KR200232327Y1 - 신체의 혈류량과 체온 변화를 이용한 생체신호 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사람의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋 등과 같은 전자기기를 이용하여 생체신호를 측정함으로써, 적은 비용으로 손쉽게 생체상태를 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것으로서, 사용자의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋의 일정 위치에 부착되며, 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 검출하기 위한 생체신호 검출수단; 및 소정의 생체신호 측정 프로그램에 따라 검출수단에 의해 검출된 사용자의 혈류량과 체온 변화를 이용하여 사용자의 생체상태를 측정하기 위한 생체상태 측정수단을 포함한다.

Description

신체의 혈류량과 체온 변화를 이용한 생체신호 측정 장치{Physiolosical signal acquisition apparatus using blood flow and temperature changes of body}

본 고안은 신체의 혈류량과 체온 변화를 이용한 생체신호 측정 장치에 관한 것으로서, 특히 사람의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋(Headset) 등과 같은 전자기기를 통해 신체의 혈류량과 체온 변화를 감지하여 생체상태를 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

심장의 박동은 인체의 건강에 대한 척도를 활용되어 왔다. 가장 일반적으로 이용되는 척도는 평균 심박동율(heart rate)으로 분당 박동수를 의미하는 것으로 심장기능, 운동부하량 조절 및 심장질환 진단의 주요 파라메타로 사용되어 왔다.

건강한 사람의 심장의 경우, 박동이 매우 규칙적일 것이라는 기존의 관념은 최근 선진국의 연구 사례에서 부정되기 시작하였고, 심장박동을 분석함으로써 자율신경의 활동을 측정하고자 하는 많은 연구가 이루어졌다. 즉, 심장의 박동은 온도, 조명과 같은 외부의 환경적인 요인과 혈압, 체온조절, 운동, 정신적인 스트레스, 심혈관 및 신경계통의 질환을 반영하는 중요한 척도로 인식되기 시작하였다.

이러한 연구는 심박변동율(HRV : Heart Rate Variability)라는 분야로 많은 학자들 간에 연구되기 시작하였고 특히, 의학분야 뿐만 아니라 감성공학분야에서도 많은 연구가 이루어 지고 있다. 감성공학적 측면에서, 인체의 스트레스와 같은 감성의 변화를 측정하기 위하여 일반적으로 사용하는 파라메타는 심박동 신호, 호흡수, 체온, 및 피부저항 등이 있다.

이와 같은 심장 박동수, 호흡 수 및 혈압 등에 관련된 사람의 생체신호를 측정하기 위한 다양한 기술이 제안되고 있으며, 그 일예로 국내특허출원번호 제 0706488 호에 게재된 생체신호 측정 기술에 대해 가략히 살펴보면 다음과 같다.

국내특허출원번호 제 0706488 호에 게재된 종래의 생체신호 검출 장치는, 의자, 침대 또는 마사지 기계와 같이 사용자를 지지하기 위한 구조체에 적용되는 것으로서, 프레임과, 상기 프레임에 고착된 스프링 네트가 포함되고 사용자의 몸무게를 지지하기 위한 탄성 변형 능력과, 상기 스프링 네트에 배치된 생체신호 검출 유니트를 가진다.

상기 스프링 네트는 사용자의 몸무게를 수용하기 위한 제 1 지지 표면 및 상기 제 1 지지 표면에 대향된 제 2 지지 표면을 가지며, 상기 검출 유니트는 상기 제 2 지지 표면에 설치된다.

이러한 구조를 갖는 종래의 생체신호 검출 장치에서는, 사용자의 몸무게가 상기 스프링 네트에 의해 지지될 때, 상기 검출 유니트가 상기 스프링 네트를 통하여 전달된 순환적 및 미소한 하중 변화인 생체 진동에 따른 사용자의 생체신호를 검출한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 생체신호 검출 장치는 상기 구조체의 일정 위치에 장착되므로, 이러한 장착시 정확한 생체신호 측정을 위해서는 상당한 주의가 요구되며, 만일 종래의 생체신호 검출 장치가 상기 구조체에 부적절하게 장착될 경우, 사용자의 생체신호를 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사람의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋 등과 같은 전자기기를 이용하여 생체신호를 측정함으로써, 적은 비용으로 손쉽게 생체상태를 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 고안은 사람의 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 체크하는 헤드폰이나 헤드셋 등과 같은 전자기기에 연결되는 컴퓨터를 통해 생체상태를 측정하여 인터넷망을 통해 제공함으로써, 원격진료와 같은 다양한 진료 서비스를 제공할 수 있도록 하는 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 고안은 컴퓨터에 연결되는 헤드폰이나 헤드셋 등과 같은 전자기기를 통해 신체의 혈류량과 체온 변화를 감지하여, 컴퓨터의 사용중에 사용자가 자신의 생체상태를 확인할 수 있는 장치를 제공하는데 또다른 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 일실시예 따른 신체의 혈류량과 체온 변화를 이용한 생체신호 측정 장치의 구성도.

도 2는 본 고안이 적용되는 헤드폰 및 헤드셋의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110: 생체신호 검출기 111: 혈류량 센서

112: 체온 센서 113: 제 1 증폭 및 잡음 제거부

114: 제 2 증폭 및 잡음 제거부 115: 제 1 A/D 변환부

116: 제 2 A/D 변환부 117: 제어부

118: 데이터 인터페이스 119: 전원 공급부

120: 컴퓨터

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 사람의 건강 상태, 정신적 및 육체적 스트레스 그리고 감성 정보와 같은 생체상태를 측정하는 장치에 있어서, 사용자의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋의 일정 위치에 부착되며, 상기 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 검출하기 위한 생체신호 검출수단; 및 소정의 생체신호 측정 프로그램에 따라 상기 검출수단에 의해 검출된 사용자의 혈류량과 체온 변화를 이용하여 사용자의 생체상태를 측정하기 위한 생체상태 측정수단을 포함한다.

본 고안은 컴퓨터에 연결되어 음성이나 음악 청취용으로 사용되는 헤드폰이나 헤드셋 등에 부착시킨 혈류량 센서와 체온 센서를 통해 감지되는 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 생체상태 측정 자료로 이용하여 사람의 생체상태를 측정하기 위한 것으로서, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 고안의 일실시예 따른 생체신호 측정 장치는, 상기 헤드폰이나 헤드셋에 장착되며, 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 검출하기 위한 생체신호 검출기(110)와, 상기 헤드폰이나 헤드셋이 연결되며, 미리 설정된 생체신호 측정 프로그램에 따라 생체신호 검출기(110)에 의해 검출된 혈류량과 체온 변화를 이용하여 사용자의 생체 상태를 측정하는 컴퓨터(120)로 구성된다. 여기서, 컴퓨터(120)에 의해 측정되는 생체상태 정보에는, 간단한 건강진단 정보, 정신적 및 육체적 스트레스 정도와 감성 관련 정보 등이 있다.

생체신호 검출기(110)는, 외이에 흐르는 혈류량을 감지하기 위한 혈류량 센서(111)와, 외이에서의 체온 변화를 감지하기 위한 체온 센서(112)와, 혈류량 센서(111)로부터 출력되는 혈류량 감지신호를 증폭하고 혈류량 감지신호에 혼합된 잡음을 제거하기 위한 제 1 증폭 및 잡음 제거부(113)와, 체온 센서(112)로부터 출력되는 체온 감지지신호를 증폭하고 체온 감지신호에 혼합된 잡음을 제거하기 위한 제 2 증폭 및 잡음 제거부(114)와, 제 1 증폭 및 잡음 제거부(113)로부터 출력되는 아날로그의 혈류량 감지신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 A/D 변환부(115)와, 제 2 증폭 및 잡음 제거부(114)로부터 출력되는 아날로그의 체온 감지신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 2 A/D 변환부(116)와, 제 1 및 제 2 A/D변환부(115, 116)에 의해 변환된 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 미리 설정된 전송 프로토콜에 따라 컴퓨터(120)로 전송하는 제어부(117)와, 제어부(117)로부터 전달되는 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 컴퓨터(120)에 접속시키기 위한 데이터 인터페이스(118)를 구비한다.

여기서, 상기 헤드폰이나 헤드셋에는 컴퓨터(120)를 통해 제공되는 전원을 생체신호 검출기(110)에 공급하기 위한 전원 공급부(119)가 장착될 수 있다. 그러나, 생체신호 검출기(110)는 반드시 전원 공급부(119)를 통해서만 전원을 공급받을 수 있는 것은 아니고, 상기 헤드폰이나 헤드셋에 탈착이 가능한 충방전용 배터리나 수은전지 등을 생체신호 검출기(110)의 전원으로 사용할 수도 있다.

혈류량 센서(111)는 헤드폰이나 헤드셋(210)이 사람의 귀에 착용될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 외이의 'A' 부분(귓볼)에 접촉될 수 있도록 스피커(211)의 하부와 이격되게 장착된다. 이렇게, 혈류량 센서(111)가 외이의 'A' 부분에 접촉됨으로써, 혈류량 센서(111)에 의해 감지되는 생체신호는 전기적인 신호로 변환되어 제 1 증폭 및 잡음 제거부(113)로 전달된다.

이러한 혈류량 센서(111)가 접촉되는 귓볼(A 부분)에는 말초혈관이 분포되 있어 상용화된 광학적인 감지 방법을 이용하면 보다 용이하게 혈류량을 측정할 수 있을 것이다.

그리고, 귓속의 온도 변화는 체표면의 온도 변화보다 안정적이므로, 외이가 헤드폰이나 헤드셋(210)으로 보호된 상태에서 체온 센서(112)를 통해 외이에서의 체온 변화를 감지함으로써, 안정적인 체온 변화의 정보를 얻을 수 있다.

따라서, 체온 센서(112)가 헤드폰이나 헤드셋(210) 착용시 귓볼(A부분) 윗부분의 외이 구멍(B 부분)에 위치되어 안정적으로 체온 변화를 감지할 수 있도록, 체온 센서(112)는 스피커(211)의 하부와 혈류량 센서(111) 사이에 장착된다. 이와 같은 체온 센서(112)에 의해 감지되는 생체신호는 전기적인 신호로 변환되어 제 2 증폭 및 잡음 제거부(114)로 전달된다.

제 1 및 제 2 증폭 및 잡음 제거부(113, 114)는 감지된 생체신호에 혼합되는 전기적인 잡음 및 사용자의 움직임으로 인해 발생할 할 수 있는 기계적인 잡음을 제거함으로써, 정확한 생리학적인 생체신호 정보를 제어부(117)로 제공할 수 있다.

제어부(117)는 컴퓨터(120)에서 사용하는 표준통신 프로토콜(예를 들어, RS-232C, USB, Bluetooth 등이 있음)에 따라 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 전송할 수 있다.

데이터 인터페이스(118)는 생체신호 검출기(110)와 컴퓨터(120) 간에 송수신되는 데이터를 접속시켜 주기 위한 것으로서, USB 포트나 RS-232C 포트 또는 병렬 포트 등으로 구현될 수 있다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 고안의 생체신호 측정 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

생체신호 검출기(110)가 부착된 헤드폰이나 헤드셋을 외이에 착용 한 상태에서, 사용자가 이 헤드폰이나 헤드셋을 연결하여 컴퓨터(120)를 사용하게 되면, 혈류량 센서(111)와 체온 센서(112)는 각각 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 감지하여 제 1 및 제 2 증폭 및 잡음 제거부(113, 114)로 출력한다.

이어서, 제 1 및 제 2 증폭 및 잡음 제거부(113, 114)는 각각 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 증폭한 후 이 신호에 혼합된 잡음을 제거하여 제 1 및 제 2 A/D 변환부(115, 116)로 출력한다.

그리고, 제어부(117)는 제 1 및 제 2 A/D 변환부(115, 116)로부터 출력되는 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 정해진 전송프로토콜에 따라 컴퓨터(120)로 전송한다.

이와 같이 생체신호 검출기(110)에 의해 검출된 혈류량과 체온 변화가 컴퓨터(120)로 전달되면, 컴퓨터(120)는 미리 설정된 생체신호 측정 프로그램에 따라 이 혈류량과 체온을 분석하여 사용자의 생체 상태를 측정하게 된다.

이렇게, 측정된 사용자의 생체상태 정보는 컴퓨터(120)를 통해 직접 사용자에게 제공됨으로써, 컴퓨터(120)는 현 사용자의 간단한 건강체크를 하여 이를 알려주고 동시에 컴퓨터(120) 조작이나 게임에 의한 인체에 가해지는 부하를 측정하여 작업자에게 경고하여 준다.

예를 들면, 사용자가 컴퓨터(120)로 게임을 하는 동안 수집된 심박동 정보는 사용자의 흥분정도를 반영하기 떼문에 흥분정도가 지나칠 경우 경보를 전달함으로써 게임시간 조절을 할 수 있다. 일반인의 경우 주기적인 심박동 측정을 통하여 심장질환, 스트레스 및 자율신경의 균형 정도를 알 수 있어 간단히 건강을 점검할 수도 있다. 그리고, 체온 역시 병적인 상태 뿐만 아니라 흥분 상태를 잘 반영하고 있기 때문에 건강 상태의 중요한 척도이다.

또한, 컴퓨터(120)는 측정한 사용자의 생체상태 정보를 인터넷망을 통해 원격지의 의료기관 등에 제공함으로써, 사용자가 가정에서도 전화나 이동통신 서비스 또는 인터넷망을 통해서 원격진료나 재택진료를 받을 수도 있다. 즉, 본 고안에 따른 생체신호 측정 장치는 다양한 의료 서비스를 충족할 수 있는 가정용 의료 단말기로도 이용될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 고안은, 컴퓨터(120)에 설정되는 프로그램에 따라 다양하게 활용될 수 있다.

본 고안의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 고안의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 고안의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은, 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋과 이에 연결되는 컴퓨터를 통해 사용자의 생체상태를 측정함으로써, 다음과 같은 효과들을 갖는다.

첫째, 가정에서 개인용 컴퓨터를 이용하여 손쉽게 생체신호를 측정함으로써, 보다 효율적으로 자신의 건강상태를 체크하고 이를 통해 좋은 건강 상태를 유지할 수 있다.

둘째, 컴퓨터 사용중에 자신의 생체상태를 확인할 수 있어 현재 자신의 신체에 이상이 발생할 경우 신속히 대처할 수 있다.

셋째, 컴퓨터 사용중에 측정한 생체상태 정보를 인터넷망을 통해 원격지의 의료기관 등에 제공함으로써, 재택진료 서비스를 받을 수 있다.

Claims (5)

1. 사람의 건강 상태, 정신적 및 육체적 스트레스 그리고 감성 정보와 같은 생체상태를 측정하는 장치에 있어서,

   사용자의 외이에 착용하는 헤드폰이나 헤드셋의 일정 위치에 부착되며, 상기 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 검출하기 위한 생체신호 검출수단; 및

   소정의 생체신호 측정 프로그램에 따라 상기 검출수단에 의해 검출된 사용자의 혈류량과 체온 변화를 이용하여 사용자의 생체상태를 측정하기 위한 생체상태 측정수단

   을 포함하는 생체신호 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체신호 검출수단은,

   상기 외이에 흐르는 혈류량을 감지하기 위한 혈류량 센서;

   상기 외이에서의 체온 변화를 감지하기 위한 체온 센서;

   상기 혈류량 센서로부터 출력되는 혈류량 감지신호를 증폭하고 혈류량 감지신호에 혼합된 잡음을 제거하기 위한 제 1 증폭 및 잡음 제거부;

   상기 체온 센서로부터 출력되는 체온 감지지신호를 증폭하고 체온 감지신호에 혼합된 잡음을 제거하기 위한 제 2 증폭 및 잡음 제거부;

   상기 제 1 증폭 및 잡음 제거부로부터 출력되는 아날로그의 혈류량 감지신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 A/D 변환부;

   상기 제 2 증폭 및 잡음 제거부로부터 출력되는 아날로그의 체온 감지신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 2 A/D 변환부;

   상기 제 1 및 제 2 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 소정의 전송 프로토콜에 따라 상기 생체상태 측정수단으 전송하는 제어부; 및

   상기 제어부로부터 전달되는 디지털의 혈류량 감지신호와 체온 감지신호를 상기 생체상태 측정수단에 접속시키기 위한 데이터 인터페이스

   를 포함하는 생체신호 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체상태 측정수단은,

   상기 헤드폰이나 헤드셋을 통해 음성 및 음향과 같은 정보를 출력하며, 상기 생체신호 검출수단에 의해 검출된 외이에서의 혈류량과 체온 변화를 이용하여 측정한 사용자의 생체상태 정보를 인터넷망을 통해 제공하는 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 외이에 상기 헤드폰이나 헤드셋 착용시, 상기 혈류량 센서는 상기 외이의 귓볼에 접촉되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 외이에 상기 헤드폰이나 헤드셋 착용시 상기 체온 센서가 상기 외이의 귓볼 윗부분의 외이 구멍에 위치되도록, 상기 체온 센서는 상기 혈류량 센서의 상부에 이격되게 장착되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.