KR102610831B1 - 생체 정보 검출 장치 및 생체 정보 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 정보 검출 장치 및 생체 정보 검출 방법이 개시된다. 개시된 생체 정보 검출 장치는 광 조사부에 의해 피검체에서 생체 정보를 검출하고자 하는 부위에 대해 간섭성 광인 1차 광을 조사하고, 광경로 변환부에서 피검체로부터 산란된 2차 광의 광 경로를 변경, 연장 또는 지연시킨 뒤 광 검출부에서 검출한다. 2차 광은 피검체의 일 영역의 스페클 패턴 정보를 지닐 수 있으며, 이를 이용하여 제어부에서 피검체의 생체 정보를 검출한다. 광경로 변환부는 2차 광의 광경로를 변경, 확장 또는 지연시키기 위하여 2차 광을 반사시킬 수 있는 반사면을 포함할 수 있다.
Description
개시된 실시예는 생체 정보를 측정할 수 있는 생체 정보 측정 장치 및 생체 정보 측정 방법에 관한 것이다.
건강에 관한 관심이 증가됨에 따라 다양한 종류의 생체 정보를 측정하고 검출할 수 있는 장치가 개발되고 있다. 특히 피검체가 직접 착용할 수 있는 다양한 웨어러블 디바이스(wearabl device)가 보급되면서 헬스 케어에 특화된 기기들이 개발되고 있다. 정확한 생체 정보 분석을 위하여 다양한 기구적 또는 알고리즘적 기술이 연구되고 있다.
피검체의 신체 상황을 알기 위해 생체 정보 측정 장치를 이용하여 측정하고자 하는 생체 정보, 즉 인간의 생리적 파라미터로는 예를 들어, 혈압(blood pressure), 맥파, 심박수, 혈당 등이 있다. 이러한 생리적 파라미터들은 고정된 것이 아니라 연속적으로 변화될 수 있으며 따라서 연속적으로 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 혈압 및 심박수는 고혈압, 저혈압, 심장 발작과 같은 여러가지 심혈관 질환의 원인이 될 수 있으며 이들 생리적 파라미터들에 대한 정확한 측정과 연속적인 모니터링은 피검체가 겪을 수 있는 질병의 예방 및 치료에 중요한 역할을 할 수 있다. 피검체의 생리적 파라미터의 연속적인 변화를 측정하고 모니터링 하기 위해서는 비침습적인 환경에서 피검체의 접근성이 용이한 방법이 요구된다.
피검체의 생리적 정보를 비침습적으로 검출하고 분석할 수 있는 생체 정보 검출 장치를 제공한다.
또한, 상기 생체 정보 측정 장치를 이용하여 생체 정보를 측정하는 생체 정보 검출 방법을 제공한다.
피검체의 일 영역에 대해 1차 광을 조사하는 광 조사부;
상기 피검체로부터 산란되어 방출되는 2차 광을 받아들여 그 광 경로를 변환시키는 광경로 변환부;
상기 광경로 변환부에 의해 변환된 광을 검출하는 광 검출부; 및
상기 피검체의 생체 정보를 검출하는 제어부;를 포함하는 생체 정보 측정 장치를 제공한다.
상기 광 조사부는 상기 피검체에 간섭성 광(coherent wave)을 조사할 수 있다.
상기 광 조사부는 조사되는 상기 1차 광은 400nm 내지 700nm 범위의 파장을 지닐 수 있다.
상기 광 조사부는 조사되는 상기 1차 광은 700nm 내지 1500nm 범위의 파장을 지닐 수 있다.
상기 광경로 변환부는 상기 2차 광의 광경로를 변경, 확장 또는 지연시킬 수 있다.
상기 광경로 변환부는 상기 2차 광을 반사시키는 반사면을 지닐 수 있다.
상기 광경로 변환부는 상기 2차광을 반사시키는 적어도 2개 이상의 반사면을 지니며, 상기 반사면들은 서로 예각을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 반사면들은 서로 대향되도록 배치될 수 있다.
상기 광검출부는 픽셀 어레이 디텍터(pixel array detector)를 포함할 수 있으며, 1D(1-dimessional) 또는 2D 어레이 구조로 배열된 다수의 이미지 센서들을 포함할 수 있다.
상기 광 검출부는 공간적으로 이격된 적어도 2개의 단위 센서를 지닌 PSD(position sensitive detector)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 데이타 프로세스, 메모리, 디스플레이 및 배터리부를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에서는 광 조사부로부터 피검체의 일 영역에 대해 1차 광을 조사하고,
상기 1차광이 피검체로부터 산란되어 방출되는 2차광을 광경로 변환부에서 그 광경로를 변환한 뒤 광 검출부에서 상기 2차광의 스페클 패턴을 검출하며,
상기 2차광의 스페클 패턴으로부터 상기 피검체의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 방법을 제공한다.
상기 광 조사부는 상기 피검체에 400nm 내지 700nm 범위의 파장을 지닌 1차 광을 조사하여 상기 피검체의 피부 표면의 스페클 패턴을 검출할 수 있다.
상기 광 조사부는 상기 피검체에 700nm 내지 1500nm 범위의 파장을 지닌 1차 광을 조사하여 상기 피검체의 혈관 또는 혈관 내의 적혈구의 스페클 패턴을 검출할 수 있다.
상기 광경로 변환부는 반사면을 이용하여 상기 2차광을 반사시켜 상기 2차광의 광 경로를 변경 또는 연장시킬 수 있다.
개시된 실시예들에 따르면, 피검체의 일상적인 활동 중에서도 피검체의 생체 정보를 연속적으로 검출할 수 있도록 독립적이며 소형화가 가능한 광검출 검출 장치를 제공할 수 있다.
피검체의 특정 부위에 부착이 가능하며 피검체의 의복에 포함되어 웨어러블 디바이스로 사용될 수 있다.
피검체의 생체 정보를 측정하고자 하는 영역에 맞게 1차광의 파장을 적절히 선택하여 조절할 수 있다.
피검체로부터 산란된 2차 광의 광 경로를 광경로 변환부를 이용하여 용이하게 변경, 연장 또는 지연시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치로부터 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 산란된 광을 생체 정보 측정 장치에서 검출하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 피검체로부터 산란된 광을 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부 및 검출부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 제어부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에서 피검체의 신체 파라미터를 측정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에 의해 피검체로부터 측정된 스페클 패턴 및 이를 변환한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치로부터 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 산란된 광을 생체 정보 측정 장치에서 검출하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 피검체로부터 산란된 광을 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부 및 검출부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 제어부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에서 피검체의 신체 파라미터를 측정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에 의해 피검체로부터 측정된 스페클 패턴 및 이를 변환한 그래프를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)는 피검체(200)의 일영역에 대해 광(L1)을 조사하는 광 조사부(10)와 피검체(200)에 조사된 광에 의해 피검체(200)로부터 산란되어 방출되는 광(L2)을 받아들여 그 광 경로를 변환시키는 광 경로 변환부(20)를 포함할 수 있다. 그리고 광경로 변환부(20)에 의해 변환된 광을 수광하여 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출부(30)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)는 광 조사부(10)를 제어하며, 피검체(200)로부터 산란된 광으로부터 피검체의 신체 파라미터를 검출하고 이를 이용하여 피검체(200)의 상태를 분석하는 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.
여기서 피검체(200)는 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)의 광 조사부(10)로부터 입사한 광이 산란되는 표면을 지닌 것으로, 인체나 동물일 수 있으며, 인체나 동물의 일부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)는 피검체(200)와 이격되어 피검체(200)의 생체 정보를 측정할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 피검체(200)에 접촉된 상태로 사용될 수 있다. 그리고 모바일 기기 등에 내장되어 사용되거나, 프로토 타입으로 독립적인 기기로 사용될 수 있다. 그리고, 생체 정보 측정 장치(100)는 피검체(200)의 특정 부위, 예를 들어 손, 팔, 다리, 발, 손목, 발목, 팔꿈치, 어깨, 등, 목, 허리 또는 귀 부위 등에 부착되어 사용되거나 의복 등에 삽입되어 웨어러블 디바이스 형태로 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치로부터 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 산란된 광을 생체 정보 측정 장치에서 검출하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)의 광 조사부(10)로부터 조사된 광(L11, L21)은 피검체(200)의 표면이나 그 내부로부터 산란되어 광경로 변환부(20)로 입사될 수 있다. 여기서, 광 조사부(10)로부터 조사되는 광(L11, L21)을 1차 광(first optical radiation)이라고 하고, 피검체(200)로부터 산란되는 광(L12, L22)을 2차 광(second optical radiation)이라 한다. 광 조사부(10)는 피검체(200)에 간섭성 광(coherent wave)을 조사할 수 있는 것으로, 예를 들어 광 조사부(10)로는 레이저를 사용할 수 있다. 그리고, 광 조사부(10)로부터 1차 광(L11, L21)이 출사되는 영역에는 빔쉐이퍼가 위치할 수 있다.
광 조사부(10)로부터 방출되는 1차 광(L11, L21)은 다양한 범위의 파장을 지닌 광일 수 있으며, 1차 광(L11, L21) 파장 범위는 사용자가 임의로 선택할 수 있다. 예를 들어, 피검체(200)의 피부 표면의 생체 정보를 얻고자 하는 경우, 광 조사부(10)로부터 방출되는 1차 광(L11)이 피검체(200)의 피부 표면에서 반사되어 산란된 2차 광(L12)을 얻을 수 있도록 광 조사부(10)로부터 방출되는 광(L11)의 파장은 400nm 내지 600nm 범위에서 선택될 수 있다. 이러한 범위의 파장을 지닌 1차 광(L11)을 광 조사부(10)로부터 피검체(200)에 조사하는 경우, 1차 광(L11)은 피검체(200)의 표면으로부터 그 내부로 침입하지 않고 그 표면에서 산란되어 2차 광(L12)이 방출될 수 있다. 1차 광(L11)이 400nm 내지 600nm 범위의 파장 또는 400nm 내지 700nm 범위의 파장을 지닌 경우, 광 조사부(10)로부터 피검체(200)에 조사되는 경우, 피검체(200)의 피부 표면으로부터의 침입 깊이는 200 내지 300마이크로미터 정도로서 제한적이다. 따라서, 피검체(200)의 표피 내부의 혈관, 혈관 내의 혈류나 내피의 영향 없이 피검체(200)의 표피에서의 상태 정보를 지닌 2차 광(L12)이 방출될 수 있다.
그리고, 광 조사부(10)로부터 조사되는 1차 광(L21)의 파장 범위를 근적외선(near infra-red) 또는 적외선 영역인 700 내지 1500nm로 선택하는 경우, 1차 광(L21)은 피검체(200)의 피부 내부의 혈관(vessel)이 존재하는 영역에서 반사 또는 산란된 2차 광(L22)을 얻을 수 있다. 적외선 또는 근적외선 영역의 파장 범위를 지닌 1차 광(L21)을 광 조사부(10)에서 피검체(200)로 조사하는 경우, 1차 광(L21)은 혈관의 적혈구 세포들(RBCs:red blood cells)에서 산란이 되어 2차 광(L22)이 발생된다. 따라서, 1차 광(L21)을 근적외선(near infra-red) 또는 적외선 영역인 700 내지 1500nm의 파장 범위로 선택하는 경우, 피검체(200)의 피부 표면에 의해 발생되는 2차 광의 발생을 최소화할 수 있다. 그리고, 피검체(200)의 혈관 내의 적혈구, 혈류 속도(blood flow velocity), 혈액 산소(blood oxygenation)와 관련된 생체 정보를 얻고자 하는 경우 효과적이다.
도 3은 피검체로부터 산란된 광을 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부 및 검출부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 피검체(200)의 일 영역으로부터 산란된 2차광(L2)은 광경로 변환부(20)로 입사한다. 광경로 변환부(20)로 입사한 2차광(L2)은 광경로 변환부(20) 내부에서 그 광경로가 변환될 수 있다. 광경로 변환부(20)는 입사된 2차광(L2)의 광경로를 변경하여 연장되도록 할 수 있다. 광경로 변환부(20)에 의하여 2차광(L2)으로부터 피검체(200)의 생체 파라미터를 검출하기 적절한 상태가 될 수 있다. 피검체(200)로부터 산란된 2차광(L2)은 1차광(L1)이 산란된 피검체(200)의 일 영역의 스페클 패턴(speckle pattern) 정보를 포함할 수 있다. 피검체(200)의 생체 파라미터의 정확한 측정을 위한 최적의 조건이 되도록 2차광(L2)의 광경로를 확보하는 것이 요구되며, 따라서 광경로 변환부(20)에 의하여 2차광(L2)의 광경로를 변경 및 연장시킬 수 있다. 광경로 변환부(20)는 2차광(L2)의 광경로를 변경 및 연장하는 광학 지연 회로(optical delay line)라 할 수 있다. 2차광(L2)은 광경로 변환부(20)에 의해 그 광경로가 연장된 상태의 광(L3)으로 광 검출부(30)에 입사될 수 있다. 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)의 광경로 변환부(20)는 2차광(L2)의 광경로를 변경하고 연장할 수 있도록 반사면을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하고자 한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 광경로 변환부의 예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 광경로 변환부(20)는 2차광(L2)을 반사시킬 수 있는 2개의 반사면(23a, 23b)를 구비하며 제 1-1반사면(23a) 및 제 1-2반사면(23b) 사이의 각도는 매우 작은 예각을 이루도록 형성될 수 있다. 이 경우, 광경로 변환부(20)로 입사하는 2차광(L2)은 제 1-1반사면(23a) 및 제 1-2반사면(23b) 사이를 다수번 반사하여 왕복하다 광 검출부(30) 방향으로 향하게 된다.
그리고, 도 3 및 도 4b를 참조하면, 광경로 변환부(20)는 2차광(L2)을 반사시킬 수 있는 2개의 반사면(24a, 24b)를 구비할 수 있다. 이들 제 2-1반사면(24a) 및 제 2-2반사면(24b)은 서로 실질적으로 평행하게 배치될 수 있으며, 제 2-1반사면(24a) 및 제 2-2반사면(24b)는 서로 대향될 수 있다. 광경로 변환부(20)가 이와 같은 배치 구조를 지닌 경우, 광경로 변환부(20)로 입사하는 2차광(L2)은 제 2-1반사면(24a) 및 제 2-2반사면(24b) 사이로 진입하여, 제 2-1반사면(24a) 및 제 2-2반사면(24b) 사이를 다수번 반사하여 왕복하다 광 검출부(30) 방향으로 향하게 된다.
도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같은 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)는 실질적으로 광경로 변환부(20)에 입사하는 2차광(L2)의 광경로를 연장하기 위하여 구비될 수 있으며, 2차광(L2)은 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들 사이에서 사용자가 원하는 횟수만큼 반사하면서 그 광경로를 확장할 수 있다. 2차광(L2)이 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들 사이에서 어느 정도의 횟수만큼 반사된 후 광경로 변환부(20)에서 광경로가 확장되어 광 검출부(30)에서 검출되도록 하는지는 사용자가 선택적으로 조절할 수 있다.
2차광(L2)이 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들 사이에서 N번 반사된 뒤에 광경로 변환부(20)에서 빠져 나오는 경우, 2차광(L2)은 하기 수학식 1에 따라 L만큼 그 광경로가 연장될 수 있다.
여기서, L은 2차광(L2)이 광경로 변환부(20)에서 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들 사이에서 N회 반사되어 연장된 광로를 나타내며, D는 제 1-1반사면(23a) 및 제 1-2반사면(23b) 사이의 거리 또는 제 2-1반사면(24a) 및 제 2-2반사면(24b) 사이의 거리를 나타낸다. 원하는 거리만큼 2차광(L2)의 광경로가 연장될 수 있도록 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들 사이의 거리(D) 및 반사면(23a, 23b, 24a, 24b)들이 이루는 각도는 조절될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 나타낸 광경로 변환부(20)의 형태는 이에 한정되지 않으며, 2차광(L2)의 광경로를 연장할 수 있는 배치를 지닌 것이면 제한되지 않고 이용될 수 있다. 즉, 광경로 변환부(20)에 사용될 수 있는 반사면은 도 4a 및 도 4b와 같이 2개의 반사면에 제한되지 않고, 더 많은 갯수의 반사면이 이용될 수 있다.
실시예에 따른 생체 정보 분석 장치(100)에서 광 검출부(30)는 2차광(L2)이 광경로 변환부(20)에서 그 광경로가 변경되고 연장된 뒤 빠져나온 광(L3)을 검출할 수 있다. 광 검출부(30)는 픽셀 어레이 디텍터(pixel array detector)를 포함할 수 있으며, 1D(1-dimessional) 또는 2D 어레이 구조로 배열된 다수의 이미지 센서들을 구비할 수 있다. 광 검출부(30)는 예를 들어, 포토 다이오드(phorodiode), CCD(Charge Coupled Device), CMOS 카메라 또는 CIS(CMOS Image Sensor)일 수 있다. 또 다른 광 검출부(30)의 예로서 PSD(위치 측정 광센서: position sensitive detector)를 들 수 있다. PSD는 공간적으로 이격된 적어도 2개의 단위 센서를 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 제어부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 피검체(200)의 생체 정보를 지닌 2차광(L2)은 광경로 변환부(20)를 통과하면서 광 경로가 변경 및 연장된 상태의 광(L3)으로 광 검출부(30)에서 검출될 수 있다. 광 검출부(30)에서 검출된 피검체(200)에 관한 정보 데이타는 제어부(40)에서 분석될 수 있다. 제어부(40)는 광 검출부(30)에서 검출된 피검체(200)에 관한 정보를 데이타 프로세스(42)에서 해석 및 분석하여 피검체(200)의 생체 정보를 얻을 수 있다. 데이타 프로세스(42)는 피검체(200)로부터 산란된 2차광(L2)으로부터 얻어진 스페클 패턴을 이용하여 피검체(200)의 생체 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 스페클 패턴의 분류, 측정된 스페클 패턴과 이전에 얻어진 스페클 패턴과의 비교 및 영상처리 등을 실시할 수 있다.
실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)는 피검체(200)의 생체 정보를 연속적으로 측정할 수 있으며, 이렇게 측정된 피검체(200)의 스페클 패턴, 생체 정보외에도 2차광(L2)으로부터 얻어진 스페클 패턴을 이용하여 피검체(200)의 생체 정보를 분석하는 알고리즘도 메모리(44)에 저장될 수 있다. 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)는 외부의 다른 기기의 추가적인 지원없이 피검체(200)에 대한 생체 정보 수집 및 분석 작업을 연속적으로 실시할 수 있다. 그리고, 제어부(40)는 생체 정보 측정 장치(100)는 측정된 스페클 패턴을 시각적으로 나타내거나, 스페클 패턴으로부터 얻어진 생체 정보를 이전에 얻어진 생체 정보와 비교한 결과를 사용자에게 시각적으로 나타낼 수 있는 디스플레이부(display)(46)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 광 조사부(10), 광 검출부(30) 및 제어부(40)의 데이타 프로세스(42), 메모리(44) 및 디스플레이(46)에 전원을 공급할 수 있는 배터리부(48)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 생체 정보 분석 장치(100)는 피검체(200)의 생체 정보를 분석할 수 있도록, 광 조사부(10), 광경로 변환부(20), 광 검출부(30)와 제어부(40)를 포함한다. 생체 정보 분석 장치(100)는 다른 모바일 기기와 함께 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 프로토 타입으로 독립적으로 사용될 수 있다. 또한, 피검체(200)의 신체 일 영역에 밴드 타입으로 장착될 수 있으며, 의복에 설치되어 피검체(200)의 활동 중에도 연속적으로 동작할 수 있다. 실시예에 따른 생체 정보 분석 장치(100)는 작은 크기의 박스 형태의 하우징 내에 각 구성 요소가 포함된 상태로 사용될 수 있으며, 예를 들어 35×35×15mm가 넘지 않는 크기로 사용될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에서 피검체의 생체 정보를 측정하는 것을 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(100)의 광 조사부(10)로부터 피검체(200)에 갑섭성 광(L1)을 조사한다(S10). 피검체(200)에 광을 조사하는 경우 정적(static) 전기장(electric field) 및/또는 자기장(magnetic field)을 인가할 수 있다. 이 때, 피검체(200)에 인가하는 광(L1)을 1차광(L1)이라 한다. 1차광(L1)의 파장은 사용자가 임의로 선택할 수 있다. 생체 정보 측정 장치(100)는 피검체(200)로부터 이격되거나 접촉된 상태일 수 있으며 제한은 없다.
피검체(200)에 인가된 1차광(L1)이 피검체(200)의 일 영역, 예를 들어 피검체(200)의 피부 표면이나 피검체(200) 내피의 혈관 부위에서 산란되어 2차광(L2)으로 방출된다. 피검체(200)로부터 방출된 2차광(L2)을 광경로 변환부(20)에서 수광하여 2차광(L2)의 광경로를 변경 및 연장한다(S20). 광경로 변환부(20)에 의하여 2차광(L2)의 광경로를 변경 및 연장함으로써 피검체(200)의 생체 정보를 얻을 수 있는 상태로 만들 수 있다.
그리고, 광경로 변환부(20)에서 그 광경로가 변경 및 연장된 2차광(L1)을 광 검출부(30)에서 디텍팅하여 피검체(200)의 일 영역의 스페클 패턴 정보를 얻는다(S30). 그리고 광 검출부(30)에서 얻어진 피검체(200)의 스페클 패턴 정보를 이용하여 제어부(40)의 데이터 프로세서(42)에서 정보 처리 작업을 한다(S40). 이러한 과정을 통하여 얻어진 정보를 통하여 피검체의 생체 정보, 즉 신체 파라미터를 검출할 수 있다(S50).
도 7은 일 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치에 의해 피검체로부터 측정된 스페클 패턴 및 이를 변환한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 피검체(200)의 일 영역, 예를 들어 피부나 혈관에 광 조사부(10)로부터 간섭성 광(coherent wave), 즉 1차광(L1)을 조사하고, 피검체(200)로부터 산란되는 2차광(L2)을 광경로 변환부(20)에서 그 광경로를 변경 및 연장한다. 이처럼 2차광(L2)의 광경로가 연장 또는 지연됨으로써 2차광(L2)에 포함된 스페클 패턴의 크기는 피검체(200)의 생체 정보를 측정하기 용이한 크기가 될 수 있다. 예를 들어 2차광(L2)은 광경로 변환부(20)에 의해 약 100 내지 300nm의 광경로가 지연된 상태가 될 수 있으며, 광검출부(30)에서 광경로가 연장 또는 지연된 2차광(L2)으로부터 스페클 패턴을 얻을 수 있다. 스페클 패턴은 도 7에 나타낸 바와 같이 검출 평면(detector plane)에서 소정의 패턴 형상으로 분산된 형태를 지닐 수 있다. 얻어진 스페클 패턴으로부터 제어부(40)에서 스페클 패턴의 특징부 추출, 분류 및 분석 작업이 행해질 수 있다. 즉 도 7에 나타낸 바와 같이 그래프로 변환한 스페클 패턴 정보로부터 피크의 숫자(numbers of peaks), 피크의 형태(peak shape), 피크 강도(peak intensity) 등을 추출하여 제어부(40)의 메모리(44)에 저장된 정보와 비교하는 작업을 데이타 프로세스(42)에서 실시할 수 있다. 스페클 패턴으로부터 특징부를 추출하는 작업에는 다양한 방법의 알고리즘이 사용될 수 있으며, 예를 들어 Lukas-Kanade algorithm이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 스페클 패턴의 특징 추출 작업 과정을 거쳐서 피검체(200)의 생체 정보, 예를 들어 수축기 및 이완기 혈압(systolic and diastolic blood pressures), 혈류 속도(blood flow speed), 맥파 등을 분석할 수 있다. 스페클 패턴의 특징이 추출된 뒤 피검체(200)의 혈압 등을 검출하는 경우 예를 들어 기계 학습 알고리즘(machine learning algorithms) 등이 사용될 수 있다. 이 과정에서는 메모리(42)에 저장된 동일한 사용자의 종전 기록, 다른 방법으로 측정된 생체 정보와의 비교, 다른 사용자들의 측정 결과 등과 비교할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 생체 정보 측정 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100: 생체 정보 측정 장치 200: 피검체
10: 광 조사부 20: 광 경로 변환부
30: 광 검출부 40: 제어부
42: 데이타 프로세스 44: 메모리
46: 디스플레이 46: 디스플레이
L1: 1차 광 L2: 2차 광
10: 광 조사부 20: 광 경로 변환부
30: 광 검출부 40: 제어부
42: 데이타 프로세스 44: 메모리
46: 디스플레이 46: 디스플레이
L1: 1차 광 L2: 2차 광
Claims (15)
- 피검체의 일 영역에 대해 1차 광을 조사하는 광 조사부;
상기 피검체로부터 산란되어 방출되는 2차 광을 받아들이고, 입사된 상기 2차 광의 광 경로를 변환하여 연장시키는 광경로 변환부;
상기 광경로 변환부에 의해 변환된 광을 검출하는 광 검출부; 및
상기 피검체의 생체 정보를 검출하는 제어부;를 포함하는 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 피검체에 간섭성 광(coherent wave)을 조사하는 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광 조사부는 조사되는 상기 1차 광은 400nm 내지 700nm 범위의 파장을 지닌 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광 조사부는 조사되는 상기 1차 광은 700nm 내지 1500nm 범위의 파장을 지닌 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광경로 변환부는 상기 2차 광의 광경로를 변경, 확장 또는 지연시키는 생체 정보 측정 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 광경로 변환부는 상기 2차 광을 반사시키는 반사면을 지닌 생체 정보 측정 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 광경로 변환부는 상기 2차광을 반사시키는 적어도 2개 이상의 반사면을 지니며, 상기 반사면들은 서로 예각을 이루도록 배치된 생체 정보 측정 장치. - 제 7항에 있어서,
상기 반사면들은 서로 대향되도록 배치된 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광검출부는 픽셀 어레이 디텍터(pixel array detector)를 포함할 수 있으며, 1D(1-dimessional) 또는 2D 어레이 구조로 배열된 다수의 이미지 센서들을 포함하는 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광 검출부는 공간적으로 이격된 적어도 2개의 단위 센서를 지닌 PSD(position sensitive detector)를 포함하는 생체 정보 측정 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 데이타 프로세스, 메모리, 디스플레이 및 배터리부를 포함하는 생체 정보 측정 장치. - 광 조사부에서 피검체의 일 영역에 대해 1차 광을 조사하는 단계;
광경로 변환부에서 상기 1차광이 피검체로부터 산란되어 방출되는 2차광을 받아들이고, 입사된 상기 2차 광의 광경로를 변환하여 연장하는 단계;
광 검출부에서 상기 2차광의 스페클 패턴을 검출하는 단계; 및
제어부에서 상기 2차광의 스페클 패턴으로부터 상기 피검체의 생체 정보를 검출하는 단계; 를 포함하는, 생체 정보 검출 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 피검체에 400nm 내지 700nm 범위의 파장을 지닌 1차 광을 조사하여 상기 피검체의 피부 표면의 스페클 패턴을 검출하는 생체 정보 측정 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 피검체에 700nm 내지 1500nm 범위의 파장을 지닌 1차 광을 조사하여 상기 피검체의 혈관 또는 혈관 내의 적혈구의 스페클 패턴을 검출하는 생체 정보 측정 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 광경로 변환부는 반사면을 이용하여 상기 2차 광을 반사시켜 상기 2차광의 광 경로를 변경 또는 연장시키는 생체 정보 측정 방법.
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-
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