KR102361725B1 - A method and apparatus for postoperative pain assessment using differential index of photoplethysmogram - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법은 (a) 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 획득하는 단계; (b) 상기 광용적맥파를 미분하여 미분된 광용적맥파를 생성하는 단계; (c) 상기 미분된 광용적맥파로부터 적어도 하나의 지표를 추출하는 단계; 및 (d) 상기 추출된 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델에 적용하여 통증 분류를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method and apparatus for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmogram wave. According to an embodiment of the present invention, a method for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmography includes the steps of: (a) acquiring a photoplethysmography (PPG); (b) differentiating the photoplethysmography wave to generate a differentiated photoplethysmography wave; (c) extracting at least one indicator from the differentiated photoplethysmography wave; and (d) performing pain classification by applying the extracted at least one index to a pain classification model.
Description
본 발명은 수술 후 통증 평가 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for evaluating postoperative pain, and more particularly, to a method and apparatus for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmography wave.
수술 후 통증관리 방법으로는 소량의 진통제를 환자가 수시로 자가 투여하는 통증자가조절(patient-controlled analgesia) 방법이 널리 사용되지만 약물 중독자 의식 혼란이 있거나, 움직일 수 없는 환자에게는 적용이 어렵다 또한 통증이 심한 환자의 경우에는 통증자가조절 방법을 사용함에도 불구하고 보조 진통제를 추가 투여하는 경우가 있으며 과다 투여로 인해 호흡 저하 구토 소양증 등 부작용이 야기될 수 있다.Patient-controlled analgesia, in which a small amount of analgesic is frequently administered by the patient, is widely used as a post-operative pain management method, but it is difficult to apply to patients who are confused or unable to move. In the case of patients, an auxiliary analgesic may be additionally administered despite the pain self-control method, and side effects such as respiratory depression, vomiting and pruritus may occur due to overdose.
이 밖에도 통증자가조절 기기의 오류 또는 잘못된 진통제 주입량 설정으로 인한 부적절 투여 사례도 보고되고 있다. 통증 객관화는 진통제 투여량을 통증 강도에 따라 조절하여 무의식 의식 혼란 등 통증자가조절이 어려운 환자의 적정약물 투여에 기여할 수 있다. In addition, cases of inappropriate administration due to an error in the pain self-regulating device or the wrong analgesic dose setting have been reported. Pain objectification can contribute to proper drug administration for patients who have difficulty in self-control of pain, such as unconscious conscious confusion, by adjusting the analgesic dose according to the intensity of pain.
다만, 현재 통증 평가는 개인의 주관적 판단에 의해서 주로 수행되기 때문에, 통증을 결정하는 객관적이고 수치적이며 간단하면서 정확도가 높은 생체신호 기반 통증 분류 장치 및 방법이 요구되나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. However, since the current pain evaluation is mainly performed by the subjective judgment of an individual, an objective, numerical, simple and highly accurate biosignal-based pain classification device and method for determining pain is required, but research on this is insufficient.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmogram wave.
또한, 본 발명은, 미분된 광용적맥파로부터 추출된 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표를 이용하여 수술 후 통증 평가를 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing post-operative pain evaluation using time-related indexes and amplitude-related indexes extracted from differentiated photoplethysmography waves.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법은, (a) 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 획득하는 단계; (b) 상기 광용적맥파를 미분하여 미분된 광용적맥파를 생성하는 단계; (c) 상기 미분된 광용적맥파로부터 적어도 하나의 지표를 추출하는 단계; 및 (d) 상기 추출된 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델에 적용하여 통증 분류를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, according to an embodiment of the present invention, there is provided a postoperative pain evaluation method using a differential index of a photoplethysmography, comprising the steps of: (a) acquiring a photoplethysmography (PPG); (b) differentiating the photoplethysmography wave to generate a differentiated photoplethysmography wave; (c) extracting at least one indicator from the differentiated photoplethysmography wave; and (d) performing pain classification by applying the extracted at least one index to a pain classification model.
일 실시예에서, 상기 광용적맥파는, 입사파와 적어도 하나의 반사파를 포함할 수 있다. In an embodiment, the photoplethysmography wave may include an incident wave and at least one reflected wave.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는, 상기 광용적맥파를 박동 시작점을 기준으로 박동별로 분리하는 단계; 및 상기 분리된 광용적맥파를 미분하여 상기 박동별 미분된 광용적맥파를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step (c) may include: separating the photoplethysmography wave for each beat based on a beating start point; and differentiating the separated PPG wave to generate the differentiated PPT wave for each beat.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는, 상기 미분된 광용적맥파의 다수의 극점을 추출하는 단계; 및 상기 다수의 극점에 기반하여 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표 중 적어도 하나를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (c) comprises: extracting a plurality of poles of the differentiated PPV; and calculating at least one of a time-related index and an amplitude-related index based on the plurality of poles.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는, 상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 시간 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (c) may further include calculating a time difference index between the time-related index corresponding to the first pole and the time-related index corresponding to the second pole among the plurality of poles. have.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는, 상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 진폭 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the step (c) may further include calculating an amplitude difference index between an amplitude-related index corresponding to a first pole and an amplitude-related index corresponding to a second pole among the plurality of poles. have.
일 실시예에서, 상기 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법은, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에, 상기 적어도 하나의 지표를 정규화(normalize)하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the post-operative pain evaluation method using the differential index of the photoplethysmogram further includes, between the steps (c) and (d), normalizing the at least one index. can do.
일 실시예에서, 상기 통증 분류 모델은, 시그모이드(sigmoid) 함수를 포함할 수 있다. In an embodiment, the pain classification model may include a sigmoid function.
일 실시예에서, 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치는, 광용적맥파(photoplethysmography, PPG)를 획득하는 획득부; 및 상기 광용적맥파를 미분하여 미분된 광용적맥파를 생성하고, 상기 미분된 광용적맥파로부터 적어도 하나의 지표를 추출하고, 상기 추출된 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델에 적용하여 통증 분류를 수행하는 제어부;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the postoperative pain evaluation apparatus using the differential index of the photoplethysmography wave, the photoplethysmography (PPG) acquisition unit for acquiring; and differentiating the photoplethysmogram wave to generate a differentiated photoplethysmogram wave, extracting at least one index from the differentiated photoplethysmogram wave, and applying the extracted at least one index to a pain classification model to perform pain classification It may include a control unit;
일 실시예에서, 상기 광용적맥파는, 입사파와 적어도 하나의 반사파를 포함할 수 있다. In an embodiment, the photoplethysmography wave may include an incident wave and at least one reflected wave.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 광용적맥파를 박동 시작점을 기준으로 박동별로 분리하고, 상기 분리된 광용적맥파를 미분하여 상기 박동별 미분된 광용적맥파를 생성할 수 있다. In an embodiment, the control unit may separate the PPL for each beat based on a beating start point, and differentiate the separated PPL wave to generate the differentiated PPL for each beat.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 미분된 광용적맥파의 다수의 극점을 추출하고, 상기 다수의 극점에 기반하여 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. In an embodiment, the control unit may extract a plurality of poles of the differentiated PPV, and calculate at least one of a time-related index and an amplitude-related index based on the plurality of poles.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 시간 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 산출할 수 있다. In an embodiment, the controller may calculate a time difference index between a time-related index corresponding to a first pole among the plurality of poles and a time-related index corresponding to a second pole.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 진폭 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 산출할 수 있다. In an embodiment, the controller may calculate an amplitude difference index between an amplitude-related index corresponding to a first pole among the plurality of poles and an amplitude-related index corresponding to a second pole.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 지표를 정규화(normalize)할 수 있다. In an embodiment, the controller may normalize the at least one indicator.
일 실시예에서, 상기 통증 분류 모델은, 시그모이드(sigmoid) 함수를 포함할 수 있다. In an embodiment, the pain classification model may include a sigmoid function.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objects will become clear with reference to the embodiments to be described in detail below in conjunction with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, it may be configured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs ( Hereinafter, "a person skilled in the art") is provided to fully inform the scope of the invention.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 미분된 광용적맥파로부터 추출된 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표를 이용함으로써, 수술 후 통증 분류의 정확도를 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by using the time-related index and the amplitude-related index extracted from the differential plethysmography wave, the accuracy of post-operative pain classification can be improved.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 파형을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 파형을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파와 단일 반사파를 갖는 광용적맥파 및 미분된 광용적맥파의 파형을 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파와 복수의 반사파를 갖는 광용적맥파 및 미분된 광용적맥파의 파형을 도시한 도면이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사파를 갖지 않는 광용적맥파 및 미분된 광용적맥파의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 도시한 도면이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정규화를 위한 광용적맥파의 진폭 크기 및 박동 간격을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 분류 모델을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파 및 반사파에 대한 첨도의 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.1A is a diagram illustrating a waveform of a photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
1B is a diagram illustrating a waveform of a differentiated photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating waveforms of a PPT wave having an incident wave and a single reflected wave and a differential PPL wave according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a diagram illustrating waveforms of a PPT wave having an incident wave and a plurality of reflected waves and a differentiated PPL wave according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2C is a diagram illustrating waveforms of a PPT wave and a differentiated PPT wave having no reflected wave according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process of detecting a pole of a differentiated photoplethysmography wave according to an embodiment of the present invention.
4A is a diagram illustrating a time-related index and an amplitude-related index of a differentiated photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
4B is a diagram illustrating a time difference index between time-related indexes of a differentiated photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
4C is a diagram illustrating an amplitude difference indicator between amplitude-related indicators of a differentiated photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
4D is a diagram illustrating an amplitude magnitude and a beating interval of a photoplethysmogram wave for normalization according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a pain classification model according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a change in kurtosis for an incident wave and a reflected wave according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a postoperative pain evaluation method using a differential index of a photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a functional configuration of an apparatus for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmography wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood upon consideration of the drawings and detailed description. The apparatus, methods, preparations, and various embodiments disclosed herein are provided for purposes of illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically practice the various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are for the purpose of easy-to-understand descriptions of various features of the disclosed invention, and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파(Photoplethysmogram, PPG)의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법 및 장치를 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for evaluating postoperative pain using a differential index of a photoplethysmogram (PPG) according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파(110)의 파형을 도시한 도면이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파(120)의 파형을 도시한 도면이다.1A is a diagram illustrating a waveform of a
도 1a를 참고하면, 광용적맥파(110)의 파형은 심실 수축에 의해 측정 지점의 혈량이 최대가 되는 지점인 수축기 극점(systolic peak), 심실 이완기 말 수축기 직전을 의미하는 맥동 시작점(pulse onset, Ponset), 입사파와 반사파 파형의 중첩부(dicrotic)에서 발생되는 함몰부 극점(dicrotic notch), 반사파에 의해 발생되는 이완기 극점(diastolic peak) 등의 주요 특징점을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1A , the waveform of the
일 실시예에서, 광용적맥파(110)는 ‘PPG’ 또는 이와 동동한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다. In an embodiment, the
도 1b를 참고하면, 일반적으로 수축기 극점 전의 파형은 입사파형을 주로 반영하고, 수축기와 이완기 극점 사이의 파형은 입사파와 반사파의 중첩으로 형성되는 것으로 알려져 있다. 그리고 이완기 극점 이후 파형은 반사파의 형태를 더 많이 반영할 수 있다. 이에 따라, 미분된 광용적맥파(120)의 파형은 일반적으로 4개의 특징점을 가진다. Referring to FIG. 1B , in general, it is known that the waveform before the systolic pole mainly reflects the incident waveform, and the waveform between the systolic and diastolic poles is formed by overlapping the incident wave and the reflected wave. And the waveform after the diastolic pole can reflect the shape of the reflected wave more. Accordingly, the waveform of the
일 실시예에서, 미분된 광용적맥파(120)는 ‘dPPG’ 또는 이와 동동한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다. In an embodiment, the
이 때, 첫 번째 극점과 두 번째 극점 각각은 수축기 극점 전후의 최대 상승 기울기 및 하강 기울기를 의미하고, 세 번째 극점과 네 번째 극점 각각은 이완기 극점 전후의 최대 상승 기울기 및 하강 기울기를 의미하므로, 각 극점에 따라 입사파와 반사파의 특성이 다르게 반영될 수 있다.At this time, each of the first and second poles means the maximum ascending and descending slopes before and after the systolic pole, and the third and fourth poles respectively mean the maximum ascending and descending slopes before and after the diastolic pole, so each Depending on the pole, the characteristics of the incident wave and the reflected wave may be reflected differently.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파와 단일 반사파를 갖는 광용적맥파(110) 및 미분된 광용적맥파(120)의 파형을 도시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파와 복수의 반사파를 갖는 광용적맥파(110) 및 미분된 광용적맥파(120)의 파형을 도시한 도면이다. 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사파를 갖지 않는 광용적맥파(110) 및 미분된 광용적맥파(120)의 파형을 도시한 도면이다.FIG. 2A is a diagram illustrating waveforms of the
도 2a 내지 2c를 참고하면, 일반적인 dPPG의 극점 개수는 3가지의 유형을 가질 수 있다. Referring to FIGS. 2A to 2C , the number of poles of a typical dPPG may have three types.
도 2a를 참고하면, 다수 개의 반사파가 존재할 때 두 번째, 세 번째 반사파의 크기가 작아 반사파가 하나로 표현되는 경우, PPG는 입사파와 하나의 반사파로 구성되어, dPPG는 4개의 극점을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2A , when a plurality of reflected waves are present, when a reflected wave is expressed as one reflected wave due to the small size of the second and third reflected waves, the PPG is composed of an incident wave and one reflected wave, and the dPPG may include four poles. .
도 2b를 참고하면, 혈관 상태 등에 따라 두 개 이상의 반사파가 시간차를 두고 도달할 수 있으며, 이에 따라, dPPG는 4개 이상의 극점을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B , two or more reflected waves may arrive with a time difference depending on the state of blood vessels, and thus, dPPG may include four or more poles.
도 2c를 참고하면, 반사파가 입사파와 상당 부분 겹치거나 너무 작아 확인되지 않는 경우, dPPG는 입사파의 최대 상승 및 하강 기울기에 대한 극점으로 2개의 극점만을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2C , when the reflected wave substantially overlaps with the incident wave or is too small to be identified, the dPPG may include only two poles as poles for the maximum rising and falling slopes of the incident wave.
일 실시예에서, 각 극점은 발생 순서에 따라 순차적으로 Pn이라 지칭될 수 있다. 이에 따라 수축기극점 전 최대상승기울기를 의미하는 극점은 P1, 수축기극점 이후 최대하강기울기를 의미하는 극점은 P2로 나타낼 수 있다. 이 때 극점의 총 개수는 신호 특정에 따라 바뀔 수 있으므로 가장 마지막 극점은 Pe로 나타낼 수 있다. In one embodiment, each pole may be referred to as P n sequentially according to the order of occurrence. Accordingly, the pole indicating the maximum ascending slope before the systolic pole can be expressed as P 1 , and the pole indicating the maximum descending slope after the systolic pole can be expressed as P 2 . In this case, since the total number of poles can be changed according to signal specification, the last pole can be expressed as P e .
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정(300)을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a
도 3을 참고하면, 미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정(300)은 광용적맥파의 극점 검출 과정(310), 광용적맥파의 분리 과정(320) 및 미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정(330)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the process of detecting the pole of the
광용적맥파의 극점 검출 과정(310)에서, PPG에 대한 미분을 통해 극점을 검출할 수 있다. In the
광용적맥파의 분리 과정(320)에서, 인접한 박동 시작점을 기준으로 PPG를 박동별로 분리할 수 있다. In the
미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정(330)에서, 박동별로 분리된 각 PPG에 대한 미분을 통해 박동별 dPPG를 생성하고, 각 분절(segment)에 대한 극점을 검출할 수 있다. In the
일반적으로 PPG 분절을 미분할 경우 dPPG 분절은 최소 2개 이상의 극점을 가져야하며, 본 발명의 경우, 반사파 관련 지표 또한 추출되므로 최소 4개의 극점이 요구될 수 있다. In general, when the PPG segment is differentiated, the dPPG segment must have at least two poles, and in the present invention, since the reflected wave-related index is also extracted, at least four poles may be required.
일 실시예에서, dPPG에서 큰 특징을 보이는 4개의 극점만 분석에 사용하였으며, 극점 검출이 불가능한 세그먼트와 Pn(n=1, 2, 3, e) 이외 극점은 분석에서 제외될 수 있다. In one embodiment, only four poles showing a large characteristic in dPPG were used for analysis, and segments other than P n (n=1, 2, 3, e) in which pole detection is impossible may be excluded from analysis.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파(120)의 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표를 도시한 도면이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파(120)의 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 도시한 도면이다. 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분된 광용적맥파(120)의 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 도시한 도면이다. 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정규화를 위한 광용적맥파(110)의 진폭 크기 및 박동 간격을 도시한 도면이다.4A is a diagram illustrating a time-related index and an amplitude-related index of the
도 4a를 참고하면, dPPG의 시간 및 진폭에 관련된 지표가 추출될 수 있다. dPPG의 시간 관련 지표는 PPG의 맥동시작점(Ponset)을 기준으로 하여 dPPG의 극점 Pn까지의 시간을 Tn으로 설정하고, 진폭 관련 지표는 dPPG의 극점 Pn의 값을 An으로 설정할 수 있다. Referring to FIG. 4A , indices related to time and amplitude of dPPG may be extracted. For the time-related index of dPPG, the time from the pulsation start point (P onset ) of the PPG to the pole P n of dPPG is set to T n , and for the amplitude-related index, the value of the pole P n of dPPG can be set to A n . have.
도 4b 및 4c를 참고하면, 시간 관련 지표 간의 차이를 통해 5개의 지표(T1-2, T2-3, T3-e, T1-3, T2-e, T1-e), 진폭 관련 지표 간의 차이를 통해 5개의 지표(A1-2, A2-3, A3-e, A1-3, A2-e, A1-e)를 설정할 수 있다. Referring to Figures 4b and 4c, through the difference between the time-related indices, five indicators (T 1-2 , T 2-3 , T 3-e , T 1-3 , T 2-e , T 1-e ), Five indicators (A 1-2 , A 2-3 , A 3-e , A 1-3 , A 2-e , A 1-e ) can be set through the difference between the amplitude-related indicators.
설정된 지표는 dPPG의 시간 및 혈량 변화율에 관련된 8개의 지표를 포함하여 하기 <표 1>과 같이 총 20개의 기본 지표(basic feature)가 설정될 수 있다. A total of 20 basic features can be set as shown in Table 1 below, including 8 indicators related to the time and blood volume change rate of dPPG.
도 4d를 참고하면, PPG는 측정 시 사용자의 피부색, 측정 부위의 신체 조성, 해부 구조, 손톱 상태, 주변 광 센서 착용 상태와 같은 다양한 요인에 의해 신호의 진폭은 임의 단위(a.u.: arbitrary unit)를 가질 수 있다. Referring to FIG. 4D, when measuring PPG, the amplitude of the signal is an arbitrary unit (au: arbitrary unit) due to various factors such as the user's skin color, body composition of the measurement site, anatomical structure, nail state, and ambient light sensor wearing state. can have
임의 단위를 가진 지표 간 비교를 위해서는 정규화 과정이 요구되므로 본 발명의 경우, dPPG의 임의 단위를 가지는 지표인 A1, A2, A3, Ae, A1-2, A2-3, A3-e, A1-3, A1-e를 PPG 진폭(AC amplitude between Ponset and systolic peak, AConset)으로 정규화하여 10개의 지표를 추가로 설정할 수 있다. Since a normalization process is required for comparison between indices having arbitrary units, in the present invention, A 1 , A 2 , A 3 , A e , A 1-2 , A 2-3 , A which are indicators having arbitrary units of dPPG. By normalizing 3-e , A 1-3 , and A 1-e to the PPG amplitude (AC amplitude between Ponset and systolic peak, AC onset ), 10 additional indicators may be set.
dPPG의 시간 관련 지표 또한 개인 간 다른 심박수로 인해 차이를 보일 가능성이 있으므로, 본 발명에서 dPPG 시간 관련 지표 T1, T2, T3, Te, T1-2, T2-3, T3-e, T1-3, T2-e, T1-e를 박동 간격(pulse-to-pulse interval, PPIonset)으로 정규화하여 10개의 지표를 추가로 설정할 수 있다. Since the time-related indices of dPPG may also show differences due to different heart rates between individuals, in the present invention, dPPG time-related indices T 1 , T 2 , T 3 , T e , T 1-2 , T 2-3 , T 3 -e , T 1-3 , T 2-e , and T 1-e are normalized to a pulse-to-pulse interval (PPI onset ), and 10 additional indicators can be set.
또한, 각 극점 간의 비율을 의미하는 8개의 지표를 추가로 설정하여 하기 <표 2>와 같이 총 28개의 정규화 지표(normalized features)를 설정할 수 있다.In addition, 8 indices indicating the ratio between the poles may be additionally set to set a total of 28 normalized features as shown in Table 2 below.
정규화에 사용된 PPG 진폭은 한 박동 내 수축기 극점 값과 Ponset의 값 차이로 계산되고, 박동 간격은 한 박동 내 Ponset과 다음 박동의 Ponset 간의 시간 간격으로 계산될 수 있다. The PPG amplitude used for normalization is calculated as the difference between the systolic pole value and P onset within one beat, and the beat interval can be calculated as the time interval between P onset within one beat and P onset of the next beat.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 분류 모델(500)을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a
도 5를 참고하면, 통증 분류 모델(500)을 통해 각 후보 지표의 통증 유무 분류 정도를 확인하기 위한 분석을 진행하였으며, 분석 시 이진 분류 방법인 로지스틱 회귀 방법이 사용될 수 있다. 하나의 독립 변수와 종속 변수의 인과관계를 보는 로지스틱 분류는 하기 <수학식 1>과 같이 시그모이드(sigmoid) 함수를 통한 분류를 수행할 수 있다. Referring to FIG. 5 , analysis was performed to confirm the degree of classification of the presence or absence of pain of each candidate index through the
분류 수행을 위해 각 지표 별로 훈련 집합(training set)과 시험 집합(test set)으로 구분하고, 훈련 집합을 통해 학습을 수행하여 통증 분류 모델(500)을 생성할 수 있다. In order to perform classification, the
사용된 데이터는 모델의 유효성 검증을 위해 훈련 집합과 시험 집합에 대한 무작위로 선택될 수 있고, 훈련 집합은 통증 분류 모델(500)의 신뢰성을 높이기 위해 4겹 교차 검증(4-fold cross validation)을 사용할 수 있다. The data used can be randomly selected for the training set and the test set for validation of the model, and the training set uses 4-fold cross validation to increase the reliability of the
데이터 집합은 독립성 검증을 위해 성별에 대한 카이 제곱 검정(Chi-square test)와 연령에 대한 t-검정을 통해 데이터 집합 간에 유의한 차이가 없음(p<0.05)을 확인할 수 있다. For the data set, it can be confirmed that there is no significant difference between the data sets (p<0.05) through the chi-square test for gender and the t-test for age to verify independence.
일 실시예에서, 통증 분류 모델(500)을 이용하여 dPPG의 형태 분석을 통해 선정된 기본 지표와 정규화된 지표의 통증 유무에 따른 변화를 확인하기 위해 통계 분석이 수행될 수 있다. In an embodiment, statistical analysis may be performed to confirm changes according to the presence or absence of pain in the basic index and the normalized index selected through shape analysis of the dPPG using the
일 실시예에서, Kolmogorov-Smimov 검정 결과 모든 지표에서 정규성이 확인되지 않았으므로, 후보 지표의 수술 전 후 차이의 유의성 평가의 경우 Wilcoxon signed rank 검정을 사용할 수 있다. In one embodiment, since normality was not confirmed in all indicators as a result of the Kolmogorov-Smimov test, Wilcoxon signed rank test can be used to evaluate the significance of the difference between before and after surgery of candidate indicators.
검정 결과 p 값이 0.05 이하인 경우, 통계적으로 유의한 차이를 보인다고 간주되었고, 제안된 48개의 후보 지표는 수술 전 후에 대한 각 6분간의 박동별로 계산된 후 평균을 취하여 사용될 수 있다. As a result of the test, if the p value was 0.05 or less, it was considered to show a statistically significant difference, and the proposed 48 candidate indicators can be used by calculating the average for each 6-minute beat before and after surgery.
지표가 사용자 간 차이를 보이는지 확인하기 위해 표준편차를 산술 평균으로 나눈 것을 의미하는 변동계수(coefficient of variation)를 계산하여 통계적으로 확인할 수 있다. In order to check whether an indicator shows a difference between users, it can be confirmed statistically by calculating the coefficient of variation, which means the standard deviation divided by the arithmetic mean.
따라서, 본 발명에 따른 통계 방법은 미분 지표의 평균, 표준편차, 변동계수를 계산하고, Wilcoxon signed rank 검정을 통해 수술 전 후의 유의한 차이를 확인할 수 있다.Therefore, the statistical method according to the present invention can calculate the mean, standard deviation, and coefficient of variation of the differential index, and confirm the significant difference before and after surgery through Wilcoxon signed rank test.
일 실시예에서, 시험 집합을 통해 통증 분류 모델(500)의 통증 유무 분류 정도를 검증할 수 있다. 통증 분류 모델(500)의 개발은 신뢰성을 높이기 위해 500회 이상 반복 수행되고, 하기 <수학식 2> 내지 <수학식 5>와 같이 훈련 집합과 시험 집합에 대한 평균 정확도(accuracy, AC), 민감도(sensitivity, SE), 특이도(specificity, SP), 양성 예측도(positive predictive value, PPV)를 산출할 수 있다. In an embodiment, the degree of classification of the presence or absence of pain of the
여기서, TP(True Positive)는 통증 시 통증으로 판별한 경우, TN(True Negative)은 통증이 없을 시 통증이 없다고 판별한 경우, FP(False Positive)는 통증이 없을 시 통증으로 판별 경우, FN(False Negative)는 통증 시 통증이 아니라고 판별한 경우를 나타낸다. Here, TP (True Positive) is when pain is determined as pain, TN (True Negative) is when pain is determined when there is no pain, FP (False Positive) is when pain is determined when there is no pain, and FN ( False Negative) indicates a case in which pain is determined not to be pain.
또한, 정확도는 실제로 통증이 있거나 없을 때 모든 상황을 정확히 맞출 확률, 민감도는 통증 발생 시 통증이 있다고 판정할 확률, 특이도는 통증이 없을 때 통증이 없다고 판정할 확률, 양성 예측도는 실제로 통증이 있을 때 통증이 있다고 맞출 확률을 의미한다. In addition, accuracy is the probability of correcting all situations when there is actual pain or no pain, sensitivity is the probability of determining that there is pain when pain occurs, specificity is the probability of determining that there is no pain when there is no pain, and positive predictive value is the probability of determining that there is no pain when there is no pain. It means the probability of correcting that there is pain when present.
일 실시예에서, 하기 <표 3> 및 <표 4>를 참조하면, 수술 전 후에 대한 후보 지표의 유의성 검정 및 변동계수에 대한 결과로 제안된 48개 지표 중 35개 지표가 유의한 차이(p<0.05)를 보임을 확인할 수 있다. In one embodiment, referring to <Table 3> and <Table 4> below, 35 out of 48 indices proposed as a result of the significance test and coefficient of variation of the candidate indicators for before and after surgery showed significant differences (p <0.05) can be confirmed.
시간 관련 지표에서, T1, T2, T1-2, T1/PPIonset, T2/PPIonset, T3/PPIonset, T1-2/PPIonset, T1-3/PPIonset, T1/T3, T1/Te는 수술 후 유의한 증가를 보였고, Te, T2-3, T3-e, T2-e, T1-e, Te/PPIonset, T3-e/PPIonset, T2-e/PPIonset, T1-e/PPIonset는 수술 후 유의한 감소를 보였다. In time-related indicators, T 1 , T 2 , T 1-2 , T 1 /PPI onset , T 2 /PPI onset , T 3 /PPI onset , T 1-2 /PPI onset , T 1-3 /PPI onset , T 1 /T 3 , T 1 /T e showed a significant increase after surgery, T e , T 2-3 , T 3-e , T 2-e , T 1-e , T e /PPI onset , T 3-e /PPI onset , T 2-e /PPI onset , and T 1-e /PPI onset showed a significant decrease after surgery.
진폭 관련 지표에서, A2, Ae, A2-e/AConset, A1-2/A1-3, A1-2/A1-e, A1-2/A3-e는 유의한 증가를 보이고, A1, A1-2, A2-3, A3-e, A1-3, A2-e, A1-e, A1-3/AConset, A1-e/AConset는 유의한 감소를 보임을 확인할 수 있다. In amplitude-related indicators, A 2 , A e , A 2-e /AC onset , A 1-2 /A 1-3 , A 1-2 /A 1-e , A 1-2 /A 3-e are significant A 1 , A 1-2 , A 2-3 , A 3-e , A 1-3 , A 2-e , A 1-e , A 1-3 /AC onset , A 1-e It can be seen that /AC onset shows a significant decrease.
정규화 과정 이후 모든 지표의 변동계수가 평균 5.7% 감소하였고 2개의 지표를 제외한 24개의 시간 관련 지표의 변동계수는 증가하였으나, 모든 진폭 관련 지표의 변동계수는 감소함을 확인할 수 있다. 변동계수는 A3를 AConset로 정규화한 이후 47.4%의 최대감소율을 보임을 확인할 수 있다.After the normalization process, it can be seen that the coefficients of variation of all indicators decreased by 5.7% on average, and the coefficients of variation of 24 time-related indicators except for two indicators increased, but the coefficients of variation of all amplitude-related indicators decreased. It can be seen that the coefficient of variation shows the maximum decrease rate of 47.4% after normalizing A 3 to AC onset .
통증 유무 분류는 훈련 집합을 통해 통증 분류 모델(500)을 생성한 후 시험 집합에 통증 분류 모델(500)을 적용하여 평가하는 것으로, 하기 <표 5> 및 <표 6>은 분류 정확도(AC)를 기준으로 상위 20개의 후보 지표의 훈련 및 시험 집합의 통증 유무 분류 성능에 대한 결과를 나타낸다. The pain classification is evaluated by generating the
훈련 집합에선 수술 전 후에 대해 A3-e가 최대 정확도(65.7%)로, 시험 집합에선 T1이 최대 정확도(69.4%)로 통증 유무를 평가하는 것을 확인할 수 있다. In the training set, before and after surgery, it can be seen that A 3-e evaluates with the maximum accuracy (65.7%), and in the test set, T 1 evaluates the presence of pain with the maximum accuracy (69.4%).
시험 집합의 상위 20개 지표의 평균 정확도는 SPI(surgical pleth index)보다 0.4% 더 높은 정확도를 보였고, 훈련 집합의 상위 20개 지표의 평균 정확도는 SPI 보다 0.9%더 높은 정확도를 보였다. The average accuracy of the top 20 indicators of the test set was 0.4% higher than the surgical pleth index (SPI), and the average accuracy of the top 20 indicators of the training set was 0.9% higher than the SPI.
민감도 측면에서 본 발명에 따른 지표는 SPI 보다 최대 13.9%로 통증 시 통증이 있다고 맞출 확률이 더 높았다. In terms of sensitivity, the index according to the present invention was higher than the SPI by 13.9%, with a higher probability of correcting that there was pain.
본 발명에 따른 후보 지표 48개 중 6개의 지표는 SPI 보다 높은 정확도로 통증 유무를 평가하였다. 가장 높은 분류 정확도를 보인 T1은 수축기 내 최대속도 도달 시간을 의미하고 SPI 보다 5% 더 높은 정확도를 보였으나, 50% 미만의 민감도를 보여 통증이 있을 때 통증 있다고 맞출 확률이 낮으므로 통증 분류 지표로 사용되기 힘들 수 있다. Six of the 48 candidate indicators according to the present invention evaluated the presence or absence of pain with higher accuracy than the SPI. T 1 , which showed the highest classification accuracy, means the time to reach the maximal velocity within the systole and showed 5% higher accuracy than the SPI, but showed a sensitivity of less than 50%. may be difficult to use.
T1 다음으로 높은 정확도를 보이는 T2/PPIonset, T1-2/PPIonset는 SPI 보다 2.7%더 높은 정확도와 13.9% 더 높은 민감도를 보였으나, 특이도가 50%로 통증 검출에만 편향되었다고 볼 수 있다. T 2 /PPI onset and T 1-2 /PPI onset , which show the second highest accuracy after T 1 , showed 2.7% higher accuracy and 13.9% higher sensitivity than SPI, but the specificity was 50%, indicating that only pain detection was biased. can see.
또한, 통증 분류 정확도가 같은 A3-e, T2-e/PPIonset, A1-2/A3-e는 T1, T2/PPIonset, T1-2/PPIonset보다 적은 민감도와 특이도를 보이나 통증 유무에 대한 편향된 평가를 하지 않으며 SPI보다 높은 정확도로 통증 유무를 평가할 수 있다. In addition, A 3-e , T 2-e /PPI onset , and A 1-2 /A 3-e with the same pain classification accuracy showed less sensitivity and less sensitivity than T 1 , T 2 /PPI onset , and T 1-2 /PPI onset . Although it shows specificity, it does not conduct a biased evaluation of the presence or absence of pain, and it can evaluate the presence or absence of pain with higher accuracy than the SPI.
통증 유무에 대한 평가에 있어 통증 있음 또는 없음에 대한 편향적인 평가는 통증을 구분하는데 있어 정확하다고 볼 수 없으므로 본 발명에 따른 지표 중 A3-e, T2-e/PPIonset, A1-2/A3-e가 최적의 성능을 나타내는 통증 분류 지표로 사용될 수 있다. In the evaluation of the presence or absence of pain, a biased evaluation of the presence or absence of pain cannot be considered accurate in classifying pain, so among the indicators according to the present invention, A 3-e , T 2-e /PPI onset , A 1-2 /A 3-e can be used as a pain classification index indicating optimal performance.
일 실시예에서, 정규화 과정은 dPPG 지표와 PPG의 박동간격(PPIonset) 및 진폭(AConset)의 비율을 통해 계산될 수 있다. 일반적인 성인의 휴식기 심박수는 분당 60-100회로 알려져 있고, 심박수와 역수 관계인 박동간격도 사람마다 차이를 가질 수 있다. In an embodiment, the normalization process may be calculated through a ratio of a dPPG index and a beat interval (PPI onset ) and an amplitude (AC onset ) of the PPG. A typical adult's resting heart rate is known to be 60-100 beats per minute, and the beat interval, which is inversely related to the heart rate, may also vary from person to person.
dPPG의 시간 관련 지표의 경우 박동간격과 관련되어 개인 간 편차를 가질 수 있으므로 정규화 과정이 요구될 수 있다. In the case of time-related indicators of dPPG, there may be inter-individual deviations related to the beat interval, so a normalization process may be required.
본 발명에서 시간 관련 지표의 정규화는 시간 관련 지표의 시간단위와 박동간격의 시간 단위를 비율을 통해 단위를 제거하는 방법으로 수행될 수 있다. In the present invention, normalization of the time-related indicator may be performed by removing the unit through a ratio between the time unit of the time-related indicator and the time unit of the beat interval.
일 실시예에서, 시간 관련 지표 중 T1, T2, T3, T1-2, T2-3, T1-3은 정규화 이후 하기 <표 7>과 같이 변동계수가 증가함을 확인할 수 있다. In one embodiment, among the time-related indices, T 1 , T 2 , T 3 , T 1-2 , T 2-3 , and T 1-3 can confirm that the coefficient of variation increases as shown in <Table 7> below after normalization. have.
일 실시예에서, 정규화 이후 변동계수의 증가를 보인 지표는 정규화 전 지표가 개인 간 차이가 적어 발생한 현상일 수 있다. 정규화 전 시간 관련 지표의 평균 변동계수는 8%였으나, PPIonset의 변동계수(48.7%)가 훨씬 더 커서 정규화 이후 변동계수가 증가할 수 있다. In an embodiment, the index showing the increase in the coefficient of variation after normalization may be a phenomenon that occurs because the index before normalization has a small inter-individual difference. The average coefficient of variation of the time-related index before normalization was 8%, but the coefficient of variation (48.7%) of the PPI onset is much larger, so the coefficient of variation after normalization may increase.
진폭 관련 지표는 피험자 시험 환경 등에 따라 임의 단위를 가지는 PPG의 진폭을 반영하므로 임의 단위의 필수적인 제거가 필요하다. 정규화 과정은 임의 단위를 가지는 진폭 관련 지표와 임의 단위를 가지는 PPG의 진폭의 비율을 통해 단위의 무차원화를 진행할 수 있다. Since the amplitude-related index reflects the amplitude of the PPG having an arbitrary unit according to the subject's test environment, it is necessary to remove the arbitrary unit. In the normalization process, dimensionlessization of units may be performed through a ratio of an amplitude-related index having an arbitrary unit to an amplitude of a PPG having an arbitrary unit.
일 실시예에서, <표 6>을 참고하면, 모든 진폭 관련 지표는 정규화 이후 변동계수 감소(12.7%)를 보여주며 개인 간 차이를 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.In one embodiment, referring to <Table 6>, it can be confirmed that all amplitude-related indicators show a decrease in the coefficient of variation (12.7%) after normalization and can reduce the inter-individual difference.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입사파 및 반사파에 대한 첨도의 변화를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a change in kurtosis for an incident wave and a reflected wave according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 지표는 PPG에서 각 구간에 대한 속도 및 도달 시간 PPG을 의미하며 입사파 또는 반사파에 대한 대략적인 첨도의 변화를 산출할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the indicator according to the present invention means the speed and arrival time PPG for each section in the PPG, and it is possible to calculate the approximate change in kurtosis for the incident wave or the reflected wave.
수축기 최대혈량증가율을 의미하는 A1, A1/AConset은 모두 수술 후 유의한 감소가 나타났으며 입사파의 상승 중 최대기울기의 감소를 의미할 수 있다. Both A 1 and A 1 /AC onset , which mean the rate of increase in systolic systolic volume, showed a significant decrease after surgery, and may mean a decrease in the maximum slope during the rise of the incident wave.
또한, A2는 이완 초기 최대혈량감소율을 의미하고 수술 후 유의한 감소를 보였으므로 입사파의 하강 중 최대 기울기의 감소를 의미하며 입사파의 첨도가 감소하는 것을 의미할 수 있다. In addition, A 2 means the rate of decrease in vasoconstriction in the initial stage of relaxation, and since it showed a significant decrease after surgery, it means a decrease in the maximum slope during the descent of the incident wave and may mean a decrease in the kurtosis of the incident wave.
A3는 사람의 나이 혈관의 탄성도 등의 이유로 음 또는 양의 값을 가지므로 수술 후 변화가 확인되기 어려워 유의한 변화가 없는 것으로 사료되며 입사파와 반사파가 중첩되는 중첩부는 A2의 유의한 감소를 고려하면 첨도가 낮아지는 것을 의미할 수 있다. Since A 3 has a negative or positive value for reasons such as age and elasticity of blood vessels of a person, it is difficult to confirm the change after surgery, so it is considered that there is no significant change. Considering , it may mean that the kurtosis is lowered.
또한, 이완 후기 최대혈량감소율을 의미하는 Ae의 수술 후 유의한 감소는 반사파의 첨도가 낮아지는 것을 의미할 수 있다. In addition, a significant postoperative decrease in A e , which means the rate of vasoconstriction in late relaxation, may mean that the kurtosis of the reflected wave is lowered.
도달 시간을 의미하는 지표 중 변동계수 계산 결과를 통해 T3-e/PPIonset과 T2-e/PPIonset을 제외한 나머지 시간 관련 지표는 모두 정규화 이후 개인 간 편차가 증가되었다는 것을 고려하면 개인 간 편차가 적은 정규화되기 이전 지표를 통해 비교해야 한다. Considering that all time-related indices except for T 3-e /PPI onset and T 2-e /PPI onset have increased inter-individual deviation after normalization, through the coefficient of variation calculation results among the indicators indicating arrival time, the inter-individual deviation It should be compared through the pre-normalized index with a small number.
T1, T2, T1-2은 모두 수술 후 유의한 증가로 맥동 시작점부터 이완 초기 최대혈량증가율을 보인 시점까지 도달 시간이 증가한다는 것을 의미하고 입사파의 길이가 길어지는 것을 의미할 수 있다. T 1 , T 2 , and T 1-2 are all significant increases after surgery, which means that the arrival time from the pulsation start point to the point at which the systolic systolic volume increases in the early stage of relaxation increases and the length of the incident wave becomes longer. .
T3, T1-3, T2-3는 수술 후 동일한 변화를 보이지 않아 확인하기 힘들 수 있다. T 3 , T 1-3 , and T 2-3 may be difficult to identify as they do not show the same change after surgery.
T3는 맥동 시작 시점부터 이완 중기 최대혈량변화율을 보인 시점까지 도달 시간이 변화가 없다는 것을 의미할 수 있다. T 3 may mean that there is no change in the arrival time from the start of the pulsation to the point at which the rate of change in the systolic systolic volume is shown.
T1, T2, T1-2이 수술 후 유의하게 증가하는 것을 고려하면 T3가 유의한 변화가 없다는 것은 T2-3이 유의한 감소를 보였다는 것으로 통계 결과와 같은 변화를 보였다. Considering that T 1 , T 2 , and T 1-2 were significantly increased after surgery, the absence of a significant change in T 3 means that T 2-3 showed a significant decrease, showing the same change as the statistical results.
또한, 이완후기부터 최대혈량감소율을 보인 시점까지 도달 시간을 의미하는 Te과 수축기 최대혈량증가율을 보인 시점부터 최대혈량감소율을 보인 시점까지 도달시간을 의미하는 T1-e는 수술 후 유의하게 감소하였으므로 반사파의 길이는 짧아진다고 설명될 수 있다. In addition, T e , meaning the time taken from the late relaxation to the point of systolic volume decrease, and T 1-e , which means the time from the point of showing the rate of increase in systolic volume to the point of systolic volume decrease, decreased significantly after surgery. Therefore, it can be explained that the length of the reflected wave is shortened.
따라서, 입사파는 길이가 길어지나 반사파는 짧아지고 전체 길이가 감소한 것과 T3에서 수술 후 유의한 변화가 없는 것을 고려하면 입사파가 반사파와 가까워진다고 볼 수 있으며, 이를 통해, 수술 후 수축기 극점과 이완기 극점의 시간 간격이 줄어든다고 설명될 수 있다.Therefore, considering that the length of the incident wave becomes longer, but the reflected wave becomes shorter and the overall length is reduced, and there is no significant change in T 3 after surgery, it can be considered that the incident wave is closer to the reflected wave. It can be explained that the time interval of the poles is reduced.
본 발명에 따른 통증 평가 후보 지표는 수술 후 통증을 종래의 SPI와 유사하거나 더 높은 정확도로 분류할 수 있다. 가장 높은 정확도를 보인 통증 평가 후보 지표는 SPI보다 5.4% 더 높은 통증 분류 정확도를 나타냄을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 통증 평가 후보 지표는 단일 지표로도 두 가지 지표 조합을 사용하는 SPI와 유사한 분류 성능을 보였으며 더 적은 변동계수를 보였다. The pain evaluation candidate index according to the present invention can classify postoperative pain with similar or higher accuracy than the conventional SPI. It can be seen that the pain evaluation candidate index showing the highest accuracy exhibited 5.4% higher pain classification accuracy than the SPI. The pain evaluation candidate index according to the present invention showed similar classification performance to SPI using a combination of two indexes even with a single index, and showed a smaller coefficient of variation.
본 발명에 따른 dPPG 기반 후보 지표는 수술 후 통증 평가 적용에 있어 사용될 수 있으며, 더 정확한 통증 평가를 위해선 후보 지표 간 조합 또는 통증 분류 모델(500)에 머신러닝을 적용하여 분류 성능을 향상시킬 수 있다.The dPPG-based candidate index according to the present invention can be used in post-operative pain assessment application, and for more accurate pain assessment, classification performance can be improved by applying machine learning to the combination between candidate indexes or the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a postoperative pain evaluation method using a differential index of a photoplethysmogram wave according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면, S701 단계는, 광용적맥파(110)를 획득하는 단계이다. 일 실시예에서, 광용적맥파(110)는, 입사파와 적어도 하나의 반사파를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7 , step S701 is a step of acquiring the
S703 단계는, 광용적맥파(110)를 미분하여 미분된 광용적맥파(120)를 생성하는 단계이다. 일 실시예에서, 광용적맥파(110)를 박동 시작점을 기준으로 박동별로 분리하고, 상기 분리된 광용적맥파(110)를 미분하여 박동별 미분된 광용적맥파(120)를 생성할 수 있다. Step S703 is a step of differentiating the
S705 단계는, 미분된 광용적맥파(120)로부터 적어도 하나의 지표를 추출하는 단계이다. Step S705 is a step of extracting at least one index from the
일 실시예에서, 미분된 광용적맥파(120)의 다수의 극점을 추출하고, 다수의 극점에 기반하여 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. In an embodiment, a plurality of poles of the
일 실시예에서, 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 시간 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 산출할 수 있다. In an embodiment, the time difference index between the time-related index corresponding to the first pole and the time-related index corresponding to the second pole among the plurality of poles may be calculated.
일 실시예에서, 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 진폭 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 산출할 수 있다. In an embodiment, the amplitude difference index between the amplitude-related index corresponding to the first pole and the amplitude-related index corresponding to the second pole among the plurality of poles may be calculated.
일 실시예에서, S705 단계와 S707 단계 사이에, 적어도 하나의 지표를 정규화(normalize)할 수 있다. In an embodiment, between steps S705 and S707, at least one indicator may be normalized.
S707 단계는, 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델(500)에 적용하여 통증 분류를 수행하는 단계이다. 일 실시예에서, 통증 분류 모델(500)은, 시그모이드(sigmoid) 함수를 포함할 수 있다. Step S707 is a step of performing pain classification by applying at least one index to the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치(800)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a functional configuration of an
도 8을 참고하면, 통증 평가 장치(800)는 획득부(810), 제어부(820) 및 저장부(830)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
획득부(810)는 광용적맥파(110)를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 획득부(810)는 센서부 및 통신부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서부는, 광용적맥파 신호 감지하기 위한 센서 모듈을 포함할 수 있다. The
일 실시예에서, 통신부는 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신부의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다.In an embodiment, the communication unit may include at least one of a wired communication module and a wireless communication module. All or part of the communication unit may be referred to as a 'transmitter', 'receiver' or 'transceiver'.
제어부(820)는 광용적맥파(110)를 미분하여 미분된 광용적맥파(120)를 생성하고, 미분된 광용적맥파(120)로부터 적어도 하나의 지표를 추출하며, 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델(500)에 적용하여 통증 분류를 수행할 수 있다. The
일 실시예에서, 제어부(820)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부(820)는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부(820)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통증 평가 장치(800)의 동작을 제어할 수 있다. In an embodiment, the
저장부(830)는 사용자의 광용적맥파(110) 및 미분된 광용적맥파(120)를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(830)는 미분된 광용적맥파로부터 추출된 적어도 하나의 지표를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(830)는 훈련 집합 및 시험 집합 데이터를 저장할 수 있다. The
일 실시예에서, 저장부(830)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(830)는 제어부(820)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.In an embodiment, the
도 8을 참고하면, 통증 평가 장치(800)는 획득부(810), 제어부(820) 및 저장부(830)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 통증 평가 장치(800)는 도 8에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 8에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood to be included in the scope of the present invention.
110: 광용적맥파
120: 미분된 광용적맥파
310: 광용적맥파의 극점 검출 과정
320: 광용적맥파의 분리 과정
330: 미분된 광용적맥파의 극점 검출 과정
500: 통증 분류 모델
800: 통증 평가 장치
810: 획득부
820: 제어부
830: 저장부110: photoplethysmogram wave
120: Differentiated photoplethysmography wave
310: pole detection process of the photoplethysmography wave
320: separation process of the photoplethysmography wave
330: pole detection process of the differentiated photoplethysmography wave
500: pain classification model
800: pain evaluation device
810: acquisition unit
820: control unit
830: storage
Claims (16)
(b) 상기 광용적맥파를 미분하여 미분된 광용적맥파를 생성하는 단계;
(c) 상기 미분된 광용적맥파로부터 적어도 하나의 지표를 추출하는 단계;
(d) 상기 추출된 적어도 하나의 지표를 정규화(normalize)하는 단계; 및
(e) 상기 정규화된 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델에 적용하여 통증 분류를 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 정규화된 적어도 하나의 지표는, 임의 단위가 제거되어 무차원화된,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
(a) obtaining a photoplethysmography (PPG);
(b) differentiating the photoplethysmography wave to generate a differentiated photoplethysmography wave;
(c) extracting at least one indicator from the differentiated photoplethysmography wave;
(d) normalizing the extracted at least one index; and
(e) performing pain classification by applying the at least one normalized index to a pain classification model;
including,
The normalized at least one index is dimensionless by removing arbitrary units,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 광용적맥파는, 입사파와 적어도 하나의 반사파를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
According to claim 1,
The photoplethysmography wave includes an incident wave and at least one reflected wave,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 (b) 단계는,
상기 광용적맥파를 박동 시작점을 기준으로 박동별로 분리하는 단계; 및
상기 분리된 광용적맥파를 미분하여 상기 박동별 미분된 광용적맥파를 생성하는 단계;
를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
According to claim 1,
The step (b) is,
separating the photoplethysmography waves for each beat based on a beating start point; and
differentiating the separated PPG wave to generate a differentiated PPT wave for each beat;
containing,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 (c) 단계는,
상기 미분된 광용적맥파의 다수의 극점을 추출하는 단계; 및
상기 다수의 극점에 기반하여 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
According to claim 1,
Step (c) is,
extracting a plurality of poles of the differentiated photoplethysmography; and
calculating at least one of a time-related index and an amplitude-related index based on the plurality of poles;
containing,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 (c) 단계는,
상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 시간 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 산출하는 단계;
를 더 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
5. The method of claim 4,
Step (c) is,
calculating a time difference indicator between a time-related indicator corresponding to a first pole among the plurality of poles and a time-related indicator corresponding to a second pole;
further comprising,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 (c) 단계는,
상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 진폭 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 산출하는 단계;
를 더 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
5. The method of claim 4,
Step (c) is,
calculating an amplitude difference index between an amplitude-related index corresponding to a first pole among the plurality of poles and an amplitude-related index corresponding to a second pole;
further comprising,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 통증 분류 모델은, 시그모이드(sigmoid) 함수를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 방법.
According to claim 1,
The pain classification model includes a sigmoid function,
Postoperative pain evaluation method using differential index of photoplethysmography.
상기 광용적맥파를 미분하여 미분된 광용적맥파를 생성하고,
상기 미분된 광용적맥파로부터 적어도 하나의 지표를 추출하고,
상기 추출된 적어도 하나의 지표를 정규화(normalize)하고,
상기 정규화된 적어도 하나의 지표를 통증 분류 모델에 적용하여 통증 분류를 수행하는 제어부;
를 포함하고,
상기 정규화된 적어도 하나의 지표는, 임의 단위가 제거되어 무차원화된,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
an acquisition unit for acquiring photoplethysmography (PPG); and
Differentiating the photoplethysmogram wave to generate a differentiated photoplethysmography wave;
extracting at least one index from the differentiated photoplethysmography wave;
Normalize the extracted at least one index,
a controller for performing pain classification by applying the at least one normalized index to a pain classification model;
including,
The normalized at least one index is dimensionless by removing arbitrary units,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 광용적맥파는, 입사파와 적어도 하나의 반사파를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
10. The method of claim 9,
The photoplethysmography wave includes an incident wave and at least one reflected wave,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 제어부는,
상기 광용적맥파를 박동 시작점을 기준으로 박동별로 분리하고,
상기 분리된 광용적맥파를 미분하여 상기 박동별 미분된 광용적맥파를 생성하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
10. The method of claim 9,
The control unit is
Separating the photoplethysmogram wave for each beat based on the start point of the beat,
Differentiating the separated PPG wave to generate a differentiated PPT wave for each beat,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 제어부는,
상기 미분된 광용적맥파의 다수의 극점을 추출하고,
상기 다수의 극점에 기반하여 시간 관련 지표 및 진폭 관련 지표 중 적어도 하나를 산출하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
10. The method of claim 9,
The control unit is
extracting a plurality of poles of the differentiated photoplethysmography wave;
calculating at least one of a time-related index and an amplitude-related index based on the plurality of poles,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 제어부는,
상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 시간 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 시간 관련 지표 간 시간 차이 지표를 산출하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
13. The method of claim 12,
The control unit is
calculating a time difference index between a time-related index corresponding to a first pole and a time-related index corresponding to a second pole among the plurality of poles,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 제어부는,
상기 다수의 극점 중 제1 극점에 대응하는 진폭 관련 지표와 제2 극점에 대응하는 진폭 관련 지표 간 진폭 차이 지표를 산출하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
13. The method of claim 12,
The control unit is
calculating an amplitude difference index between an amplitude-related index corresponding to a first pole and an amplitude-related index corresponding to a second pole among the plurality of poles,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
상기 통증 분류 모델은, 시그모이드(sigmoid) 함수를 포함하는,
광용적맥파의 미분 지표를 이용한 수술 후 통증 평가 장치.
10. The method of claim 9,
The pain classification model includes a sigmoid function,
Postoperative pain evaluation device using differential index of photoplethysmography.
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|---|---|---|---|---|
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-
2020
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 석현석, 신항식, 광용적맥파 미분 파형 기반 수술 후 통증 평가 가능성 고찰, The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol.67, No.7, pp.962-968.(2018.)1부.* |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240036943A (en) | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 삼성전자주식회사 | Apparatus for estimating bio-information, method for detecting abnormal bio-signal |
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Also Published As
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