KR102542395B1 - 생체 정보 측정 장치 및 방법 - Google Patents
생체 정보 측정 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102542395B1 KR102542395B1 KR1020160050771A KR20160050771A KR102542395B1 KR 102542395 B1 KR102542395 B1 KR 102542395B1 KR 1020160050771 A KR1020160050771 A KR 1020160050771A KR 20160050771 A KR20160050771 A KR 20160050771A KR 102542395 B1 KR102542395 B1 KR 102542395B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- biometric information
- biosignal
- measuring
- sensor unit
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 43
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 43
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 32
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 21
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 17
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 14
- 210000002321 radial artery Anatomy 0.000 claims description 12
- 210000002559 ulnar artery Anatomy 0.000 claims description 12
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 7
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 6
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 description 3
- 206010003210 Arteriosclerosis Diseases 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 2
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 208000011775 arteriosclerosis disease Diseases 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 1
- 210000002565 arteriole Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 1
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 1
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 description 1
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 210000000578 peripheral nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 210000002254 renal artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
- A61B5/02014—Determining aneurysm
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
- A61B5/02021—Determining capillary fragility
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/02108—Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0247—Pressure sensors
Abstract
생체 정보 측정 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치는 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하고, 정맥혈 및 모세혈관혈 중 하나 이상의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정할 수 있다. 생체 정보 측정 장치는 제 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다.
Description
아래의 설명은 사용자의 생체 정보를 측정하는 기술에 관한 것이다.
커프(cuff) 등을 이용하지 않고, 사용자의 심혈관계 특징을 비침습적(non-invasive)으로 추출하는 방식에는 대표적으로 Pulse Wave Analysis(PWA) 기법과 Pulse Wave Velocity(PWV) 기법이 있다. PWA 기법은 손가락의 끝 등에서 측정한 맥파 신호의 모양을 분석하여 사용자의 심혈관계(cardiovascular) 특징을 추출하는 기법이다. 좌심실에서 박출된 혈액은 신동맥(renal artery)이나 하대동맥(infrarenal aorta) 등 큰 분지(branch)가 있는 지점에서 반사(reflection)을 일으키게 되고, 이는 체말단에서 측정한 맥파의 모양에 영향을 주게 된다. 따라서, 체말단에서 측정한 맥파의 모양을 분석함으로써 사용자의 심혈관계 특징을 유추할 수 있다. PWV 기법은 맥파의 전달 시간을 측정하여 심혈관계 특징을 추출하는 기법이다. PWV 기법에서는 대표적으로, 심전도(electrocardiogram, ECG)와 체말단의 맥파를 측정하고, 심전도 신호와 맥파 신호 간의 지연 시간에 기초하여 사용자의 심혈관계 특징을 추정한다.
미국 공개특허공보 제2013-0289394호 (발명의 명칭: Dynamic optical tomographic imaging devices methods and systems, 공개일: 2013년 10월 31일)
미국 공개특허공보 제2006-0161063호(발명의 명칭: System and method for real-time microcirculation diagnosis, 공개일: 2006년 07월 20일)
미국 공개특허공보 제2006-0161063호(발명의 명칭: System and method for real-time microcirculation diagnosis, 공개일: 2006년 07월 20일)
일 실시예에 따른 생체 측정 장치는, 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하는 제1 센서부; 정맥혈 및 모세혈관혈 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정하는 제2 센서부; 및 상기 제1 생체 신호와 상기 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하는 생체 정보 추정기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 손목의 손바닥 방향에서 요골 동맥 및 척골 동맥 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 상기 제2 센서부는, 손목의 손등 방향에서 정맥 및 모세혈관 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 상기 제1 센서부는, 손목형 웨어러블 디바이스의 스트랩에 위치하고, 상기 제2 센서부는 상기 손목형 웨어러블 디바이스의 본체의 후면에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 상기 제1 센서부는, 광원-광검출기, 압력 센서, 임피던스 센서 및 압전 소자 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 상기 제2 센서부는, 광원-광검출기, 압력 센서, 임피던스 센서 및 압전 소자 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 장치에서, 상기 생체 정보 추정기는, 상기 제1 생체 신호의 파형과 상기 제2 생체 신호의 파형 중 적어도 하나를 시간축 상에서 이동시키고, 상기 시간축 상에서 이동한 적어도 하나의 제1 생체 신호의 파형 및 상기 제2 생체 신호의 파형 간의 유사도에 기초하여 상기 시간 지연을 결정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 생체 측정 장치는, 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하는 제1 센서부; 정맥혈 및 모세혈관혈 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정하는 제2 센서부; 및 상기 제1 생체 신호 및 상기 제2 생체 신호를 증폭하고, 디지털 신호로 변환하는 신호 처리기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 측정 방법은, 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하는 단계; 정맥혈 및 모세혈관혈 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정하는 단계; 및 상기 제1 생체 신호와 상기 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치가 손목형 웨어러블 디바이스로 구현된 일례를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연 정보로부터 속도 정보를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치가 손목형 웨어러블 디바이스로 구현된 일례를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연 정보로부터 속도 정보를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 특허출원의 범위가 본 명세서에 설명된 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 설명한 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 그 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 하나 또는 복수의 실시예에 포함된다는 것을 의미하며, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급이 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것이라고 이해되어서는 안된다.
제1 또는 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 구분하기 위해 사용될 수 있지만, 구성요소들이 제1 또는 제2의 용어에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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.
실시예들은 맥파 정보를 포함하는 생체 신호들에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하는 장치 및 방법을 제공한다. 여기서, 맥파(pulse wave)는 맥박(pulse)이 말초 신경까지 전해지면서 이루는 파동을 의미하고, 맥박은 심장이 박동할 때마다 동맥을 따라 밀어내는 혈액의 흐름으로 인하여 동맥이 팽창과 이완을 되풀이하는 것을 의미한다. 심장이 수축할 때마다 심장으로부터 대동맥을 통하여 전신에 혈액이 공급되고, 대동맥에 압력의 변화가 발생한다. 이러한 압력의 변화는 손과 발의 말초 소동맥까지 전달되고, 맥파란 이러한 압력의 변화가 파동 형태로 나타난 것이다.
생체 정보는 예를 들어, 혈관 경화도(arterial stiffness), 혈압(blood pressure), 혈관 나이(arterial age), 심박수(heart rate), 혈중 산소 포화도(oxygen saturation) 등과 같은 심혈관계 정보(cardiovascular information)를 포함한다. 혈관 경화도는 혈관이 굳어진 정도를 나타내고, 혈관의 탄력성 및 혈관 내막의 침전 정도 등에 영향을 받는다. 혈압은 심장에서 보내진 혈액이 혈관 속을 흐르고 있을 때 혈관벽에 미치는 압력을 나타내고, 혈관 나이는 혈관의 노화 정도를 나타내는 생리적 나이로써, 혈관 경화도와 관련된다. 심박수는 단위 시간당 심장박동의 수를 나타내고, 혈중 산소 포화도는 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈의 양이 전체 헤모글로빈의 양에서 차지하는 비율을 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 생체 정보 측정 장치(100)는 사용자 신체로부터 생체 신호들을 측정하고, 측정된 생체 신호들에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정한다. 예를 들어, 생체 정보 측정 장치(100)는 사용자의 손목 등의 부위에서 생체 신호들을 측정하고, 측정된 생체 신호들에 기초하여 사용자의 심혈관계 정보를 추정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 장치(100)는 사용자가 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)의 형태로 구현될 수 있다. 사용자가 웨어러블 장치를 착용하고 있는 동안 생체 정보 측정 장치(100)는 사용자의 심혈관계 정보를 연속적으로 추정할 수 있다.
이하에서는, 생체 정보 측정 장치(100)가 손목으로부터 측정된 생체 신호들에 기초하여 생체 정보를 추정하는 일 실시예를 예를 들어 설명하도록 한다. 그러나, 실시예의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 생체 정보 측정 장치(100)는 팔뚝, 다리, 발목 또는 목 등을 포함하는 다양한 신체 부위에서 생체 신호들을 측정하고, 측정된 생체 신호들에 기초하여 생체 정보를 추정할 수 있다.
생체 정보 측정 장치(100)는 제1 센서부(110), 제2 센서부(120), 생체 정보 추정기(130) 및 제어기(160)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 생체 정보 추정기(130) 및 제어기(160)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
제1 센서부(110)는 동맥혈(arterial blood)의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정한다. 예를 들어, 제1 센서부(110)는 손목의 손바닥 방향(palmar side)에서 요골 동맥(radial artery) 및 척골 동맥(ulnar artery) 중 하나 또는 복수의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정할 수 있다.
제1 센서부(110)는 a) 광원-광 검출기, b) 압력 센서, c) 압전 소자(piezoelectric element) 또는 d) 임피던스 센서(impedance sensor) 등을 이용하여 제1 생체 신호를 측정할 수 있다. a) 광원-광 검출기가 이용되는 경우, 제1 센서부(110)는 광용적 맥파(Photoplethysmography, PPG)를 측정하기 위한 광을 방사하는 광원 및 광이 사용자 신체에 반사된 광 신호(반사광)를 검출하는 광 검출기를 이용하여 혈류량의 변화에 따른 반사광의 세기 변화를 측정할 수 있다. 반사광의 세기 변화는 맥파 정보를 포함할 수 있다. 광원은 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사할 수 있고, 광 검출기는 인체에 반사된 반사광을 수신하고, 수신한 반사광을 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기로서 예를 들어, 포토다이오드(photodiode) 또는 포토트랜지스터(phototransistor) 등이 이용될 수 있다.
b) 압력 센서가 이용되는 경우, 제1 센서부(110)는 압력을 전달하는 유체가 충진된 주머니와 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 압력 센서 등을 이용하여 혈류량의 변화에 따라 피부에 가해지는 압력의 변화를 검출할 수 있다. 압력의 변화는 맥파 정보를 포함할 수 있다. c) 압전 소자가 이용되는 경우, 제1 센서부(110)는 PVDF(polyvinylidene fluoride)와 같은 압전 소자를 이용하여 혈류량의 변화에 따른 표면 변위 또는 접촉력의 변화를 검출할 수 있다. 표면 변위 또는 접촉력의 변화는 맥파 정보를 포함할 수 있다. 제1 생체 신호를 측정하기 위해 압력 센서 또는 압전 소자가 이용되는 경우, 광원-광 검출기를 이용하는 경우보다 소비되는 전력이 저감될 수 있다.
d) 임피던스 센서가 이용되는 경우, 제1 센서부(110)는 임피던스 센서를 이용하여 혈관 내 혈류량의 변화에 따른 임피던스의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스의 변화는 맥파 정보를 포함할 수 있다. 임피던스 센서는, 예를 들어, 고주파의 전류를 사용자의 피부로 흘려주는 한 쌍의 외부 전극과 전류가 피부를 따라 일어나는 전압 강하는 측정하기 위한 한 쌍의 내부 전극으로 구성될 수 있다.
제2 센서부(120)는 정맥혈 및 모세혈관혈 중 하나 또는 복수의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정한다. 예를 들어, 제2 센서부(120)는 손목의 손등 방향(dorsal side)에서 정맥 또는 모세혈관의 맥파 성분이 포함된 제2 생체 신호를 측정할 수 있다. 제2 센서부(120)는 제1 센서부(110)와 동일하게 광원-광 검출기, 압력 센서, 압전 소자 또는 임피던스 센서 등을 이용하여 제2 생체 신호를 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 위 제1 센서부(110)에 대한 설명을 참조할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120) 중 하나 또는 둘 다는 동일 종류의 신호를 센싱하는 복수의 센서 요소들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 센서부(110)는 여러 측정 위치들에서 광용적 맥파 신호를 측정하기 위한 복수의 센서 요소들을 포함할 수 있다. 이 때, 생체 정보 추정기(130)는 복수의 채널을 통해 전달되는 광용적 맥파 신호들 중 생체 정보 추정에 이용할 기준 광용적 맥파 신호를 선택하고, 선택된 기준 광용적 맥파 신호에 기초하여 생체 정보를 추정할 수 있다. 생체 정보 추정기(130)는 예를 들어, 센서 요소들을 통해 측정된 광용적 맥파 신호들 중 신호 품질(예를 들어, 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR))이 가장 좋은 광용적 맥파 신호를 기준 광용적 맥파 신호로 선택할 수 있다.
생체 정보 추정기(130)는 제1 센서부(110)를 통해 측정된 제1 생체 신호와 제2 센서부(120)를 통해 측정된 제2 생체 신호 간의 시간 지연(delay)을 결정하고, 결정된 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정한다. 생체 정보 추정기(130)는 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하기 위한 연산 알고리즘, 데이터베이스, 룩업 테이블(Look-Up Table, LUT) 등을 구비할 수 있다. 생체 정보 추정기(130)는 예를 들어, 결정된 시간 지연에 기초하여 사용자의 혈관 경화도, 혈관 나이, 혈압, 심박수, 혈중 산소 포화도, 및 혈류의 흐름 등을 추정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 정보 추정기(130)는 제1 생체 신호와 제2 생체 신호에 대해 필터링(filtering), 증폭(amplification) 및 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital conversion) 등과 같은 신호 처리를 수행하고, 신호 처리된 생체 신호들에 기초하여 시간 지연을 결정할 수 있다. 생체 정보 추정기(130)는 제1 생체 신호의 파형과 제2 생체 신호의 파형을 분석하여 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 계산할 수 있다. 여기서, 시간 지연은 제1 생체 신호가 측정될 당시의 맥파가 제2 생체 신호에 반영되기까지 걸리는 시간을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 생체 정보 추정기(130)는 제1 생체 신호의 파형과 제2 생체 신호의 파형으로부터 특징점(예를 들어, 피크점(peak point), 계곡점(valley point), 기울기 최대점, 기울기 최소점 등)들을 추출하고, 추출된 특징점들에 기초하여 시간 지연을 계산할 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 추정기(130)는 제1 생체 신호의 파형에서 기울기 최대점을, 제2 생체 신호의 파형에서 기울기 최소점을 추출하고, 추출한 기울기 최대점과 기울기 최소점 간의 시간 차이에 기초하여 시간 지연을 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 생체 정보 추정기(130)는 제1 생체 신호의 파형 또는 제2 생체 신호의 파형을 시간축 상에서 이동시키고, 파형들 간의 유사도를 최대로 만드는 시간 이동 값에 기초하여 시간 지연을 계산할 수 있다. 이에 대해서는, 도 9에서 보다 자세히 설명하도록 한다.
제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연이 결정되면, 생체 정보 추정기(130)는 생체 정보 추정 모델을 이용하여 시간 지연으로부터 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 추정기(130)는 생체 정보 추정 모델에 시간 지연 정보를 입력하고, 생체 정보 추정 모델로부터 혈압, 동맥 경화도, 및 혈관 나이 등과 같은 심혈관계 정보를 획득할 수 있다. 생체 정보 추정기(130)는 시간 지연에 기초하여 시간에 따른 맥파 속도의 변화 추이(trend)를 추정하고, 추정한 변화 추이에 기초하여 사용자의 생체 정보의 변화를 추정할 수 있다.
실시예에 따라, 생체 정보 측정 장치(100)는 사용자 인터페이스부(140) 및 통신 인터페이스부(150) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스부(140)는 사용자로부터 정보를 입력받거나 또는 생체 정보를 출력할 수 있다.
사용자 인터페이스부(140)는 사용자로부터 다양한 입력을 받을 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스부(140)는 사용자의 생체 정보를 추정하는데 필요한 사용자 정보를 입력받을 수 있다. 사용자 정보는 사용자의 나이, 키, 몸무게 및 성별 등에 관한 정보를 포함한다. 생체 정보 추정기(130)는 측정한 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호뿐만 아니라 사용자로부터 입력받은 사용자 정보를 추가적으로 이용하여 사용자의 생체 정보를 결정할 수 있다.
사용자 인터페이스부(140)는 예를 들어, 정전식 또는 압전식 터치 스크린, 디스플레이 패널, 터치 패드, 키보드 등의 입출력 장치를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스부(140)는 제어기(160)의 제어에 따라 생체 정보를 출력하도록 사용자 인터페이스 화면을 구성할 수 있다. 또는, 사용자 인터페이스부(140)는 스피커와 같은 음성 출력 수단 등을 통해 생체 정보를 출력할 수도 있다.
통신 인터페이스부(150)는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee) 등과 같은 무선 통신 또는 유선 통신을 이용하여 외부 장치(예를 들어, 모바일 장치, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 데이터를 전송하거나 외부 장치로부터 명령 또는 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스부(150)는 측정된 생체 신호들에 대한 정보(예를 들어, 파형 정보, 특징점 정보 등), 시간 지연에 대한 정보, 추정된 생체 정보를 외부 장치로 전송할 수 있다.
제어기(160)는 제1 센서부(110), 제2 센서부(120), 생체 정보 추정기(130), 사용자 인터페이스부(140) 및 통신 인터페이스부(150)의 전체적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어기(160)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)에 포함된 센서 요소들의 활성화/비활성화 여부, 센서 요소들에 공급되는 전력 등을 제어할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 생체 정보 측정 장치(200)는 제1 센서부(110), 제2 센서부(120), 신호 처리기(210), 통신 인터페이스부(250) 및 제어기(260)를 포함한다.
제1 센서부(110)는 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 정보를 측정할 수 있고, 제2 센서부(120)는 정맥혈 및 모세혈관혈 중 하나 이상의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정할 수 있다. 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)의 동작은 위 도 1의 설명을 참고할 수 있으며, 자세한 내용은 생략하도록 한다.
신호 처리기(210)는 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호에 대한 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리기(210)는 전처리기(220), 증폭기(230) 및 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC; 240)를 포함할 수 있다.
전처리기(220)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)로부터 출력되는 전기적인 신호(예를 들어, 전류 신호)를 전압 신호로 변환하고, 그 전압 신호를 필터링함으로써 잡음을 제거하거나 필요한 신호 영역을 획득할 수 있다. 증폭기(230)는 전처리기(220)로부터 전달된 신호를 증폭할 수 있고, ADC(240)는 증폭기(230)에 의해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
통신 인터페이스부(250)는 무선 통신 또는 유선 통신을 이용하여 디지털 신호로 변환된 생체 신호 정보를 외부 장치로 전송한다. 제어기(260)는 제1 센서부(110), 제2 센서부(120), 신호 처리기(210) 및 통신 인터페이스부(250)의 전체적인 동작을 제어한다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치가 시계 형태의 손목형 웨어러블 디바이스로 구현된 일례를 설명하기 위한 도면들이다.
생체 정보 측정 장치는 사용자의 체표(body surface)의 복수의 측점 지점들에서 맥파 정보를 포함하는 광용적 맥파 또는 체표 압력파 등을 측정하고, 서로 다른 측정 지점들에서 측정된 신호들 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이 때, 충분한 시간 분해능(time resolution)을 확보하기 위해서는 측정 지점들이 서로 멀리 떨어져 있어 각 측정 지점들에서 측정된 신호들 사이의 시간 차가 충분한 것이 바람직하다. 그러나, 측정 지점들 간의 거리가 멀어질수록 측정 시스템의 크기가 커지거나 측정 지점들로부터 측정한 신호를 확보하기가 어려워지므로 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자로부터 생체 정보를 연속적으로 모니터링하기에는 적절하지 않다. 생체 정보 측정 장치는 각 측정 지점들에서 측정된 신호들 간에 충분한 시간차를 확보하면서도 측정 지점들 간의 거리를 가깝게 할 수 있어 성능의 저하 없이 사용자 편의성을 개선시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 생체 신호를 측정하기 위한 제1 센서부(310, 320)는 웨어러블 디바이스의 스트랩(strap, 330)과 같은 손목에 착용 가능하게 형성된 벨트 부재의 내측에 위치할 수 있다. 제1 센서부(310, 320)는 사용자가 웨어러블 디바이스를 착용하였을 때 사용자의 손목의 손바닥 방향에서 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정할 수 있다. 제1 센서부(310, 320)는 척골 동맥(340) 및 요골 동맥(350) 중 하나 이상에서 체말단으로 진행하는 동맥혈의 맥파를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 센서부(310, 320)는 복수의 센서 요소들이 어레이(array)로 배치된 구조를 가질 수 있고, 이러한 구조를 통해 혈관과의 정합도 및 획득되는 신호의 품질이 개선될 수 있다. 또한, 사용자는 제1 센서부(310, 320)를 척골 동맥(340) 또는 요골 동맥(350) 영역에 정확히 위치시킬 필요 없이, 제1 센서부(310, 320)를 척골 동맥(340) 또는 요골 동맥(350) 근처에 위치시키기만 하면 제1 센서부(310, 320)에 포함된 하나 이상의 센서 요소가 척골 동맥(340) 또는 요골 동맥(350)에서의 맥파를 측정할 수 있어, 사용자 편의성이 개선될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각 센서 요소들은 광용적 맥파를 측정하기 위한 광원 및 광 검출기의 쌍으로 구현될 수 있다. 광원으로서 예를 들어, LED(light emitting diode) 및 레이저 다이오드 등의 전기적 광원 또는 형광체 등의 화학적 광원이 이용될 수 있다. 하지만, 광원의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다. 광원은 예를 들어, 척골 동맥(340) 또는 요골 동맥(350)에서의 광 신호를 측정하기 위해 적외선 또는 적색 계열의 가시광을 체표에 방사할 수 있다. 광원으로부터 방사되는 광의 파장은 피부에 침투하기 위한 깊이나 전력 효율 등에 기초하여 다양하게 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 센서부(310, 320)는 압력 센서, 압전 소자 또는 임피던스 센서 등을 이용하여 척골 동맥(340) 또는 요골 동맥(350)의 혈류량 변화에 따른 맥파 신호의 변화를 측정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 생체 신호를 측정하기 위한 제2 센서부(410, 420)는 웨어러블 디바이스의 본체(body, 430)의 후면에 위치할 수 있다. 제2 센서부(410, 420)는 사용작가 웨어러블 디바이스를 착용하였을 때 사용자의 손목의 손등 방향에서 정맥혈(440, 450) 또는 모세혈관혈의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 센서부(410, 420)는 도 3의 제1 센서부(310, 320)와 동일하게 복수의 센서 요소들이 어레이로 배치된 구조를 가질 수 있고, 각 센서 요소들은 광용적 맥파를 측정하기 위한 광원 및 광 검출기의 쌍으로 구현될 수 있다. 제2 센서부(410, 420)의 광원은 예를 들어, 도 3의 제1 센서부(310, 320)의 광원으로부터 방사되는 광의 파장보다 짧은 녹색 계열의 가시광을 방사할 수 있다. 하지만, 제2 센서부(410, 420)의 광원으로부터 방사되는 광의 파장이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에 따르면, 제2 센서부(410, 420)는 압력 센서, 압전 소자 또는 임피던스 센서 등을 이용하여 정맥혈(440, 450) 또는 모세혈관의 혈류량의 변화에 따른 맥파 신호의 변화를 측정할 수 있다.
해부학적으로, 손목의 손바닥 방향으로는 도 3의 척골 동맥(340)이나 요골 동맥(350) 등의 동맥이 지나가고, 손바닥의 심부에서 아치(arch)를 만들고 각 손가락의 옆면으로 뻗어나간다. 동맥을 통해 손에 공급된 혈액은 모세혈관, 정맥을 통해 다시 손목을 지나 심장으로 돌아간다. 도 4에 도시된 바와 같이, 손목의 손등 방향으로는 큰 동맥이 위치하지 않고, 손목 인대(wrist ligament)가 손목의 손등 부분을 감싸고 있어 제2 센서부(410, 420)가 손목의 손등 방향에서 측정한 제2 생체 신호에는 동맥혈에 의한 맥파 성분보다 정맥혈 내지 모세혈관혈에 의한 맥파 성분이 더 많이 반영될 수 있다.
따라서, 도 3의 제1 센서부(310, 320)를 통해 획득된 제1 생체 신호와 도 4의 제2 센서부(410, 420)를 통해 획득된 제2 생체 신호 간의 시간 지연은 손을 향해 진행하는 동맥혈의 맥파와 손을 거치고 나서 심장을 향해 진행하는 정맥혈/모세혈관의 맥파 간의 실제 시간 지연과 높은 상관 관계를 가진다. 생체 정보 측정 장치는 손목의 손바닥 방향에서 측정된 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호와 손목의 손등 방향에서 측정된 정맥혈 내지 모세혈관혈의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 이용함으로써 사용자의 생체 정보를 용이하게 추정할 수 있고, 웨어러블 디바이스의 소형화를 가능하게 한다.
도 5를 참조하면, 웨어러블 디바이스(510)는 도 3에서와 같이 손목의 손바닥 방향에서 측정한 제1 생체 신호와 도 4에서와 같이 손목의 손등 방향에서 측정한 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하고, 결정된 시간 지연에 기초하여 맥박, 혈압 및 동맥경화도 등과 같은 심혈관계 정보를 추정할 수 있다.
웨어러블 디바이스(510)의 센서부(520)는 도 3과 도 4에서 설명한 제1 및 제2 생체 신호를 측정하기 위한 센서들 이외에 생체 신호 또는 부가 신호를 측정하기 위한 센서들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(520)는 사용자의 움직임 정보를 측정할 수 있는 센서, 온도 센서 등을 더 포함할 수 있다. 웨어러블 디바이스(510)는 센서를 통해 측정되는 맥파 신호의 파형을 분석하여 사용자의 생체 정보를 추정하고, 추정한 생체 정보를 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
웨어러블 디바이스(510)는 추정된 사용자의 생체 정보를 모바일 장치(530)를 통해 사용자에게 제공할 수도 있다. 외부 장치(530)는 모바일 장치(530)로부터 수신한 생체 정보를 분석하여 사용자의 건강 상태를 체크하고, 시간에 따른 생체 정보의 변화를 기록할 수 있다.
이상에서는, 웨어러블 디바이스(510)가 모바일 장치(530)와 연동하여 웨어러블 디바이스(510)에서 추정한 생체 정보를 사용자에게 제공하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 웨어러블 디바이스(510)와 연동이 가능한 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer, PC), 태블릿 PC, 스마트 TV 등의 다른 기기에 설치된 어플리케이션을 통해 웨어러블 디바이스(510)에서 추정한 생체 정보가 사용자에게 제공될 수 있다.
또한, 이상에서 설명된 실시예들은 도 3 내지 도 5에 도시된 손목형 웨어러블 디바이스뿐만 아니라 다른 형태(예를 들어, 밴드, 팔찌, 발찌 등)의 웨어러블 디바이스로 구현될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 제1 생체 신호로서 제1 센서부가 손목의 손바닥 방향에서 측정한 광용적 맥파의 파형(610) 및 제2 생체 신호로서 제2 센서부가 손등 방향에서 측정한 광용적 맥파의 파형(620)의 일례를 도시한다. 생체 정보 측정 장치는 제1 생체 신호(610)와 제2 생체 신호(620)를 연속적으로 측정할 수 있다. 제1 생체 신호(610)는 동맥 내 혈류량의 변화에 따른 맥파 정보를 포함할 수 있고, 제2 생체 신호(620)는 정맥 또는 모세혈관 내 혈류량의 변화에 따른 맥파 정보를 포함할 수 있다. 심장이 수축과 이완을 반복하면서 혈관에 흐르는 혈류량이 시간에 따라 변하므로, 도 6에 도시된 것과 같은 맥파의 파형이 검출된다.
도 7은 생체 정보 추정기가 도 6의 제1 생체 신호(610)를 디트렌딩(detending)하고, 저역 통과 필터링(low pass filtering) 처리하여 획득된 제1 신호(710) 및 도 6의 제2 생체 신호(620)를 디트렌딩하고, 저역 통과 필터링 처리하여 획득된 제2 신호(720)의 파형을 도시한다. 디트렌딩은 신호의 주파수 영역에서 베이스(base) 성분을 제거하는 신호 처리이다. 여기서는, 신호를 디트렌딩하기 위해 원 신호(original signal)에서 신호의 저주파 성분을 포함하는 트렌드 신호를 빼는 방법을 이용하였다고 가정한다. 하지만, 실시예의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 밴드패스 필터링(bandpass filtering) 처리 등을 통해 도 7에 도시된 제1 신호(710) 및 제2 신호(720)과 같은 신호 파형을 획득할 수 있다.
도 8을 참조하면, 생체 정보 추정기는 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 계산하기 위해 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호 각각에서 추출된 특징점을 이용할 수 있다. 생체 정보 추정기는 도 7의 제1 신호(710) 및 제2 신호(720)에 각각 대응하는 제1 신호(810) 및 제2 신호(820)의 파형에서 특징점들을 추출하고, 추출된 특징점들 간의 시간 차이에 기초하여 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정할 수 있다.
예를 들어, 생체 정보 추정기는 도 8에 도시된 것과 같이 제1 신호(810)의 파형에서 양의 기울기 최대점(830)과 제2 신호(820)의 파형에서 음의 기울기 최소점(840)을 특징점으로서 추출할 수 있다. 생체 정보 추정기는 제1 신호(810)에서 추출된 양의 기울기 최대점(830)과 제2 신호(820)에서 추출된 음의 기울기 최소점(840) 간의 시간 차이(850)에 기초하여 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정할 수 있다. 생체 정보 추정기는 이와 같은 과정을 제1 신호(810)와 제2 신호(820)의 다른 특징점들 대해 반복적으로 수행하여 시간에 따른 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 연속적인 시간 지연 정보를 결정할 수 있다.
다른 예로, 생체 정보 추정기는 제1 신호(810) 및 제2 신호(820)의 파형에서 피크점, 계곡점, 기울기 최대점 또는 기울기 최소점 등을 특징점으로서 추출하고, 추출된 특징점에 기초하여 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정할 수도 있다. 제1 생체 신호의 파형 및 제2 생체 신호의 파형에서 특징점을 추출하는 방법은 위에 기재된 내용에 의해 한정되지 않으며, 생체 정보 추정기는 다양한 종류의 특징점을 이용하여 시간 지연을 결정할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
생체 정보 추정기는 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하기 위해 도 8에서와 같이 특징점을 이용하지 않고, 신호 파형들 간의 유사도를 이용할 수 있다. 신호의 특징점이 아닌 신호 파형들 간의 유사성을 이용함으로써 노이즈에 강인(robust)하게 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연이 결정될 수 있다.
도 9를 참조하면, (a)는 제1 생체 신호의 파형 f(t)를 나타내고, (b)는 f(t)를 시간축 상에서 임의의 시간 T 만큼 이동시킨 신호의 파형 f(t+T)를 나타낸다. (c)는 제2 생체 신호의 파형 g(t)를 나타낸다. 생체 정보 추정기는 f(t+T)와 g(t)를 내적하여 적분한 값을 계산하고, 계산된 적분 값에 기초하여 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정할 수 있다.
T의 변화에 따른 적분 값의 변화를 살펴보면, f(t+T)와 g(t)이 동상(in phase)일 때에는 적분 값이 크고, f(t+T)와 g(t)이 이상(out phase)일 때에는 적분 값이 낮다. f(t+T)와 g(t) 간의 상관도(correlation)가 높을수록 적분 값이 커지는 것을 알 수 있다. 생체 정보 추정기는 T에 따른 적분 값들 중에서 원점으로부터 첫 번째 최대점을 가지게 하는 T 값을 시간 지연 값으로 결정할 수 있다. 여기서, 제 f(t+T)와 g(t) 간의 유사도를 계산하는 방법은 위와 같은 적분 값을 이용한 방법에 한정되지 않으며, 다양한 방법이 이용될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 생체 정보 추정기가 생체 신호들 간의 시간 지연 정보로부터 속도 정보를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, (a)는 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 시간에 따라 연속적으로 나타낸 그래프를 나타내고, (b)는 (a)의 그래프에 나타난 시간 지연 값의 역수를 취한 결과를 나타낸다. 시간 지연 값의 역수로부터 임의의 속도 정보가 도출될 수 있다. 생체 정보 추정기는 도출된 속도 정보에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다. 해당 속도 정보의 시간에 따른 변화량으로부터 생체 정보의 시간에 따른 변화량이 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 평균 혈압의 기준 값이 결정되면, 생체 정보 추정기는 위 도출된 속도 정보의 변화 추이를 평균 혈압의 기준 값에 반영하여 평균 혈압 값의 변화 추이를 결정할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 생체 정보 측정 방법은 하나 이상의 프로세서를 포함하는 생체 정보 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 단계(1110)에서 생체 정보 측정 장치는 동맥혈의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 측정 장치는 광용적 맥파의 검출을 위한 광원-광 검출기, 압력 센서, 압전 소자 또는 임피던스 센서 등을 이용하여 손목의 손바닥 방향에서 요골 동맥 및 척골 동맥 중 하나 이상의 맥파 정보를 측정할 수 있다.
단계(1120)에서, 생체 정보 측정 장치는 정맥혈 및 모세혈관혈 중 하나 이상의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 측정 장치는 광용적 맥파의 검출을 위한 광원-광 검출기, 압력 센서, 압전 소자 또는 임피던스 센서 등을 이용하여 손목의 손등 방향에서 정맥 및 모세혈관 중 하나 이상의 맥파 정보를 측정할 수 있다.
단계(1130)에서, 생체 정보 측정 장치는 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호 간의 시간 지연을 결정하고, 결정된 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정할 수 있다. 생체 정보 측정 장치는 예를 들어, 제1 생체 신호의 파형과 제2 생체 신호의 파형으로부터 특징점들을 추출하고, 특징점들 간의 거리에 기초하여 시간 지연을 결정할 수 있다. 또는, 생체 정보 측정 장치는 제1 생체 신호의 파형 또는 제2 생체 신호의 파형을 시간축 상에서 이동시키고, 파형 간의 유사도를 최대로 만드는 시간 이동 값에 기초하여 시간 지연을 결정할 수 있다. 제1 생체 신호와 제2 생체 신호 간의 시간 지연이 결정되면, 생체 정보 측정 장치는 생체 정보 추정 모델을 이용하여 시간 지연으로부터 혈압, 동맥 경화도, 및 혈관 나이 등과 같은 생체 정보를 추정할 수 있다. 생체 정보 추정 모델은 예를 들어, 평상시 사용자의 평균 혈압 값을 기준 값으로 설정하고, 설정된 평균 혈압의 기준 값에 제1 및 제2 생체 신호들 간의 시간 지연으로부터 도출된 속도의 변화 추이를 적용하여 평균 혈압 값의 변화 추이를 결정할 수 있다. 제1 시점(point in time)에서의 속도와 제2 시점에서의 속도 간의 변화량에 미리 설정된 가중치를 적용하는 것에 의해 제1 시점과 제2 시점 사이의 구간에서의 평균 혈압 값의 변화량이 결정될 수 있다.
단계(1110) 내지 단계(1130)에서 설명되지 않은 내용은 도 1 내지 도 10과 관련하여 설명된 내용을 참조할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (18)
- 제1 생체 신호를 측정하는 제1 센서부;
제2 생체 신호를 측정하는 제2 센서부; 및
상기 제1 생체 신호와 상기 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하는 생체 정보 추정기
를 포함하고,
상기 제1 센서부 또는 상기 제2 센서부 중 적어도 하나는 복수의 센서 요소들을 포함하고,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 복수의 센서 요소들을 통해 측정된 신호들 중 기준 신호를 선택하고, 상기 기준 신호에 기초하여 상기 생체 정보를 추정하는,
생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부는,
손목의 손바닥 방향(palmar side)에서 요골 동맥 및 척골 동맥 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 센서부는,
손목의 손등 방향(dorsal side)에서 정맥 및 모세혈관 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부는, 손목형 웨어러블 디바이스의 스트랩(strap)에 위치하고,
상기 제2 센서부는 상기 손목형 웨어러블 디바이스의 본체(body)의 후면에 위치하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부는,
광용적 맥파를 측정하기 위한 제1 광을 방사하는 제1 광원; 및
상기 제1 광이 상기 사용자에 의해 반사된 제1 반사광을 검출하는 제1 광 검출기
를 포함하는 생체 정보 측정 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제2 센서부는,
광용적 맥파를 측정하기 위한 제2 광을 방사하는 제2 광원; 및
상기 제2 광이 상기 사용자에 의해 반사된 제2 반사광을 검출하는 제2 광 검출기
를 포함하고,
상기 제2 광은 상기 제1 광보다 파장이 짧은, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부는,
압력 센서, 임피던스 센서 및 압전 소자 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 센서부는,
압력 센서, 임피던스 센서 및 압전 소자 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 제1 생체 신호와 상기 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 시간에 따른 맥파 속도의 변화 추이(trend)를 추정하고, 상기 추정한 변화 추이에 기초하여 상기 사용자의 생체 정보의 변화를 추정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 제1 생체 신호의 파형으로부터 추출한 특징점과 상기 제2 생체 신호의 파형으로부터 추출한 특징점에 기초하여 상기 시간 지연을 결정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제10항에 있어서,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 제1 생체 신호의 파형에서 기울기 최대점과 상기 제2 생체 신호의 파형에서 기울기 최소점 사이의 시간 지연에 기초하여 상기 생체 정보를 추정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 제1 생체 신호의 파형과 상기 제2 생체 신호의 파형 중 적어도 하나를 시간축 상에서 이동시키고, 상기 시간축 상에서 이동한 적어도 하나의 제1 생체 신호의 파형 및 상기 제2 생체 신호의 파형 간의 유사도에 기초하여 상기 시간 지연을 결정하는, 생체 정보 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 정보 추정기는,
상기 시간 지연에 기초하여 상기 사용자의 혈관 경화도, 혈관 나이, 혈중 산소 포화도, 심장 박동수 및 혈압 중 적어도 하나를 추정하는, 생체 정보 측정 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1 센서부를 통해 제1 생체 신호를 측정하는 단계;
제2 센서부를 통해 제2 생체 신호를 측정하는 단계; 및
상기 제1 생체 신호와 상기 제2 생체 신호 간의 시간 지연에 기초하여 사용자의 생체 정보를 추정하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 센서부 또는 상기 제2 센서부 중 적어도 하나는 복수의 센서 요소들을 포함하고,
상기 생체 정보를 추정하는 단계는,
상기 복수의 센서 요소들을 통해 측정된 신호들 중 기준 신호를 선택하는 단계; 및
상기 기준 신호에 기초하여 상기 생체 정보를 추정하는 단계
를 포함하는 생체 정보 측정 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 생체 신호를 측정하는 단계는,
손목의 손바닥 방향에서 요골 동맥 및 척골 동맥 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제1 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제2 생체 신호를 측정하는 단계는,
손목의 손등 방향에서 정맥 및 모세혈관 중 적어도 하나의 맥파 정보를 포함하는 제2 생체 신호를 측정하는, 생체 정보 측정 방법.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016186669A JP6854612B2 (ja) | 2015-10-06 | 2016-09-26 | 生体情報測定装置及び生体情報測定方法並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| CN201610861026.4A CN106560155B (zh) | 2015-10-06 | 2016-09-28 | 用于测量生物信息的设备和方法 |
| US15/284,907 US10448848B2 (en) | 2015-10-06 | 2016-10-04 | Apparatus and method for measuring bioinformation |
| EP16192401.4A EP3153096B1 (en) | 2015-10-06 | 2016-10-05 | Apparatus and method for measuring bioinformation |
| US16/566,926 US11517211B2 (en) | 2015-10-06 | 2019-09-11 | Apparatus and method for measuring bioinformation |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150140481 | 2015-10-06 | ||
| KR20150140481 | 2015-10-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170041117A KR20170041117A (ko) | 2017-04-14 |
| KR102542395B1 true KR102542395B1 (ko) | 2023-06-13 |
Family
ID=58579438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160050771A KR102542395B1 (ko) | 2015-10-06 | 2016-04-26 | 생체 정보 측정 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102542395B1 (ko) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102655669B1 (ko) * | 2016-07-20 | 2024-04-05 | 삼성전자주식회사 | 생체신호의 특징 추출 장치 및 방법과, 생체정보 검출 장치 |
| KR102407094B1 (ko) * | 2017-07-25 | 2022-06-08 | 삼성전자주식회사 | 생체정보 측정 장치 및 방법 |
| CN109480805B (zh) | 2017-09-13 | 2023-08-15 | 三星电子株式会社 | 生物信息测量设备和生物信息测量方法 |
| KR102158498B1 (ko) * | 2018-01-19 | 2020-09-22 | 한국과학기술원 | 인체 상에 부착 가능한 압전 맥박 소자를 이용한 압전 기반 혈압 측정 장치 |
| KR102655674B1 (ko) * | 2018-09-11 | 2024-04-05 | 삼성전자주식회사 | 생체정보 추정 장치 및 방법 |
| KR102655878B1 (ko) * | 2018-11-23 | 2024-04-09 | 삼성전자주식회사 | Pwv 알고리즘을 이용하여 혈압 값을 산출하는 전자 장치 및 그 혈압 값 산출 방법 |
| KR20200087567A (ko) | 2019-01-11 | 2020-07-21 | 삼성전자주식회사 | 혈압 추정 장치 및 방법 |
| KR102303601B1 (ko) * | 2020-01-03 | 2021-09-17 | 강원대학교산학협력단 | 바이탈 사인 신호의 동잡음 제거 방법 및 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150250393A1 (en) * | 2006-05-12 | 2015-09-10 | Empire Ip Llc | Mobile Wireless Appliance |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101068116B1 (ko) * | 2008-05-23 | 2011-09-27 | (주)한별메디텍 | 비침습적 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정을 위한 요골 맥파센싱 장치 및 방법 |
| US9554724B2 (en) * | 2013-12-11 | 2017-01-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Self-aligning sensor array |
-
2016
- 2016-04-26 KR KR1020160050771A patent/KR102542395B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150250393A1 (en) * | 2006-05-12 | 2015-09-10 | Empire Ip Llc | Mobile Wireless Appliance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170041117A (ko) | 2017-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11517211B2 (en) | Apparatus and method for measuring bioinformation | |
| KR102542395B1 (ko) | 생체 정보 측정 장치 및 방법 | |
| US11229404B2 (en) | Processing of electrophysiological signals | |
| EP3456251B1 (en) | Bio-information measuring apparatus and bio-information measuring method | |
| EP3493734B1 (en) | Blood pressure measurement using a wearable device | |
| JP2021519621A (ja) | フォトプレチスモグラフィック（ｐｐｇ）シグナルに基づいて血圧および動脈壁の硬化を推定する方法 | |
| KR102480197B1 (ko) | 생체정보 추정 장치 및 방법 | |
| Ghamari et al. | Design and prototyping of a wristband-type wireless photoplethysmographic device for heart rate variability signal analysis | |
| Myint et al. | Blood pressure measurement from photo-plethysmography to pulse transit time | |
| KR102605901B1 (ko) | 생체정보 추정 장치 및 방법 | |
| Johnson et al. | Performance measures on blood pressure and heart rate measurement from PPG signal for biomedical applications | |
| US11844631B2 (en) | Apparatus and method for estimating bio-information | |
| CN112426141A (zh) | 血压检测方法、装置以及电子设备 | |
| KR20200078795A (ko) | 혈압 추정 장치 및 방법 | |
| EP4255284A1 (en) | Non-invasive blood pressure estimation and blood vessel monitoring based on photoacoustic plethysmography | |
| KR102630393B1 (ko) | 생체정보 측정 장치 및 방법 | |
| KR20220107909A (ko) | 혈압 추정 장치 및 방법 | |
| KR20200125045A (ko) | 혈압 측정 장치 및 방법 | |
| EP3669763B1 (en) | Apparatus and method for estimating cardiovascular information | |
| US11890084B2 (en) | Apparatus and method for estimating bio-information | |
| US20210290075A1 (en) | Noninvasive systems and methods for continuous hemodynamic monitoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |