0. PPG에 대하여

 PPG(photoplethysmogram)는 시간에 따른 조직의 미세혈관층 혈액량 변화를 탐지함으로써 cardiac cycle, 혈압 등이 반영된 생체 신호를 말한다. LED를 이용하여 빛을 조사하고 흡수하는 광량이 시간에 따라 달라지는 것을 photo diode를 이용하여 탐지하는 방식으로 데이터를 추출한다. ECG가 심장의 전기적 활성화 단계를 반영한다면 PPG의 경우 심장의 전기적 활성에 따른 수축, 이완의 결과로 조직 내 혈액량이 변하는 것을 반영한다.

 

ppg 측정 방법

 

ppg 측정 원리

 

 PPG 신호에 영향을 주는 요소는 다양하다. cardiac cycle, 호흡, 근육의 움직임, 혈압, 혈액의 산소포화농도, 혈액의 양 등을 그 예로 들 수 있다. 

 PPG로 측정할 수 있는 것 중 제일 대표적인 요소는 바로 심박과 cardiac cycle이다. 피부는 cardiac cycle에 따른 혈액의 확산이 활발한 편이고, 그에 따라 cardiac cycle과 심박을 ppg를 이용하여 관측하는 것이 비교적 용이하다.

PPG를 구성하는 성분을 크게 DC와 AC로 나눌 수 있다. DC 요소는 피부 조직에 의한 bulk absorption으로 구성되고, AC 요소는 cardiac cycle과 혈압에 따라서 혈액의 양이 변화로 구성된다.

 

ppg wave의 ac, dc 요소

 

 PPG를 이용하면 호흡 역시 측정할 수 있다. 관점에 따라서는 cardiac cycle, 심박을 측정함에 있어서 artifact로 작용할 수도 있다. 숨을 들이시게 되면 흉강의 압력은 낮아지고 내쉬게 되면 흉강의 압력은 높아지게 된다. 흉강의 압력이 낮아지게 되면 폐의 산소가 풍부해지고,  혈액에 더 빠르게 산소를 공급하게 되며, 심박을 낮추게 된다. 반면 흉강의 압력이 높아지게 되면 심장이 상대적으로 압축되고 cardiac cycle 효율이 떨어지게 되며, 심박을 높이게 된다. 

 PPG의 주파수 대역은 0.5Hz ~ 4.8Hz이라 한다. 인터넷 상에서 우연히 다른 사람이 피지오랩에 문의한 결과 PPG 신호의 대부분 에너지가 10 Hz 이내에 분포하고 있다는 것을 알게 되었다. 이를 참조하여 주파수 대역을 0.5 Hz ~ 40 Hz로 설정하면 충분히 가능할 것이라 생각된다.

 다음 글에서는 아날로그 필터에 대해서 다루고, PPG 회로를 설계해 보고자 한다.

 

출처 : 

https://en.wikipedia.org/wiki/Photoplethysmogram

Photoplethysmogram - Wikipedia

https://blog.naver.com/dandansurcle/220679565740?trackingCode=blog_bloghome_searchlist

PPG회로에 대한 배움