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KR102715921B1 - Apparatus and method for estimation concentration of blood compound - Google Patents

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KR102715921B1
KR102715921B1 KR1020190003483A KR20190003483A KR102715921B1 KR 102715921 B1 KR102715921 B1 KR 102715921B1 KR 1020190003483 A KR1020190003483 A KR 1020190003483A KR 20190003483 A KR20190003483 A KR 20190003483A KR 102715921 B1 KR102715921 B1 KR 102715921B1
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approximation
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스리칸쓰 말라바라푸 라마
키란 바이남
이소영
고리쉬 아가뤌
고리쉬 아가??
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Abstract

일 양상에 따른 혈중 성분의 농도 예측 방법은, NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계와, 상기 획득된 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 기반으로 글로벌 특징 세트를 획득하는 단계와, 상기 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.A method for predicting the concentration of a blood component according to an aspect may include a step of removing drift from NIR spectral data to obtain drift-free spectral features, a step of obtaining a global feature set based on the obtained drift-free spectral features, and a step of predicting the concentration of a blood component by regression analysis using the obtained global feature set.

Description

혈중 성분의 농도 예측 장치 및 방법{Apparatus and method for estimation concentration of blood compound}{Apparatus and method for estimation concentration of blood compound}

근적외선 분광 데이터를 이용하여 혈중 성분의 농도를 비침습적으로 추정하는 장치 및 방법과 관련된다.The present invention relates to a device and method for noninvasively estimating the concentration of blood components using near-infrared spectroscopy data.

혈중 성분의 농도를 모니터링하는 것은 항상 많은 관심을 끄는 주제이다. 혈중 성분의 농도를 모니터링하는 것은 전형적으로 피검체(인간 또는 동물)의 피부로부터 혈액 샘플을 얻는 침습적 방법으로 수행된다. 그러나, 비침습적 방법은 혈액 샘플의 수집이 필요하지 않다. 따라서, 비침습적인 방법은 하루에 여러 번 혈액 내의 특정 성분의 농도를 확인해야 하는 사람들에게 고통없이 혈액 내의 특정 성분을 모니터링할 수 있게 한다. 비침습적으로 혈중 성분의 농도를 모니터링하는 데 사용되는 일반적인 방법은 중적외선, 근적외선 및 라만 분광법이다.Monitoring the concentration of blood components is always a topic of great interest. Monitoring the concentration of blood components is typically done by invasive methods, which involve obtaining a blood sample from the skin of a subject (human or animal). However, non-invasive methods do not require the collection of blood samples. Therefore, non-invasive methods allow people who need to check the concentration of a particular component in their blood several times a day to monitor the concentration of a particular component in their blood without any pain. Common methods used to non-invasively monitor the concentration of a blood component are mid-infrared, near-infrared, and Raman spectroscopy.

상술한 방법 중 근적외선 분광법은 혈중 성분의 농도를 모니터링하는데 광범위하게 사용된다. 그러나, 근적외선 분광 데이터에 기반한 혈중 성분의 농도 예측은 특정 성분의 농도가 관심 대상이 아닌 다른 성분의 존재 하에서 계산될 때 매우 어렵다. 예컨대, 혈액의 포도당 농도를 모니터링할 때, 물, 콜라겐, 케라틴, 콜레스테롤 등과 같은 혈액 내의 다른 성분은 간섭 성분으로 작용한다. 또 다른 주요 과제는 예측에 사용되는 특징에 부정적인 영향을 미치는 드리프트 성분을 근적외선 분광 데이터에서 제거하는 것이다. 이는 근적외선 분광 데이터에 기반한 혈중 성분의 예측 정확도에 영향을 미친다.Among the above methods, near-infrared spectroscopy is widely used to monitor the concentration of blood components. However, the prediction of blood component concentration based on near-infrared spectroscopy data is very difficult when the concentration of a specific component is calculated in the presence of other components that are not of interest. For example, when monitoring the concentration of blood glucose, other components in the blood, such as water, collagen, keratin, and cholesterol, act as interference components. Another major challenge is to remove drift components from near-infrared spectroscopy data that have a negative effect on the features used for prediction. This affects the accuracy of prediction of blood components based on near-infrared spectroscopy data.

종래 기술 중 하나는 최적의 필터를 사용하여 드리프트를 제거한다. 그러나, 이 방법은 정확하게 계산할 수 없는 오차 공분산 행렬(error covariance matrix)을 필요로 한다. 또 다른 종래 기술은 다수의 스펙트럼과 연관된 드리프트를 동시에 계산할 수 있는 베이스라인 산란 제거 알고리즘(baseline scatter removal algorithm)을 사용한다. 그러나, 이 방법은 동일한 형중 성분의 농도로 연속 측정할 것을 요구한다. 혈중 성분의 농도가 일반적으로 시간에 따라 변하기 때문에 이것은 불가능하다.One of the prior art techniques uses an optimal filter to remove drift. However, this method requires an error covariance matrix that cannot be accurately calculated. Another prior art technique uses a baseline scatter removal algorithm that can simultaneously calculate drift associated with multiple spectra. However, this method requires continuous measurements of the same blood component concentration. This is impossible because blood component concentrations typically change over time.

따라서, 혈중 성분 농도를 모니터링하기 위해 근적외선 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하는 방법이 필요하다. 또한, 회귀 분석을 이용하여 혈중 성분의 농도를 예측하는 데 사용할 수 있는 글로벌 특징 세트를 획득할 필요가 있다.Therefore, a method to remove drift from near-infrared spectroscopy data is needed to monitor blood component concentrations. In addition, a global feature set that can be used to predict blood component concentrations using regression analysis is needed.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0020878호(2004.03.09)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0020878 (2004.03.09)

혈중 성분의 농도 예측 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose is to provide a device and method for predicting the concentration of blood components.

일 양상에 따른 혈중 성분의 농도 예측 방법은, NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계와, 상기 획득된 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 기반으로 글로벌 특징 세트를 획득하는 단계와, 상기 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.A method for predicting the concentration of a blood component according to an aspect may include a step of removing drift from NIR spectral data to obtain drift-free spectral features, a step of obtaining a global feature set based on the obtained drift-free spectral features, and a step of predicting the concentration of a blood component by regression analysis using the obtained global feature set.

상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계는, 주성분 분석을 이용하여 상기 드리프트를 제거할 수 있다.The step of obtaining the above drift-free spectral features can remove the drift using principal component analysis.

상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계는, 상기 NIR 분광 데이터의 복수의 주성분들을 산출하는 단계와, 상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하는 단계와, 스펙트럼 특징의 크기에 따라 각 스펙트럼 특징에 대하여 상기 드리프트 근사로부터 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하는 단계와, 각 스펙트럼 특징에서 각 스펙트럼 드리프트 근사를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of obtaining the above drift-free spectral features may include the steps of calculating a plurality of principal components of the NIR spectral data, obtaining a drift approximation from the plurality of principal components, obtaining a spectral drift approximation from the drift approximation for each spectral feature according to a size of the spectral feature, and obtaining drift-free spectral features by removing each spectral drift approximation from each spectral feature.

상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하는 단계는, 상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하는 단계와, 상기 선택된 주성분의 미리 정의된 차수의 다항식 근사를 상기 드리프트 근사로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of obtaining a drift approximation from the above plurality of principal components may include the step of selecting a principal component including a drift from the above plurality of principal components, and the step of obtaining a polynomial approximation of a predefined degree of the selected principal component as the drift approximation.

상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하는 단계는 상기 복수의 주성분들에서 첫번째 주성분을 드리프트를 포함하는 주성분으로 선택할 수 있다.The step of selecting a principal component including drift from the above plurality of principal components may select the first principal component from the above plurality of principal components as the principal component including drift.

상기 선택된 주성분의 미리 정의된 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득하는 단계는 최소 제곱 에러를 최소화하는 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득할 수 있다.The step of obtaining a predefined polynomial approximation of the above-mentioned selected principal component by means of a drift approximation can obtain a polynomial approximation that minimizes the least square error by means of a drift approximation.

상기 드리프트 근사로부터 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하는 단계는, 상기 드리프트 근사를 정규화하는 단계와, 상기 정규화된 드리프트 근사를 상기 스펙트럼 특징의 진폭-스팬(amplitude-span)으로 스케일링하여 상기 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The step of obtaining the spectral drift approximation from the drift approximation may include the steps of normalizing the drift approximation and scaling the normalized drift approximation by an amplitude-span of the spectral feature to obtain the spectral drift approximation.

상기 드리프트 근사를 정규화하는 단계는 상기 드리프트 근사를 상기 드리프트 근사의 진폭-스팬으로 나누어 상기 드리프트 근사를 정규화할 수 있다.The step of normalizing the above drift approximation can normalize the drift approximation by dividing the drift approximation by the amplitude-span of the drift approximation.

상기 글로벌 특징 세트를 획득하는 단계는, 콤파운드 벡터에 대한 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징의 유사도 값들을 획득하는 단계와, 상기 획득된 유사도 값들을 이용하여 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징에 대한 유사도 메트릭(similarity metric)을 획득하는 단계와, 상기 유사도 메트릭에 따라 상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들의 순위를 매기는 단계와, 미리 정의된 개수의 최적 트리프트-프리 스펙트럼 특징들을 글로벌 특징 세트로서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The step of obtaining the above global feature set may include the steps of obtaining similarity values of each drift-free spectral feature for the compound vector, the step of obtaining a similarity metric for each drift-free spectral feature using the obtained similarity values, the step of ranking the drift-free spectral features according to the similarity metric, and the step of selecting a predefined number of optimal drift-free spectral features as the global feature set.

다른 양상에 따른 혈중 성분의 농도 예측 장치는, NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 드리프트 제거부와, 상기 획득된 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 기반으로 글로벌 특징 세트를 획득하는 글로벌 특징 추출부와, 상기 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 예측부를 포함할 수 있다.A device for predicting the concentration of a blood component according to another aspect may include a drift removal unit for removing drift from NIR spectral data to obtain drift-free spectral features, a global feature extraction unit for obtaining a global feature set based on the obtained drift-free spectral features, and a prediction unit for predicting the concentration of a blood component by regression analysis using the obtained global feature set.

상기 드리프트 제거부는, 주성분 분석을 이용하여 상기 드리프트를 제거할 수 있다.The above drift removal unit can remove the drift using principal component analysis.

상기 드리프트 제거부는, 상기 NIR 분광 데이터의 복수의 주성분들을 산출하고, 상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하고, 스펙트럼 특징의 크기에 따라 각 스펙트럼 특징에 대하여 상기 드리프트 근사로부터 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하고, 각 스펙트럼 특징에서 각 스펙트럼 드리프트 근사를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득할 수 있다.The above drift removal unit can calculate a plurality of principal components of the NIR spectral data, obtain a drift approximation from the plurality of principal components, obtain a spectral drift approximation from the drift approximation for each spectral feature according to the size of the spectral feature, and remove each spectral drift approximation from each spectral feature to obtain drift-free spectral features.

상기 드리프트 제거부는, 상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하고, 상기 선택된 주성분의 미리 정의된 차수의 다항식 근사를 상기 드리프트 근사로 획득할 수 있다.The above drift removal unit can select a principal component including a drift from the plurality of principal components, and obtain a polynomial approximation of a predefined degree of the selected principal component as the drift approximation.

상기 드리프트 제거부는, 상기 복수의 주성분들에서 첫번째 주성분을 드리프트를 포함하는 주성분으로 선택할 수 있다.The above drift removal unit can select the first principal component from the plurality of principal components as the principal component including the drift.

상기 드리프트 제거부는, 최소 제곱 에러를 최소화하는 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득할 수 있다.The above drift removal unit can obtain a polynomial approximation that minimizes the least square error as a drift approximation.

상기 드리프트 제거부는, 상기 드리프트 근사를 정규화하고, 상기 정규화된 드리프트 근사를 상기 스펙트럼 특징의 진폭-스팬(amplitude-span)으로 스케일링하여 상기 스펙트럼 드리프트 근사를 획득할 수 있다.The above drift removal unit can obtain the spectral drift approximation by normalizing the drift approximation and scaling the normalized drift approximation by the amplitude-span of the spectral feature.

상기 드리프트 제거부는, 상기 드리프트 근사를 상기 드리프트 근사의 진폭-스팬으로 나누어 상기 드리프트 근사를 정규화할 수 있다.The above drift removal unit can normalize the drift approximation by dividing the drift approximation by the amplitude-span of the drift approximation.

상기 글로벌 특징 추출부는, 콤파운드 벡터에 대한 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징의 유사도 값들을 획득하고, 상기 획득된 유사도 값들을 이용하여 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징에 대한 유사도 메트릭(similarity metric)을 획득하고, 상기 유사도 메트릭에 따라 상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들의 순위를 매기고, 미리 정의된 개수의 최적 트리프트-프리 스펙트럼 특징들을 글로벌 특징 세트로서 선택할 수 있다.The above global feature extraction unit can obtain similarity values of each drift-free spectral feature for a compound vector, obtain a similarity metric for each drift-free spectral feature using the obtained similarity values, rank the drift-free spectral features according to the similarity metric, and select a predefined number of optimal drift-free spectral features as a global feature set.

근적외선 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하고, 글로벌 특징 세트를 획득하여 혈중 성분의 농도 예측에 이용함으로써 혈중 성분의 농도 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다.The accuracy of blood component concentration prediction can be improved by removing drift from near-infrared spectroscopy data and obtaining a global feature set to use for predicting blood component concentrations.

도 1A는 일 실시예에 따라, 근적외선 분광 데이터를 이용하여 비침습적으로 관심 혈중 성분의 농도를 예측하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1B는 일 실시예에 따라, 혈중 성분 농도 예측 장치를 도시한 블록도이다.
도 2A는 일 실시예에 따라, 피검체(S11)의 NIR 분광 데이터의 제1 주성분 및 이에 상응하는 선형 근사의 그래픽 표현을 도시한 예시도이다.
도 2B는 일 실시예에 따라, 피검체(S61)의 NIR 분광 데이터의 제1 주성분 및 이에 상응하는 선형 근사의 그래픽 표현을 도시한 예시도이다.
도 2C는 일 실시예에 따라, 피검체(S71)의 NIR 분광 데이터의 제1 주성분 및 이에 상응하는 선형 근사의 그래픽 표현을 도시한 예시도이다.
도 3은 일 실시예에 따라, 피검체(S11)에 대응하는 NIR 분광 데이터의 4-decimation의 제1 주성분을 도시한 예시도이다.
도 4는 일 실시예에 따라, 주성분 분석을 이용하여 드리프트를 제거하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 혈중 성분의 농도 예측을 위한 글로벌 특징들을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 혈중 성분 농도 예측 장치를 도시한 블록도이다.
FIG. 1A is a flowchart illustrating a method for noninvasively predicting the concentration of a blood component of interest using near-infrared spectroscopy data, according to one embodiment.
FIG. 1B is a block diagram illustrating a blood component concentration prediction device according to one embodiment.
FIG. 2A is an exemplary diagram illustrating a graphical representation of a first principal component of NIR spectral data of a subject (S11) and a corresponding linear approximation thereof, according to one embodiment.
FIG. 2B is an exemplary diagram illustrating a graphical representation of a first principal component of NIR spectral data of a subject (S61) and a corresponding linear approximation thereof, according to one embodiment.
FIG. 2C is an exemplary diagram illustrating a graphical representation of a first principal component of NIR spectral data of a subject (S71) and a corresponding linear approximation thereof, according to one embodiment.
FIG. 3 is an example diagram illustrating the first principal component of 4-decimation of NIR spectral data corresponding to a subject (S11) according to one embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for removing drift using principal component analysis, according to one embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for extracting global features for predicting the concentration of blood components according to one embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a blood component concentration prediction device according to another embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 설명이 실시예의 이해를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. In addition, if it is determined that the description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the understanding of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Meanwhile, for each step, each step may occur in a different order than stated, unless the context clearly states a specific order. That is, each step may be performed in the same order as stated, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various components, the components should not be limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise, and it should be understood that the terms "comprises" or "has" are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but do not exclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the division of components in this specification is only a division by the main function of each component. In other words, two or more components may be combined into one component, or one component may be divided into two or more by more detailed functions. In addition to its own main function, each component may additionally perform some or all of the functions of other components, and some of the main functions of each component may be performed exclusively by other components. Each component may be implemented by hardware or software, or by a combination of hardware and software.

이하, NIR 분광법을 이용하여 비침습적으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 방법을 설명한다. 또한, NIR 분광 데이터의 주성분들로부터의 정보를 이용하여 드리프트 제거 프로세스를 위한 드리프트 제거 알고리즘을 설명한다. 또한, 회귀분석을 이용하여 혈액 혼합물의 농도 예측을 위한 글로벌 특징 세트의 추출을 설명한다.Below, we describe a method for noninvasively predicting the concentration of blood components using NIR spectroscopy. In addition, we describe a drift removal algorithm for the drift removal process using information from principal components of NIR spectral data. In addition, we describe the extraction of a global feature set for predicting the concentration of blood mixtures using regression analysis.

도 1a는 일 실시예에 따른, 근적외선 분광 데이터를 이용하여 비침습적으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 방법을 도시한 흐름도이다. FIG. 1a is a flowchart illustrating a method for noninvasively predicting the concentration of a blood component using near-infrared spectroscopy data according to one embodiment.

도 1a를 참조하면, 단계 102에서, 근적외선 분광 데이터 세트로부터 복수의 주성분들을 계산한다. 단계 104에서, 복수의 주성분들에서 드리프트 근사(drift approximation)를 획득한다. 또한, 단계 106에서 스펙트럼 특징의 크기에 따라 각 스펙트럼 특징에 대하여 드리프트 근사로부터 스펙트럼 드리프트 근사(spectral drift approximation)를 획득한다. 그 다음, 단계 108에서, 각 스펙트럼 특징에서 각각의 스펙트럼 드리프트 근사를 감산함으로써, 스펙트럼 특징들로부터 드리프트를 제거한다. 단계 110에서, 스펙트럼 특징들로부터 드리프트를 제거되면, 복수의 피검체에 대한 글로벌 특징 세트를 획득한다. 마지막으로 단계 112에서, 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석을 통해 혈중 성분의 농도를 예측한다.Referring to Fig. 1a, in step 102, a plurality of principal components are calculated from a near-infrared spectral data set. In step 104, a drift approximation is obtained from the plurality of principal components. In addition, in step 106, a spectral drift approximation is obtained from the drift approximation for each spectral feature according to the magnitude of the spectral feature. Then, in step 108, the drift is removed from the spectral features by subtracting each spectral drift approximation from each spectral feature. In step 110, when the drift is removed from the spectral features, a global feature set for a plurality of subjects is obtained. Finally, in step 112, the concentration of a blood component is predicted through regression analysis using the obtained global feature set.

도 1b는 일 실시예에 따라, 혈중 성분 농도 예측 장치를 도시한 블록도이다.FIG. 1b is a block diagram illustrating a blood component concentration prediction device according to one embodiment.

도 1b를 참조하면, 혈중 성분 농도 예측 장치(150)는 드리프트 제거부(152), 글로벌 특징 추출부(154) 및 예측부(156)을 포함할 수 있다. 여기서 드리프트 제거부(152), 글로벌 특징 추출부(154) 및 예측부(156)는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 각 모듈의 하나 이상의 기능이 이하에서 상세히 설명된다. Referring to FIG. 1b, the blood component concentration prediction device (150) may include a drift removal unit (152), a global feature extraction unit (154), and a prediction unit (156). Here, the drift removal unit (152), the global feature extraction unit (154), and the prediction unit (156) may be implemented by one or more processors. One or more functions of each module are described in detail below.

드리프트 제거부(152)는 NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 계산하고 제거할 수 있다. NIR 분광 데이터는 다음과 같이 획득될 수 있다.The drift removal unit (152) can calculate and remove drift from NIR spectral data. The NIR spectral data can be obtained as follows.

먼저, 표준 침습적 절차(standard invasive procedure)를 이용하여 혈중 성분 값을 획득한다. 다음, 근적외선 분광계를 이용하여 피검체에 비침습적 스펙트럼 스캔을 수행하여 원시 NIR 스펙트럼을 획득한다. 원시 NIR 스펙트럼은 침습적 절차로 획득된 혈중 성분의 값으로 라벨링된다. 획득된 원시 NIR 스펙트럼을 전처리하여 콤파운드 스펙트럼을 획득한다. 컴파운드 스펙트럼 및 관련 성분 값은, 연속적인 측정에서 얻어진 데이터를 이용하여 행렬 X의 형태로 배열될 수 있으며, 이하에서는 데이터 행렬로 호칭될 수 있다.First, blood component values are acquired using a standard invasive procedure. Next, a non-invasive spectrum scan is performed on the subject using a near-infrared spectrometer to acquire a raw NIR spectrum. The raw NIR spectrum is labeled with the values of blood components acquired by the invasive procedure. The acquired raw NIR spectrum is preprocessed to acquire a compound spectrum. The compound spectrum and the related component values can be arranged in the form of a matrix X using data acquired from continuous measurements, and may be referred to as a data matrix hereinafter.

여기서, 는 콤파운드 벡터(compound vector)이다. 행렬 는 NIR 분광 데이터이다. NIR 분광 데이터는 관심 성분의 예측 정확도에 영향을 미치는 드리프트에 의해 영향을 받을 수 있다. 행렬 의 각 열(column)은 파장 와 관련된 흡수 스펙트럼이며 벡터 로 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서 흡수 스펙트럼 은 "스펙트럼 특징" 또는 "특징"으로 지칭될 수 있다.Here, is a compound vector. Matrix is NIR spectral data. NIR spectral data can be affected by drift, which affects the prediction accuracy of the component of interest. Matrix Each column of the wavelength is the absorption spectrum associated with the vector can be expressed as an absorption spectrum in some embodiments. may be referred to as “spectral features” or “features”.

흡수 스펙트럼 은 다음과 같이 표현될 수 있다.Absorption spectrum can be expressed as follows.

여기서, 는 실제 흡수 스펙트럼이고, 는 실제 흡수 스펙트럼에 영향을 주는 드리프트일 수 있다.Here, is the actual absorption spectrum, may be a drift that affects the actual absorption spectrum.

드리프트 제거부(152)는 드리프트 성분의 추정치 를 획득하고, 홉수 스펙트럼 에서 드리프트 성분의 추정치 를 감산하여 다음과 같이 드리프트-프리 스펙트럼 을 획득할 수 있다.The drift removal unit (152) estimates the drift component. Obtain the hop count spectrum Estimation of the drift component in By subtracting the drift-free spectrum as follows: can be obtained.

일 실시예에 따르면, 드리프트 제거부(152)는 주성분 분석(principal component analysis, PCA)를 이용하여 드리프트를 제거할 수 있다. 드리프트 제거부(152)는 다음과 같이, i 번째 주성분 을 획득하기 위해 PCA 연산을 수행할 수 있다.According to one embodiment, the drift removal unit (152) can remove the drift using principal component analysis (PCA). The drift removal unit (152) can remove the i-th principal component as follows: PCA operation can be performed to obtain .

여기서, 변수들은 표준 표기법을 따른다. 데이터 세트의 드리프트 성분이 데이터 세트를 기반으로 하는 예측에 영향을 줄 정도로 중요하면, 데이터 세트의 첫 번째 주성분에 나타날 수 있다. 그렇지 않다면, 드리프트는 i 번째 주성분에 나타날 수 있다. 또한, 모든 주성분은 상관관계가 없으므로 드리프트 성분이 i 번째 주성분에 포착되면, 드리프트 성분은 다른 주성분에 현저하게 나타날 가능성은 낮다고 합리적으로 가정할 수 있다. 드리프트가 나타내는 i 번째 주성분을 로 표기하기로 한다.Here, the variables follow the standard notation. If the drift component of the data set is significant enough to affect the prediction based on the data set, it can appear in the first principal component of the data set. Otherwise, the drift can appear in the i-th principal component. In addition, since all the principal components are uncorrelated, it can be reasonably assumed that if the drift component is captured in the i-th principal component, the drift component is unlikely to appear significantly in other principal components. The i-th principal component that the drift represents Let's write it as .

도 2a 내지 도 2c는 일 실시예에 따라, S11, S61 및 S71로 라벨링된 서로 다른 피검체의 NIR 분광 데이터의 첫 번째 주성분 및 이에 상응하는 선형 근사를 도시한 그래픽 표현이다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 드리프트 성분이 우세하며, 선형 근사의 기울기는 시간에 대한 드리프트 변화율을 제공할 수 있다.Figures 2a to 2c are graphical representations of the first principal component and the corresponding linear approximation of NIR spectral data of different subjects labeled S11, S61 and S71, according to one embodiment. As illustrated in Figures 2a to 2c, the drift component is dominant, and the slope of the linear approximation can provide the rate of change of drift with respect to time.

도 3은 일 실시예에 따라, 피검체 S11의 NIR 분광 데이터의 4-데시메이션(4-decimation)의 첫 번째 주성분을 도시한다. 이 경우, 다음과 같은 NIR 분광 데이터를 고려할 수 있다.FIG. 3 illustrates the first principal component of 4-decimation of NIR spectral data of subject S11 according to one embodiment. In this case, the following NIR spectral data may be considered.

분광 데이터 의 d-데시메이션은 다음과 같이 정의될 수 있다.Spectral data The d-decimation of can be defined as follows:

세트 는 행렬 의 모든 d 번째 행(row)을 포함함으로써 획득될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 의 첫 번째 주성분은 기울기가 도 2a의 원본 행렬 의 기울기의 약 4배인 선형 근사에 의해 특징지어질 수 있다. 이것은 드리프트 성분이 첫 번째 주성분에 본질적으로 포착됨을 나타낼 수 있다.set is a matrix can be obtained by including every d-th row of . As shown in Fig. 3, The first principal component of is the slope of the original matrix in Fig. 2a. can be characterized by a linear approximation with a slope of about four times that of the first principal component. This may indicate that the drift component is essentially captured in the first principal component.

도 4는 일 실시예에 따른 주성분 분석을 이용하여 드리프트를 제거하는 방법을 도시한 흐름도이다. 일 실시예에 따르면, 드리프트 제거부(152)는 주성분 분석을 이용하여 드리프트를 제거할 수 있다. 단계 402에서, 드리프트를 특징으로 하는 주성분 를 복수의 주성분들에서 선택한다. 단계 404에서, 선택된 주성분 의 다항식 근사 를 드리프트 근사로 획득한다. 일 실시예에 따르면, 드리프트 근사 는 최소 제곱 에러 를 최소화하는 로 획득될 수 있다. 또한, 단계 406에서, 각 홉수 스펙트럼 에 대하여, 드리프트 근사를 의 크기에 따라 스케일링하여 스펙트럼 드리프트 근사 를 획득할 수 있다. 스펙트럼 드리프트 근사 는 다음과 같이 획득될 수 있다.Figure 4 is a flow chart illustrating a method for removing drift using principal component analysis according to one embodiment. According to one embodiment, the drift removal unit (152) can remove drift using principal component analysis. In step 402, the principal component that characterizes the drift is selected from multiple principal components. In step 404, the selected principal components Polynomial approximation of is obtained by drift approximation. In one embodiment, the drift approximation is the least squares error to minimize can be obtained. In addition, in step 406, each hop spectrum Regarding the drift approximation, Approximation of spectral drift by scaling according to the size of can be obtained by spectral drift approximation. can be obtained as follows.

여기서, 에 의해 주어지는 의 진폭 스팬(amplitude span)이고, 에 의해 주어지는 의 진폭 스팬일 수 있다.Here, Is Given by is the amplitude span, Is Given by can be an amplitude span.

마지막으로 단계 408에서, 모든 파장 에 대해 각각의 에서 스펙트럼 드리프트 근사 를 감산하여 드리프트 제거가 수행된다. 이것은 다음과 같이 표현될 수 있다.Finally, at step 408, all wavelengths About each Spectral drift approximation in Drift removal is performed by subtracting . This can be expressed as follows.

일부 실시예에서, 는 드리프트-프리 스펙트럼 특징 또는 트리프트-프리 특징으로 호칭될 수 있다.In some embodiments, may be referred to as drift-free spectral feature or drift-free feature.

도 5는 일 실시예에 따른 혈중 성분의 농도 예측을 위한 글로벌 특징들을 추출하는 것과 관련된 하나 이상의 단계를 도시한 흐름도이다. 이 실시예에서, 글로벌 특징들을 추출하기 위해 글로벌 특징 추출부(154)에 의해 수행되는 하나 이상의 단계들이 이하에서 설명된다. 단계 502에서, 각 콤파운드 벡터에 대한 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징의 유사도 값을 획득한다. 로 표시되는 P 개의 피검체가 존재하며, 피검체 에 대한 대응 드리프트-프리 스펙트럼 특징들은 로 표시하고, 혼합물의 농도는 로 표시하면, 일 실시예에 따르면 유사도 값은 드리프트-프리 스펙트럼 특징 과 콤파운드 벡터 의 상관관계로 획득될 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.FIG. 5 is a flowchart illustrating one or more steps involved in extracting global features for predicting concentrations of blood components according to one embodiment. In this embodiment, one or more steps performed by a global feature extraction unit (154) to extract global features are described below. In step 502, a similarity value of each drift-free spectral feature for each compound vector is obtained. There are P subjects, denoted by , and the subjects The corresponding drift-free spectral features are , and the concentration of the mixture is In one embodiment, the similarity value is a drift-free spectral feature and compound vector It can be obtained as a correlation. This can be expressed mathematically as follows.

단계 504에서, 모든 피검체에 걸쳐 획득된 유사도 값을 이용하여 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징에 대한 유사도 메트릭(similarity metric)을 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유사도 메트릭은 다음과 같이 계산될 수 있다.In step 504, a similarity metric for each drift-free spectral feature can be obtained using the similarity values obtained across all subjects. According to one embodiment, the similarity metric can be calculated as follows.

단계 506에서, 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 유사도 메트릭에 따라 순위를 매긴다. 단계 508에서, 회귀분석을 이용하여 혈중 성분 농도의 예측을 위해 K개의 최적 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 선택한다. K의 값은 예측에 사용된 특정 회귀분석 방법의 성능에 따라 결정될 수 있다. 이 K개의 최적 드리프트-프리 스펙트럼 특징들은 "글로벌 특징들"로 호칭될 수 있다.In step 506, the drift-free spectral features are ranked according to a similarity metric. In step 508, K optimal drift-free spectral features are selected for prediction of blood component concentrations using regression analysis. The value of K may be determined depending on the performance of a particular regression method used for prediction. These K optimal drift-free spectral features may be referred to as "global features".

획득된 글로벌 특징들에 기초하여, 예측부(156)는 드리프트-프리 분광 데이터로부터 회귀분석을 이용하여 혈액 혼합물의 농도를 예측할 수 있다.Based on the acquired global features, the prediction unit (156) can predict the concentration of the blood mixture using regression analysis from the drift-free spectral data.

도 6은 다른 실시예에 따른 혈중 성분 농도 예측 장치를 도시한 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a blood component concentration prediction device according to another embodiment.

도 6을 참조하면, 프로세서(610), 입력부(620), 저장부(630), 통신부(640) 및 출력부(650)를 포함할 수 있다. 여기서 프로세서(610)는 도 2의 드리프트 제거부(152), 글로벌 특징 추출부(154) 및 예측부(156)의 기능을 수행할 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 6, it may include a processor (610), an input unit (620), a storage unit (630), a communication unit (640), and an output unit (650). Here, the processor (610) may perform the functions of the drift removal unit (152), the global feature extraction unit (154), and the prediction unit (156) of FIG. 2, so a detailed description thereof will be omitted.

입력부(620)는 NIR 분광 데이터를 입력받을 수 있다. 또한, 입력부(620)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(620)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.The input unit (620) can receive NIR spectral data. In addition, the input unit (620) can receive various manipulation signals from the user. According to one embodiment, the input unit (620) can include a key pad, a dome switch, a touch pad (positive/negative), a jog wheel, a jog switch, a H/W button, etc. In particular, when the touch pad forms a mutual layer structure with the display, it can be called a touch screen.

저장부(630)는 혈중 성분 농도 예측 장치(600)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에 입력되는 데이터, 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에서 처리된 데이터 및 혈중 성분 농도 예측 장치(600)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. The storage unit (630) can store programs or commands for the operation of the blood component concentration prediction device (600), and can store data input to the blood component concentration prediction device (600), data processed by the blood component concentration prediction device (600), and data output from the blood component concentration prediction device (600).

저장부(630)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 혈중 성분 농도 예측 장치(600)는 인터넷 상에서 저장부(630)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.The storage (630) may include at least one type of storage medium, such as a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (e.g., an SD or XD memory, etc.), a Random Access Memory (RAM), a Static Random Access Memory (SRAM), a Read Only Memory (ROM), an Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), a Programmable Read Only Memory (PROM), a magnetic memory, a magnetic disk, an optical disk, etc. In addition, the blood component concentration prediction device (600) may operate an external storage medium, such as a web storage that performs the storage function of the storage (630) on the Internet.

통신부(640)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(640)는 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 혈중 성분 농도 추정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.The communication unit (640) can perform communication with an external device. For example, the communication unit (640) can transmit data input to the blood component concentration prediction device (600), stored data, processed data, etc. to an external device, or receive various data helpful for estimating blood component concentration from an external device.

이때, 외부 장치는 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the external device may be a medical device that uses data input to the blood component concentration prediction device (600), stored data, processed data, etc., a printer or display device for outputting the results. In addition, the external device may be, but is not limited to, a digital TV, a desktop computer, a mobile phone, a smart phone, a tablet, a laptop, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a navigation device, an MP3 player, a digital camera, a wearable device, etc.

통신부(640)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.The communication unit (640) can communicate with an external device using Bluetooth communication, BLE (Bluetooth Low Energy) communication, Near Field Communication (NFC), WLAN communication, Zigbee communication, Infrared Data Association (IrDA) communication, WFD (Wi-Fi Direct) communication, UWB (ultra-wideband) communication, Ant+ communication, WIFI communication, RFID (Radio Frequency Identification) communication, 3G communication, 4G communication, and 5G communication. However, this is only an example and is not limited thereto.

출력부(650)는 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(650)는 혈중 성분 농도 예측 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(650)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.The output unit (650) can output data input to the blood component concentration prediction device (600), stored data, processed data, etc. According to one embodiment, the output unit (650) can output data input to the blood component concentration prediction device (600), stored data, processed data, etc. using at least one of an auditory method, a visual method, and a tactile method. To this end, the output unit (650) can include a display, a speaker, a vibrator, etc.

상술한 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.The above-described embodiments can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium can include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable recording medium can include ROMs, RAMs, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical disks, etc. In addition, the computer-readable recording medium can be distributed over network-connected computer systems, and can be written and executed as computer-readable codes in a distributed manner.

이제까지 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.We have examined preferred embodiments so far. Those skilled in the art will understand that the invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the invention. Accordingly, the scope of the invention should be interpreted so as to include various embodiments within the scope equivalent to the contents described in the patent claims, and not be limited to the embodiments described above.

150: 혈중 성분 농도 예측 장치
152: 드리프트 제거부
154: 글로벌 특징 추출부
156: 예측부
150: Blood component concentration prediction device
152: Drift removal section
154: Global feature extraction section
156: Prediction Department

Claims (18)

혈중 성분의 농도 예측 장치가,
NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계;
상기 획득된 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 기반으로 글로벌 특징 세트를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 단계; 를 포함하고,
상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계는,
상기 NIR 분광 데이터의 복수의 주성분들을 산출하는 단계;
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하는 단계;
스펙트럼 특징의 크기에 따라 각 스펙트럼 특징에 대하여 상기 드리프트 근사를 정규화하고, 상기 정규화된 드리프트 근사를 상기 스펙트럼 특징의 진폭-스팬(amplitude-span)으로 스케일링하여 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하는 단계; 및
각 스펙트럼 특징에서 각 스펙트럼 드리프트 근사를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계; 를 포함하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
A device for predicting the concentration of blood components,
A step of removing drift from NIR spectral data to obtain drift-free spectral features;
A step of obtaining a global feature set based on the above-obtained drift-free spectral features; and
A step of predicting the concentration of a blood component by regression analysis using the above-mentioned acquired global feature set; including;
The step of obtaining the above drift-free spectral features is:
A step of producing multiple principal components of the above NIR spectral data;
A step of obtaining a drift approximation from the above plurality of principal components;
A step of normalizing the drift approximation for each spectral feature according to the size of the spectral feature, and scaling the normalized drift approximation by the amplitude-span of the spectral feature to obtain a spectral drift approximation; and
A step of obtaining drift-free spectral features by removing each spectral drift approximation from each spectral feature; comprising;
Method for predicting the concentration of blood components.
제1항에 있어서,
상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 단계는,
주성분 분석을 이용하여 상기 드리프트를 제거하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In the first paragraph,
The step of obtaining the above drift-free spectral features is:
Removing the above drift using principal component analysis,
Method for predicting the concentration of blood components.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하는 단계는,
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 주성분의 미리 정의된 차수의 다항식 근사를 상기 드리프트 근사로 획득하는 단계; 를 포함하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In the first paragraph,
The step of obtaining a drift approximation from the above plurality of principal components is:
a step of selecting a principal component including a drift from the above plurality of principal components; and
A step of obtaining a polynomial approximation of a predefined degree of the selected principal component by the drift approximation; comprising;
Method for predicting the concentration of blood components.
제4항에 있어서,
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하는 단계는 상기 복수의 주성분들에서 첫번째 주성분을 드리프트를 포함하는 주성분으로 선택하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In paragraph 4,
The step of selecting a principal component including drift from the above plurality of principal components comprises selecting the first principal component from the above plurality of principal components as the principal component including drift.
Method for predicting the concentration of blood components.
제4항에 있어서,
상기 선택된 주성분의 미리 정의된 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득하는 단계는 최소 제곱 에러를 최소화하는 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In paragraph 4,
The step of obtaining a predefined polynomial approximation of the above-mentioned selected principal component as a drift approximation is obtaining a polynomial approximation that minimizes the least square error as a drift approximation.
Method for predicting the concentration of blood components.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 드리프트 근사를 정규화하는 단계는 상기 드리프트 근사를 상기 드리프트 근사의 진폭-스팬으로 나누어 상기 드리프트 근사를 정규화하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In the first paragraph,
The step of normalizing the drift approximation comprises normalizing the drift approximation by dividing the drift approximation by the amplitude-span of the drift approximation.
Method for predicting the concentration of blood components.
제1항에 있어서,
상기 글로벌 특징 세트를 획득하는 단계는,
콤파운드 벡터에 대한 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징의 유사도 값들을 획득하는 단계;
상기 획득된 유사도 값들을 이용하여 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징에 대한 유사도 메트릭(similarity metric)을 획득하는 단계;
상기 유사도 메트릭에 따라 상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들의 순위를 매기는 단계; 및
미리 정의된 개수의 최적 트리프트-프리 스펙트럼 특징들을 글로벌 특징 세트로서 선택하는 단계; 를 포함하는,
혈중 성분의 농도 예측 방법.
In the first paragraph,
The step of obtaining the above global feature set is:
A step of obtaining similarity values of each drift-free spectral feature for the compound vector;
A step of obtaining a similarity metric for each drift-free spectral feature using the obtained similarity values;
a step of ranking the drift-free spectral features according to the above similarity metric; and
comprising a step of selecting a predefined number of optimal drift-free spectral features as a global feature set;
Method for predicting the concentration of blood components.
NIR 분광 데이터로부터 드리프트를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는 드리프트 제거부;
상기 획득된 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 기반으로 글로벌 특징 세트를 획득하는 글로벌 특징 추출부; 및
상기 획득된 글로벌 특징 세트를 이용하여 회귀분석으로 혈중 성분의 농도를 예측하는 예측부; 를 포함하고,
상기 드리프트 제거부는,
상기 NIR 분광 데이터의 복수의 주성분들을 산출하고,
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트 근사를 획득하고,
스펙트럼 특징의 크기에 따라 각 스펙트럼 특징에 대하여 상기 드리프트 근사를 정규화하고, 상기 정규화된 드리프트 근사를 상기 스펙트럼 특징의 진폭-스팬(amplitude-span)으로 스케일링하여 스펙트럼 드리프트 근사를 획득하고,
각 스펙트럼 특징에서 각 스펙트럼 드리프트 근사를 제거하여 드리프트-프리 스펙트럼 특징들을 획득하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
A drift removal unit for removing drift from NIR spectral data to obtain drift-free spectral features;
A global feature extraction unit for obtaining a global feature set based on the above-mentioned acquired drift-free spectral features; and
A prediction unit for predicting the concentration of blood components by regression analysis using the above-mentioned acquired global feature set;
The above drift removal unit,
Generate multiple principal components of the above NIR spectral data,
Obtain a drift approximation from the above multiple principal components,
For each spectral feature, the drift approximation is normalized according to the magnitude of the spectral feature, and the spectral drift approximation is obtained by scaling the normalized drift approximation by the amplitude-span of the spectral feature.
Obtain drift-free spectral features by removing each spectral drift approximation from each spectral feature.
A device for predicting the concentration of blood components.
제10항에 있어서,
상기 드리프트 제거부는 주성분 분석을 이용하여 상기 드리프트를 제거하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 10,
The above drift removal unit removes the drift by using principal component analysis.
A device for predicting the concentration of blood components.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 드리프트 제거부는,
상기 복수의 주성분들로부터 드리프트를 포함하는 주성분을 선택하고, 상기 선택된 주성분의 미리 정의된 차수의 다항식 근사를 상기 드리프트 근사로 획득하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 10,
The above drift removal unit,
Selecting a principal component including a drift from the above plurality of principal components, and obtaining a polynomial approximation of a predefined degree of the selected principal component as the drift approximation.
A device for predicting the concentration of blood components.
제13항에 있어서,
상기 드리프트 제거부는,
상기 복수의 주성분들에서 첫번째 주성분을 드리프트를 포함하는 주성분으로 선택하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 13,
The above drift removal unit,
Selecting the first principal component from the above plurality of principal components as the principal component containing the drift.
A device for predicting the concentration of blood components.
제13항에 있어서,
상기 드리프트 제거부는,
최소 제곱 에러를 최소화하는 다항식 근사를 드리프트 근사로 획득하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 13,
The above drift removal unit,
Obtain a polynomial approximation that minimizes the least squares error by drift approximation.
A device for predicting the concentration of blood components.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 드리프트 제거부는,
상기 드리프트 근사를 상기 드리프트 근사의 진폭-스팬으로 나누어 상기 드리프트 근사를 정규화하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 10,
The above drift removal unit,
Normalizing the drift approximation by dividing the drift approximation by the amplitude-span of the drift approximation.
A device for predicting the concentration of blood components.
제10항에 있어서,
상기 글로벌 특징 추출부는,
콤파운드 벡터에 대한 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징의 유사도 값들을 획득하고,
상기 획득된 유사도 값들을 이용하여 각 드리프트-프리 스펙트럼 특징에 대한 유사도 메트릭(similarity metric)을 획득하고,
상기 유사도 메트릭에 따라 상기 드리프트-프리 스펙트럼 특징들의 순위를 매기고,
미리 정의된 개수의 최적 트리프트-프리 스펙트럼 특징들을 글로벌 특징 세트로서 선택하는,
혈중 성분의 농도 예측 장치.
In Article 10,
The above global feature extraction unit,
Obtain the similarity values of each drift-free spectral feature for the compound vector,
Using the obtained similarity values, a similarity metric for each drift-free spectral feature is obtained,
Rank the drift-free spectral features according to the above similarity metric,
Selecting a predefined number of optimal drift-free spectral features as a global feature set,
A device for predicting the concentration of blood components.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030023148A1 (en) * 1999-07-22 2003-01-30 Lorenz Alexander D. Targeted interference subtraction applied to near-infrared measurement of analytes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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AU2003200359A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-28 Bayer Healthcare, Llc Non-invasive System for the Determination of Analytes in Body Fluids
KR101656746B1 (en) * 2010-10-26 2016-09-12 엘지전자 주식회사 Apparatus and method for correcting blood glucose concentration

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030023148A1 (en) * 1999-07-22 2003-01-30 Lorenz Alexander D. Targeted interference subtraction applied to near-infrared measurement of analytes

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