KR20210066332A - 타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치가 개시된다. 타겟의 생체 정보 결정 방법은 두 개의 레이더를 통해 타겟의 서로 다른 두 지점을 향해 동시에 레이더 펄스를 방출하고, 각 지점에서 반사된 레이더 펄스로 구성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하는 단계; 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 상기 타겟의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득하는 단계; 상기 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이더 신호를 이용하여 비침습적이고 비접촉으로 생체 신호를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
심실 수축(Ventricular contraction)으로 대동맥 판막(Aortic valve)가 열리게 되면서 박출량(Stoke volume)의 혈액이 대동맥으로 뿜어질 때, 대동맥 압(Aortic pressure)가 최대치에 이르게 되고, 혈류(Blood flow)가 주위(Periphery) 방향으로 진행되면서 맥동파(Pulsatile wave)가 전달된다. 근위점(Proximal point)에서의 맥동파가 원위점(Distal point)에 도달하기 까지는 시간이 소요되는데, 이러한 맥동파의 지연 시간을 맥파전달시간 (Pulse Transit Time, PTT)라 부른다. PTT는 동맥 경직(Arterial stiffness)를 판단할 수 있는 인자이며 또한, 비침습적으로 혈압(Blood Pressure, BP)을 추정하는 데에 활용된다.
PTT를 측정하는 가장 일반적인 방법은 심전도(ElectroCardioGram, ECG)의 R 피크(peak)와 PPG (Photo-PlethysmoGraph)의 특징 포인트 간의 시간 차를 활용하는 것이며, PPG를 측정하는 대신하여 손바닥에서의 혈류량의 변화를 적외선 이미지로 검출함으로써 PTT를 추정하는 연구도 있다. 이 외에도 다양한 방식으로 측정된 PTT로부터 BP를 예측하기 위한 모델링 기법에 관한 연구가 진행되고 있다.
그러나 종래의 연구에서는 PTT를 계산하기 위하여 동맥의 압력을 직접 측정하거나 ECG와 PPG를 측정해야 한다. 다시 말하면, 종래의 연구에서는 PTT를 계산하기 위하여 피부에 압력 센서를 접촉시키는 방식, 흉부나 팔에 전극을 붙이는 방식 및 손가락에 광학센서 클립을 끼우는 방식 등의 접촉적 방법을 도입해야 한다. PPG 대신에 손바닥의 적외선 이미지를 활용하는 연구에서도 결국 ECG의 측정을 위해 접촉적 방법을 사용하고 있다.
본 발명은 맥파전달시간(Pulse Transit Time, PTT)을 측정하기 위하여 레이더 신호를 이용함으로써 비침습적이고 비접촉으로 생체 신호를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 생체 정보 결정 방법은 두 개의 레이더를 통해 타겟의 서로 다른 두 지점을 향해 동시에 레이더 펄스를 방출하고, 각 지점에서 반사된 레이더 펄스로 구성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하는 단계; 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 상기 타겟의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득하는 단계; 상기 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득 하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정할 수 있다.
상기 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득 하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 상기 생체 정보의 주파수 대역에 대응하는 필터를 이용하여 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 대한 차원 축소를 통해 상기 타겟의 생체 정보를 측정하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계는 상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 이용하여 공분산 행렬(Covariance matrix)을 획득하는 단계; 상기 생성된 공분산 행렬에 고유값 분해(Eigenvalue decomposition)를 수행하여 고유 벡터(Eigen vector)를 추출하는 단계; 상기 추출된 고유 벡터 중 가장 큰 고유 값을 가지는 고유 벡터를 주성분 벡터로 결정하는 단계; 및 상기 생성된 공분산 행렬을 상기 결정된 주성분 벡터에 투영함으로써 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터에서 제로 크로싱 포인트(Zero crossing points)의 중간 지점을 상기 생체 정보의 발생 시점인 비트로 결정함으로써 상기 생체 정보 트레인을 추출할 수 있다.
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에 대응하는 간격 벡터들을 생성하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석한 결과에 기초하여 상기 서로 다른 지점에서 각각 추출된 생체 정보 트레인들 내의 동일한 생체 정보가 서로 만나도록 정렬하는 단계; 상기 정렬된 동일한 생체 정보에 대응하는 비트 간 시간 간격을 통해 시간 지연을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 생체 정보 결정 장치는 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟으로부터 반사된 레이더 펄스가 중첩되어 형성된 프레임을 신호 처리하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟의 서로 다른 두 지점으로부터 반사된 레이더 펄스가 각각 중첩되어 형성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하고, 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 상기 타겟의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득하며, 상기 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하고, 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 상기 생체 정보의 주파수 대역에 대응하는 필터를 이용하여 필터링하고, 상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 대한 차원 축소를 통해 상기 타겟의 생체 정보를 측정하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 생성할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 이용하여 공분산 행렬(Covariance matrix)을 획득하고, 상기 생성된 공분산 행렬에 고유값 분해(Eigenvalue decomposition)를 수행하여 고유 벡터(Eigen vector)를 추출하며, 상기 추출된 고유 벡터 중 가장 큰 고유 값을 가지는 고유 벡터를 주성분 벡터로 결정하고, 상기 생성된 공분산 행렬을 상기 결정된 주성분 벡터에 투영함으로써 일차원의 시계열 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 타겟의 생체 정보 결정 방법은 두 개의 레이더를 통해 타겟의 서로 다른 두 지점을 향해 동시에 레이더 펄스를 방출하고, 각 지점에서 반사된 레이더 펄스로 구성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하는 단계; 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 각각 생성된 프레임 셋으로부터 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계; 상기 각각 획득된 유사도가 높은 영역의 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정할 수 있다.
상기 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿인 제1 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석하여 최대 유사도를 가지는 영역을 식별하는 단계; 상기 제1 템플릿에서 식별된 최대 유사도를 가지는 영역을 크롭(crop)하여 제2 템플릿을 생성하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 포함된 데이터 중 상기 생성된 제2 템플릿과 비교하여 일정 기준 이상의 유사도를 가지는 영역의 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 획득된 유사도가 높게 나타나는 영역의 데이터가 프레임셋에서 차지하고 있는 시간 축 상의 위치를 식별하고, 식별된 시간 축 상의 위치를 상기 생체 정보의 발생 시점인 비트로 결정함으로써 상기 생체 정보 트레인을 추출할 수 있다.
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에 대응하는 간격 벡터들을 생성하는 단계; 및 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석한 결과에 기초하여 상기 서로 다른 지점에서 각각 추출된 생체 정보 트레인들 내의 동일한 생체 정보가 서로 만나도록 정렬하는 단계; 상기 정렬된 동일한 생체 정보에 대응하는 비트 간 시간 간격을 통해 시간 지연을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 다른 타겟의 생체 정보 결정 장치는 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟으로부터 반사된 레이더 펄스가 중첩되어 형성된 프레임을 신호 처리하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟의 서로 다른 두 지점으로부터 반사된 레이더 펄스가 각각 중첩되어 형성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하고, 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 각각 생성된 프레임 셋으로부터 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하며, 상기 각각 획득된 유사도가 높은 영역의 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하고, 상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿인 제1 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석하여 최대 유사도를 가지는 영역을 식별하고, 상기 제1 템플릿에서 식별된 최대 유사도를 가지는 영역을 크롭(crop)하여 제2 템플릿을 생성하며, 상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 포함된 데이터 중 상기 생성된 제2 템플릿과 비교하여 일정 기준 이상의 유사도를 가지는 영역의 데이터를 추출할 수 있다.
본 발명은 맥파전달시간(Pulse Transit Time, PTT)을 측정하기 위하여 레이더 신호를 이용함으로써 비침습적이고 비접촉으로 생체 신호를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 PTT가 혈압(Blood Pressure, BP)을 간접적으로 추정할 수 있는 중요한 인자이므로 커프리스(Cuffless) BP를 구현하는데 활용되어 피측정자에게 커프에 의한 불편함으로 제거하는데 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호를 이용한 생체 정보 결정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 셋의 생성 방법을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)를 통과하는 프레임 셋 및 해당 프레임에 대한 탑 뷰(Top view)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제1 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 흉곽과 손목에 대응하여 각각 생성된 오류가 제거된 복원 신호를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 각 심박열 내의 동일한 심박 쌍을 찾아낸 후 실제 시간 축상에 배치한 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제2 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 템플릿 및 제2 템플릿의 형상을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 심박열의 추출 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 셋의 생성 방법을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)를 통과하는 프레임 셋 및 해당 프레임에 대한 탑 뷰(Top view)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제1 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 흉곽과 손목에 대응하여 각각 생성된 오류가 제거된 복원 신호를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 각 심박열 내의 동일한 심박 쌍을 찾아낸 후 실제 시간 축상에 배치한 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제2 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 템플릿 및 제2 템플릿의 형상을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 심박열의 추출 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호를 이용한 생체 정보 결정 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 생체 정보 결정 시스템(100)은 제1 레이더 시스템(110), 제2 레이더 시스템(120) 및 생체 정보 결정 장치(130)로 구성될 수 있다. 본 발명에서 제안하는 생체 정보 측정 시스템(100)의 기본적인 개념은 맥파전달시간(Pulse Transit Time, PTT)을 계산하기 위해 필요한 생체 정보, 즉 심박이 발생한 시간 정보를 확보하기 위해 심장에 대응하는 근위점에서의 심박과 심장에서 먼 원위점에서의 심박을 레이더 신호를 이용하여 비접촉적 방식으로 측정한 후 두 심박 간의 시간차를 계산함으로써 간접적으로 PTT를 추정하는 것이다.
이를 위해 송신 안테나와 수신 안테나로 구성된 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)은 타겟(140)의 서로 다른 두 지점으로 레이더 신호를 투사할 수 있다. 일례로, 제1 레이더 시스템(110)은 타겟(140)의 흉곽을 향해 레이더 신호를 투사하고, 제2 레이더 시스템(120)은 타겟(140)의 손목을 향해 레이더 펄스를 투사하도록 설정될 수 있다. 그러나 손목 외에도 발목, 고관절 부위 등 심박이 비교적 용이하게 검출되는 다른 부위에 레이더 신호를 투사하여 유사한 결과를 얻을 수 있으므로, 제2 레이더 시스템(120)을 통해 레이더 펄스가 투사되는 원위점의 지정에는 특별한 제한이 없을 수 있다.
이때, 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 송신 안테나를 통해 투사되는 레이더 신호는 펄스 형태의 레이더 신호일 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호는 인체에 대한 위험도가 낮고 전력 소모가 적은 UWB(Ultra Wde-Band) 임펄스 형태의 레이더 신호일 수 있다. 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 송신 안테나를 통해 투사되는 UWB 임펄스 형태의 레이더 신호는 중심주파수 및 대역폭과 같은 주파수 특성이 표준으로 정해져 있다. 일례로, 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)은 송신 안테나를 통해 수 GHz 높은 주파수를 가지는 UWB 임펄스 레이더 신호를 100 MHz 의 높은 주파수, 즉, 짧은 주기로 인체를 향해 투사할 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 투사된 레이더 신호가 타겟(140)에 의해 반사되어 수신된 레이더 신호를 수집하여 타겟(140)의 생체 정보를 결정할 수 있다. 이때, 생체 정보 결정 장치(130)는 수신된 레이더 신호를 주파수 영역에서 분석하는 종래의 기술과는 달리 시간 영역에서 분석함으로써 시간의 흐름에 따른 생체 정보의 단기적 특성 변화를 측정할 수 있다.
일례로, 생체 정보 결정 장치(130)는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 UWB 임펄스 레이더 신호를 투사하는 주파수 보다 훨씬 낮은 주파수 (ex. 수십 ~ 수백 Hz), 즉 타겟(140)을 향해 투사되는 UWB 임펄스 레이더 신호의 주기 보다 긴 주기로 타겟(140)에 의해 반사된 신호를 수집하게 되는데, 이 결과로 안테나를 통해 수집된 특정 시점의 신호에는 인체에서 반사된 수많은 펄스들이 중첩되어 실리게 된다.
이러한 수많은 펄스들의 중첩은 수 mm 정도의 변위를 가지는 미세한 움직임에 대한 흔적을 담고 있어 일례로, 심장 박동, 즉 심박에 의한 체표면의 떨림을 찾아내는데 활용될 수 있다. 예를 들어, 흉곽의 체표면에서 반사된 신호를 특정한 시간 간격으로 누적하면, 호흡에 의한 흉곽의 움직임에 상응하는 진폭의 변화를 볼 수 있다. 이뿐만 아니라, 육안으로 관찰되지는 않지만 심박에 기인한 체표면의 변위가 이와 같은 호흡에 의한 진폭의 변화에 중첩(Superimposed) 되어 있으므로 이를 검출함으로써 심박에 관한 시간 정보를 획득할 수 있으며, 이를 심박의 패턴으로 간주할 수 있다.
타겟(140)의 서로 다른 두 지점, 즉 흉곽과 손목에서 추출된 두 가지의 심박 패턴은 시간 축 상에서 여러 심박들이 발생한 시간이 표시되는 형태를 가질 수 있다. 이때, 손목에서 추출된 심박 패턴은 맥동파가 심장에서 손목에 이르는 경로를 지날 때의 시간 지연 때문에 흉곽에서 추출된 심박 패턴이 일정시간 지연된 형태로 나타날 수 있다. 본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)는 이와 같은 지연 시간을 측정하여 타겟(130)의 PTT를 추정하는 방법을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 셋의 생성 방법을 도시한 도면이다.
제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)에서 투사되는 레이더 신호는 시간 축 상에서 폭이 극단적으로 좁은 펄스 형태일 수 있다. 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)은 이와 같은 형태의 레이더 신호를 송신 안테나를 이용하여 일정한 시간 간격으로 타겟(110)의 서로 다른 두 지점을 향해 투사할 수 있다.
그리고 생체 정보 결정 장치(130)는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 투사된 레이더 신호가 타겟(140)으로부터 반사되 수신된 레이더 신호를 수집할 수 있다. 이때, 생체 정보 결정 장치(130)는 미리 정해진 시간에 따라 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 수신 안테나를 통해 수신된 레이더 신호를 수집할 수 있다. 이때, 수신 안테나를 통해 수신되는 레이더 신호는 다중 레이더 펄스가 중첩된 형태의 신호일 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 수집되는 레이더 신호를 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 이 때, 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 수집되는 레이더 신호는 복수의 샘플러를 이용하여 샘플링됨으로써 디지털 데이터로 변환될 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 디지털 데이터로 변환된 레이더 신호를 프레임(Frame)으로 칭한다.
본 발명에서 도 2의 (a)는 단일 프레임의 형태를 보여준다. 이 때, 가로 축에 대응하는 샘플러 인덱스(Sampler Index) 축은 각각의 샘플러 인덱스의 번호를 나타내고, 세로 축에 대응하는 신호 크기 축은 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 수집된 레이더 신호의 전압을 나타낸다. 이때, 각각의 샘플러 인덱스 번호는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 송수신 안테나로부터 타겟(140)까지의 거리에 비례할 수 있다. 예를 들어, 샘플러 인덱스 번호가 커질수록 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 송수신 안테나로부터 타겟(140)까지의 거리가 멀 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)을 통해 수집된 레이더 신호에서 타겟(140)의 심박 주파수를 효율적으로 추출하기 위해 복수의 단일 프레임들을 시간의 흐름에 따라 누적시킨 프레임 셋(Frame Set)을 생성하여 이용할 수 있다. 이때, 누적되는 복수의 단일 프레임들은 512개, 1024개 등과 같이 2의 n승 단위로 이용될 수 있다.
구체적으로 본 발명에서 도 2의 (b)는 프레임 셋의 형태를 보여준다. 프레임 셋은 샘플러 인덱스 축과 시간 축이 형성하는 평면상에 레이더 신호의 크기가 표현된 형태를 가진다. 즉, 프레임 셋은 2차원 매트릭스의 데이터 구조로 표현될 수 있다.
예를 들어, 생체 정보 결정 장치(130)가 256개의 샘플러를 지원한다고 가정하자. 그러면 프레임 셋의 샘플러 인덱스 축은 256개로 구성될 수 있다. 그리고 생체 정보 결정 장치(130)가 20 ms 간격으로 512개의 레이더 신호를 수집한다고 가정하자. 그러면 매 20ms 간격으로 수집되는 단일 프레임이 시간 축 방향으로 누적되어 프레임 셋을 구성하므로 시간 축은 512개의 단위시간(0.02 초)으로 구성되며 하나의 프레임 셋은 10.24초 동안 수집된 레이더 신호를 통해 생성될 수 있다. 이와 같은 프레임 셋은 상기 예에 한정되지 않고 필요와 용도에 따라 다양한 수치로 변경이 가능하다.
생체 정보 결정 장치(130)를 통해 생성된 프레임 셋은 타겟(140)의 생체 정보를 포함하고 있다. 특히, 프레임 셋에 포함된 시간 축 방향의 데이터들 중 가장 큰 변동(fluctuation)을 보이는 데이터는 타겟(140)의 호흡에 대한 정보를 나타낸다. 즉, 도 2의 (b)에서 보는 바와 같이 138번째 샘플러의 시간 축 방향의 데이터 상에 나타나는 큰 변동은 타겟(140)의 호흡에 의해 레이더 신호의 위상(phase)이 시간의 흐름에 따라 변동되는 것을 나타난 것을 나타낸다.
이와는 달리 거의 모든 샘플러의 시간 축 방향의 데이터 상에 작은 크기로 나타나는 리플(ripple)은 타겟(140)의 심박에 대한 정보를 나타낸다. 본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)는 복수의 샘플러 중에서 타겟(140)의 심박과 관련된 최적 샘플러를 선정하고, 선정된 최적 샘플러의 시간 축 방향의 데이터 즉, 시계열 데이터를 시간 영역에서 분석하고 처리함으로써 타겟(140)의 심박 정보를 측정할 수 있다.
일례로, 본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)는 가장 진폭이 큰 시계열 데이터를 보유한 샘플러를 체표면이 위치하는 공간 영역으로 판단하고, 해당 샘플러를 포함하여 전, 후 64개의 샘플러를 인덱스 관심 영역(Index Of Interest, IOI)로 설정할 수 있다. 즉, IOI는 512 X 64 크기의 2 차원 배열 또는 행렬(Matrix)이다. 일례로, 생체 정보 결정 장치(130)는 프레임 셋을 구성하는 샘플러 인덱스들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러 인덱스에 대응하는 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정할 수 있다.
그리고, 생체 정보 결정 장치(130)는 설정된 관심 영역 내의 샘플러들에 대응하는 시계열 데이터만을 이용하여 타겟(140)의 생체 정보를 결정하게 되는데, 이는 IOI 영역이 물리적인 신호의 강도가 가장 큰 부분에 해당하여 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 큰 데이터를 확보하는데 유리하기 때문이다. 또한, 전체 시계열 데이터가 아닌 일정 부분의 시계열 데이터만을 이용하므로 생체 정보 결정 장치(130)의 데이터 처리 시간이 줄어들고, 리소스 사용량도 감소하는 이점이 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)를 통과하는 프레임 셋 및 해당 프레임에 대한 탑 뷰(Top view)를 도시한 도면이다.
본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)가 측정하고자 하는 생체 신호는 일례로, 타겟(140)의 심박 정보이다. 이때, 관심의 대상이 되는 샘플러, 즉, IOI 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에는 큰 진폭을 가지는 호흡 성분과 배경에서 반사된 DC 성분이 포함되어 있을 수 있다.
따라서, 생체 정보 결정 장치(130)는 상대적으로 작은 진폭을 가지는 심박 성분을 추출하기 위하여 IOI 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 디지털 필터에 통과시켜 호흡에 의한 성분, 고주파수 노이즈에 의한 성분 및 DC 성분을 제거할 수 있다. 사람의 심박 주파수는 1~3Hz 대역에 분포하므로 생체 정보 결정 장치(130)는 1~3Hz 대역의 주파수로 구성된 신호 성분을 선택적으로 통과시키는 대역통과필터를 이용하여 각 샘플러의 시계열 데이터를 필터링함으로써 프레임 셋에서 심박의 영향을 받은 신호 성분만을 남길 수 있다. 즉, 정지된 배경 객체에서 반사된 신호에 포함된 저주파수 성분이나 고주파수의 잡음 성분이 대역통과필터를 통해 효과적으로 제거될 수 있다.
이때, 생체 정보 결정 장치(130)는 대역통과필터를 구현하기 위하여 하기의 식 1과 같은 IIR(Infinite Impulse Response) 형태의 필터를 채택할 수 있으며, 1 Hz와 3 Hz를 차단 주파수로 하는 4차의 버터워스(Butterworth) 대역통과필터의 특성을 가지도록 설계할 수 있다. 식 1에서 입력 변수인 x[n]에 각 샘플러들의 시계열 데이터를 대입하면 결과인 y[n]을 얻을 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서 a[k]와 b[k]는 대역통과필터 특성을 구현하기 위한 계수이며, 이를 하기의 표 1에서 나타내었다. 변수 N과 M은 각각 계수 a[k]와 b[k]의 개수를 나타내며 각각 5의 값을 갖는다.
[표 1] 대역통과필터를 위한 계수의 값
타겟(140)의 흉곽에 대한 반사 신호를 통해 생성된 프레임 셋을 구성하는 각 샘플러의 시계열 데이터에 대해 대역통과필터를 이용하여 필터링한 결과를 누적시키면 도 3의 (a)와 같을 수 있다. 이때, 약 30번째 샘플러에서 80번째 샘플러에 이르는 구간에서 관찰되는 다수의 피크는 호흡에 의한 성분이 효과적으로 제거되어 심박에 의한 레이더 신호의 위상 변화 양상만이 대역통과필터에 의해 부각되어 나타난 것을 의미한다.
심박에 의한 레이더 신호의 위상 변화 양상을 보다 쉽게 관찰하기 위하여 대역통과필터를 처리한 후의 프레임 셋을 탑 뷰(Top view) 시점에서 나타낸 도면이 도 3의 (b)이다. 도 3의 (b)를 살펴보면, 사각형으로 표시된 약 30번째 샘플러부터 80번째 샘플러에 이르는 구간에서는 특정 모양의 패턴이 뚜렷하게 반복적으로 나타나는 것을 볼 수 있는데 이것은 UWB 임펄스 레이더의 운용 방식의 특성에 기인한 것이다.
마찬가지로, 타겟(140)의 손목에 대한 반사 신호를 통해 생성된 프레임 셋을 구성하는 각 샐플러의 시계열 데이터에 대해 대역통과필터를 이용하여 필터링한 결과를 누적시키면 도 4의 (a)와 같을 수 있다. 그리고, 대역통과필터를 처리한 후의 프레임 셋을 탑 뷰 시점에서 나타낸 도면이 도 4의 (b)이다.
구체적으로 제1 레이더 시스템(110) 및 제2 레이더 시스템(120)의 송신 안테나에서 타겟(140)을 향해 높은 주파수의 레이더 신호를 반복적으로 투사하면 다수의 신호가 체표면에서 반사될 때에 심박에 의한 미세한 움직임으로 인하여 위상이 변한 상태로 수신 안테나로 돌아오게 된다. 그리고 수신 안테나에서는 레이더 신호의 송신 주파수보다 상대적으로 낮은 주파수로 신호들을 수집하게 되므로 위상 변화를 겪은 수많은 신호들이 중첩된 형태의 프레임이 생성된다. 이러한 프레임들이 누적된 프레임 셋에서 대역통과필터를 활용해 심박의 주파수 대역 성분만을 추출하게 되면 시간 축 방향으로는 심박의 패턴이 나타나고 샘플러 축 방향으로는 대역통과필터에 의해 크기가 변화된 프레임의 피크가 나타나게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제1 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5는 타겟(140)의 PTT를 추출하기 위한 흐름도에 관한 것으로, 생체 정보 결정 장치(130)는 도 3 내지 도 4에서 제공되는 대역통과필터를 통해 필터링된 프레임 셋을 이용하여 타겟(140)의 심박 정보를 계산할 수 있다. 이때, 생체 정보 결정 장치(130)는 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 타겟(140)의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득할 수 있다.
구체적으로 단계(510)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 이용하여 공분산 행렬(Covariance matrix)을 획득할 수 있다.
단계(520)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 생성된 공분산 행렬에 고유값 분해(Eigenvalue decomposition)를 수행하여 고유 벡터(Eigen vector)를 추출할 수 있다.
단계(530)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 추출된 고유 벡터 중 가장 큰 고유 값을 가지는 고유 벡터를 주성분 벡터로 결정할 수 있다.
단계(540)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 단계(510)에서 생성된 공분산 행렬을 단계(530)에서 결정된 주성분 벡터에 투영함으로써 일차원의 시계열 데이터를 생성할 수 있다.
이러한 단계(510) 내지 단계(540)에 대한 일련의 과정을 복원(Restore) 과정이라 하며, 복원 과정의 결과로 생성된 일차원의 시계열 데이터를 복원 신호(Restored signal)라고 부를 수 있다.
단계(550)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽과 손목에 대응하여 각각 생성된 프레임 셋들이 상기의 과정을 거치면서 생성된 복원 신호에서 잡음을 제거함으로써 심박의 패턴을 추출할 수 있다. 일례로, 도 6의 (a) 및 (b)는 각각 흉곽 및 손목에 대응하여 오류가 제거된 복원 신호를 나타내며, 심박의 발생 시점이 함께 표시되었다.
이때, 복원 신호에서 심박의 발생 시점은 양의 피크(Positive peak) 또는 음의 피크(Negative peak)의 위치를 심박으로 발생 시점으로 정할 수 있으나, 이러한 양의 피크 또는 음의 피크의 형상은 각 시계열 데이터가 노이즈에 영향을 받는 것에 따라 미세하게 변할 수 있기 때문에 생체 정보 결정 장치(130)는 복원 신호의 제로 크로싱 포인트(Zero crossing points)의 중간 지점을 심박의 발생 시점으로 결정할 수 있다.
이를 통해 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽과 손목에 대응한 각각의 프레임 셋에서 심박 패턴, 즉, 일련의 심박열(Heartbeat train, HBT)을 추출할 수 있다. 다만, 관심 영역 내의 임의의 한 샘플러에 대한 시계열 데이터에도 심박에 의한 위상 변화가 담겨 있기 때문에 이를 활용하여 심박열을 추출할 수 있지만, 이러한 단일 시계열 데이터는 배경 노이즈와 트랜시버(Transceiver)에서 유입된 양자화 오차(Quantization error)에 취약하기 때문에 심박의 발생 시점에 대한 정확도가 떨어지는 한계가 있다. 그러므로 생체 정보 결정 장치(130)는 주성분 분석을 통해 관심 영역 내의 복수의 시계열 데이터들에서 공통의 성분을 찾아내고, 이를 활용함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 단계(560)에서, 흉곽 및 손목에서 각각 추출된 심박열을 통해 타겟(140)의 PTT를 추정할 수 있다. PTT를 추정하기 위해서 심장에서 가까운 곳에서의 심박과 심장에서 먼 곳에서의 심박을 측정하는데, 본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽과 손목에서의 심박을 각각 측정하여 둘 사이의 지연 시간을 계산함으로써 PTT를 추정할 수 있다.
구체적으로 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽에서 획득한 프레임 셋과 손목에서 획득한 프레임 셋을 대상으로 위에서 서술한 방법을 적용함으로써 각각의 심박열을 추출한 후에 동일한 심박이 발생한 서로 다른 시점을 찾아 둘 사이의 지연 시간을 계산할 수 있다.
한 쌍의 심박열에서 동일한 심박을 찾기 위해 두 개의 복원 신호들의 파형을 직접 비교할 수도 있으나, 각 샘플러의 시계열 데이터에 유입되는 노이즈의 양과 유입 시점에 따라 파형의 크기(Magnitude)가 변할 수 있기 때문에 이에 의한 부정확성(Inaccuracy)가 동반될 가능성이 있으므로 직접적인 비교를 배제할 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽과 손목에서 얻은 각각의 심박열에서 심박 간의 간격(beat-to-beat interval)을 도출하여 각각의 비트 간격 벡터(Beat Interval Vector, BIV)를 생성할 수 있다. 이후 생체 정보 결정 장치(130)는 두 비트 간격 벡터의 교차 상관관계(Cross correlation)를 계산한 다음에 그 값이 최고가 되는 지점을 찾을 수 있다.
이때, 흉곽에서 얻어진 BIV를 c(n)으로 나타내고 손목에서 얻어진 BIV를 w(n)으로 나타내면 이들의 교차 상관관계, R cw (l)은 하기의 식 1로 표현될 수 있다.
<식 1>
여기서 l은 이동 파라미터(Shift parameter)를 나타낼 수 있다.
생체 신호 결정 장치(130)는 상기의 식 1을 통해 교차 상관관계가 가장 크게 발생하는 쉬프트(shift)에서 각 심박열 내의 동일한 심박 쌍이 서로 만나도록 정렬(align)할 수 있다. 본 발명의 생체 신호 결정 장치(130)는 정렬이 이루어진 심박열 내에서 서로 대응되는 각 비트 간의 시간 간격(time interval)을 평균한 값을 PTT로 정하였으며 편의상 이를 Radar PTT로 칭하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 각 심박열 내의 동일한 심박 쌍을 찾아낸 후 실제 시간 축상에 배치한 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 7에서 흉곽과 손목에서 얻은 심박의 위치를 삼각형으로 표시하였으며 흉곽에서 얻은 심박과 손목에서 얻은 심박 사이에 일정한 시간 지연이 발생함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PTT 추정을 위한 제2 실시예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 타겟(140)의 PTT를 추출하기 위한 흐름도에 관한 것으로, 생체 정보 결정 장치(130)는 도 3 내지 도 4에서 제공되는 대역통과필터를 통해 필터링된 프레임 셋의 탑 뷰를 이용하여 타겟(140)의 심박 정보를 계산할 수 있다. 이때, 생체 정보 결정 장치(130)는 필터링된 프레임 셋의 탑 뷰에 생체 정보를 나타내는 템플릿을 이용하여 교차 상관관계를 분석함으로써 타겟(140)의 생체 정보를 추출하기 위한 정보를 각각 획득할 수 있다.
단계(810)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 생체 정보, 즉 심박을 나타내는 일정한 크기의 제1 템플릿을 생성할 수 있다. 이를 위해 생체 정보 결정 장치(100)는 다수의 프레임 셋을 분석하고, 분석한 결과를 통해 도 9의 (a)와 같이 심박에 의한 패턴을 대표하는 일정 크기의 제1 템플릿을 추출할 수 있다. 일례로, 생체 정보 결정 장치(130)는 16 X 32 크기의 제1 템플릿을 추출할 수 있다. 이때, 제1 템플릿의 열은 샘플러 인덱스에 대응하고, 행은 시간 인덱스에 대응할 수 있다. 제1 템플릿은 다양한 프레임 셋을 분석한 결과, 심박이 존재하는 곳에서 공통적으로 발견되는 형태에서 추출된 것이므로, 타겟(140)의 서로 다른 지점에서 획득된 프레임 셋에서 특화된 심박 템플릿을 찾는 용도로 활용될 수 있다.
단계(820)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 제1 템플릿과 프레임 셋의 IOI 영역을 비교하여 유사도가 가장 높은 영역을 탐색할 수 있다. 즉, 생체 정보 결정 장치(130)는 제1 템플릿과 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역 간의 교차 상관관계를 분석하여 제일 큰 교차 상관관계 값을 가지는 영역을 찾을 수 있다.
단계(830)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 제1 템플릿과 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역 간의 분석된 교차 상관관계 값에 기초하여 제2 템플릿을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역에서 제1 템플릿과 비교하여 최대 유사도를 가지는 영역을 크롭(Crop)하여 도 9의 (b)와 같은 제2 템플릿을 생성할 수 있다.
단계(840)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역 내에서 제2 템플릿과 유사한 패턴을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로 생체 정보 결정 장치(130)는 제2 템플릿과 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역 간의 교차 상관관계를 분석하여 도 10의 (a)와 같이 일정 이상의 교차 상관관계 값을 가지는 영역을 각각 검출할 수 있다.
단계(850)에서, 생체 정보 결정 장치(130)는 검출된 교차 상관관계 값을 가지는 영역을 이용하여 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋의 IOI 영역 내에서 제2 템플릿과 유사한 패턴이 발생된 시점을 추출하여 심박열을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로 도 10의 (a)에서 제2 템플릿과 매칭되는 프레임 셋의 IOI 영역의 각 지점을 시간으로 환산하면 심박의 발생 시점이 되는데, 생체 정보 결정 장치(130)는 이러한 심박의 발생 시점을 이용하여 도 10의 (b)와 같이 하나의 IOI 영역 내에 복수의 심박이 연속으로 나타내는 심박열을 생성할 수 있다. 즉, 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽 및 손목에 대응하는 프레임 셋 각각에 대해 심박열을 생성할 수 있다.
생체 정보 결정 장치(130)는 단계(860)에서, 흉곽 및 손목에서 각각 추출된 심박열을 통해 타겟(140)의 PTT를 추정할 수 있다. PTT를 추정하기 위해서 심장에서 가까운 곳에서의 심박과 심장에서 먼 곳에서의 심박을 측정하는데, 본 발명의 생체 정보 결정 장치(130)는 흉곽과 손목에서의 심박을 각각 측정하여 둘 사이의 지연 시간을 계산함으로써 PTT를 추정할 수 있다. 이와 같은 PTT 추정 방법은 제1 실시예와 동일하므로 여기에서는 생략하도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 생체 정보 결정 시스템
110 : 제1 레이더 시스템
120 : 제2 레이더 시스템
130 : 생체 정보 결정 장치
140 : 타겟
110 : 제1 레이더 시스템
120 : 제2 레이더 시스템
130 : 생체 정보 결정 장치
140 : 타겟
Claims (20)
- 두 개의 레이더를 통해 타겟의 서로 다른 두 지점을 향해 동시에 레이더 펄스를 방출하고, 각 지점에서 반사된 레이더 펄스로 구성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하는 단계;
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 상기 타겟의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득하는 단계;
상기 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계; 및
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득 하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득 하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 상기 생체 정보의 주파수 대역에 대응하는 필터를 이용하여 필터링하는 단계; 및
상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 대한 차원 축소를 통해 상기 타겟의 생체 정보를 측정하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계는,
상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 이용하여 공분산 행렬(Covariance matrix)을 획득하는 단계;
상기 생성된 공분산 행렬에 고유값 분해(Eigenvalue decomposition)를 수행하여 고유 벡터(Eigen vector)를 추출하는 단계;
상기 추출된 고유 벡터 중 가장 큰 고유 값을 가지는 고유 벡터를 주성분 벡터로 결정하는 단계; 및
상기 생성된 공분산 행렬을 상기 결정된 주성분 벡터에 투영함으로써 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터에서 제로 크로싱 포인트(Zero crossing points)의 중간 지점을 상기 생체 정보의 발생 시점인 비트로 결정함으로써 상기 생체 정보 트레인을 추출하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제5항에 있어서,
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에 대응하는 간격 벡터들을 생성하는 단계; 및
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석한 결과에 기초하여 상기 서로 다른 지점에서 각각 추출된 생체 정보 트레인들 내의 동일한 생체 정보가 서로 만나도록 정렬하는 단계;
상기 정렬된 동일한 생체 정보에 대응하는 비트 간 시간 간격을 통해 시간 지연을 도출하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟으로부터 반사된 레이더 펄스가 중첩되어 형성된 프레임을 신호 처리하는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
생체 정보를 측정하고자 하는 타겟의 서로 다른 두 지점으로부터 반사된 레이더 펄스가 각각 중첩되어 형성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하고,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 수행함으로써 상기 타겟의 생체 정보를 추출하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 획득하며,
상기 각각 획득된 일차원의 시계열 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하고,
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 상기 생체 정보의 주파수 대역에 대응하는 필터를 이용하여 필터링하고,
상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터에 대한 차원 축소를 통해 상기 타겟의 생체 정보를 측정하기 위한 일차원의 시계열 데이터를 각각 생성하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 제10항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 필터링된 프레임 셋에 설정된 관심 영역에 대응하는 샘플러들의 시계열 데이터를 이용하여 공분산 행렬(Covariance matrix)을 획득하고,
상기 생성된 공분산 행렬에 고유값 분해(Eigenvalue decomposition)를 수행하여 고유 벡터(Eigen vector)를 추출하며,
상기 추출된 고유 벡터 중 가장 큰 고유 값을 가지는 고유 벡터를 주성분 벡터로 결정하고,
상기 생성된 공분산 행렬을 상기 결정된 주성분 벡터에 투영함으로써 일차원의 시계열 데이터를 생성하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 두 개의 레이더를 통해 타겟의 서로 다른 두 지점을 향해 동시에 레이더 펄스를 방출하고, 각 지점에서 반사된 레이더 펄스로 구성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하는 단계;
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 각각 생성된 프레임 셋으로부터 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계;
상기 각각 획득된 유사도가 높은 영역의 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계; 및
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제12항에 있어서,
상기 유사도가 가장 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제12항에 있어서,
상기 유사도가 가장 높은 영역의 데이터를 각각 획득하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿인 제1 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석하여 최대 유사도를 가지는 영역을 식별하는 단계;
상기 제1 템플릿에서 식별된 최대 유사도를 가지는 영역을 크롭(crop)하여 제2 템플릿을 생성하는 단계; 및
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 포함된 데이터 중 상기 생성된 제2 템플릿과 비교하여 일정 기준 이상의 유사도를 가지는 영역의 데이터를 추출하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제12항에 있어서,
상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 획득된 유사도가 높게 나타나는 영역의 데이터가 프레임셋에서 차지하고 있는 시간 축 상의 위치를 식별하고, 식별된 시간 축 상의 위치를 상기 생체 정보의 발생 시점인 비트로 결정함으로써 상기 생체 정보 트레인을 추출하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제15항에 있어서,
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에 대응하는 간격 벡터들을 생성하는 단계; 및
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 제16항에 있어서,
상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 도출하는 단계는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 간격 벡터들 간의 교차 상관관계를 분석한 결과에 기초하여 상기 서로 다른 지점에서 각각 추출된 생체 정보 트레인들 내의 동일한 생체 정보가 서로 만나도록 정렬하는 단계;
상기 정렬된 동일한 생체 정보에 대응하는 비트 간 시간 간격을 통해 시간 지연을 도출하는 단계
를 포함하는 타겟의 생체 정보 결정 방법. - 생체 정보를 측정하고자 하는 타겟으로부터 반사된 레이더 펄스가 중첩되어 형성된 프레임을 신호 처리하는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
생체 정보를 측정하고자 하는 타겟의 서로 다른 두 지점으로부터 반사된 레이더 펄스가 각각 중첩되어 형성된 각각의 프레임들을 미리 정해진 수신 시간에 따라 누적시켜 상기 서로 다른 두 지점에 대한 프레임 셋(Frame set)을 각각 생성하고,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석함으로써 상기 각각 생성된 프레임 셋으로부터 유사도가 높은 영역의 데이터를 각각 획득하며,
상기 각각 획득된 유사도가 높은 영역의 데이터들을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서의 생체 정보 트레인을 추출하고,
상기 서로 다른 두 지점에서 각각 추출된 상기 생체 정보 트레인의 비트(beat) 간 간격을 이용하여 상기 서로 다른 두 지점에서 측정된 상기 타겟의 동일한 생체 정보에 대한 시간 지연을 결정하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋을 구성하는 샘플러들 중 최대 피크가 가장 많은 샘플러를 기준으로 관심 영역을 설정하는 타겟의 생체 정보 결정 장치. - 제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역과 상기 생체 정보를 나타내는 템플릿인 제1 템플릿 간의 교차 상관관계를 분석하여 최대 유사도를 가지는 영역을 식별하고,
상기 제1 템플릿에서 식별된 최대 유사도를 가지는 영역을 크롭(crop)하여 제2 템플릿을 생성하며,
상기 서로 다른 두 지점에 대해 각각 생성된 프레임 셋의 관심 영역에 포함된 데이터 중 상기 생성된 제2 템플릿과 비교하여 일정 기준 이상의 유사도를 가지는 영역의 데이터를 추출하는 타겟의 생체 정보 결정 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020190155433A KR20210066332A (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190155433A KR20210066332A (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190155433A KR20210066332A (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 타겟의 생체 정보 결정 방법 및 장치 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115886757A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-04-04 | 深圳市捷美瑞科技有限公司 | 一种测量血压的方法、装置、设备及介质 |
| WO2024072102A1 (ko) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 서울대학교병원 | 레이더 기반 비접촉식 부정맥 감지 방법 및 장치 |
| WO2024074923A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Know Labs, Inc. | Analyte sensors with position adjustable transmit and/or receive components |
-
2019
- 2019-11-28 KR KR1020190155433A patent/KR20210066332A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024072102A1 (ko) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 서울대학교병원 | 레이더 기반 비접촉식 부정맥 감지 방법 및 장치 |
| WO2024074923A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | Know Labs, Inc. | Analyte sensors with position adjustable transmit and/or receive components |
| CN115886757A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-04-04 | 深圳市捷美瑞科技有限公司 | 一种测量血压的方法、装置、设备及介质 |
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