KR102588906B1

KR102588906B1 - 생체 신호 품질 평가 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102588906B1
Application number: KR1020180076515A
Authority: KR
Inventors: 장대근; 권의근; 윤승근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2038-07-02
Also published as: KR20190065115A; US11911184B2; EP3492003B1; US20230000444A1; JP2019098183A; JP7154977B2; EP3492003A1; CN109864704A

Abstract

일 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 장치는, 생체 신호를 획득하는 생체 신호 획득부 및 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하고 추출된 주기 신호들 사이의 유사도, 및 획득된 생체 신호의 신호 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체 신호 품질 평가 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR ASSESSMENT BIOLOGICAL SIGNAL QUALITY}

피검체로부터 획득된 생체 신호의 품질을 평가하는 기술과 관련되며, 구체적으로 생체 신호 품질 평가 장치 및 방법에 관련된다.

생체 신호로부터 생체 정보를 측정 또는 추정할 때, 측정된 생체 신호의 품질은 측정 또는 추정된 생체 신호의 신뢰도와 직결된다.

생체 신호의 품질을 평가하는 방법으로, 주파수를 분석하여 신호 품질을 평가하는 방법은 주파수의 스펙트럼을 계산하고, 생체 신호의 유효 정보가 포함된 주파수 대역에서의 전력(power)과, 그 이외의 영역에서의 전력(power)을 계산하여 신호대잡음비(SNR, signal to noise ratio)를 통해 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

또한, 생체 신호가 0을 기준으로 양의 값과 음의 값을 교차하는 개수를 산출하여, 영-교차점이 많을수록 신호 품질이 낮은 것으로 평가하는 방법 등이 사용되고 있다.

최근에는 디바이스의 소형화, 프로세서의 한정된 연산량 내에서 생체 신호의 품질을 평가하면서, 신호/잡음을 구분하는 민감도(sensitivity) 및 특이도(specificity)가 높은 생체 신호 품질 평가 방법이 연구되고 있다.

미국 등록 특허 US 8,095,192 (등록일 2012.01.10)

생체 신호의 품질과 신뢰도를 정량화할 수 있는 생체 신호 품질 평가 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

프로세서는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 추출된 주기 신호를 전처리할 수 있다.

이때, 프로세서는 추출된 주기 신호들이 동일한 샘플수(N)가 되도록, 추출된 주기 신호들 중의 적어도 하나를 다시 샘플링(resampling)할 수 있다.

또한, 프로세서는 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 결정된 유사도 평가 구간에서 주기 신호들의 유사도를 산출할 수 있다.

또한, 프로세서는 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 및 기준 신호 중의 적어도 하나 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

프로세서는 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호, 및 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)중의 적어도 하나를 기준 신호(reference signal)로 결정할 수 있다.

프로세서는 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

이때, 프로세서는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

또한, 프로세서는 획득된 생체 신호에서, 적어도 하나 이상의 주기 신호를 포함하는 신호 분석 구간을 결정할 수 있다.

또한, 프로세서는 획득된 생체 신호의 크기 변이도 및 시간 변이도 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 변이도를 산출하고, 산출된 신호 변이도를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

이때 프로세서는 추출된 주기 신호들의 진폭 및 주기 중 적어도 하나의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

다른 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 장치는 획득된 생체 신호, 추출된 주기 신호, 유사도 평가 구간, 신호 분석 구간, 기준 신호, 주기 신호들 사이의 유사도, 신호 변이도 및 신호 품질 지수 중의 적어도 하나를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

또한, 생체 신호는 심전도(ECG, electrocardiogram), 광용적맥파(PPG, photoplethysmography), 심탄도(BCG, ballistocardiogram) 및 심음(heart sound) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 양상에 따른 생체 신호 품질 평가 방법은 생체 신호를 획득하는 단계, 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하는 단계 및 추출된 주기 신호들 사이의 유사도, 및 획득된 생체 신호의 신호 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 생체 신호 품질 평가 방법은 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 추출된 주기 신호를 전처리하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 전처리하는 단계는, 추출된 주기 신호들이 동일한 샘플수(N)가 되도록, 추출된 주기 신호들 중의 적어도 하나를 다시 샘플링(resampling)할 수 있다.

또한, 전처리하는 단계는 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 결정된 유사도 평가 구간에서 주기 신호들의 유사도를 산출할 수 있다.

신호 품질 지수를 결정하는 단계는, 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 및 기준 신호 중의 적어도 하나 사이의 유사도를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 유사도를 산출하는 단계는, 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호, 및 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)중의 적어도 하나를 기준 신호(reference signal)로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 신호 품질 지수를 결정하는 단계는, 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합 및 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

또한, 신호 품질 지수를 결정하는 단계는, 획득된 생체 신호의 크기 변이도 및 시간 변이도 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 변이도를 산출하고, 산출된 신호 변이도를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

이때, 신호 품질 지수를 결정하는 단계는, 추출된 주기 신호들의 진폭 및 주기 중 적어도 하나의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하는 단계와, 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 신호 품질 지수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

생체 신호의 품질과 신뢰도를 정량화할 수 있으며, 생체 신호로부터 추정되는 생체 정보의 신뢰도를 보장할 수 있다.

도 1은 생체 신호 품질 평가 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 2는 생체 신호의 분할(segmentation)의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a는 생체 신호의 전처리의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3b는 생체 신호의 전처리의 다른 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 주기 신호의 K-인접 유사도를 산출하는 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a는 생체 신호의 크기 변이도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5b는 생체 신호의 시간 변이도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 생체 신호 품질 평가장치의 다른 예를 도시한 블록도이다.
도 7은 생체 신호 품질 평가 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 생체 신호 품질 평가 방법의 다른 예를 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 생체 신호 품질 평가 장치 및 방법의 실시 예들을 도면들을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 생체 신호 품질 평가 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하고 추출된 주기 신호들 사이의 유사도, 및 획득된 생체 신호의 신호 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서 신호 품질 지수 산출을 위한 신호 분석 구간을 결정하고, 신호 분석구간 내에서 유사도 판단을 위한 하나 이상의 주기 신호들을 추출할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들 사이의 유사도를 산출하여, 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

생체 신호는 항상성(homeostasis) 유지를 위해 짧은 시간 동안 급격한 변화를 일으키지 않으므로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서 추출된 주기 신호의 파형(waveform)사이의 유사도(similarity)를 기초로 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호 품질 평가를 위해 추출된 주기 신호를 다시 샘플링(resampling)하거나, 주기 신호의 일부 영역을 유사도 판단 영역으로 추출하는 사전 처리를 수행하고, 사전 처리된 주기 신호의 유사도를 산출함으로써 획득된 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

다른 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 신호 분석구간의 신호 변이도를 기초로 획득된 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 신호 분석구간에서 생체 신호의 크기 변화 또는 추출된 각 주기 신호의 주기(duration)를 기초로 획득된 생체 신호의 신호 변이도를 산출하고, 산출된 생체 신호의 변이도를 기초로 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

이때, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호의 생체 신호 변이도를 먼저 산출하여, 변이도가 낮은 생체신호를 대상으로 주기 신호의 유사도를 산출할 수 있으며, 또한, 주기 신호의 유사도를 먼저 산출하고, 생체 신호의 변이도를 산출하여 산출된 주기 신호의 유사도에 신뢰도를 부여할 수 있다.

이에 제한되지 않으며, 주기 신호들 사이의 유사도 및 생체 신호의 변이도 산출은 선택적, 병렬적 및/또는 순차적으로 수행될 수 있다.

한편, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 소프트웨어 모듈로 구현되거나 하드웨어 칩 형태로 제작되어 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 다양한 디바이스를 포함할 수 있다.

이하, 도 1 내지 5b를 참조하여, 생체 신호 품질 평가 장치가 수행하는 생체 신호의 품질 평가에 관하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호 획득부(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(120)는 하나 이상의 프로세서, 메모리 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

생체 신호 획득부(110)는 사용자의 생체 신호를 획득할 수 있다.

여기서 생체 신호는 심전도(ECG, electrocardiogram), 광용적맥파(PPG, photoplethysmography), 심탄도(BCG, ballistocardiogram) 및 심음(heart sound), 임피던스 심전도(ICG, impedance cardiograph, 임피던스 용적맥파(IPG, impedance plethysmograph), 동맥 등에서의 압력파(pressure wave) 및 사람의 반복된 움직임(예: 걸음걸이, 눈 깜빡임 등)에 의해 발생하는 주기적 신호 및 주기성을 가지는 체내 구성성분의 변화를 포함할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 획득부(110)는 생체 신호 측정을 위한 하나 이상의 전극, 압력 센서 및 광원 및 검출기를 포함한 광 검출 모듈 중의 적어도 하나를 포함하는 센서부를 더 포함할 수 있으며, 센서부를 통해 사용자와 직접 인터페이스 되어 생체 신호를 획득할 수 있다.

또한, 생체 신호 획득부(110)는 외부 장치와 통신을 수행하여 외부 장치로부터 사용자의 생체 신호 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호 획득부(110)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 등을 통하여 외부 장치로부터 사용자의 생체 신호 데이터를 수신할 수 있다. 한편, 외부 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있다. 그러나 외부 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 사용자의 생체 신호 데이터를 저장하는 다양한 디바이스를 포함할 수 있다.

프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하여 주기 신호들 사이의 유사도 및 생체 신호의 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 신호 품질 지수 산출을 위한 신호 분석 구간을 결정할 수 있다.

도 2는 생체 신호의 분할(segmentation)의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 하나 이상의 주기 신호를 포함하는 신호 분석 구간을 결정할 수 있다.

예를 들어, 품질 평가 대상 생체 신호가 광용적맥파(이하, 'PPG'라 함)인 경우, 일반적인 PPG의 주파수는 약 0.4~10Hz에 포함되므로, 프로세서(120)는 PPG신호의 주파수를 고려하여 하나 이상의 PPG 주기 파형이 포함되도록 신호 분석 구간을 결정할 수 있으며, 예컨대, 약 15회의 PPG 파형이 검출 될 수 있도록, 획득된 생체 신호에서 임의의 15초 구간 영역을 신호 분석 구간으로 결정할 수 있다.

이에 제한되지 않으며, 프로세서(120)는 프로세서(120)의 연산 능력 및/또는 사용자의 설정에 따라, 미리 결정된 시간(예: 약 10초)동안의 생체 신호를 신호 품질 지수 산출을 위한 신호 분석 구간으로 결정할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 필요에 따라 획득된 생체 신호에서 복수의 신호 분석 구간을 결정할 수 있다.

프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출할 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호가 주기성을 가지는 생체 신호인 경우, 획득된 생체 신호에서 한 주기 단위로 생체 신호를 분할(segmentation)함으로써, 주기 신호들을 추출할 수 있다. 일 예로, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 특징점 검출(예: 개시점(PPG onset), 최대 기울기 지점(maximum slope point), 최대 가속도 지점(maximum point of second derivative of PPG), 접선 교차 지점(intersecting tangent point) 등)을 기초로 주기 신호를 추출할 수 있다.

한편, 프로세서(120)는 추출된 하나 이상의 주기 신호들을 기초로 유사도를 산출하기 위해 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 주기 신호를 추출할 때, 동일한 시간 단위가 아닌 생체 신호의 특징점 검출을 통해 주기 신호를 추출한 경우 추출된 각 주기 신호의 길이(length), 주기(duration) 또는 지속시간은 서로 상이할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 추출된 주기 신호를 전처리할 수 있다.

도 3a는 생체 신호의 전처리의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 및 도 3a를 참조하면, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들이 동일한 샘플수(N)가 되도록, 추출된 주기 신호들 중의 적어도 하나를 다시 샘플링(resampling)할 수 있다. 예컨대, 생체 신호 획득부(110)에서 획득된 생체 신호는 동일한 샘플링 레이트(sampling rate)로 샘플링(sampling)되어 측정 및/또는 수신될 수 있다. 이 경우, 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지면, 추출된 주기 신호들의 샘플수(N)는 서로 다를 수 있고, 서로 다른 길이 및/또는 주기를 가지는 주기 신호들을 비교하는 것은 주기 신호 사이의 파형(waveform)의 유사도 산출에 적합하지 않을 수 있다.

따라서, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지면, 추출된 각 주기 신호가 미리 정해진 샘플수(N)이 되도록 다시 샘플링을 하는 전처리를 수행할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(120)는 각 주기 신호를 다시 샘플링(resampling)할 때, 샘플링 레이트를 적절히 조절하여 샘플링을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제1 주기 신호와 제2 주기 신호가 서로 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지는 경우 동일한 샘플링 레이트(예: 40Hz)로 두 신호를 샘플링 하는 경우 제1 주기 신호 및 제2 주기 신호의 샘플수(N)는 서로 다를 수 있다(예: 제1 주기 신호 N=40 samples, 제2 주기 신호 N=50samples). 즉, 추출된 제1 주기 신호 및 제2 주기 신호는 주기(duration)이 각각 1(s) 및 1.25(s)로 서로 다를 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 제1 주기 신호와 제2 주기 신호가 동일한 샘플수(N)(예: N= 20samples)가 되도록 제1 주기 신호는 샘플링 레이트를 20Hz로 다시 샘플링(resampling)하고, 제2 주기 신호는 샘플링 레이트를 16Hz로 변경하여 다시 샘플링(resampling)할 수 있다.

이와 같이, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들의 주기(duration)에 따라 각기 다른 샘플링 레이트로 다시 샘플링(resampling)함으로써 서로 주기(duration)가 다른 주기 신호들 사이의 유사도(R)를 산출할 수 있다.

다만, 이는 일 예로써, 프로세서(120)는 필요에 따라 각 주기 신호에 대한 샘플링 레이트를 가변적으로 적용하여 다시 샘플링(resampling)함으로써 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지는 경우에도 동일한 샘플 지점(sample point)에서 각 주기 신호 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

도 3b는 생체 신호의 전처리의 다른 실시 예를 설명하기 위한 예시도이다.

예를 들어, 프로세서는(120)는 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 결정된 유사도 평가 구간에서 주기 신호들의 유사도를 산출할 수 있다.

도 1 및 도 3b를 참조하면, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지면, 각 주기 신호의 일정 영역(예: 각 주기 신호의 초기 30samples 등)을 추출하고, 추출된 영역을 유사도 평가 구간으로 결정할 수 있다.

다만, 이에 제한되는 것은 아니면 프로세서(120)는 프로세서(120)의 연산량, 생체 신호 품질 평가 장치의 전력 공급 상태(예: 모바일 단말에 탑재된 경우 배터리 잔량 등)를 고려하여 각 주기 신호들의 전 영역에 대한 유사도를 산출하는 대신, 추출된 주기 신호들에서 일부 영역을 유사도 평가 구간으로 결정하는 전처리를 수행하고, 유사도 평가 영역에서만 각 주기 신호 들의 유사도를 평가함으로써, 프로세서(120)의 한정된 연산능력 내에서 신속한 계산을 수행할 수 있다.

이때 유사도는, 상관 계수(correlation coefficient), 동적정합(DTW, dynamic time warping), 각 주기 신호 사이의 차이(signal difference) 등을 포함하는 유사도 평가 지표를 사용하여 계산될 수 있으나, 유사도 평가 지표는 예시적인 것으로 프로세서(120)는 각 주기 신호들 사이의 유사도를 나타낼 수 있는 다양한 유사도 평가지표를 사용할 수 있다.

설명의 편의를 위해, 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지는 경우 추출된 주기 신호들을 전처리하는 예를 중심으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않으며, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들의 유사도 산출을 위해 필요한 경우(예: 주기 신호들의 정렬(align) 등) 추출된 주기 신호들을 전처리 할 수 있다.

프로세서(120)는 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 및 기준 신호 중의 적어도 하나 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 각각에 대해 K-인접한 주기 신호 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

도 4는 주기 신호의 K-인접 유사도를 산출하는 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.

K-인접 주기 신호는 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호(예: L번째 주기 신호)에 대하여 K만큼 떨어진 주기신호(예: L+K번째 주기 신호)를 의미할 수 있으며, K는 정수일 수 있다.

예를 들어, 도 1 및 도 4를 참조하면, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 각각에 대하여, K만큼 떨어진 주기 신호 사이의 유사도를 계산할 수 있다. 일 예로, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 모두에 대해, K만큼 떨어진 주기 신호 사이의 유사도를 산출함으로써, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도를 산출할 수 있다. 이때, K가 1인 경우 프로세서(120)는 각 주기 신호에 대하여 인접한 모든 주기 신호 사이의 유사도(R11, R12,... R1n)를 산출할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들과 기준 신호(reference signal) 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

여기서, 기준 신호(reference signal)는, 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호 또는 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)(예: 앙상블 평균(ensemble average))일 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)(예: 앙상블 평균(ensemble average))를 기준 신호로 결정하여, 추출된 주기 신호들과의 유사도를 산출할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 추출된 주기신호들 중에서 가장 첫 번째로 추출된 주기 신호를 기준 신호로 결정할 수 있으며, 추출된 주기신호들 중에서 크기 또는 주기(duration)의 평균 값을 가지는 어느 하나의 주기 신호를 선택하여, 그 주기 신호를 기준 신호로 결정할 수 있다.

프로세서(120)는 결정된 기준 신호와 추출된 주기 신호들을 각각 비교함으로써 유사도(R1, R2,... Rn)를 산출할 수 있다.

프로세서(120)는 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보 및/또는 유사도 사이의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 이때, 통계 정보는 평균, 표준 편차, 분산, 변동 계수 및 사분편차계수가 될 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 기준 신호와 추출된 주기 신호들 각각과 개별적으로 비교하여 유사도(R1, R2,... Rn)가 산출된 경우, 프로세서(120)는 산출된 유사도의 평균((R1+R2+... +Rn)/n)을 산출하고, 산출된 유사도의 평균 값을 기초로 신호 품질 지수(SQI, Signal Quality Index)를 결정할 수 있다.

프로세서(120)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 K값이 각각 1과 3일 때 주기 신호들 사이에서 유사도를 산출하는 일 예를 도시한 것이다.

일 예로, 프로세서(120)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 평균값의 곱(예: (1-인접 유사도의 평균 값)*(M/2-인접 유사도의 평균 값), 단, M은 추출된 주기 신호의 개수), 합산, 나누기 또는 함수에 적용하여 산출된 결과를 신호 품질 지수로 결정할 수 있다.

K값이 각각 I와 J(단, I≠J)인 경우, 프로세서(120)는 I-인접 유사도(RI1, RI2,... RIn)와 J-인접 유사도(RJ1, RJ2,... RJn)를 각각 계산하고, I-인접 유사도와 J-인접 유사도의 통계량(예: 평균)을 조합하여, 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 I-인접 유사도의 평균((RI1, RI2,... RIn)/n)과 J-인접 유사도의 평균((RJ1, RJ2,... RJn)/n)의 곱을 신호 품질 지수로 산출할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 K값을 갖는 K-인접 유사도의 조합을 통해 프로세서(120)는 생체 신호의 품질을 보다 분명하게 평가할 수 있다.

예를 들어, I-인접 유사도의 평균이 0.9이고, J-인접 유사도의 평균이 0.8인 경우와, I-인접 유사도의 평균과 J-인접 유사도의 평균을 곱한 경우(예: 조합된 유사도=0.72)를 비교하여, 획득된 생체 신호의 주기 신호들이 신호 분석 영역 내에서 얼마나 유사한 파형(waveform)으로 분포하고 있는지 보다 명확하게 판단할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 산출된 유사도들(R1, R2,... Rn)을 기초로, 추출된 주기신호들 중에서 동잡음이나, 부정맥과 같이 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호를 선택적으로 제거할 수 있다.

예를 들어, 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호와 그 주기 신호로부터 K만큼 떨어진 주기 신호 사이의 유사도를 산출하는 경우, 프로세서(120)는 산출된 유사도들(R1, R2,... Rn)중에서 미리 정해진 임계값(예: R=0.6)이하의 유사도를 가지는 주기 신호와 그 주기 신호로부터 K만큼 떨어진 주기 신호를 선별하고, 선별된 주기 신호 및 그 주기 신호로부터 K만큼 떨어진 주기 신호와 다른 주기 신호들 관계를 고려하여 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호를 특정하고, 그 주기 신호만을 제거하여 유사도를 산출할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)를 기준 신호로 결정하여, 추출된 주기 신호들과의 유사도를 산출하는 경우, 프로세서(120)는 산출된 유사도들(R1, R2,... Rn)중에서 미리 정해진 임계값(예: R=0.6)이하의 유사도를 가지는 주기 신호를 선별하여, 그 주기 신호만을 제거한 후에 유사도를 산출할 수 있다.

이와 같이, 부정맥이나 동잡음 등에 의한 불규칙한 신호만을 획득된 생체 신호에서 제거하여 유사도를 산출함으로써, 불필요하게 생체 신호를 재획득할 필요가 없어 사용자의 생체 신호 품질 평가 요청에 신속한 결과를 도출시킬 수 있으며, 획득된 생체 신호의 품질 평가의 신뢰도를 보장할 수 있다.

다만, 이는 일 예로써, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호만을 제거하는 대신, 생체 신호 획득부(110)를 제어하여 생체 신호를 다시 획득할 수 있고, 이에 제한되지 않으며, 획득된 생체 신호에서 신호 분석구간을 다시 결정할 수 있다.

프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 신호 변이도를 산출할 수 있다. 신호 변이도는 획득된 생체 신호가 가지는 특징 값들의 변이율을 추적하여 산출된 값일 수 있다.

도 5a는 생체 신호의 크기 변이도를 설명하기 위한 예시도이고, 도 5b는 생체 신호의 시간 변이도를 설명하기 위한 예시도이다.

프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 크기 변이도 및 시간 변이도 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 변이도를 산출하고, 산출된 신호 변이도를 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

일 예로, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 추출된 주기신호들의 진폭(amplitude) 평균을 산출하고, 추출된 주기신호들 각각의 진폭과 산출된 진폭 평균 사이의 차이가 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우, 획득된 생체 신호의 품질이 낮은 것으로 결정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 추출된 주기신호들 각각의 진폭과 평균 진폭 사이의 차이가 20%를 초과하는 경우, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 품질 지수를 0으로 결정할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 생체 신호에서 추출된 주기 신호들의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고 산출된 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 생체 신호의 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 이때, 신호 품질 지수는 생체 신호의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수에 반비례할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 추출된 각 주기신호들의 평균 주기(average duration)를 산출하고, 추출된 주기 신호들 각각의 주기와 산출된 평균 주기 사이의 차이가 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우, 획득된 생체 신호의 품질이 낮은 것으로 결정할 수 있다. 예컨대, 추출된 주기신호들 각각의 주기와 산출된 평균 주기(average duration) 사이의 차이가 20%를 초과하는 경우, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 품질 지수를 0으로 결정할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 생체 신호에서 추출된 주기 신호들의 주기의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고 산출된 주기의 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 생체 신호의 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 이때, 신호 품질 지수는 주기의 표준 편차 또는 변동 계수에 반비례할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 신호 품질 지수 산출을 위한 결정된 신호 분석 구간내의 신호에 대하여 신호 변이도를 산출할 수 있으며, 이 경우 프로세서(120)는 산출된 신호 변이도에 기초하여 결정된 신호 분석 구간의 신호 품질을 산출할 수 있다.

프로세서(120)는 신호 품질 지수를 기초로 획득된 생체 신호의 품질을 판단할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 유사도 평가 지표의 종류에 따라 신호 품질 지수를 산출하고, 산출된 신호 품질 지수에 따라 획득된 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다. 예를 들어, 유사도 평가 지표가 상관 계수(correlation coefficient)인 경우, R=1일 때, 획득된 생체 신호의 주기 신호들 사이의 유사도가 가장 높은 결과일 수 있다. 이때, 신호 품질 지수는 1로 결정될 수 있으며 프로세서(120)는 해당 결과로부터 획득된 생체 신호의 품질이 높음으로 평가할 수 있다. 유사도 평가 지표는 0부터 1 사이의 값을 가질 수 있다. 여기서 1은 가장 높은 상관관계를 나타내며, 0은 가장 낮은 상관관계를 나타낼 수 있다.

또한, 유사도 평가 지표가 신호차(signal difference)인 경우, 신호차(signal difference)가 작게 산출될수록 획득된 생체 신호의 주기 신호들 사이의 유사도가 가장 높은 결과일 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 신호차(signal difference)의 값에 기초하여 신호 품질 지수를 산출하고, 산출된 신호 품질 지수에 따라 획득된 생체 신호의 품질을 평가할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 산출된 신호 품질 지수를 기초로 생체 정보 신뢰도를 산출할 수 있다. 여기서 생체 정보 신뢰도는, 획득된 생체 신호를 기초로 생체 정보를 추정할 때, 추정된 생체 정보의 정확성을 신뢰할 수 있는 정도를 의미할 수 있다.

예를 들어, 유사도 평가 지표가 상관 계수이고 이에 따라 산출된 신호 품질 지수가 0.8인 경우, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호로부터 생체 정보를 추정할 때, 추정된 생체 정보는 약 80%의 신뢰도를 가질 수 있는 것으로 판단할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 신호 변이율의 정도에 따라 생체 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 추출된 주기신호들의 진폭 평균을 산출하고, 추출된 주기신호들 각각의 진폭과 산출된 진폭 평균 사이의 차이가 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우, 그 초과된 정도에 따라 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출된 크기 변이도가 미리 정해진 임계 값을 초과(예: 추출된 주기 신호들 중 어느 하나의 진폭이 획득된 생체 신호의 진폭 평균을 20% 초과)하는 경우, 프로세서(120)는 신호 품질 지수를 0으로 결정할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 생체 신호에서 추출된 주기신호들의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고 산출된 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 생체 신호의 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 이때, 신호 품질 지수는 생체 신호의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수에 반비례할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에서 추출된 각 주기신호들의 평균 주기(average duration)를 산출하고, 추출된 주기 신호들 각각의 주기와 산출된 평균 주기 사이의 차이가 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우(예: 추출된 주기 신호들 중 어느 하나의 주기가 획득된 생체 신호의 평균 주기의 20%를 초과) 하는 경우, 프로세서(120)는 신호 품질 지수를 0으로 결정할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 신호 품질 지수에 따라, 획득된 생체 신호를 기초로 생체 정보를 측정할 수 있다.

일 예로, 유사도 평가 지표가 상관 계수이고 이에 따라 산출된 신호 품질 지수가 미리 정해진 임계값(예: R=0.6) 이상인 경우, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에 대해 '신뢰할 수 있음'으로 결정하고, 획득된 생체 신호로부터 생체 정보를 측정할 수 있다.예컨대, 획득된 생체 신호가 PPG 신호인 경우, 프로세서(120)는 PPG 신호로부터 생체 정보와 상관도가 높은 하나 이상의 특징을 추출하고, 추출된 특징들의 조합을 기초로 생체 정보로써 혈압을 측정할 수 있다.

한편, 이렇게 측정된 생체 정보는 프로세서(120)에 의해 신뢰도가 보장된 생체 신호들 만을 기초로 측정되는 것이므로, 측정된 생체 정보의 신뢰도가 보장된다.

이와 같이, 프로세서(120)는 소정 기간 또는 연속적으로 획득된 생체 신호의 품질을 평가하고, 품질 평가 결과 신뢰할 수 있는 정도의 생체 신호만을 대상으로 생체 정보를 측정함으로써, 측정되는 생체 정보의 신뢰도를 보장할 수 있다. 프로세서(120)는 획득된 생체 신호의 신호 품질 지수에 따라, 생체 신호 획득부(110)를 제어하여 생체 신호를 다시 획득할 수 있다.

예를 들어, 유사도 평가 지표가 상관 계수이고 이에 따라 산출된 신호 품질 지수가 미리 정해진 임계값(예: R=0.6) 미만인 경우, 프로세서(120)는 획득된 생체 신호에 대해 '신뢰할 수 없음'으로 결정하고, 획득된 생체 신호를 예외처리 할 수 있다.

이때, 프로세서(120)는 생체 신호 획득부(110)를 제어하여 예외처리 된 생체 신호의 개수만큼 생체 신호를 다시 획득할 수 있다.

또한, 프로세서(120)는 생체 신호의 품질 평가 결과에 따라, 경고 정보 및 정확한 생체 신호 획득을 위한 가이드 정보를 생성할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 추출된 주기 신호들 중에서 다른 주기 신호들 관계를 고려하여 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호를 특정하되, 불규칙적으로 발생한 주기 신호가 추출된 주기 신호의 소정 비율(예: 추출된 주기 신호의 25%)을 초과하는 경우 생체 신호의 획득 및/또는 검출 상태가 양호하지 않은 것으로 판단하여, 경고 정보를 생성할 수 있다.

다른 예로, 프로세서(120)는 생체 신호의 획득 및/또는 검출 상태가 양호하지 않은 것으로 판단되면, 정확한 생체 신호 획득을 위한 가이드 정보를 생성할 수 있다.

예컨대, 생체 신호 획득부(110)가 생체 신호 측정을 위한 하나 이상의 센서를 사용하여 피검체와 인터페이스되어 생체 신호를 직접 획득하는 경우, 생체 신호의 검출 상태가 양호하지 않다는 의미는 피검체와 생체 신호 획득부(110)의 접촉 상태가 불량하거나, 피검체의 움직임 또는 생체 신호의 측정 지점이 잘못 되었음을 의미할 수 있다.

이에 따라, 프로세서(120)는 피검체, 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)를 사용하는 사용자가 안정 상태에서, 미리 정해진 측정 지점에 피검 지점을 위치시키고, 측정 기간 동안 움직이지 않을 것을 권장하는 생체 신호 측정 가이드 정보를 생성할 수 있다.

이때, 가이드 정보는, 시각적(예: 이미지 영상 등), 청각적(예: 비프음 등), 촉각적(예: 진동의 세기 조절 등) 정보를 포함할 수 있다. 일 예로, 프로세서(120)는 미리 정해진 측정 지점에 생체 신호 획득부(110)가 위치되도록 하는 이미지 영상과, 미리 정해진 측정 지점에 피검 지점이 제대로 위치되었는지에 따라 진동의 세기를 달리하는 가이드 정보를 생성할 수 있다.

이와 같이, 프로세서(120)는 생체 신호의 품질 평가 결과에 따라 생체 신호를 재측정하도록 유도하거나, 품질이 좋지 않은 주기 신호를 제거함으로써 동잡음 등에 의해 발생하는 불규칙적 신호를 제거하여 양호한 생체 신호만을 선별할 수 있다.

도 6은 생체 신호 품질 평가장치의 다른 예를 도시한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 생체 신호 획득부(610), 프로세서(620), 입력부(630), 저장부(640), 통신부(650) 및 출력부(660)를 포함할 수 있다. 여기서, 생체 신호 획득부(610) 및 프로세서(620)는 도 1을 참조하여 설명한 생체 신호 획득부(110) 및 프로세서(120)과 기본적으로 동일한 기능을 수행하므로, 이하 중복되지 않는 구성을 중심으로 설명한다.

입력부(630)는 사용자로부터 다양한 조작신호 및 생체 신호 품질 평가에 필요한 데이터를 입력 받을 수 있다.

예를 들어, 입력부(630)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.

예를 들어, 입력부(630)는 사용자들에 대한 나이, 성별, 체중, BMI지수 및 질환 이력 중의 하나 이상을 포함하는 사용자 특성 정보, 또는 생체 신호 측정 지점 및 생체 신호의 종류를 입력 받을 수 있다.

저장부(640)는 생체 신호 품질 평가 장치(600)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 신호 품질 평가 장치(600)에 입/출력되는 데이터들을 저장할 수 있다. 일 예로, 저장부(640)는 입력부(630)를 통해 입력된 사용자 특성 정보, 생체 신호 획득부(610)로부터 획득된 생체 신호 데이터, 해당 생체 신호의 유사도, 신호 변이도 및 신호 품질 지수 등을 저장할 수 있다.

저장부(640)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 인터넷 상에서 저장부(640)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.

통신부(650)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(650)는 입력부(630)를 통해 사용자로부터 입력된 사용자 특성 정보, 생체 신호 획득부(610)를 통해 생체 신호, 프로세서(620)의 생체 신호 품질 평가 결과 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 사용자 특성 정보, 생체 신호 및 유사도 판단을 위한 기준 신호 등의 다양한 데이터를 수신할 수 있다.

이때, 외부 장치는 생체 신호 품질 데이터 베이스(DB) 및/또는 생체 신호 품질 평가 결과를 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트, 또는 생체 신호 품질 평가 결과를 디스플레이하는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

통신부(650)는 블루투스(Bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(660)는 프로세서(620)의 제어에 따라, 획득된 생체 신호, 추출된 주기 신호, 유사도 평가 구간, 신호 분석 구간, 주기 신호들 사이의 유사도, 기준 신호, 신호 변이도 및 신호 품질 지수 중의 적어도 하나를 출력할 수 있다.

예를 들어, 출력부(660)는 생체 신호 품질 평가 결과, 획득된 생체 신호의 왜곡(distortion)을 보정하기 위한 가이드 및 경고 정보, 획득된 생체 신호의 신뢰도 중의 적어도 하나 이상을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(660)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(620)는 생체 신호 품질 평가 결과, 획득된 생체 신호가 왜곡 또는 신뢰도가 낮은 것으로 판단되면 출력부(660)를 통해 생체 신호 재측정을 위한 알람을 출력하거나, 생체 신호 획득부(610)의 피검체에 대한 접촉 상태 또는 측정 위치 중의 적어도 하나를 보정하기 위한 가이드를 생성하여 출력할 수 있다.

또한, 프로세서(620)는 획득된 생체 신호의 신호 품질 지수에 따라 생체 신호의 재측정 또는 재획득이 필요하다고 판단되는 경우, 생체 신호 획득부(610)를 제어하여 생체 신호를 다시 할 수 있다. 이에 제한되지 않으며, 프로세서(620)는 통신부(650)를 통해 외부의 생체 신호 데이터베이스(DB)로부터 새로운 생체 신호를 수신할 수 있다.

도 7은 생체 신호 품질 평가 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다. 도 7의 생체 신호 품질 평가 방법은 도 1에 도시된 생체 신호 품질 평가 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호를 획득할 수 있다(710).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호 측정을 위한 센서를 포함할 수 있으며, 사용자와 직접 인터페이스된 센서를 통해 생체 신호를 획득할 수 있다. 다른 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 외부 장치와 통신을 수행하여 외부 장치로부터 사용자의 생체 신호 데이터를 수신할 수 있다.

생체 신호가 획득되면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출할 수 있다(720).

일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호가 주기성을 가지는 생체 신호인 경우, 획득된 생체 신호에서 한 주기 단위로 생체 신호를 분할(segmentation)함으로써 주기 신호들을 추출할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서 개시점 (PPG onset), 최대 기울기 지점 (maximum slope point), 최대 가속도 지점 (maximum point of second derivative of PPG), 접선 교차 지점 (intersecting tangent point) 검출 등과 같은 특징점 검출을 통해 주기 신호를 추출할 수 있다.

획득된 생체 신호에서 주기 신호들이 추출되면, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들 사이의 유사도, 및 획득된 생체 신호의 신호 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 결정할 수 있다(730).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 및 기준 신호 중의 적어도 하나 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(100) 추출된 주기 신호들 각각에 대해 K-인접한 주기 신호 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들 각각에 대하여, K만큼 떨어진 주기 신호 사이의 유사도를 계산할 수 있다. 일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들 모두에 대해, K만큼 떨어진 주기 신호 사이의 유사도를 산출함으로써, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도를 산출할 수 있다. 이때, K가 1인 경우 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 각 주기 신호에 대하여 인접한 모든 주기 신호 사이의 유사도(R11, R12,... R1n)를 산출할 수 있다.

또한, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들과 기준 신호(reference signal) 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(100)는 결정된 기준 신호와 추출된 주기 신호들을 각각 비교함으로써 유사도(R1, R2,... Rn)를 산출할 수 있다.

한편, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 결정된 기준 신호와 획득된 생체 신호에서 추출된 각 주기 신호들을 비교함으로써 산출된 복수의 유사도들(R1, R2,... Rn)의 통계 정보(예: 평균, 표준편차 등)를 획득된 생체 신호에 포함된 주기 신호들의 유사도로 결정할 수 있다.

또한, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 복수의 유사도들(R1, R2, ..., Rn)을 기초로, 추출된 주기신호들 중에서 동잡음이나, 부정맥과 같이 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호를 선택적으로 제거할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)를 기준 신호로 결정하여, 추출된 주기 신호들과의 유사도를 산출하는 경우, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 유사도들(R1, R2, ..., Rn)중에서 미리 정해진 임계값(예: R=0.6)이하의 유사도를 가지는 주기 신호를 선별하여, 그 주기 신호만을 제거하여 유사도를 산출할 수 있다.

다만, 이는 일 예로써, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호에서 불규칙(irregular)적으로 발생한 주기 신호만을 제거하는 대신, 생체 신호를 다시 획득하거나, 획득된 생체 신호에서 신호 분석 영역을 다시 결정하여 유사도를 산출할 수 있다.

또한, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합 및 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

예를 들어, K값이 각각 I와 J(단, I≠J)인 경우, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 I-인접 유사도(RI1, RI2,... RIn)와 J-인접 유사도(RJ1, RJ2,... RJn)를 각각 계산하고, I-인접 유사도와 J-인접 유사도의 통계량(예: 평균)을 조합하여, 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 예컨대, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 I-인접 유사도의 평균((RI1, RI2,... RIn)/n)과 J-인접 유사도의 평균((RJ1, RJ2,..., RJn)/n)의 곱을 신호 품질 지수로 결정할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 K값을 갖는 K-인접 유사도의 조합을 통해 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 생체 신호의 품질을 보다 분명하게 평가 할 수 있다.

일 예로, I-인접 유사도의 평균이 0.9이고, J-인접 유사도의 평균이 0.8인 경우와, I-인접 유사도의 평균과 J-인접 유사도의 평균을 곱한 경우(예: 조합된 유사도=0.72)를 비교하여, 획득된 생체 신호의 주기 신호들이 신호 분석 영역 내에서 얼마나 유사한 파형(waveform)으로 분포하고 있는지 보다 명확하게 판단할 수 있다.

일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호로부터 추출된 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보 및/또는 유사도 사이의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

예를 들어, 기준 신호와 추출된 주기 신호들 각각과 개별적으로 비교하여 유사도(R1, R2,... Rn)가 산출된 경우, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 산출된 유사도의 평균((R1+R2+... +Rn)/n)을 산출하고, 산출된 유사도의 평균 값을 기초로 신호 품질 지수(SQI, Signal Quality Index)를 결정할 수 있다.

다른 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다. 일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 평균값의 곱(예: (1-인접 유사도의 평균 값)*(M/2-인접 유사도의 평균 값), 단, M은 추출된 주기 신호의 개수), 합산, 나누기 또는 함수에 적용하여 산출된 결과를 신호 품질 지수로 결정할 수 있다.

도 8은 생체 신호 품질 평가 방법의 다른 예를 도시한 흐름도이다. 도 8의 생체 신호 품질 평가 방법은 도 1 및/또는 도 6에 도시된 생체 신호 품질 평가 장치(100, 600)에 의해 수행될 수 있다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 생체 신호를 획득할 수 있다(810).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 생체 신호 측정을 위한 센서 및/또는 생체 신호 수신을 위한 통신 모듈을 통해 생체 신호를 측정 및/또는 획득할 수 있다.

생체 신호가 획득되면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출할 수 있다(820).

일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(100)는 획득된 생체 신호가 주기성을 가지는 생체 신호인 경우, 획득된 생체 신호에서 한 주기 단위로 생체 신호를 분할(segmentation)함으로써, 주기 신호들을 추출할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호를 전처리할 수 있다(830).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 추출된 주기 신호를 전처리할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위해 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지는 경우 추출된 주기 신호들을 전처리하는 실시예를 설명하지만, 이에 제한되지 않으며, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들의 유사도 산출을 위해 필요한 경우(예: 주기 신호들의 정렬(align) 등) 추출된 주기 신호들을 전처리 할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지면, 추출된 각 주기 신호가 미리 정해진 샘플수(N)이 되도록 각 주기 신호 별로 다시 샘플링을 하는 전처리를 수행할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(120)는 각 주기 신호를 다시 샘플링(resampling)할 때, 샘플링 레이트를 적절히 조절하여 샘플링을 수행할 수 있다.

다른 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 결정된 유사도 평가 구간에서 주기 신호들의 유사도를 산출할 수 있다. 일 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 길이(length) 및/또는 주기(duration)를 가지면, 각 주기 신호의 일정 영역(예: 각 주기 신호의 초기 30samples 등)을 추출하고, 추출된 영역을 유사도 평가 구간으로 결정할 수 있다.

추출된 주기 신호에 대한 전처리를 수행하고 나면, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 사이의 유사도, 및 획득된 생체 신호의 신호 변이도 중의 적어도 하나를 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다(840).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 및 기준 신호 중의 적어도 하나 사이의 유사도를 산출할 수 있다.

또한, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호를 기준 신호(reference signal)로 결정하거나, 추출된 주기 신호들을 중첩하여 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)(예: 앙상블 평균(ensemble average)를 기준 신호로 결정할 수 있다.

기준 신호가 결정되며, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 결정된 기준 신호와 획득된 생체 신호에서 추출된 각 주기 신호들을 비교함으로써 유사도를 산출할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 획득된 생체 신호로부터 추출된 주기 신호들 사이에서 산출된 유사도의 통계 정보 및/또는 유사도 사이의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

다른 예로, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 서로 다른 K값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 산출할 수 있다.

생체 신호 품질 평가 장치(600)는 산출된 신호 품질 지수를 출력할 수 있다(850).

예를 들어, 생체 신호 품질 평가 장치(600)는 획득된 생체 신호, 추출된 주기 신호, 유사도 평가 구간, 신호 분석 구간, 주기 신호들 사이의 유사도, 기준 신호, 신호 변이도 및 신호 품질 지수 중의 적어도 하나를 출력할 수 있다.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

100: 생체 신호 품질 평가 장치
110: 생체 신호 획득부
120: 프로세서
600: 생체 신호 품질 평가 장치
610: 생체 신호 획득부
620: 프로세서
630: 입력부
640: 저장부
650: 통신부
660: 출력부

Claims

생체 신호를 획득하는 생체 신호 획득부; 및
상기 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하고 추출된 주기 신호들 사이의 유사도를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는
상기 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 사이의 유사도를 산출하고,
서로 다른 K 값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 결정하되,
상기 K 값은 상기 추출된 주기 신호 간의 거리를 나타내고, 상기 K 값이 각각 서로 다른 I 값과 J 값인 경우, I-인접 유사도와 J-인접 유사도를 계산하고, I-인접 유사도의 평균과 J-인접 유사도의 평균의 곱을 신호 품질 지수로 산출하는
생체 신호 품질 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 상기 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 상기 추출된 주기 신호를 전처리하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들이 동일한 샘플수(N)가 되도록, 상기 추출된 주기 신호들 중의 적어도 하나를 다시 샘플링(resampling)하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 상기 결정된 유사도 평가 구간에서 상기 주기 신호들의 유사도를 산출하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들과 기준 신호 사이의 유사도를 산출하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제5항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호, 및 상기 추출된 주기 신호들을 중첩하여 상기 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)중의 적어도 하나를 기준 신호(reference signal)로 결정하는 생체 신호 품질 평가 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 획득된 생체 신호에서, 적어도 하나 이상의 주기 신호를 포함하는 신호 분석 구간을 결정하는 생체 신호 품질 평가 장치.
생체 신호를 획득하는 생체 신호 획득부; 및
상기 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하고 상기 획득된 생체 신호의 신호 변이도를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는
상기 획득된 생체 신호의 크기 변이도 및 시간 변이도 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 변이도를 산출하고, 산출된 신호 변이도를 기초로 상기 신호 품질 지수를 결정하고,
상기 프로세서는
상기 추출된 주기 신호들의 주기의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고, 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 상기 신호 품질 지수를 결정하되, 상기 표준 편차 또는 변동 계수와 상기 신호 품질 지수는 반비례하는
생체 신호 품질 평가 장치.
제10항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 추출된 주기 신호들의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 상기 신호 품질 지수를 결정하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 획득된 생체 신호, 상기 추출된 주기 신호, 유사도 평가 구간, 신호 분석 구간, 기준 신호, 주기 신호들 사이의 유사도 및 신호 품질 지수 중의 적어도 하나를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체 신호 품질 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호는,
심전도(ECG, electrocardiogram), 광용적맥파(PPG, photoplethysmography), 심탄도(BCG, ballistocardiogram) 및 심음(heart sound) 중의 적어도 하나를 포함하는 생체 신호 품질 평가 장치.
생체 신호 품질 평가 장치가
생체 신호를 획득하는 단계;
상기 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하는 단계; 및
상기 추출된 주기 신호들 사이의 유사도를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계는
상기 추출된 주기 신호들과, 각 주기 신호들에 대한 K-인접 주기 신호 사이의 유사도를 산출하고,
서로 다른 K 값을 갖는 적어도 둘 이상의 K-인접 유사도의 조합을 기초로 신호 품질 지수를 결정하되,
상기 K 값은 상기 추출된 주기 신호 간의 거리를 나타내고, 상기 K 값이 각각 서로 다른 I 값과 J 값인 경우, I-인접 유사도와 J-인접 유사도를 계산하고, I-인접 유사도의 평균과 J-인접 유사도의 평균의 곱을 신호 품질 지수로 산출하는
생체 신호 품질 평가 방법.
제14항에 있어서,
상기 추출된 주기 신호들 중의 적어도 어느 하나가 다른 주기 신호들과 다른 주기(duration)를 가지면, 상기 추출된 주기 신호들 사이의 유사도 산출을 위해 상기 추출된 주기 신호를 전처리하는 단계를 포함하는 생체 신호 품질 평가 방법.
제15항에 있어서,
상기 전처리하는 단계는,
상기 추출된 주기 신호들이 동일한 샘플수(N)가 되도록, 상기 추출된 주기 신호들 중의 적어도 하나를 다시 샘플링(resampling)하는 생체 신호 품질 평가 방법.
제15항에 있어서,
상기 전처리하는 단계는,
상기 추출된 주기 신호들 각각에서 유사도 평가 구간을 결정하고, 상기 결정된 유사도 평가 구간에서 상기 주기 신호들의 유사도를 산출하는 생체 신호 품질 평가 방법.
제14항에 있어서,
상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계는,
상기 추출된 주기 신호들과 기준 신호 사이의 유사도를 산출하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 품질 평가 방법.
제18항에 있어서,
상기 유사도를 산출하는 단계는,
상기 추출된 주기 신호들 중의 어느 하나의 주기 신호, 및 상기 추출된 주기 신호들을 중첩하여 상기 추출된 주기 신호들에 대한 평균 신호(average signal)중의 적어도 하나를 기준 신호(reference signal)로 결정하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 품질 평가 방법.
삭제
생체 신호 품질 평가 장치가
생체 신호를 획득하는 단계;
상기 획득된 생체 신호에서, 하나 이상의 주기 신호들을 추출하는 단계; 및
상기 획득된 생체 신호의 신호 변이도를 기초로 신호 품질 지수를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계는,
상기 획득된 생체 신호의 크기 변이도 및 시간 변이도 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 변이도를 산출하고, 산출된 신호 변이도를 기초로 상기 신호 품질 지수를 결정하고,
상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계는
상기 추출된 주기 신호들의 주기의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하고, 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 상기 신호 품질 지수를 결정하되, 상기 표준 편차 또는 변동 계수와 상기 신호 품질 지수는 반비례하는
생체 신호 품질 평가 방법.
제21항에 있어서,
상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계는,
상기 추출된 주기 신호들의 진폭의 표준 편차 또는 변동 계수(coefficient of variation)를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 표준 편차 또는 변동 계수를 기반으로 상기 신호 품질 지수를 결정하는 단계; 를 포함하는 생체 신호 품질 평가 방법.