KR20200050530A - 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템은, 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 PPG 센서; PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하며, 메모리에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 제어부; 시스템 운용을 위한 응용 프로그램을 비롯하여 PPG 및 심혈관질환 관련 각종 데이터와 정보가 저장되어 있는 메모리부; 사용자에 의해 입력된 정보 또는 데이터와, 제어부에 의해 수신된 신호 및 처리된 결과, 메모리부에 저장되어 있는 데이터중 사용자 또는 제어부에 의해 검색된 데이터를 화면에 표시하는 디스플레이부; 및 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기 또는 시스템으로 전송하고, 외부의 기기 또는 시스템으로부터 상응하는 신호나 데이터 또는 제어와 관련된 신호를 수신하는 통신부를 포함한다.
본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템은, 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 PPG 센서; PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하며, 메모리에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 제어부; 시스템 운용을 위한 응용 프로그램을 비롯하여 PPG 및 심혈관질환 관련 각종 데이터와 정보가 저장되어 있는 메모리부; 사용자에 의해 입력된 정보 또는 데이터와, 제어부에 의해 수신된 신호 및 처리된 결과, 메모리부에 저장되어 있는 데이터중 사용자 또는 제어부에 의해 검색된 데이터를 화면에 표시하는 디스플레이부; 및 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기 또는 시스템으로 전송하고, 외부의 기기 또는 시스템으로부터 상응하는 신호나 데이터 또는 제어와 관련된 신호를 수신하는 통신부를 포함한다.
Description
본 발명은 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 PPG(photoplethysmogram; 광용적맥파)와 APG(Accelerated Photoplethysmo gram; 가속도맥파)를 이용하여 자신의 혈관 상태를 추정할 수 있는 지표를 검출하고, 혈관 건강 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 병원 진료 및 검진을 유도할 수 있는 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에는 가정용 의료기기와 휴대용 의료기기를 이용한 건강관리가 증가하고 있다. 현재 건강관리를 위해 사용되고 있는 가정용 의료기기와 휴대용 의료기기를 살펴보면 주로 혈압계, 혈당 측정기, 산소포화도 측정기 등이 사용되고 있다.
이상과 같은 기기들은 현대인들의 바쁜 일상생활로 인한 스트레스와 육류위주의 식습관, 음주, 흡연 등으로 인한 고혈압, 당뇨 등과 관련이 있음을 알 수 있다. 고혈압과 당뇨병의 경우 그 위험성이 이미 많이 알려져 있기 때문에, 이와 관련된 가정용 또는 휴대용 의료기기의 개발이 다양하게 이루어지고 있다. 이에 비해 심혈관 계열의 질환에 대해서는 관련 기기들의 개발이 아직 미흡한 수준이라 할 수 있다. 즉, 심혈관 관련 질환을 예방하고 측정할 수 있는 혈관탄성도 및 노화도에 관한 기기의 필요성은 인지하고 있으나, 이에 대한 기기의 개발은 아직 부족한 상황이라 할 수 있다.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2011-0123754호(특허문헌 1)에는 "혈관 건강 평가 방법 및 장치"가 개시되어 있는 바, 이에 따른 개체의 혈관 건강 평가 방법은, 개체에 인접하게 전도도 센서를 소정의 시간 구간 동안 유지하는 단계; 상기 개체에 대하여 상기 시간 구간 동안 얻어진 복수의 전도도 측정을 포함하는 일련의 전도도 측정을 수행하는 단계; 상기 일련의 전도도 측정을 이용하여 상기 시간 구간 동안 상기 개체의 전도도의 과도 습성을 판단하는 단계; 및 상기 전도도의 과도 습성을 이용하여 상기 개체의 혈관 건강을 평가하는 단계를 포함하고, 상기 시간 구간 동안 미리 정해진 규칙적인 시간 간격으로 상기 일련의 전도도 측정에서의 상기 복수의 전도도 측정의 각각을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 전도도 센서를 이용하여 임의의 개체에 대해 복수의 전도도를 측정하고, 측정된 복수의 전도도를 이용하여 개체의 전도도의 과도 습성을 판단함으로써, 개체의 과도 습성을 이용하여 개체의 혈관 건강을 평가할 수 있는 나름대로의 장점이 있다. 그러나 전도도 센서는 유도 코일을 이용한 것으로서, 외부로부터의 전자파 영향을 받을 수 있으며, 이에 따라 측정값에 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 혈관 건강 평가 결과에 대한 신뢰도가 떨어지는 문제점을 내포하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, PPG(광용적맥파)와 APG(가속도맥파)를 이용하여 자신의 혈관 상태를 추정할 수 있는 지표를 검출할 수 있는 혈관 건강도 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 광용적맥파에서 혈관 상태를 추정하기 위한 특이점 검출을 통해 사용자의 혈관 건강 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도하는 혈관 건강도 측정 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템은,
사용자의 신체의 특정 부위에 착용되며, 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 PPG 센서;
상기 PPG 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부;
상기 A/D 변환부와 전기적으로 연결되며, 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하며, 메모리에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 제어부;
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 시스템 운용을 위한 응용 프로그램을 비롯하여 PPG 및 심혈관질환 관련 각종 데이터와 정보가 저장되어 있는 메모리부;
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 사용자에 의해 입력된 정보 또는 데이터와, 상기 제어부에 의해 수신된 신호 및 처리된 결과, 상기 메모리부에 저장되어 있는 데이터중 사용자 또는 제어부에 의해 검색된 데이터를 화면에 표시하는 디스플레이부; 및
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기 또는 시스템으로 전송하고, 외부의 기기 또는 시스템으로부터 상응하는 신호나 데이터 또는 제어와 관련된 신호를 수신하는 통신부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 PPG 센서는 전체적으로 집게 형태로 구성되어 손가락을 삽입할 수 있는 수납 공간이 마련되어 있는 몸체부와, 몸체부의 내부 일측에 설치되어 빛을 방출하는 발광부와, 몸체부의 내부 타측에 상기 발광부와 대면하도록 설치되어 발광부로부터 방출된 빛을 수광하는 수광부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 PPG 센서는 상기 수광부를 통해 수광된 빛에 대응하는 전기신호(아날로그 신호)를 처리하는 아날로그 신호 처리부와, 아날로그 신호 처리부에 의해 처리된 신호(디지털 신호)를 전달받아 처리하는 디지털 신호처리부와, 디지털 신호처리부에 의해 처리된 신호를 외부 기기로 전송하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)를 분석할 수 있는 심박변이도 분석 프로그램이 탑재될 수 있다.
이때, 상기 심박변이도 분석의 파라미터(parameter)는 교감신경을 반영하는 LF(Low Frequency), 부교감신경을 반영하는 HF(High Frequency), LF/HF 비율, SDNN(Standard Deviation of N-N Interval)(표준편차), RMSSD(Root Meas Square of Standard Deviation)(평균편차)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메모리부에는 PPG 센서 신호 처리 프로그램, 산소포화도 계산 프로그램이 저장될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 방법은,
PPG 센서, A/D 변환부, 제어부, 메모리부, 디스플레이부, 통신부를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템을 기반으로 한 혈관 건강도 측정 방법으로서,
a) 사용자의 신체의 특정 부위에 착용된 상기 PPG 센서에 의해 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 단계;
b) 상기 A/D 변환부에 의해 상기 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 단계;
c) 상기 제어부에 의해 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하는 단계;
d) 상기 제어부에 의해 상기 메모리부에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmo -gram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 단계;
e) 상기 디스플레이부에 의해 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 화면에 표시하는 단계; 및
f) 상기 통신부에 의해 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기로 전송하고, 외부의 기기로부터 상응하는 신호나 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 바람직하게는 상기 단계 d)에서 추정된 혈관 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 c)에서, 상기 제어부에 의해 상기 PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출함에 있어서, 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 PPG 신호에 혼입되어 있는 고주파 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 d)에서, 상기 제어부에 의해 상기 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단함에 있어서, 접촉 불량과 같은 동작 잡음으로 발생하는 검출 오차를 수정하기 위하여 후처리에서 PPI를 수정한 후 스트레스 여부를 판단할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, PPG 센서를 이용하여 사용자의 PPG를 측정하고, PPG로부터 PPI를 검출 및 분석하여 스트레스 여부를 판단함으로써, PPG(광용적맥파)와 APG(가속도맥파)를 이용하여 자신의 혈관 상태를 추정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 PPG 센서의 외관 및 손가락에의 착용 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 PPG 센서의 내부 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 제어부, 메모리부, 통신부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈관 건강도 측정 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 방법과 관련한 심박변이도의 해석 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 신호잡음을 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 혈관 건강도 측정 시스템을 스마트폰 및 헬스케어 기기와 연동하여 헬스케어 서비스를 제공하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 PPG 센서의 외관 및 손가락에의 착용 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 PPG 센서의 내부 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 제어부, 메모리부, 통신부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈관 건강도 측정 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 방법과 관련한 심박변이도의 해석 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 신호잡음을 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 혈관 건강도 측정 시스템을 스마트폰 및 헬스케어 기기와 연동하여 헬스케어 서비스를 제공하는 개념을 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템(100)은 PPG 센서(110), A/D 변환부(120), 제어부(130), 메모리부(140), 디스플레이부(150), 통신부(160)를 포함하여 구성된다.
PPG 센서(110)는 사용자의 신체의 특정 부위(예를 들면, 손가락 끝)에 착용되며, 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정한다. 이와 같은 PPG 센서(110)에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
A/D 변환부(120)는 상기 PPG 센서(110)와 전기적으로 연결되며, PPG 센서 (110)에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다.
제어부(130)는 상기 A/D 변환부(120)와 전기적으로 연결되며, A/D 변환부(120)에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하며, 후술하는 메모리부(140)에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정한다. 여기서, 이와 같은 제어부(130)에는 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)를 분석할 수 있는 심박변이도 분석 프로그램이 탑재될 수 있다.
이때, 상기 심박변이도 분석의 파라미터(parameter)는 교감신경을 반영하는 LF(Low Frequency), 부교감신경을 반영하는 HF(High Frequency), LF/HF 비율, SDNN(Standard Deviation of N-N Interval)(표준편차), RMSSD(Root Meas Square of Standard Deviation)(평균편차)를 포함할 수 있다.
메모리부(140)는 상기 제어부(140)와 전기적으로 연결되며, 시스템(본 발명의 혈관 건강도 측정 시스템(100)) 운용을 위한 응용 프로그램을 비롯하여 PPG 및 심혈관질환 관련 각종 데이터와 정보가 저장되어 있다. 또한, 이와 같은 메모리부(140)에는 PPG 센서 신호 처리 프로그램, 산소포화도 계산 프로그램이 저장될 수 있다.
디스플레이부(150)는 상기 제어부(130)와 전기적으로 연결되며, 사용자에 의해 입력된 정보나 데이터, 상기 제어부(130)에 의해 수신된 신호 및 처리된 결과, 상기 메모리부(140)에 저장되어 있는 데이터중 사용자 또는 제어부(130)에 의해 검색된 데이터를 화면에 표시한다. 이와 같은 디스플레이부(150)로는 LCD가 사용될 수 있다.
통신부(160)는 상기 제어부(130)와 전기적으로 연결되며, 제어부(130)에 의해 처리된 결과를 외부의 기기 또는 시스템으로 전송하고, 외부의 기기 또는 시스템으로부터 상응하는 신호나 데이터 또는 제어와 관련된 신호를 수신한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 PPG 센서를 나타낸 것으로서, 도 2는 외관 및 손가락에의 착용 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 내부 회로 구성을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, PPG 센서(110)는 몸체부(111)와, 발광부(112) 및 수광부(113)를 포함하여 구성된다. 몸체부(111)에는 전체적으로 집게 형태로 구성되어 손가락을 일정 깊이만큼 삽입할 수 있는 수납 공간이 마련된다.
발광부(112)는 몸체부(111)의 내부 일측에 설치되어 빛(예를 들면, 적외선)을 방출한다. 이와 같은 발광부(112)로는 적외선 LED(light emitting diode)가 사용될 수 있다.
수광부(113)는 몸체부(111)의 내부 타측에 상기 발광부(112)와 대면하도록 설치되어 발광부(112)로부터 방출된 빛을 수광한다. 이와 같은 수광부(113)로는 포토다이오드(photodiode)가 사용될 수 있다.
또한, PPG 센서(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수광부(113)를 통해 수광된 빛에 대응하는 전기신호(아날로그 신호)를 처리하는 아날로그 신호 처리부(114)와, 아날로그 신호 처리부(114)에 의해 처리된 신호(디지털 신호)를 전달받아 처리하는 디지털 신호처리부(115)와, 디지털 신호처리부(115)에 의해 처리된 신호를 외부 기기로 전송하는 통신 모듈(116)을 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템의 제어부, 메모리부, 통신부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템(100)에 있어서, 통신부(160)를 통해 송수신되는 신호는 디버그 인터페이스(170)를 통해 오류가 수정되어 제어부(130)로 입력되거나 제어부(130)로부터 출력된다. 메모리부(140)는 바람직하게는 모든 전력 모드에서 데이터나 정보를 유지하는 RAM(SRAM)(140a) 및 시스템 내에서 프로그래밍이 가능한 플래시 메모리(140b)로 구성된다. 제어부(130)와 메모리부(140) 사이에는 메모리 중재 역할을 하는 메모리 중재기(memory arbitrator)(180)가 구비된다. 또한, 시스템에서 필요한 주파수를 생성하거나 입출력되는 주파수를 합성하는 주파수 합성기(190)가 구비된다.
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템에 기반한 혈관 건강도 측정 방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈관 건강도 측정 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 방법은, 전술한 바와 같은 PPG 센서(110), A/D 변환부(120), 제어부(130), 메모리부(140), 디스플레이부(150), 통신부(160)를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템(100)을 기반으로 한 혈관 건강도 측정 방법으로서, 먼저 사용자의 신체의 특정 부위(예를 들면, 손가락 끝)에 착용된 상기 PPG 센서(110)에 의해 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정한다(단계 S501).
그런 후, 상기 A/D 변환부(120)에 의해 상기 PPG 센서(110)에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다(단계 S502).
그런 다음, 상기 제어부(130)에 의해 상기 A/D 변환부(120)에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출한다(단계 S503).
그리고 상기 제어부(130)에 의해 상기 메모리부(140)에 저장되어 있는 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG (Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정한다(단계 S504). 여기서, 상기 제어부(130)에 의해 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단함에 있어서, 접촉 불량과 같은 동작 잡음으로 발생하는 검출 오차를 수정하기 위하여 후처리에서 PPI를 수정한 후 스트레스 여부를 판단할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
이렇게 하여 제어부(130)에 의해 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG를 이용한 혈관 상태 추정이 완료되면, 상기 디스플레이부(150)에 의해 상기 제어부(130)에 의해 처리된 결과를 화면에 표시한다(단계 S505).
또한, 상기 통신부(160)에 의해 상기 제어부(130)에 의해 처리된 결과를 외부의 기기(예를 들면, 사용자의 스마트폰이나 헬스케어 기기)로 전송하고, 외부의 기기로부터 상응하는 신호나 데이터를 수신한다(단계 S506).
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 바람직하게는 상기 단계 S504에서 상기 추정된 혈관 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 S503에서, 상기 제어부(130)에 의해 PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출함에 있어서, 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 PPG 신호에 혼입되어 있는 고주파 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 방법과 관련한 심박변이도의 해석 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 심박은 동방결절, 전기자극 형성부위의 고유 자발성에 교감 신경과 부교감 신경에 영향을 받으며 자율신경의 상호 작용과 관련된다. 또한, 심박은 체내/외의 환경 변화에 따라 실시간으로 변하며, 이로 인해 심장박동수의 변화가 생긴다. 건강한 사람의 경우는 심박의 변화가 크고 복잡하나, 질병이나 스트레스 상태에서는 복잡도가 현저히 감소한다. 체내/외적 변화에 따른 적응력이 뛰어날수록 또는 자율신경계의 활성도가 뛰어날수록, 심장박동의 변화는 크게 나타난다. 심장박동의 변화를 계측하는 방법의 일 예로 ECG R-peak간 거리변화의 변위량 데이터로부터 FFT를 취하였을 때 얻어지는 주파수 스펙트럼을 관찰하는 방법을 들 수 있다.
< PPG 오차(신호오류, 동작잡음) 및 스트레스 지수 보정 >
본 발명의 방법에서는 PPG 센서로부터의 출력신호 처리를 위하여 심장박동신호와 함께 검출되는 신호잡음의 영향과 피실험자의 측정환경에 따른 동작 잡음을 고려한다.
심장박동신호와 함께 검출되는 고주파대역의 신호잡음은 PPI 검출에 있어서 방해요인이 되므로, 저역통과필터(Low Pass Filter)를 사용하여 PPG 신호에 혼입되어 있는 신호잡음을 제거한다.
휴식기의 성인의 평균 심장박동은 70bpm(beats per minute)이지만, 심장박동의 정상적인 범위는 광범위하다. 예를 들면, 휴식상태에서 운동선수의 경우 심장박동수를 50bpm 이하로 유지할 수도 있다. 따라서 저역통과필터를 적용할 때에는 심장박동의 특성을 고려하는 것이 바람직하다.
<신호잡음을 제거하기 위하여 피실험자에게 적응된 필터를 선택하고, 필터의 파라미터를 결정>
전처리를 통과하여 신호잡음이 제거된 PPG신호로부터 PPI를 검출하고, PPI의 시계열 분석에 따라 스트레스 여부를 판단하는데, 접촉불량과 같은 동작잡음으로 발생하는 검출오차를 수정하기 위하여, 후처리에서 PPI를 수정하고, 스트레스 여부를 판단한다. 신호잡음을 효과적으로 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 방법에 대한 알고리즘은 도 7과 같다.
도 7은 신호잡음을 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 7의 (B)를 참조하면, a는 스트레스로 판단하고 있는 중에 이완상태가 검출되며 5초 미만으로 유지되는 경우로서, PPG 센서의 동작잡음에 의한 오류로 판단하여 스트레스를 유지하는 구간이다. b는 이완상태가 5초 이상 유지되어 스트레스에서 이완상태로 판단이 변이되는 것을 나타낸다. c와 d는 a와 b의 동작과 반대로 이완상태에서 스트레스 상태로 동작하는 것을 나타낸다. 도 7의 (A)에서의 후처리와 관련해서는 히스테리시스 알고리즘을 적용하여 동작잡음을 보정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 혈관 건강도 측정 시스템을 스마트폰 및 헬스케어 기기와 연동하여 헬스케어 서비스를 제공하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 혈관 건강도 측정 시스템에 의해 측정된 PPG 신호와 그를 바탕으로 연산한 APG 신호를 스마트폰 및 헬스케어 기기와 연동함으로써 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도할 수 있고, 그에 따라 사용자의 건강을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법은 PPG 센서를 이용하여 사용자의 PPG를 측정하고, PPG로부터 PPI를 검출 및 분석하여 스트레스 여부를 판단함으로써, PPG(광용적맥파)와 APG(가속도맥파)를 이용하여 자신의 혈관 상태를 추정할 수 있는 장점이 있다.
또한, PPG에서 혈관 상태를 추정하기 위한 특이점 검출을 통해 사용자의 혈관 건강 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도함으로써, 사용자의 건강을 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: (본 발명)혈관 건강도 측정 시스템
110: PPG 센서 111: 몸체부
112: 발광부 113: 수광부
114: 아날로그 신호 처리부 115: 디지털 신호 처리부
116: 통신 모듈 120: A/D 변환부
130: 제어부 140: 메모리부
150: 디스플레이부 160: 통신부
170: 디버그 인터페이스 180: 메모리 중재기
190: 주파수 합성기
110: PPG 센서 111: 몸체부
112: 발광부 113: 수광부
114: 아날로그 신호 처리부 115: 디지털 신호 처리부
116: 통신 모듈 120: A/D 변환부
130: 제어부 140: 메모리부
150: 디스플레이부 160: 통신부
170: 디버그 인터페이스 180: 메모리 중재기
190: 주파수 합성기
Claims (10)
- 사용자의 신체의 특정 부위에 착용되며, 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 PPG 센서;
상기 PPG 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부;
상기 A/D 변환부와 전기적으로 연결되며, 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하며, 메모리부에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmogram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 제어부;
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 시스템 운용을 위한 응용 프로그램을 비롯하여 PPG 및 심혈관질환 관련 각종 데이터와 정보가 저장되어 있는 메모리부;
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 사용자에 의해 입력된 정보 또는 데이터와, 상기 제어부에 의해 수신된 신호 및 처리된 결과, 상기 메모리부에 저장되어 있는 데이터중 사용자 또는 제어부에 의해 검색된 데이터를 화면에 표시하는 디스플레이부; 및
상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기 또는 시스템으로 전송하고, 외부의 기기 또는 시스템으로부터 상응하는 신호나 데이터 또는 제어와 관련된 신호를 수신하는 통신부를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 PPG 센서는,
전체적으로 집게 형태로 구성되어 손가락을 삽입할 수 있는 수납 공간이 마련되어 있는 몸체부와;
상기 몸체부의 내부 일측에 설치되어 빛을 방출하는 발광부; 및
상기 몸체부의 내부 타측에 상기 발광부와 대면하도록 설치되어 발광부로부터 방출된 빛을 수광하는 수광부를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 PPG 센서는, 상기 수광부를 통해 수광된 빛에 대응하는 전기신호(아날로그 신호)를 처리하는 아날로그 신호 처리부와;
상기 아날로그 신호 처리부에 의해 처리된 신호(디지털 신호)를 전달받아 처리하는 디지털 신호처리부와;
상기 디지털 신호처리부에 의해 처리된 신호를 외부 기기로 전송하는 통신 모듈을 더 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부에는 심박변이도(HRV; Heart Rate Variability)를 분석할 수 있는 심박변이도 분석 프로그램이 탑재되어 있는 혈관 건강도 측정 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 심박변이도 분석의 파라미터(parameter)는 교감신경을 반영하는 LF(Low Frequency), 부교감신경을 반영하는 HF(High Frequency), LF/HF 비율, SDNN(Standard Deviation of N-N Interval)(표준편차), RMSSD(Root Meas Square of Standard Deviation)(평균편차)를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 메모리부에는 PPG 센서 신호 처리 프로그램, 산소포화도 계산 프로그램이 저장되어 있는 혈관 건강도 측정 시스템.
- PPG 센서, A/D 변환부, 제어부, 메모리부, 디스플레이부, 통신부를 포함하는 혈관 건강도 측정 시스템을 기반으로 한 혈관 건강도 측정 방법으로서,
a) 사용자의 신체의 특정 부위에 착용된 상기 PPG 센서에 의해 사용자의 PPG(광용적맥파)를 측정하는 단계;
b) 상기 A/D 변환부에 의해 상기 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하는 단계;
c) 상기 제어부에 의해 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털화된 PPG 신호를 수신하고, PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출하는 단계;
d) 상기 제어부에 의해 상기 메모리부에 저장된 PPI 관련 데이터를 바탕으로 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단하고, PPG와 APG(Accelerated Photoplethysmo -gram; 가속도맥파)를 이용하여 혈관 상태를 추정하는 단계;
e) 상기 디스플레이부에 의해 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 화면에 표시하는 단계; 및
f) 상기 통신부에 의해 상기 제어부에 의해 처리된 결과를 외부의 기기로 전송하고, 외부의 기기로부터 상응하는 신호나 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 혈관 건강도 측정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 단계 d)에서 추정된 혈관 상태를 헬스케어 플랫폼과 연동하여 혈관 건강의 이상 징후 시 사용자의 병원 진료 및 검진을 유도하는 단계를 더 포함하는 혈관 건강도 측정 방법. - 제7항에 있어서,
상기 단계 c)에서, 상기 제어부에 의해 상기 PPG 신호로부터 PPI(Peak to Peak Interval)를 검출함에 있어서, 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 PPG 신호에 혼입되어 있는 고주파 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함하는 혈관 건강도 측정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 단계 d)에서, 상기 제어부에 의해 상기 PPI를 분석하여 스트레스 여부를 판단함에 있어서, 접촉 불량과 같은 동작 잡음으로 발생하는 검출 오차를 수정하기 위하여 후처리에서 PPI를 수정한 후 스트레스 여부를 판단하는 혈관 건강도 측정 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180133214A KR20200050530A (ko) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180133214A KR20200050530A (ko) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200050530A true KR20200050530A (ko) | 2020-05-12 |
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ID=70679603
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| KR1020180133214A KR20200050530A (ko) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 혈관 건강도 측정 시스템 및 그 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20200050530A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111988097A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-24 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | Ppg信号的信号质量检测方法及装置和计算机可读存储介质 |
| CN115363553A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-22 | 苏州国科医工科技发展(集团)有限公司 | 一种糖尿病足检测方法及系统 |
| KR102482796B1 (ko) * | 2021-09-17 | 2022-12-29 | 상명대학교산학협력단 | 원격 광용적맥파 측정을 이용한 비접촉 심박 변이도 분석 장치 및 방법 |
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| KR20110123754A (ko) | 2009-02-27 | 2011-11-15 | 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. | 혈관 건강 평가 방법 및 장치 |
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2018
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| CN111988097A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-24 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | Ppg信号的信号质量检测方法及装置和计算机可读存储介质 |
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| CN115363553B (zh) * | 2022-08-09 | 2024-01-23 | 苏州国科医工科技发展(集团)有限公司 | 一种糖尿病足检测方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |