KR101726613B1

KR101726613B1 - 생체 신호를 측정하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101726613B1
Application number: KR1020160052204A
Authority: KR
Inventors: 조한희; 박호동; 조성필; 송미혜; 신재연
Original assignee: 조한희; 박호동
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-04-13

Abstract

사용자의 생체 신호를 측정하는 장치는 데이터를 시각적으로 표시하는 디스플레이, 디스플레이의 상부에 형성되고, 사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 패널, 터치 패널의 상부에 형성되고, 디스플레이 및 터치 패널을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층, 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극 및 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 사용자의 생체 신호를 측정하는 측정부를 포함하고, 복수의 전극은, 금속성 소재의 제 1 전극 및 투명층의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극을 포함할 수 있다.

Description

생체 신호를 측정하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD for measuring bio signal}

본원은 생체 신호를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

심전계는 심장 근육 활동으로 발생하는 기전력을 신체 표면에서의 2점 간의 전위차로 검출하여 증폭한 뒤, 기록지에 파형으로 표시하도록 한 장치로 일반적으로 심장과 신체의 말단 부위인 양팔과 양다리에서 발생하는 전위차를 기록한 미세한 파형을 분석하여 심장 질환에 대한 진단을 내리기 위한 용도로 사용된다. 심전계는 병원이나 의료기관에서 사용하는 심전계와 가정이나 일상생활 중에도 사용이 가능한 휴대형 심전계 및 착용형 심전계 증이 있으며, 최근에는 스마트폰에 연결하여 측정 가능한 심전계도 개발되었다.

심전계는 일반적으로 신체 표면에 부착하는 전극, 리드선, 본체 및 출력장치로 구성되며, 본체는 심전도 신호를 처리 및 분석하기 위한 연산 장치 및 심전계를 동작하기 위한 동작 모듈을 포함하고 잇다. 병원용 심전계는 피검출자의 사지 및 흉부, 신체 표면에 전극을 부착하고, 리드선을 통해 본체와 연결하여 심전도 신호를 측정하며, 의사 등의 전문가들이 출력 장치를 통해 표시되거나 인쇄되는 심전도 신호를 해석하여 심장 질환에 대한 진단에 사용할 수 잇다.

한편, 휴대나 착용이 가능한 심전계는 일반적으로 병원용 심전계를 소형화하거나 전극과 리드선을 본체와 일체화하여, 본체 표면에 2개 내지 3개의 금속 전극을 배치하고, 한 손으로 본체 전극에 접촉하고, 다른 전극을 흉부 표면에 접촉하여 사용할 수 있다.

하지만, 이러한 심전계는 장치의 외면에 신체 표면이 접촉하기 쉽도록 복수개의 전극을 배치할 필요가 있고, 전극을 배치할 공간을 장치의 외면에 확보해야 하는 이유로, 심전계를 소형화하는데 어려움이 따른다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10--1270089호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 생체 신호를 검출하는 장치의 사용의 편리성을 향상시키고, 장치를 소형화하며, 전극을 배치할 공간을 확보해야 하는 이유에서 생기는 디자인적 한계성을 극복할 수 있는 생체 신호 측정 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본원은 생체 신호 측정을 위한 직관적인 그래픽 콘텐츠를 디스플레이에 표시하고, 디스플레이에 직접 손가락을 접촉시키는 것만으로도 심전도 측정이 가능한 생체 신호 측정 장치를 제공하고자 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 사용자의 생체 신호를 측정하는 장치는, 데이터를 시작적으로 표시하는 디스플레이, 디스플레이의 상부에 형성되고, 사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 패널, 터치 패널의 상부에 형성되고, 디스플레이 및 터치 패널을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층, 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극, 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 사용자의 생체 신호를 측정하는 측정부를 포함하고, 복수의 전극은 금속성 소대의 제 1 전극 및 투명층의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극을 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 일 예에 따르면, 광 신호를 발생시키고, 광 신호에 대응하는 반사 광 신호를 수신하는 광학 센서를 더 포함하되, 측정부는 광 신호 및 반사 광 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다.

또한, 본 실시예의 일 예에 따르면, 광학 센서는 투명층의 하부에 형성되고, 디스플레이 및 터치 패널의 일 끝단에 위치할 수 있다.

또한, 본 실시예의 일 예에 따르면, 측정부는 제 2 전극에 사용자의 신체의 일부가 기준 시간 이상 접촉하고 있는 경우, 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다.

또한, 본 실시예의 일 예에 따르면, 측정부는 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나에 사용자의 신체가 접촉된 정도를 판단하고, 사용자의 신체 접촉 정도가 소정 접촉 범위를 벗어나는 경우, 알림 데이터를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 일 예에 따르면, 디스플레이는 제 2 전극 상에 사용자의 신체 접촉을 유도하는 그래픽 콘텐츠를 표시할 수 있다.

또한 본 실시예의 일 예에 따르면, 생체 신호는 ECG(Electrocardiogram)신호이고, 제 2 생체 신호는 PPG(Photo-plethysmography) 신호일 수 있다.

또한 본 실시예의 일 예에 따르면, 제 1 전극은 사용자의 손목의 일부에 접촉되고, 제 2 전극은 사용자의 손가락의 일부에 접촉될 수 있다.

또한 본 실시예의 일 예에 따르면, 측정부는 터치 패널을 통해 사용자의 신체가 제 2 전극에 기 결정된 시간 이상 접촉하고 있다고 판단 한 경우, 생체 신호를 측정할 수 있다.

또한 본 실시예의 일 예에 따르면, 측정부는 생체 신호를 측정하기 위한 시간 간격 내에 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다.

또한 본 실시예의 일 예에 따르면, 사용자의 생체 신호를 측정하는 방법에 있어서, 디스플레이를 통해 데이터를 시각적으로 표시하는 단계, 디스플레이의 상부에 형성된 터치 패널을 통해 사용자의 터치 입력을 감지하되, 터치 입력은 터치 패널의 상부에 형성되고, 디스플레이 및 터치 패널을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층과, 사용자 사이의 터치에 의한 입력인 것인, 단계, 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 사용자의 생체 신호를 측정하는 단계를 포함하되, 복수의 전극은 금속성 소재의 제 1 전극, 투명층의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극을 포함할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 생체 신호를 검출하는 장치의 사용의 편리성을 향상시키고, 장치를 소형화하며, 전극을 배치할 공간을 확보해야하는 이유에서 생기는 디자인적 한계성을 극복할 수 있고, 신체를 접촉할 부분에 가이드 인터페이스를 표시하여 사용자가 직관적으로 신체를 접촉할 수 있도록 유도할 수 있고, 한 번의 신체 접촉으로 다양한 생체 신호를 측정할 수 있는 생체 신호 측정 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본원은 생체 신호 측정을 위한 직관적인 그래픽 콘텐츠를 디스플레이에 표시하고, 디스플레이에 직접 손가락을 접촉시키는 것만으로도 심전도 측정이 가능한 생체 신호 측정 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호를 측정하는 시스템을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치에서 각 모듈간의 계층을 나타내는 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 그래픽 콘텐츠를 나타내는 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치에 의해 생체 신호를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호를 측정하는 시스템을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 1을 참조하면, 생체 신호를 측정하는 시스템은 사용자의 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정 장치(100), 다른 전자 장치들(미도시) 및 네트워크를 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)를 통해 측정되는 생체 신호는 ECG (Electrocardiogram) 신호 및 PPG (photo-plethysmography) 신호 중 하나 이상이 될 수 있다.

ECG 신호는 심전도 또는 심전도 신호라 하며, 심장의 전기적 활동을 분석하여 파장 형태로 기록한 것을 말한다. 좀 더 상세히 말하면, 심장의 특수흥분전도시스템(special excitatory & conductive system)에 의해 발생되는 활동 전위(action potential)의 벡터 합으로 구성된 파형이다. 즉, 심장의 각 구성요소인 동방결절(SA node, sinoatrial node), 방실결절(AV node, atrioventricular node), 히스속(His bundle), 히스속 가지(bundle branch), 퍼킨스 섬유(furkinje fibers) 등에서 발생되는 활동 전위의 벡터 합 신호를 체외에 접촉된 전극으로부터 측정한 신호이다. 심전도를 측정할 때, 두 개 이상의 전극이 사용되며, 전극들은 쌍을 이루게 된다.

PPG신호는 광용적맥파라 하며, 심장박동에 따라 혈관 내의 혈액량의 변화를 빛의 흡수, 반사, 산란을 이용하여 측정하는 신호로서 심실 수축기 동안 박출된 혈액이 말초혈관까지 전달될 때 말초혈관 에서 측정되는 맥파 신호를 의미한다. 예를 들면, 손 끝이나 발끝과 같이 말초혈관이 분포된 위치에 맥파 신호를 측정할 수 있는 광 센서 모듈을 부착한 후, 말초혈관의 용적 변화인 혈류량 변화 양상을 광량 변화로 변환시켜 측정할 수 있다. 즉, PPG 신호는 광 센서 모듈의 발광부에서 발생한 적색 광을 인체에 조사한 다음 인체에서 반사되어 수광부에 수광되는 광의 광량 변화를 관찰하여 측정될 수 있는 것이다.

상기된 ECG 신호, 심전도 또는 심전도 신호는 혼용되어 사용되더라도 각각이 다른 것을 의미하는 것이 아니며 혼용되어 사용될 수 있다. 또한, PPG 신호, 광혈류맥파 및 광용적맥파 또한 혼용되어 사용될 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100) 및 다른 전자 장치들(미도시)은 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC (desktop PC), 랩탑 PC(laptop PC), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치(headmounted-device(HMD)), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 스마트 미러, 또는 스마트 와치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다른 전자 장치들(미도시)은 생체 신호 측정 장치(100)와 네트워크를 통해 상호 연결되어, 생체 신호 측정 장치(100)에서 측정된 생체 신호를 수신하고, 수신된 생체 신호에 기초하여 각종 진단 또는 치료 등에 도움을 줄 수 있는 정보를 생성하거나 관리할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 측정 장치(100)에서 측정된 생체 신호는 사용자의 모바일 디바이스로 전송되고, 모바일 디바이스는 사용자의 생체 신호를 일별, 월별 등 다양한 형태로 누적하여 표시함으로써, 사용자의 건강에 도움을 줄 수 있는 정보를 생성할 수 있다. 다른 예에서, 생체 신호 측정 장치(100)에서 측정된 생체 신호는 원격지에 위치한 병원의 서버로 전송되고, 전송된 생체 신호를 병원에서 확인하여 부정맥이나 협심증 등의 병을 진단하거나 치료에 도움이 되는 전문적인 정보를 생성할 수도 있다. 다만, 앞서 설명된 실시예는 본원의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과하므로 이에 한정되어 본원 발명이 한정되는 것은 아니다.

네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 무선 통신 및 유선 통신을 포함할 수 있다. 상기 무선 통신은, 예를 들면 셀룰러 통신 프로토콜로서, 예를 들면 LTE, LTE-A, CDMA, WCDMA, UMTS, WiBro, 또는 GSM 등 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한 상기 무선 통신은, 예를 들면, 근거리 통신을 포함 할 수 있다. 상기 근거리 통신은, 예를 들면, Wi-Fi, Bluetooth, NFC(near field communication), 또는 GPS(global positioning system) 등 중 적어도 하나를 포함 할 수 있다. 상기 유선 통신은, 예를 들면, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard 232), 또는 POTS(plain old telephone service) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크(300)는 통신 네트워크 (telecommunications network), 예를 들면, 컴퓨터 네트워크(computer network)(예: LAN 또는 WAN), 인터넷(Internet), 또는 전화망(telephone network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

사용자의 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정 장치(100)의 동작은 후술되는 도 2를 통해 자세히 설명된다.

도 2는 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)를 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 디스플레이(101), 터치 패널(102), 투명층(103), 제 1 전극(104), 제 2 전극(105) 및 측정부(106)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 생체 신호 측정 장치(100)의 구성은 본 발명의 하나의 구현 예에 불과하며, 여러 가지 변형이 가능하다.

디스플레이(101)는 데이터를 시각적으로 표시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(101)는 액정 표시 화면을 가지는 액정 디스플레이로써, 시각적으로 표시되는 다양한 정보를 액정 표시 화면에 표시할 수 있다. 이러한 디스플레이(101)는 CRT(Cathode-Ray Tube) 디스플레이, PDP(Plasma Display Pane) 디스플레이, 양자점(Quantum Dot) 디스플레이, VFD(Vacuum Fluorescent Display) 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이, LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, PMOLED(Passive-Matrix Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, AMOLED(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode) 등이 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

터치 패널(102)은 디스플레이(101)의 상부에 형성되고, 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있다. 터치 패널은 디스플레이(101)에 표시되는 화면 또는 정보를 사용자의 손가락 또는 별도의 입력 기기로 터치하여 조작할 수 있다. 일반적으로 터치 패널은 감압식 터치 패널, 정전식 터치 패널 및 적외선식 터치 패널로 구분될 수 있다. 감압식 터치 패널은 물리적인 압력을 감지하여 터치를 판정하는 방식이고, 정전식 터치 패널은 전기 신호의 변화를 이용하여 터치를 판정하는 방식일 수 있다. 한편, 정전식 터치 패널은 표면 정전 용량식(SCAP, Surface Capacitive)과 투영 정전 용량식(PCAP, Projective Capacitive)으로 구분될 수 있다.

예를 들어, 터치 패널(102)은 디스플레이(101)의 상부에 형성되어, 디스플레이(101)의 대부분의 영역을 덮을 수 있고, 사용자의 손가락 등이 접촉하는 경우, 접촉 위치 정보를 검출할 수 있다.

투명층(103)은 터치 패널(102)의 상부에 형성되고, 디스플레이(101) 및 터치 패널(102)을 보호하기 위한 투명 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명층(103)은 디스플레이(101) 및 터치 패널(102)을 보호하기 위해 생체 신호 측정 장치(100)의 상면부에 위치할 수 있다. 좀 더 상세한 예로, 투명층(103)은 스마트폰, 태블릿 PC 또는 웨어러블 디바이스 등의 이동 단말기의 디스플레이 표면을 보호하기 위해 강화유리 또는 투명 플라스틱 소재로 형성될 수 있으며, 커버 윈도우로서 사용될 수 있다. 또한, 이러한 커버 윈도우는 디스플레이(101) 및 터치 패널(102)의 상부에 형성될 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 생체 신호를 측정하기 위해 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 손목 부위에 착용 가능한 시계 장치의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(104)은 금속성 소재를 가지며 사용자의 손목의 일부에 접촉될 수 있으며, 제 2 전극(105)은 투명층(103)의 상부에 전도성 도료로 박막되어, 사용자의 손가락의 일부에 접촉될 수 있다.

다시 말해, 제 1 전극(104)은 생체 신호 측정 장치(100)를 사용자의 손목에 착용하는 경우, 장치의 외면 하부에 사용자의 손목 일부에 접촉이 용이하도록 배치될 수 있다. 한편, 제 2 전극(105)은 투명층(103)의 상부, 일반적으로 터치스크린 또는 디스플레이 패널의 상면부에 전도성을 갖는 전도성 도료를 도파하여 전도성 도료가 박막된 전극으로 사용할 수 있다. 이 때, 전도성 도료는 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide:산화인듐주석)계, 산화아연계, 산화주석계, 산화티탄계 및 마그네슘기 비산화물계의 투명한 전도성 도료 또는 투명 전도성 수지가 될 수 있다. 다만, 전도성 도료가 앞서 설명된 것들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 전극 중 하나를 터치스크린 또는 디스플레이 패널로 사용할 수 있어, 장치의 외면에 배치되는 전극의 수를 감소시키고, 특히, 제 2 전극(105)이 차지하는 공간을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 일반적으로 장치의 외면에 전극이 배치되어 전극 부분이 장치의 외면에서 돌출하는 디자인적 한계를 극복할 수 있다.

측정부(106)는 복수의 전극(104 내지 105) 간의 전기적 신호의 차이로부터 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 측정되는 생체 신호는 심전도 신호가 될 수 있다. 예를 들어, 측정부(106)는 제 1 전극(104) 및 제 2 전극(105)간의 차동 전압을 측정함으로써 생체 신호를 측정할 수 있다. 일반적으로 전압을 측정하는데 있어서, 전기 회로 내의 서로 다른 포인트 단의 차동 전압을 파악하여 전압을 측정할 수 있다.

좀 더 상세히 말하면, 제 1 전극(104) 및 제 2 전극(105)을 통해 측정되는 전위 중 한쪽의 전위가 다른 쪽의 전위보다 높거나 낮은 경우, 두 전극 사이에 전류가 흐르게 된다. 즉, 제 1 전극(104) 및 제 2 전극(105) 중 어느 한쪽의 전극만 신체에 접촉되거나 양쪽 전극 모두 신체에 접촉되지 않는 경우, 두 전극 사이의 회로는 열린 회로가 되어 전류가 흐르지 않게 된다. 제 1 전극(104) 및 제 2 전극(105) 모두 신체에 접촉하면 신체가 도선의 역할을 상대적으로 전위가 높은 전극으로부터 상대적으로 전위가 낮은 전극으로 전류가 흐르게 된다. 이 경우, 측정부(106)는 신체를 통해 형성되는 전기적 신호를 생체 신호로 측정할 수 있다. 측정부(106)는 측정되는 전기적 신호를 그대로 이용하거나, 두 전극으로부터 입력되는 신호의 차에 비례하여 증폭하거나, 소정 임계치 범위 내에서 변환하는 방식으로 생체 신호를 측정하도록 할 수 있다. 또한, 측정부(106)는 제 1 전극(104) 및 제 2 전극(105)에서 입력되는 전기적 신호가 주파수, 진폭은 같으나 위상이 반대로 입력되도록 구성할 수도 있다.

측정부(106)는 제 2 전극(105)에 사용자의 신체의 일부가 기준 시간 이상 접촉하고 있는 경우, 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 한편, 측정부(106)는 제 1 전극 및 제 2 전극(105)에 사용자의 신체의 일부가 접촉되는 정도를 판단하여, 사용자의 생체 신호를 측정할 수도 있으며, 사용자의 신체 접촉 정도가 소정 접촉 범위를 벗어나는 경우, 알림 데이터를 발생시킬 수 있다.

일 예로, 사용자의 신체와의 접촉에 의한 전기적 신호는 전극과 신체의 접촉 정도에 따라 달라질 수 있다. 즉, 전극에 신체가 강하게 접촉하면 높은 전기적 신호가 측정되고, 약하게 접촉되면 약한 전기적 신호가 측정될 수 있으며, 측정부(106)는 접촉되는 정도 또는 시간에 따라 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다.

다시 말해, 측정부(106)는 제 1 전극(104)에 사용자의 손목의 일부와 접촉되는 정도 또는 제 2 전극(105)에 사용자의 손가락의 일부와 접촉되는 정도에 따라 측정되는 전기적 신호가 소정 임계치를 벗어나거나, 기준 시간 이상 측정되지 않는 경우, 알림 데이터를 생성할 수 있다. 생성되는 알림 데이터는 디스플레이(101)를 문자 또는 그림 등의 다양한 형태로 사용자에게 표시될 수 있으며, 음성 및 효과음 등 음향적인 정보로 사용자에게 재생될 수도 있다. 좀 더 상세히 말하면, 사용자가 사용자의 손가락을 제 2 전극(105)에 약하게 접촉하거나, 잘못된 위치에 접촉하거나 또는 기준 시간 미만으로 접촉하는 경우, 측정부(106)에서 생성된 알림 데이터에 기초하여 디스플레이(101)에 안내 메시지를 표시하고, 음성으로 사용자에게 알려, 손가락을 제 2 전극(105)에 다시 접촉하도록 알려줄 수 있다.

또한, 측정부(106)는 제 2 전극(105)에 사용자의 손가락의 일부와 접촉되는 정도에 따라 사용자의 손가락이 제 2 전극(105)의 전부 위치 또는 일부 위치에 제대로 위치하였는지 여부를 판단하고, 판단 결과 사용자의 손가락 영역의 전부 또는 일부가 제 2 전극(105)의 전부 위치 또는 일부 위치를 벗어나는 경우, 알림 데이터를 생성할 수 있다. 생성되는 알림 데이터는 디스플레이(101)를 문자 또는 그림 등의 다양한 형태로 사용자에게 표시될 수 있으며, 음성 및 효과음 등 음향적인 정보로 사용자에게 재생될 수도 있다. 또한, 측정부(106)는 터치 패널(103)을 통해 사용자의 손가락이 제 2 전극(105)의 전부 위치 또는 일부 위치에 제대로 위치하였는지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 측정부(106)는 사용자에게 제공되는 그래픽 콘텐츠의 위치를 예를 들어, 화소(픽셀)의 위치로 파악하거나, 또는 제 2 전극(105)의 위치를 파악하고, 해당 위치들 중 적어도 하나와 터치 패널(103)에 닿은 사용자의 손가락의 전부 또는 일부 위치를 비교함으로써, 사용자의 손가락이 제 2 전극(105)의 전부 위치 또는 일부 위치에 제대로 위치하였는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 측정부(106)는 사용자가 사용자의 손가락 영역의 일부 또는 전부가 제 2 전극(105)의 일부 또는 전부에 제대로 접촉하지 않은 경우, 알림 데이터에 기초하여 디스플레이(101)에 안내 메시지를 표시하고, 음성으로 사용자에게 알려, 손가락을 제 2 전극(105)에 다시 접촉하도록 알려줄 수 있다.

측정부(106)는 터치 패널(103)을 통해 사용자의 신체가 제 2 전극(105)에 기 결정된 시간 이상 접촉하고 있다고 판단한 경우, 생체 신호를 측정할 수 있다. 다시 말하면, 측정부(106)는 생체 신호를 측정하지 않는 모드 또는 생체 신호를 측정하지 않는 시간 중, 터치 패널(103)을 통해 터치 패널(103)의 일부 영역 또는 제 2 전극(105)에 기 결정된 시간 이상 사용자의 신체가 접촉 되고 있다고 판단하는 경우, 생체 신호를 측정하기 위한 모드로 전환하여 사용자의 생체 신호를 측정하거나 또는 별도의 모드 변환 없이 사용자의 생체 신호를 측정할 수도 있다. 이 경우 모드는 생체 신호를 측정하기 위한 프로그램, 어플리케이션 또는 디스플레이(101)에 표시되는 정보를 생체 신호의 검출을 위한 정보로 변환하는 등 사용자로 하여금 생체 신호를 측정함을 알 수 있도록 하는 모든 경우를 말하는 것일 수 있다.

본원발명의 일 실시예에 의하면, 디스플레이(101)는 제 2 전극(105) 상에 사용자의 신체 접촉을 유도하는 그래픽 콘텐츠를 표시할 수 있다. 도 5를 참조하여 예를 들면, 디스플레이(101)는 제 2 전극(105)이 형성된 위치인 디스플레이(101)의 하단 중앙부에 사용자의 신체 접촉을 유도하는 하트 마크(30)를 표시할 수 있으며, 하트 마크(30)를 이용하여 사용자의 신체 접촉을 유도할 수 있다. 다만, 표시되는 그래픽 콘텐츠는 하트 마크(30) 외에도 다양한 형태를 가질 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 광학 센서(107)를 더 포함할 수 있다. 광학 센서(107)는 광 신호를 발생시키고, 광 신호에 대응하는 반사광 신호를 수신할 수 있다. 일반적으로, 혈관 속의 적혈구는 녹색광을 흡수하는 경향이 있으며, 적색광을 반사하는 경향이 있다. 다시 말해, 광학 센서(107)는 녹색광에 대응하는 광 신호를 발생시켜, 사용자의 신체에 조사하고, 반사되는 녹색광을 수신할 수 있으며, 다른 예에서, 광학 센서(107)는 적색광에 대응하는 광 신호를 발생시켜, 사용자의 신체에 조사하고, 반사되는 적색광을 수신할 수도 있다. 일반적으로 녹색광을 발생시키는데 있어서, 녹색광을 발광시키는 LED가 사용될 수 있고, 적생광을 발생시키는데 있어서, 적생광을 발생시키는 LED 또는 적외선, 근적외선 LED 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

광학 센서(107)는 투명층(103)의 하부에 형성되고, 디스플레이(101) 및 터치 패널(102)의 일 끝단에 위치할 수 있다. 다만, 광학 센서의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.

광학 센서(107)는 발광 다이오드로 구성되는 발광 모듈 및 반사광을 수신하는 포토 트래지스터로 구성되는 수광 모듈로 구성될 수 있다. 다만, 광학 센서(107)의 구성은 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 불과하므로 이에 한정되는 것은 아니다.

측정부(106)는 광 신호 및 반사광 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다. 제 2 생체 신호는 PPG 또는 광용적맥파 신호가 될 수 있다. 일 예로, 측정부(106)는 광학 센서(107)를 통해 수신된 녹색광의 흡수량 또는 적색광의 반사량을 통해 광용적맥파를 측정할 수 있다.

한편, 측정부(106)는 사용자 신체의 일부가 제 2 전극(105)에 접촉하여 생체 신호를 측정하기 위한 시간 간격 내에, 제 2 생체 신호를 측정할 수 있다. 즉, 측정부(106)는 제 2 전극(105)에 손가락을 접촉하는 동안, 심전도 신호를 측정하는 동시에 광용적맥파를 동시에 측정할 수도 있다.

도 3은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 손목에 착용 가능한 시계 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(104)은 금속성 소재로써, 장치의 외면 최하부에 형성되며, 사용자의 손목의 일부와 접촉될 수 있다. 디스플레이(101)의 상부에 터치 패널(102)가 형성될 수 있으며, 디스플레이(101)와 터치 패널(102)을 보호하는 투명 소재의 투명층(103)이 형성될 수 있다. 투명층(103)은 일반적으로 강화 유리소재 또는 투명 플라스틱 소재로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제 2 전극(105)은 투명층(103)의 상부의 전체 영역 또는 일부 영역에 ITO 박막 코팅되어 형성될 수 있고, 사용자의 손가락 일부와 접촉될 수 있다. 제 2 전극(105)은 터치 스크린으로 이용되는 영역에 형성되기 때문에 생체 신호 측정 장치(100)의 외면에 배치 또는 형성되는 전극의 수를 감소시켜, 전극이 차지하는 공간을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 장치의 외면에 배치되어 전극 부분이 돌출하는 일반적인 디자인을 탈피하는 디자인 적인 한계를 극복할 수 있다.

한편, 제 2 전극(105)이 사용자의 신체와 직접 접촉하게 되므로, 일반적으로 용량성 검출에서 필연적으로 발생하는 생체 신호 측정 상의 오차를 없앨 수 있어, 더욱 정확한 생체 신호의 측정이 가능하다.

다만, 도 3에서 설명되는 생체 신호 측정 장치(100)의 구조는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나인 사용자의 손목에 착용 가능한 시계 형태에 대한 설명이므로, 앞서 설명된 것들로 본원 발명이 한정 해석되어는 안되며, 생체 신호 측정 장치(100)는 이 밖에 다양한 형태를 가질 수 있다, 예를 들면, 생체 신호 측정 장치(100)는 스마트폰과 같은 형태를 가질 수도 있다.

도 4는 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에서 각 모듈간의 계층을 나타내는 도면이다. 도 4를 통해 도 3의 디스플레이(101), 터치 패널(102), 투명층(103), 제 2 전극(105) 및 광학 센서(107)가 형성되는 위치를 한번 더 설명하고자 한다.

도 4를 참조하면, 디스플레이(101)의 상부에 터치 패널(102)가 형성되고, 터치 패널의 상부에 투명층(103)이 형성될 수 있다. 투명층(103)의 상부 전체 또는 일부 영역에 ITO 박막 코팅된 제 2 전극(105)이 형성될 수 있다.

한편, 광학 센서(107)는 투명층(103)의 하부 영역 그리고 터치 패널(102) 및 디스플레이(101)의 일 끝단에 위치할 수 있다. 즉, 광학 센서(107)는 디스플레이(101)와 터치 패널(102)의 활성화 영역을 벗어난 영역에 배치될 수 있다. 도 4에 따른 생체 신호 측정 장치(100)는 심전도 측정을 위해 투명층(103)의 상부에 형성된 ITO 코팅된 제 2 전극(105)에 손가락을 접촉하여 심전도 신호를 측정하는 경우, 투명층(103)의 하부에 형성된 광학 센서(107)를 통해 광용적맥파를 동시에 측정할 수도 있다. 예를 들어, 심전도 측정을 위해 투명층(103)의 상부에 형성된 ITO 코팅된 제 2 전극(105)에 사용자의 손가락이 위치하는 경우, 측정부(106)는 제 1 전극(104)과 제 2 전극(105)를 통해 사용자의 제 1 생체 신호(예를 들어, 심전도 신호)를 측정하면서, 제 2 전극(105)의 하부에 위치한 광학 센서를 통해 사용자의 제 2 생체 신호(예를 들어, PPG 신호)를 측정할 수 있다.

제 2 전극(105) 및 광학 센서(107)는 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(105)은 투명층(103)의 상부 전체 영역에 형성될 수 있으며, 또는 투명층(103)의 상부의 중앙 일부 영역에 형성될 수도 있다. 한편, 광학 센서(107) 역시 투명층(103)과 터치 패널(102)의 사이 영역에 형성될 수도 있다. 다시 말해, 제 2 전극(105) 및 광학 센서(107)의 위치가 도 4에 도시된 것들로 한정되는 것은 아니며, 제 2 전극에 사용자의 신체를 접촉하여 심전도 신호를 측정하는 동시에, 광학 센서(107)를 이용하여 광용적맥파를 동시에 측정할 수 있는 위치에 대한 다양한 실시예가 더 존재할 수 있다.

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 생체 신호를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 6에 따른 생체 신호 측정 방법은 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 생체 신호 측정 장치(100)의 동작을 설명한다. 따라서, 도 6에서 설명되지 않은 내용이라 하더라도, 도 1 내지 도 5에서 설명되는 생체 신호 측정 장치(100)의 동작에 포함되거나 유추 가능하므로 자세한 설명은 생략된다.

도 6을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 단계 S501에서 디스플레이(100)를 통해 데이터를 시각적으로 표시할 수 있고, 단계 S502에서 디스플레이의 상부에 형성된 터치 패널(102)을 통해 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있다. 이 경우, 터치 입력은 터치 패널(102)의 상부에 형성되고, 디스플레이(101) 및 터치 패널(102)을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층(103)과 사용자 사이의 터치에 의한 입력일 수 있다.

단계 S503에서 생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 복수의 전극은 금속성 소재를 갖는 제 1 전극(104) 및 투명층(103)의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극(105)을 포함할 수 있다.

한편, 생체 신호 측정 장치(100)는 생체 신호를 측정하지 않는 시간 또는 생체 신호를 측정하지 않는 모드인 경우, 즉 생체 신호를 측정하지 않는 경우라고 하더라도, 투명층(103)의 상부에 형성된 제 2 전극(105)를 기 설정된 시간 이상 접촉하거나, 터치 패널(102)에 의해 일정 시간 이상 접촉되는 경우, 생체 신호를 측정하도록 생체 신호 측정 장치(100)의 모드 또는 설정을 변경할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 디스플레이(101) 상에 손가락을 접촉시킬 제 2 전극(105)의 위치에, 가이드 UI 또는 그래픽 데이터를 직접적으로 표시하여, 사용자로 하여금 생체 신호를 쉽고 직관적으로 편하게 측정하도록 할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 사용자의 신체와 접촉을 통해 심전도 신호를 측정하는 동안, 광학 센서(107)를 통해 광용적맥파를 측정할 수도 있다.

본원의 일 실시 예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)에 의한 생체 신호 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 생체 신호 측정 장치
101: 디스플레이
102: 터치 패널
103: 투명층
104: 제1 전극
105: 제 2 전극
106: 측정부
107: 광학 센서

Claims

사용자의 생체 신호를 측정하는 장치에 있어서,
데이터를 시각적으로 표시하는 디스플레이;
상기 디스플레이의 상부에 형성되고, 사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 패널;
상기 터치 패널의 상부에 형성되고, 상기 디스플레이 및 터치 패널을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층;
상기 사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극;
광 신호를 발생시키고, 상기 광 신호에 대응하는 반사 광 신호를 수신하되, 상기 투명층의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 및 터치 패널의 일 끝단에 위치하는 광학 센서; 및
상기 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 상기 사용자의 제 1 생체 신호를 측정하고, 상기 광 신호 및 상기 반사 광 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 측정부를 포함하고,
상기 복수의 전극은,
금속성 소재의 제 1 전극; 및
상기 투명층의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극을 포함하되,
상기 제 2 전극은 상기 터치 입력을 수행하는 신체부위와 접촉하도록 상기 투명층의 상부에 위치하고,
상기 제 1 전극은 다른 신체부위와 접촉하도록 상기 사용자의 생체 신호를 측정하는 장치의 하부에 위치하되,
상기 광학 센서는 상기 신체부위가 상기 제 2 전극에 접촉되면 상기 광 신호를 발생시키도록 상기 제 2 전극 하부에 위치하는 것인, 측정 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 측정부는 상기 제 2 전극에 상기 사용자의 신체의 일부가 기준 시간 이상 접촉하고 있는 경우, 상기 사용자의 생체 신호를 측정하는 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 측정부는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나에 사용자의 신체가 접촉된 정도를 판단하고, 상기 사용자의 신체 접촉 정도가 소정 접촉 범위를 벗어나는 경우, 알림 데이터를 발생시키는 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이는 상기 제 2 전극 상에 상기 사용자의 신체 접촉을 유도하는 그래픽 콘텐츠를 표시하는 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 생체 신호는 ECG(Electrocardiogram) 신호이고 상기 제 2 생체 신호는 PPG(photo-plethysmography) 신호인 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 사용자의 손목의 일부에 접촉되고,
상기 제 2 전극은 상기 사용자의 손가락의 일부에 접촉되는 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 측정부는 상기 터치 패널을 통해 상기 사용자의 신체가 상기 제 2 전극에 기 결정된 시간 이상 접촉하고 있다고 판단한 경우, 상기 생체 신호를 측정하는 것인, 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 측정부는 상기 제 1 생체 신호를 측정하기 위한 시간 간격 내에, 상기 제 2 생체 신호를 측정하는 것인, 측정 장치.
사용자의 생체 신호를 측정하는 방법에 있어서,
디스플레이를 통해 데이터를 시각적으로 표시하는 단계;
상기 디스플레이의 상부에 형성된 터치 패널을 통해 사용자의 터치 입력을 감지하되, 상기 터치 입력은 상기 터치 패널의 상부에 형성되고 상기 디스플레이 및 상기 터치 패널을 보호하기 위한 투명 소재로 형성된 투명층과, 상기 사용자 사이의 터치에 의한 입력인 것인, 단계;
광학 센서를 통해 광 신호를 발생시키고, 상기 광 신호에 대응하는 반사 광 신호를 수신하되, 상기 광학 센서는 상기 투명층의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 및 터치 패널의 일 끝단에 위치하는 것인, 단계; 및
사용자의 신체와 접촉하는 복수의 전극 간의 전기적 신호의 차이로부터 상기 사용자의 제 1 생체 신호를 측정하고, 상기 광 신호 및 상기 반사 광 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제 2 생체 신호를 측정하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 전극은,
금속성 소재의 제 1 전극,
상기 투명층의 상부에 전도성 도료로 박막된 제 2 전극을 포함하되,
상기 제 2 전극은 상기 터치 입력을 수행하는 신체부위와 접촉하도록 상기 투명층의 상부에 위치하고,
상기 제 1 전극은 다른 신체부위와 접촉하도록 상기 사용자의 생체 신호를 측정하는 장치의 하부에 위치하되,
상기 광학 센서는 상기 신체부위가 상기 제 2 전극에 접촉되면 상기 광 신호를 발생시키도록 상기 제 2 전극 하부에 위치하는 것인, 측정 방법.