WO2014038778A1

WO2014038778A1 - 생체 신호 처리 방법

Info

Publication number: WO2014038778A1
Application number: PCT/KR2013/005835
Authority: WO
Inventors: 이동화
Original assignee: Lee Dong Hwa
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-03-13
Also published as: KR101317824B1; US20140067274A1; EP2893871A1; EP2893871A4; JP2015527163A; JP6074040B2

Abstract

본 발명은 생체의 생리적 특성을 측정하기 위한 생체 신호 처리방법을 개시한다. 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법은: 서로 다른 파장 대역을 가지며 상기 생체의 생리적 특성을 나타내는 두 개의 신호 함수들 중 어느 하나의 신호 함수 P₁(t)에 대한 미분 P₁'(t)를 다른 하나의 신호 함수 P₂(t)에 대한 미분 P₂'(t)로 나누는 (a)단계; 그리고 하기 수학식 1을 이용하여 하기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 (b)단계를 포함하여 이루어진다. [수학식 1] (P₁'(t)/P₂'(t))|_{t=t1, t2, t3,…}=k (상기 수학식 1에서, P₁(t)=s₁(t)+n₁(t), P₂(t)=s₂(t)+n₂(t), as₁(t)=s₂(t), bn₁(t)=n₂(t), a와 b와 k는 상수, 변수 t는 시간, n₁(t)과 n₂(t)는 각각 생체 신호 측정시 노이즈(Noise)에 의한 신호 함수임) 본 발명에 따르면, 사용자가 원하는 데이터, 즉 노이즈 성분이 제거된 데이터의 신호 주기를 간단한 처리과정을 통해 추출할 수 있으므로, 생리적 특성의 검출을 위해 소요되는 과정이 간략화될 수 있다.

Description

생체 신호 처리 방법

본 발명은 생체 신호를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소 포화도나 맥박 등과 같은 생체 특성(생리적 특성)을 비침습적인 방법으로 얻고자 할 때, 상기 생체 특성의 파악을 위한 신호의 특성상수 및 주기를 용이하게 구할 수 있고 이를 통해 상기 생체 특성을 보다 신속하고 용이하게 확인할 수 있는 생체 신호 처리방법에 관한 것이다.

산소 포화도 등의 혈액 가스 포화도(Blood Gas Saturation), 혈압, 심장 박동, 및 심전도 등의 다양한 생리적 특성에 의한 생체 신호을 처리하는 신호 프로세서(Signal Processor)는 일반적으로 메인 신호(Main Signal)와 노이즈 신호(Noise Signal)을 포함한 복합 신호로부터 상기 메인 신호 또는 노이즈 신호를 추출하거나 제거함으로써 상기 생체 신호를 획득한다.

예를 들어, 상기 복합 신호는 사용자가 원하는 데이터를 포함하는 메인 신호부분과 노이즈에 의한 노이즈 신호 부분이 혼합된 것이다. 이때 상기 노이즈 신호가 상기 메인 신호와 다른 주파수 스펙트럼(Frequency Spectrum)을 차지하고 있다면, 로우 패스(Low Pass), 밴드 패스(Band Pass) 및 하이 패스(High Pass) 필터링(Filtering) 등과 같은 기존의 필터링 기법을 사용하여 전체 신호에서 상기 노이즈 신호를 제거하거나 상기 메인 신호를 추출할 수 있으나, 상기 메인 신호와 노이즈 신호의 주파수 스펙트럼이 중첩되는 경우가 존재한다.

이러한 경우, 기존의 필터링 기법은 상기 메인 신호를 추출하거나 상기 노이즈 신호를 제거하는데 효과적이지 못하며, 상기 두가지 신호 부분 중 하나에 대한 충분한 정보가 주어진다면 어댑티브 노이즈 캔슬러(Adaptive Noise Canceler) 등과 같은 코릴레이션 캔슬러(Correlation Canceler)를 사용하여 그 신호 부분을 추출할 수 있으나, 상기 신호들에 대한 정보가 주어지지 않는 것이 일반적이다.

이와 같이 상기 메인 신호 부분과 노이즈 신호 부분에 대한 아무런 정보도 쉽게 결정할 수 없는 영역이 생리적 모니터링, 즉 상술한 생리적 특성을 모니터링 하는 분야이다. 상기 생리적 모니터링은 일반적으로 인체와 같은 생체 시스템에서 파생된 측정 신호를 사용하여 생리적 특성을 모니터링한다.

일반적으로 생리적 모니터링 시스템에 사용되는 측정은 심전도검사(Electrocardiographs), 혈압, 혈액 가스 포화도(예 : 산소 포화도 등), 이산화탄소분압측정(Capnographs), 다른 혈액 구성 모니터링, 심장 박동, 호흡 속도 측정 등 다양한 종류가 있으며, 상기 혈액 가스 포화도의 일종인 산소포화도의 예로는 동맥혈 산소포화도가 있다.

상술한 다양한 종류의 생리적 특성의 측정은 선택된 에너지 형태로 손가락과 같은 검사 매체를 지나는 에너지 감쇠(Energy Attenuation)의 속성을 사용하여 이루어질 수 있다. 이들 중 혈액 가스 모니터링은 생물학적 조직이나 물질에 의한 에너지 감쇠의 측정에 기반을 두고 있는 생리적 모니터링의 한 예이다.

상기 혈액 가스 모니터링에서는 검사 매체, 예를 들면 환자의 손가락에 생체 신호 측정을 위한 빛을 조사하고 시간의 함수에 따른 빛의 감쇠 특성을 측정한다. 이때 동맥혈의 흐름에 민감한 혈액 가스 모니터의 출력 신호는 환자의 동맥 펄스에 의해 나타나는 파형을 갖는 신호를 포함한다.

상술한 생리적 모니터링에 관련된 내용은 미국등록특허 제6,002,952호와 제5,490,505호 등의 특허문헌에 개시되어 있는데, 손가락 등의 검사 매체를 통해 생리적 모니터링을 수행하는 경우 정맥혈이나 손가락의 움직임 등의 노이즈 요인에 의해 에너지 감쇠가 불규칙하게 나타난다.

미국등록특허 제6,002,952호의 도 1에는 규칙적인 에너지 감쇠에 의한 신호 파형(메인 신호의 파형)을 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 2에는 현실적인, 즉 노이즈 성분이 가미된 불규칙적인 에너지 감쇠에 의한 신호 파형을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 정맥혈이나 환자의 움직임 등에 의한 불규칙 신호 파형이 검출되는 경우, 이로부터 메인 신호를 추출하기 위해서는 복잡한 연산과정과 처리과정을 거쳐야 하므로, 상기 메인 신호의 정보, 예를 들어 상기 메인 신호의 주기 및 특성상수를 추출하고 이를 통해 생리적 특성을 출력하는데 어려움이 있다.

본 발명은 검출기에 의해 측정(입력)된 생체 신호의 정보, 특히 상기 생체 신호에서 노이즈 신호가 제거된 메인 신호의 특성을 간단한 프로세스를 통해 획득할 수 있는 생체 신호 처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 생체의 생리적 특성을 측정하기 위한 생체 신호 처리방법을 제공한다. 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법은: 서로 다른 파장 대역을 가지며 상기 생체의 생리적 특성을 나타내는 두 개의 신호 함수들 중 어느 하나의 신호 함수 P₁(t)에 대한 미분 P₁'(t)를 다른 하나의 신호 함수 P₂(t)에 대한 미분 P₂'(t)로 나누는 (a)단계; 그리고 하기 수학식 1을 이용하여 하기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 (b)단계를 포함하여 이루어진다.

[수학식 1]

(P₁'(t)/P₂'(t))|_{t=t1, t2, t3,…}=k

(상기 수학식 1에서, P₁(t)=s₁(t)+n₁(t), P₂(t)=s₂(t)+n₂(t), as₁(t)=s₂(t), bn₁(t)=n₂(t), a와 b와 k는 상수, 변수 t는 시간, n₁(t)과 n₂(t)는 각각 생체 신호 측정시 노이즈(Noise)에 의한 신호 함수임)

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 동일한 값을 갖게 하는 변수 t의 값이 일정한 주기로 반복되는 값을 포함하는 조건을 만족하도록, 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)와 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 적어도 하나의 교점들을 사이에 두고 일정한 간격으로 반복되는 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한, 상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)과 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 일정한 패턴으로 반복되는 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)과 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 기 설정된 패턴의 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여, 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득할 수도 있다.

그리고, 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 추출할 때 사용되는 상기 수학식 1은 상기 함수 s₁(t)의 미분 s₁'(t)가 0(Zero)인 것을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 한다.

상기 생리적 특성은 맥박 산소포화도인 것인 것을 예시할 수 있으며, 상기 생리적 특성은 적외선 신호와 적색 신호에 의해 측정될 수 있다.

한편, 상기 (b)단계에서 상기 상수 b가 추출된 후 아래의 수학식 4에 의해 t상기 신호 함수 s₁(t)의 레퍼런스(Reference) 파형을 추출할 수도 있다.

[수학식 4]

P₁(t)-P₂(t)/b=s₁(t)+n₁(t)-(as₁(t)+bn₁(t))/b=(1-a/b)s₁(t)

본 발명에 따르면, 사용자가 원하는 데이터, 즉 노이즈 성분이 제거된 데이터의 신호 주기를 간단한 처리과정을 통해 추출할 수 있으므로, 생리적 특성의 검출을 위해 소요되는 과정이 간략화될 수 있다.

도 1은 노이즈 요인이 없는 상태의 이상적인 신호(메인 신호) 파형의 일 예를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 2는 노이즈가 포함된 현실적인 신호(복합 신호) 파형의 일 예를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.

도 4는 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법에 의해 메인 신호의 주기를 추출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법에 의해 메인 신호의 기준 패턴을 추출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 비침습적으로 생리적 특성을 측정할 때 노이즈 요인이 없는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 규칙적인 주기를 갖는 이상적인 신호(메인 신호)의 파형(10)이 검출되나, 노이즈 요인이 존재하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 메인 신호에 노이즈 신호가 혼합된 불규칙적인 신호 파형(20)이 검출된다.

상기 불규칙적 신호 파형(20)은 이상적인 신호의 파형(10)에 노이즈 요인이 부가된 효과를 보여주는데, 생체의 생리적 특성을 측정할 때 상술한 노이즈 요인이 존재하는 경우에는 비록 작은 요인이라 할지라도 생리적 특성의 데이터를 갖는 메인 신호의 구별을 어렵게 할 수 있다.

상술한 생리적 특성의 측정을 위해 산소포화도 측정기 등의 센서에 의해 검출되는 신호, 즉 측정 신호(Measured Signals)는 2가지 측정 신호를 포함하는데, 상기 2가지 측정 신호는 서로 다른 파장 대역에 속하는 신호가 이용될 수 있으며, 상기 2가지 측정 신호를 통해 생체의 생리적 특성이 확인될 수 있다.

상기 2가지 측정 신호, 즉 상기 센서에 의해 측정되는 신호(20, 측정 신호 또는 입력 신호)는 각각 메인 신호(10, Main Signal)와 노이즈 신호(Noise Signal)를 포함하며, 여기서 상기 메인 신호는 노이즈 요인이 없을 때의 이상적인 측정 신호이고, 상기 노이즈 신호는 노이즈 요인, 예를 들면 환자의 움직임이나 정맥혈 등의 요인에 기인하여 측정되는 신호이다.

상기 2가지 측정 신호의 구체적인 일 예로 맥박 산소포화도 측정에 사용되는 신호를 들 수 있는데, 적외선(IR)을 사용하여 측정되는 적외선 신호와 적색광(Red Light)을 사용하여 측정되는 적색광 신호가 있다.

여기서, 동맥혈의 산소포화도를 비침습적으로 측정하는 기기(센서)를 맥박 산소포화도 측정기(Pulse Oxymeter)라고 하며, 상기 동맥혈에서 헤모글로빈의 혈액 산소포화도를 보여주는 장치이다. 상기 산소포화도는 심장 출력이나 폐기능 평가, 기관특이관류나 심혈관 상태 평가, 저산소증 진단 등에 활용되는 정보로서, 의료분야는 물론 스포츠과학분야 등 다양한 분야로 그 사용분야가 넓어지고 있다.

상기 맥박 산소포화도 측정기는 환자(피검사자)의 신체(예를 들면 손가락)에 2가지 종류의 광을 조사하는 2개의 광원(Light Emitter)과 포토 다이오드(Photo Diode)와 같은 광 검출기(Detector)를 포함하여 구성되는데, 상기 2개의 광원으로는 적색광을 출력하는 적색 LED(발광 다이오드)와 적외선을 출력하는 적외선 LED가 사용될 수 있다.

그리고, 상술한 산소포화도 등의 생리적 특성을 나타내는 상기 2가지 측정 신호 각각은 전술한 바와 같이 메인 신호와 노이즈 신호가 혼합된 복합 신호로서, 이하에서는 상기 메인 신호의 파형(10)을 나타내는 함수를 s(t)라고 하고, 상기 노이즈 신호의 파형(20)을 나타내는 함수(생체 신호 측정시 노이즈(Noise)에 의한 신호)를 n(t)라고 하며, 본 발명에서는 상기 측정 신호(복합 신호)에 의한 함수를 P(t)로 하고 상기 함수 s(t)와 n(t)의 합으로 표시한다.

보다 구체적으로 설명하면, 인체와 같은 생체의 생리적 특성을 나타내는 두가지 신호, 즉 상기 2가지 측정 신호 중 어느 하나의 신호를 함수 P₁(t)로 나타내고, 다른 하나의 신호를 함수 P₂(t)로 나타낼 수 있으며, 이때 상기 함수 P₁(t)와 P₂(t)가 특정 신호에 한정되는 것은 아니며, 두가지 신호 중 임의의 하나가 상기 P₁(t)로 지칭되는 경우 나머지 하나가 P₂(t)가 됨을 의미한다.

이때, 상기 P₁(t)와 P₂(t)는 하기와 같이 정의될 수 있다.

P₁(t)=s₁(t)+n₁(t), P₂(t)=s₂(t)+n₂(t)

그리고 P₁(t)와 P₂(t)에서, as₁(t)=s₂(t)이고 bn₁(t)=n₂(t)이며, a와 b는 상수이고, 함수 P₁(t)와 P₂(t)는 시간에 따른 함수로서 변수 t는 시간을 나타낸다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 생체 신호 처리방법의 일 실시예로서 상기 생리적 특성의 데이터를 담은 메인 신호에 대한 정보를 얻는 과정, 특히 상기 메인 신호의 주기를 추출하는 예가 설명된다.

본 발명은 생체의 생리적 특성을 측정하기 위한 생체 신호 처리방법으로서, 서로 다른 파장 대역을 가지며 상기 생체의 생리적 특성을 나타내는 두 개의 신호 함수(P(t))들 중 어느 하나의 신호 함수(이하, P₁(t)라 함)에 대한 미분 P₁'(t)를 다른 하나의 신호 함수(이하, P₂(t)라 함)에 대한 미분 P₂'(t)로 나누는 (a)단계와 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 (b)단계를 포함하여 이루어지는데, 상기 (b)단계는 하기 수학식 1을 이용하여 처리된다.

수학식 1

즉, 상기 (a)단계에 의해 획득되는 함수는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2

따라서, 상기 수학식 2는 (s₁'(t)+n₁'(t))/(as₁'(t)+bn₁'(t))으로 표현될 수 있으며, 상기 함수 s₁(t)의 미분 s₁'(t)가 0(Zero)이면 상기 수학식 2이 값이 (1/b)가 되고, 같은 조건에서 (1/b)=k가 성립하게 된다.

상술한 산소포화도 등의 생리적 특성에 의한 생체 신호를 처리하는 신호 프로세서(Processor)는 상기 신호 프로세서에 입력되는 상기 두가지 측정 신호 중 어느 하나의 신호(예를 들면 적외선 신호)로부터 상기 함수 P₁(t)를 생성하고, 다른 하나의 신호(예를 들면 적색광 신호)로부터 상기 P₂(t)를 생성한다. 물론, 본 발명에서는 상기 함수 P₁(t)와 P₂(t)가 특정된 것이 아니므로 상기 함수 P₁(t)가 적색광 신호에 의한 함수이고, 상기 함수 P₂(t)가 적외선 신호에 의한 함수가 될 수도 있다.

그리고 맥박 산소포화도 측정시에 상기 s₁(t)와 s₂(t)는 동맥혈에 의한 신호함수이고 n₁(t)와 n₂(t)는 정맥혈 등의 노이즈 요인에 의한 신호 함수가 될 수 있다.

다음으로, 상기 P₁(t)과 P₂(t)를 각각 미분하여 함수 P₁'(t)과 P₂'(t)를 얻고, 상기 함수 P₁'(t)과 P₂'(t) 중 어느 하나의 함수로 다른 하나의 함수를 나눔으로써 상기 수학식 2가 얻어진다.

그리고 상기 (b)단계에서 상기 함수 s₁(t)의 주기를 추출하기 위하여, 상기 수학식 2에 정의된 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 동일한 값을 갖게 하는 변수 t의 값이 일정한 패턴으로 반복되는 값을 포함하는 조건을 만족하도록, 상기 수학식 1의 k값이 추출되면 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기가 구해질 수 있다.

도 4를 참조하여 상기 함수 s₁(t)의 주기를 추출하는 모델을 보다 구체적으로 설명하면, 시간 t를 가로축으로 하는 수학식 2의 함수에 따른 그래프에서 가상의 가로선(k)을 세로방향으로 수평 이동시킬 때 상기 가상의 가로선(k)과 상기 수학식 2의 그래프가 만나는 교점들이 일정한 패턴으로 반복되는 점들을 포함하는 경우, 상기 가상의 가로선(k)의 값의 역수가 상기 수학식 1의 k값이 된다.

이때 상기 수학식 2에 따르면, 상기 가상의 가로선(k)과 상기 수학식 2의 함수가 만나는 점들의 t값들은 상기 함수 s₁(t)의 미분 s₁'(t)가 0(Zero)가 되는 좌표(함수 s₁(t)의 골과 마루)의 t값을 포함하게 되며, 함수 s₁(t)의 골과 골 사이의 거리 또는 마루와 마루사이의 거리가 함수 s₁(t)의 주기가 된다.

따라서, 상기 가상의 가로선(k)과 상기 수학식 2의 그래프가 만나는 교점들이 적어도 하나의 점들을 사이에 두고 일정한 간격으로 반복되는 점들을 포함하거나, 상기 가상의 가로선(k)과 상기 수학식 2의 그래프가 만나는 교점들이 일정한 간격으로 반복되는 한 쌍의 점들(하나는 함수 s₁(t)의 골에 대응되고 다른 하나는 함수 s₁(t)의 마루에 대응됨)을 포함하도록 상기 가로선(k)을 결정하고, 적어도 하나의 점들을 사이에 두고 일정한 간격으로 반복되는 점들의 주기나 일정한 간격으로 반복되는 한 쌍의 점들의 주기를 추출하면, 상기 점들의 주기가 상기 s₁(t)의 주기가 된다.

도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 수학식 2의 함수와 상기 가로선(k)과의 교점들이 일정한 간격(L₁=L₂=…)으로 반복되는 점을 가지도록 상기 가로선(k)를 상하로 움직여서 상기 가로선(k)의 위치를 결정하면, 상기 L₁이 상기 s₁(t)의 주기가 된다.

이와 달리, 상기 수학식 2의 함수와 상기 가로선(k)과의 교점들이 일정한 간격(m₁ 또는 m₂)으로 반복되는 한 쌍의 점들을 갖도록. 상기 가로선(k)를 상하로 움직여서 상기 가로선(k)의 위치를 결정하면, 상기 한 쌍의 점들이 반복되는 주기가 상기 s₁(t)의 주기가 된다. 여기서 m₁=m₃=…이고, m₂=m₄=…이다.

또한, 상기 수학식 2의 함수와 상기 가로선(k)과의 교점들 중 어느 한 점을 중심으로 좌측에 위치한 어느 하나의 교점까지의 거리와 우측에 위치한 어느 하나의 교점까지의 거리의 비(m₁/m₂)가 주기성을 갖도록 상기 가로선(k)의 위치를 결정하면, 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기가 추출될 수 있다. 즉 (m₁/m₂)=(m₃/m₄)=…이면, 상기 s₁(t)의 주기가 추출될 수 있다.

그리고, 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 노이즈 n₁(t)가 포함되어 있지 않은 한 주기의 미분된 신호 s₁'(t)의 값이 0(Zero)인 시간 t값의 패턴을 기준 패턴으로 설정하여, 상기 수학식 2의 함수와 상기 가로선(k)과의 교점들이 기준 패턴으로 반복되는 점들을 갖도록 상기 가로선(k)를 상하로 움직여서 상기 가로선(k)의 위치를 결정하면, 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기가 추출될 수 있다.

본 실시예에서는 함수 s₁'(t)가 0(Zero)가 되는 점(함수 s₁(t)의 골과 마루)에서 상기 수학식 2의 값이 상수가 됨을 기초로 함수 s₁(t)의 주기를 추출하는 방법을 개시하며, 이러한 기술적 사상을 기초로 하는 한 주기 추출방법은 상술한 바와 같이 다양하게 변경될 수 있다.

역으로, 하기 수학식 3과 같이 상기 함수 P₂'(t)를 함수 P₁'(t)으로 나누어도 위에서 설명된 동일한 방법을 이용하여 상기 s₁(t) 또는 s₂(t)의 주기 및 상수 b값을 추출할 수 있으며, 상기 함수 s₁(t)와 s₂(t)의 주기는 동일하므로 두 함수 중 하나의 주기를 추출하면 상기 2가지 측정 신호의 메인 신호(10)의 주기와 상수 b를 도출할 수 있다.

수학식 3

그리고 상기 메인 신호들의 주기를 검출함으로써 상술한 생리적 특성을 획득하고 이를 외부로 출력할 수 있게 된다.

또한, 노이즈 n₁(t)가 포함되어 있지 않은 신호 s₁'(t)의 값이 0인 점들의 패턴을 알고 있을 때, 상기 수학식 1을 이용하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득할 수 있다.

그리고 상기 (b)단계에서 상수 b를 추출한 후 하기 수학식 4를 이용하여 s(t) 신호의 기준 파형(Reference Waveform)을 추출할 수 있다.

수학식 4

상기와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

본 발명은 의료기기, 특히 산소포화도 등의 생리적 특성을 검출하는 장치에 적용되는 생체 신호 처리방법으로서, 의료기기 또는 보조 의료기기 분야에 이용될 수 있으며, 생리적 특성의 검출과정을 간략화할 수 있다.

Claims

생체의 생리적 특성을 측정하기 위한 생체 신호 처리방법으로서;

서로 다른 파장 대역을 가지며 상기 생체의 생리적 특성을 나타내는 두 개의 신호 함수들 중 어느 하나의 신호 함수 P₁(t)에 대한 미분 P₁'(t)를 다른 하나의 신호 함수 P₂(t)에 대한 미분 P₂'(t)로 나누는 (a)단계; 그리고

하기 수학식 1을 이용하여 하기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 (b)단계를 포함하여 이루어지는 생체 신호 처리방법.

[수학식 1]

(P₁'(t)/P₂'(t))|_{t=t1, t2, t3,…}=k

(상기 수학식 1에서, P₁(t)=s₁(t)+n₁(t), P₂(t)=s₂(t)+n₂(t), as₁(t)=s₂(t), bn₁(t)=n₂(t), a와 b와 k는 상수, 변수 t는 시간, n₁(t)과 n₂(t)는 각각 생체 신호 측정시 노이즈(Noise)에 의한 신호 함수임)
제1항에 있어서,

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 동일한 값을 갖게 하는 변수 t의 값이 일정한 주기로 반복되는 값을 포함하는 조건을 만족하도록, 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)와 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 적어도 하나의 교점들을 사이에 두고 일정한 간격으로 반복되는 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)와 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 일정한 패턴으로 반복되는 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 (b)단계는, 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)의 가로축(t)에 평행한 가로선(k)과 상기 함수 P₁'(t)/P₂'(t)가 만나는 교점들이 기 설정된 패턴의 교점들을 포함하는 조건을 만족하도록 상기 수학식 1의 k의 값을 설정하여 상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 상기 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 추출할 때 사용되는 상기 수학식 1은 상기 함수 s₁(t)의 미분 s₁'(t)가 0(Zero)인 것을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 생리적 특성은 맥박 산소포화도인 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 생리적 특성은 적외선 신호와 적색 신호에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리방법.
생체의 생리적 특성을 측정하기 위한 생체 신호 처리방법으로서;

서로 다른 파장 대역을 가지며 상기 생체의 생리적 특성을 나타내는 두 개의 신호 함수들 중 어느 하나의 신호 함수 P₁(t)에 대한 미분 P₁'(t)를 다른 하나의 신호 함수 P₂(t)에 대한 미분 P₂'(t)로 나누는 (a)단계;

하기 수학식 1을 이용하여 하기 함수 n₁(t)의 상수 b와 함수 s₁(t)의 주기를 획득하는 (b)단계; 그리고

하기 수학식 4를 이용하여 함수 s₁(t)의 레퍼런스(Reference) 파형을 추출하는 (c)단계를 포함하여 이루어지는 생체 신호 처리방법.

[수학식 1]

(P₁'(t)/P₂'(t))|_{t=t1, t2, t3,…}=k

(상기 수학식 1에서, P₁(t)=s₁(t)+n₁(t), P₂(t)=s₂(t)+n₂(t), as₁(t)=s₂(t), bn₁(t)=n₂(t), a와 b와 k는 상수, 변수 t는 시간, n₁(t)과 n₂(t)는 각각 생체 신호 측정시 노이즈(Noise)에 의한 신호 함수임)

[수학식 4]

P₁(t)-P₂(t)/b=s₁(t)+n₁(t)-(as₁(t)+bn₁(t))/b=(1-a/b)s₁(t)