Respiration rate is one of the important vital signs. Photo-plethysmography (PPG) measurement especially on a finger has been widely used in pulse oximetry and also used in estimating respiration rate. It is well known that PPG contains respiration-induced intensity variation (RIIV) signal. However, the accuracy of finger PPG method has been controversial. We introduced a new technique of enhancing motion artifact by respiration. This was achieved simply by measuring PPG on the thorax. We examined the accuracy of these two PPG methods by comparing with two existing methods based on thoracic volume and nostril temperature changes. PPG sensing on finger tip, which is the most common site of measurement, produced 6.1 % error. On the other hand, our method of PPG sensing on the thorax achieved 0.4 % error which was a significant improvement. Finger PPG is sensitive to motion artifact and it is difficult to recover fully small respiratory signal buried in waveform dominated by absorption due to blood volume changes. Thorax PPG is poor to represent blood volumes changes since it contains substantial motion artifact due to respiration. Ironically, this inferior quality ensures higher accuracy in terms of respiration measurement. Extreme low-cost and small-sized LED/silicon detector and non-constrained reflection measurement provide a great candidate for respiration estimation in ubiquitous or personal health monitoring.
A respiration is one of the most useful techniques for vital checking and an abnormal respiration is often the earliest sign of critical illness. Detection of respiration is based on the photo-plethysmography (PPG) with photodiode technique. Because PPG sensor using photodiode can be easily miniaturized, it is suitable for wearable devices. A system to measure respiration rate based on PPG signal is implemented and for a reliable measurement an improved algorithm in accuracy using PPG signal pattern is proposed in this paper. As results regarding to three types of respirations (regular interval, free interval, and weak respiration) the proposed algorithm showed error rate of 0.047, 0.067, and 0.122 respectively.
Kim, Sang-Min;Lee, Kang-Hwi;Lee, Seong-Su;Lee, Hyeok-Jae;Lee, Byoung-Hun;Kim, Kyeoung-Seop;Lee, Jeong-Whan
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.7
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pp.946-953
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2018
Photo-plethysmography (PPG), which measures changes in the peripheral blood flow of a human body using difference in absorption rate of light, is a measurement method that is studied and used in clinical and various applications due to its simple circuit configuration and measurement convenience. Magneto-plethysmography (MPG), which is newly developed by our team, is a method of measuring changes in the conductivity of biological tissues by using a eddy current induced by a time-varying magnetic field, and is not subject to optical interference. In this study, we investigated the detection characteristics of MPG according to the change of the conductivity of the object and fluid to be measured by simultaneously measuring PPG and MPG. In order to control the speed of fluid known in advance, a blood flow simulator was implemented and used. The fluid used in the experiment was general mineral water and physiological saline (0.9% NaCl) solution. Experimental results show that the amplitude change of the measured PPG was 0.3% in normal water and saline solution, and that of MPG was 77.3%. Therefore, it is considered that the magneto-plethysmography (MPG) has a strong correlation with the conductivity of the fluid.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.7
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pp.917-927
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2018
High blood pressure causes various cardiovascular diseases and is associated with mortality. Periodic self-monitoring and recording of blood pressure is very helpful in preventing the occurrence of secondary diseases caused by hypertension. However, existing cuff-type blood pressure monitors have many limitations. As an alternative of that, a method of estimating the blood pressure by measuring the velocity change of the blood flow using the photo plethysmography is widely known. However, photo plethysmography have a low correlation with blood flow. So, we will propose an algorithm for estimating blood pressure using the relationship between velocity change of blood flow measured by magnetic field instead of photo plethysmography and electrocardiogram. For this purpose, First, we analyzed the correlation between photo plethysmography and magneto plethysmography. the correlation between MPG and PPG was r = 0.9449. Second, we compared estimated blood pressure and measured blood pressure. In the four experiment each result was r = 0.5737, r = 0.7863, r = 0.5669, and r = 0.7445.
MR(magnetic resonance) image of moving organ such as heart shows serious distortion of MR image due to motion itself. To eliminate motion artifacts, MRI(magnetic resonance imaging) scan sequences requires a trigger pulse like ECG(electro-cardiography) R-wave. ECG-gating using cardiac cycle synchronizes the MRI sequence acquisition to the R-wave in order to eliminate image motion artifacts. In this paper, we designed ECG/PPG(photo-plethysmography) gating system which is for eliminating motion artifacts due to moving organ. This system uses nonmagnetic carbon electrodes, lead wire and shield case for minimizing RF(radio-frequency) pulse and gradient effect. Also, we developed a ECG circuit for preventing saturation by magnetic field and a finger plethysmography sensor using optic fiber. And then, gating pulse is generated by adaptive filtering based on NLMS(normalized least mean square) algorithm. To evaluate the developed system, we measured and compared MR imaging of heart and neck with and without ECG/PPG gating system. As a result, we could get a clean image to be used in clinically. In conclusion, the designed ECG/PPG gating system could be useful method when we get MR imaging of moving organ like a heart.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.1
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pp.160-166
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2012
We performed the development and performance evaluation of reflective type heart rate measurement system for PAPS. We used chip LED and chip photo TR. for low power driving. The measured PPG signal is preprocessed using high pass filter and low pass filter, and the preprocessed signal is displayed by LabVIEW. Also LabVIEW include the algorithm that extract effective signal and calculate the heart rate. We made sure that it will be able to apply to measurement equipment with high accuracy and repetition from exercising subject using this system and algorithm.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.12
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pp.2159-2164
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2008
Ubiquitous healthcare system is system that monitors and manages user's health information, and most important in the healthcare system is accuracy of the measured health data. But, the accuracy changes remarkably according to user's motion artifacts in real life. To elevate accuracy of health data, we proposed new algorithm to detect maximum point of pulse wave for heart rate extraction. and the proposed algorithm is to detect maximum points detect of pulse wave in photo-plethysmography signal included motion artifacts by fuzzy inference and multi sub-band filters. In results of experiment to evaluate the performance of the proposed algorithm, we could verify the proposed algorithm extracted maximum point of pulse wave in complex motion artifacts.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2015.04a
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pp.1051-1053
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2015
다양한 종류의 생체 신호들을 모니터링하는 연구들이 활발히 진행되면서 이제는 병원이나 전문기관뿐만 아니라 일상 생활 속 에서 사람들이 스마트폰을 이용하여 특별한 제약 없이 편리하게 측정 가능하다. 이러한 스마트폰의 특성을 살리고 그 중 카메라 PPG (Photo-plethysmography) 모듈을 통해 얻은 생체 신호 정보를 분석하여 사용자에게 분석된 정보를 보여줄 수 있다. 또한 얻은 생체 신호로 심박수를 구하고 얻어진 심박수 정보를 활용하여 이를 사용자에게 Hologram으로 보여주는 것을 목표로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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