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[국내논문] 동잡음을 가진 PPG 센서에서의 산소포화도 측정 알고리즘
SpO2 Measurement Algorithm for PPG Signal with Motion Artifacts 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.27 no.3, 2018년, pp.192 - 198  

장성진 (한국생산기술연구원스마트섬유그룹) ,  최규락 (한국생산기술연구원스마트섬유그룹) ,  박근혜 (한국생산기술연구원스마트섬유그룹) ,  김정도 (호서대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pulse oximetry is a non-invasive method for monitoring how much oxygenated hemoglobin is present in the blood. The principle of pulse oximetry is based on the red infrared light adsorption characteristics of oxygenated and deoxygenated hemoglobin. Even through the convenience of a pulse oximeter, it...

Keyword

# $SpO_2$   #Motion Artifacts   #Pulse Oximetry   #Masimo Algorithm   #Discrete Saturation Transformation(DST)  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본, 연구에서는 Masimo의 DST 알고리즘에서 사용하는 적응 필터를 사용하지 않으면서도 정확한 산소포화도의 측정이 가능한 새로운 방법을 제시한다. 본 연구에서 제시한 알고리즘의 수학적 입증이 이루어졌으며, SpO2 시뮬레이터를 통해 실제 적용 가능성을 입증하였다.
  • 제안된 알고리즘의 세부 목적은 Masimo의 특허를 침해하지 않으면서, 동잡음이 포함된 신호에서 2% 이내의 오차를 가지는 산소포화도 측정 알고리즘을 개발하는 것이다. 이러한 세부 목적을 달성하기 위해, 잡음비를 먼저 구하고 구해진 잡음비와 FFT 분석을 이용하여 동맥신호비를 구하였다.
  • 이러한 세부 목적을 달성하기 위해, 잡음비를 먼저 구하고 구해진 잡음비와 FFT 분석을 이용하여 동맥신호비를 구하였다. 본 논문을 통하여, 우리는 Masimo의 특허를 침해하지 않으면서 동잡음이 포함된 신호에서의 산소포화도 측정 알고리즘을 제안하고 검증하였다. 향후 연구로, 본 알고리즘의 처리속도 향상과 다양한 임상 데이터를 이용한 검증이 이루어진다면 더 많은 성취를 이뤄낼 것이다.

가설 설정

  • 5) 만약 K≤Kf이면, 3)번을 반복한다.
  • 6) 만약, I = 1이면 7)번으로 이동한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중환자실, 신생아 입원실 및 수술과정에서 정확한 산소포화도의 측정이 이루어지지 않을 때, 생길 수 있는 문제점은? 비관혈식 산소포화도 측정 장치(Pulse oximeter)는 혈액에서 산소와 결합한 헤모글로빈과 결합하지 않은 헤모글로빈의 광학적 특성을 이용하여 혈액의 채취 없이도 산소포화도를 측정하는 장치이다[1,2]. 산소포화도는 주로 중환자실, 신생아 입원실 및 수술 과정에서 필수적으로 사용되고 있는데, 정확한 산소포화도의 측정이 이루어지지 않는 경우 의료진이 지나치게 산소치료를 하게 하거나 반대로 부족하게 산소치료를 하게 할 수 있어 중환자 혹은 신생아에게 산소치료와 연관된 합병증을 발생시킬 수 있다[3]. 그러나, 비관혈식 산소포화도 측정 장치는 약간의 움직임에도 정맥 혈압파에 의해 신호보다 잡음이 더 높게 나올 수 있어 오류가 발생할 수 있다는 단점을 가진다[4,5].
비관혈식 산소포화도 측정 장치란? 비관혈식 산소포화도 측정 장치(Pulse oximeter)는 혈액에서 산소와 결합한 헤모글로빈과 결합하지 않은 헤모글로빈의 광학적 특성을 이용하여 혈액의 채취 없이도 산소포화도를 측정하는 장치이다[1,2]. 산소포화도는 주로 중환자실, 신생아 입원실 및 수술 과정에서 필수적으로 사용되고 있는데, 정확한 산소포화도의 측정이 이루어지지 않는 경우 의료진이 지나치게 산소치료를 하게 하거나 반대로 부족하게 산소치료를 하게 할 수 있어 중환자 혹은 신생아에게 산소치료와 연관된 합병증을 발생시킬 수 있다[3].
비관혈식 산소포화도 측정 장치의 신호에서 동잡음을 제거하기 위해 사용되는 방법인 Masimo의 DST 알고리즘에서 우리나라가 벗어날 수 없는 이유는? 비관혈식 산소포화도 측정 장치의 신호에서 동잡음을 제거하기 위한 여러 가지 연구가 진행된 바 있으나[1,6-11], 대표적으로 사용되는 방법은 Masimo의 DST(Discrete Saturation Transformation) 알고리즘이다[12,13]. 우리나라도 많은 산소포화도 관련 논문이 제시되고 있으나[14], 동잡음이 포함된 경우 그 정확성을 보장할 수 없는 경우가 많고, 동잡음을 보상하는 알고리즘도 DST 알고리즘을 변형한 경우가 많아 Masimo의 특허를 근본적으로 벗어날 수 없어 실제 적용이 쉽지 않다. 다른 형태의 연구로 블록 인터리빙(Block interleaving)과 ICA(Independent Component Analysis)를 사용한 방법이 제시되어[15], 상당한 잡음 제거 능력을 입증하였으나 산소포화도의 측정 정확성은 Masimo의 DST 알고리즘에 미치지 못하는 것으로 확인되었다.
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참고문헌 (16)

  1. J. G. Webster, Design of Pulse Oximeters, Institute of Physics Publishing, 1997. 

  2. L. G. Lindberg, "Pulse oximeter signal at various blood flow conditions in an in vitro model", Med. Biol. Eng. Comput., Vol. 33(1), pp. 87-91, 1995. 

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  3. M. Kuroda, M. Kawamoto and O. Yuge, "Undisrupted pulse wave on pulse oximeter display monitor at cardiac arrest in a surgical patient", J. Anesth., Vol. 19(2), pp. 164-166, 2005. 

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  4. J. P. de Kock and L. Tarassenko, "Pulse oximetry: Theoretical and experimental models", Med. Biol. Eng. Comput., Vol. 31(3), pp. 291-300, 1993. 

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  5. Y. X. Yang, B. S. Xie, Z. X. Zhou, J. N. Liu, Y. Y. Xue and G. L. Lv "Computer analysis system of blood oxygen saturation in an animal hypoxia model", Med. Biol. Eng. Comput., Vol. 36(3), pp.355-358, 1998. 

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  6. Y. Mendelson and B. D. Ochs, "Noninvasive pulse oximetry utilizing skin reflectance photoplethysmography", IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 35(10), pp. 798-805, 1988 

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  7. W. New, Jr. and J. E. Corenman, "Pulse oximeter monitor", U. S. Patent, 4653498, 20 May., 1986 

  8. G. R. Blackwell, "The technology of pulse oximetry", Biomed. Instrum. Tech., Vol. 23(3), pp. 188-193, 1989. 

  9. J. F. Kelleher, "Pulse Oximetry", J. Clin. Monit., Vol. 5(1), pp. 37-62, 1989. 

    상세보기 crossref

  10. P. D. Mannheimer, J. R. Cascini, M. E. Fein and S. L. Nierlich, "Wavelength selection for low-saturation pulse oximetry", IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 44(3), pp. 148-158, 1997. 

    상세보기 crossref

  11. T. Ukawa, K. Ito and T. Nakayama, "Pulse Oximeter", U. S. Patent, 5355882, 18 Oct., 1994. 

  12. http://www.masimo.com/, Technical Bulletin #1, Signal Extraction Technology. (retrieved on May. 21, 2018) 

  13. http://www.masimo.com/, Technical Bulletin #3, PVI. Masimo. (retrieved on May. 21, 2018) 

  14. H. J. Seo, "Pulse oximetry-based SpO2 and pulse rate detection for mobile health care devices", Ph. D. thesis, KAIST, 2008. 

  15. B. S. Kim and S. K. Yoo, "Motion artifact reduction in photoplethysmography using independent component analysis", IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 53(3), 2006. 

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  16. K. K. Tremper and S. J. Barker, Pulse oximetry and oxygen transform, Springer-Verlag, Berlin, Vol. 70(1), pp. 98-108, 1986. 

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