 있다는 것은 이 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.11 is a bidirectional cyclic neural network noise removal automatic encoder, by repeating a method in which the noise-removed segments 1110 only take an average value of overlapping portions through a sliding window method, the biosignal according to the
도 12는 본 발명에 따른 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.12 is a flowchart illustrating an example of a method of removing noise of a periodic biosignal according to the present invention.
도 12에 따른 방법은 도 1의 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치(10)에 의해 구현될 수 있으므로, 도 1을 참조하여 설명하기로 하고, 이하에서는, 도 1 내지 도 11을 통해서 설명한 것과 중복된 설명은 생략하기로 한다.The method according to FIG. 12 may be implemented by the
먼저, 샘플링부(110)는 제1특징지점 및 제2특징지점을 갖는 주기적 생체신호를 샘플링하여 복수의 샘플링된 신호를 획득한다(S1210).First, the
그룹분리부(130)는 샘플링된 신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 학습그룹에 포함된 신호에 잡음을 추가한다(S1230).The
모듈학습부(150)는 잡음제거자동인코더모듈에 학습그룹에 포함된 신호를 시계열적으로 입력하는 방식으로 생체신호를 트레이닝한다(S1250).The
시험입력부(170)는 시험그룹에 포함된 신호에 잡음을 추가하고, 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력한다(S1270).The
시험검증부(190)는 잡음제거자동인코더모듈로부터 출력된 출력신호를 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 비교하여 동일성을 검증한다(S1290).The
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, such a computer program can be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium is a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM , Hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as RAM, flash memory, and the like.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of computer programs may include machine language codes such as those produced by a compiler, as well as high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are examples, and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative examples of functional connections and / or physical or circuit connections. In the actual device, alternative or additional various functional connections, physical It can be represented as a connection, or circuit connections. In addition, unless specifically mentioned, such as “essential”, “importantly”, etc., it may not be a necessary component for application of the present invention.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the specification (particularly in the claims) of the present invention, the use of the term “above” and similar indication terms may be in both singular and plural. In addition, in the case of describing a range in the present invention, as including the invention to which the individual values belonging to the range are applied (if there is no contrary description), each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. Same as Finally, unless there is an explicit or contradictory description of the steps constituting the method according to the invention, the steps can be done in a suitable order. The present invention is not necessarily limited to the order of description of the above steps. The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) in the present invention is merely for describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited due to the examples or exemplary terms, unless it is defined by the claims. It does not work. In addition, those skilled in the art can recognize that various modifications, combinations, and changes can be configured according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.
Claims (19)
상기 샘플링신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 상기 학습그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음(noise)을 추가하는 그룹분리단계;
상기 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 인공신경망(ANN: Artificial Neural Network)을 기초로 인코딩 및 디코딩을 순차적으로 수행하는 잡음제거자동인코더모듈(denoising autoencoder module)에 상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적(time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 학습단계; 및
상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음을 추가하고, 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하여, 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음을 제거하는 시험입력단계를 포함하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.A sampling step of obtaining a plurality of sampling signals by sampling a biosignal of a user having a constant period based on a preset sampling rate;
A group separation step of separating the sampling signals into a learning group and a test group and adding noise to a sampling signal included in the learning group;
The noise-added sampling signal is sorted in the order of signal generation time, and the alignment is arranged in a denoising autoencoder module that sequentially performs encoding and decoding based on an artificial neural network (ANN). A learning step of inputting a sampling signal in a time series to train the noise canceling automatic encoder module; And
A periodic living body comprising a test input step of adding noise to the sampling signal included in the test group and inputting the noise to the noise removal automatic encoder module in time series to remove noise added to the sampling signal included in the test group. How to remove signal noise.
상기 방법은,
상기 잡음제거자동인코더모듈로부터 출력된 출력신호와 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호의 동일성을 검증하는 시험검증단계를 더 포함하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 1,
The above method,
And a test verification step of verifying the identity of the output signal output from the noise removal automatic encoder module and the sampling signal included in the test group.
상기 잡음은,
백색 잡음(white noise), 슬로핑잡음(sloping noise), 포화잡음(saturation noise) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법According to claim 1,
The noise is
A method for removing noise of a periodic biosignal characterized by at least one of white noise, sloping noise, and saturation noise.
상기 생체신호는,
상기 사용자에 대한 광용적맥파검사를 수행한 결과로서 산출되는 PPG(photoplethysmogram)신호인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 1,
The biosignal,
A method of removing noise of a periodic biosignal, characterized in that it is a PPG (photoplethysmogram) signal calculated as a result of performing a light volume pulse wave test for the user.
상기 생체신호는 주기 내에 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하고,
상기 제1특징지점은 수축피크(systolic peak)이고,
상기 제2특징지점은 대동맥패임(dicrotic notch)인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 4,
The biosignal includes a first feature point and a second feature point in a period,
The first feature point is a systolic peak,
The second feature point is a method of removing the noise of a periodic biosignal, characterized in that the aortic dig (dicrotic notch).
상기 생체신호는 주기 내에 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하고,
상기 제1특징지점은 대동맥패임(dicrotic notch)이고,
상기 제2특징지점은 수축피크(systolic peak)인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 4,
The biosignal includes a first feature point and a second feature point in a period,
The first feature point is an aortic dip (dicrotic notch),
The second feature point is a method for removing noise of a periodic biosignal, characterized in that the systolic peak (systolic peak).
상기 학습단계는,
상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적으로 입력할 뿐만 아니라, 상기 정렬된 샘플링신호를 반시열적(reverse time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 1,
The learning step,
In addition to inputting the sorted sampling signal in time series, the input of the sorted sampling signal in a reverse time series removes the noise of the periodic biosignal characterized by learning the automatic noise canceling encoder module. How to.
상기 시험입력단계는,
상기 샘플링레이트보다 더 낮은 입력샘플링레이트를 기초로 하는 슬라이딩 윈도우 방식을 통해 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호를 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하고,
상기 시험검증단계는,
상기 입력샘플링레이트를 기초로 중첩적으로 복원하여 생성된 상기 출력신호를 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 비교하여 동일성을 검증하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 2,
The test input step,
Through the sliding window method based on the input sampling rate lower than the sampling rate, the sampling signal included in the test group is input in time to the noise reduction automatic encoder module,
The test verification step,
A method of removing noise of a periodic biosignal that verifies the identity by comparing the output signal generated by overlapping restoration based on the input sampling rate with a sampling signal included in the test group.
상기 시험입력단계는,
상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음이 상기 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 의해서 미리 설정된 비율을 초과하여 제거된 것으로 파악되면 상기 샘플링단계에서 샘플링된 목표생체신호를 추가로 수신하고,
상기 수신된 목표생체신호를 상기 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력시켜서 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 방법.According to claim 1,
The test input step,
If it is determined that the noise added to the sampling signal included in the test group has been removed by exceeding a preset ratio by the learned noise cancellation automatic encoder module, the target biological signal sampled in the sampling step is additionally received,
And removing the noise by inputting the received target biosignal in time series to the learned noise canceling automatic encoder module.
상기 샘플링신호들을 학습그룹과 시험그룹으로 분리하고, 상기 학습그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음(noise)을 추가하는 그룹분리부;
상기 잡음이 추가된 샘플링신호를 신호발생시간순서로 정렬시키고, 인공신경망(ANN: Artificial Neural Network)를 기초로 인코인 및 디코딩을 순차적으로 수행하는 잡음제거자동인코더모듈(denoising autoencoder module)에 상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적(time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 모듈학습부; 및
상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 잡음을 추가하고, 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하여, 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음을 제거하는 시험입력부를 포함하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.A sampling unit to obtain a plurality of sampling signals by sampling a biosignal of a user having a constant period based on a preset sampling rate;
A group separation unit separating the sampling signals into a learning group and a test group, and adding noise to a sampling signal included in the learning group;
The sampling signal to which the noise is added is arranged in the order of signal generation time, and the alignment is performed in a denoising autoencoder module that sequentially performs encoding and decoding based on an artificial neural network (ANN). A module learning unit that inputs the sampled signal in a time series to learn the automatic noise canceling encoder module; And
A periodic biosignal including a test input unit that adds noise to the sampling signal included in the test group and inputs the noise removal automatic encoder module in time series to remove noise added to the sampling signal included in the test group. Device to remove noise.
상기 장치는,
상기 잡음제거자동인코더모듈로부터 출력된 출력신호와 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호의 동일성을 검증하는 시험검증부를 더 포함하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 11,
The device,
The apparatus for removing noise of a periodic bio-signal, further comprising a test verification unit verifying the identity of the output signal output from the noise removal automatic encoder module and the sampling signal included in the test group.
상기 잡음은,
백색 잡음(white noise), 슬로핑잡음(sloping noise), 포화잡음(saturation noise) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 11,
The noise is
A device for removing noise of a periodic biosignal, characterized in that it is at least one of white noise, sloping noise, and saturation noise.
상기 생체신호는,
상기 사용자에 대한 광용적맥파검사를 수행한 결과로서 산출되는 PPG(photoplethysmogram)신호인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 11,
The biosignal,
A device for removing noise of a periodic biosignal, characterized in that it is a PPG (photoplethysmogram) signal calculated as a result of performing a light volume pulse wave test for the user.
상기 생체신호는 주기 내에 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하고,
상기 제1특징지점은 수축피크(systolic peak)이고,
상기 제2특징지점은 대동맥패임(dicrotic notch)인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 14,
The biosignal includes a first feature point and a second feature point in a period,
The first feature point is a systolic peak,
The second feature point is a device for removing noise of a periodic bio-signal, characterized in that the aortic dig (dicrotic notch).
상기 생체신호는 주기 내에 제1특징지점 및 제2특징지점을 포함하고,
상기 제1특징지점은 대동맥패임(dicrotic notch)이고,
상기 제2특징지점은 수축피크(systolic peak)인 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 14,
The biosignal includes a first feature point and a second feature point in a period,
The first feature point is an aortic dip (dicrotic notch),
The second feature point is a systolic peak (systolic peak) device for removing the noise of the periodic biosignal.
상기 모듈학습부는,
상기 정렬된 샘플링신호를 시계열적으로 입력할 뿐만 아니라, 상기 정렬된 샘플링신호를 반시열적(reverse time series)으로 입력하여 상기 잡음제거자동인코더모듈을 학습시키는 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 11,
The module learning unit,
In addition to inputting the sorted sampling signal in time series, the input of the sorted sampling signal in a reverse time series removes the noise of the periodic biosignal characterized by learning the automatic noise canceling encoder module. Device.
상기 시험입력부는,
상기 샘플링레이트보다 더 낮은 입력샘플링레이트를 기초로 하는 슬라이딩 윈도우 방식을 통해 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호를 상기 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력하고,
상기 시험검증부는,
상기 샘플링레이트를 기초로 중첩적으로 복원하여 생성된 상기 출력신호를 상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호와 비교하여 동일성을 검증하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 12,
The test input unit,
Through the sliding window method based on the input sampling rate lower than the sampling rate, the sampling signal included in the test group is input in time to the noise reduction automatic encoder module,
The test verification unit,
An apparatus for removing noise of a periodic biosignal that verifies the identity by comparing the output signal generated by restoring overlappingly based on the sampling rate with a sampling signal included in the test group.
상기 시험입력부는,
상기 시험그룹에 포함된 샘플링신호에 추가된 잡음이 상기 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 의해서 미리 설정된 비율을 초과하여 제거된 것으로 파악되면 상기 샘플링부로부터 샘플링된 목표생체신호를 추가로 수신하고,
상기 수신된 목표생체신호를 상기 학습된 잡음제거자동인코더모듈에 시계열적으로 입력시켜서 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 주기적 생체신호의 잡음을 제거하는 장치.The method of claim 18,
The test input unit,
If it is determined that the noise added to the sampling signal included in the test group has been removed by exceeding the preset ratio by the learned noise canceling automatic encoder module, the target biological signal sampled from the sampling unit is additionally received,
And removing the noise by inputting the received target biosignal in time series to the learned noise canceling automatic encoder module.
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KR102170733B1 (en) | 2020-10-27 |
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