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문제 정의
- 본 논문에서는 chip 형태의 LED와 photo TR,로 이루어진 맥파센서부를 제작하여 PPG 신호를 측정하고, 측정 된 신호를 바탕으로 운동부하 측정 장치로 적용이 가능하도록 하는 시스템 및 알고리즘에 관하여 연구하였다.
제안 방법
- 계산된 맥박수는 엑셀파일로 저장하여 그래프로 확인할 수 있도록 하였다. 그림 6은 그림 4의 패널을 통해 측정된 되고, 그림 5의 알고리즘을 통해 처리되어 저장된 데이터를 엑셀파일에서 그래프로 옮긴 것이다.
- 각기 50%, 0%, 70%로 실험을 수행한 결과, 피크와 밸리에 대하여 균일하게 높은 처리 능력을 보이는 비율은 50%인 것으로 확인되었다. 기준선을 설정하고 측정된 신호에 대해서는 그래프로 변환함에 있어서 발생하는 오류를 처리하기 위해 에러처리 알고리즘 및 보간 알고리즘을 추가적으로 수행하였다. 그 결과, 기준선 50%의 피크와 밸리에서 얻어진 맥박의 그래프는 거의 동일한 모양을 나타내는 것으로 확인되었으며, 이는 기준선 50%의 적합성 및 각 알고리즘의 유효성을 증명하는 결과이다.
- 사람의 손가락은 개인마다 굵기와 조직의 구성에 의한 차이가 있어서 같은 센서를 이용하더라도 같은 크기의 출력이 생기지 않는다. 따라서 맥박수를 계산하기 위한 유효신호를 선택함에 있어서 원신호의 최대 펄스 크기에 대한 상대적인 기준선을 적용하였다. 즉, 피실험자의 원신호 크기에서 피크(밸리)의 최대크기×비율을 적용하여 기준선을 잡은 후에 기준선에 못 미치는 피크(밸리)는 모두 삭제하였다.
- 을 이용하여 PPG 신호를 측정하고, 측정된 신호를 LabVIEW에서 모니터링하며, 동시에 유효신호 검출 및 맥박수 산출을 할 수 있는 시스템 및 알고리즘에 대하여 연구하였다. 또한 운동 상태에 있는 피실험자에게 시스템과 알고리즘을 적용함으로서 실제 측정 장비로의 사용 가능성 여부 검증도 수행하였다.
- 그림 3은 센서부에서 측정된 신호를 처리하기 위한 회로도이다. 본 연구에서는 센서부와 신호처리 회로부, 신호처리 회로부와 LabVIEW부를 유선으로 직접 연결하였으며, 이에 회로도는 센서부에서 들어오는 원신호의 필터링 및 증폭만을 고려하여 OP Amp.로 그림 3과 같이 설계하였다.
- 운동 상태의 피실험자로부터 생체 신호를 측정하기 위한 PPG 센서부와 측정된 원신호의 증폭과 필터링을 위한 회로부, 그리고 신호를 모니터링하고 처리하기 위한 LabVIEW부로 구성하였다.
- 8mm)인 것을 감안하여 chip LED를 중심으로 양측으로 chip photo TR.을 각각 하나씩 배치하여 혈관에서 반사되는 광의 수광량을 증가시켰다. 또한 sensor와 피부의 직접적인 접촉을 막기 위해 윈도우를 부착하였다.
- 본 논문에서는 SMD(surface mount devices) 타입의 chip LED와 photo TR.을 이용하여 PPG 신호를 측정하고, 측정된 신호를 LabVIEW에서 모니터링하며, 동시에 유효신호 검출 및 맥박수 산출을 할 수 있는 시스템 및 알고리즘에 대하여 연구하였다. 또한 운동 상태에 있는 피실험자에게 시스템과 알고리즘을 적용함으로서 실제 측정 장비로의 사용 가능성 여부 검증도 수행하였다.
- 8mm) 의 SMD type, chip LED와 photo TR.을 이용하여 제작하고, 센서부를 피실험자의 손가락 중지에 착용시켜 PPG 신호를 측정하였다. 측정된 신호는 회로와 LabVIEW를 이용하여 증폭 및 필터링을 수행하였으며, 이렇게 얻어진 신호를 원신호로 전처리에서 처리되지 않은 노이즈 신호를 제거, 유효신호만을 얻기 위해 원신호의 피크 또는 밸리에서 신호 최대 크기에 대한 비율로 상대적 기준선을 설정하였다.
- 을 이용하여 제작하고, 센서부를 피실험자의 손가락 중지에 착용시켜 PPG 신호를 측정하였다. 측정된 신호는 회로와 LabVIEW를 이용하여 증폭 및 필터링을 수행하였으며, 이렇게 얻어진 신호를 원신호로 전처리에서 처리되지 않은 노이즈 신호를 제거, 유효신호만을 얻기 위해 원신호의 피크 또는 밸리에서 신호 최대 크기에 대한 비율로 상대적 기준선을 설정하였다. 각기 50%, 0%, 70%로 실험을 수행한 결과, 피크와 밸리에 대하여 균일하게 높은 처리 능력을 보이는 비율은 50%인 것으로 확인되었다.
- 필터링 및 증폭을 수행한 신호는 DAQ board (National Instrument, BNC-2090)를 이용하여 PC와 연결하였으며, LabVIEW를 통해 monitoring하였다. 동시에 원신호에서 유효신호를 검출하는 과정 및 맥박수로 산출하는 과정, 산출된 맥박신호의 재처리 과정까지 LabVIEW를 이용하여 처리하였다.
대상 데이터
- PPG 센서부에 사용된 발광소자는 620-630 ㎚ 대역의 파장을 갖는 kodenshi 사의 chip LED (KLB-16AR)이며, 수광소자는 역시 kodenshi 사의 chip photo TR. (KL16APT-46)을 사용하였다.
이론/모형
- 필터링 및 증폭을 수행한 신호는 DAQ board (National Instrument, BNC-2090)를 이용하여 PC와 연결하였으며, LabVIEW를 통해 monitoring하였다. 동시에 원신호에서 유효신호를 검출하는 과정 및 맥박수로 산출하는 과정, 산출된 맥박신호의 재처리 과정까지 LabVIEW를 이용하여 처리하였다. 위의 그림 4는 이러한 역할을 수행하기 위한 algorithm을 포함하는 LabVIEW의 메인 화면을 보여준다.
성능/효과
- 측정된 신호는 회로와 LabVIEW를 이용하여 증폭 및 필터링을 수행하였으며, 이렇게 얻어진 신호를 원신호로 전처리에서 처리되지 않은 노이즈 신호를 제거, 유효신호만을 얻기 위해 원신호의 피크 또는 밸리에서 신호 최대 크기에 대한 비율로 상대적 기준선을 설정하였다. 각기 50%, 0%, 70%로 실험을 수행한 결과, 피크와 밸리에 대하여 균일하게 높은 처리 능력을 보이는 비율은 50%인 것으로 확인되었다. 기준선을 설정하고 측정된 신호에 대해서는 그래프로 변환함에 있어서 발생하는 오류를 처리하기 위해 에러처리 알고리즘 및 보간 알고리즘을 추가적으로 수행하였다.
- 기준선을 설정하고 측정된 신호에 대해서는 그래프로 변환함에 있어서 발생하는 오류를 처리하기 위해 에러처리 알고리즘 및 보간 알고리즘을 추가적으로 수행하였다. 그 결과, 기준선 50%의 피크와 밸리에서 얻어진 맥박의 그래프는 거의 동일한 모양을 나타내는 것으로 확인되었으며, 이는 기준선 50%의 적합성 및 각 알고리즘의 유효성을 증명하는 결과이다. 또한 본 실험은 운동상태의 피실험자에게 적용되어 얻어진 결과라는 사실에서 실제 운동상태에 있는 학생들의 체력 측정을 위한 PAPS에의 적용이 가능하다는 결론을 얻었다.
- 그 결과, 기준선 50%의 피크와 밸리에서 얻어진 맥박의 그래프는 거의 동일한 모양을 나타내는 것으로 확인되었으며, 이는 기준선 50%의 적합성 및 각 알고리즘의 유효성을 증명하는 결과이다. 또한 본 실험은 운동상태의 피실험자에게 적용되어 얻어진 결과라는 사실에서 실제 운동상태에 있는 학생들의 체력 측정을 위한 PAPS에의 적용이 가능하다는 결론을 얻었다.
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