적응 노치필터와 퍼지추론 시스템을 이용한 광용적 맥파 신호의 동잡음 제거 필터 설계
Design of Filter to Remove Motion Artifacts of Photoplethysmography Signal Using Adaptive Notch Filter and Fuzzy Inference system
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초록
모바일 헬스케어 디바이스에서 가장 많이 사용되는 PPG 신호는 디바이스 사용자의 움직임의 영향에 따라 심박수 측정의 정확도가 떨어진다. 그 이유는 사용자의 동잡음의 주파수 대역이 PPG 신호의 주파수 대역과 겹쳐 있기 때문이다. 이러한 동잡음을 제거하기 위해 주파수 분석법, 가속도 센서 적용 등의 다양한 방법들이 연구되어 우수한 성능을 제시하였지만, 저가의 헬스케어 디바이스에 이들 필터법을 적용함에 있어 많은 연산처리 시간과 센서 가격 측면 때문에 적용하기가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 실시간으로 보다 정확한 심박수를 추출하기 위해 퍼지추론 시스템과 적응노치 필터를 이용한 PPG 신호처리 기법을 제안하고 그 성능을 평가하였다. 그 결과, 기존의 방법보다 우수한 결과를 보였으며, 이 결과를 토대로 제안된 방법을 모바일 헬스케어 디바이스 설계에 적용한다면 실시간으로 보다 정확한 심박수 측정이 가능할 것이다.
Abstract
When PPG signal is used in mobile healthcare devices, the accuracy of the measured heartbeat decreases from the influence by the movement of the user. The reason is that the frequency band of the noise overlaps the frequency band of the PPG signal. In order to remove these same noises, the methods using frequency analysis method or application of acceleration sensor have been investigated and showed excellent performance. However, in applying these methods to low-cost healthcare devices, it is difficult to apply these methods because of much processing time and sensor's cost. In order to solve these problems, this study proposed the filter design method using an adaptive notch filter and the fuzzy inference system to extract more accurate heart rate in real time and evaluated its performance. As results, it showed better results than the other methods. Based on the results, when applying the proposed method to design the mobile healthcare device, it is possible to measure the heartbeat more accurately in real time.
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