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스마트폰 카메라로 내 몸 건강도 알 수 있다

박영재 기자 | 기사입력 2022/09/15 [09:53]

스마트폰 카메라로 내 몸 건강도 알 수 있다

박영재 기자 | 입력 : 2022/09/15 [09:53]

【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=국내 연구팀이 스마트폰의 카메라 센서로 생체 신호를 정확히 측정하는 기술을 선보였다. 별도의 센서 없이도 스마트폰만 있으면 손쉽게 혈압이나 혈관 나이를 측정하고, 다양한 생리학적 분석을 할 수 있다.

 

▲ 제안된 RSCPPG 알고리즘과 기준 PPG 신호의 비교를 통한 성능평가 및 고품질 신호 획득을 위한 파라미터 최적화   © 포스텍


POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 IT융합공학과·기계공학과·전자전기공학과 박성민 교수·IT융합공학과 베가 프라다나 라힘(Vega Pradana Rachim) 연구조교수·시스템생명공학부 박사과정 백진혁 씨 연구팀은 삼성전자 종합기술원 김영수·김연호 전문연구원과의 공동연구로 스마트폰 카메라를 활용한 광혈류측정(PPG, Photoplethysmography) 신호 획득 알고리즘을 개발했다고 15일 밝혔다.

 

본 알고리즘을 이용한 PPG 신호의 샘플링률은 일반 카메라 센서의 5배에 달해, 더욱 정확한 측정이 가능하다.

 

심박수 측정에 주로 활용되는 PPG는 빛을 이용해 동맥에서 일어나는 혈관의 부피 변화를 기록하는 측정 방식으로 전용 센서가 필요하다. 센서의 LED를 피부에 쐈을 때 심장박동에 의한 혈관의 수축과 이완에 따라 빛의 반사율이 달라지는 원리를 이용한다. 빛을 피부에 직접 쏘기 때문에 스마트워치처럼 몸에 맞닿아 있는 웨어러블 기기에서 주로 활용된다.

 

최근 스마트폰용 이미지 센서가 발전하면서 PPG 센서와 같은 생체 신호 측정 전용 센서를 대체할 가능성이 높아지며, 웨어러블 기기에서만 가능했던 건강 수치 측정을 스마트폰으로 확대하는 연구가 이어지고 있다. 작년에는 구글이 특정 스마트폰에 내장된 카메라로 심박수와 호흡수를 측정하는 기술을 선보이기도 했다.

 

다만, 대부분의 스마트폰 센서는 샘플링 속도가 초당 30프레임(FPS, Frame Per Second)에 불과해 신호의 정확도가 높지 않았다. 단순한 맥박 모니터링 시스템에 적용할 수는 있지만, 혈압, 혈관 탄성 추정과 같은 PPG 신호에 기반한 다양한 생리학적 분석은 불가능했다.

 

연구팀은 스마트폰 카메라의 롤링 셔터 현상을 활용해 신호의 정확도를 높이는 데 성공했다. 샘플링률이 낮은 이미지 센서 픽셀행에서 샘플링률이 높은 신호를 추출하는 알고리즘을 개발한 것이다.

 

서로 다른 이미지 센서로 검증한 결과, 알고리즘을 활용한 PPG 신호의 샘플링률은 일관적으로 높게 나타났다. 이 연구성과는 생체 신호 획득의 신뢰성을 한층 높인 기술로 학계와 산업계의 주목을 동시에 받는다. 기술을 활용하면 별도의 PPG 전용 센서 없이도 일반적인 스마트폰 카메라만으로 임상에서 활용 가능한 수준의 높은 신뢰도를 갖는 PPG 신호의 추출이 가능해 보다 콤팩트한 구현을 허용하며, 따라서 스마트폰 기반 의료 모니터링 시스템의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

 

한편, 국제 학술지 ‘IEEE IoT(Internet of Things)’에 최근 게재된 이 연구는 삼성전자 및 과학기술정보통신부와 교육부의 지원을 받아 이뤄졌다. 

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

You can check your health with your smartphone camera

 

A domestic research team has demonstrated a technology that accurately measures biological signals with the camera sensor of a smartphone. Without a separate sensor, you can easily measure blood pressure or blood vessel age and perform various physiological analyzes with just a smartphone.

 

  POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) is a department of IT Convergence Engineering, Mechanical Engineering, Electronic and Electrical Engineering, Professor Park Seong-min, IT Convergence Engineering, Vega Pradana Rachim, Research Assistant Professor, Systems and Biotechnology Ph.D. Baek Jin-hyeok Research team led by Samsung Electronics The Institute of Technology announced on the 15th that it has developed a photoplethysmography (PPG) signal acquisition algorithm using a smartphone camera through joint research with researcher Youngsoo Kim and Yunho Kim.

 

The sampling rate of the PPG signal using this algorithm is 5 times that of a general camera sensor, enabling more accurate measurement.

 

  PPG, which is mainly used to measure heart rate, uses light to record changes in the volume of blood vessels occurring in arteries, and a dedicated sensor is required. When the LED of the sensor is shot on the skin, it uses the principle that the reflectance of light varies according to the contraction and relaxation of blood vessels due to heartbeat. It is mainly used in wearable devices that are in contact with the body, such as a smart watch, because the light is directed directly onto the skin.

  

  With the recent development of image sensors for smartphones, the possibility of replacing sensors dedicated to measuring biosignals such as PPG sensors is increasing, and research is continuing to expand the measurement of health values, which was only possible in wearable devices, to smartphones. Last year, Google showed off a technology that measures heart rate and respiration rate with a camera built into certain smartphones.

 

  However, most smartphone sensors had a sampling rate of only 30 frames per second (FPS, Frame Per Second), so the signal accuracy was not high. Although it can be applied to a simple pulse monitoring system, various physiological analyzes based on PPG signals such as blood pressure and vascular elasticity estimation were not possible.

 

  The research team succeeded in improving the signal accuracy by using the rolling shutter1) phenomenon of smartphone cameras. An algorithm for extracting a signal with a high sampling rate from a pixel row of an image sensor with a low sampling rate was developed.

 

  As a result of verification with different image sensors, the sampling rate of the PPG signal using the algorithm was consistently high. The result of this research is a technology that further enhances the reliability of biosignal acquisition, attracting attention from academia and industry at the same time. By utilizing the technology, it is possible to extract PPG signals with high reliability at a clinically usable level with only a general smartphone camera without a separate PPG sensor, allowing for more compact implementation, thus accelerating the commercialization of smartphone-based medical monitoring systems. it is expected that it will be possible

 

  Meanwhile, this research, recently published in the international academic journal 'IEEE IoT (Internet of Things)', was supported by Samsung Electronics and the Ministry of Science and Technology Information and Communication and the Ministry of Education.

편집국장 입니다. 기사제보:phk@breaknews.com
 
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