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PPG 신호의 동잡음 구간 검출에 관한 연구
Study on the Detection the Section with the Motion Artifacts of the PPG Signal 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.37 no.1, 2016년, pp.1 - 6  

이한욱 (경상대학교 전자공학과) ,  이건기 (경상대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The biomedical information (heart rate, HRV, $SpO_2$ etc) from the Photoplethysmography (PPG) signal section can be estimated without the motion artifacts if the PPG signal section in the motion artifacts is detected accurately. But the PPG signal is easily exposed to the motion artifacts...

주제어

#Photoplethysmography (PPG)   #Goertzel algorithm   #Motion artifacts  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그럼에도 불구하고, PPG 신호의 전 구간 필터링을 통한 동잡음 제거를 위한 연구에 비해 동잡음 구간 검출에 대한 연구가 충분하지 않은 이유는 최근의 연구 트렌드가 저전력과 한정된 메모리에 기반한 모바일 헬스 케어 시스템에 적용할 수 있는 알고리즘의 개발에 있기 때문에 비교적 적은 연산량의 알고리즘으로 개발 가능한 전 구간 필터링 기법에 관한 연구가 더 많이 진행되었기 때문이다. 본 논문에서는 Goertzel 알고리즘을 적용하여 최소한의 스펙트럼만으로 PPG 신호의 주파수 특성을 파악하고, PPG 신호의 구간 중 동잡음이 유입된 구간을 검출해내는 새로운 알고리즘을 제안한다. Goertzel 알고리즘을 적용함으로써, 동잡음 구간을 정확히 검출하면서도 연산량을 최소화할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광용적맥파는 무엇인가? 광용적맥파(Photoplethysmography (PPG))는 조직의 미세 혈관 층에서의 혈액량의 변화를 검출하는데 사용될 수 있는 저가의 단순한 광학 기법이다[1]. 스마트 와치의 출현으로 스마트 와치를 착용한 사람의 손목으로부터 레코딩된 PPG 신호를 사용한 헬스케어와 피트니스용 스마트 밴드는 산업계와 학계의 새로운 연구 주제로 자리 잡았다[2].
PPG 신호의 정확도를 저해하는 요소는? PPG 신호를 이용한 심박수나 산소포화도(SpO2) 등 생체정보의 정확한 측정은 동잡음이나 다른 소스로부터의 잡음을 PPG 신호에서 얼마나 잘 제거하느냐에 영향을 받는다. PPG 신호의 정확도를 떨어뜨리는 잡음 요소로는 호흡, 동잡음, 외부 광원의 변화에 의한 잡음 등이 있는데 그중 피측정자의 움직임에 의한 동잡음은 측정의 정확도를 떨어뜨리는 주요 요인이다[3]. 최근, PPG 신호는 의료기기의 크기가 작아지고, 휴대용이나 웨어러블 형태로 발전함에 따라 더 많은 잡음에 노출되기 쉬워졌다.
본 실험의 전처리 과정에서 각 섹션 내 PPG 신호의 첫 주기의 시작 포인트와 마지막 주기의 끝 포인트를 일정하게 맞춰야 하는 이유는? 각 섹션으로의 분리를 위해 중요한 것은 각 섹션 내 PPG 신호의 첫 주기의 시작 포인트와 마지막 주기의 끝 포인트를 일정하게 맞추어 주는 것이다. 분리한 섹션 내에는 많은 주기의 PPG 신호가 포함되지 않으므로 첫 주기의 시작 포인트와 마지막 주기의 끝 포인트가 일정하지 않다면 각 섹션의 주파수 성분에 영향을 줄 것이기 때문이다. 이에 본 논문에서는 p번째 섹션의 시작 포인트의 진폭 VSp를 p-1번째 섹션의 최대값과 최소값을 이용하여 식 (2)와 같이 결정하였다.
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참고문헌 (13)

  1. J. Allen, "Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement", Physiological measurement, vol. 28, no. 3, pp. R1-R39, 2007. 

    상세보기 crossref

  2. Zhilin Zhang, "Photoplethysmography-based heart rate monitoring in physical activities via joint sparse spectrum reconstruction", IEEE TRANSACTION ON BIOMEDICAL ENGINEERING, vol. 62, no. 8, pp. 1902, AUGUST 2015. 

    상세보기 crossref

  3. B.A. Shapiro, W.T. Peruzzi, and R. Templin, Clinical Application of Blood Gases, 5th ed., vol. 64, Mosby, St. Louis, MO, USA, 1994. 

  4. M. Raghu Ram, K. Venu Madhav, E. Hari Krishna, Nagarjuna Reddy Komalla, and K. Ashoka Reddy "A Novel Approach for Motion Artifact Reduction in PPG Signals Based on AS-LMS Adaptive Filter", IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, vol. 61, no. 5, MAY 2012. 

    상세보기

  5. Seyedtabaii S, Seyedtabaii L, "Kalman filter based adaptive reduction of motion artifact from photoplethysmographic signal", Internal J of Electronics, Circuits and systems, 2008. 

  6. B.S. Kim and S.K. Yoo, "Motion artifact reduction in photoplethysmography using independent component analysis", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 53, Issue 3, March 2006. 

    상세보기

  7. H. Lee, J. Lee, W. Jung, G. Lee, "The periodic moving average filter for removing motion artifact from PPG signals", International J of Control, Automation and Systems, vol. 5, no. 6, 2007. 

  8. H.J. Park, D.K. Sim, J.S. Ryu. Digital signal processing. Paju Korea: Life & Power Press. 2009, pp. 252-254. 

  9. Z. Xiaopeng, Z. Shaochun, P. Zhigeng, Y. Ruwei, Enterainment for Education. Digital Techniques and Systems, 1st ed., July 2010, pp. 238. 

  10. J.M. cho, Y.K. Sung, K.W. Shin, D.J. Jung, Y.S. Kim, N.H. Kim, "A preliminary Study on Photoplethysmogram (PPG) Signal Analysis for reduction of Motion Artifact in Frequency Domain", IEEE EMBS International conference on biomedical Engineering and Sciences, 17th-19th December 2012. 

  11. Kevin Banks, "The Goertzel Algorithm", Embedded Systems Programming, Aug., 2002. 

  12. J.Y. Lee, "The potion artifacts reduction from the PPG based on EWMA", The Journal of Digital Policy & Management, Aug., 2013. 

  13. H. Lee, H. Seo, W. Jeong, D. Jang, G. Lee, "Detection the biomedical information using the piezo film sensor", KIIECT, vol. 3, no. 3, 2010. 

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