JP2024064966A - 分析物の成分濃度推定装置及び方法、ならびにウェアラブル機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】分析物の成分濃度推定装置及び方法、ならびにウェアラブル機器を提供する。【解決手段】非侵襲的に分析物成分の濃度を推定する装置が開示される。一実施形態によれば、成分濃度推定装置は、互いに異なる中心波長を有する複数の光源、及び光を検出する1つ以上のディテクターを含むセンサー;及び複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいてセンサーの駆動条件を設定し、該設定された駆動条件によって複数の光源を駆動して、ディテクターを通じて皮膚から検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定するプロセッサ;を含みうる。【選択図】図1

Description

本発明は、分析物の成分濃度推定装置及び方法、ならびにウェアラブル機器に係り、皮膚の変化によって動的にセンサー駆動条件を設定する技術に関する。
活性酸素は、白血球の殺菌作用のような生物学的保護因子として重要であるが、生体内の活性酸素の過度な生成は、多様な組織疾病を起こすと知られている。活性酸素を発生させる通常の因子は、ストレス、アルコール、過酸化物、薬物などがあり、このような因子によって発生する活性酸素は、脳神経疾患、循環器疾患、癌、消化管疾患、肝疾患、動脈硬化、腎臓疾患、糖尿病及び老化などの原因となる。生体は、酸素毒性から自らを保護するために一連の酸化保護システムを有する。このようなシステムを正常に作動させるためには、抗酸化成分を十分に摂取することが重要である。抗酸化成分は、ビタミンE、ビタミンC、カロテノイド(carotenoid)、フラボノイド(flavonoid)などがあり、抗酸化作用のために、このような抗酸化成分を含有する食品を可能な限り多く摂取しなければならず、これにより、身体内の抗酸化成分の量を容易に確認することができる装置の必要性が高まりつつある。
米国特許第10215698号明細書
本発明が解決しようとする課題は、分析物の成分濃度推定装置及び方法、ならびにウェアラブル機器を提供することである。
一態様によれば、分析物の成分濃度推定装置は、互いに異なる中心波長を有する複数の光源、及び光を検出する1つ以上のディテクターを含むセンサー;及び複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいて前記センサーの駆動条件を設定し、該設定された駆動条件によって前記複数の光源を駆動して、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定するプロセッサ;を含みうる。
複数の光源のうちの第1光源は、ほぼ350~450nmの第1帯域、またはほぼ500~600nmの第2帯域に属する中心波長を有しうる。
プロセッサは、センサーを第1駆動条件として設定し、第1駆動条件によって前記第1光源を駆動し、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第1光量に基づいて前記第1反射度を決定し、該決定された第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、第2駆動条件に変更することができる。
プロセッサは、初期光量、及び前記第1光量に基づいて第1反射度を算出し、初期光量は、第1光源を用いて前記第1駆動条件に基づいて標準反射体から検出される。
プロセッサは、第1光量を初期光量で割った(除した)結果を第1反射度として決定することができる。
プロセッサは、第1反射度が第1臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、複数の光源のうち、第2光源を駆動し、1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第2光量に基づいて第2反射度を決定し、該決定された第2反射度が第2臨界値よりも大きければ、第3駆動条件に変更することができる。
複数の光源のうちの第2光源は、ほぼ450~500nmの帯域に属する中心波長を有しうる。
プロセッサは、検出された複数の光量に基づいて皮膚スペクトルを取得し、該取得された皮膚スペクトルを用いて吸光度を決定し、該決定された吸光度に基づいて前記分析物成分の濃度を推定することができる。
プロセッサは、既定の条件を満足する場合、センサーの駆動条件を決定する過程を行うことができる。
センサー駆動条件は、複数の光源に対する駆動電流を含みうる。
プロセッサは、センサーを第1駆動条件として設定し、第1駆動条件によって前記第1光源を駆動し、1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された複数の光量に基づいて複数の反射度を決定し、該決定された複数の反射度に基づいてセンサーの位置を変更するようにガイドすることができる。
分析物の成分は、皮膚カロテノイド(skin carotenoid)、血中カロテノイド(blood carotenoid)、グルコース(glucose)、尿素(urea)、乳酸(lactate)、中性脂肪(triglyceride)、総タンパク質(total protein)、コレステロール(cholesterol)及びエタノール(ethanol)のうちの少なくとも1つを含みうる。
一態様によれば、成分濃度推定方法は、センサーに含まれた互いに異なる中心波長を有する複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいてセンサーの駆動条件を設定する段階;設定された駆動条件によって前記複数の光源を駆動する段階;及びセンサーに含まれた1つ以上のディテクターを通じて皮膚で検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定する段階;を含みうる。
複数の光源のうちの第1光源は、ほぼ350~450nmの第1帯域、またはほぼ500~600nmの第2帯域に属する中心波長を有しうる。
センサーの駆動条件を設定する段階は、センサーを第1駆動条件として設定する段階;第1駆動条件によって前記第1光源を駆動する段階;1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第1光量に基づいて前記第1反射度を決定する段階;及び第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、第2駆動条件に変更する段階;を含みうる。
第1反射度を決定する段階は、初期光量、及び前記第1光量に基づいて前記第1反射度を算出し、初期光量は、第1光源を用いて前記第1駆動条件によって標準反射体から検出される。
センサーの駆動条件を設定する段階は、第1反射度が第1臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、前記複数の光源のうち、第2光源を駆動する段階;1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第2光量に基づいて第2反射度を決定する段階;及び第2反射度が第2臨界値よりも大きければ、第3駆動条件に変更する段階;をさらに含みうる。
分析物成分の濃度を推定する段階は、検出された複数の光量に基づいて皮膚スペクトルを取得する段階;取得された皮膚スペクトルを用いて吸光度を決定する段階;及び決定された吸光度に基づいて前記分析物成分の濃度を推定する段階;を含みうる。
一態様によれば、ウェアラブル機器は、使用者の身体に着用される本体;互いに異なる中心波長を有する複数の光源と、前記使用者の身体皮膚から光を検出するディテクターと、を含むセンサー;及びセンサーの駆動条件によって前記複数の光源を駆動し、前記ディテクターを通じて検出された光に基づいて抗酸化成分濃度を推定するが、既定の条件を満足する場合、前記複数の光源のうち、所定の中心波長の光源を用いて前記身体皮膚の色相の変化有無を決定し、前記決定に基づいてセンサーの駆動条件を設定するプロセッサ;を含みうる。
この際、条件は、抗酸化成分推定前、前記本体が使用者の身体に着用されていない時間、週間未着用時間、及び四季のうちの一季以上に基づいてあらかじめ設定されうる。
本発明によれば、使用者の身体内の分析物成分の量を容易に確認することができる。
一実施形態による成分濃度推定装置のブロック図である。 成分濃度推定装置のセンサー構造の一実施形態を示した図面である。 血液の成分による光吸収を説明する図面である。 吸光スペクトルを取得する例を説明する図面である。 吸光スペクトルを取得する例を説明する図面である。 吸光スペクトルを取得する例を説明する図面である。 他の実施形態による成分濃度推定装置のブロック図である。 センサー測定位置をガイドする一実施形態である。 一実施形態による成分推定方法のフローチャートである。 皮膚の変化による駆動条件を決定する実施形態である。 皮膚の変化による駆動条件を決定する実施形態である。 皮膚の変化による駆動条件を決定する実施形態である。 成分濃度推定装置を含む電子装置の構造を例示的に示す図面である。 成分濃度推定装置を含む電子装置の構造を例示的に示す図面である。 成分濃度推定装置を含む電子装置の構造を例示的に示す図面である。
その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。記載の技術の利点及び特徴、そして、それらを果たす方法は、図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると、明確になるであろう。明細書の全般に亘って同じ参照符号は、同じ構成要素を称する。
第1、第2などの用語は、多様な構成要素の説明に使われるが、構成要素は、用語によって限定されるものではない。用語は、1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。単数の表現は、文脈上、取り立てて明示しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含みうることを意味する。また、明細書に記載の「...部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによっても具現可能である。
図1は、一実施形態による分析物の成分濃度推定装置のブロック図である。図2は、成分濃度推定装置のセンサー構造の一実施形態を図示したものである。
図1を参照すれば、成分濃度推定装置100は、センサー110及びプロセッサ120を含む。
センサー110は、複数の光源111a、111b、111c、111dを含みうる。便宜上、4つの光源111a、111b、111c、111dが示されているが、個数に特に制限されるものではない。各光源111a、111b、111c、111dは、LED(light emitting diode)、レーザダイオード(laser diode)及び蛍光体などであるが、この例に限定されるものではない。複数の光源111a、111b、111c、111dは、時分割で順次駆動されるか、同時駆動される。または、既定の光源の単位で同時駆動されながら全体として順次駆動される。
各光源111a、111b、111c、111dは、互いに異なる中心波長を有するように形成されうる。例えば、第1光源111aは、ほぼ350~450nmの波長帯域に属する中心波長を有し、第2光源111bは、ほぼ450~500nmの波長帯域に属する中心波長を有しうる。また、第3光源111c及び第4光源111dは、それぞれほぼ500~550nm、及びほぼ550~650nmに属する中心波長を有しうる。但し、この例に制限されず、分析物成分の種類、装置100のフォームファクタサイズなど多様な条件によって変形されうる。
センサー110は、光を検出して電気的信号に変換して出力するディテクター112を含みうる。ディテクター112は、1つ以上のフォトダイオード(photo diode)、フォトトランジスタ(photo transistor)などで構成することができる。但し、これに制限されるものではなく、CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)イメージセンサー、CCD(charge-coupled device)イメージセンサーなどで形成されうる。
センサー110は、ディテクター112から出力された電気的な信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換部及び/または電気的な信号を増幅する増幅部を含みうる。
図2を参照すれば、一実施形態のセンサー110構造は、中央に互いに異なる中心波長を有する複数のLED(LED1~LED4)が配され、外郭に複数のフォトダイオード(PD1~PD8)が配置される。但し、これに制限されず、中央に1つ以上のフォトダイオードが配され、その外郭に複数のLED(LED1~LED4)が配されてもよい。この際、フォトダイオード(PD1~PD8)は、2つ以上のフォトダイオードを1つのチャネル(PD1ch~PD4ch)で形成してチャネル単位で駆動することができる。例えば、PD1及びPD2は、PD1ch、PD3及びPD4は、PD2ch、PD5及びPD6は、PD4ch、及びPD7及びPD8は、PD3chで形成されうる。フォトダイオード(PD1~PD8)は、個別的またはチャネル単位で駆動される光源と同期化して駆動される。例えば、LED1とPD1ch、LED2とPD2ch、LED3とPD3ch、LED4とPD4chとが同期化する。
再び図1を参照すれば、プロセッサ120は、センサー110と電気的に連結される。プロセッサ120は、センサー110の駆動条件を設定し、該設定された駆動条件によってセンサー110を制御することができる。この際、駆動条件は、入射光サイズ(例:電流強度)、ゲイン(gain)、露出時間(exposure time)及び絞りサイズ(aperture size)などのパラメータを含みうる。パラメータ値の組み合わせを通じて複数の駆動条件があらかじめ定義され、プロセッサ120は、センサー110駆動時に、複数の駆動条件のうちの1つをセンサー110の駆動条件として設定することができる。複数の駆動条件は、皮膚色相に関係なく普遍的に適用可能に定義された初期駆動条件と、普遍的ヒトの皮膚色相または使用者個人の皮膚色相の変化を考慮して多様に定義された駆動条件を含みうる。
この際、使用者の皮膚は、センサー110が接触する身体部位であって、例えば、皮膚表皮層の厚さが厚い手の平や足の裏、静脈血または毛細血が位置するか、腰骨動脈部に隣接した領域、その他の人体内の血管密度が高い部位である指、足指または耳たぶなど人体の末梢部位、ウェアラブル機器着用時に接触しうる手首、耳の奥などを含みうる。
プロセッサ120は、使用者の分析物の成分濃度推定の要求を受信すると、センサー110を駆動し、センサー110によって取得されたデータを用いて分析物成分の濃度を推定することができる。この際、分析物成分は、皮膚カロテノイド及び/または血中カロテノイドを含む抗酸化成分、グルコース、尿素、乳酸、中性脂肪、総タンパク質、コレステロール及びエタノールなどの成分を含みうるが、これらに制限されるものではない。以下、説明の便宜上、抗酸化成分を例として説明する。
プロセッサ120は、抗酸化成分濃度推定の要求を受信すると、濃度推定前に使用者の皮膚色相の変化を判断し、該判断の結果によって、抗酸化成分濃度推定に適切なセンサー110駆動条件を設定することができる。一般的に、皮膚色は、メラニン分布と関連があり、メラニン成分は、光吸収に影響を及ぼすので、反射光信号品質に影響を及ぼしうる。したがって、使用者の皮膚色の変化を考慮して適切なセンサー駆動条件を設定することにより、センサー110を通じて取得される光信号品質を向上させることができる。
図3Aは、血液の成分による光吸収を説明する図面である。
同図に示したように、血液内のメラニン、ヘモグロビンなどの成分によって相対的に短波長領域(例:ほぼ350~450nm)で光吸収が高いことが分かる。特に、メラニンによる光吸収は、短波長領域であるほど次第に大きくなるので、短波長領域での反射光強度が信号の品質に影響を及ぼしうる。
したがって、プロセッサ120は、センサー110に含まれた複数の光源111a、111b、111c、111dの中から、例えば、ほぼ350~450nmに属した中心波長の第1光源111aを第1駆動条件によって駆動してメラニン濃度と関連した皮膚色相の変化を判断することができる。この際、第1駆動条件は、使用者によってあらかじめ設定可能であり、例えば、前述した初期駆動条件、複数の駆動条件のうち、使用者が設定した基本駆動条件、または直近の推定時点に設定された駆動条件でありうる。
プロセッサ120は、第1光源111aによって皮膚に光が照射され、ディテクター112によって皮膚から散乱または反射した光が検出されれば、該検出された光量に基づいて第1反射度を算出し、該算出された第1反射度に基づいて皮膚色相の変化を判断することができる。例えば、プロセッサ120は、検出された光量を、第1光源111aに対して第1駆動条件であらかじめ測定された初期光量で正規化して(すなわち、初期光量でで除して)、その結果を第1反射度として取得することができる。この際、初期光量は、複数の駆動条件のそれぞれに対して複数の光源111a、111b、111c、111dのそれぞれに対して標準反射体を用いてあらかじめ測定される。例えば、センサー110製作時に、または装置100の最初使用時に測定される。この際、標準反射体は、所定の反射率、例えば、人体皮膚平均反射率(約50%)または最大反射率(約80%)を有する反射体である。
一例として、プロセッサ120は、算出された第1反射度を既定の第1臨界値(例:約7%)と比較して、第1反射度が第1臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、皮膚色相の変化が大きくないと判断して、設定された第1駆動条件(例:駆動電流5mA)を保持することができる。第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、皮膚色相が変化したと判断して、センサー110の駆動条件を第1駆動条件(例:駆動電流5mA)から第2駆動条件(例:駆動電流20mA)に変更することができる。この際、第1反射度が第1臨界値よりも小さな程度によって複数の段階に区分して、各段階に合わせて駆動条件を変更することができる。各駆動条件の駆動電流は、各光源別に異なるように設定しうる。
他の例として、プロセッサ120は、算出された第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、皮膚色が変化したと判断して、第2駆動条件に変更し、そうでなければ、信号飽和(signal saturation)の可能性を判断することができる。プロセッサ120は、複数の光源111a、111b、111c、111dのうち、例えば、相対的に皮膚反射光強度が大きな波長帯域(例:ほぼ450~500nm)に属する中心波長を有する第2光源112bを、第1駆動条件によって駆動し、ディテクターを通じて検出された第2光量を用いて信号飽和有無を判断することができる。例えば、プロセッサ120は、第2光量を、第2光源に対して第1駆動条件で測定された初期光量で正規化して第2反射度を取得することができる。第2反射度が既定の第2臨界値よりも大きければ、信号飽和の可能性があると判断して、センサー110の駆動条件を第3駆動条件(例:駆動電流3mA)に変更することができ、そうでなければ、第1駆動条件を保持することができる。
以上、ほぼ350~450nmに属した中心波長の光源を用いて皮膚色の変化を判断する例を説明したが、これに制限されず、ほぼ350~450nmに属した中心波長の光源がない場合、中心波長がほぼ500~600nmに属した光源を利用することもできる。または、互いに波長帯域、例えば、ほぼ350~450nmとほぼ500~600nmとに属した中心波長を有する複数の光源を用いて皮膚色の変化を判断することができる。例えば、複数の光源から検出された光量の統計値(例:和、平均など)とこれに対応する初期光量の統計値(例:和、平均など)とを用いて前述した第1反射度を算出することができる。
一方、前述した皮膚色の変化によるセンサー駆動条件を設定する処理は、所定の条件を満足する場合に行われる。この際、所定の条件は、装置100を最初使用する場合、使用者の要請がある場合に行われるように設定しうる。または、一定時間測定が行われていない場合、皮膚が太陽に露出された時間が増加して皮膚色の変化可能性があるので、以前に測定した時点から一定時間経過した場合に行われるように設定しうる。この際、性別、年齢、昼夜間及び/または季節などに応じて上記一定時間は異なるように設定しうる。
一方、プロセッサ120は、皮膚色の変化を判断するために第1駆動条件によって第1光源を駆動し、複数のディテクターを通じて検出された複数の光量に基づいてセンサー測定位置を調整するようにガイドすることができる。例えば、複数のディテクターから検出された各光量に基づいてセンサー110が接触する皮膚の全体またはほとんどの領域に皮膚の変化が発生したと判断された場合、前述したように、センサー駆動条件を変更することができる。もし、皮膚の一部領域のみに色相が異なる部分(例:暗い点)が存在するか、変化したと判断されれば、センサー位置を他の位置に変更するようにガイドすることができる。
例えば、プロセッサ120は、複数のディテクターのそれぞれから検出された光量と初期光量とに基づいて、前述したように、ディテクター別に反射度を算出し、各反射度を臨界値と比較することができる。反射度の全数に比べて、臨界値よりも小さな反射度の個数が一定比率以上であれば、皮膚領域全体の色相に変化があると判断することができる。臨界値よりも小さな反射度の個数の比率が反射度の全数に比べて、一定比率またはそれ以上である場合、皮膚の一部領域のみに色相変化があると判断し、臨界値よりも小さな反射度に該当する特定のディテクター/ディテクターチャネルの位置を考慮して測定位置を変更するようにガイドすることができる。
プロセッサ120は、前述した皮膚色の変化判断によって設定された駆動条件、または、皮膚色の変化判断過程が省略された場合、第1駆動条件によってセンサー110に含まれた複数の光源111a、111b、111c、111dを駆動し、ディテクター112を通じて検出された複数の光量に基づいて抗酸化成分濃度を推定することができる。この際、第1駆動条件は、前述したように、初期駆動条件、基本駆動条件または以前に推定した時点に設定された駆動条件である。
図3B、図3C及び図3Dは、吸光スペクトルを取得する例を説明する図面である。図3Bは、互いに異なる中心波長を有する光源111a、111b、111c、111dを用いて測定された光量(a、b、c、d)に基づいて再構築したスペクトルを例示したものであり、図3Cは、標準反射体を用いて各光源111a、111b、111c、111dに対して測定した初期光量に基づいて取得したキャリブレーションスペクトルを例示したものである。図3Dは、図3Bの再構築されたスペクトルを図3Cのキャリブレーションスペクトルに補正して取得された皮膚吸光スペクトルの例である。
例えば、プロセッサ120は、設定された駆動条件によって複数の光源111a、111b、111c、111dが駆動されて複数の光量が検出された場合、該検出された複数の光量に基づいて皮膚スペクトルを再構築し、設定された駆動条件に対応するキャリブレーションスペクトルを用いてランベルト・ベールの法則(Lambert-Beer’s law)に基づいて吸光スペクトルを取得することができる。例えば、センサー110駆動条件が第1駆動条件から第2駆動条件に変更された場合、プロセッサ120は、第2駆動条件によって標準反射体を用いて取得されたキャリブレーションスペクトルを用いて皮膚吸光スペクトルを取得することができる。
プロセッサ120は、皮膚吸光スペクトルが取得された場合、皮膚吸光スペクトルを用いて抗酸化成分濃度を推定することができる。例えば、獲得された吸光度に既定の推定モデルを適用して分析物成分の濃度を推定することができる。この際、推定モデルは、例えば、線形結合式であらかじめ定義されるが、これに制限されるものではない。
図4は、他の実施形態による分析物の成分濃度推定装置のブロック図である。図5は、センサー測定位置をガイドする一実施形態である。
図4を参照すれば、成分濃度推定装置400は、センサー110、プロセッサ120、出力部410、保存部420、及び通信部430を含みうる。センサー110は、複数の光源とディテクターとを含みうる。センサー110とプロセッサ120とについては、前述したので、以下、詳しい説明は省略する。
出力部410は、プロセッサ120によって処理されたデータを出力することができる。例えば、スペクトルデータ、分析物の成分濃度推定の結果、センサー駆動条件などの情報を出力することができる。出力部410は、ディスプレイなどの視覚的出力モジュール、スピーカーなどの音声出力モジュール、または、振動や触感などのハプティックモジュールなどを含みうる。例えば、スペクトルデータ、分析物の成分濃度推定データ、センサー駆動条件に関する情報などを出力することができる。
また、出力部410は、プロセッサ120によって生成されたセンサー測定位置を調整するようにガイドする情報を出力することができる。図5に示したように、本体(MB)のディスプレイ(DP)にセンサー110が接触する皮膚領域511を示すグラフィック客体511、例えば、円状ボックス、四角形ボックス、皮膚イメージなどを出力し、皮膚色が異なる位置を示す客体512、円状箱やイメージを出力することができる。この際、色相変化程度(例:臨界値と反射度との差の程度)によって客体512の色相濃度が異なるように設定することができる。また、センサー位置を移動するように移動方向を示す矢印のような客体513及び/または「矢印の方向にセンサー位置を移動してください」のようにテキストメッセージ514を出力することができる。
保存部420は、成分濃度推定関連データを保存することができる。例えば、使用者の年齢、性別、健康状態のような使用者特性情報、多様なセンサー駆動条件、初期光量、成分推定モデルなどの情報を保存することができる。また、プロセッサ120によって生成された成分濃度推定値などの情報を保存することができる。
保存部420は、フラッシュメモリタイプ(flash memory type)、ハードディスクタイプ(hard disk type)、マルチメディアカードマイクロタイプ(multimedia card micro type)、カードタイプのメモリ(例えば、SDまたはXDメモリなど)、RAM(Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、ROM(Read-Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、PROM(Programmable Read-Only Memory)、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどの記録媒体を含み、これらに制限されるものではない。
通信部430は、外部機器と有線または無線通信連結して成分推定と関連した各種の情報を受信することができる。外部機器は、スマートフォン、タブレットPC、ノート型パソコン及びデスクトップPCなどの情報処理装置などを含むものであって、これらに制限されるものではない。通信部530は、ブルートゥース(bluetooth)(登録商標)通信、BLE(Bluetooth Low Energy)通信、近距離無線通信(Near Field Communication、NFC)、WLAN通信、ジグビー(Zigbee)(登録商標)通信、赤外線(Infrared Data Association、IrDA)通信、WFD(Wi-Fi Direct)通信、UWB(ultra-wideband)通信、Ant+通信、Wi-Fi通信、RFID(Radio Frequency Identification)通信、3G通信、4G通信及び5G通信などを用いて外部機器と通信することができる。しかし、これは、一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
図6は、分析物の成分濃度推定方法のフローチャートである。分析物成分推定方法は、前述した成分濃度推定装置100、400によって行われる。前述したので、以下、簡単に説明する。
図6を参照すれば、成分濃度推定装置100、400は、分析物の成分濃度推定が要求された時に、センサーに含まれた複数の光源のうち、特定の中心波長を有する1つの光源を用いて皮膚色の変化有無を判断し(610)、皮膚色の変化があるとの判断に基づいて成分濃度推定に適したセンサー駆動条件を設定することができる(620)。成分濃度推定装置100、400は、皮膚色の変化がないとの判断に基づいて段階(640)を行うことができる。この際、複数の光源は、互いに異なる中心波長を有するように形成されうる。
成分濃度推定装置100、400は、段階(610)において、または段階(610)以前において、分析物の成分濃度推定が要求された場合、まず、所定の条件を満足するか否かを判断し、所定の条件を満足する場合に、皮膚の変化の有無判断(610)及び皮膚の変化によるセンサー駆動条件を設定することができる(620)。この際、所定の条件は、例えば、装置が最初に使用される場合、既定の周期で、皮膚の変化有無の判断過程を行うように設定しうる。あるいは、所定の条件は、一定時間以上センサーを用いて測定していない場合に、皮膚の変化有無の判断過程を行うように設定しうる。
次いで、皮膚色の変化によって最適のセンサー駆動条件が設定されれば、該設定されたセンサー駆動条件によって複数の光源とディテクターとを駆動して皮膚スペクトルを測定することができる(640)。設定されたセンサー駆動条件によって複数の光源を駆動して検出された各光源に対する光量を用いてスペクトルを再構築し、設定されたセンサー駆動条件によって標準反射体を通じて測定されたキャリブレーションスペクトルに基づいて皮膚吸光度スペクトルを生成することができる。
次いで、皮膚スペクトルを用いて分析物成分の濃度を推定することができる(660)。例えば、各光源に対して取得された吸光度に既定の成分推定モデルを適用して成分濃度を推定することができる。
図7A、図7B、図7Cは、図6のセンサー駆動条件を設定する段階(620)の多様な実施形態である。
図7Aを参照すれば、まず、センサー駆動条件を第1駆動条件として設定することができる(711)。ここで、第1駆動条件は、初期駆動条件、使用者が設定された基本駆動条件、または以前の測定時点に設定されている駆動条件であり、例えば、使用者の設定によって以前の測定時点に設定されている駆動条件を保持するか、初期駆動条件または基本駆動条件として再び設定することができる。
次いで、設定された第1駆動条件によって第1光源を駆動してディテクターを通じて皮膚光量を測定することができる(712)。この際、第1光源は、ほぼ350~450nmに属した中心波長の光源である。但し、これに制限されず、必要に応じて中心波長がほぼ500~600nmに属した光源を利用することもでき、ほぼ350~450nmとほぼ500~600nmとに属した中心波長を有する複数の光源を利用することも可能である。
次いで、段階(712)から測定された光量及び初期光量を用いて皮膚反射度を算出することができる(713)。この際、初期光量は、第1駆動条件によって第1光源を駆動して標準反射体を通じて測定された反射光量である。
次いで、算出された皮膚反射度を臨界値と比較することができる(714)。比較の結果、皮膚反射度が臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、現在設定された第1駆動条件を保持し、小さければ、センサー駆動条件を第2駆動条件に変更することができる(715)。
図7Bを参照すれば、まず、センサー駆動条件を第1駆動条件として設定することができる(721)。第1駆動条件は、初期駆動条件、使用者が設定された基本駆動条件、または以前に測定された時点において設定されている駆動条件である。
次いで、設定された第1駆動条件によって第1光源を駆動してディテクターを通じて第1光量を測定することができる(722)。この際、第1光源は、ほぼ350~450nmに属した中心波長の光源である。但し、これに制限されず、必要に応じて中心波長がほぼ500~600nmに属した光源を利用することもでき、ほぼ350~450nmとほぼ500~600nmとに属した中心波長を有する複数の光源を利用することも可能である。
次いで、段階(722)から測定された第1光量及び第1初期光量を用いて第1反射度を算出することができる(723)。この際、第1初期光量は、第1駆動条件によって第1光源を駆動して標準反射体を通じて測定された反射光量である。
次いで、算出された皮膚反射度(第1反射度)を臨界値(第1臨界値)と比較することができる(724)。比較の結果、第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、センサー駆動条件を第2駆動条件に変更することができる(728)。比較の結果、第1反射度が臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、第2光源を駆動して第2光量を測定することができる(725)。この際、第2光源は、450~500nmの波長帯域に属した中心波長を有する光源である。
次いで、測定された第2光量及び第2初期光量を用いて第2反射度を測定することができる(726)。この際、第2初期光量は、第1駆動条件によって第2光源を駆動して標準反射体を通じて測定された反射光量である。
次いで、第2反射度を第2臨界値と比較して(727)、第2反射度が第2臨界値よりも小さいか、それと同じであれば、現在の第1駆動条件を保持し、第2臨界値よりも大きければ、センサー駆動条件を第3駆動条件に変更することができる(729)。
図7Cを参照すれば、センサー駆動条件を第1駆動条件として設定することができる(731)。
次いで、第1駆動条件によって第1光源を駆動し、複数のディテクターを通じて複数の皮膚光量を測定することができる(732)。
次いで、段階(732)から測定された各ディテクター別の光量及び初期光量を用いて各ディテクター別に皮膚反射度を算出することができる(733)。
次いで、各ディテクター別に算出された皮膚反射度を臨界値と比較し、臨界値よりも小さな反射度が存在するかを決定することができる(734)。比較の結果、あらゆる反射度が臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、現在の設定された第1駆動条件を保持することができる。
比較の結果、臨界値よりも小さな反射度が存在すれば、反射度の全数に比べて、臨界値よりも小さな反射度の個数が一定比率以上であるかを決定し(735)、一定比率以上ではなければ、皮膚の一部領域のみに色相変化があると判断してセンサーの測定位置を変更するようにガイドすることができる(736)。もし、一定比率以上であれば、センサーが接触する皮膚領域の全体で皮膚色の変化が発生したと判断してセンサー駆動条件を第2駆動条件に変更することができる(737)。
このように、本実施形態に係る成分濃度推定装置100、400は、互いに異なる中心波長を有する複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいてセンサーの駆動条件を設定する。そして、成分濃度推定装置100、400は、設定された駆動条件によって上記複数の光源を駆動して、1つ以上のディテクターを通じて皮膚から検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定する。これにより、使用者の身体内の抗酸化成分の量を容易に確認することができる。
図8、図9及び図10は、成分濃度推定装置100、400を含む電子装置の多様な構造を例示的に示す図面である。
電子装置は、例えば、スマートウォッチ、スマートバンド、スマートメガネ、スマートイヤホン、スマートリング、スマートパッチ、スマートネックレスタイプのウェアラブル機器、及びスマートフォン、タブレットPCなどのモバイル機器、または家電機器やモノのインターネット(Internet of Things)を基盤とする多様なIoT機器(例:ホームIoT機器など)である。
電子装置は、センサー装置、プロセッサ、入力装置、通信モジュール、カメラモジュール、出力装置、保存装置、及び電力管理モジュールを含みうる。電子装置の構成は、特定の機器に一体に搭載されるか、2つ以上の機器に分散搭載される。センサー装置は、成分濃度推定装置100、400のセンサー110を含み、その他にジャイロセンサー、GPS(Global Positioning System)などの追加的なセンサーを含みうる。
プロセッサは、保存装置に保存されたプログラムなどを実行してプロセッサに連結された構成要素を制御することができ、これを通じて分析物の成分濃度推定を含む多様なデータ処理または演算を行うことができる。プロセッサは、中央処理装置及びアプリケーションプロセッサのようなメインプロセッサ、及びこれと独立して、または共に運用可能な補助プロセッサ、例えば、グラフィック処理装置、イメージシグナルプロセッサ、センサーハブプロセッサ、コミュニケーションプロセッサなどを含みうる。
入力装置は、電子装置の各構成要素に使われる命令及び/またはデータを使用者などから受信することができる。入力装置は、マイク、マウス、キーボード、及び/またはデジタルペン(スタイラスペンなど)を含みうる。
通信モジュールは、電子装置とネットワーク環境内にある他の電子装置やサーバまたはセンサー装置との間の直接(有線)通信チャネル及び/または無線通信チャネルの確立、及び確立された通信チャネルを通じた通信遂行を支援することができる。通信モジュールは、プロセッサと独立して運用され、直接通信及び/または無線通信を支援する1つ以上のコミュニケーションプロセッサを含みうる。通信モジュールは、例えば、セルラー通信モジュール、近距離無線通信モジュール、GNSS(Global Navigation Satellite Systemなど)通信モジュールなどの無線通信モジュール、及び/または、例えば、LAN(Local Area Network)通信モジュール、電力線通信モジュールなどの有線通信モジュールを含みうる。このように多様な種類の通信モジュールは、単一チップなどで統合されるか、互いに別途の複数チップとして具現可能である。無線通信モジュールは、加入者識別モジュールに保存された加入者情報(例:国際モバイル加入者識別子(IMSI)など)を用いて通信ネットワーク内で電子装置を確認及び認証することができる。
カメラモジュールは、静止画像及び動画を撮影することができる。カメラモジュールは、1つ以上のレンズを含むレンズアセンブリー、イメージセンサー、イメージシグナルプロセッサ、及び/またはフラッシュを含みうる。カメラモジュールに含まれたレンズアセンブリーは、イメージ撮影の対象である被写体からの放出光を収集することができる。
出力装置は、電子装置によって生成されるか、処理されたデータを視覚的/非視覚的な方式で出力することができる。出力装置は、音響出力装置、表示装置、オーディオモジュール及び/またはハプティックモジュールを含みうる。
音響出力装置は、音響信号を電子装置の外部に出力することができる。音響出力装置は、スピーカー及び/またはレシーバーを含みうる。スピーカーは、マルチメディア再生または録音再生のように一般的な用途として使われ、レシーバーは、着信電話を受信するために使われる。レシーバーは、スピーカーの一部として結合されているか、または独立した別途の装置として具現可能である。
表示装置は、電子装置の外部に情報を視覚的に提供することができる。表示装置は、ディスプレイ、ホログラム装置、またはプロジェクター及び当該装置を制御するための制御回路を含みうる。表示装置は、タッチを感知するように設定されたタッチ回路(Touch Circuitry)及び/またはタッチによって発生する力の強度を測定するように設定されたセンサー回路(圧力センサーなど)を含みうる。
オーディオモジュールは、音を電気信号に変換させるか、逆に電気信号を音に変換させることができる。オーディオモジュールは、入力装置を通じて音を取得するか、音響出力装置及び/または電子装置と直接または無線で連結された他の電子装置のスピーカー及び/またはヘッドホンを通じて音を出力することができる。
ハプティックモジュールは、電気的信号を使用者が触覚または運動感覚を通じて認知することができる機械的な刺激(振動、動きなど)または電気的な刺激に変換することができる。ハプティックモジュールは、モータ、圧電素子、及び/または電気刺激装置を含みうる。
保存装置は、センサー装置の駆動のために必要な駆動条件、及びその他の電子装置の構成要素が必要とする多様なデータ、例えば、ソフトウェア及びこれと関連した命令に対する入力データ及び/または出力データなどを保存することができる。保存装置は、揮発性メモリ及び/または不揮発性メモリを含みうる。
電力管理モジュールは、電子装置に供給される電力を管理することができる。電力管理モジュールは、PMIC(Power Management Integrated Circuit)の一部として具現可能である。電力管理モジュールは、バッテリを含み、バッテリは、再充電不可能な1次電池、再充電可能な2次電池及び/または燃料電池を含みうる。
図8を参照すれば、電子装置は、時計タイプのウェアラブル機器800として具現され、本体と手首ストラップとを含みうる。本体の前面には、ディスプレイが設けられて、分析物の成分濃度推定値、警告情報、時間情報、受信メッセージ情報などを含む多様なアプリケーション画面が表示される。本体の裏面にセンサー装置510が配置される。ウェアラブル機器800が分析物成分の濃度を推定する時、まず、皮膚色の変化有無を判断してセンサー駆動条件を再び設定する動作を基本的に行うか、使用者の身体(例えば、手首)に着用されていない時間、季節、昼夜間有無などに基づいて既定の条件を確認し、条件を満足する場合、センサー駆動条件を再び設定する処理を行うことができる。上記条件は、抗酸化成分推定前、本体が使用者の身体に着用されていない時間、週間未着用時間、及び四季のうちの一季以上に基づいてあらかじめ設定されうる。
図9を参照すれば、電子装置は、スマートフォン(Smart Phone)のようなモバイル装置900として具現可能である。モバイル装置900は、ハウジング及びディスプレイパネルを含みうる。ハウジングは、モバイル装置900の外観を形成しうる。ハウジングの第1面には、ディスプレイパネル及びカバーグラス(Cover Glass)が順に配され、ディスプレイパネルは、カバーグラスを通じて外部に露出される。ハウジングの第2面には、センサー装置910、カメラモジュール、及び/または赤外線センサーライトが配置される。ハウジングの内部には、プロセッサ及びその他の多様な構成が配置される。
図10を参照すれば、電子装置は、イヤ(Ear)ウェアラブル装置1000としても具現可能である。イヤウェアラブル装置1000は、本体とイヤストラップ(Ear Strap)とを含みうる。使用者は、イヤストラップを耳殻に引っ掛けて着用することができる。イヤストラップは、イヤウェアラブル装置1000の形態によって省略可能である。本体は、使用者の外耳道(External Auditory Meatus)に挿入される。本体の皮膚接触部位にセンサー装置1010が配置される。また、本体にプロセッサ、通信装置などが配置される。プロセッサは、センサー装置1010を通じて測定された光に基づいて前述したように成分濃度を推定し、該推定の結果を、通信装置を通じて他の電子装置に伝送しうる。または、センサー装置1010を通じて測定された光データを他の電子装置に伝送して、他の電子装置によって成分濃度を推定させうる。
一方、本実施形態は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取れるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。
コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ROM、RAM、CD-ROM、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ保存装置などがあり、また、キャリアウェーブ(例えば、インターネットを介した伝送)の形態で具現するものを含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータで読み取り可能なコードとして保存されて実行可能である。そして、本実施形態を具現するための機能的な(functional)プログラム、コード及びコードセグメントは、当該技術分野のプログラマーによって容易に推論される。
当業者ならば、開示された技術的思想や必須的な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。したがって、前述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解せねばならない。

Claims (20)

  1. 互いに異なる中心波長を有する複数の光源、及び光を検出する1つ以上のディテクターを含むセンサーと、
    前記複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいて前記センサーの駆動条件を設定し、該設定された駆動条件によって前記複数の光源を駆動して、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定するプロセッサと、
    を含む、成分濃度推定装置。
  2. 前記複数の光源のうちの第1光源は、
    ほぼ350~450nmである第1帯域、またはほぼ500~600nmである第2帯域に属する中心波長を有する、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  3. 前記プロセッサは、
    前記センサーを第1駆動条件として設定し、第1駆動条件に基づいて前記第1光源を駆動し、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第1光量に基づいて前記第1反射度を決定し、該決定された第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、第2駆動条件に変更する、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  4. 前記プロセッサは、
    初期光量、及び前記第1光量に基づいて前記第1反射度を決定し、
    前記初期光量は、第1光源を用いて前記第1駆動条件に基づいて標準反射体から検出される、請求項3に記載の成分濃度推定装置。
  5. 前記プロセッサは、
    前記第1光量を前記初期光量で除した結果を前記第1反射度として決定する、請求項4に記載の成分濃度推定装置。
  6. 前記プロセッサは、
    前記第1反射度が第1臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、前記複数の光源のうちの第2光源を駆動し、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第2光量に基づいて第2反射度を決定し、該決定された第2反射度が第2臨界値よりも大きければ、第3駆動条件に変更する、請求項3に記載の成分濃度推定装置。
  7. 前記複数の光源のうちの第2光源は、
    ほぼ450~500nmの帯域に属する中心波長を有する、請求項6に記載の成分濃度推定装置。
  8. 前記プロセッサは、
    前記検出された複数の光量に基づいて皮膚スペクトルを取得し、該取得された皮膚スペクトルを用いて吸光度を決定し、該決定された吸光度に基づいて前記分析物成分の濃度を推定する、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  9. 前記プロセッサは、
    既定の条件を満足する場合、前記センサーの駆動条件を決定する処理を行う、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  10. 前記センサーの駆動条件は、
    前記複数の光源の駆動電流を含む、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  11. 前記プロセッサは、
    前記センサーを第1駆動条件として設定し、第1駆動条件によって前記第1光源を駆動し、前記1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された複数の光量に基づいて複数の反射度を決定し、該決定された複数の反射度に基づいて前記センサーの位置を変更するようにガイドする、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  12. 前記分析物成分は、
    皮膚カロテノイド、血中カロテノイド、グルコース、尿素、乳酸、中性脂肪、総タンパク質、コレステロール及びエタノールのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の成分濃度推定装置。
  13. センサーに含まれた互いに異なる中心波長を有する複数の光源のうち、第1光源を用いて皮膚の第1反射度を決定し、該決定された第1反射度に基づいてセンサーの駆動条件を設定する段階と、
    前記設定された駆動条件によって前記複数の光源を駆動する段階と、
    前記センサーに含まれた1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された複数の光量に基づいて分析物成分の濃度を推定する段階と、
    を含む、成分濃度推定方法。
  14. 前記複数の光源のうちの第1光源は、
    ほぼ350~450nmの第1帯域、またはほぼ500~600nmの第2帯域に属する中心波長を有する、請求項13に記載の成分濃度推定方法。
  15. 前記センサーの駆動条件を設定する段階は、
    前記センサーを第1駆動条件として設定する段階と、
    前記第1駆動条件によって前記第1光源を駆動する段階と、
    1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第1光量に基づいて前記第1反射度を決定する段階と、
    前記決定された第1反射度が第1臨界値よりも小さければ、第2駆動条件に変更する段階と、
    を含む、請求項13に記載の成分濃度推定方法。
  16. 前記第1反射度を決定する段階は、
    初期光量、及び前記第1光量に基づいて前記第1反射度を決定することを含み、
    前記初期光量は、前記第1光源を用いて前記第1駆動条件によって標準反射体から検出される、請求項15に記載の成分濃度推定方法。
  17. 前記センサーの駆動条件を設定する段階は、
    前記第1反射度が第1臨界値よりも大きいか、それと同じであれば、前記複数の光源のうち、第2光源を駆動する段階と、
    1つ以上のディテクターを通じて前記皮膚から検出された第2光量に基づいて第2反射度を決定する段階と、
    前記第2反射度が第2臨界値よりも大きければ、第3駆動条件に変更する段階と、
    をさらに含む、請求項15に記載の成分濃度推定方法。
  18. 前記分析物成分の濃度を推定する段階は、
    前記検出された複数の光量に基づいて皮膚スペクトルを取得する段階と、
    前記取得された皮膚スペクトルを用いて吸光度を決定する段階と、
    前記決定された吸光度に基づいて前記分析物成分の濃度を推定する段階と、
    を含む、請求項13に記載の成分濃度推定方法。
  19. 使用者の身体に着用される本体と、
    互いに異なる中心波長を有する複数の光源と、前記使用者の身体皮膚から光を検出するディテクターと、を含むセンサーと、
    前記センサーの駆動条件によって前記複数の光源を駆動し、前記ディテクターを通じて検出された光に基づいて抗酸化成分濃度を推定するが、
    既定の条件を満足する場合、前記複数の光源のうち、所定の中心波長の光源を用いて前記身体皮膚の色相の変化有無を決定し、前記決定に基づいて前記センサーの駆動条件を設定するプロセッサと、
    を含む、ウェアラブル機器。
  20. 前記条件は、
    抗酸化成分推定前、前記本体が使用者の身体に着用されていない時間、週間未着用時間、及び四季のうちの一季以上に基づいてあらかじめ設定される、請求項19に記載のウェアラブル機器。
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