KR102391685B1 - Earphone for monitoring blood pressure and method for monitoring blood pressure using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혈압 모니터링을 위한 이어폰 및 이를 이용한 혈압 모니터링 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 몸체부와 포스 센서, 포토 다이오드 및 발광 다이오드를 포함하는 센서부와 외부 디바이스와 유무선 통신하기 위한 통신부, 그리고 상기 몸체부, 센서부 및 통신부와 커플링되고, 상기 센서부를 통하여 검출된 PPG(Photoplethysmography) 신호를 처리하여 사용자의 혈압을 추정하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to an earphone for blood pressure monitoring and a blood pressure monitoring method using the same. The earphone for monitoring blood pressure according to an embodiment of the present invention includes a body part, a force sensor, a sensor part including a photodiode and a light emitting diode, a communication part for wired/wireless communication with an external device, and a couple with the body part, the sensor part and the communication part and a control unit for estimating the user's blood pressure by processing a photoplethysmography (PPG) signal detected through the sensor unit.

Description

혈압 모니터링을 위한 이어폰 및 이를 이용한 혈압 모니터링 방법{EARPHONE FOR MONITORING BLOOD PRESSURE AND METHOD FOR MONITORING BLOOD PRESSURE USING THE SAME}Earphone for blood pressure monitoring and blood pressure monitoring method using the same

본 발명은 혈압 모니터링을 위한 이어폰 및 이를 이용한 혈압 모니터링 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 사용자의 광전용적맥파(PPG, Photoplethysmography)를 이용하여 혈압을 측정할 수 있는 이어폰을 통해 실시간으로 사용자의 혈압을 모니터링 할 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an earphone for blood pressure monitoring and a blood pressure monitoring method using the same. More particularly, it relates to a system capable of monitoring a user's blood pressure in real time through an earphone capable of measuring blood pressure using the user's photoplethysmography (PPG).

최근 과학 기술의 비약적인 발전으로 인류 전체의 삶의 질이 향상되고 있으며, 의료 환경에서도 많은 변화가 발생하였다. 과거에는 병원에서 X-ray, CT, fMRI 등의 의료영상을 촬영한 후 몇 시간 또는 며칠을 기다려야 영상 판독이 가능했었다.With the recent rapid development of science and technology, the quality of life for the entire human race is improving, and many changes have occurred in the medical environment. In the past, after taking medical images such as X-ray, CT, and fMRI at a hospital, you had to wait several hours or days to read the image.

그러나, 최근 10여년 전부터 의료영상을 촬영한 후 영상의학과 전문의의 모니터 화면으로 영상이 전송되어 즉시 판독할 수 있는 영상저장 및 전송시스템(PACS, Picture Archive Communication System)이 도입되었다. 또한, 병원에 가지 않고서도 자신의 혈당과 혈압을 언제 어디서나 확인할 수 있는 유비쿼터스(ubiquitous) 헬스케어 관련 의료기기들이 많이 보급되어 혈당 환자나 고혈압 환자들은 자신의 집이나 사무실에서 이를 사용하고 있다.However, since about 10 years ago, a picture archive communication system (PACS) has been introduced, in which medical images are taken and then the images are transmitted to the monitor screen of the radiologist and can be read immediately. In addition, ubiquitous health care-related medical devices that allow you to check your blood sugar and blood pressure anytime and anywhere without going to a hospital are widely available, and blood sugar patients or hypertensive patients are using them at their homes or offices.

특히, 각종 질환의 주요한 발병 원인이 되고 유병률이 증가하고 있는 고혈압과 관련해서는, 혈압을 지속적으로 측정하여 실시간으로 알려주는 시스템의 필요성이 존재해 왔으며, 이와 관련한 다양한 유형의 연구들이 시도되고 있다.In particular, in relation to hypertension, which is a major cause of various diseases and whose prevalence is increasing, there has been a need for a system that continuously measures blood pressure and informs it in real time, and various types of studies related thereto have been attempted.

혈압 측정 방식의 일 예로서, 만성 심장질환 환자들의 폐동맥(pulmonary artery)에 혈압 측정 센서를 삽입하여 실시간으로 혈압을 측정한 후 이를 무선통신을 이용하여 주치의에게 전송하면 주치의는 원격지에서 환자의 폐동맥 혈압 변화 양상을 모니터링하고 환자에게 처방을 전달하는 유비쿼터스 헬스케어(u-Health, ubiquitous Healthcare)가 소개된 바 있으며, 이 기술은 환자들이 병원을 내원하는 횟수를 획기적으로 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만, 이 기술은 지속적이고 정확하게 혈압을 측정할 수 있는 반면, 침습적인 혈압 측정 방법을 수반하기 때문에 시술상의 어려움과 동맥 손상, 감염 등의 위험성이 있다는 단점을 가지고 있다.As an example of a blood pressure measurement method, a blood pressure sensor is inserted into the pulmonary artery of chronic heart disease patients to measure blood pressure in real time, and then transmits it to the attending physician using wireless communication. Ubiquitous Healthcare (u-Health, ubiquitous Healthcare), which monitors changes and delivers prescriptions to patients, has been introduced, and this technology has the advantage of dramatically reducing the number of times patients visit the hospital. However, while this technique can measure blood pressure continuously and accurately, it has disadvantages such as difficulty in operation and risks of arterial damage and infection because it involves an invasive blood pressure measurement method.

따라서, 동맥혈관에 혈압 측정용 센서를 삽입하지 않고 비침습적인 방법으로 혈압을 실시간으로 측정할 수 있는 시스템에 관한 연구가 지속적으로 수행되었다. 또한, 유비쿼터스 환경에서 혈압을 모니터링 한 후 측정된 혈압을 사용자에게 바이오 피드백(biofeedback)하여 사용자가 혈압을 조절할 수 있도록 하는 연구도 수행되었다.Therefore, research on a system capable of measuring blood pressure in real time in a non-invasive manner without inserting a blood pressure measurement sensor into an arterial blood vessel has been continuously conducted. In addition, a study was conducted to monitor blood pressure in a ubiquitous environment and then biofeedback the measured blood pressure to the user so that the user can control the blood pressure.

한편, 커프(cuff)를 팔에 부착하여 혈압을 측정하는 방식을 적용한 기술도 등장하였지만, 이 방식에서는 혈압 측정 값을 얻기 위하여 누군가가(사용자 스스로 또는 타인) 반드시 혈압 측정기를 작동시켜야 했으므로, 지속적인 혈압 측정이 어려운 문제가 있었다.On the other hand, there has also been a technique that applies a method of measuring blood pressure by attaching a cuff to an arm. There was a problem that was difficult to measure.

특히, 빠른 시간 안에 고혈압의 위험을 알려서 환자가 짧은 시간 안에 응급 치료를 받을 수 있도록 하기 위해서는, 혈압을 지속적으로 측정하는 것은 물론 혈압 측정 결과를 실시간으로 알려줌으로써 환자 스스로가 고혈압을 예방하고 관리할 수 있도록 하는 기술의 도입이 요청되었다.In particular, in order to notify the risk of high blood pressure in a short time so that the patient can receive emergency treatment in a short time, the patient can prevent and manage hypertension by continuously measuring blood pressure as well as notifying the blood pressure measurement result in real time. The introduction of technology to make it possible was requested.

광전용적맥파(PPG, Photoplethysmography)는 심실 수축기 동안 박출(ejection)된 혈액이 말초혈관까지 전달될 때 말초혈관에서 측정되는 맥파 신호를 의미한다. 광전용적맥파(PPG) 신호는 생체 조직의 광학적 특성을 이용해 측정될 수 있다. 예컨대, 손끝이나 발끝과 같이 말초혈관이 분포된 위치에 맥파 신호를 측정할 수 있는 PPG 센서 모듈(광센서 모듈)을 부착한 후 말초혈관의 용적 변화인 혈류량 변화 양상을 광량 변화로 변환시켜 측정할 수 있다. Photoplethysmography (PPG) refers to a pulse wave signal measured in a peripheral blood vessel when ejected blood is delivered to the peripheral blood vessel during ventricular systole. A photoplethysmographic wave (PPG) signal may be measured using optical properties of a living tissue. For example, after attaching a PPG sensor module (optical sensor module) that can measure a pulse wave signal to a location where peripheral blood vessels are distributed, such as a fingertip or toe, the change in blood flow, which is a change in the volume of peripheral blood vessels, is converted into a change in light volume and measured. can

광전용적맥파(PPG) 신호는 PPG 센서 모듈의 발광부에서 발생된 적색 광을 인체에 조사한 한 다음 인체에서 반사된 되어 수광부에 수광되는 광의 광량 변화를 관찰하여 측정될 수 있다. 광전용적맥파(PPG) 신호는 광전용적맥파(PPG) 신호만 단독으로 사용하지 않고 광전용적맥파(PPG) 신호와 심전도(ECG) 신호의 상관 관계 분석해 맥파전달시간(PTT, Pulse Transit Time) 또는 맥파전달속도(PWV, Pulse Wave Velocity) 등의 정보를 추출하여 심혈관 질환 진단 등에 활용할 수도 있다. The photoplethysmography (PPG) signal can be measured by irradiating red light generated from the light emitting part of the PPG sensor module to the human body, and then observing the change in the amount of light reflected from the human body and received by the light receiving part. The photoplethysmography (PPG) signal does not use only the photoplethysmographic wave (PPG) signal alone, but analyzes the correlation between the photoplethysmogram (PPG) signal and the electrocardiogram (ECG) signal to determine the pulse wave transit time (PTT, Pulse Transit Time) or pulse wave. Information such as transmission speed (PWV, Pulse Wave Velocity) can be extracted and used for cardiovascular disease diagnosis.

한편, 종래 기술에 따른 이어폰을 사용하여 생체신호 중 하나인 심전도(ECG)를 측정하는 기술은 생체신호 측정을 위해 이어폰을 착용하고 있는 것만으로 생체 신호를 수집하는 것이 아니라 별도의 장치를 몸의 다른 곳(이어폰 착용자의 상완)에 부착하여야 하므로 불편하다는 문제점이 있었다.On the other hand, the technique of measuring an electrocardiogram (ECG), which is one of biosignals, using an earphone according to the prior art does not collect biosignals simply by wearing an earphone for measuring biosignals, but a separate device is used to measure the biosignals. There was a problem in that it was inconvenient because it had to be attached to a place (the upper arm of the earphone wearer).

본 발명의 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여,In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention

생체 신호를 수집하기 위한 별도의 장치 없이, 혈압 모니터링을 위한 센서부를 구비하는 이어폰을 제공하는 데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an earphone having a sensor unit for monitoring blood pressure without a separate device for collecting bio-signals.

또한, 포스 센서로부터 검출된 데이터와 포토 다이오드로부터 검출된 데이터에 기초하여 혈압을 보다 정확하게 추정할 수 있는 혈압 모니터링을 위한 이어폰을 제공하는 데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an earphone for blood pressure monitoring capable of more accurately estimating blood pressure based on data detected from a force sensor and data detected from a photodiode.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 몸체부; 포스 센서, 포토 다이오드 및 발광 다이오드를 포함하는 센서부; 외부 디바이스와 유무선 통신하기 위한 통신부; 및 상기 몸체부, 센서부 및 통신부와 커플링되고, 상기 센서부를 통하여 검출된 PPG(Photoplethysmography) 신호를 처리하여 사용자의 혈압을 추정하는 제어부를 포함하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰을 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention is a body portion; a sensor unit including a force sensor, a photodiode, and a light emitting diode; a communication unit for wired/wireless communication with an external device; and a control unit coupled to the body unit, the sensor unit, and the communication unit, and estimating the user's blood pressure by processing a photoplethysmography (PPG) signal detected through the sensor unit.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 포토 다이오드를 통하여 사용자 귀의 대이주(anti-tragus) 영역에서 PPG 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the control unit is characterized in that the PPG signal is detected in the anti-tragus region of the user's ear through the photodiode.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 발광 다이오드는, 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 적어도 둘 이상의 발광 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the light emitting diode is characterized in that it is composed of at least two or more light emitting diodes that emit light of different wavelengths.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 포스 센서를 통하여 포스 데이터에 대응하는 DC 성분 신호를 검출하고, 상기 포토 다이오드를 통하여 PPG 신호에 대응하는 AC 성분 신호를 검출하고, 상기 검출된 DC 성분 신호 및 상기 검출된 AC 성분 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the control unit detects a DC component signal corresponding to the force data through the force sensor, detects an AC component signal corresponding to the PPG signal through the photodiode, and the detected It is characterized in that the blood pressure is estimated based on the DC component signal and the detected AC component signal.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 센서부는, 상기 몸체부의 중심 선을 기준으로 소정 각도 기울어져 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the sensor unit is characterized in that it is provided at a predetermined angle with respect to the center line of the body unit.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 몸체부는, 상기 포스 센서, 상기 발광 다이오드 및 상기 포토 다이오드가 실장되는 날개부 및 밀착 조정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 밀착 조정부를 제어하여, 상기 날개부가 상기 몸체부로부터 돌출되는 정도를 조정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the body portion, the force sensor, the light emitting diode and the photodiode is mounted further comprises a wing portion and a close contact adjustment unit, the control unit, by controlling the close contact adjustment unit, the wing It is characterized in that the degree of protrusion from the body portion is adjusted.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 몸체부는, 각도 조정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 각도 조정부를 제어하여, 상기 날개부가 상기 몸체부에 대하여 이루는 각도를 조정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the body portion further includes an angle adjusting unit, and the control unit controls the angle adjusting unit, characterized in that the wing portion adjusts the angle formed with respect to the body portion.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 포토 다이오드와 상기 발광 다이오드 사이의 거리는 3mm 내지 6mm을 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the distance between the photodiode and the light emitting diode is characterized in that it forms a 3mm to 6mm.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 포스 데이터에 대한 소정의 문턱값을 설정하고, 상기 포스 데이터가 상기 설정된 문턱값 이하로 떨어지는 것에 반응하여 상기 PPG 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the control unit sets a predetermined threshold value for the force data, and processes the PPG signal in response to the force data falling below the set threshold value. .

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제어부는, 사용자 자각 모드 또는 사용자 무자각 모드 중 어느 하나의 모드에서 혈압 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 한다.In addition, in an embodiment of the present invention, the control unit is characterized in that the blood pressure monitoring is started in any one of the user aware mode and the user non-aware mode.

본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to an embodiment of the present invention, there are one or more of the following effects.

첫 째, 고혈압 진단을 위한 종래의 커프형 혈압 진단 기기와 달리, 이어폰을 통한 무가압 방법을 이용하여 사용자가 불편함을 느끼지 않고 자각 없이 혈압을 측정할 수 있는 효과가 있다. First, unlike the conventional cuff-type blood pressure diagnosis device for diagnosing hypertension, there is an effect that the user can measure the blood pressure without realizing any discomfort by using the no-pressure method through the earphone.

둘 째, 이어폰의 몸체부에 내장되는 작은 크기의 귓속형 거치 타입을 이용하기 때문에 이동 중에도 혈압 측정이 가능하고, 일상 생활을 병행하면서 혈압 측정이 가능하다.Second, it is possible to measure blood pressure while on the move because it uses a small size in-ear mounting type that is built into the body of the earphone, and it is possible to measure blood pressure while performing daily life in parallel.

셋 째, 종래 일회적으로 측정할 수 있었던 혈압을 연속적으로 측정할 수 있기 때문에 갑작스러운 변동에 의한 다양한 의료 서비스를 제공할 수 있다. 나아가, 혈압변동 (BPV: Blood Pressure Variability)에 의한 심혈관계 질환의 위험성을 예측할 수 있다.Third, it is possible to provide various medical services due to sudden fluctuations because blood pressure, which can be measured one-time in the prior art, can be continuously measured. Furthermore, it is possible to predict the risk of cardiovascular disease due to blood pressure variability (BPV).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰을 통해 사용자의 혈압이 모니터링 되는 부위를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 PPG 신호를 검출하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 포토 다이오드와 발광 다이오드의 거리에 따른 신호 품질 인덱스(Signal Quality Index)를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 포스 센서에서 감지되는 압력의 변화에 따른 각 파장별 PPG 신호를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰이 포스 센서를 통해 추정하는 혈압 값을 나타내는 도면이다.
도 12는 PPG 신호의 시간 영역 그래프를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 이어폰의 혈압 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
1 is a view for explaining a portion where a user's blood pressure is monitored through an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method of detecting a PPG signal by a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a signal quality index according to a distance between a photodiode and a light emitting diode of an earphone for blood pressure monitoring.
10 is a diagram illustrating a PPG signal for each wavelength according to a change in pressure detected by a force sensor of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a blood pressure value estimated by an earphone for blood pressure monitoring through a force sensor according to an embodiment of the present invention.
12 shows a time domain graph of a PPG signal.
13 is a flowchart illustrating a blood pressure monitoring method of an earphone according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

[대이주(anti-tragus) 영역과 PPG 신호][anti-tragus region and PPG signal]

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰을 통해 사용자의 혈압이 모니터링 되는 부위를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a portion where a user's blood pressure is monitored through an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.

혈압은 귀, 손목, 팔꿈치의 상완 동맥, 손가락, 목의 경동맥, 발뒤꿈치의족저 동맥 등과 같이 신체의 다양한 부위에서 측정될 수 있다. 다만, 각각의 신체 부위에서 측정되는 혈압의 신호 품질이 서로 상이하기 때문에, 측정된 신호로부터 혈압을 추정하는 방법이 상이할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 사용자의 귀에서 혈압을 모니터링하는 방법을 제공한다.Blood pressure can be measured in various parts of the body, such as the brachial arteries in the ears, wrists, and elbows, the carotid arteries in the fingers, neck, and plantar arteries in the heels. However, since the signal quality of the blood pressure measured in each body part is different from each other, the method of estimating the blood pressure from the measured signal may be different. The earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention provides a method for monitoring blood pressure in a user's ear.

우선, 도 1을 참조하여 혈압 모니터링을 위한 이어폰이 사용자의 혈압을 모니터링하는 부위를 설명하도록 한다. 인간(사용자)의 귀는 크게 외이, 중이 및 내이로 구분된다. 도 1은 외이를 나타낸 것으로, 외이는 삼각와(triangular fossa), 귀둘레다리(crus of helix), 귀구슬(tragus), 절구패임(intertragic notch), 대이주(anti-tragus), 대이륜(anti-helix) 및 귓바퀴(helix)로 구성된다. First, with reference to FIG. 1 , a region where the earphone for monitoring blood pressure monitors the user's blood pressure will be described. The human (user) ear is largely divided into an outer ear, a middle ear, and an inner ear. 1 shows the outer ear, the outer ear is a triangular fossa, crus of helix, ear beads (tragus), intertragic notch (intertragic notch), daeju (anti-tragus), Daeryun (anti-tragus) -helix) and the auricle (helix).

특히, 귀의 대이주(anti-tragus)는 다른 부위보다 혈관이 많이 분포되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 센서부를 통해 대이주 영역으로부터 혈압 추정을 위한 광전용적맥파(PPG, Photoplethysmography) 신호를 검출하도록 설계된다.In particular, the anti-tragus of the ear has more blood vessels than other regions. Accordingly, the earphone according to the embodiment of the present invention is designed to detect a photoplethysmography (PPG) signal for blood pressure estimation from the great migration region through the sensor unit.

광전용적맥파(PPG, Photoplethysmography) 신호는 심실 수축기 동안 박출(ejection)된 혈액이 말초혈관까지 전달될 때 말초혈관에서 측정되는 맥파 신호를 의미한다. 광전용적맥파(PPG) 신호는 생체 조직의 광학적 특성을 이용해 측정된다.A photoplethysmography (PPG) signal refers to a pulse wave signal measured in a peripheral blood vessel when ejected blood is delivered to the peripheral blood vessel during ventricular systole. A photoplethysmographic wave (PPG) signal is measured using the optical properties of a living tissue.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 블록도이다. 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰(200)은 몸체부(210), 센서부(220), 통신부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.2 is a block diagram of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. The earphone 200 for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention includes a body 210 , a sensor 220 , a communication unit 230 , and a control unit 240 .

몸체부(210)는 본 발명의 실시예에 따른 이어폰(200)의 몸체를 형성하고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 몸체부(210)는 귀의 대이주 영역에 이어폰(200)이 밀착되기 위하여 추가적인 구성요소를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 이하 도 7 내지 도 8에서 상세히 후술하도록 한다.The body part 210 forms the body of the earphone 200 according to an embodiment of the present invention, and may have various shapes. The body portion 210 may include additional components in order to attach the earphone 200 to the large migration region of the ear. In this regard, it will be described later in detail with reference to FIGS. 7 to 8 .

센서부(220)는 포스 센서(221), 포토 다이오드(223) 및 발광 다이오드(222)를 포함하고, 상기 몸체부에 구비된다. 센서부(220)는 사용자의 귀의 대이주 영역으로부터 PPG 신호를 검출한다. 한편, 센서부(220)는 인쇄 회로 기판(224)을 더 포함할 수 있다.The sensor unit 220 includes a force sensor 221 , a photodiode 223 and a light emitting diode 222 , and is provided in the body unit. The sensor unit 220 detects the PPG signal from the large migration region of the user's ear. Meanwhile, the sensor unit 220 may further include a printed circuit board 224 .

통신부(230)는 본 발명의 실시예에 따른 이어폰(200)과 외부 디바이스(300) 사이의 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 통신부(230)는, 이어폰(200)을 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.The communication unit 230 may include one or more modules that enable communication between the earphone 200 and the external device 300 according to an embodiment of the present invention. In addition, the communication unit 230 may include one or more modules for connecting the earphone 200 to one or more networks.

제어부(240)는 본 발명의 실시예에 따른 이어폰(200)의 몸체부(210), 센서부(220) 및 통신부(230)와 커플링되고, 센서부(220) 및 통신부(230)를 제어하여 사용자의 귀의 대이주 영역으로부터 검출된 PPG 신호를 처리한다.The control unit 240 is coupled to the body portion 210 , the sensor unit 220 and the communication unit 230 of the earphone 200 according to an embodiment of the present invention, and controls the sensor unit 220 and the communication unit 230 . Thus, the PPG signal detected from the large migration region of the user's ear is processed.

외부 디바이스(300)는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다. The external device 300 is a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, a slate PC, a tablet A tablet PC (PC), an ultrabook, a wearable device, for example, a watch-type terminal (smartwatch), a glass-type terminal (smart glass), a head mounted display (HMD), etc. may be included.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 서비스 시스템(미도시)과 통신부(230)를 통하여 연동될 수 있다. 서비스 시스템은 다른 사용자의 혈압 데이터와 사용자의 혈압 데이터를 비교함으로써 사용자에게 경고 메시지 및 피드백을 제공할 수 있다.Meanwhile, the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention may be linked with a service system (not shown) through the communication unit 230 . The service system may provide a warning message and feedback to the user by comparing the blood pressure data of another user with the user's blood pressure data.

[GENERAL TYPE의 센서부][Sensor part of GENERAL TYPE]

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부의 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 3은 귀를 제외한 신체 부위에서 PPG 신호를 센싱할 수 있는 이어폰의 센서부의 구조를 나타낸 도면이다.3 is a cross-sectional view of a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of a sensor unit of an earphone capable of sensing a PPG signal in a body part other than the ear.

도 3의 (a) 를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부(220)는 포스 센서(Force sensor, 221), 발광 다이오드(Light emitting diode, 222) 및 포토 다이오드(Photo diode, 223)를 포함한다. 포스 센서(221), 발광 다이오드(222) 및 포토 다이오드(223)는 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, 224)에 커플링되어 구동에 필요한 전원을 공급받는다.Referring to FIG. 3A , the sensor unit 220 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention includes a force sensor 221 , a light emitting diode 222 and a photo diode. (Photo diode, 223). The force sensor 221 , the light emitting diode 222 , and the photo diode 223 are coupled to a printed circuit board 224 to receive power required for driving.

제어부(240)는 포스 센서(221)로부터 센싱된 포스 데이터를 통하여 이어폰이 적당한 압력으로 사용자의 귀(보다 구체적으로, 대이주)에 밀착되었는지 여부를 판단한다. 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 소정 범위 내의 압력으로 대이주 영역에 밀착되었을 때, 혈압 모니터링을 위한 최적의 PPG 신호를 얻을 수 있다. 포스 데이터와 PPG 신호의 상관 관계에 대하여 이하 도 10 내지 도 11에서 상세히 후술하도록 한다.The control unit 240 determines whether the earphone is in close contact with the user's ear (more specifically, large migration) with an appropriate pressure through the force data sensed by the force sensor 221 . When the earphone according to an embodiment of the present invention is in close contact with the large migration area with a pressure within a predetermined range, it is possible to obtain an optimal PPG signal for blood pressure monitoring. The correlation between the force data and the PPG signal will be described later in detail with reference to FIGS. 10 to 11 .

발광 다이오드(222) 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자로, 본 발명의 실시예에 따른 센서부(200)는 적어도 하나의 발광 다이오드(222)를 포함한다. The light emitting diode 222 is a device that converts electrical energy into light energy, and the sensor unit 200 according to an embodiment of the present invention includes at least one light emitting diode 222 .

도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드(222)는 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 적어도 둘 이상의 발광 다이오드로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3B , the light emitting diode 222 according to the embodiment of the present invention may be composed of at least two light emitting diodes emitting light of different wavelengths.

예를 들면, 발광 다이오드(222)는 가시광선에 해당하는 400-700 nm 파장의 빛을 방출하는 제1 발광 다이오드(222-1) 및 제2 발광 다이오드(222-2), 적외선(IR)에 해당하는 700 nm 이상의 파장의 빛을 방출하는 제3 발광 다이오드(222-3)를 포함할 수 있다.For example, the light emitting diode 222 is a first light emitting diode 222-1 and a second light emitting diode 222-2 emitting light having a wavelength of 400-700 nm corresponding to visible light, and infrared rays (IR). A third light emitting diode 222 - 3 emitting light of a corresponding wavelength of 700 nm or more may be included.

파장에 따라 빛의 흡수 및 반사와 같은 생체 조직에 대한 광학적 특성이 달라지기 때문에, 본 발명은 다 파장(Multi-wavelength) 기반의 혈압 모니터링 방법을 제공한다. 이와 관련하여 도 5에서 상세히 후술하도록 한다.Since optical properties of living tissue, such as absorption and reflection of light, vary according to wavelength, the present invention provides a method for monitoring blood pressure based on multi-wavelength. In this regard, it will be described later in detail with reference to FIG. 5 .

포토 다이오드(223)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자로, 빛을 검출하여 전기적인 신호를 발생시킨다. 발광 다이오드(222)에서 발생된 빛은 생체 조직(예를 들면, 대이주)에 흡수 및 반사되어 포토 다이오드(223)에서 검출된다.The photodiode 223 is a device that converts light energy into electrical energy, and detects light to generate an electrical signal. Light generated from the light emitting diode 222 is absorbed and reflected by a living tissue (eg, large migration), and is detected by the photodiode 223 .

한편, 본 발명의 실시예에 따른 센서부(220)의 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223) 사이의 거리는 포토 다이오드(223)에서 센싱되는 PPG 신호의 품질에 영향을 미친다. 따라서, 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223)는 최적의 거리를 유지할 필요가 있다. 이와 관련하여 이하 도 4에서 상세히 후술하도록 한다.Meanwhile, the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 of the sensor unit 220 according to an embodiment of the present invention affects the quality of the PPG signal sensed by the photodiode 223 . Accordingly, it is necessary to maintain an optimal distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 . In this regard, it will be described later in detail with reference to FIG. 4 below.

[EAR TYPE의 센서부][Sensor part of EAR TYPE]

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부의 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 4는 귀(예를 들면, 대이주)에서 PPG 신호를 센싱할 수 있는 이어폰의 센서부의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a cross-sectional view of a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of a sensor unit of an earphone capable of sensing a PPG signal in an ear (eg, large migration).

도 4의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부(220)는 몸체부(미도시)의 세로 중심 선(211)을 기준으로 소정 각도 기울어져 구비될 수 있다. 이는 이어폰(200)의 센서부(220)가 귀의 대이주 영역에 밀착되기 위한 것으로, 상기 소정 각도는 예를 들면 약 15~75°이다.Referring to FIG. 4A , the sensor unit 220 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention is provided at a predetermined angle with respect to the vertical center line 211 of the body (not shown). can be This is for the sensor unit 220 of the earphone 200 to be in close contact with the large migration region of the ear, and the predetermined angle is, for example, about 15 to 75°.

전술한 바와 같이 귀의 대이주 영역에는 다른 부위보다 혈관이 많이 분포되어 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 포토 다이오드(223)를 통해 귀의 대이주 영역으로부터 PPG 신호를 검출한다.As described above, since more blood vessels are distributed in the large migration region of the ear than in other regions, the earphone according to the embodiment of the present invention detects the PPG signal from the large migration region of the ear through the photodiode 223 .

도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 센서부(220)의 포토 다이오드(223)는 대이주 방향으로 약 15~75°에 대응하는 제1 영역에 위치하고, 센서부(220)의 포스 센서(221)는 제1 영역을 제외한 제2 영역에 위치한다.4 (b), the photodiode 223 of the sensor unit 220 of the earphone according to the embodiment of the present invention is located in the first area corresponding to about 15 to 75 ° in the great migration direction, the sensor The force sensor 221 of the unit 220 is located in the second area except for the first area.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 센서부(220)의 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223) 사이의 거리는 포토 다이오드(223)에서 센싱되는 PPG 신호의 품질에 영향을 미친다. 따라서, 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223)는 최적의 거리를 유지할 필요가 있다.Meanwhile, the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 of the sensor unit 220 according to an embodiment of the present invention affects the quality of the PPG signal sensed by the photodiode 223 . Accordingly, it is necessary to maintain an optimal distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)는 3.2mm ~ 5.6mm의 간격을 두고 배치될 수 있다. 또한, 포스 센서(221)는 최대한 포토 다이오드(223)와 근접하여 배치된다. 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223) 사이의 거리에 따른 PPG 신호의 품질에 대하여 이하 도 9에서 상세히 후술하도록 한다.Accordingly, the photodiode 223 and the light emitting diode 222 according to an embodiment of the present invention may be disposed with an interval of 3.2mm to 5.6mm. In addition, the force sensor 221 is disposed as close to the photodiode 223 as possible. The quality of the PPG signal according to the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 will be described later in detail with reference to FIG. 9 .

[다 파장 기반의 특징 추출][Multi-wavelength-based feature extraction]

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 PPG 신호를 검출하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 4를 함께 참조하여, 도 5에서 센서부가 PPG 신호를 검출하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.5 is a diagram illustrating a method of detecting a PPG signal by a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. A method of detecting a PPG signal by the sensor unit in FIG. 5 will be described with reference to FIGS. 3 to 4 together.

도 3 내지 도 4에서 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 센서부(220)는 적어도 하나의 발광 다이오드(222-1 내지 222-3)를 포함한다. 파장에 따라 빛의 흡수 및 반사와 같은 생체 조직에 대한 광학적 특성이 달라지기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 다 파장(Multi-wavelength) 기반의 혈압 모니터링 방법을 제공함으로써 단일 파장에서는 검출하기 어려운 혈역학적 정보를 검출하여 혈압을 추정할 수 있다.3 to 4, the sensor unit 220 of the earphone according to the embodiment of the present invention includes at least one light emitting diode (222-1 to 222-3). Since optical properties of living tissues such as absorption and reflection of light vary according to wavelength, the earphone according to an embodiment of the present invention provides a multi-wavelength-based blood pressure monitoring method to detect at a single wavelength. Blood pressure can be estimated by detecting difficult hemodynamic information.

도 5의 (a)는 발광 다이오드(222)가 방출하는 빛의 파장별 피부 조직에 대한 투과 깊이를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 청색 파장의 빛은 표피까지 침투하고, 녹색 파장의 빛은 진피의 일부까지 침투하고, 노란색 파장의 빛은 진피의 소동맥까지 침투하며, 적색 파장에서 적외선 파장의 빛은 하피까지 투과하는 것을 알 수 있다. 즉, 긴 파장의 빛이 피부 조직의 보다 깊은 영역까지 투과하는 것을 알 수 있다.FIG. 5A is a view showing the penetration depth of the light emitted by the light emitting diode 222 to the skin tissue for each wavelength. Referring to Figure 5 (a), blue wavelength light penetrates to the epidermis, green wavelength light penetrates to a part of the dermis, yellow wavelength light penetrates to the arterioles of the dermis, red wavelength of infrared It can be seen that the light penetrates to the harpy. That is, it can be seen that the light of a long wavelength is transmitted to a deeper region of the skin tissue.

도 5의 (b)는 적색 파장과 녹색 파장의 빛이 피부 조직에 투과하는 깊이를 비교한 도면이다. 도 5의 (b)를 참조하면, 녹색 파장의 빛(λ1)은 모세혈관까지 침투하고, 적색 파장의 빛(λ2)은 소동맥 및 동맥까지 침투하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 센서부는 복수의 발광 다이오드를 구비함으로써 복수의 파장의 빛을 방출함으로써, 단일 파장에서는 검출하기 어려운 혈역학적 정보를 검출하여 혈압을 추정할 수 있다.FIG. 5B is a diagram comparing the penetration depth of light of a red wavelength and a green wavelength through the skin tissue. Referring to FIG. 5B , it can be seen that light (λ1) of green wavelength penetrates to capillaries, and light (λ2) of red wavelength penetrates into arterioles and arteries. The sensor unit of the earphone according to an embodiment of the present invention includes a plurality of light emitting diodes and emits light of a plurality of wavelengths, so that blood pressure can be estimated by detecting hemodynamic information that is difficult to detect at a single wavelength.

한편, 아래 [표 1]을 참조하면 혈관의 종류마다 평균 혈압이 다름을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 아래 [표 1]을 통하여 혈관의 직경이 작아 질수록 평균 혈압이 낮아짐을 알 수 있다. 이처럼, 파장 뿐만 아니라 혈관의 종류에 따라 평균 혈압이 다르기 때문에 혈압이 측정되는 신체 부위에 따라 가압/감압 시 다른 맥파 모폴로지(Morphology)를 보인다.Meanwhile, referring to [Table 1] below, it can be seen that the average blood pressure is different for each type of blood vessel. More specifically, it can be seen through [Table 1] below that the mean blood pressure decreases as the diameter of the blood vessel decreases. As such, since the average blood pressure differs according to the type of blood vessel as well as the wavelength, different pulse wave morphology is shown during pressurization/decompression depending on the body part where the blood pressure is measured.

혈관blood vessel 평균 혈압(mmHg)Mean blood pressure (mmHg) 대동맥aorta 100100 동맥artery 100 ~ 40100 to 40 모세혈관capillaries 60 ~ 4060 to 40 폐동맥pulmonary artery 18 ~ 1518 to 15 폐정맥pulmonary vein 10 ~ 810 to 8 정맥vein 10 ~ 210 to 2 대정맥vena cava 2 ~ 52 to 5

앞서 설명한 다양한 요소를 고려하여, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 다 파장(Multi-wavelength) 기반의 모니터링을 통해서 귀의 대이주 영역에서 측정되는 PPG 신호로부터 사용자의 혈압을 추정하는 방법을 제공한다.In consideration of the various factors described above, the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention is a method of estimating a user's blood pressure from a PPG signal measured in a large ear migration region through multi-wavelength-based monitoring provides

[[ 센서부sensor unit 밀착 구조] Adhesion structure]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로 도 6은 이어폰의 몸체부를 측면에서 바라본 것을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 6 is a view showing the body of the earphone as viewed from the side.

본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 몸체부(210)는 날개부(212)를 포함한다. 상기 날개부(212)에는 센서부(220)의 구성 요소인 포스 센서(221), 발광 다이오드(222) 및 포토 다이오드(223)가 실장된다. 도 4에서 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)는 3.2mm ~ 5.6mm의 간격을 두고 배치되며, 포스 센서(221)는 포토 다이오드(223)와 최대한 근접하여 배치된다.The body part 210 of the earphone according to the embodiment of the present invention includes a wing part 212 . A force sensor 221 , a light emitting diode 222 , and a photodiode 223 which are components of the sensor unit 220 are mounted on the wing unit 212 . As described above in FIG. 4 , the photodiode 223 and the light emitting diode 222 according to an embodiment of the present invention are disposed with an interval of 3.2mm to 5.6mm, and the force sensor 221 is the photodiode 223 . placed as close as possible to

도 3에서 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 소정 범위 내의 압력으로 대이주 영역에 밀착되었을 때, 혈압 모니터링을 위한 최적의 PPG 신호를 얻을 수 있다.As described above in FIG. 3 , when the earphone according to an embodiment of the present invention is in close contact with the large migration area with a pressure within a predetermined range, it is possible to obtain an optimal PPG signal for blood pressure monitoring.

본 발명의 실시예에 따른 날개부(212)는 몸체부(210)의 가로 중심 선(213)을 기준으로 10° 기울여져 구비될 수 있다. 또한, 날개부(212)는 사용자가 이어폰을 귀에 착용하면 날개부(212)의 내측면과 접합하는 면에 힘을 전달한다. 본 발명의 실시예에 따른 포스 센서(221)는 상기 접합하는 면에 구비된다. 즉, 날개부(212) 는 사용자의 착용 유무에 따라 자동으로 포스 센서(221)에 힘을 전달하는 인체 공학적 구조를 갖는다.The wing portion 212 according to the embodiment of the present invention may be provided inclined by 10° with respect to the horizontal center line 213 of the body portion 210 . In addition, the wing portion 212 transmits a force to the surface in contact with the inner surface of the wing portion 212 when the user wears the earphone on the ear. The force sensor 221 according to an embodiment of the present invention is provided on the bonding surface. That is, the wing portion 212 has an ergonomic structure that automatically transmits a force to the force sensor 221 according to whether the user wears it or not.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 날개부(212)는 내부에 플렉서블한 타입의 인쇄 회로 기판(224)을 구비할 수 있다. 또한, 날개부(212)는 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223)의 거리가 5mm 이하인 경우에 최적의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)를 보장한다.Meanwhile, the wing unit 212 according to the embodiment of the present invention may include a flexible type printed circuit board 224 therein. In addition, the wing portion 212 guarantees an optimal signal to noise ratio when the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 is 5 mm or less.

본 발명의 실시예에 따른 날개부(212)와 사용자의 피부 접촉 면, 예를 들면 대이주 사이의 거리(a)는 1.5mm 내지 3.0mm가 유지되는 것이 바람직하다. 이 때, 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223) 사이의 거리를 b라고 하면, 광 경로(path)의 길이는 아래 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.The distance (a) between the wing portion 212 and the user's skin contact surface, for example, the major migration according to an embodiment of the present invention is preferably maintained in a range of 1.5mm to 3.0mm. In this case, if the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 is b, the length of the light path may be calculated as shown in Equation 1 below.

Figure 112017131161117-pat00001
Figure 112017131161117-pat00001

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로, 도 7은 몸체부에 구비되는 밀착 조정부를 이용하여, 대이주 영역에 센서부가 적절한 압력으로 밀착되는 것을 나타낸 도면이다. 도 7의 (a) 내지 (b)는 이어폰의 몸체부(210)를 측면에서 바라본 것을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 7 is a view showing that the sensor unit is in close contact with an appropriate pressure in the large migration area using the adhesion adjustment unit provided in the body unit. 7 (a) to (b) are views showing the body portion 210 of the earphone as viewed from the side.

제어부(240)는 밀착 조정부(270)를 제어하여 귀의 대이주 영역에 상기가 날개부(212)가 밀착되는 정도를 조정할 수 있다. 보다 구체적으로, 밀착 조정부(270)에 의하여 날개부(212)가 몸체부(210)로부터 돌출되는 정도가 조정될 수 있다. 도 7의 (a) 및 (b)를 비교하면, 날개부(212)가 몸체부(210)로부터 돌출되는 거리(d)는 가변적으로 조절될 수 있다. The control unit 240 may control the adhesion adjustment unit 270 to adjust the degree of adhesion of the wing portion 212 to the large ear migration region. More specifically, the degree to which the wing part 212 protrudes from the body part 210 may be adjusted by the close contact adjustment part 270 . Comparing (a) and (b) of FIG. 7 , the distance d at which the wing part 212 protrudes from the body part 210 may be variably adjusted.

예를 들면, 도 7의 (a)보다 도 7의 (b)에서 날개부(212)가 돌출되는 정도가 높게 설정되어 몸체부(210)로부터 더 돌출된 것을 확인할 수 있다. 도 7의 (a) 내지 (b)에서는 밀착 조정부(270)의 밀착 정도가 4단계인 것으로 도시되어 있으나, 그 이상의 단계 또는 연속적으로 조정되도록 설계될 수 있다.For example, it can be seen that the degree of protrusion of the wing part 212 is set higher in (b) of FIG. 7 than that of (a) of FIG. Although it is illustrated that the degree of adhesion of the adhesion adjusting unit 270 is four steps in (a) to (b) of FIG. 7 , it may be designed to be adjusted in more steps or continuously.

본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 센서부(220)가 밀착되는 정도를 조정하여 최적의 신호 품질 인덱스를 갖는 PPG 신호를 획득할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 센서부(220)가 대이주 영역에 밀착될 때 압력은 0에 가까울수록 이상적이다. 이와 관련하여 이하 도 10에서 상세히 후술하도록 한다.The earphone according to an embodiment of the present invention may obtain a PPG signal having an optimal signal quality index by adjusting the degree of contact with the sensor unit 220 . When the sensor unit 220 according to the embodiment of the present invention is in close contact with the large migration area, the closer the pressure is to 0, the more ideal. In this regard, it will be described later in detail with reference to FIG. 10 .

센서부(220)가 대이주 영역에 이상적으로 밀착된 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 제어부(240)는 포스 센서(221)를 통하여 DC 성분 신호를 검출하고, 포토 다이오드(223)를 통하여 AC 성분 신호를 검출한다. 또한, 제어부(240)는 검출된 DC 성분 신호와 AC 성분 신호에 기초하여 사용자의 혈압 값을 보다 정확하게 추정할 수 있다.In a state in which the sensor unit 220 is ideally in close contact with the large migration area, the control unit 240 of the earphone according to the embodiment of the present invention detects a DC component signal through the force sensor 221 , and a photodiode 223 . Detects the AC component signal through Also, the controller 240 may more accurately estimate the user's blood pressure value based on the detected DC component signal and AC component signal.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부가 몸체부에 구비되는 구조를 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로, 도 8은 몸체부 내에 구비되는 각도 조정부를 이용하여, 센서부가 대이주 영역에 정확히 위치되는 것을 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 이어폰의 몸체부(210)를 측면에서 바라본 것을 나타낸 도면이고, 도 8의 (b) 내지 (d)는 이어폰의 몸체부(210)를 위에서 내려다본 것을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a structure in which a sensor unit of an earphone for blood pressure monitoring is provided in a body portion according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 8 is a view showing that the sensor unit is accurately positioned in the large migration area by using the angle adjusting unit provided in the body unit. FIG. 8(a) is a view showing the body part 210 of the earphone as viewed from the side, and FIGS. 8(b) to (d) are views showing the body part 210 of the earphone as viewed from above.

일반적으로, 이어폰은 다양한 모양의 귀에 사용 가능하도록 해부학적 구조를 이용하여 설계 되어 있다. 그러나, 귀 해부학적 차이로 인해 개인에 따라 대이주의 경사도가 다를 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 센서부(220)는 각도 조정부(280)를 구비할 수 있다. In general, earphones are designed using an anatomical structure so that they can be used for ears of various shapes. However, due to differences in ear anatomy, the inclination of the great migration may be different for each individual. Accordingly, the sensor unit 220 according to the embodiment of the present invention may include an angle adjustment unit 280 .

본 발명의 실시예에 따른 제어부(240)는 각도 조정부(280)를 제어하여 날개부(212)를 회전시킴으로써 센서부(220)의 각도를 해부학적 구조에 맞춰 최적화 할 수 있다.The control unit 240 according to the embodiment of the present invention may control the angle adjusting unit 280 to rotate the wing unit 212 to optimize the angle of the sensor unit 220 according to the anatomical structure.

예를 들면, 도 8의 (a)에서 이어폰의 몸체부(210)는 밀착 조정부(270) 뿐만 아니라 각도 조정부(280)를 더 구비한다. 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 제어부(240)는 각도 조정부(280)를 제어하여 도 8의 (a) 내지 (c)와 같이 날개부(212)가 몸체부(210)에 대하여 이루는 각도가 서로 다르게 조정할 수 있다.For example, in (a) of FIG. 8 , the body 210 of the earphone further includes an angle adjustment unit 280 as well as the close contact adjustment unit 270 . The control unit 240 of the earphone according to the embodiment of the present invention controls the angle adjusting unit 280 so that the angle formed by the wing unit 212 with respect to the body unit 210 as shown in FIGS. They can be adjusted differently.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰은 통신부(230)를 통해 연결된 외부 디바이스(예를 들면, 스마트 폰)를 통해, 날개부(212)가 대이주 영역에 적절하게 밀착 되었는지 여부를 모니터링 할 수 있다.Furthermore, the earphone according to an embodiment of the present invention can monitor whether the wing unit 212 is properly adhered to the large migration area through an external device (eg, a smart phone) connected through the communication unit 230 . there is.

[실험 데이터][Experimental data]

도 9는 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 포토 다이오드와 발광 다이오드의 거리에 따른 신호 품질 인덱스(Signal Quality Index)를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating a signal quality index according to a distance between a photodiode and a light emitting diode of an earphone for blood pressure monitoring.

앞서 도 4에서 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 센서부(220)에서, 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223) 사이의 거리는 포토 다이오드(223)에서 센싱되는 PPG 신호의 품질에 영향을 미친다. 따라서, 발광 다이오드(222)와 포토 다이오드(223)는 최적의 거리를 유지할 필요가 있다.As described above in FIG. 4 , in the sensor unit 220 of the earphone for monitoring blood pressure according to an embodiment of the present invention, the distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 is sensed by the photodiode 223 . Affects the quality of the PPG signal. Accordingly, it is necessary to maintain an optimal distance between the light emitting diode 222 and the photodiode 223 .

도 9의 가로 축은 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)사이의 거리를 나타내고, 세로 축은 PPG 신호의 품질을 의미하는 신호 품질 인덱스를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)사이의 거리가 3.2mm ~ 5.6mm일 때 신호 품질 인덱스는 0.8 이상을 나타낸다. 9 , the horizontal axis represents the distance between the photodiode 223 and the light emitting diode 222 , and the vertical axis represents the signal quality index indicating the quality of the PPG signal. As shown in FIG. 9 , when the distance between the photodiode 223 and the light emitting diode 222 is 3.2 mm to 5.6 mm, the signal quality index indicates 0.8 or more.

보다 구체적으로, 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)사이의 거리가 3.2mm 이하일 때는, 포토 다이오드(223)에 혈관으로부터 반사되는 빛보다 피하조직을 통해 직접적으로 들어오는 빛이 많기 때문에 신호 품질 인덱스가 떨어진다. 반면, 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)사이의 거리가 5.6mm 이상일 때는, 발광 다이오드(222)로부터 포토 다이오드(223)가 멀어질 수록 혈관에서 반사되는 빛의 양이 줄어들기 때문에 신호 품질 인덱스가 떨어진다.More specifically, when the distance between the photodiode 223 and the light emitting diode 222 is 3.2 mm or less, the photodiode 223 receives more light directly through the subcutaneous tissue than the light reflected from the blood vessel, so the signal quality index is falling On the other hand, when the distance between the photodiode 223 and the light emitting diode 222 is 5.6 mm or more, as the photodiode 223 is further away from the light emitting diode 222, the amount of light reflected from the blood vessel decreases. index goes down.

결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰의 센서부(220)에서, 포토 다이오드(223)와 발광 다이오드(222)사이의 거리는 3.2mm ~5.6mm가 유지되도록 설계될 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 신호 품질 인덱스가 0.8 이상의 값을 갖는 PPG 신호를 획득할 수 있다.In conclusion, in the sensor unit 220 of the earphone according to the embodiment of the present invention, the distance between the photodiode 223 and the light emitting diode 222 may be designed such that 3.2mm ~ 5.6mm is maintained. Through this, the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention may acquire a PPG signal having a signal quality index of 0.8 or more.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 포스 센서에서 감지되는 압력의 변화에 따른 각 파장별 PPG 신호를 나타낸 도면이다. 도 10의 가로 축은 시간을 나타내고 세로 축은 포스 센서(221)에서 감지되는 압력을 나타낸다.10 is a diagram illustrating a PPG signal for each wavelength according to a change in pressure detected by a force sensor of an earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. 10 , the horizontal axis represents time and the vertical axis represents pressure sensed by the force sensor 221 .

도 10을 참조하면, 0~12초 구간에서 포스 센서(221)로부터 감지되는 압력이 0.55N 이상인 것을 확인할 수 있다. 포스 센서(221)에서 감지된 압력이 크다는 것은 포스 센서(221)에 접촉하는 피부(대이주)의 압력이 크다는 것을 의미한다. 대이주의 모세혈관에 대한 큰 압력은 혈관 내 혈액의 흐름을 방해하기 때문에 PPG 신호가 잘 검출되지 않는다. 따라서, 도 10의 0~12초 구간에서는 녹색, 적색, 적외선 발광 다이오드를 이용한 PPG 신호의 품질이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that the pressure sensed by the force sensor 221 is 0.55N or more in the 0 to 12 second interval. When the pressure sensed by the force sensor 221 is large, it means that the pressure of the skin (great migration) in contact with the force sensor 221 is large. Because the large pressure on the capillaries of the great migration impedes the blood flow in the blood vessels, the PPG signal is not well detected. Therefore, it can be seen that the quality of the PPG signal using the green, red, and infrared light emitting diodes is deteriorated in the 0 to 12 second section of FIG. 10 .

반면, 포스 센서(221)에서 감지된 압력이 0.55N 이하가 되는 12~45초 구간에서는 녹색, 적색, 적외선 발광 다이오드를 이용한 PPG 신호가 검출되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이 12~45초 구간에서 녹색 발광 다이오드와 적외선 발광 다이오드를 이용한 PPG 신호의 품질이 적색 발광 다이오드를 이용한 PPG 신호의 품질보다 높은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the PPG signal using the green, red, and infrared light emitting diodes is detected in the 12 to 45 second period when the pressure sensed by the force sensor 221 is 0.55N or less. Also, as shown in FIG. 10 , it can be confirmed that the quality of the PPG signal using the green light emitting diode and the infrared light emitting diode is higher than the quality of the PPG signal using the red light emitting diode in the period of 12 to 45 seconds.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 포스 센서(221)에서 감지되는 포스 데이터의 문턱값(Threshold)은 0.55N으로 설정될 수 있다. 즉, 제어부(240)는 포스 데이터에 대한 소정 문턱값(예를 들면, 0.55N)을 설정하고, 포스 데이터가 상기 설정된 문턱값 이하로 떨어지는 것에 반응하여 PPG 신호를 처리하도록 설계될 수 있다.Accordingly, the threshold value of the force data detected by the force sensor 221 of the earphone for blood pressure monitoring according to the embodiment of the present invention may be set to 0.55N. That is, the controller 240 may be designed to set a predetermined threshold value (eg, 0.55N) for the force data and process the PPG signal in response to the force data falling below the set threshold value.

한편, 포스 센서(221)에서 감지된 압력이 0.55N 이하임에도 PPG 신호가 잘 검출되지 않는 것은 포스 센서(221)가 대이주 영역에 밀착되지 않아 주변 광(ambient light)에 의해 SNR가 낮아지기 때문이다. 도 10의 45초 이후의 구간에서 PPG 신호가 검출되지 않은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, the reason that the PPG signal is not well detected even though the pressure sensed by the force sensor 221 is 0.55N or less is because the force sensor 221 is not in close contact with the large migration area and the SNR is lowered by ambient light. . It can be seen that the PPG signal is not detected in the section after 45 seconds of FIG. 10 .

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰이 포스 센서를 통해 추정하는 혈압 값을 나타내는 도면이다.11 is a diagram illustrating a blood pressure value estimated by an earphone for blood pressure monitoring through a force sensor according to an embodiment of the present invention.

PPG 신호는 혈관의 분포, 피부색, 주변 광(ambient light) 노이즈, 포토 다이오드가 피부에 접촉된 정도 및 발광 다이오드의 광 세기에 따라 반사되는 빛의 세기가 달라지기 때문에 단위가 없는 상대적인 수치이다. 따라서, 종래 기술에 따른 혈압 모니터링 방법은 상대적인 수치인 PPG 신호로만 혈압을 추정해야 하기 때문에, 기준 혈압 값을 입력 받은 뒤 측정된 PPG 신호를 캘리브레이션(calibration)하여 혈압의 변화를 추정하는 방법을 이용한다.The PPG signal is a relative number without units because the intensity of reflected light varies depending on the distribution of blood vessels, skin color, ambient light noise, the degree of contact with the skin of the photodiode, and the light intensity of the light emitting diode. Therefore, since the blood pressure monitoring method according to the prior art needs to estimate the blood pressure only with the PPG signal, which is a relative value, a method of estimating the change in blood pressure by calibrating the measured PPG signal after receiving the reference blood pressure value is used.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰은 포스 센서(221)를 통하여 센서부(220)가 대이주 영역에 가하는 압력의 절대값을 측정할 수 있다. On the other hand, the earphone for blood pressure monitoring according to the embodiment of the present invention may measure the absolute value of the pressure applied to the large migration region by the sensor unit 220 through the force sensor 221 .

도 11의 (a)를 참조하면, 센서부(220)가 대이주 영역에 이상적으로 밀착된 상태에서 포스 센서(221)에서 DC 성분 신호(1110)가 측정된다. 그리고, 제어부(240)는 포토 다이오드(223)에서 측정되는 AC 성분 신호(1120)를 상기 DC 성분 신호(1110)와 함께 분석하여 혈압 값을 보다 정확하게 추정할 수 있다.Referring to FIG. 11A , the DC component signal 1110 is measured by the force sensor 221 in a state in which the sensor unit 220 is ideally in close contact with the large migration region. In addition, the controller 240 may analyze the AC component signal 1120 measured by the photodiode 223 together with the DC component signal 1110 to more accurately estimate the blood pressure value.

도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 DC 성분 신호(1110)와 AC 성분 신호(1120)를 앙상블 에버리지(ensemble average) 방법을 통하여 위상과 진폭을 보정한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면 20초마다 한 주기에 해당하는 혈압 값이 추정될 수 있다.FIG. 11B shows that the DC component signal 1110 and the AC component signal 1120 of FIG. 11A are corrected for phase and amplitude through an ensemble average method. According to an embodiment of the present invention, a blood pressure value corresponding to one cycle may be estimated every 20 seconds.

[[ PPGPPG 신호로부터 혈압을 추정하는 방법] How to estimate blood pressure from signals]

혈압을 추정하기 위한 요인은 맥파 신호 요인 및 생리적 요인으로 구분된다. 생리적 요인은 나이, 성별, 키 및 몸무게 등과 같은 요인을 포함한다. 맥파 신호 요인은 다시 형태적(Morphological) 요인, 주파수(Frequency) 요인 및 시-주파수(Time-Frequency) 요인으로 구분된다. 상기 형태적 요인은 시간 영역(time domain) 분석, 진폭 영역(frequency domain) 분석, 혼합 영역(time-frequency domain) 분석으로 분류된다.Factors for estimating blood pressure are divided into pulse wave signal factors and physiological factors. Physiological factors include factors such as age, gender, height and weight. The pulse wave signal factor is again divided into a morphological factor, a frequency factor, and a time-frequency factor. The morphological factor is classified into a time domain analysis, an amplitude domain analysis, and a time-frequency domain analysis.

도 12는 PPG 신호의 시간 영역 그래프를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 12를 참조하여 PPG 신호의 형태적 요인, 특히 시간 영역 분석에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 12 shows a time domain graph of a PPG signal. More specifically, the morphological factors of the PPG signal, particularly the time domain analysis, will be described in detail with reference to FIG. 12 .

제어부(240)는 포토 다이오드(223)를 통해 획득된 PPG 신호를 전처리 한다. 도 12에는 맥파의 한 주기에 해당하는 전처리 PPG 신호(1210)가 도시되어 있다. 다음으로, 제어부(240)는 전처리 PPG 신호(1210)를 1차 미분한다. 다음으로, 제어부(240)는 1차 미분된 PPG 신호(1220)를 2차 미분한다. 마지막으로, 제어부(240)는 2차 미분된 PPG 신호(1230)에서 기준점(Fiducial Point)를 검출한다. The controller 240 pre-processes the PPG signal obtained through the photodiode 223 . 12 illustrates a preprocessed PPG signal 1210 corresponding to one cycle of a pulse wave. Next, the control unit 240 first differentiates the preprocessed PPG signal 1210 . Next, the controller 240 second-differentiates the first-differentiated PPG signal 1220 . Finally, the controller 240 detects a fiducial point from the second-differentiated PPG signal 1230 .

한편, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 제어부(240)는 검출된 PPG 신호로부터 사용자의 혈압을 추정하기 위하여, 윈드케셀 모델(Windkessel Model)을 이용할 수 있다. 윈드케셀 모델은 혈류 유입에 따른 혈관의 형태와 압력 변화에 따른 PPG 신호의 변화를 모델링 한다. 도 12의 전처리 PPG 신호(1210)는 전진파와 반사파가 중첩된 신호로서, 정상 범위 내 혈압의 PPG 신호와 정상 범위 밖 혈압의 PPG 신호는 형태적으로 상이하게 나타난다.Meanwhile, the controller 240 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention may use a Windkessel model to estimate the user's blood pressure from the detected PPG signal. The Wind Kessel model models the change in the PPG signal according to the blood vessel shape and pressure change according to the inflow of blood. The preprocessed PPG signal 1210 of FIG. 12 is a signal in which the forward wave and the reflected wave are superimposed, and the PPG signal of the blood pressure within the normal range and the PPG signal of the blood pressure outside the normal range are morphologically different.

본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 제어부(240)는 도 12에 도시된 2차 미분된 PPG 신호(1230)로부터 기준점 a 내지 기준점 g를 검출한다.The control unit 240 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention detects a reference point a to a reference point g from the second differentiated PPG signal 1230 shown in FIG. 12 .

본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 제어부(240)는 도 12에 도시된 기준점(a 내지 g)의 시간 영역 또는 진폭 영역 분석을 통하여 사용자의 혈압을 모델링하고, 정상 범위 내 혈압과 비교한다.The control unit 240 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention models the user's blood pressure through time domain or amplitude domain analysis of the reference points a to g shown in FIG. Compare.

[FLOW CHART][FLOW CHART]

도 13은 본 발명의 실시예에 이어폰의 혈압 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다. 보다 구체적으로, 도 13을 통하여 사용자가 혈압 모니터링에 대하여 자각 상태인 경우 및 무자각 상태인 경우의 모니터링 방법에 대하여 설명하도록 한다.13 is a flowchart illustrating a blood pressure monitoring method of an earphone according to an embodiment of the present invention. More specifically, with reference to FIG. 13 , a monitoring method when the user is in an conscious state and in an unaware state with respect to blood pressure monitoring will be described.

본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 제어부(240)는 사용자 자각 모드 또는 사용자 무자각 모드 중 어느 하나의 모드에서 혈압 모니터링을 개시한다.The control unit 240 of the earphone for blood pressure monitoring according to an embodiment of the present invention starts blood pressure monitoring in any one of the user aware mode and the user non-aware mode.

사용자 자각 모드에서, 제어부(240)는 단계 1310에 따라 혈압 모니터링 시작 여부를 판단한다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 이어폰에 구비되는 소정 버튼에 대한 입력에 반응하여 제어부(240)는 혈압 모니터링을 시작할 수 있다. In the user awareness mode, the controller 240 determines whether to start monitoring blood pressure according to step 1310 . For example, in response to an input to a predetermined button provided in the earphone according to an embodiment of the present invention, the controller 240 may start monitoring blood pressure.

혈압 모니터링을 위한 입력이 없는 경우, 제어부(240)는 단계 1311에 따라 센서부(220)가 동작하지 않는 상태인 슬립 모드가 유지되도록 제어한다. 혈압 모니터링을 위한 입력이 있는 경우, 제어부(240)는 단계 1312에 따라 센서부(220)를 초기화한다.When there is no input for monitoring blood pressure, the controller 240 controls the sleep mode in which the sensor unit 220 does not operate according to step 1311 to be maintained. When there is an input for monitoring blood pressure, the controller 240 initializes the sensor unit 220 according to step 1312 .

한편, 사용자 무자각 모드에서 제어부(240)는 단계 1310과 같은 혈압 모니터링 시작 여부를 판단하지 않고, 단계 1320에 따라 곧바로 센서부(220)를 초기화 한다.Meanwhile, in the user unaware mode, the controller 240 initializes the sensor unit 220 immediately according to step 1320 without determining whether to start monitoring blood pressure as in step 1310 .

단계 1312 또는 단계 1320에 따라 센서부(220)가 초기화되어 PPG 신호가 획득되면, 단계 1330에 따라 제어부(240)는 획득된 PPG 신호의 품질이 기설정된 값 이상인지 판단한다. 이 때, 도 9에서 전술한 신호 품질 인덱스가 이용될 수 있다. 예를 들면, 제어부(240)는 신호 품질 인덱스가 0.8 이상인 경우에 PPG 신호의 품질이 기설정된 값 이상인 것으로 판단할 수 있다.When the sensor unit 220 is initialized to obtain a PPG signal according to step 1312 or 1320, the controller 240 determines whether the quality of the obtained PPG signal is equal to or greater than a preset value in step 1330. In this case, the signal quality index described above in FIG. 9 may be used. For example, when the signal quality index is 0.8 or more, the controller 240 may determine that the quality of the PPG signal is equal to or greater than a preset value.

획득된 PPG 신호의 품질이 기설정된 값 이하이면, 단계 1331에 따라 제어부(240)는 이어폰 재 착용을 요청하는 메시지를 출력한다. 상기 메시지는 음성 메시지 또는 진동 메시지로 출력될 수 있다.If the quality of the acquired PPG signal is less than or equal to a preset value, the controller 240 outputs a message requesting to wear the earphone again according to step 1331. The message may be output as a voice message or a vibration message.

한편, 획득된 PPG 신호의 품질이 기설정된 값 이상이면, 단계 1340 및 단계 1341에 따라 제어부(240)는 사용자의 동작을 모니터링하고, 혈압 측정 주기를 알리는 메시지를 출력한다.On the other hand, if the quality of the acquired PPG signal is equal to or greater than a preset value, the controller 240 monitors the user's operation according to steps 1340 and 1341 and outputs a message indicating the blood pressure measurement cycle.

단계 1350에 따라, 제어부(240)는 사용자가 안정 상태에 있는 지 여부를 판단한다. 보다 구체적으로, 사용자가 과도하게 움직이고 있는 상황(예를 들면, 운동 중)에서는 PPG 신호 측정을 통한 혈압 모니터링이 어렵기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 혈압 모니터링을 위한 이어폰의 제어부(240)는 사용자가 안정 상태에 있는 지 여부를 먼저 판단한다. According to step 1350 , the controller 240 determines whether the user is in a stable state. More specifically, since it is difficult to monitor blood pressure through PPG signal measurement in a situation in which the user is moving excessively (for example, during exercise), the control unit 240 of the earphone for monitoring blood pressure according to the embodiment of the present invention provides the user with First, it is determined whether or not is in a stable state.

사용자가 안정 상태에 있지 않다고 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1340에 따라 사용자 동작을 다시 모니터링 한다. 사용자가 안정 상태에 있다고 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1360에 따라 혈압 측정을 시작한다. 혈압 측정에는 도 11 내지 도 12에서 전술한 방법이 이용될 수 있다. If it is determined that the user is not in a stable state, the controller 240 monitors the user's operation again according to step 1340 . If it is determined that the user is in a stable state, the controller 240 starts measuring blood pressure in step 1360 . The method described above with reference to FIGS. 11 to 12 may be used for measuring blood pressure.

혈압 측정이 시작되면, 제어부(240)는 단계 1361에 따라 주변 요인을 검출한다. 주변 요인은 주변 광(ambient light) 노이즈와 같이 혈압 측정에 영향을 미칠 수 있는 요인을 의미한다. 다음으로, 단계 1362에 따라 제어부(240)는 검출된 주변 요인이 측정된 혈압에 영향을 미치는 지 판단한다. When blood pressure measurement is started, the control unit 240 detects a surrounding factor according to step 1361 . The ambient factor refers to a factor that may affect blood pressure measurement, such as ambient light noise. Next, according to step 1362, the controller 240 determines whether the detected surrounding factors affect the measured blood pressure.

검출된 주변 요인이 측정된 혈압에 영향을 미치는 것으로 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1370에 따라 기설정된 메시지를 출력한다. 상기 메시지는 음성 메시지 또는 진동 메시지로 출력될 수 있다.When it is determined that the detected surrounding factors affect the measured blood pressure, the controller 240 outputs a preset message according to step 1370 . The message may be output as a voice message or a vibration message.

검출된 주변 요인이 측정된 혈압에 영향을 미치지 않는 것으로 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1371에 따라 측정된 혈압을 기초로 비정상적인 혈압 변화가 있는 지 여부를 판단한다.When it is determined that the detected surrounding factors do not affect the measured blood pressure, the controller 240 determines whether there is an abnormal blood pressure change based on the measured blood pressure in operation 1371 .

비정상적인 혈압 변화가 있다고 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1380에 따라 경고 메시지를 출력한다. 한편, 비정상적인 혈압 변화가 없다고 판단된 경우, 제어부(240)는 단계 1381에 따라 측정된 혈압 데이터를 저장한다.When it is determined that there is an abnormal blood pressure change, the controller 240 outputs a warning message according to step 1380 . Meanwhile, when it is determined that there is no abnormal blood pressure change, the controller 240 stores the blood pressure data measured in operation 1381 .

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be implemented as computer-readable codes on a medium in which a program is recorded. The computer-readable medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is also a carrier wave (eg, transmission over the Internet) that is implemented in the form of. In addition, the computer may include a control unit of the terminal. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

200: 이어폰
210: 몸체부
220: 센서부
230: 통신부
240: 제어부
200: earphone
210: body part
220: sensor unit
230: communication department
240: control unit

Claims (10)

혈압 모니터링을 위한 이어폰에 있어서,
몸체부;
센서부;
외부 디바이스와 유무선 통신하기 위한 통신부; 및
상기 몸체부, 센서부 및 통신부와 커플링되고, 상기 센서부를 통하여 검출된 PPG(Photoplethysmography) 신호를 처리하여 사용자의 혈압을 추정하는 제어부; 를 포함하고,
상기 센서부는,
상기 PPG 신호를 검출하는 포토 다이오드; 상기 PPG 신호를 검출하는 발광 다이오드; 및 상기 포토 다이오드와 상기 발광 다이오드의 PPG 신호 검출을 위한 기준 값을 획득하는 포스 센서; 를 포함하고,
상기 포토 다이오드 및 상기 발광 다이오드는 제 1 거리 이격되어 배치되고, 상기 포토 다이오드 및 상기 포스 센서는 제 2 거리 이격되어 배치되고, 상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리보다 큰,
혈압 모니터링을 위한 이어폰.
In the earphone for blood pressure monitoring,
body part;
sensor unit;
a communication unit for wired/wireless communication with an external device; and
a control unit coupled to the body unit, the sensor unit, and the communication unit, the control unit estimating a user's blood pressure by processing a photoplethysmography (PPG) signal detected through the sensor unit; including,
The sensor unit,
a photodiode detecting the PPG signal; a light emitting diode detecting the PPG signal; and a force sensor configured to obtain a reference value for detecting the PPG signal of the photodiode and the light emitting diode. including,
The photodiode and the light emitting diode are disposed to be spaced apart by a first distance, the photodiode and the force sensor are disposed to be spaced apart from each other by a second distance, and the first distance is greater than the second distance,
Earphones for blood pressure monitoring.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 포토 다이오드를 통하여 사용자 귀의 대이주(anti-tragus) 영역에서 PPG 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The control unit is
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that detecting the PPG signal in the anti-tragus region of the user's ear through the photodiode.
제1항에 있어서,
상기 발광 다이오드는,
서로 다른 파장의 빛을 방출하는 적어도 둘 이상의 발광 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The light emitting diode is
An earphone for blood pressure monitoring, comprising at least two or more light emitting diodes emitting light of different wavelengths.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 포스 센서를 통하여 포스 데이터에 대응하는 DC 성분 신호를 검출하고, 상기 포토 다이오드를 통하여 PPG 신호에 대응하는 AC 성분 신호를 검출하고, 상기 검출된 DC 성분 신호 및 상기 검출된 AC 성분 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The control unit is
A DC component signal corresponding to the force data is detected through the force sensor, an AC component signal corresponding to the PPG signal is detected through the photodiode, and based on the detected DC component signal and the detected AC component signal An earphone for blood pressure monitoring, characterized in that the blood pressure is estimated.
제1항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 몸체부의 중심 선을 기준으로 소정 각도 기울어져 구비되는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The sensor unit,
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that it is inclined at a predetermined angle with respect to the center line of the body part.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는,
상기 포스 센서, 상기 발광 다이오드 및 상기 포토 다이오드가 실장되는 날개부 및 밀착 조정부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 밀착 조정부를 제어하여, 상기 날개부가 상기 몸체부로부터 돌출되는 정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The body part,
The force sensor, the light emitting diode and the photodiode further comprising a wing portion and a close contact adjustment unit,
The control unit is
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that by controlling the close contact control unit to adjust the degree to which the wing portion protrudes from the body portion.
제6항에 있어서,
상기 몸체부는,
각도 조정부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 각도 조정부를 제어하여, 상기 날개부가 상기 몸체부에 대하여 이루는 각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
7. The method of claim 6,
The body part,
Further comprising an angle adjustment unit,
The control unit is
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that by controlling the angle adjusting unit, the angle formed by the wing unit with respect to the body unit is adjusted.
제1항에 있어서,
상기 제 1 거리는 3mm 내지 6mm을 이루는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that the first distance is 3mm to 6mm.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 포스 데이터에 대한 소정의 문턱값을 설정하고, 상기 포스 데이터가 상기 설정된 문턱값 이하로 떨어지는 것에 반응하여 상기 PPG 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
5. The method of claim 4,
The control unit is
The earphone for blood pressure monitoring, characterized in that a predetermined threshold value is set for the force data, and the PPG signal is processed in response to the force data falling below the set threshold value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
사용자 자각 모드 또는 사용자 무자각 모드 중 어느 하나의 모드에서 혈압 모니터링을 개시하는 것을 특징으로 하는 혈압 모니터링을 위한 이어폰.
According to claim 1,
The control unit is
An earphone for blood pressure monitoring, characterized in that the blood pressure monitoring is started in any one of a user aware mode and a user non-aware mode.
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