KR102279341B1 - 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정 방법 및 장치 - Google Patents

진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들에 따른 전자 장치 및 그의 동작 방법은 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정을 위한 것으로, 접촉된 인체로 제 1 진동 신호를 출력하고, 인체로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 측정하고, 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하고, 차이값에 기반하여, 인체와 관련된 생체지표를 산출하도록 구성될 수 있다.

Description

진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING NON-INVASIVE BIOMARKER USING CHANGE OF VIBRATION FEATURE}
다양한 실시예들은 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정을 위한 전자 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 결과, 개인의 건강 상태를 손쉽게 점검할 수 있는 의료 기기들이 개발되고 있다. 일반적으로, 인체의 혈관을 따라 체액이 흐르며, 체액 내 요소의 농도가 건강 상태를 나타내는 중요한 변수이다. 따라서, 건강 상태를 점검하기 위하여, 체액 내 요소의 농도를 측정하기 위한 의료 기기들이 개발되고 있다.
체액 내 요소의 농도를 측정하는 방식에는, 침습적(invasive) 방식과 비침습적(non-invasive) 방식이 있다. 침습적 방식은, 체액을 직접적으로 채취하여 체액 내 요소의 농도를 측정하는 방식이다. 그런데, 침습적 방식은, 체액을 채취하는 데 따르는 고통과 감염에 대한 위험성을 갖는다. 비침습적 방식은, 체액을 직접적으로 채취하지 않고도 체액 내 요소의 농도를 측정하는 방식이다. 이 때 비침습적 방식으로, 광학 신호나 전기 신호를 이용하는 방식이 있다. 그런데, 광학 신호나 전기 신호는 파장이 짧기 때문에, 인체의 피부에 대한 투과성과 재현성이 낮기 때문에, 광학 신호나 전기 신호를 이용하여 측정되는 체액 내 요소의 농도에 대한 신뢰성이 낮다.
일본공개특허공보 특개2004-283547호 (2004.10.14.)
다양한 실시예들은 비침습적 방식으로 인체와 관련된 생체지표를 정확하게 측정할 수 있는 전자 장치 및 그의 동작 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들은 진동 특성의 변화를 이용하여 생체지표를 측정할 수 있는 전자 장치 및 그의 동작 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법은, 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정을 위한 것으로, 접촉된 인체로 제 1 진동 신호를 출력하는 동작, 상기 인체로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 측정하는 동작, 상기 제 1 진동 신호와 상기 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하는 동작, 및 상기 차이값에 기반하여, 상기 인체와 관련된 생체지표를 산출하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정을 위한 것으로, 접촉된 인체로 제 1 진동 신호를 출력하도록 구성되는 진동 모듈, 상기 인체로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 감지하도록 구성되는 진동 센서, 및 상기 진동 모듈 및 상기 진동 센서와 연결되고, 상기 제 2 진동 신호를 측정하고, 상기 제 1 진동 신호와 상기 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하고, 상기 차이값에 기반하여, 상기 인체와 관련된 생체지표를 산출하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치는 진동 신호의 진동 특성 변화에 기반하여, 비침습적으로 인체와 관련된 생체지표를 정확하게 측정할 수 있다. 이 때 진동 신호는 인체에 대한 투과성과 재현성이 높기 때문에, 전자 장치에서 측정되는 생체지표에 대한 신뢰성이 높을 수 있다. 아울러, 전자 장치가 요소에 대한 직접적인 채취 없이도 생체지표를 측정할 수 있으므로, 사용자가 전자 장치를 이용하여 건강 상태를 보다 용이하게 점검할 수 있다. 이에 따라, 다양한 질병 및 질환의 예방 및 치료가 촉진되고, 미래의 사회 구성원에 대한 전반적인 건강 증진 효과가 획득될 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 예들을 도시하는 도면들이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 인체에 대한 배치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 도시하는 도면이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 7은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 예들을 도시하는 도면들이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는 사용자의 인체와 관련된 생체지표를 측정할 수 있다. 이 때 전자 장치(100)는 비침습적으로 생체지표를 측정할 수 있다. 즉 전자 장치(100)는 적어도 하나의 진동 특성의 변화를 기반으로, 생체지표를 측정할 수 있다. 예를 들면, 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 생체지표는 인체의 구성 성분에 대한 크기, 예컨대 근육량, 체지방률, 골밀도 또는 혈액 내 요소의 농도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 혈액 내 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이를 위해, 전자 장치(100)는 사용자의 인체와 접촉 가능하다. 전자 장치(100)는 사용자에 의해 휴대된 동안 계속적으로 사용자의 인체에 접촉되거나, 선택적으로 사용자의 인체에 접촉될 수 있다. 전자 장치(100)는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(100)는 휴대용 통신 장치, 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 일 예로, 전자 장치(100)는, 도 1a에 도시된 바와 같이 스마트폰과 같은 휴대용 통신 장치일 수 있다. 사용자는 선택적으로 스마트폰에 접촉할 수 있다. 이를 통해, 스마트폰은 접촉에 반응하여, 생체지표를 측정할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(100)는, 도 1b 또는 도 1c에 도시된 바와 같이 웨어러블 장치일 수 있다. 사용자는 웨어러블 장치를 계속해서 휴대하면서, 계속적으로 또는 선택적으로 웨어러블 장치에 접촉할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 주기적으로 생체지표를 측정하거나, 접촉에 반응하여, 생체지표를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)는 고유 진동수의 민감도를 이용하여, 고유 진동수 변화를 통해 유체(혈액)의 농도(요소의 농도)를 측정할 수 있다. 고유 진동수의 민감도는, 하기 수학식들과 같이 감쇠를 고려하는 운동 지배 방정식으로부터 유도될 수 있다. 이 때
Figure 112019075508672-pat00001
,
Figure 112019075508672-pat00002
및
Figure 112019075508672-pat00003
는 각각 구조물(인체의 적어도 일부)의 질량 행렬, 감쇠 행렬 및 강성 행렬을 나타내는 것으로 정의될 수 있다.
비감쇠계에서 r 번째 모드의 고유값(λr) 문제는 하기 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 하기 [수학식 1]은, 고유값에 대해 하기 [수학식 2]와 같이 변환될 수 있다.
Figure 112019075508672-pat00004
Figure 112019075508672-pat00005
여기서,
Figure 112019075508672-pat00006
은 r 번째 모드의 고유 진동수를 나타내고,
Figure 112019075508672-pat00007
은 r 번째 모드의 고유 벡터를 나타낼 수 있다.
유체의 농도 변화로 인한 강성 행렬과 질량 행렬의 변화를 각각
Figure 112019075508672-pat00008
,
Figure 112019075508672-pat00009
로 표현하면, 상기 [수학식 1]은 하기 [수학식 3]과 같이 변환될 수 있다. 그리고 질량 행렬과 강성 행렬의 변화에 따른 고유값 변화를
Figure 112019075508672-pat00010
로 표현하고, 질량 행렬과 강성 행렬의 변화에 따른 모드 벡터의 변화를
Figure 112019075508672-pat00011
로 표현할 수 있다. 유체의 농도 변화에 따른 모드 벡터의 변화가 작다고 가정하면,
Figure 112019075508672-pat00012
이 되며, 상기 [수학식 2]는 변화된 고유값
Figure 112019075508672-pat00013
에 대하여, 하기 [수학식 4]와 같이 변환될 수 있다.
Figure 112019075508672-pat00014
Figure 112019075508672-pat00015
구조물 내의 유체의 농도 변화를 p로 표현하면, 질량 행렬과 강성 행렬의 변화는 하기 [수학식 5]와 같이 원래의 질량 행렬 및 강성 행렬에 각각 비례하는 변화를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 하기 [수학식 5]에 기반하여, 상기 [수학식 4]는 하기 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019075508672-pat00016
Figure 112019075508672-pat00017
이를 통해, 고유값 변화는, 하기 [수학식 7]과 같이 유체의 농도 변화에 대한 식으로 표현될 수 있다. 이 때 유체의 농도 변화 시, 질량 행렬의 변화가 강성 행렬의 변화에 비해 지배적일 것으로 예상되므로,
Figure 112019075508672-pat00018
인 경우로 가정하여 단순화될 수 있다.
Figure 112019075508672-pat00019
으로 근사하면, 상기 [수학식 6]으로부터 하기 [수학식 7]이 획득되며, 이는, 고유 진동수 민감도를 의미할 수 있다. 하기 [수학식 7]을 기반으로, 유체의 농도 변화는, 하기 [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019075508672-pat00020
Figure 112019075508672-pat00021
상기 [수학식 8]에 따르면, 기준 농도의 고유 진동수와 변화된 고유 진동수의 크기로부터 유체의 농도 변화가 계산될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 인체(300)에 대한 배치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는, 통신 모듈(210), 입력 모듈(220), 표시 모듈(230), 오디오 모듈(240), 전력 모듈(250), 진동 모듈(260), 센싱 모듈(270), 메모리(280), 또는 프로세서(290) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(100)에는, 이 구성요소들 중 적어도 어느 하나(예: 표시 모듈(230), 오디오 모듈(240))가 생략될 수 있으며, 하나 이상의 다른 구성 요소들이 추가될 수도 있다. 일 예로, 전자 장치(100)는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 표시 모듈(230)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(100)는, 도 1c에 도시된 바와 같이 표시 모듈(230)을 포함하지 않을 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부가 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센싱 모듈(270)이 표시 모듈(230)에 임베디드된 채 구현될 수 있다.
통신 모듈(210)은 전자 장치(100)에서 외부 장치(미도시)와 통신을 지원할 수 있다. 통신 모듈(210)은 외부 장치와의 유선 통신 또는 무선 통신 중 적어도 어느 하나를 지원할 수 있다. 이를 위해, 통신 모듈(210)은 무선 통신 모듈 또는 유선 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 무선 통신 모듈은 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 위성 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 외부 장치는, 다른 전자 장치 또는 서버 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 전자 장치는 휴대용 통신 장치, 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
입력 모듈(220)은 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(100)의 외부, 예컨대 사용자로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(220)은 마이크, 마우스 또는 키(또는 버튼)을 포함할 수 있다.
표시 모듈(230)은 전자 장치(100)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 표시 모듈(230)은, 디스플레이, 홀로그램 장치 또는 프로젝터 중 적어도 어느 하나 및 그를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 모듈(230)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(240)은 소리를 전기 신호로 변환하거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환할 수 있다. 오디오 모듈(240)은 입력 모듈(220)을 통해 소리를 획득할 수 있다. 또는 오디오 모듈(240)은 소리를 출력할 수 있다. 예를 들면, 오디오 모듈(240)은 스피커 또는 리시버 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전력 모듈(250)은 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면, 전력 모듈(250)은 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는, 예컨대 재충전 불가능한 일차 전지, 재충전 가능한 이차전지 또는 연료 전지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
진동 모듈(260)은 진동 신호를 출력할 수 있다. 진동 모듈(260)은 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성에 기반하여, 진동 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 진동 모듈(260)은 모터(motor), 압전 소자(piezoelectric element) 또는 액추에이터(actuator) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
센싱 모듈(270)은 전자 장치(100)의 작동 상태 또는 외부의 환경 상태를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터를 생성할 수 있다. 이 때 센싱 모듈(270)은 진동 센서(도 3a 또는 도 3b의 진동 센서(370)) 또는 접촉 센서(미도시) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 다른 센서들을 더 포함할 수도 있다. 진동 센서(도 3a 또는 도 3b의 진동 센서(370))는 입력되는 진동 신호를 감지할 수 있다. 접촉 센서는 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))의 접촉을 감지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 접촉 센서는 진동 모듈(260) 또는 진동 센서(370) 중 어느 하나에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 접촉 센서는 온도 센서, 근접 센서 또는 조도 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 센서는 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, 습도 센서, 온도 센서, 근접 센서 또는 조도 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 인체(300)에 대하여, 도 3a에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 이 때 인체(300)를 관통하는 축이 정의될 수 있다. 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 축에 수직한 평면에 함께 배열될 수 있다. 예를 들면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 미리 정해진 시간을 간격으로 구동할 수 있다. 진동 모듈(260)이 제 1 시간에 활성화되어 제 1 진동 신호(출력되는 진동 신호)를 출력하고, 미리 정해진 시간이 경과되면, 진동 센서(370)가 제 2 시간에 활성화되어 제 2 진동 신호(입력되는 진동 신호)를 감지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 인체(300)에 대하여, 도 3b에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 이 때 인체(300)를 관통하는 축이 정의될 수 있다. 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 인체(300)를 사이에 두고, 축을 따라 서로의 맞은 편에 배열될 수 있다. 예를 들면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 동시에 구동할 수 있으며, 미리 정해진 시간을 간격으로 구동할 수도 있다. 일 예로, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는 동시에 활성화되어, 진동 모듈(260)은 제 1 진동 신호를 출력하고, 진동 센서(370)는 제 2 진동 신호를 감지할 수 있다. 다른 예로, 진동 모듈(260)이 제 1 시간에 활성화되어 제 1 진동 신호를 출력하고, 미리 정해진 시간이 경과되면, 진동 센서(370)가 제 2 시간에 활성화되어 제 2 진동 신호를 감지할 수 있다.
메모리(280)는 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예컨대 적어도 하나의 프로그램 및 이와 관련된 입력 데이터 또는 출력 데이터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리(280)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(290)는 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나를 제어하고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(290)는 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나에 연결될 수 있다. 프로세서(290)는 사용자의 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))와 관련된 생체지표를 측정할 수 있다. 이 때 프로세서(290)는 비침습적으로 생체지표를 측정할 수 있다. 즉 프로세서(290)는 진동 특성의 변화를 기반으로, 생체지표를 측정할 수 있다. 생체지표는 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))의 구성 성분에 대한 크기, 예컨대 근육량, 체지방률, 골밀도 또는 혈액 내 요소의 농도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 혈액 내 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(290)는 진동 모듈(260)을 통하여, 제 1 진동 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 접촉 센서를 통하여, 사용자 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))의 접촉이 감지되면, 프로세서(290)는 진동 모듈(260)을 통하여, 접촉된 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))로 제 1 진동 신호를 출력할 수 있다. 프로세서(290)는 진동 모듈(260)로 하여금, 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성에 기반하여, 제 1 진동 신호를 발생시키도록 할 수 있다. 예를 들면, 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 1 진동 신호는 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))를 진행하면서, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 제 1 진동 신호는 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))의 혈액을 통과하면서, 혈액 내 요소의 농도에 대응하여, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다.
프로세서(290)는 진동 센서(도 3a 또는 도 3b의 진동 센서(370))를 통하여, 입력되는 제 2 진동 신호를 측정할 수 있다. 진동 센서(도 3a 또는 도 3b의 진동 센서(370))를 통하여, 접촉된 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))로부터 제 2 진동 신호가 입력되면, 프로세서(290)는 제 2 진동 신호를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출할 수 있다. 예를 들면, 진동 특성은 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(290)는 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산할 수 있다. 이 때 차이값은 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))의 혈액 내 요소의 농도에 따라 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는 제 1 진동 신호의 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성과 제 2 진동 신호의 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성을 비교하여, 차이값을 계산할 수 있다. 일 예로, 프로세서(290)는, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 진동 신호의 고유 진동수 크기와 제 2 진동 신호의 고유 진동수 크기 간 차이값(Δw1, Δw2)을 계산할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(290)는 차이값에 기반하여, 인체(도 3a 또는 도 3b의 인체(300))와 관련된 생체지표를 산출할 수 있다. 이 때 프로세서(290)는 제 1 진동 신호와 차이값을 분석하여, 혈액 내 요소의 농도를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는, 상기 [수학식 8]과 같이, 제 1 진동 신호의 고유 진동수 및 제 1 진동 신호의 고유 진동수 크기와 제 2 진동 신호의 고유 진동수 크기 간 차이값(Δw1, Δw2)을 기반으로, 혈액 내 요소의 농도를 검출할 수 있다. 그리고 프로세서(290)는 생체지표를 처리할 수 있다. 일 예로, 프로세서(290)는 메모리(280)에 생체지표를 저장할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(290)는 표시 모듈(230)을 통하여, 생체지표와 관련된 정보를 표시할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(290)는 통신 모듈(210)을 통하여, 생체지표를 외부 장치로 전송할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는 비침습적 생체지표 측정을 위한 것으로, 접촉된 인체(300)로 제 1 진동 신호를 출력하도록 구성되는 진동 모듈(260), 인체(300)로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 감지하도록 구성되는 진동 센서(370), 및 진동 모듈(260) 및 진동 센서(370)와 연결되고, 제 2 진동 신호를 측정하고, 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하고, 차이값에 기반하여, 인체와 관련된 생체지표를 산출하도록 구성되는 프로세서(290)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(290)는, 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출하고, 진동 특성을 기반으로, 차이값을 계산하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 진동 모듈(260)은, 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성에 기반하여, 제 1 진동 신호를 발생시키도록 구성되는 장치.
다양한 실시예들에 따르면, 인체(300)를 관통하는 축이 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는, 축에 수직인 평면에 함께 배열될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 진동 모듈(260)과 진동 센서(370)는, 인체를 사이에 두고, 축을 따라 서로의 맞은 편에 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(100)는, 프로세서(290)에 연결되고, 인체(300)의 접촉을 감지하도록 구성되는 접촉 센서를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 생체지표는 혈액 내 요소의 농도를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 진동 신호가 인체(300)를 진행하면서, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(290)는, 생체지표를 처리하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(100)는, 프로세서(290)에 연결되고, 프로세서(290)에 의해, 생체지표를 저장하도록 구성되는 메모리(280), 프로세서(290)에 연결되고, 프로세서(290)에 의해, 생체지표와 관련된 정보를 표시하도록 구성되는 표시 모듈(230), 또는 프로세서(290)에 연결되고, 프로세서(290)에 의해, 생체지표를 외부 장치로 전송하도록 구성되는 통신 모듈(210) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 방법을 도시하는 도면이다. 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 7은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5를 참조하면, 전자 장치(100)는 510 동작에서 사용자 인체의 접촉을 감지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는 접촉 센서를 통하여, 사용자 인체(300)의 접촉을 감지할 수 있다. 이에 대응하여, 전자 장치(100)는 520 동작에서 진동 신호를 출력할 수 있다. 프로세서(290)는 진동 모듈(260)을 통하여, 접촉된 인체(300)로 제 1 진동 신호를 출력할 수 있다. 프로세서(290)는 진동 모듈(260)로 하여금, 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성에 기반하여, 제 1 진동 신호를 발생시키도록 할 수 있다. 예를 들면, 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 1 진동 신호는 인체(300)를 진행하면서, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 제 1 진동 신호는 인체(300)의 혈액을 통과하면서, 혈액 내 요소의 농도에 대응하여, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다.
전자 장치(100)는 530 동작에서 입력되는 진동 신호를 측정할 수 있다. 프로세서(290)는 진동 센서(370)를 통하여, 입력되는 제 2 진동 신호를 측정할 수 있다. 진동 센서(370)를 통하여, 접촉된 인체(300)로부터 제 2 진동 신호가 입력되면, 프로세서(290)는 제 2 진동 신호를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출할 수 있다. 예를 들면, 진동 특성은 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 2 진동 신호의 고유 진동 수 크기는, 도 6a, 도 6b 또는 도 6c에 도시된 바와 같이 혈액 내 요소의 농도에 따라 다를 수 있다. 여기서, 혈액 내 요소의 농도가 높을수록, 제 2 진동 신호의 고유 진동 수 크기는 작을 수 있다.
전자 장치(100)는 540 동작에서 출력되는 진동 신호와 입력되는 진동 신호의 차이값을 계산할 수 있다. 프로세서(290)는 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산할 수 있다. 이 때 차이값은 인체(300)의 혈액 내 요소의 농도에 따라 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는 제 1 진동 신호의 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성과 제 2 진동 신호의 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성을 비교하여, 차이값을 계산할 수 있다. 일 예로, 프로세서(290)는 제 1 진동 신호의 고유 진동수 크기와 제 2 진동 신호의 고유 진동수 크기 간 차이값을 계산할 수 있다.
전자 장치(100)는 550 동작에서 차이값에 기반하여, 생체지표를 산출할 수 있다. 프로세서(290)는 차이값에 기반하여, 인체(300)와 관련된 생체지표를 산출할 수 있다. 이 때 프로세서(290)는 제 1 진동 신호와 차이값을 분석하여, 혈액 내 요소의 농도를 검출할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(290)는, 도 7에 도시된 바와 같이 기준 농도(reference concentration)에 대하여, 혈액 내 요소의 농도를 예측할 수 있다. 여기서, 기준 농도는 제 1 진동 신호에 상응하는 것으로 가정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(290)는, 상기 [수학식 8]과 같이, 제 1 진동 신호의 고유 진동수 및 제 1 진동 신호의 고유 진동수 크기와 제 2 진동 신호의 고유 진동수 크기 간 차이값을 기반으로, 혈액 내 요소의 농도를 검출할 수 있다.
전자 장치(100)는 560 동작에서 생체지표를 처리할 수 있다. 일 예로, 프로세서(290)는 메모리(280)에 생체지표를 저장할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(290)는 표시 모듈(230)을 통하여, 생체지표와 관련된 정보를 표시할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(290)는 통신 모듈(210)을 통하여, 생체지표를 외부 장치로 전송할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 방법은 비침습적 생체지표 측정을 위한 것으로, 접촉된 인체(300)로 제 1 진동 신호를 출력하는 동작, 인체(300)로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 측정하는 동작, 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하는 동작, 및 차이값에 기반하여, 인체(300)와 관련된 생체지표를 산출하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 차이값 계산 동작은, 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출하는 동작, 및 진동 특성을 기반으로, 차이값을 계산하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 진동 신호 출력 동작은, 인체(300)의 접촉을 감지하는 동작, 및 미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성에 기반하여, 제 1 진동 신호를 발생시키는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 생체지표는 혈액 내 요소의 농도를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 진동 신호가 인체(300)를 진행하면서, 제 2 진동 신호로 변환될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(100)의 동작 방법은, 생체지표를 처리하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 생체지표 처리 동작은, 생체지표를 저장하는 동작, 생체지표와 관련된 정보를 표시하는 동작, 또는 생체지표를 외부 장치로 전송하는 동작 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(100)는 진동 신호의 진동 특성 변화에 기반하여, 비침습적으로 인체와 관련된 생체지표를 정확하게 측정할 수 있다. 이 때 진동 신호는 인체에 대한 투과성과 재현성이 높기 때문에, 전자 장치(100)에서 측정되는 생체지표에 대한 신뢰성이 높을 수 있다. 아울러, 전자 장치(100)가 요소에 대한 직접적인 채취 없이도 생체지표를 측정할 수 있으므로, 사용자가 전자 장치(100)를 이용하여 건강 상태를 보다 용이하게 점검할 수 있다. 이에 따라, 다양한 질병 및 질환의 예방 및 치료가 촉진되고, 미래의 사회 구성원에 대한 전반적인 건강 증진 효과가 획득될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(100))에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 메모리(280))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서(예: 프로세서(290))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    접촉된 인체로 제 1 진동 신호를 출력하는 동작;
    상기 인체로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 측정하는 동작;
    상기 제 1 진동 신호와 상기 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하는 동작; 및
    상기 차이값을 분석하여, 상기 인체와 관련된 생체지표를 산출하는 동작을 포함하고,
    상기 제 1 진동 신호 출력 동작은,
    상기 인체의 접촉을 감지하는 동작; 및
    미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성을 갖도록, 상기 제 1 진동 신호를 발생시키는 동작을 포함하고,
    상기 차이값 계산 동작은,
    상기 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출하는 동작; 및
    상기 제 1 진동 신호의 진동 특성에서 상기 제 2 진동 신호의 진동 특성으로의 변화로부터, 상기 차이값을 계산하는 동작을 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체지표는 혈액 내 요소의 농도를 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 진동 신호가 상기 인체를 진행하면서, 상기 제 2 진동 신호로 변환되는,
    전자 장치의 동작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체지표를 처리하는 동작을 더 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 생체지표 처리 동작은,
    상기 생체지표를 저장하는 동작;
    상기 생체지표와 관련된 정보를 표시하는 동작; 또는
    상기 생체지표를 외부 장치로 전송하는 동작 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전자 장치의 동작 방법.
  10. 전자 장치에 있어서,
    접촉된 인체로 제 1 진동 신호를 출력하도록 구성되는 진동 모듈;
    상기 인체로부터 입력되는 제 2 진동 신호를 감지하도록 구성되는 진동 센서; 및
    상기 진동 모듈 및 상기 진동 센서와 연결되고, 상기 제 2 진동 신호를 측정하고, 상기 제 1 진동 신호와 상기 제 2 진동 신호 간 차이값을 계산하고, 상기 차이값을 분석하여, 상기 인체와 관련된 생체지표를 산출하도록 구성되는 프로세서를 포함하고,
    상기 진동 모듈은,
    미리 정해진 적어도 하나의 진동 특성을 갖도록, 상기 제 1 진동 신호를 발생시키도록 구성되고,
    상기 프로세서는,
    상기 제 2 진동 신호로부터 적어도 하나의 진동 특성을 검출하고,
    상기 제 1 진동 신호의 진동 특성에서 상기 제 2 진동 신호의 진동 특성으로의 변화로부터, 상기 차이값을 계산하도록 구성되는,
    전자 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 인체를 관통하는 축이 정의되고,
    상기 진동 모듈과 상기 진동 센서는,
    상기 축에 수직인 평면에 함께 배열되거나,
    상기 인체를 사이에 두고, 상기 축을 따라 서로의 맞은 편에 배열되는,
    전자 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서에 연결되고, 상기 인체의 접촉을 감지하도록 구성되는 접촉 센서를 더 포함하는,
    전자 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 진동 특성은 고유 진동수, 주파수 응답 함수, 댐핑 계수, 진동 형상, 강제 응답 특성 또는 순간 응답 특성 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전자 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 생체지표는 혈액 내 요소의 농도를 포함하는,
    전자 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 요소는 콜레스테롤 또는 당 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전자 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 진동 신호가 상기 인체를 진행하면서, 상기 제 2 진동 신호로 변환되는,
    전자 장치.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 생체지표를 처리하도록 구성되는,
    전자 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세서에 연결되고, 상기 프로세서에 의해, 상기 생체지표를 저장하도록 구성되는 메모리;
    상기 프로세서에 연결되고, 상기 프로세서에 의해, 상기 생체지표와 관련된 정보를 표시하도록 구성되는 표시 모듈; 또는
    상기 프로세서에 연결되고, 상기 프로세서에 의해, 상기 생체지표를 외부 장치로 전송하도록 구성되는 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는,
    전자 장치.
KR1020190088835A 2019-07-23 2019-07-23 진동 특성의 변화를 이용한 비침습적 생체지표 측정 방법 및 장치 KR102279341B1 (ko)

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