KR20060045089A

KR20060045089A - 혈류 변화 측정 센서, 심박수 산출 방법 및 그 휴대용 장치

Info

Publication number: KR20060045089A
Application number: KR1020060032400A
Authority: KR
Inventors: 전홍민
Original assignee: (주)아이블포토닉스
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2006-05-16
Also published as: KR100800075B1

Abstract

본 발명은 혈류 변화 측정 센서, 심박수 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손가락에 간편하게 착용하면서, 외부 광원 및 피측정자의 움직임에 의한 영향을 최소화하는 구조의 혈류 변화 측정 센서, 측정된 혈류 변화 데이터를 해석하여 정확도 및 신뢰도가 높은 심박수를 산출하는 방법, 그리고 휴대폰이나 PDA 등의 이동단말기에 연결하여 사용가능한 휴대용 심박수 측정 장치에 관한 것이다.

그 결과, 본 발명은 평소 자신의 심박수를 쉽게 측정하고 싶어하는 사용자 뿐 아니라, 운동목적에 맞는 효율적이면서 건강상 바람직한 방식으로 운동하고 싶어하는 사용자에게 적정 운동강도를 알려줄 수 있도록 높은 정확도와 신뢰도로 운동중에도 심박수를 측정할 수 있는 수단을 제공한다.

혈류, 심박수, 휴대폰, PDA, 이동단말기, 적외선 LED, 적외선 광센서, 운동강도

Description

혈류 변화 측정 센서, 심박수 산출 방법 및 그 휴대용 장치{SENSOR FOR MEASURING BLOOD FLOW VARIATION AND METHOD FOR MEASURING HEART RATE AND PORTABLE APPARATUS THEREOF}

도1는 종래의 휴대용 심박수 측정기의 일예를 나타내는 도면.

도2a는 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서의 분해 사시도.

도2b는 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서를 펼친 단면도.

도2c는 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서의 착용 시의 위에서 본 단면도.

도3a는 정상적인 혈류 변화를 나타내는 그래프.

도3b는 비정상적인 신호가 포함된 혈류 변화를 나타내는 그래프.

도4는 본 발명에 따른 심박수 산출 방법의 흐름도.

도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심박수 측정 장치의 외관을 나타내는 도면.

도6는 본 발명에 따른 심박수 측정 장치의 주 측정 장치의 내부 구성을 도시하는 블럭도.

본 발명은 혈류 변화 측정 센서, 심박수 측정 방법 및 그 휴대용 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손가락에 간편하게 착용하면서, 외부 광원 및 피측정자의 움직임에 의한 영향을 최소화하는 구조의 혈류 변화 측정 센서, 측정된 혈류 변화 데이터를 해석하여 정확도 및 신뢰도가 높은 심박수를 산출하는 방법, 그리고 휴대폰이나 PDA 등의 이동단말기에 연결하여 사용가능한 휴대용 심박수 측정 장치에 관한 것이다.

혈류 신호는 의학적인 진단을 위한 기본적인 생체 신호 중의 하나이다. 혈류 관련 신호를 측정하기 위한 종래 기술로는 광학적 방식, 압력 방식, 초음파 방식 등이 소개되어 있으나, 대부분 그 목적을 의학적 활용에 두어, 구현이 복잡해지고 의료 이외의 목적으로의 일반인의 접근이 어렵다. 이에 반해, 간단하게 혈류 변화만을 감지하여 측정할 수 있고, 일반인이 쉽게 활용할 수 있는 생체 신호로 심박수가 있다.

심박수는 심장이 뛰는 횟수로, 보통 1분간 심장이 뛰는 횟수인 분당 심박수를 줄여서 심박수라고 지칭한다. 심박수는 의료 진단 지표로 사용될 뿐 아니라 운동 보조 지표로 유용하다. 즉, 일반인이 체력증대 또는 체중감량 등의 목적으로 운동할 때 개인의 체력수준을 고려한 운동강도에 맞게 운동하는 것이 가장 효율적이 면서 건강상 바람직하며, 이때 운동강도를 산출하는 지표로 사용되는 것이 심박수이다.

심박수는 측정자가 피측정자의 손목이나 목 부근의 경동맥에 손가락을 대고 일정 시간, 예를 들어 10초간 측정하여 이를 분당 횟수로 환산하여 측정가능하다. 하지만 이러한 측정 방식은 측정할 위치를 찾고, 손가락을 대는 동시에 시계를 봐야 하며, 분당 횟수로 환산해야하므로 불편함이 따르고, 특히 피측정자가 운동 중이라면 측정에 어려움이 따른다.

운동 보조 목적으로 심박수를 측정하는 종래기술의 장치는 존재한다. 대표적으로 런닝 머신 등의 헬스 기구에 심박수 측정기가 부착되어 있다. 측정 센서는 주로 광학식 센서가 사용되며 압력식 센서도 일부 사용된다. 그런데 이와 같은 장치는 휴대할 수 없는 문제점이 있다.

의료 진단 목적으로 사용되는 휴대용 심박수 측정기도 소개되어 있다. 도1은 기존의 휴대용 심박수 측정기를 나타내는 도면이다. 피측정자가 손가락을 집게 형태의 측정기에 끼우면 광학식 센서에 의해 측정된 심박수 및 산소 포화도 등의 생체 신호 정보가 디스플레이 화면에 표시된다. 광학식 센서의 측정방식은 하기할 발명의 구성에서 상세히 설명된다.

그러나, 상기한 기존의 휴대용 심박수 측정기는 의료 진단 목적으로 고안되어, 피측정자가 움직임을 최소화한 상태에서 측정할 것을 요구하며, 피측정자의 움직임에 의한 영향, 외부 광원 변화에 의한 영향 등 측정의 정확도를 떨어뜨리는 요인을 최소화하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 운동 중 심박수를 측정할 때, 정확한 측정이 어려워지는 문제점이 있다.

또한, 상기한 기존의 휴대용 심박수 측정기는 전원 공급을 위해 휴대용 또는 충전식 배터리(110)를 필요로 하고, 사용자 입력 장치(120) 및 디스플레이 장치(130)를 필요로 하므로 제조비용이 높아지고 부피가 커지게 되는 문제점이 있다. 또한, 사용자 입장에서 소프트웨어 업그레이드가 불가능하거나 쉽지 않고, 개인화된 데이터 저장,관리 기능이 없는 단순한 심박수 측정 기능에 머무는 문제점이 있다.

운동 보조 목적으로 사용되는 휴대용 심박수 측정기도 소개되어 있다. 대표적으로 폴라 사가 판매하는 심박수 측정기는 가슴에 착용하는 트랜스미터에 내장된 +,- 전극이 심장박동 반응을 감지하여, 전기적 신호(Electrocadiogram-ECG)를 시계형 리시버에 무선전송하는 원리로 작동된다. 이와 같은 심박수 측정기는 운동중에도 정확도가 높으나, 가슴에 밸트형의 트랜스미터를 착용해야 하는 불편함이 따르고, 제조 비용이 높아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 감안하여 창출된 것으로, 손가락에 간편하게 착용가능하고, 외부 광원 및 피측정자의 움직임에 의한 영향을 최소화하는 구조의 혈류 변화 측정 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 측정된 혈류 변화 데이터를 해석하여, 정확도 및 신뢰도가 높은 심박수를 산출하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 휴대폰이나 PDA 등의 보편화된 이동단말기를 이용한 휴대용 심박수 측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 혈류 변화 측정 센서를 설명한다.

도2a는 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서의 분해 사시도로서, 신축성 재질(220) 및 찍찍이의 붙이는 면(230)과 붙는 면(240)을 포함한 밴드형 외부덮개(210), 발광부(250), 발광부 측 탄성재(260), 수광부(270), 수광부 측 탄성재(280)로 구성된다.

도2b는 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서를 펼친 단면도이고, 도2c는 센 서를 손가락에 착용했을 때 위에서 본 단면도로서, 외부덮개(211, 212), 신축성 재질(221,222), 찍찍이의 붙이는 면(231)과 붙는 면(241,242), 발광부(251, 252), 발광부 측 탄성재(261, 262), 수광부(271, 272), 수광부 측 탄성재(281, 282)를 포함한다.

상기한 외부덮개(210)는 상기 발광부 측 탄성재(260)와 상기 수광부 측 탄성재(280) 사이와 수광부 측 탄성재와 상기 찍찍이의 붙이는 면(230) 사이에 작은 힘으로도 쉽게 늘어날 수 있는 신축성 재질(220)을 포함하여, 손가락 굵기가 다른 사용자들이라도 손가락에 밀착되게 감쌀 수 있으며, 신축성 재질(220)은 가운데가 뚫려있는 상, 하 두 개의 띠 형태로, 착용 시 손가락에 땀 등이 차는 것을 방지한다.

상기한 발광부(250)는 적외선 LED로 구성되며, 하기할 심박수 측정 장치에서 보내지는 전류의 양에 비례하여 적외선을 방사함을 특징으로 한다.

상기한 발광부 측 탄성재(260)는 가운데에 직육면체의 홈이 손가락에 닫는 쪽으로 열린 형태로 파여져 있어, 이 부분에 발광부(250)가 주변 틈새없이 위치하게 되어 발광부를 고정하는 지지대 역할을 하고, 고무 또는 실리콘의 탄성 소재를 사용하고, 손가락에 닫는 면이 곡면 형태로 되어있어, 손가락과 외부덮개 사이에서 감싸졌을 때, 손가락에 밀착되어 빛이 유출되거나, 외부 빛이 유입되는 것을 막고, 손가락 표면과 탄성재 표면 사이의 높은 마찰력에 의해 피측정자가 운동중에 손가 락을 움직여도 탄성재 및 발광부가 손가락에 밀착되어 있도록 하고, 착용감을 높이는 역할을 한다.

상기한 수광부(270)는 적외선 광센서로 구성되며, 발광부에서 방사되어 손가락을 관통한 빛(적외선)이 흡수된 양에 비례하여 그 저항치가 변하며, 하기할 심박수 측정 장치가 이를 전압의 변화로 바꾸어 혈류 변화 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 수광부 측 탄성재(280)는 가운데 직육면체의 홈에 발광부 대신 수광부가 위치하는 것 외에는, 상기한 발광부 측 탄성재(260)와 동일한 구조를 갖고, 동일한 역할을 한다.

상기한 혈류 변화 측정 센서의 동작 원리를 설명하면, 적외선은 혈액에는 잘 흡수되고, 생체의 타 조직에는 약하게 흡수되는 성질이 있어서, 발광부에서 방사되어 조직 및 혈액을 투과하여 수광부에 흡수되는 빛(적외선)은 혈액의 흐름의 변화 즉, 혈류 변화를 반영하게 된다. 이때 발광부에서 방사되어 수광부로 유입되는 빛이 외부로 유출되거나, 외부 빛이 유입되면 측정이 부정확하게 되고, 따라서 측정의 신뢰도가 떨어지게 된다.

상기한 본 발명에 따른 혈류 변화 측정 센서는, 발광부의 빛이 외부로 유출 되는 것을 최소화하고, 또한 외부의 빛에 간섭되는 것을 최소화하여, 수광부가 매우 정확하게 투과량을 반영할 수 있고, 따라서 측정의 정확도 및 신뢰도가 크게 향상되는 것이다. 또한, 간단한 구조로 제작이 용이하고, 사용자 입장에서 간편하게 착용하면서 착용감이 좋은 구조를 가지고 있다.

이하, 본 발명에 의한 정확도 및 신뢰도가 높은 심박수를 산출하는 방법을 설명한다.

즉, 외부 빛에 의한 영향이나, 피측정자의 움직임에 의한 영향이 없는 경우, 혈류 변화 측정 센서에 의해 측정된 혈류 변화는 도3a와 같이 규칙적인 형태로 나타난다. 반면, 외부 빛에 의한 영향이나, 피측정자의 움직임에 의한 영향이 있는 경우, 도3b와 같이 혈류 상태 변화에 따른 정상적인 신호가 아닌 비 혈류 신호 즉, 제거되어야 할 신호 성분이 나타날 수 있다. 또는, 피측정자의 움직임에 의한 센서의 흔들림에 의해 빛이 외부로 유출되어, 혈류 상태가 부분적으로 약하게 측정될 수 있다. 이와 같이, 비정상적인 신호 성분을 제거하고, 부분적으로 약해진 신호를 보정하여 심박수 산출의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있고, 이하 그 과정을 상세히 설명한다.

도4은 본 발명에 의한 심박수 산출 방법을 설명하는 흐름도이다. 먼저, 일정 시간, 예를 들어 5초간 혈류 데이터를 수집한다(401). 수집하는 시간이 너무 짧으 면, 심박수 산출의 정확도가 떨어지고, 너무 길면 사용자 입장에서 불편함을 느끼게 된다. 데이터 수집이 완료되면, 데이터의 크기 순으로 상위 80% 되는 값으로 문턱값(threshold)을 초기 설정한다(402). 문턱값의 초기 설정값은 구현 시 장치의 정밀도를 반영하여 조정할 수 있고, 이때 장치의 정밀도는 A/D 변환기의 해상도(resolution)나 초당 샘플링수 등에 의해 달라질 수 있다.

다음으로, 문턱값을 상향 돌파하는 점(rising-edge)과 하향 돌파하는 점(falling-edge) 사이에서 최대값을 갖는 점들을 피크점으로 인식하고 저장한다(403). 또는, 상향돌파점과 하향돌파점의 중간점을 피크점으로 저장하여도 오차가 크지 않으므로 무방하다. 피크점들 간의 시간 간격을 조사하여, 시간 간격 중 최소 시간 간격이 그 시간 간격을 제외한 나머지 시간 간격들의 평균보다 50% 이하인 것이 있는지 검사한다(404). 해당되는 시간 간격이 있다면, 그 시간 간격의 양쪽 끝의 피크 중 하나는 제거되어야 할 피크의 대상이 된다. 즉, 해당 시간 간격의 바로 전 시간 간격과 바로 다음 시간 간격의 크기를 비교하여, 작은 쪽의 시간 간격과 해당 간격 사이의 피크가 제거되어야 할 대상의 피크가 된다(405).

405 단계에서 제거되어야 할 대상의 피크가 있다면, 해당 피크가 정상적인 혈류 신호가 아니라는 것을 재확인하는 검사를 한다. 즉, 외부 빛의 일시적인 영향에 의해 나타난 비정상적인 피크는 도3b에서 보여지는 바와 같이, 시간 간격이 짧게 나타나므로, 그 시간 간격을 검사하는 것으로, 해당 피크가 문턱값에서의 시간 간격 즉, 해당 피크의 상향돌파점과 하향돌파점 사이의 시간 간격의 크기와 나머지 피크들의 상향돌파점과 하향돌파점 사이의 시간 간격의 평균 크기를 비교하여, 해당 피크의 문턱값에서의 시간 간격이 나머지 피크들의 문턱값에서의 시간 간격의 평균에 비해 50% 이하로 작은지 판단하고(406), 작다면 해당 피크를 비정상적인 신호로 인식하고 피크 저장에서 제거한다(407). 이와 같이 비정상적인 피크를 제거한 상태에서, 또 다른 비정상 신호가 있는지 판단하기 위해, 403의 단계로 회귀하여, 검사 과정을 반복한다.

406 단계에서 50% 보다 크다면, 수집된 혈류 데이터로는 정확도 및 신뢰도 높은 심박수를 산출하기 어렵다고 판단하여, 401 단계로 회귀하여 데이터를 재수집한다. 406 단계에서 제거 여부를 판단할 시간 간격의 비교 기준은 구현 정밀도에 따라 조정될 수 있다.

404 단계에서 제거되어야 할 피크가 없다고 판단되면, 빛의 외부 유출이나 센서의 흔들림 등에 의해 부분적으로 신호가 약해져서 문턱값을 넘지 못한 피크가 있는지 검사하기 위해, 피크점들 간의 시간 간격 중 최대 시간 간격이 나머지 시간 간격들의 평균보다 200% 이상인 것이 있는지 검사한다(408). 해당되는 시간 간격이 있다면, 문턱값을 낮추고(410), 403 단계로 회귀하여 피크를 재저장한다. 410 단계를 처리하기 전에, 현재의 문턱값이 데이터의 크기 순으로 50% 이하로 낮아져 있으면 즉, 문턱값이 오류를 반영할 확률이 높을 만큼 낮아져 있으면, 수집된 혈류 데 이터로는 정확도 및 신뢰도 높은 심박수를 산출하기 어렵다고 판단하여, 401 단계로 회귀하여 데이터를 재수집한다(409). 이때 최저 문턱값은, 구현 정밀도에 따라 조정될 수 있다.

408 단계에서 200% 이상인 간격이 없으면, 높은 정확도와 신뢰도로 심박수를 산출할 수 있는 경우로, 60초를 피크 사이의 평균 시간 간격(초)으로 나눔으로써 분당 심박수를 산출할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심박수 측정 장치를 설명한다.

도5은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심박수 측정 장치의 외관을 도시한 것으로, 상기 설명한 혈류 변화 측정 센서(510), 주 측정 장치(520), 이동단말기(530)로 구성되고, 도6은 주 측정 장치(520)의 내부 구성을 도시하는 블럭도이다.

상기한 혈류 변화 측정 센서(510, 610)는 상기 설명한 바와 같이 손가락에 밴드형으로 착용되어, 혈류 변화 측정 센서와 연결된 주 측정 장치에서 보내지는 전류의 양에 비례하여 발광부(611)에서 방사된 빛이 손가락을 관통하여 수광부(612)에서 흡수되는 빛의 양에 비례하여 그 저항치가 변화함을 특징으로 한다.

상기한 주 측정 장치(520, 620)는 혈류 변화 측정 센서(510, 610)에 인가 전류를 송출하는 전류송출부(621), 혈류 변화 측정 센서의 저항치 변화 출력을 입력받아 이를 전압 변화로 바꾸는 저항-전압 변환부(622), 전압 신호에서 노이즈 성분을 제거하기 위한 저역 필터부(623), 필터링된 신호를 증폭하는 증폭부(624), 증폭된 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D 변환부(625), 장치의 중앙 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서(626), 이동단말기(630)와 통신하기 위한 통신부(628)로 구성된다. 그 외에 마이크로프로세서에서 처리된 데이터의 저장 등의 용도로 RAM 등의 메모리를 구비할 수 있다.

상기한 전류송출부(621)는 혈류 변화 측정 센서(610)에 인가 전류 송출의 기능을 한다. 인가 전류는 고정된 양일 수 있고, 또는 마이크로프로세서(626)의 제어신호(627)에 의해 변하는 양일 수 있다. 인가 전류량의 변화는 혈류 변화 신호의 세기가 피측정자마다 다르기 때문에, 너무 약하거나 너무 강한 신호가 출력될 경우, 데이터 처리의 어려움을 피하기 위하여, 보다 강하거나 약한 인가 전류로 보정하기 위함으로, 인가 전류 제어를 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 방식이 사용될 수 있고, 제어신호(627)의 발생은 마이크로프로세서(626) 자체로 판단하거나, 이동단말기(630)의 사용자 입력부(631)나 심박수 산출부(632)에서 판단하여 발생한 제어신호(635)를 통신부(628)를 통해 마이크로프로세서(626)에 전달하여 발생시킬 수 있다.

상기한 마이크로프로세서(626)는 A/D 변환부(625)를 거쳐 디지털화된 혈류 변화 데이터를 상기한 본 발명에 의한 심박수 산출 방법에 따라 심박수를 산출하여, 그 결과를 통신부(628)를 통해 이동단말기(630)의 심박수 산출부(632)에 전송하거나, 또는 혈류 변화의 디지털 데이터를 가공하지 않고 그대로 통신부(628)를 통해 이동단말기(630)의 심박수 산출부(632)에 전송한다. 전자의 경우, 심박수 산출부(632)는 심박수 결과를 그대로 출력부(633)에 전달하여 화면에 표시하게 하고, 후자의 경우, 심박수 산출부(632)에서 심박수 산출 과정을 처리하여 출력부(633)에서 화면에 표시한다.

상기한 통신부(628)는 시리얼 통신이나 USB 등의 유선 통신 방식이 사용될 수 있으며, 블루투스, 적외선 통신 등의 무선 통신 방식도 사용될 수 있다. 무선 통신 방식이 사용될 경우, 사용자는 이동단말기(630)를 주 측정 장치(620) 및 혈류 변화 측정 센서(610)와 분리하여, 무선 통신 가능한 범위 내에 두면 되므로, 운동 중에 심박수를 측정하려는 사용자의 편의를 높여줄 수 있다.

상기한 주 측정 장치(620)는 동작 전원을 일회용 또는 충전용의 배터리가 아닌, 이동단말기(630)의 전원공급부(634)로부터 공급받는 것을 특징으로 한다. TTA.KO-06.0028/R2 표준에 의해, 이동단말기는 외부 장치로 전원을 공급하기 위한 표준 방식을 채택하고 있다. 주 측정 장치(620)는 정전압을 사용하기 위해, 전압 레귤레이터를 포함할 수 있고, 특히 저전압 강하용으로 사용되는 LDO(Low Drop Out) 레귤레이터가 사용될 수 있다. 자체 전원이 아닌 외부 전원을 사용함으로써, 주 측정 장치는 배터리의 부피 및 무게를 줄일 수 있어, 특히 운동 중인 사용자의 입장에서 휴대가 용이해지는 장점이 있다. 다만, 통신부(628)를 무선 통신 방식으로 구성할 경우, 주 측정 장치(620)는 이동단말기(630)에서 전원을 공급받을 수 없어, 배터리가 사용되어 져야 한다.

이제까지 상술한 휴대형 심박수 측정 장치를 이용하여 심박수를 측정하는 과정은 다음과 같이 진행될 수 있다.

혈류 변화 측정 센서(510, 610), 주 측정 장치(510, 610), 이동단말기(530, 630)가 연결된 상태에서, 사용자가 이동단말기(530)의 전원 버튼을 누르고, 이동단말기에 설치되어 있는 심박수 측정 소프트웨어를 실행한다. 심박수 측정 소프트웨어는 상기한 본 발명에 의한 심박수 산출 방법의 소프트웨어 구현을 포함하여, 사용자 인터페이스 기능을 추가 구현한 소프트웨어로 사전에 이동단말기에 설치되어 져야 한다. 심박수 측정 소프트웨어가 실행되면, 심박수 산출부(632) 자체 판단에 의한, 또는 사용자 입력부(631)를 통한 사용자의 요구에 의해, 주 측정 장치(620)에 심박수를 측정할 것을 지시하는 제어신호(635)가 송신된다. 제어신호(635)를 받은 마이크로프로세서(626)는 혈류 변화 측정 센서(610)에서 측정되어, 저항-전압 변환부(622), 저역필터부(623), 증폭부(624), A/D 변환부(625)를 거친 혈류 변화의 디지털 데이터(629)를 이동단말기(630)의 심박수 산출부(632)에 지속적으로 또는 필요 시 송신한다. 심박수 산출부(632)는 수신된 데이터를 본 발명에 의한 심박수 산출 방법에 따라 처리하여 심박수를 산출하고, 그 결과를 출력부(633)의 디스플레이 창에 표시한다.

상기한 심박수 측정 과정에서, 심박수 산출 방법은 이동단말기(630)의 심박수 산출부(632)에서 구현되거나, 주 측정 장치(620)의 마이크로프로세서(626)에 의해 구현되거나, 또는 분산되어 구현되어 질 수 있다. 마이크로프로세서(626)에 의해 구현될 경우, 심박수 산출부(632)는 산출된 심박수 결과를 그대로 출력부(633)에 전달하고, 분산되어 구현될 경우, 미 구현된 처리 과정을 마저 구현하여 결과를 출력부(633)에 전달할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 혈류 변화 측정 센서는 손가락에 간편하게 착용할 수 있고, 착용감이 높으며, 손가락에 밀착되어, 운동 시 피측정자의 움직임에 의한 센서의 흔들림을 최소화하며, 빛이 외부로 유출되거나, 외부 빛에 간섭되는 것을 최소화하여, 측정의 정확도 및 신뢰도가 높다.

또한, 본 발명에 의한 심박수 산출 방법은, 측정된 혈류 상태 변화 신호에서 외부 빛의 유입에 의한 비정상적인 신호를 제거하고, 피측정자의 움직임에 의한, 빛의 유출이나 센서의 흔들림에 의한 신호 세기의 부분적인 변동을 보상하여, 정확도 및 신뢰도 높은 심박수를 산출한다.

또한, 본 발명에 의한 휴대용 심박수 측정 장치는, 높은 정확도와 신뢰도로 심박수를 측정할 수 있는 장치로, 이동단말기에서 전원을 공급받고, 입력 및 출력 수단으로 각각 이동단말기의 입력버튼, 디스플레이 창을 사용하므로, 측정장치 자체는 소형화되어 휴대가 간편하며, 제조비용이 저렴하다.

결과적으로, 본 발명에 의한 혈류 변화 측정 센서, 심박수 측정 방법 및 휴대용 심박수 측정 장치에 의하면 일반인이 휴대하면서 간편하게 심박수를 측정할 수 있고, 특히 운동 중에 심박수를 측정하는데 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

손가락에 착용하여 혈류 변화를 측정할 수 있도록 하는 센서에 관한 것으로,

적외선 LED로 구성되어, 인가되는 전류에 비례하는 양의 적외선을 방사하는 발광부;

상기 발광부가 직육면체 형태의 홈에 삽입되어 고정되는 발광부 측 탄성재;

적외선 광센서로 구성되어, 흡수되는 빛의 양에 비례하여 그 저항치가 변하는 수광부;

상기 수광부가 직육면체 형태의 홈에 삽입되어 고정되는 수광부 측 탄성재; 및

상기 발광부 측 탄성재 및 상기 수광부 측 탄성재가 한 쪽 면에 일정 간격을 두고 부착되고, 양쪽 끝의 서로 다른 면에 찍찍이의 붙이는 면과 붙는 면이 부착되어 있어 손가락을 밴드 형태로 감쌀 수 있는 외부 덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈류 변화 측정 센서.
제1항에 있어서,

상기 발광부 측 탄성재 및 상기 수광부 측 탄성재는 빛의 투과율이 매우 낮으면서, 표면의 마찰력이 높고, 약한 외부 힘에 쉽게 변형되는 고무 등의 탄성 재질을 사용하여, 상기 외부덮개에 의해 손가락에 감싸졌을 때, 손가락에 밀착되어 손가락의 가벼운 움직임에 의해서는 접촉면에서 밀려남이나 떨어짐이 없으며, 상기 발광부에서 방사한 빛의 유출이나 외부 빛의 유입을 최소화하는 것을 특징으로 하는 혈류 변화 측정 센서.
제1항에 있어서,

상기 외부덮개는 상기 발광부 측 탄성재와 상기 수광부 측 탄성재 사이와 수광부 측 탄성재와 찍찍이의 붙이는 면 사이가 신축성 재질로 되어 있어, 손가락 굵기가 다르더라도 손가락에 밀착되게 감쌀 수 있으며, 신축성 재질을 가운데가 뚫려 있는 상, 하 두개의 띠 형태로 형성하여, 손가락에 감쌀 때 손가락에 땀 등이 차지 않게 하는 것을 특징으로 하는 혈류 변화 측정 센서.
혈류 변화로부터 심박수를 산출하는 방법에 있어서,

(a) 일정 시간 혈류 데이터를 수집하는 단계;

(b) 데이터 수집이 완료되면, 데이터의 크기 순으로 상위 60% ~ 90% 사이의 값으로 문턱값(threshold)을 초기 설정하는 단계;

(c) 문턱값을 상향 돌파하는 점(rising-edge)과 하향 돌파하는 점(falling-edge) 사이에서 최대값을 갖는 점들을 피크점으로 인식하고 저장하는 단계;

(d) 피크들점들 간의 시간 간격을 조사하여, 최소 시간 간격이 그 시간 간격 을 제외한 나머지 시간 간격들의 평균보다 50% 이하인 것이 있는지 검사하는 단계;

(e) 피크점들 간의 시간 간격을 조사하여, 최대 시간 간격이 그 시간 간격을 제외한 나머지 시간 간격들의 평균보다 200% 이상인 것이 있는지 검사하는 단계; 및

(f) 60초를 피크들 간의 평균 시간 간격(초)으로 나누는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 심박수 산출 방법
제4항에 있어서,

상기 (d)단계에서 최소 시간 간격이 나머지 시간 간격의 평균보다 50% 이하인 것이 있으면,

상기 최소 시간 간격의 바로 전 시간 간격과 바로 다음 시간 간격 중 크기가 작은 쪽의 시간 간격과 최소 시간 간격 사이의 피크를 제거 여부를 검사할 피크로 선택하는 단계;

상기 피크의 문턱값에서의 시간 간격이 나머지 피크들의 시간 간격의 평균 에 비해 50% 이하로 작은지 판단하는 단계;

작다면 해당 피크를 비정상적인 신호로 인식하고 피크 저장에서 제거하는 단계; 및

크다면 심박수 산출 실패로 판단하고, 상기 (a) 단계로 회귀하는 단계;를 더 포함하여 정확도, 신뢰도를 높이는 심박수 산출 방법.
제4항에 있어서,

상기 (e)단계에서 최대 시간 간격이 나머지 시간 간격의 평균보다 200% 이상인 것이 있으면,

문턱값이 데이터의 크기 순으로 상위 50% 이하의 크기인지 검사하는 단계;

50% 이하이면, 심박수 산술 실패로 판단하고, 상기 (a)단계로 회귀하는 단계; 및

50% 이상이면, 문턱값을 5% ~ 15% 줄이고, 상기 (c)단계로 회귀하는 단계;를 더 포함하여 정확도, 신뢰도를 높이는 심박수 산출 방법.
휴대가능한 심박수 측정 장치에 관한 것으로,

신체 일부분에 집적 접촉하여 혈류 변화를 측정하는 발광부와 수광부를 구비한 혈류 변화 측정 센서;

상기 센서에 의해 측정된 저항치를 전압 신호로 바꾸기 위한 저항-전압 변환부;

전압 신호에서 노이즈 성분을 제거하기 위한 저역필터부;

필터링된 신호를 증폭하는 증폭부;

증폭된 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D 변환부;

장치의 중앙 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서;

마이크로프로세서와 이동단말기의 통신기능을 담당하는 통신부;

사용자의 측정개시,재측정,종료 등의 입력을 처리하는 사용자 입력부;

혈류 변화 데이터를 해석하여 심박수를 산출하는 심박수 산출부;

심박수 측정 결과를 표시하기 위한 출력부; 및

동작 전원을 공급하기 위한 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박수 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 사용자 입력부로 이동단말기의 입력버튼을 사용하고, 상기 출력부로 이동단말기의 디스플레이 창을 사용하고, 상기 심박수 산출부로 이동단말기의 CPU 및 메모리를 사용하고, 상기 전원공급부로 이동단말기의 외부장치로 전원을 공급하는 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 심박수 측정 장치.