KR20150068333A

KR20150068333A - 심박수 검출을 위한 바이오 임피던스 센서 어레이 및 그것의 동작 방법

Info

Publication number: KR20150068333A
Application number: KR1020140178645A
Authority: KR
Inventors: 이슬기; 린재이 브라운; 에바 씨. 웬팅크
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-06-19
Also published as: TW201529041A; CN104706343A

Abstract

본 발명의 실시 예들은 심박 측정(heart rate detection)과 같은 유체 흐름(fluid flow) 측정의 어플리케이션(application)을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자가 착용하였을 때 바이오 임피던스 센서 어레이가 혈관에 걸쳐있도록(straddle) 하거나 혈관을 다룰 수(address) 있도록, 베이스(base)에 배치된 적어도 4개의 바이오 임피던스 센서들(bioimpedance sensors)을 포함하는 상기 바이오 임피던스 센서 어레이에서 최적의 서브-어레이(optimal sub-array)를 결정하는 단계, 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임프던스 센서들의 적어도 제 1 부분을 통하여 사용자에게 전기 신호를 통과시키는 단계, 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 2 부분을 이용하여, 상기 전기 신호로부터 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들을 측정하는 단계, 그리고 상기 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들로부터 유체 바이오 임피던스 기여(fluid bioimpedance contribution)를 분석하는 단계를 포함한다.

Description

심박수 검출을 위한 바이오 임피던스 센서 어레이 및 그것의 동작 방법{BIOIMPEDANCE SENSOR ARRAY FOR HEART RATE DETECTION AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 웨어러블 장치에 포함되는 심박수 검출을 위한 바이오 임피던스 센서 어레이 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.

심박수(Heart rate)는, 신체의 국소 지역에 흐르는 혈액의 펄스에 의해 야기되는 임피던스 변화를 검출함으로써 측정될 수 있다. 일반적으로, 심박수의 국소 측정은, 예를들면, 가슴에서 실행되지만, 손목과 같은 동맥을 포함한 신체의 다른 부분들 역시 심박수 측정을 위해 이용될 수 있다.

흐르는 혈액의 전기적 특성들의 측정을 통한 심박수 검출은, 혈액, 동맥, 및 주변 조직을 통해 통과되는 전류에 의해 야기되는 퍼텐셜을 측정함으로써 성취될 수 있다. 전류 측정에 있어서, 측정된 퍼텐셜은 흐르는 전류 및 전류가 흐르는 면적의 임피던스(Impenence)에 비례할 것이다. 전극들은 이러한 측정을 실행하는데 이용된다. 일반적으로 전극들은, 전극 쌍 사이에 전류가 흐르고 이때 전극쌍 사이의 전압이 측정되도록 2-와이어 배열(two-wire arrangement) 방식에 따라 배열된다. 2-와이어 배열의 문제는 퍼텐셜 측정(예를 들어, 옴 저항 법칙에 따라 V = I × R, 여기서 R은 샘플 저항 + 콘택들의 저항)에 따라 발생하는 콘택(혹은, 리드) 저항이다. 이러한 콘택 저항은 전체 측정 저항의 상당한 부분을 차지할 수 있다. 따라서, 특히, 이러한 콘택 저항은 상대적으로 낮은 저항 샘플들에서 측정 결과의 신뢰성을 저하시킨다.

한편, 4-와이어 배열은, 두 개의 전류 전극들 사이에 전류를 흐르게 하고, 두 개의 전압 전극들 사이에 퍼텐셜을 측정함으로써 콘택 저항을 극복하는데 이용될 수 있다. 전극들은 모두 인-라인(in-line) 구조로 배열된다(전류 전극들은 전압 전극들 바깥에 위치한다). 4-와이어 전극 구조에서, 전류 전극들 사이의 전압 차이는 전압 측정을 위한 전극들간의 전압 차로부터 분리될 수 있으므로, 전압 측정과 관련 없는 요소들을 최소화시킬 수 있다.

인-라인 배열에 관하여 추가적으로, 전류 및 전압 전극들은 스퀘어(square, 정사각형) 레이아웃으로 구현될 수 있다. 얇은 필름 임피던스 측정에 대하여, 4개의 전극들 각각은 정사각 또는 직사각형의 형태의 배치에서 코너에 위치할 수 있다. 이러한 배열은 고유 저항(혹은, 실질적으로 2차원을 형상을 갖는 면저항 또는 시트 저항)을 측정하는 Van der Pauw 방법으로 사용될 수 있다. 실시예에 있어서, 2 개의 전류 전극들 및 2 개의 전압 전극들은 스퀘어 아웃라인의 코너들에 위치할 수 있고, 전류는 아웃라인된 스퀘어의 단일 엣지를 따라 흐를 수 있다. 그러면, 전압은 전류의 그것과 반대의 엣지를 따라 측정될 수 있다. 그리고 전류 엣지와 전압 엣지 사이의 저항은 옴의 법칙에 의해 계산된다.

예를 들어, 사용자의 팔뚝의 앞쪽에 인-라인 4-와이어 바이오 임피던스 측정을 위해, 심박수는 4개의 전극들, 즉 두 개의 전류 전극들에 측면에 2개의 전압 전극들을 요골 동맥을 따라 라인으로 배치함으로써 생체 전위 임피던스를 이용하여 검출될 수 있다.

하지만, 팔뚝을 따라 전극 배치를 갖는 일반적인 장치들에서, 전극들 각각은 대략 0.7 ㎠ 또는 더 큰 면적을 가진다. 이는 전극들의 인-라인 배열을 위하여 팔뚝에 대략 8 cm 공간을 차지하도록 한다. 전극 배열에 요구되는 공간이 너무 크기 때문에, 이러한 공간 요구들은 심박수 측정을 탑재한 장치들의 종류 및 모양을 제약한다. 만일, 손목 호스트 장치에 심박수 검출기를 실장 하기 위해서는, 더 작고 아담한 전극 배열이 요구된다.

따라서, 심박수 검출과 같은 유체 흐름 검출 애플리케이션에서 사용 가능한 바이오 임피던스 측정 장치, 바이오 임피던스 측정 방법, 적절한 측정 감도를 유지면서 컴팩트한 전극 구조를 이용하는 임피던스 측정 장치들을 갖는 호스트 장치들이 요구된다.

여기에 개시된 방법 및 시스템에 따르면, 본 발명의 실시예들은 착용자의 혈관 위에 정밀한 전극 배치 없이도 웨어러블 장치에서 사용될 수 있는 임피던스 측정 장치를 제공할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따른 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법은, 착용한 사용자의 혈관을 스트래들(straddle)하거나 어드레스(address)하기 위하여, 베이스(base)에 배치된 적어도 4개의 바이오 임피던스(bioimpedance) 센서들을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이에서 최적의 서브-어레이를 결정하는 단계; 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서 어레이들의 적어도 제 1 부분을 통하여 전기 신호를 통과시키는 단계; 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 2 부분을 이용하여 상기 전기 신호로부터 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들을 측정하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들로부터 유체 바이오 임피던스(fluid bioimpedance) 기여를 분석하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예들은 심박수 검출과 같은 유체 흐름 검출 애플리케이션들에 사용될 수 있는 바이오 임피던스 측정 장치를 제공하고, 그러한 바이오 임피던스 측정 장치들을 사용하는 바이오 임피던스 방법들 및 호스트 장치들이 기술된다. 바이오 임피던스 센서 어레이는 네 개 이상인 X-Y(X-by-Y) 어레이와, 전극들로 한정되지 않는 것을 포함한 더 선호되는 적어도 여섯 개 또는 여덟 개의 이산 바이오 임피던스 센서들로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 바이오 임피던스 센서 어레이 내 전극들의 적어도 하나의 쌍은 감지 전류를 통과할 수 있도록 전류 전극들로 결정되고, 전극들의 적어도 하나의 다른 쌍들은 퍼텐셜 차이 또는 전압을 측정하도록 전압 전극들로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 전류 전극들과 전압 전극들의 선택 또는 결정은 고정된다. 다른 실시예에서, 전류 전극들과 전압 전극들의 쌍의 선택 또는 결정은 동적일 수 있고, 그러한 바이오 임피던스 센서 어레이는 적합한 신호 품질을 제공하는 전압 및 전류 전극들의 선택을 결정하기 위해 스캔될 수 있다.

바이오 임피던스 측정 장치는 바이오 임피던스 측정 장치들을 이용한 전자 장치들이 사용될 수 있다. 그러한 전자 장치들은 시계(watch)들, 셀룰러 폰(cellular phone)들, 스마트 폰(smart phone)들, 태블릿(tablet)들, 및 랩톱(laptop)들과 같은 웨어러블 장치들, 다른 포터블 및 비포터블 컴퓨팅 장치들을 포함할 수 있으나 그것들로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예들은 착용자의 혈관 위에 정밀한 배치 없이도 웨어러블 장치에서 사용될 수 있는 임피던스 측정 장치를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼의 실시예를 보여주는 다이어그램이다.
도 2는 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼 및 베이스 모듈을 갖는 구성들을 보여주는 다이어그램이다.
도 3은 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼과 같은 웨어러블 장치에서 사용하기 위한 센서 어레이 시스템을 예시적으로 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 4는 바이오 센서 어레이를 제공하는 방법 및 심박 검출을 포함하는 애플리케이션들을 위하여 유체 흐름과 같은 생리학적인 파라미터들을 모니터 및 분석하는 바이오 임피던스 센서 어레이를 이용하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 실시예에 따른 바이오 임피던스 센서 어레이를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6d는 2 × 2 서브 어레이에 따른 전류 센서들 및 전압 센서들의 가능한 구조를 보여주는 다이어그램이다.
도 6e는 2 x 3 바이오 임피던스 센서에 사용될 수 잇는 전류 센서들 및 전압 센서들의 대각선 서브-어레이 구조를 보여주는 도면이다.

첨부된 도면들에 도시된 예들 및 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 유사한 참조번호들은 유사한 구성 요소들을 칭한다. 이하에서, 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위하여 도면들을 참조하여 실시예들이 설명된다.

본 발명의 이점들 및 특징들 및 이를 달성하기 위한 방법들은 이하의 실시예들의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 쉽게 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 다양한 다른 형태들로 구현될 수 있고, 본문에 개시된 실시예들에 한정되어 구성되지 않을 수 있다. 이러한 실시예들은 본문이 완벽하게 되고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사실이 전달되도록 실시예들이 제공될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의될 것이다.

본문(특히 이하의 특허청구범위)에서의 단수 용어 및 유사한 용어들의 사용은 본문에서 다르게 지칭되거나 또는 명확하게 반박되지 않는 한 단수 및 복수를 모두를 포함하도록 이해된다. 다르게 언급되지 않는 한, "포함하다"(comprising, having, including, 및 containing)의 용어들은 개방형 의미로서 이해된다.

본문에서 사용되는 구성(component) 또는 모듈(module)의 용어는 특정 동작을 수행하는 FPGA (field programmable gate array )또는 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 소프트웨어 또는 하드웨어 구성을 의미한다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다. 구성 또는 모듈은 유리하게 주소 지정 스토리지 매체 내에 위치하도록 구성될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세스들을 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 예를 들어, 구성 또는 모듈은 소프트웨어 구성들, 객체 지향 소프트웨어 구성들(object-oriented software components) 클래스 구성들(class components) 및 작업 구성들(task components), 프로세스들(processes), 기능들(functions), 속성들(attributes), 절차들(procedures), 서브 루틴들(subroutines), 프로그램 코드의 세그먼트들(segments of program code), 드라이버들(drivers), 펌웨어(firmware), 마이크로코드(microcode), 회로(circuitry), 데이터(data), 데이터베이스(databases), 데이터 구조들(data structures), 테이블들(tables), 어레이들(arrays) 등과 같은 구성들을 포함할 수 있다. 구성들 또는 모듈들을 위해 제공되는 기능은 몇몇 구성들 또는 모듈들로 조합될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 여기에 쓰여진 모든 기술적 및 과학적 용어들은 이 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 공통적으로 이해될 수 있는 동일한 의미를 가질 것이다. 그것은 임의의 및 모든 실시예들 또는 예시적인 용어들은 본 발명을 명확히 하기 위해서 단지 사용된 것이고, 상세한 설명에 기재된 것들로 본 발명이 한정되지는 않는다. 더욱이, 다르게 정의되지 않는 한, 일반적인 사전적 용어들 내 정의된 모든 용어들은 지나치게 해석되지 않는다.

도 1a 및 도 1b는 모듈형 웨어러블 센서 플랫폼의 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 1a는 웨어러블 센서 플랫폼(10A)의 일 실시예의 배경도를 보여준다. 도 1b는 웨어러블 센서 플랫폼(10B)의 다른 실시예의 분해도를 보여준다. 비록, 웨어러블 센서 플랫폼들(10A, 10B)(종합적으로 웨어러블 센서 플랫폼(10))의 구성들이 실질적으로 동일할 수 있으나, 모들들 및/또는 구성들의 위치들은 다를 수 있다. 도 1a 및 도 1b의 상세한 설명에서, 문자 및 숫자들이 사용된다. 그러나, 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예들은 하나 또는 둘 모두를 참조하여 참조 번호가 사용된다 (예를 들어, 10A 및/또는 10B에 대한 10).

도 1a의 실시예에서, 웨어러블 센서 플랫폼(10A)은 사용자의 손목에 착용되는 스마트 워치 또는 다른 컴퓨팅 장치로서 구현될 수 있다. 웨어러블 센서 플랫폼(10A)은 베이스 모듈(12A, base module), 밴드(16A, band), 고리(30A, clasp), 배터리(22A, battery), 및 밴드(16A)와 연결된 센서 모듈(14A)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 모듈들 및/또는 웨어러블 센서 플랫폼(10A)의 구성들은 최종 사용자(end user)에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 모듈들 및/또는 웨어러블 센서 플랫폼(10A)의 구성들은 제조자에 의해 웨어러블 센서 플랫폼(10A)으로 집적되고, 최종 사용자에 의해 제거되도록 의도되지 않을 수 있다.

센서 모듈(14A)은 사용자의 손목의 피부 접촉면에 위치하고, 사용자의 피부와 접촉하여 사용자로부터 생리적 데이터를 수집할 수 있도록 밴드(16A) 내에 위치할 수 있다. 베이스 모듈(12A)은 손목의 상부에 위치하도록 밴드(16A)에 부착된다.

베이스 모듈(12A)은 베이스 연산부(20A) 및 GUI(graphical user interface)를 제공할 수 있는 디스플레이(18A)를 포함할 수 있다. 베이스 모듈(12A)은 시간을 표시하거나, 연산을 수행하거나, 또는 센서 모듈(14A)로부터 수집된 센서 데이터를 포함하는 데이터를 표시하는 기능을 수행한다. 그러나 센서 모듈(14A)의 기능은 여기에 한정되지 않는다. 베이스 모듈(12A)은 사용자의 다른 신체 부위에 착용된 다른 센서 모듈들(미도시)과 무선 통신을 수행하여 바디 영역 네트워크를 형성할 수 있다. 도 2에서 좀 더 상세하게 설명되겠지만, 베이스 연산부(20A)는 프로세서, 메모리, 통신 인터페이스, 및 센서들의 세트(예를 들어, 가속기 및 온도계)를 포함한다.

센서 모듈(14A)은 생리적 데이터, 활동 데이터, 수면 통계들, 및/또는 사용자로부터의 다른 데이터를 수집하고, 베이스 모듈(12A)과 통신한다. 센서 모듈(14A)은 센서 플레이트(26A)에 보관된 센서 유닛들(24)을 포함한다. 센서 유닛들(24A)은 광 센서 어레이, 온도계, 피부 전도 반응(galvanic skin response: GSR) 센서 어레이, 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이, 심전도(electrocardiography) 센서, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 센서들 또한 포함될 수 있다.

또한, 센서 모듈(14A)은 센서 연산부(28A)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 연산부(28A)는 센서 유닛들(24A)에 의해 수집된 데이터를 저장하는 연산들을 수행하고, 분석할 수 있다. 센서 유닛들(24A)로부터의 데이터는 추가 처리를 위하여 베이스 연산부(20A)로 제공될 수 있다. 센서 연산부(28A)가 센서 플레이트(26A)에 집적되기 때문에, 도 1A에서는 점선으로 도시된다. 다른 실시예들에서, 센서 연산부(28A)는 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 베이스 연산부(20A)가 센서 연산부(28A)의 기능을 수행할 것이다. 센서 모듈(14A) 및 베이스 모듈(12A)의 조합을 통해 데이터가 수집되고, 저장되고, 분석되고, 사용자에게 표시될 수 있다.

도 1b에 도시된 웨어러블 센서 플랫폼(10B)은 도 1a에 도시된 센서 플랫폼(10A)과 유사하다. 즉, 웨어러블 센서 플랫폼(10B)은 밴드(16B, band), 배터리(22B, battery), 고리(30B, clasp), 디스플레이/GUI(18B) 및 베이스 연산부(20B)를 포함하는 베이스 모듈(12B, base module), 및 센서 유닛들(24B), 센서 플레이트(26B), 및 센서 연산부(28B)를 포함하는 센서 모듈(14B)을 포함한다. 상술된 구성들은 밴드(16A, band), 배터리(22A, battery), 고리(30A, clasp), 디스플레이/GUI(18A) 및 베이스 연산부(20A)를 포함하는 베이스 모듈(12A, base module), 및 센서 유닛들(24A), 센서 플레이트(26A), 및 센서 연산부(28A)를 포함하는 센서 모듈(14A)과 각각 유사하다. 그러나, 도1b에 도시된 바와 같이, 특정 모듈들의 위치들이 대체될 수 있다. 예를 들어, 고리(30B)는 고리(30A)보다 디스플레이/GUI(18B)와 더 가까울 수 있다. 유사하게, 배터리(22B)는 베이스 모듈(12B) 내에 포함될 수 있다. 도 1a의 실시예에서, 배터리(22A)는 밴드(16A) 내에 하우징되고, 디스플레이(18A)와 대향하도록 배치될 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에서, 모듈들의 기능들 및/또는 위치들은 변형될 수 있다.

도 1a 및 도 1b의 실시예들에서, 밴드 또는 스트랩(16)은 하나의 피스로 구성되거나 또는 모듈형일 수 있다. 밴드(16)는 직물로 구성될 수 있다. 예를 들어, 밴드(16)는 감을 수 있고, 광폭의 확장할 수 있는 고무 재질의 메쉬/직물들이 고려될 수 있다. 밴드(16)는 멀티 밴드 또는 모듈형 링크로 구성될 수 있다. 밴드(16)는 특정 단계에서 사용자에게 밴드가 고정되도록 걸쇠 또는 고리 장치를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 밴드(16)는 다른 사물들 밴드 모듈(12) 및 센서 모듈(14) 간을 연결하는 와이어(미도시)를 포함할 것이다. 베이스 모듈(12) 및 센서 모듈(14) 사이의 무선 통신 또는 유선 통신과의 조합이 고려될 수 있다.

도 2는 베이스 모듈을 포함하는 구성들 및 모듈형 웨어러블 센서 플랫폼(10')의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 웨어러블 센서 플랫폼(10')은 웨어러블 센서 플랫폼(10)과 유사하고, 유사한 참조 번호를 갖는 유사한 구성 요소들을 포함한다. 예시적으로, 웨어러블 센서 플랫폼(10')은 밴드(16') 및 밴드(16')에 부착된 센서 모듈(14')을 포함할 수 있다. 제거 가능한 센서 모듈(14')은 밴드(16')에 부착된 센서 플레이트(26') 및 센서 플레이트(26')에 부착된 센서 유닛들(24')을 더 포함할 수 있다. 센서 모듈(14')은 센서 연산부(28')를 포함할 수 있다.

웨어러블 센서 플랫폼(10')은 베이스 연산부(20)와 유사한 베이스 연산부(200) 및 하나 또는 그 이상의 배터리들(201)을 포함한다. 예를 들어, 배터리(22)와 유사한 영구적인 및/또는 제거 가능한 배터리들이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스 연산부(200)는 통신 인터페이스(205)를 통해 센서 연산부(28')와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 인터페이스(205)는 직렬 인터페이스를 포함할 수 있다. 베이스 연산부(200)는 프로세서(202), 메모리(206), 입출력(208), 디스플레이(18'), 통신 인터페이스(210), 센서들(214), 및 전원 관리부(220)를 포함할 수 있다.

프로세서(202), 메모리(206), 입출력(208), 통신 인터페이스(210), 및 센서들(214)은 시스템 버스(미도시)를 통해 서로 연결될 수 있다. 프로세서(202)는 하나 또는 그 이상의 코어들을 포함하는 싱글 프로세서 또는 하나 또는 그 이상의 코어들을 포함하는 멀티 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 운영 체제(OS; operating system) 및 다양한 애플리케이션들(204)을 실행할 수 있다. 운영 체제의 예들은 리눅스 및 안드로이드를 포함할 수 있다. 그러나 운영 체제는 이에 한정되는 것은 아니다.

예시적인 실시예에 따르면, 프로세서(202)는 센서 측정 및 데이터 준비 기능을 수행할 수 있는 측정기 및 데이터 준비 구성(미도시)를 실행할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 측정 기능은 하나 이상의 센서 어레이들을 혈관으로 자가-정렬하기 위한 처리를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 측정은 시작 단계에서, 센서로부터 데이터를 수신하기 전에, 또는 동작 동안 일정 주기마다 수행될 수 있다.

메모리(206)는 서로 다른 메모리 타입을 포함하는 하나 또는 그 이상의 메모리들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 메모리 타입은 DRAM, SRAM, ROM, 캐시, 가상 메모리, 및 플래시 메모리를 포함한다. 입출력(208)은 정보를 입력하고 출력하는 수집 구성들을 포함할 수 있다. 입출력(208)을 포함하는 예시적인 구성들은 마이크 및 스피커를 포함한다.

통신 인터페이스(210)는 네트워크 상의 무선 통신을 위해 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러(또는 유사한 컴포넌트)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 통신의 예시적 타입들은 저전력 블루투스(BLE) 및 무선 LAN(wireless local area network)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서 무선 통신의 예시적 타입들은 WAN(Wide Area Network) 인터페이스나 3G, 4G, LTE(Long Term Evolution)과 같은 셀룰라 네트워크를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 디스플레이(18')는 베이스 컴퓨팅 유닛(200)에 집적될 수 있는 반면에, 다른 실시예에서는 디스플레이(18')는 베이스 컴퓨팅 유닛(200)의 외부에 존재할 수 있다. 센서(214)는 예를 들어, 가속도계/자이로스코프(214A) 및 온도계(214B) 등과 같은 다양한 종류의 맴즈(MEMs) 센서들을 포함할 수 있다.

파워 매니지먼트 유닛(220)은 배터리/배터리들(201)에 연결될 수 있고, 베이스 컴퓨팅 유닛(200)의 파워 기능들을 관리하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 파워 매니지먼트 유닛(220)은 파워 인터페이스(222)를 통해 탈착식 센서 모듈(14')의 배터리 파워의 공급을 제어할 수 있다.

도시되어 있지 않으나. 베이스 컴퓨팅 유닛(200)은 센서 모듈(14)에 장착된 센서 유닛들(24)의 타입에 의존하여, 심전도 센서(ECG), 바이오 임피던스(bioZ) 아날로그 프론트 엔드(AFE), 피부 전도 반응(GSR) AFE, 및 옵티컬 센서 AFE를 선택적으로 포함할 수 있다.

도 3은 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼 등과 같은 웨어러블 장치에 적용되는 센서 어레이의 예시적 실시예를 도시한 블록도이다. 시스템은 하나 이상의 셀프 얼라인 센서 어레이들을 수용하는 밴드(310)를 포함한다. 일 실시예에서, 밴드(310)는 센서 플레이트(26)의 이용 또는 이용없이도, 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼(10)의 밴드(16)에 대응된다. 다른 실시예에서, 밴드(310)는 모듈러 웨어러블 센서 플랫폼(10)의 일부가 아닌 단일 소자가 될 수 있다.

도 3의 상부는 사용자 손목(308)의 단면 주위를 감싸는 밴드(310)를 나타낸다. 한편, 도 3의 하부는 미착용 위치 내에서의 밴드(310)를 보여준다. 일 실시예에 따라, 밴드(310)는 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이(316)를 포함한다. 그리고 밴드(310)는 옵티컬 센서 어레이(312), 피부 전도 반응(GSR) 센서 어레이(314), 심전도 센서(ECG, 318), 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.

예시적 실시예에 따라, 센서 어레이들(316, 314, 및 312)은 각기 밴드(310)상에 배열되거나 배치되는 이산 센서들의 어레이들을 포함한다. 밴드(310)가 인체에 착용될 때, 각 센서 어레이는 특정 혈관(예를 들면, 정맥, 동맥, 모세 혈관) 또는 혈관과는 무관하게 보다 높은 전기적 응답을 가지는 영역상에 걸쳐 놓여지거나 접근된다. 특히, 센서 어레이들(316,314, 및 312)은 혈관의 길이 방향에 대하여 실질적으로 수직으로 놓여지고, 최적의 신호를 얻기 위해 혈관의 폭과 오버랩될 수 있다. 일 실시예에서, 밴드(310)는 셀프 얼라인 센서 어레이들(316, 314, 및 312)이 사용자의 피부와 접촉되도록 착용될 수 있다. 그러나 사용자의 손목(308)등과 같은 신체의 일부상에서 완전히 고정되지 않도록 밴드(310)는 너무 꽉 조이지 않게 착용된다.

본 발명에 따르면, 바이오 임피던스(BioZ) 센서 어레이(316)는 생물학적 대상의 심장 박동 검출과 같은 유체 흐름 검출 애플리케이션에 사용될 임피던스 측정 장치를 포함한다. 바이오 임피던스 센서 어레이(316)는 호스트 전자 장치와 함께 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 바이오 임피던스 센서 어레이(316)는 베이스 컴퓨팅 유닛(200)과도 함께 사용될 수 있다.

한편, 호스트 전자 장치가 착용 가능한 장치로 설명되었으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 호스트 전자 장치는 셀러로 폰, 스마트 폰, 태블릿 PC, 및 노트북과 같은 휴대용 또는 비 휴대용 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다.

일반적으로, 바이오 임피던스 센서는 하나의 전극 쌍을 포함한다. 하나의 전극 쌍은 제 1 전극 및 제 2 전극으로 형성될 수 있다. 이 경우, 전류(I)를 측정하기 위한 제 1 전극 및 전압(V)을 측정하기 위한 제 2 전극은 생체 임피던스를 측정하거나, 조직 내의 전류의 흐름에 반대되는 값을 측정한다.

그러나, 본 발명에 따른 바이오 임피던스 센서 어레이(316)는 착용한 사용자의 혈관에 걸쳐있는(straddle) 적어도 4개 이상의 바이오 임피던스 센서들(316')을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 바이오 임피던스 센서들(316') 중 어느 한 쌍은 전류 페어 "I" 를 형성하기 위해 선택될 수 있으며, 다른 한 쌍은 전압 페어 "V"를 형성하기 위해 선택될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 바이오 임피던스 센서들의 선택은 고정될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 바이오 임피던스 센서들의 선택은 동적이며, 바이오 임피던스 센서 어레이(316)의 동작 동안 수행될 수 있다. 동적 바이오 임피던스 센서의 선택시, 멀티플렉서(미도시)가 사용될 수 있다. 바이오 임피던스 센서 어레이(316)는 동맥에 걸치도록 구현될 수 있다. 예시적으로, 동맥은 척곡 동맥 또는 요골 동맥일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 바이오 임피던스 센서들(316')은 적어도 하나 이상의 피부 전도 반응 센서(314)와 함께 다중화될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광 센서 어레이(312)는 광전용적맥(Photoplethysmograph, 이하: PPG) 센서 어레이를 포함할 수 있다. 광전용적맥(PPG) 센서 어레이는 상대적인 혈액 흐름 및 맥박, 또는 혈중 산소 레벨을 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 센서 어레이(312)는 척골 동맥 또는 요골 동맥과 같은 동맥에 걸쳐 있거나 대응하는 위치에 접속하기 위해, 밴드(310) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 센서 어레이(312)는 복수의 개별 광 센서들(312A)이 배치된 어레이를 포함할 수 있다. 각 개별 광 센서들(312A)은 적어도 하나의 광 검출기(12B) 및 광 검출기(312B)에 인접하게 배치된 적어도 두 개의 매칭 광원들(312C)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 개별 광 센서들(312A)은 밴드(310) 상에서 미리 설정된 약 0.5~2mm의 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광원(12C)은 복수의 발광 다이오드들(LEDs)을 포함할 수 있다. 복수의 발광 다이오드들(DEDs)은 개별 광 센서(312A) 각각에서 서로 다른 파장의 광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드들로부터 출력된 광의 색은 그린, 레드, 근적외선, 및 적외선 파장을 포함할 수 있다. 광 검출기(312B)는 수신된 광 에너지를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 에너지로부터 변환된 전기적 신호는 반사 광전용적맥 신호를 포함할 수 있다. 또한, 광 에너지로부터 변환된 전기적 신호는 투과 광전용적맥 신호를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 광 검출기(312B)는 광 트랜지스터를 포함할 수 있다. 광 검출기(312B)는 전하 결합 소자(Charge Coupled Devices: CCD)들을 포함할 수 있다.

피부 전도 반응(GSR) 센서 어레이(314)는 수분 함량에 따라 변하는 피부의 전기 전도도를 측정할 수 있는 4개 이상의 GSR 센서들을 포함할 수 있다. 통상적으로, 피부 표면을 따라 저항을 측정하기 위해서는 2개의 GSR 센서들이 필요하다. 실시예의 일 측면에 따르면, GSR 센서 어레이(314)는 사용을 위해 4개 중 어떠한 2개를 선택할 수 있는, 4개의 GSR 센서들을 포함하는 것으로 도시되었다. 일 실시예에서, GSR 센서들(314)은 밴드상에서 서로 2~5mm 이격하도록 배치될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 밴드(310)는 일정 기간 동안 사용자의 심장의 전기 활동(electrical activity)을 측정할 수 있는 하나 이상의 심전도(electrocardiography) 센서들(318, ECG, 하나는 피부와 마주하는 밴드의 안쪽에 위치하고 나머지 하나는 밴드의 바깥쪽에 위치)을 포함할 수 있다. 추가로, 밴드(310)는 온도 또는 온도 기울기를 측정할 수 있는 온도계를 포함할 수 있다.

도 4는 바이오 임피던스 센서 어레이 제공 방법 및 심박수 탐지를 포함하는 애플리케이션들을 위해, 유체 흐름과 같은, 생리적 파라미터들을 모니터링하고 분석하기 위한 바이오 임피던스 센서 어레이의 사용 방법을 보여주는 흐름도이다. 일 실시예에서, 프로세스는 센서 어레이와 결합된 프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 소프트웨어부(예컨대, 캘리브레이션부 및 데이터 획득부)에 의해 수행될 수 있다. 프로세서는 센서 컴퓨팅 유닛(28), 베이스 컴퓨팅 유닛(200)의 프로세서(202)(도 2 참고) 및/또는 별개의 프로세서에 대응할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 프로세스는 사용자가 착용할 때 바이오 임피던스 센서 어레이가 혈관에 걸쳐지거(Straddle)나 또는 근접하게 위치 하도로(Address)하도록, 베이스 상에 배열된 4개 이상의 바이오 임피던스 센서들을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이 중 최적의 서브-어레이를 결정하는 것에 의해 시작될 수 있다(블록 400). 일 실시예에서, 최적의 서브-어레이는 전류 쌍 "I" 를 형성하도록 선택된 바이오 임피던스 센서들의 어떠한 쌍도 포함할 수 있다.

도 5는 예시적인 바이오 임피던스 센서 어레이를 보여주는 블록도이다. 일 실시예에 따르면, 바이오 임피던스 센서 어레이(500)는 바이오 임피던스 센서들(504)과는 별개인, 4개 이상의 X × Y(X-by-Y) 어레이로 구성될 수 있고, 바람직하게는 적어도 6 또는 8개로 구성될 수 있다. X × Y 바이오 임피던스 센서 어레이(500)는 모든 적절한 측정 위치에 위치될 수 있다. 예시적으로 심박수를 측정하는데 사용하는 경우, 센서들은 착용자의 팔뚝 아래쪽(즉, 손바닥 쪽) 또는 다른 신체 부위에 위치할 수 있다. 팔뚝 아래쪽에서의 센서 어레이의 위치는 요골 동맥 또는 척골 동맥과 같은 동맥 위의 위치로 더 조절될 수 있으며, 그 위치는 맥박이 전류 및 전압 센서들의 쌍들 사이로 이동하는 한 바이오 임피던스 센서 어레이(500)에 의해 정의된 영역 안에서 양쪽 혈관이 배치될 수 있는 어떠한 위치일 수 있다. 도시된 실시예에서, 바이오 임피던스 센서 어레이(500)는 요골 동맥과 척골 동맥 모두의 위에 위치하는 것으로 도시되었다. 하지만, 다른 실시예에서, 바이오 임피던스 어레이(500)는 동맥들 중 단지 하나의 동맥 위에 위치하거나 또는 다른 혈관들 위에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, X × Y 바이오 임피던스 센서 어레이(500)의 적어도 하나의 M × N(M-by-N) 서브-어레이(502A에서 502G, 전체가 서브-어레이들(502)을 구성)가 최적의 서브-어레이로서 선택된다. 본 실시예에서, 바이오 임피던스 센서들의 최적의 서브-어레이는 혈관에 대한 최적 위치를 가지는 별개의 바이오 임피던스 센서들(504)의 특정 세트를 나타내며 따라서 최적의 신호 품질을 제공한다.

일 실시예에서, 최적의 서브-어레이(502)에서 적어도 한 쌍의 바이오 임피던스 센서는 전류 센서로서 선택되고, 다른 적어도 한 쌍의 바이오 임페던스 센서는 전압 센서로서 선택된다. 그 후에 추가적인 바이오 임피던스 센서들(504)은 전류 센서, 전압 센서 또는 비사용 센서로서 바이오 임피던스 센서 어레이(500)에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 전류 센서 및 전압 센서는 바이오 임피던스 센서 어레이의 인접한 행과 열에서 바이오 임피던스 센서를 선택할 필요는 없다.

도 5에서, M행 N열의 서브-어레이들(502)의 가능한 하나의 구성은 2행 2열의 사각형의 센서 배열을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 인접한 M행 N열의 서브-어레이들(502)은 X행 Y열의 전체 바이오 임피던스 센서(500)를 형성하기 위해 전기적으로 서로 연결된다. 예를 들면, 2행 2열의 서브-어레이들(502) 4개는 행 방향으로 인접하게 배치되어 다른 하나의 2행 8열의 바이오 임피던스 센서 어레이(500)를 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 서브-어레이들(502) 각각이 적어도 두 전류 센서 및 적어도 두 전압 센서를 포함하도록 서브-어레이들(502)의 구성 및 배치는 고정된다. 예를 들면, 서브-어레이 A, C, E 및 G는 고정되고, 동작 시간 동안 이들 중 하나는 최적의 서브-어레이로서 선택된다.

다른 실시예에서, 서브-어레이들(502)은 동적으로 구성된다. 측정 시간 동안, 바이오 임피던스 센서 어레이(500)는 바이오 임피던스 센서들의 세트들이 최적의 신호를 제공하는지 확인하기 위해 스캔된다. 그리고 바이오 임피던스 센서 어레이(500)는 확인된 바이오 임피던스 센서들의 세트들을 최적의 서브-어레이로서 사용한다. 일 실시예에서, 이상의 절차 동안에 구별된 바이오 임피던스 센서들(504)은 직렬로 활성화될 수 있다. 다른 실시예에서, 구별된 바이오 임피던스 센서들(504)은 병렬로 활성화될 수 있다. 그 후에 최적의 신호를 제공하는 최적의 서브-어레이에서 바이오 임피던스 센서들 중 제 1 부분은 전류 센서로서 선택된다. 그리고 최적의 서브-어레이에서 바이오 임피던스 선서들 중 제 2 부분은 전압 센서로서 선택된다. 예를 들면, 도 5에서, 서브-어레이들(502) A 내지 G 중 어떤 것은 최적의 서브-어레이로 결정될 수 있다. 도시되지 않았지만 다른 서브-어레이들도 또한 최적의 서브-어레이로 결정될 수 있다. 또한, 소정의 시간 후 또는 일정한 시간 간격 후에 최적의 서브-어레이의 결정은 성능 향상을 위해 더 나은 설정에 따라 다시 수행될 수 있다.

도 6a 내지 6d는 2행 2열의 전류 및 전압 센서들의 가능한 구성을 보여주는 도면이다. 설명의 목적으로, 도 6a는 2행 2열의 서브-어레이는 (x)행과 (y)열의 형식을 가지는 것으로 가정한다. 그 위치는 (1, 1), (1, 2), (2, 1) 및 (2, 2)로 표현된다.

도 6a는 전류 센서들(I) 및 전압 센서들(V)의 구성으로서, (1, 2) 및 (2, 1) 위치에 전압 센서들(V)이 배치되고 (1, 1) 및 (2, 2) 위치에 전류 센서들(I)이 배치된 2×2 크기의 서브 어레이를 보여준다.

도 6b는 전류 센서들(I) 및 전압 센서들(V)의 구성으로서, (1, 2) 및 (2, 2) 위치에 전압 센서들(V)이 배치되고 (1, 1) 및 (2, 1) 위치에 전류 센서들(I)이 배치된 2×2 크기의 서브 어레이를 보여준다.

도 6c는 전류 센서들(I) 및 전압 센서들(V)의 구성으로서, (1,1) 및 (2,1) 위치에 전압 센서들(V)이 배치되고 (1,2) 및 (2,2) 위치에 전류 센서들(I)이 배치된 2×2 크기의 서브 어레이를 보여준다.

도 6d는 전류 센서들(I) 및 전압 센서들(V)의 구성으로서, (1,1) 및 (2,2) 위치에 전압 센서들(V)이 배치되고 (1,2) 및 (2,1) 위치에 전류 센서들(I)이 배치된 2×2 크기의 서브 어레이를 보여준다.

도 6e는 2×3 크기의 바이오 임피던스 센서에서 이용될 수 있는 전류 센서들 및 전압 센서들을 대각선 방향으로 배열한 서브 어레이의 구성을 보여준다. 도 6e에서, "N"은 여섯 개의 센서 어레이에서 이용되지 않는 센서를 나타낸다. 도 6e에 나타낸 것과 같이, 어레이의 첫 번째 행의 인접한 전압 및 전류 센서들(V 및 I)은 어레이의 두 번째 행의 인접한 전류 및 전압 센서들(I 및 V)에 대해 하나의 열만큼 어긋나도록 배치된다.

예로서, 손목 위의 심박수 측정기를 이용하여, 최적의 서브 어레이가 방사상 또는 척골의 동맥 위에 위치할 수 있는데, 동맥에 관한 서브 어레이의 위치는 유체(예컨대, 혈액)의 박동이 전류 및 전압 센서 쌍 사이에서 이동하는 동안 최적의 서브 어레이에 의해 정의되는 영역 내의 어디에든 어떤 동맥이 위치하도록 결정될 수 있다. 다만, 방사상 및/또는 척골의 동맥에 관한 최적의 서브 어레이 배치는 방사상 및/또는 척골의 동맥이 최적의 서브 어레이의 두 개의 바이오 임피던스 센서들(500) 사이에 직접적으로 놓일 것을 반드시 필요로 하지는 않을 수 있다. 그러나, 최적의 서브 어레이의 외곽 주변부가 방사상 및/또는 척골의 동맥 (또는, 다른 혈관) 위에 덮여 있는 동안, 심박수를 추정하기에 충분한 측정 결과가 계속 얻어질 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 적어도 하나의 서브 어레이가 혈관 위에 덮여 있는 동안 추가의 센서들이 다른 모양들을 형성하고 센서 어레이에 의해 덮이는 감지 영역을 효과적으로 증가시킴으로써 센서 장치의 위치에 대해 좀 더 강건함을 허용하기 위해 추가의 센서들이 다양한 어레이 유형의 구성들로 이용되고 배열될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

실시예로서, 바이오 임피던스 센서들(504) 각각은 전극(Electrode)을 포함할 수 있다. 예로서, 전극은 약 0.1 내지 1.0 제곱 센티미터의 면적 범위 내에 놓이고, 서로 약 0.1 내지 1.0 센티미터의 거리마다 떨어져 배치될 수 있다. 전극 크기는 전극들 사이에 요구되는 배치 거리에 비례하고, 따라서, 좀 더 작은 전극들은 서로 좀 더 근접하여 배치되어야 한다. 전극들은 많은 수의 전도성 물질로 구성될 수 있다. 실시예로서, 전극 물질은 금, 스테인리스 스틸, 니켈 등을 포함하는 금속성 물질 및 그 외 다른 금속성 원소, 화합물, 또는 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 전극 물질은, 예로서, 중합체 또는 은/염화은으로 코팅된 세라믹과 같은 비전도성 물질 위의 코팅을 포함할 수 있다. 다만, 추가의 전도체/비전도체 물질의 조합(예컨대, 귀금속과 메탈-할라이드(Metal-halide)의 조합)이 이용될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 은/염화은으로 코팅된 전도성 고무를 포함하는 물질들의 조합이 이용될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 402 단계에서, 프로세서는 최적의 서브 어레이의 바이오 임피던스 센서들의 적어도 제 1 부분을 통해 전기 신호를 사용자에게 전달하도록 구성될 수 있다.

실시예로서, 전기 신호 또는 신호들은 두 개의 전류 센서들 사이를 지나는 전류를 포함할 수 있다. 가급적이면, 전기 신호는 측정될 유체 흐름의 경로를 가로질러야 한다. 실시예로서, 전기 신호는 필요에 따라 최적의 측정 결과를 제공하기 위해, 예로서, 주파수, 크기, 파형, 또는 그것들의 조합을 포함하는 전기 신호 파라미터들을 조절함으로써 수정될 수 있다. 실시예로서, 전기 신호 파라미터들은 어떤 측정된 신호들의 품질에 따라 변경될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 감지 방법은 서로 다른 전기 신호 파라미터들을 이용하여 일련의 측정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있고, 가장 좋은 측정 결과를 선택하기 위해 측정된 신호들이 비교될 수 있다.

계속해서 도 4를 참조하면, 404 단계에서, 과학 서브-어레이에 있는 바이오 임피던스 센서들 중 제 2 부분을 사용하여 전기적 신호로부터 하나 또는 그 이상의 바이오 임피던스 값이 측정된다. 실시예로써, 바이오 임피던스 센서 어레이에 있는 두 개의 전압 센서들/전극들 사이의 퍼텐셜 또는 전압을 감지함으로써 바이오 임피던스 값들이 측정될 수 있다. 실시예로써, 퍼텐셜의 측정은 가급적 측정될 유체 흐름의 경로를 교차할 수 있다. 다른 실시예로써, 인접한 전극들로부터 바이오 임피던스 값들이 측정될 수 있다.

마지막으로, 406 단계에서, 하나 또는 그 이상의 임피던스 값들로부터 적어도 하나의 유체 임피던스 분포가 측정될 수 있다. 측정되는 유체 임피던스는, 예를 들어, 동맥을 통하여 흐르는 피와 같은, 흐르는 신체의 유체를 포함하는 다양한 유체 타입들을 포함할 수 있다.

심박수 감지를 위한 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법 및 시스템이 설명되었다. 개시된 실시예에 따라서 본 발명이 설명되었으며, 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들의 변형이 있을 수 있다. 예를 들어, 어떤 실시예는 하드웨어, 소프트웨어, 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체, 또는 그들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따라 쓰여진 소프트웨어는 메모리, 하드 디스크, 또는 CD/DVD-ROM과 같은 컴퓨터 판독 가능 매체의 형태로써 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 많은 변형, 수정이 만들어질 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

사용자가 착용하였을 때 바이오 임피던스 센서 어레이가 혈관에 걸쳐있도록(straddle) 하거나 혈관을 덮을(address) 수 있도록, 베이스(base)에 배치된 적어도 4개의 바이오 임피던스 센서들(bioimpedance sensors)을 포함하는 상기 바이오 임피던스 센서 어레이에서 최적의 서브-어레이(optimal sub-array)를 결정하는 단계;
상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임프던스 센서들의 적어도 제 1 부분을 통하여 사용자에게 전기 신호를 통과시키는 단계;
상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 2 부분을 이용하여, 상기 전기 신호로부터 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들을 측정하는 단계; 그리고
상기 적어도 하나의 바이오 임피던스 값들로부터 유체 바이오 임피던스 기여(fluid bioimpedance contribution)를 분석하는 단계를 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
전류 센서들을 구성하기 위하여 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들 중 적어도 하나의 쌍을 선택하고, 전압 센서들을 구성하기 위하여 상기 바이오 임피던스 센서들 중 다른 하나의 쌍을 선택하는 단계를 더 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 최적의 서브-어레이의 배열(configuration) 및 배치(placement)는 고정된 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 최적의 서브-어레이의 배열 및 배치는 동적인(dynamic) 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 바이오 임피던스 센서들의 세트들 중 어느 세트가 최적의 전류 신호를 제공할 것 인지를 확인하기 위하여 상기 바이오 임피던스 센서 어레이를 스캔하는 단계 및 상기 바이오 임피던스 센서들의 세트들 중 상기 확인된 세트를 상기 최적의 서브-어레이로 사용하는 단계;
최적의 전류 신호를 제공하는 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 1 부분을 전류 센서들로 선택하는 단계; 그리고
상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 2 부분을 전압 센서들로 선택하는 단계를 더 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 5 항에 있어서,
맥박(blood pulse)이 상기 전류 센서들의 쌍 및 상기 전압 센서들의 쌍 사이에서 이동하는(travel) 한 상기 최적의 서브-어레이에 의하여 정의된 영역 내 어느 곳에라도 상기 혈관이 위치하도록, 상기 최적의 서브-어레이는 상기 혈관과 관련된 곳에 위치하도록 배열되는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
하나 또는 그 이상의 상기 바이오 임피던스 센서들을 하나 또는 그 이상의 피부 전도 반응(galvanic skin response: GSR) 센서들과 멀티플렉싱(multiplexing)되는 단계를 더 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 바이오 임피던스 센서들은 전극들(electrodes)을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전극들의 사이즈(size)는 상기 전극들 사이에 요구되는 배치 거리(placement distance)에 비례하여 보다 작은 전극들은 보다 서로 가깝게 위치하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전극들은 0.1에서 1.0 제곱 센티미터 면적 사이즈 범위 내에 있으며, 0.1에서 1.0 센티미터의 이격 거리를 갖는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전극들은 금(gold), 스테인리스 스틸(stainless steel), 니켈(nickel), 그리고 다른 금속 소자들 및 이의 화합물 또는 합금들을 포함하는 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전극들은 Ag/AgC로 코팅된 폴리머(polymer) 또는 세라믹(ceramic)을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전극들은 Ag/AgCl 코팅된 도전 고무(conductive rubber)를 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 신호를 통과시키는 단계는:
최적의 측정을 제공하도록 주파수(frequency), 진폭(amplitude), 파형(waveform), 또는 이들의 다른 조합들을 포함하는 신호 파라미터들(signal parameters)을 조정함으로써 상기 전기 신호들을 변경하는 단계를 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
제 14 항에 있어서,
서로 다른 신호 파라미터들을 이용하여 일련의 측정들을 수행하는 단계를 더 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이의 동작 방법.
사용자가 착용하였을 때에 혈관에 걸쳐있거나 혈관을 다룰 수 있도록 베이스 상에 배치된 적어도 4 개의 바이오 임피던스 센서들을 포함하는 센서 어레이(sensor array); 및
상기 센서 어레이에 연결된 프로세서(processor)를 포함하며,
상기 프로세서는,
상기 바이오 임피던스 센서 어레이 내에서 최적의 서브-어레이를 결정하고;
상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 적어도 제 1 부분을 통하여 사용자에게 전기 신호를 통과시키고;
상기 최적의 서브-어레이 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 1 부분을 이용하여 상기 전기 신호로부터 하나 또는 그 이상의 바이오 임피던스 값들을 측정하고;
상기 하나 또는 그 이상의 바이오 임피던스 값들로부터 유체 바이오 임피던스 기여를 분석하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
상기 프로세서는, 전류 센서들을 형성하기 위하여 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들 중에서 적어도 한 쌍을 선택하고 전압 센서들을 형성하기 위하여 상기 바이오 임피던스 센서들 중에서 다른 적어도 하나의 쌍을 선택하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
상기 서브-어레이의 배열 및 배치는 고정된 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
상기 서브-어레이의 배열 및 배치는 동적인 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 19 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 바이오 임피던스 센서들의 세트들 중에서 어느 것이 최적의 전류 신호를 제공하는지를 확인하기 위하여 상기 바이오 임피던스 센서 어레이를 스캔하고, 상기 확인된 바이오 임피던스 센서들의 세트를 상기 최적의 서브-어레이로 사용하며, 상기 최적의 서브-어레이 내의 상기 바이오 임피던스 센서들의 제 2 부분을 전압 센서들로 선택하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 20 항에 있어서,
맥박들이 상기 전류 센서들 및 전압 센서들의 쌍 사이에서 흐르는 한 상기 최적의 서브-어레이에서 정의된 영역 내의 어느 곳에라도 상기 혈관이 위치하도록, 상기 최적의 서브-어레이는 상기 혈관과 연관되도록 위치하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
하나 또는 그 이상의 바이오 임피던스 센서들은 하나 또는 그 이상의 피부 전도 반응(GSR) 센서와 멀티플렉싱되는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
상기 바이오 임피던스 센서들은 전극들을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 23 항에 있어서,
상기 전극들의 사이즈는 상기 전극들 사이에 요구되는 배치 거리에 비례하여, 보다 작은 작은 전극들은 보다 가깝게 배치되는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 23 항에 있어서,
상기 전극들은 0.1에서 1.0 제곱 센티미터의 사이즈 범위 내에 있으며, 0.1에서 1.0 센티미터의 거리만큼 이격되는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 23 항에 있어서,
상기 전극들은 금, 스테인레스, 니켈, 그리고 다른 금속 소자들 및 이의 화합물 또는 합금들을 포함하는 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 23 항에 있어서,
상기 전극들은 Ag/AgC로 코팅된 폴리머 또는 세라믹을 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 23 항에 있어서,
상기 전극들은 Ag/AgCl로 코팅된 도전 고무를 포함하는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 16 항에 있어서,
상기 전기 신호들은 최적의 측정을 제공하도록 주파수, 진폭, 파형, 또는 이들의 다른 조합들을 포함하는 신호 파라미터들을 조정함으로써 변경되는 바이오 임피던스 센서 어레이.
제 29 항에 있어서,
상기 신호 파라미터들 중 서로 다른 신호 파라미터들을 이용하여 일련의 측정들이 수행되는 바이오 임피던스 센서 어레이.