The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology (한국정보전자통신기술학회논문지)

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A Study on the Temperature Dependence of PPG Measurement Devices

PPG 측정 장치에서의 온도 영향에 대한 연구

  • Kim, Namsub (Department of Computer Application & Electronics, Seoil University)
  • Received : 2019.06.05
  • Accepted : 2019.06.24
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

This paper presents the temperature dependence of transmission-type and reflection-type PPG measurement devices that have been developed in the previous research. PPG signal can be distorted by external temperature such as skin temperature so that many of research was focused on the skin temperature effect. However, this paper focuses on the temperature of the device itself and we studied on the effect of device internal temperature. Experimental results showed that the temperature was increased like an irrational function graph and the transmission-type was not affected by the internal temperature but the reflection-type was affected by the internal temperature.

본 논문에서는 사전 연구로 제작된 손목시계형태의 반사형과 투과형 PPG 측정 장치의 온도 변화에 대한 특성을 고찰하였다. PPG는 신체의 온도 변화에 따라 그래프의 모양이 영향을 받게 되는데 본 논문에서는 신체의 온도 변화가 아닌 측정 장비의 온도 변화에 따른 영향을 고찰하였다. 실험은 기존에 제작된 장치의 마이크로 컨트롤러의 내부 온도를 측정하면서 내부 온도 변화에 따른 PPG의 변화를 관찰하였다. 실험 결과, 사용된 마이크로 컨트롤러의 동작 시간에 따라 온도는 무리함수의 그래프 형태로 변화하였으며 온도 상승에 따라 투과형 측정 장치는 온도에 영향을 받지 않았으나 반사형 측정 장치는 PPG 측정 결과에 변화가 발생함을 확인하였다.

Keywords

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그림 1. 반사형과 투과형의 온도영향 (a) 반사형 (b) 투과형 Fig. 1. Temperature effect (a) Reflection-Type (b) Transmission-Type

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그림 3. 실험용 반사형과 투과형 PPG 측정 장치 Fig. 3. Reflection and Transmission type devices for measurement

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그림 2. PPG 신호와 1,2차 미분 Fig. 2. 1st and 2nd derivative of PPG signal

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그림 4. 내부 온도 변화 Fig. 4. Internal temperature variation

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그림 5. 반사형 측정 장치의 PPG 신호 Fig. 5. PPG signal of reflection-type device

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그림 6. 투과형 측정 장치의 PPG 신호 Fig. 6. PPG signal of transmission-type device

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그림 7. 반사형 측정 장치의 2차미분 신호 Fig. 7. 2nd derivative of reflection-type device

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그림 8. 투과형 측정 장치의 2차미분 신호 Fig. 8. 2nd derivative of transmission-type device

표 1. 장치의 각 부분별 외부 온도 Table 1. Temperature of components

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References

  1. Namsub Kim, "A Study on the Implementation of Transmission type PPG Measurement Device in a Wrist Watch", Journal of KIIECT, Vol. 10, No. 2, pp. 161-167, April, 2017.
  2. Namsub Kim, "A Study on the Implementation of Transmission type PPG Measurement Device in a Wrist Watch", Journal of KIIECT, Vol. 10, No. 2, pp. 161-167, April, 2010.
  3. Sagaidachnyi A. A., Usanov D. A., Skripal A. V. and Fomin A. V. "Correlation of skin temperature and blood flow oscillations", In Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII, Vol. 8337, pp. 83370A, International Society for Optics and Photonics, Feb. 2012.
  4. Sagaidachnyi A. A., Skripal A. V., Fomin A. V. and Usanov, D. A., "Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography-measured blood flow in fingertips", Physiological measurement, Vol. 35, No. 2, pp. 153, 2014. https://doi.org/10.1088/0967-3334/35/2/153
  5. Sagaidachnyi A. A., Fomin A. V., Mayskov D. I., Skripal A. V. and Usanov D. A. "Features of the temperature response to a double cuff-occlusion of the upper limbs: remote ischemic preconditioning aspect", In Saratov Fall Meeting 2017: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIX, Vol. 10716, pp. 107160R, International Society for Optics and Photonics, April 2018.
  6. Tingting Yan, Song Zhang, Lin Yang, Yimin Yang and Xuwen Li, "Effect of Local Temperature on the Detecting for Pulse Wave of Local Blood Volume", INT. J. BIOAUTOMATION, Volume 17, No. 2, pp. 91-96, July 2013.
  7. Cooke E. D., Steinberg M. D., Pearson R. M., Fleming C. E., Toms S. L. and Elusade J. A., "Reflex sympathetic dystrophy and repetitive strain injury: temperature and microcirculatory changes following mild cold stress", Journal of the Royal Society of Medicine, Vol. 86, No. 12, pp. 690, 1993.
  8. Salam N. A. B. A., Saad W. H. B. M., Leong T. K., Baharom S. N. A. B., Salehuddin F. B., Manap N. B. A. and Syafeeza A. R., "The development of wireless heart rate and temperature monitoring system using bluetooth low energy", ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 11, No. 10, pp. 1819-66, 2016.
  9. Maeda Y., Sekine M. and Tamura T., "The advantages of wearable green reflected photoplethysmography", Journal of medical systems, Vol. 35, No. 5, pp. 829-834, 2011. https://doi.org/10.1007/s10916-010-9506-z
  10. Park B. J., Jang E. H., Chung M. A. and Kim S. H., "Design of Prototype‐Based Emotion Recognizer Using Physiological Signals", ETRI Journal, Vol. 35, No. 5, pp. 869-879, 2013. https://doi.org/10.4218/etrij.13.0112.0751
  11. Kamshilin A. A. and Mamontov, O. V., "Visualization of microcirculation by green camera-based photoplethysmography", In BIBE 2018; International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering, pp. 1-5, VDE, June 2018.
  12. Wang A., Yang L., Liu C., Cui J., Li Y., Yang X., Zhang S. and Zheng D., "Athletic differences in the characteristics of the photoplethysmographic pulse shape: effect of maximal oxygen uptake and maximal muscular voluntary contraction", BioMed research international, 2015.