[논문]움직임 상태에서의 파장에 따른 PPG 잡음 비교에 대한 연구

이충렬; 윤지민; 김경호

움직임 상태에서의 파장에 따른 PPG 잡음 비교에 대한 연구
A study on Wavelength in the motion state of comparative noise in accordance with PPG 원문보기

이충렬 (단국대학교 전기전자공학과) , 윤지민 (광원전자) , 김경호 (단국대학교 전기전자공학과)

본 논문에서는 광전용적맥파(photoplethysmography:PPG)를 이용한 맥파 측정에 있어서 움직이는 상태에서의 파장에 따른 노이즈의 영향을 비교 연구하였다. 광전용적맥파는 광을 이용한 맥파 측정방식으로 움직임에 의한 잡음에 매우 취약하다. 이러한 노이즈로 인하여 측정 시 오차가 발생하게 되는데 특히 스마트폰 등을 이용한 상시 측정 시스템의 경우 이러한 노이즈의 발생이 큰 문제로 부각되게 된다. 따라서 본 연구에서는 움직이는 상태에서적외선광과 녹색광원의 노이즈영향을 측정하여 파장에 따른 움직임노이즈를 비교검토 하였다. 결과적으로 녹색광이 적외선광에 비해 움직임의 영향을 덜 받으며 이동 중에서의 측정이 용이하다는 결론을 얻었다.

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문제 정의

현재의 시스템은 주로 정지된 상태에서의 측정을 기준으로 만든 것이 대부분이기 때문에 움직이는 상태에서의 측정에는 신뢰성이 떨어진다. 따라서 본 논문에서는 움직이는 상태에 대한 고려를 위하여 적외선과 녹색광의 비교를 실시하였다.
본 논문에서는 움직임 상태에서 PPG측정에 있어서 적외선과 녹색 LED를 이용한 측정의 노이즈 비교에 대하여 연구를 하였다. 연구 결과 녹색 LED를 사용하였을 때 노이즈가 훨씬 적고 파형 역시 뚜렷하게 나타남을 알 수 있었다.

제안 방법

측정 실험은 피 실험자의 손가락 끝에 1차로 적외선 센서를 부착 한 후 약 1분간 제자리에서 팔을 저으며 움직이는 동안의 PPG 신호를 측정하였다. 그리고 약 5분간 휴식을 취한 후 다시 녹색광의 센서를 부착한 후 앞선 실험과 마찬가지로 1분간 제자리에 팔을 저으며 움직이는 동안의 PPG 신호를 측정하였다. 측정된 신호는 컴퓨터로 전송돼 Labview signal express를 통한 데이터 처리로 비교 하였다.
05~5Hz로 Amplifier & Filter처리가 필요하다[1]. 본 논문에서는 움직임 상태에서 동일한 Amplifier & Filter처리로 녹색광과 적외선센서를 각각 측정하여 움직임상태에서 노이즈의 정도를 비교 하였다. 녹색광은 540nm파장의 LED를 사용하였으며 적외선은 940nm의 발광 다이오드를 사용하였다.
)을 이용한 측정 방법이다. 즉, 가시광선이나 적외선을 이용하여 혈관의 수축과 이완에 따른 빛의 흡수, 반사, 분산의 변화를 통하여 맥파를 검출해 낸다. 이 맥파의 주기를 통하여 맥박을 검출해 낼 수 있다.
측정 실험은 피 실험자의 손가락 끝에 1차로 적외선 센서를 부착 한 후 약 1분간 제자리에서 팔을 저으며 움직이는 동안의 PPG 신호를 측정하였다. 그리고 약 5분간 휴식을 취한 후 다시 녹색광의 센서를 부착한 후 앞선 실험과 마찬가지로 1분간 제자리에 팔을 저으며 움직이는 동안의 PPG 신호를 측정하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 움직임 상태에서 동일한 Amplifier & Filter처리로 녹색광과 적외선센서를 각각 측정하여 움직임상태에서 노이즈의 정도를 비교 하였다. 녹색광은 540nm파장의 LED를 사용하였으며 적외선은 940nm의 발광 다이오드를 사용하였다. 수광센서로는 동일하게 430~1100nm의 검출 파장을 갖는 bpw34를 사용하였다.
녹색광은 540nm파장의 LED를 사용하였으며 적외선은 940nm의 발광 다이오드를 사용하였다. 수광센서로는 동일하게 430~1100nm의 검출 파장을 갖는 bpw34를 사용하였다.

데이터처리

그리고 약 5분간 휴식을 취한 후 다시 녹색광의 센서를 부착한 후 앞선 실험과 마찬가지로 1분간 제자리에 팔을 저으며 움직이는 동안의 PPG 신호를 측정하였다. 측정된 신호는 컴퓨터로 전송돼 Labview signal express를 통한 데이터 처리로 비교 하였다.

성능/효과

본 논문에서는 움직임 상태에서 PPG측정에 있어서 적외선과 녹색 LED를 이용한 측정의 노이즈 비교에 대하여 연구를 하였다. 연구 결과 녹색 LED를 사용하였을 때 노이즈가 훨씬 적고 파형 역시 뚜렷하게 나타남을 알 수 있었다. 이를 통하여 움직임 또는 활동 중의 PPG 측정에는 녹색파장의 광(光)을 쓰는 것이 더 적합하다는 결론이 나왔다.
연구 결과 녹색 LED를 사용하였을 때 노이즈가 훨씬 적고 파형 역시 뚜렷하게 나타남을 알 수 있었다. 이를 통하여 움직임 또는 활동 중의 PPG 측정에는 녹색파장의 광(光)을 쓰는 것이 더 적합하다는 결론이 나왔다. 이를 통하여 앞으로 활동 중의 운동량에 따른 맥박수 변화에 대한 연구를 진행할 예정이다.

후속연구

이를 통하여 움직임 또는 활동 중의 PPG 측정에는 녹색파장의 광(光)을 쓰는 것이 더 적합하다는 결론이 나왔다. 이를 통하여 앞으로 활동 중의 운동량에 따른 맥박수 변화에 대한 연구를 진행할 예정이다.

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