KR102500766B1 - 생체 신호 측정 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극와, 상기 광원 어레이의 외곽에 배치된 제2 전극와, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 피검체의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부와, 상기 피검체의 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 처리부를 포함할 수 있다.

Description

생체 신호 측정 장치 및 그의 동작 방법{Apparatus for measuring biological signal and operating method thereof}
생체 신호 측정 장치 및 그의 동작 방법과 관련된다.
최근 건강에 관한 관심이 증가함에 따라 다양한 종류의 생체 신호 측정 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 최근에는 사용자가 착용하는 웨어러블 디바이스에도 생체 신호를 측정하기 위한 센서를 탑재하고 있으며, 사용자는 웨어러블 디바이스에 장착된 센서를 이용하여 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 분석 대상의 종류나 측정 목적 등에 따라서, 사용자는 일시적으로 또는 소정의 시간 동안 지속적으로 생체 신호를 측정할 수 있다. 그리고 이렇게 획득된 생체 신호는 단독으로 또는 다른 생체 신호와 결합하여 사용자의 건강을 나타내는 지표로 활용될 수 있다.
사람의 움직임 등에 의하여 측정 위치나 측정 조건 등이 항상 변동될 수 있으므로, 생체 신호를 측정하는 센서는 측정의 정확성이나 재현성이 요구된다. 특히, 광학 센서의 경우에는 피검체에 대한 접촉 상태에 따라서 측정된 광 신호에 노이즈가 포함되기 쉬우므로 접촉 상태가 측정의 정확성이나 재현성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
생체 신호 측정 장치 및 그의 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 생체 신호 측정 장치는, 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극과, 상기 광원 어레이의 외곽에 배치된 제2 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 피검체의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부와, 상기 피검체의 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 처리부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 링 모양으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 동심형 링 모양으로 형성될 수 있다.
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 피검체의 임피던스를 획득할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체의 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다.
상기 생체 정보는, 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정 중단, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 무시, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 보정, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보 생성 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
다른 양상에 따른 생체 신호 측정 장치는, 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극과, 상기 광원 어레이 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 전극 어레이와, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이를 통해 피검체의 전극별 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부와, 상기 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단하는 처리부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이는, 링 모양으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이는, 동심형 링 모양으로 형성될 수 있다.
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 어레이의 각 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극과 상기 각 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 각 제2 전극에 대응하는 전극별 임피던스를 획득할 수 있다.
상기 처리부는, 각 전극별 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 모든 전극별 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다.
상기 생체 정보는, 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 하나 이상의 전극별 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 소정의 임계값을 초과한 전극별 임피던스가 측정된 제2 전극 방향에서 접촉 불량이 발생하였다고 판단할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정 중단, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 무시, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보 생성, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 보정 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
다른 양상에 따른, 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극와, 상기 광원 어레이의 외측에 배치된 제2 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 피검체의 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 피검체의 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 피검체의 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하는 단계와, 상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계와, 상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 피검체의 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는, 상기 피검체의 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단할 수 있다.
상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는, 상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단할 수 있다.
생체 신호 측정 장치의 동작 방법은, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보는, 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는, 상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다.
생체 신호 측정 장치의 동작 방법은, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정을 중단하는 단계와, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 무시하는 단계와, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보를 생성하여 출력하는 단계중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따른, 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극과, 상기 광원 어레이 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 전극 어레이를 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이를 통해 피검체의 전극별 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
전극을 이용하여 피검체의 임피던스를 측정하고 측정된 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단함으로써, 생체 신호 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 피부와 전극이 접촉할 때의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 광학 센서의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 광학 센서와 전극부의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 광학 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 처리부에서 스펙트럼 재건 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 광학 센서와 전극부의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 광학 센서와 전극부의 배치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 광학 센서와 전극부의 배치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 전극별 임피던스의 예를 도시한 도면이다.
도 12은 각 광원에서 조사되어 측정된 광 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 13은 접촉 상태 판단 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 14는 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 15는 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 16은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 17은 접촉 상태 판단 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 18은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 19는 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 20은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 21은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 22는 생체 신호 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 23은 손목형 웨어러블 디바이스를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 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.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 피부와 전극이 접촉할 때의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전극이 피부와 접촉하는 경우, 전극과 피부의 등가 회로는 전극과 피부의 접촉으로 인하여 발생하는 접촉 임피던스(10)와 피부 내부의 임피던스를 나타내는 생체 임피던스(20)로 표현될 수 있다.
접촉 임피던스(10)는 전극과 피부의 물리적인 접촉 면적에 따라 변화하는 값으로 전극과 피부의 접촉 면적이 클수록 접촉 임피던스(10)는 감소하는 반면, 생체 임피던스(20)는 전극과 피부의 물리적인 접촉 보다는 주로 생리학적 변화(예컨대, 발한, 피부 구성 성분의 변화 등)에 의해 변화한다.
2개의 전극을 피검체의 피부에 접촉시켜 피검체의 임피던스를 측정하는 경우, 측정된 피검체의 임피던스는 접촉 임피던스(10)와 생체 임피던스(20)의 직렬 연결로 표현될 수 있다. 여기서, 전극과 피검체의 피부의 물리적 접촉 면적의 변화는 생체 임피던스(20)에는 영향이 없으나 접촉 임피던스(10)에 영향을 미쳐, 결국 피검체의 임피던스의 변화를 가져온다.
따라서, 일 실시예에 따르면, 피검체의 피부에 전극을 접촉시켜 측정된 피검체의 임피던스의 변화를 모니터링함으로써 피검체의 피부와 전극간의 접촉 상태를 판단할 수 있다.
도 2는 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이고, 도 3은 광원 어레이와 광 검출기의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 4는 광학 센서와 전극부의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2의 생체 신호 측정 장치(200)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 2를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(200)는 광학 센서(210), 전극부(220), 임피던스 측정부(230) 및 처리부(240)를 포함할 수 있다.
광학 센서(210)는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신할 수 있다. 이를 위해, 광학 센서(210)는 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이(211)와 광 검출기(212)를 포함할 수 있다.
광원 어레이(211)의 각 광원은 서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사할 수 있다. 예를 들어, 각 광원은 소정 파장의 광, 예컨대 근적외선(Near Infrared Ray, NIR)을 피검체의 피부에 조사할 수 있다. 그러나, 측정 목적이나 측정하고자 하는 구성 성분의 종류에 따라서 각 광원으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 각 광원는 발광 다이오드(light emitted diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있다.
광 검출기(212)는 피검체로부터 반사 또는 산란된 광 신호를 수신할 수 있다. 광 검출기(212)는 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 처리부(240)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출기(212)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD)등을 포함할 수 있다. 광 검출기(212)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수 있다.
광원 어레이(211)의 복수의 광원은 광 검출기(212)의 외곽에서 광 검출기(21)의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예컨대, 광원 어레이(211)는 광 검출기(212)를 중심으로 광 검출기(212)의 주위를 둘러싸도록 동심원 모양으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 광학 센서(210)는 중심에 포토 다이오드(PD)가 배치되고, 포토 다이오드(PD)를 중심으로 외곽에 동심원 모양으로 n개의 LED 어레이가 배치될 수 있다. 각 LED는 λ1,λ2,λ3,…,λn의 서로 다른 피크 파장을 갖도록 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 광원의 일부가 동일한 온도를 갖도록 설정되더라도 전류 세기나 펄스 지속 시간 등을 세부적으로 조절함으로써 피크 파장을 쉬프트시켜 서로 다른 피크 파장을 갖도록 할 수 있다.
광학 센서(210)는 광원 어레이(211)의 각 광원의 피크(peak) 파장대를 조절하는 파장 조절기(213)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 파장 조절기(213)가 하나인 것으로 도시되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 일 예일 뿐이다. 즉, 파장 조절기(213)는 각 광원이 대상체에 방출하는 피크 파장을 개별적으로 조절하기 위하여 전체 광원의 개수에 상응하도록 구비될 수 있으며, 이 경우, 각 파장 조절기(213)는 각 광원의 일면에 밀착 설치될 수 있다. 파장 조절기(213)는 처리부(240)의 제어에 따라 각 광원의 피크 파장을 조절할 수 있다.
예를 들어, 파장 조절기(213)는 각 광원의 온도를 조절하여 피크 파장을 조절하는 온도 조절 부재(예컨대, 저항 발열체나 열전 소자 등)로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 광원의 방출 파장대를 조절할 수 있는 다양한 부재들이 활용될 수 있다.
전극부(220)는 피검체와 접촉하는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 포함할 수 있다. 제1 전극(221)은 광 검출기(212)와 광원 어레이(211) 사이에 배치되고, 제2 전극(222)은 광원 어레이(211)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)은 광학 센서(210)의 중심을 기준으로 동심형 링 모양으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 광학 센서(210)의 중심부에는 광 검출기(212)가 배치되고, 광 검출기(212)의 외곽에는 광 검출기(212)를 둘러싼 동심형 링 모양의 제1 전극(221)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(221)의 외곽에는 제1 전극(221)을 둘러싸도록 배치된 6개의 광원(211a, 211b)을 포함하는 동심원 모양의 광원 어레이(211)가 배치되고, 광원 어레이(211)의 외곽에는 광원 어레이(211)를 둘러싼 동심형 링 모양의 제2 전극(222)이 배치될 수 있다. 한편, 도 4는 6개의 광원(211a, 211b)을 포함하는 예를 도시하나 이에 한정되지 않는다. 즉, 광학 센서(210)에 포함되는 광원의 개수는 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(210)의 동작 방식 등에 따라 달라질 수 있다.
제1 전극(221) 및 제2 전극(222)은 생체 신호 측정 장치(200)의 표면으로부터 돌출될 수 있고, 그 돌출되는 높이는 동일할 수 있다. 여기서, 생체 신호 측정 장치(200)의 표면으로부터 돌출된다는 것은 돌출 높이가 0이어서 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)의 표면이 생체 신호 측정 장치(200)의 표면과 평행하도록 매립되어 형성되어 있는 것도 포함한다. 다만, 돌출되는 구체적인 높이는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통해 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(210)의 동작 방식이나 구조(예컨대, 광학 센서(210)의 돌출 높이 등) 등에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)이 돌출되는 높이는 광학 센서(210)가 돌출된 높이와 같을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
임피던스 측정부(230)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다. 이를 위해, 임피던스 측정부(230)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체에 소정의 전류를 인가하는 전원 및 인가된 전류로 인하여 제1 전극 및 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 전압계 등을 포함할 수 있다. 임피던스 측정부(230)는 인가된 전류 및 측정된 전압을 기반으로 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 피검체의 임피던스를 획득할 수 있다.
다만, 임피던스 측정부(230)의 구체적인 구성 및 임피던스 측정 방식에 대해서 특별한 제안이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 당업계에서 현재 널리 사용되고 있는 임피던스 측정기의 구성 및 방식은 물론 장래에 사용될 임피던스 측정기의 구성 및 방식도 모두 사용될 수 있다.
처리부(240)는 생체 신호 측정 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
처리부(240)는 사용자의 요청에 따라 광학 센서(210)를 제어할 수 있다.
처리부(240)는 광원 어레이(211)를 제어하여 대상체에 광을 조사할 수 있다. 처리부(240)는 광원 어레이(211)의 각 광원을 구동하기 전에 각 광원에서 방출되는 피크 파장을 설정할 수 있다. 이때, 처리부(240)는 파장 조절기(213)를 제어하여 각 광원의 피크 파장을 설정할 수 있다.
처리부(240)는 각 광원의 피크 파장이 설정되면, 각 광원의 전원을 켜서 대상체에 광을 조사하도록 제어할 수 있다. 이때, 처리부(240)는 광원 어레이(211)의 각 광원의 온(on)/오프(off)를 시분할 방식으로 제어할 수 있다. 그러나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 처리부(240)는 복수의 광원들의 전원을 동시에 온하여 동시에 광을 조사하도록 제어할 수도 있고, 미리 설정된 피크 파장에 따라 광원들을 둘 이상의 그룹으로 분류하고 분류된 각 광원들의 그룹을 시분할 방식으로 제어할 수도 있다. 다만, 이들은 하나의 예시일 뿐이며 배터리의 상태, 광학 센서(210)의 적용 분야, 및 광 검출기(212)의 사이즈 등의 다양한 정보들을 기초로 광원들의 제어 방식이 조정될 수 있다.
이때, 각 광원별로 방출 시간, 구동 순서, 전류의 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등을 포함하는 광원 구동 조건이 미리 설정될 수 있으며, 처리부(240)는 미리 설정된 광원 구동 조건을 참고하여 광원들의 구동 방식을 제어할 수 있다. 또한, 구동할 광원의 전류의 세기 및 펄스 지속 시간에 따라 광원을 구동함으로써 온도 조절에 따라 설정된 광원의 피크 파장을 다른 파장대로 쉬프트(shift)시킬 수 있다. 이를 통해, 복수의 광원들의 피크 파장을 세밀한 간격으로 설정할 수 있다.
처리부(240)는 임피던스 측정부(230)를 제어할 수 있다. 예컨대, 처리부(240)는 임피던스 측정부(230)를 제어하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다.
처리부(240)는 임피던스 측정부(230)에서 측정된 피검체의 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 처리부(240)는 측정된 피검체의 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고, 비교 결과를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다. 예컨대, 처리부(240)는 측정된 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단하고, 측정된 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다. 이때 접촉 양호는 광학 센서(210)로부터 유효한 광 신호를 측정할 수 있을 정도로 피검체와 광학 센서(210)가 완전히 접촉된 상태를 의미하며, 접촉 불량은 광학 센서(210)로부터 유효한 광 신호를 측정할 수 없을 정도로, 피검체와 광학 센서(210)가 불완전하게 접촉하거나 일부 또는 전부가 서로 이격되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
피검체가 전극부(220)의 각 전극(221, 222)에 완전히 접촉되어 있는 경우, 피검체와 각 전극(221, 222)의 접촉 면적이 최대가 되고 그에 따라 피검체의 임피던스(더욱 상세하게는 접촉 임피던스)는 최소가 된다. 반면, 피검체가 전극부(220)의 각 전극(221, 222)에 불완전하게 접촉하거나 일부 또는 전부가 서로 이격되어 있는 경우, 피검체와 각 전극(221, 222)의 접촉 면적은 감소하게 되고 그에 따라 피검체의 임피던스(더욱 상세하게는 접촉 임피던스)는 증가하게 된다. 즉, 피검체와 전극부(220)의 접촉 상태에 따라 피검체의 임피던스(더욱 상세하게는 접촉 임피던스)는 달라진다. 피검체와 전극부(220)의 접촉 상태와 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태는 그 대상을 달리하므로 완전히 동일하다고 볼 수 없다. 그러나, 광학 센서(210)는 제2 전극(222)의 내측에 배치되므로 피검체와 전극부(220)가 완전히 접촉되어 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하인 경우는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 양호하다고 간주하고, 피검체와 전극부(220)가 불완전하게 접촉하거나 일부 또는 전부 서로 이격되어 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하는 경우는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 불량하다고 간주할 수 있다.
처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태 판단 결과에 따라 소정의 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 광 검출기(212)에서 수신된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 예컨대, 처리부(240)는 광 검출기(212)에서 수신된 광 신호를 기반으로 피검체의 스펙트럼을 재건하고, 재건된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 등을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 알림 및/또는 가이드 정보 생성, 광학 센서(210)를 통한 광 신호 측정 중단, 및/또는 광학 센서(210)를 통해 측정된 광 신호 무시, 광학 센서(210)를 통해 측정된 광 신호 보정 등의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 소정의 알림 및/또는 가이드 정보를 생성하여 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 이때 가이드 정보는 피검체와 광학 센서(210)의 완전한 접촉을 유도하여 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 향상시키기 위한 정보를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단될 때까지 광학 센서(210)의 동작을 정지시켜 광학 센서(210)를 통한 광 신호 측정을 중단할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 광학 센서(210)를 통한 광 신호 측정을 계속하되 접촉 불량 당시에 측정된 광 신호를 무시하여 분석 데이터에 반영하지 않을 수 있다. 또 다른 예를 들면, 처리부(240)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 임피던스와 광 신호의 관계를 정의한 보정 모델을 이용하여 측정된 광 신호를 보정할 수 있다. 이때, 보정 모델은 미리 구축되어 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다.
도 5는 광학 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하여, 광학 센서(210)의 구조에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 광학 센서(210)는 하우징(214)을 포함하며, 하우징(214)에 각 광원(211a, 211b) 및 광 검출기(212) 등이 장착될 수 있다. 도 5에서 광원(211a, 211b) 및 광 검출기(212)는 2개로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 그 개수에 있어 특별히 제한되지 않는다.
또한, 광학 센서(210)는 대상체(OBJ)와 접촉하는 하부에 형성된 커버(215)를 포함할 수 있으며, 이때, 커버(215)는 AR(Anti-Reflection) 코팅된 글래스(glass)로 형성될 수 있다.
또한, 광학 센서(210)는 하우징(214)에 실장되어 광원(211a, 211b)에서 조사된 광의 방향을 조정하는 방향 조절기(216a, 216b)를 더 포함할 수 있다. 방향 조절기(216a, 216b)는 광원(211a, 211b)에서 조사된 광의 방향을 대상체(OBJ)의 피검 부위로 향하도록 조절하며, 광학 미러(mirror)로 형성될 수 있다. 방향 조절기(216a, 216b)는 방향이나 각도가 초기에 미리 설정될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 처리부(240)의 제어에 따라 방향이나 각도가 자동으로 조절되도록 형성되는 것도 가능하다.
광원(211a, 211b)에 의해 조사된 광은 화살표로 도시된 바와 같이 광 경로를 따라 대상체(OBJ)로 들어가고, 대상체(OBJ)의 조직 특성에 의해 산란 또는 반사되어 광 검출기(212) 방향으로 이동한다. 광 검출기(212)는 대상체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출한다. 이때, 광학 센서(210)는 대상체(OBJ)에 의해 반사 또는 산란되는 광의 방향을 광 검출기(212) 방향으로 향하도록 집중시켜 주는 광 집중기(217)를 포함할 수 있다. 이때, 광 집중기(217)는 광학 렌즈와 같은 광학 모듈로 형성될 수 있다.
또한, 파장 조절기(213a, 213b)는 광원(211a, 211b)의 일면에 밀착되어 설치될 수 있다. 이때, 파장 조절기(213a, 213b)는 대응되는 각 광원(211a, 211b)과 분리 가능하도록 설치되거나 광원(211a, 211b)과 일체로 형성될 수 있다. 이때, 파장 조절기(213a, 213b)는 광원(211a, 211b)의 온도를 조절하는 저항 발열체나 열전 소자와 같은 온도조절 부재로 형성될 수 있다.
처리부(240)는 파장 조절기(213a, 213b) 및 광원(211a, 211b)과 전기적으로 연결되어 구동할 광원(211a, 211b)이 미리 설정된 피크 파장대의 광을 방출할 수 있도록 각 파장 조절기(213a, 213b)를 제어할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 제1 전극(221)은 동심형 링 모양으로 형성되어 광 검출기(212)와 광원(211a, 211b) 사이에서 광 검출기(212)를 둘러싸도록 배치될 수 있고, 제2 전극(222)은 동심형 링 모양으로 형성되어 광원(211a, 211b)을 포함하는 광원 어레이 외곽에서 광원(211a, 211b)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 처리부에서 스펙트럼 재건 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 6a를 참조하면, 광원 어레이는 n개의 LED로 이루어진 LED 어레이로 형성되고, 각 LED의 피크 파장은 광원 구동 조건(예컨대, 온도, 전류 세기 및 펄스 지속 시간 등)을 기초로, λ1,λ2,λ3,…,λn을 갖도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 광원의 일부가 동일한 온도를 갖도록 설정되더라도 전류 세기나 펄스 지속 시간 등을 세부적으로 조절함으로써 피크 파장을 쉬프트시켜 서로 다른 피크 파장을 갖도록 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 처리부는 설정된 구동 순서 및 펄스 지속 시간 등을 기초로 각 광원을 순차적으로 구동하면서 광을 방출하도록 하고, 광 검출기(PD)는 대상체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출한다. 이때, 일부의 광원만을 구동하는 것도 가능하며 광원을 그룹으로 분류하여 각 그룹별로 시분할로 구동하는 것도 가능하다.
도 6c를 참조하면, 처리부는 검출기(PD)로부터 검출된 광 신호를 수신하여 스펙트럼을 재건할 수 있다. 이때, 처리부는 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 통해 불량조건문제(ill-posed problem)를 푸는 티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 이용하여 스펙트럼을 재건할 수 있다.
Figure 112017130828699-pat00001
여기서, A는 각 광원별 구동 조건에 따라 측정된 기준 스펙트럼 특성의 매트릭스이고, U는 각 광원별로 동일하게 설정된 구동 조건으로 광 검출기에 의해 실제로 측정된 값의 매트릭스를 나타낼 수 있다. 또한, z는 재건된 스펙트럼을 나타낼 수 있다.
Figure 112017130828699-pat00002
Figure 112017130828699-pat00003
여기서, u는 광 검출기로 실제로 측정된 매트릭스 U의 각 컴포넌트를 나타내고, E는 단위행렬, A는 커널 매트릭스로서 각 광원별로 구동 조건에 따라 측정된 기준 스펙트럼의 매트릭스를 의미할 수 있다. 또한, α는 노이즈 제거 단위를 나타낼 수 있다.
도 7은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이고, 도 8은 광학 센서와 전극부의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 9는 광학 센서와 전극부의 배치의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 10은 광학 센서와 전극부의 배치의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7의 생체 신호 측정 장치(700)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 광학 센서(710), 전극부(720), 임피던스 측정부(730) 및 처리부(740)를 포함할 수 있다.
광학 센서(710)는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신할 수 있다. 이를 위해, 광학 센서(710)는 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이(711)와 광 검출기(712)를 포함할 수 있다.
광원 어레이(711)의 각 광원은 서로 다른 파장의 광을 피검체에 조사할 수 있다. 예를 들어, 각 광원은 소정 파장의 광, 예컨대 근적외선(Near Infrared Ray, NIR)을 피검체의 피부에 조사할 수 있다. 그러나, 측정 목적이나 측정하고자 하는 구성 성분의 종류에 따라서 각 광원으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 각 광원는 다이오드(light emitted diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있다.
광 검출기(712)는 피검체로부터 반사 또는 산란된 광 신호를 수신할 수 있다. 광 검출기(712)는 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 처리부(740)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출기(712)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD)등을 포함할 수 있다. 광 검출기(712)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수 있다.
광원 어레이(711)는 광 검출기(712)의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예컨대, 광원 어레이(711)의 복수의 광원은 광 검출기(712)를 중심으로 광 검출기(712)의 주위를 둘러싸도록 동심원 모양으로 배치될 수 있다.
한편, 광학 센서(710)는 광원 어레이(711)의 각 광원의 피크(peak) 파장대를 조절하는 파장 조절기(713)를 더 포함할 수 있다.
전극부(720)는 피검체와 접촉하는 제1 전극(721), 및 복수의 제2 전극을 포함하는 제2 전극 어레이(722)를 포함할 수 있다. 제1 전극(721)은 광 검출기(712)와 광원 어레이(711) 사이에 배치되고, 제2 전극 어레이(722)의 복수의 제2 전극은 광원 어레이(711)의 외곽에서 광원 어레이(711)의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)는 광학 센서(710)의 중심을 기준으로 동심형 링 모양으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 광학 센서(710)의 중심부에는 하나의 광 검출기(712)가 배치되고, 광 검출기(712)의 외곽에는 광 검출기(712)를 둘러싼 동심형 링 모양의 제1 전극(721)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(721)의 외곽에는 제1 전극(721)을 둘러싸도록 배치된 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 동심원 모양의 광원 어레이(711)가 배치되고, 광원 어레이(711)의 외곽에는 광원 어레이(711)를 둘러싸도록 배치된 2개의 제2 전극(722a, 722b)을 포함하는 동심형 링 모양의 제2 전극 어레이(722)이 배치될 수 있다. 한편, 도 8은 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 예를 도시하나 이에 한정되지 않는다. 즉, 광학 센서(710)에 포함되는 광원의 개수는 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(710)의 동작 방식 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 2개의 제2 전극(722a, 722b)의 크기 및/또는 표면적은 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다.
또 다른 예를 들어, 도 9를 참조하면, 광학 센서(710)의 중심부에는 하나의 광 검출기(712)가 배치되고, 광 검출기(712)의 외곽에는 광 검출기(712)를 둘러싼 동심형 링 모양의 제1 전극(721)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(721)의 외곽에는 제1 전극(721)을 둘러싸도록 배치된 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 동심원 모양의 광원 어레이(711)가 배치되고, 광원 어레이(711)의 외곽에는 광원 어레이(711)를 둘러싸도록 배치된 3개의 제2 전극(722a, 722b, 722c)을 포함하는 동심형 링 모양의 제2 전극 어레이(722)가 배치될 수 있다. 한편, 도 9는 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 예를 도시하나 이에 한정되지 않는다. 즉, 광학 센서(710)에 포함되는 광원의 개수는 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(710)의 동작 방식 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 3개의 제2 전극(722a, 722b, 722c)의 크기 및/또는 표면적은 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다.
또 다른 예를 들어, 도 10을 참조하면, 광학 센서(710)의 중심부에는 하나의 광 검출기(712)가 배치되고, 광 검출기(712)의 외곽에는 광 검출기(712)를 둘러싼 동심형 링 모양의 제1 전극(721)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(721)의 외곽에는 제1 전극(721)을 둘러싸도록 배치된 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 동심원 모양의 광원 어레이(711)가 배치되고, 광원 어레이(711)의 외곽에는 광원 어레이(711)를 둘러싸도록 배치된 4개의 제2 전극(722a, 722b, 722c, 722d)을 포함하는 동심형 링 모양의 제2 전극 어레이(722)가 형성될 수 있다. 한편, 도 10은 6개의 광원(711a, 711b)을 포함하는 예를 도시하나 이에 한정되지 않는다. 즉, 광학 센서(210)에 포함되는 광원의 개수는 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(710)의 동작 방식 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 4개의 제2 전극(722a, 722b, 722c, 722d)의 크기 및/또는 표면적은 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다.
한편, 도 8 내지 도 10은 제2 전극이 2개 내지 4개인 경우를 예로 들고 있으나 이에 한정되지 않는다. 즉, 시스템의 성능 및 용도, 광원의 개수 등에 따라 제2 전극의 개수는 달라질 수 있다.
제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 각 제2 전극은 생체 신호 측정 장치(700)의 표면으로부터 돌출될 수 있고, 그 돌출되는 높이는 동일할 수 있다. 여기서, 생체 신호 측정 장치(700)의 표면으로부터 돌출된다는 것은 돌출 높이가 0이어서 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 각 제2 전극의 표면이 생체 신호 측정 장치(700)의 표면과 평행하도록 매립되어 형성되어 있는 것도 포함한다. 다만, 돌출되는 구체적인 높이는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통해 측정하고자 하는 대상의 종류나 광학 센서(710)의 동작 방식이나 구조(예컨대, 광학 센서(710)의 돌출 높이 등) 등에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 전극(721) 및 제2 전극(722)이 돌출되는 높이는 광학 센서(710)가 돌출된 높이와 같을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
임피던스 측정부(730)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 각 제2 전극을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다. 이를 위해, 임피던스 측정부(730)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 각 제2 전극을 통하여 피검체에 소정의 전류를 인가하는 전원 및 인가된 전류로 인하여 제1 전극 및 각 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 전압계 등을 포함할 수 있다. 임피던스 측정부(730)는 인가된 전류 및 측정된 전압을 기반으로 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 피검체의 전극별 임피던스를 획득할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 전극 어레이(722)가 2개의 제2 전극(722a, 722b)을 포함하는 경우, 임피던스 측정부(730)는 제1 전극(721) 및 제2 전극(722a)을 통하여 피검체에 전류를 인가하고 제1 전극(721) 및 제2 전극(722a)에 걸리는 전압을 측정하여 피검체의 제2 전극(722a)에 대한 전극별 임피던스(제1 임피던스)를 측정하고, 제1 전극(721) 및 제2 전극(722b)를 통하여 피검체에 전류를 인가하고 제1 전극(721) 및 제2 전극(722b)에 걸리는 전압을 측정하여 피검체의 제2 전극(722b)에 대한 전극별 임피던스(제2 임피던스)를 측정할 수 있다.
처리부(740)는 생체 신호 측정 장치(700)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
처리부(740)는 사용자의 요청에 따라 광학 센서(710)를 제어할 수 있다. 이때, 처리부(740)는 광원 어레이(711)의 각 광원의 온(on)/오프(off)를 시분할 방식으로 제어할 수 있다. 처리부(740)는 광원별 전류 세기 및 펄스 지속 시간 등의 구동 조건을 기초로 각 광원을 구동할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 처리부(740)는 복수의 광원들의 전원을 동시에 온(on)하여 동시에 광을 조사하도록 구동할 수도 있다.
처리부(740)는 임피던스 측정부(730)를 제어할 수 있다. 예컨대, 처리부(740)는 임피던스 측정부(730)를 제어하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다.
처리부(740)는 임피던스 측정부(730)에서 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 처리부(740)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스 각각을 소정의 임계값과 비교하고, 비교 결과를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다. 예컨대, 처리부(740)는 피검체의 전극별 임피던스 모두가 소정의 임계값 이하이면 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 양호하다고 판단하고, 하나 이상의 전극별 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다. 이때, 처리부(740)는 소정의 임계값을 초과한 전극별 임피던스가 측정된 제2 전극 방향에서 접촉 불량이 발생하였다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 임피던스 측정부(730)가 제1 전극(721) 및 제2 전극(722a)를 통하여 피검체의 제1 임피던스를 측정하고, 제1 전극(721) 및 제2 전극(722b)를 통하여 피검체의 제2 임피던스를 측정한 경우로서, 제1 임피던스는 소정의 임계값 이하이나 제2 임피던스는 소정의 임계값을 초과하였다고 가정한다. 이 경우 처리부(740)는 제2 임피던스가 측정된 제2 전극(722b) 방향의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다.
처리부(740)는 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태 판단 결과에 따라 소정의 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 광 검출기(712)에서 수신된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 예컨대, 처리부(740)는 광 검출기(712)에서 수신된 광 신호를 기반으로 피검체의 스펙트럼을 재건하고, 재건된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 등을 포함할 수 있다. 스펙트럼 재건 방법은 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다른 실시예에 따르면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 알림 및/또는 가이드 정보 생성, 광학 센서(710)를 통한 광 신호 측정 중단, 광학 센서(710)를 통해 측정된 광 신호 무시, 및/또는 광학 센서(710)를 통해 측정된 광 신호의 보정 등의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 소정의 알림 및/또는 가이드 정보를 생성하여 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 이때 가이드 정보는 피검체와 광학 센서(710)의 완전한 접촉을 유도하여 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 향상시키기 위한 정보를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 양호하다고 판단될 때까지 광학 센서(210)의 동작을 정지시켜 광학 센서(710)를 통한 광 신호 측정을 중단할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 광학 센서(710)를 통한 광 신호 측정을 계속하되 접촉 불량 방향의 광원으로부터 조사되어 측정된 광 신호를 무시하여 분석 데이터에 반영하지 않을 수 있다. 또 다른 예를 들면, 처리부(740)는 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면, 접촉 불량 방향의 전극별 임피던스를 기반으로 접촉 불량 방향의 광원으로부터 조사되어 측정된 광 신호를 보정할 수 있다. 이때, 처리부(740)는 임피던스와 광 신호의 관계를 정의한 보정 모델을 이용할 수 있다. 보정 모델은 미리 구축되어 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다.
도 11은 전극별 임피던스의 예를 도시한 도면이고, 도 12는 각 광원에서 조사되어 측정된 광 신호의 예를 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12는 도 10의 광학 센서 및 전극부의 구조를 가지는 생체 신호 측정 장치에서 측정된 예이다.
도 11에서 참조번호 1110은 제1 전극(721) 및 제2 전극(722a)를 통해 측정된 임피던스이고, 참조번호 1120은 제1 전극(721) 및 제2 전극(722b)를 통해 측정된 임피던스이고, 참조번호 1130은 제1 전극(721) 및 제2 전극(722c)를 통해 측정된 임피던스이고, 참조번호 1140은 제1 전극(721) 및 제2 전극(722d)를 통해 측정된 임피던스이다. 또한, 도 12에서 참조번호 1210은 광원(A)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1220은 광원(B)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1230은 광원(C)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1240은 광원(D)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1250은 광원(E)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1260은 광원(F)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1270은 광원(G)에서 조사되어 측정된 광 신호이고, 참조번호 1280은 광원(H)에서 조사되어 측정된 광 신호이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 제1 전극(721) 및 제2 전극(722a)를 통해 측정된 임피던스(1110), 제1 전극(721) 및 제2 전극(722b)를 통해 측정된 임피던스(1120), 및 제1 전극(721) 및 제2 전극(722d)를 통해 측정된 임피던스(1120)가 증가하였고, 이와 동시에 광원(A)에서 조사되어 측정된 광 신호(1210), 광원(B)에서 조사되어 측정된 광 신호(1220), 광원(C)에서 조사되어 측정된 광 신호(1230) 및 광원(H)에서 조사되어 측정된 광 신호(1280)가 증가하였다는 것을 알 수 있다. 즉, 제2 전극(722a) 방향으로 접촉 불량이 발생하였고, 이러한 접촉 불량이 임피던스(1110, 1120, 1140)를 증가시키고, 광 신호(1210, 1220, 1230, 1280)를 증가시키는 원인이 되었음을 알 수 있다. 또한, 임피던스(1110, 1120, 1140)의 증가와 광 신호(1210, 1220, 1230, 1280)의 증가는 일정한 상관관계를 가짐을 알 수 있다.
따라서, 이러한 상관관계를 기반으로 보정 모델을 구축하는 것이 가능하고, 생체 신호 측정 장치(700)는 미리 구축된 보정 모델을 이용하여 접촉 불량 방향의 전극별 임피던스를 기반으로 측정된 광 신호를 보정하는 것이 가능하다.
도 13은 접촉 상태 판단 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 13의 접촉 상태 판단 방법은 도 2의 생체 신호 측정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 13을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(200)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다(1310). 이때, 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)의 배치는 도 2 내지 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(200)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체에 소정의 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제1 전극 및 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 인가된 전류 및 측정된 전압을 기반으로 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 피검체의 임피던스를 획득할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다(1320). 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단하고, 측정된 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다. 이때 접촉 양호는 광학 센서(210)로부터 유효한 광 신호를 측정할 수 있을 정도로 피검체와 광학 센서(210)가 완전히 접촉된 상태를 의미하며, 접촉 불량은 광학 센서(210)로부터 유효한 광 신호를 측정할 수 없을 정도로 피검체와 광학 센서(210)가 불완전하게 접촉하거나 일부 또는 전부 서로 이격되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
도 14는 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 14의 생체 신호 측정 방법은 도 2의 생체 신호 측정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 14를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(200)는 광학 센서(210)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1410).
생체 신호 측정 장치(200)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다(1420). 이때, 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)의 배치는 도 2 내지 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다(1430). 예컨대, 생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단하고, 측정된 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(1440), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1450). 예컨대, 생체 신호 측정 장치(200)는 측정된 광 신호를 이용하여 피검체의 스펙트럼을 재건하고, 재건된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 등을 포함할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(1440), 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태가 양호하다고 판단될 때까지 광학 센서(210)의 동작을 정지시켜 광학 센서(210)를 통한 광 신호 측정을 중단할 수 있다(1460).
도 15은 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 15의 생체 신호 측정 방법은 도 2의 생체 신호 측정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 15를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(200)는 광학 센서(210)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1510).
생체 신호 측정 장치(200)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다(1520).
생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다(1530).
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(1540), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1550).
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(1540), 광학 센서(210)를 통한 광 신호 측정을 계속하되 접촉 불량 당시에 측정된 광 신호를 무시하여 분석 데이터에 반영하지 않을 수 있다(1560).
도 16은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 16의 생체 신호 측정 방법은 도 2의 생체 신호 측정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 16을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(200)는 광학 센서(210)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1610).
생체 신호 측정 장치(200)는 제1 전극(221) 및 제2 전극(222)을 통하여 피검체의 임피던스를 측정할 수 있다(1620).
생체 신호 측정 장치(200)는 피검체의 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(210)의 접촉 상태를 판단할 수 있다(1630).
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(1640), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1650).
생체 신호 측정 장치(200)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(1640), 소정의 알림 및/또는 가이드 정보를 생성하여 출력할 수 있다(1660). 이때 가이드 정보는 피검체와 광학 센서(710)의 완전한 접촉을 유도하여 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 향상시키기 위한 정보를 포함할 수 있다.
도 17은 접촉 상태 판단 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 17의 접촉 상태 판단 방법은 도 7의 생체 신호 측정 장치(700)에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 도 17을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다(1710). 이때, 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 배치는 도 7 내지 도 10을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 각 제2 전극을 통하여 피검체에 소정의 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제1 전극 및 각 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 인가된 전류 및 측정된 전압을 기반으로 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 피검체의 전극별 임피던스를 획득할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다(1720). 예컨대, 생체 신호 측정 장치(700)는 피검체의 전극별 임피던스 각각을 소정의 임계값과 비교하고, 피검체의 전극별 임피던스 모두가 소정의 임계값 이하이면 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 양호하다고 판단하고, 하나 이상의 전극별 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 불량하다고 판단할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(700)는 소정의 임계값을 초과한 전극별 임피던스가 측정된 제2 전극 방향에서 접촉 불량이 발생하였다고 판단할 수 있다.
도 18은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 18의 생체 신호 측정 방법은 도 7의 생체 신호 측정 장치(700)에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 도 18을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 광학 센서(710)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1810).
생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다(1820). 이때, 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)의 배치는 도 7 내지 도 10을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다(1830).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(1840), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1850). 예컨대, 생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 광 신호를 이용하여 피검체의 스펙트럼을 재건하고, 재건된 피검체의 스펙트럼을 분석하여 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 등을 포함할 수 있다.
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(1840), 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태가 양호하다고 판단될 때까지 광학 센서(710)의 동작을 정지시켜 광학 센서(710)를 통한 광 신호 측정을 중단할 수 있다(1860).
도 19는 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 19의 생체 신호 측정 방법은 도 7의 생체 신호 측정 장치(700)에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 도 19를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 광학 센서(710)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(1910).
생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다(1920).
생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다(1930).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(1940), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1950).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(1940), 광학 센서(710)를 통한 광 신호 측정을 계속하되 접촉 불량 방향의 광원으로부터 조사되어 측정된 광 신호를 무시하여 분석 데이터에 반영하지 않을 수 있다(1960).
도 20은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 20의 생체 신호 측정 방법은 도 7의 생체 신호 측정 장치(700)에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 도 20을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 광학 센서(710)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(2010).
생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다(2020).
생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다(2030).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(2040), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(2050).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(2040), 소정의 알림 및/또는 가이드 정보를 생성하여 출력할 수 있다(2060). 이때 가이드 정보는 피검체와 광학 센서(710)의 완전한 접촉을 유도하여 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 향상시키기 위한 정보를 포함할 수 있다.
도 21은 생체 신호 측정 방법의 또 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 21의 생체 신호 측정 방법은 도 7의 생체 신호 측정 장치(700)에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 도 21을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(700)는 광학 센서(710)를 이용하여 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 수신하여 피검체의 광 신호를 측정할 수 있다(2110).
생체 신호 측정 장치(700)는 제1 전극(721) 및 제2 전극 어레이(722)을 통하여 피검체의 전극별 임피던스를 측정할 수 있다(2120).
생체 신호 측정 장치(700)는 측정된 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 피검체와 광학 센서(710)의 접촉 상태를 판단하고, 접촉 불량인 경우 접촉 불량의 방향을 판단할 수 있다(2130).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과, 접촉 상태가 양호하다고 판단되면(2140), 측정된 광 신호를 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(2150).
생체 신호 측정 장치(700)는 접촉 상태 판단 결과 접촉 상태가 불량하다고 판단되면(2140), 접촉 불량 방향의 전극별 임피던스를 기반으로 접촉 불량 방향의 광원으로부터 조사되어 측정된 광 신호를 보정할 수 있다(2160). 이때, 생체 신호 측정 장치(700)는 임피던스와 광 신호의 관계를 정의한 보정 모델을 이용할 수 있다.
도 22는 생체 신호 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 22의 생체 신호 측정 장치(2200)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때, 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 22를 참조하면, 생체 신호 측정 장치(2200)는 광학 센서(2210), 전극부(2220), 임피던스 측정부(2230), 처리부(2240), 입력부(2250), 저장부(2260), 통신부(2270) 및 출력부(2280)를 포함할 수 있다. 여기서, 광학 센서(2210), 전극부(2220), 임피던스 측정부(2230), 처리부(2240)는 도 2 또는 도 7의 광학 센서(210, 710), 전극부(220, 720), 임피던스 측정부(230, 730), 처리부(240, 740)와 각각 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(2250)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(2050)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(2260)는 생체 신호 측정 장치(2200)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 신호 측정 장치(2200)에 입력되는 데이터 및 생체 신호 측정 장치(2200)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(2260)는 광학 센서(2210)를 통해 측정한 광 신호, 임피던스 측정부(2230)에서 측정된 피검체의 임피던스, 처리부(2240)의 접촉 상태 판단 결과, 생체 정보, 및 가이드 정보 등 저장할 수 있다.
저장부(2260)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(2200)는 인터넷 상에서 저장부(2260)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(2270)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(2270)는 생체 신호 측정 장치(2200)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 접촉 상태 판단 및 생체 정보 획득에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 생체 신호 측정 장치(2200)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(2270)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(2280)는 입력부(2250)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 광학 센서(2210)를 통해 측정한 광 신호, 임피던스 측정부(2230)에서 측정된 피검체의 임피던스, 처리부(2240)의 접촉 상태 판단 결과, 생체 정보, 및 가이드 정보 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(2280)는 입력부(2250)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 광학 센서(2210)를 통해 측정한 광 신호, 임피던스 측정부(2230)에서 측정된 피검체의 임피던스, 처리부(2240)의 접촉 상태 판단 결과, 생체 정보, 및 가이드 정보 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(2280)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 23은 손목형 웨어러블 디바이스를 도시한 도면이다.
도 23을 참조하면, 손목형 웨어러블 디바이스(2300)는 스트랩(2310) 및 본체(2320)를 포함할 수 있다.
스트랩(2310)은 본체(2320)의 양측에 연결되어 서로 체결될 수 있도록 분리 형성되거나, 스마트 밴드 형태로 일체로 형성될 수 있다. 스트랩(2310)은 본체(2320)가 사용자의 손목에 착용되도록 손목을 감쌀 수 있도록 플렉서블(flexible)한 부재로 형성될 수 있다.
본체(2320)는 본체 내부에 전술한 생체 신호 측정 장치(200, 700, 2200)를 탑재할 수 있다. 또한, 본체(2320) 내부에는 손목형 웨어러블 디바이스(2300) 및 생체 신호 측정 장치(200, 700, 2200)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
광학 센서 및 전극은 본체(2320) 하부에 사용자의 손목을 향해 노출되도록 장착될 수 있다. 이를 통해 사용자가 손목형 웨어러블 디바이스(2300)를 착용하면 자연스럽게 광학 센서 및 전극이 사용자의 피부에 접촉할 수 있다.
손목형 웨어러블 디바이스(2300)는 본체(2320)에 장착되는 디스플레이(2321)와 입력부(2322)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이(2321)는 손목형 웨어러블 디바이스(2300), 생체 신호 측정 장치(200, 700, 2200)에서 처리된 데이터 및 처리 결과 데이터 등을 표시할 수 있다. 입력부(2322)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
200: 생체 신호 측정 장치
210: 광학 센서
211: 광원 어레이
212: 광 검출기
213: 파장 조절기
220: 전극부
221: 제1 전극
222: 제2 전극
230: 임피던스 측정부
240: 처리부

Claims (30)

  1. 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서;
    상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극;
    상기 광원 어레이의 외곽에 배치된 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 피검체의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 피검체의 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 처리부; 를 포함하고,
    상기 광학 센서는 광원 어레이에서 조사된 광의 방향을 상기 피검체의 피검 부위로 향하도록 조절하는 방향 조절기를 포함하고,
    상기 광학 센서는 상기 광원 어레이의 각 광원의 피크 파장대를 조절하는 파장 조절기를 포함하고,
    상기 광학 센서는 상기 피검체에 의해 반사 또는 산란되는 광의 방향을 상기 광 검출기 방향으로 향하도록 집중시켜 주는 광 집중기를 포함하는
    생체 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은,
    링 모양으로 형성된,
    생체 신호 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은,
    동심형 링 모양으로 형성된,
    생체 신호 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 피검체의 임피던스를 획득하는,
    생체 신호 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체의 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는,
    생체 신호 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면,
    상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정 중단, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 무시, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 보정, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보 생성 중 적어도 하나를 수행하는,
    생체 신호 측정 장치.
  11. 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서;
    상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극;
    상기 광원 어레이 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 전극 어레이;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이를 통해 피검체의 전극별 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단하는 처리부; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이는,
    링 모양으로 형성된,
    생체 신호 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이는,
    동심형 링 모양으로 형성된,
    생체 신호 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 어레이의 각 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하고, 상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극과 상기 각 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 각 제2 전극에 대응하는 전극별 임피던스를 획득하는,
    생체 신호 측정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    각 전극별 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는,
    모든 전극별 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는,
    생체 신호 측정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는,
    하나 이상의 전극별 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 처리부는,
    소정의 임계값을 초과한 전극별 임피던스가 측정된 제2 전극 방향에서 접촉 불량이 발생하였다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면,
    상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정 중단, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 무시, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보 생성, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호 보정 중 적어도 하나를 수행하는,
    생체 신호 측정 장치.
  22. 광 검출기, 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이, 및 상기 광원 어레이에서 조사된 광의 방향을 조절하는 방향 조절기, 상기 광원 어레이의 각 광원의 피크 파장대를 조절하는 파장 조절기, 및 피검체에 의해 반사 또는 산란되는 광의 방향을 상기 광 검출기 방향으로 향하도록 집중시켜 주는 광 집중기를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극와, 상기 광원 어레이의 외측에 배치된 제2 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 광학 센서에 의해 광 신호를 측정하는 단계;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 피검체의 임피던스를 측정하는 단계;
    상기 피검체의 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단되면, 상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 이용하여 상기 피검체의 생체정보를 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 광 신호를 측정하는 단계는
    상기 파장 조절기에 의해 상기 광원 어레이의 각 광원이 상기 피검체에 방출하는 피크 파장을 조절하는 단계;
    상기 방향 조절기에 의해 피검체의 피검 부위로 조사된 광을 향하도록 조절하는 단계; 및
    상기 광 집중기에 의해 상기 피검체에 의해 반사 또는 산란되는 광의 방향을 상기 광 검출기 방향으로 향하도록 집중시켜 주는 단계;를 포함하는
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 피검체의 임피던스를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 피검체에 전류를 인가하는 단계;
    상기 인가된 전류로 인하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 인가된 전류 및 상기 측정된 전압을 기반으로 상기 피검체의 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는,
    상기 피검체의 임피던스를 소정의 임계값과 비교하고 비교 결과를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는,
    상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값 이하이면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 양호하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  26. 삭제
  27. 제22항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 심박출량, 혈관탄성도, 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 단백질, 요산 및 혈관 말초 저항 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 피검체와 광학 센서의 접촉 상태를 판단하는 단계는,
    상기 피검체의 임피던스가 소정의 임계값을 초과하면, 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태가 불량하다고 판단되면,
    상기 광학 센서를 통한 광 신호 측정을 중단하는 단계;
    상기 광학 센서를 통해 측정된 광 신호를 무시하는 단계; 및
    상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태를 향상시키기 위한 알람 또는 가이드 정보를 생성하여 출력하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
  30. 광 검출기 및 상기 광 검출기 주위를 둘러싸도록 배치된 광원 어레이를 포함하는 광학 센서와, 상기 광 검출기와 상기 광원 어레이 사이에 배치된 제1 전극과, 상기 광원 어레이 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 전극 어레이를 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 어레이를 통해 피검체의 전극별 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 피검체의 전극별 임피던스를 기반으로 상기 피검체와 상기 광학 센서의 접촉 상태 및 접촉 불량 방향을 판단하는 단계; 를 포함하는,
    생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
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