KR20160008581A

KR20160008581A - 휴대용 펄스 측정 디바이스

Info

Publication number: KR20160008581A
Application number: KR1020157034789A
Authority: KR
Inventors: 자리 노우시아이넨; 일카 코르호넨
Original assignee: 펄스온 오와이
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-01-22
Also published as: EP2996553A4; WO2014184447A1; CN105208924A; KR102282822B1; EP2996553B1; US10426360B2; ES2830674T3; JP2016521190A; FI126338B; JP6501760B2; FI20135520A; US20160081567A1; CN105208924B; EP2996553A1

Abstract

발명의 일측면에 따라, 휴대용 펄스 측정 디바이스가 제공된다. 디바이스는 인체 조직을 통해 방사 에너지를 방출하기 위한 발광 소스(104, 106) 및 인체 조직을 통한 전파 후에 상기 방사 에너지의 세기를 검출하고 상기 전파를 나타내는 입력 신호들을 제공하기 위한 광 검출기(100, 102)에서 선택된 적어도 3개의 요소들(100, 102, 104, 106)을 포함하며, 적어도 하나의 발광 소스(104, 106) 및 적어도 하나의 광 검출기(100, 102)를 포함하는, 조명 구성; 입력 신호들을 처리하는 것에 응답하여 펄스 레이트를 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함한다. 조명 구성의 요소들은 조명 구성에 발광 소스들(104, 106)이 조명 구성에 광 검출기들(100, 102)에 관련하여 비대칭으로 배치되는 구성으로 휴대용 펄스 측정 디바이스 내 배열된다.

Description

휴대용 펄스 측정 디바이스{PORTABLE PULSE MEASURING DEVICE}

본 발명은 펄스 측정 디바이스에 관한 것이다.

다양한 펄스 레이트 검출 시스템들이 기술에 공지되어 있다. 펄스 레이트 검출 디바이스는 예를 들면, 펄스 레이트를 검출하기 위해 압전 요소와 같은 압력 감응 트랜스듀서를 사용하는 디바이스를 포함한다.

또 다른 측정 기술은 포토플레시스모그래피(photoplethysmography)로서 불리운다. 포토플레시스모그래피는 인체 도처에서 발견되는 심혈관 펄스 파를 측정하는 전기-광학 기술이다. 펄스 파는 동맥의 혈량의 주기적 박동에 의해 야기되고 이것이 유발하는 방사 에너지의 변하는 광학 흡수에 의해 측정된다.

측정 시스템은 일반적으로 방사 에너지원(예를 들면, 적외선 광원), 인체 조직을 통한 전파 후에 방사 에너지의 세기를 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기, 및 펄스 레이트 혹은 혈중 산소 농도와 같은 신체 파라미터를 추출하기 위한 데이터 처리 수단으로 구성된다. 예를 들어, 적외선 광의 사용은 어떤 잇점을 갖는다. 이것은 혈중 및 신체 조직 내에 비교적 거의 흡수되지 않고, 그러므로 혈량 변화는 비교적 낮은 방사 에너지를 사용해 적절한 콘트라스트로 관찰된다. 이외 다른 광 파장의 사용도 가능하다. 측정 기술로서 포토플레시스모그래피의 사용은 완전히 비외과적(non-invasive)이며, 임의의 혈액이 있는 조직, 예를 들면, 손가락, 네일(nail), 귓불, 코, 및 손목에 적용될 수 있다.

광 세기는, 광원과 포토 검출기 간에 경로-길이에 변화에 기인하고(용적 변화에 기인한) 아울러 혈액 및 액체를 포함하는 조직의 광학 밀도에 변화에 기인하여(예를 들면, 동맥 혈 박동에 기인한) 관심 조직 내 용적에 변화와 함께 달라진다. 혈액의 균질 층에서, 비어-람버트 법칙은 광 흡수에 기인하여 거리의 함수로서 광 세기가 지수함수적으로 감쇠함을 제시한다. 그러나, 어떠한 조직도 균질하지 않으며, 따라서 모두가 조직의 정확한 해부 및 기하구조에 의존하는 것인, 광 산란, 굴절 및 반사와 같은 광 흡수 팩터들 또한, 측정되는 신호에 영향을 미친다. 그러므로, 검출기에 도달하는 방사 에너지의 총량은 센서 포지셔닝 및 조직의 임의의 변형에 감응한다.

광이 조직 내에서 상당히 산란된다는 것은 사람의 조직에 특징이다. 그러므로, 피부의 표면 상에 위치된 검출기는 반사를 측정할 수 있다. 이들 반사는 광이 약하게 혹은 상당히 흡수하는 조직에 접하는지에 달려있어 다양하게 흡수된다. 혈량에 임의의 변화는 증가하는(혹은 감소하는) 용적이 흡수를 더 많이(혹은 더 적게) 야기할 것이기 때문에 표면에 검출기에 의해 레지스터(register)될 것이다. 조사된 혈류(blood flow)가 박동할 때, 이것은 주로 조직 용적의 총 흡수 계수뿐만 아니라 광학 경로 길이를 변경하며 그러므로 심장 사이클 전체에 걸쳐 광 흡수를 변화(modulate)시킨다. 비-박동 체액 및 조직은 광을 변화시키지 않고, 일정한 레벨의 흡수를 갖는다(조직 용적의 움직임 혹은 다른 변형이 없다고 가정할 때).

흡수의 결과는 박동 혈관상(vascular bed)으로부터 반사된 어떤 광이든 피험자의 심장 펌핑 행동에 비례하고 이와 동기하는 AC 성분을 내포한다는 것이다. 포토플레시스모그래피 신호로서 알려진 것이 이 변화된 성분이다. 플레시스모그래피 측정은 신체 조직을 통하여 전송되거나(전송 모드 시스템) 신체 조직에 의해 반사되는(반사 모드 시스템) 방사 에너지의 세기의 측정에 의해 달성될 수 있다.

이론적으로, 펄스 레이트를 측정하는 것은 간단한 측정이다 - 적어도 하나의 검출기는 사람의 조직을 통해 수신되는 방사 에너지의 세기를 검출하며, 적어도 하나의 검출기로부터 수신된 신호로부터 필요한 파라미터를 결정하기 위해 데이터 처리 수단이 사용된다. 실제로, 상황은 특히 피험자가 움직이고 있을 땐 그리 간단하지 않다. 움직임은 방사 에너지원과 검출기 간에 조직 용적의 변형을 야기하는데 이는 검출기에서 검출된 에너지에서 심장 펌핑 동작에 관계되지 않은 변화를 야기할 것이다. 이들 동작 인공물들(movement artefacts)은 혈류 변화에 의해 야기되는 흡수 내 변화에 비교했을 때 전형적으로 여러 가지일 수 있고, 그러므로 처리 수단에 의해 이들 아티팩트를 보상하기 위해 복잡한 방법이 제안되어졌다. 한 가능한 보상 해결책은 EP 1　297　784 A1에 제시되어 있다.

현 기술에 비추어, 신호에서 동작 인공물들의 량을 최소화하고 혈류에 관계된 신호의 비율을 최대로 유지하는 것이 이익이 있다. 이것은 검출기에 도달하기 전에 방사 에너지가 전파해가는 조직 용적이 맥관구조를 흐르는 활성 혈액의 최대 상대적 비율, 및 단지 최소량의 다른 조직 용적 즉, 혈 박동이 덜 현저한 조직을 내포하도록 측정을 배열함으로써 달성될 수도 있다. 그러나, 이것은 얼마간에 복잡성을 갖는다.

먼저, 사람의 조직의 피부 및 다른 층들, 예를 들면 표피, 유두진피 및 망상진피의 두께는 개인들 간에 및 또한 피부 내 서로 상이한 공간적 위치들 간에 다르며, 그러므로 활성 혈액을 내포하고 있는 조직 두께 및 피부 표면으로부터 깊이는 서로 다른 개인들 및/또는 피부 상에 공간적 위치들에서 상이하다. 또한, 피부의 서로 상이한 층들에서 혈류는 서로 상이한 조건들 간에 동적으로 달라지며 따라서 피부가 차가울 때 혈액 순환은 피부 표면에 근접해서 최소이고 반면 뜨거운 피부에서, 혈류는 피부 표면에 근접해서 활성이 된다. 이들 측면은 신뢰성있는 측정을 제공하는 것을 어렵게 만든다.

또한, 휴대 펄스 레이트 측정 디바이스는 이들의 사용자들에게 가장 유용하게 되기 위해 최적으로 작은 크기 및 긴 배터리 수명을 가져야 한다.

위에 기초하여, 펄스 레이트 측정에 영향을 미치는 전술한 측면들 및 변동들 중 적어도 일부를 고려하고 신뢰성있는 펄스 레이트 측정을 제공할 해결책에 대한 필요성이 있다.

발명의 일측면에 따라, 휴대용 펄스 측정 디바이스가 제공된다. 디바이스는 인체 조직을 통해 방사 에너지를 방출하기 위한 발광 소스들, 및 인체 조직을 통한 전파 후에 상기 방사 에너지의 세기를 검출하고 상기 전파를 나타내는 입력 신호들을 제공하기 위한 광 검출기에서 선택된 적어도 3개의 요소들을 포함하며, 적어도 하나의 발광 소스 및 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는, 조명 구성; 입력 신호들을 처리하는 것에 응답하여 펄스 레이트를 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함한다. 조명 구성의 요소들은 조명 구성에 발광 소스들이 조명 구성에 광 검출기들에 관련하여 비대칭으로 배치되는 구성으로 휴대용 펄스 측정 디바이스 내 배열된다.

일 구현예에서, 조명 구성에 발광 소스들은 조명 구성의 반대편 광 검출기들까지의 거리들이 서로 상이하게 되도록 배열된다.

일 구현예에서, 조명 구성은 동일 파장을 방출하는 적어도 2개의 발광 소스들을 포함한다.

일 구현예에서 조명 구성은 적어도 2개의 서로 상이한 파장들을 방출하는 적어도 2개의 발광 소스들을 포함한다.

일 구현예에서 조명 구성은 2개의 광 검출기들 및 제1 발광 소스 및 제2 발광 소스를 포함하는 2개의 발광 소스들을 포함하고, 제1 및 제2 발광 소스들은 서로 상이한 파장들을 방출한다. 일 구현예에서, 2개의 광 검출기들 및 제1 발광 소스는 제1 축선을 따라 배치되고, 제1 발광 소스는 제1 축선 상에 2개의 광 검출기들 사이에 배치되고, 제1 발광 소스 및 제2 발광 소스는 제2 축선을 따라 배치된다. 일 구현예에서, 제1 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이하고 제2 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이하다. 일 구현예에서, 제1 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들 및 제2 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 인체 조직에서 최적의 측정 범위를 제공하게 선택된다.

일 구현예에서, 디바이스는 적어도 2개의 발광 소스들로부터 적어도 하나의 광 검출기로의 직접적인 광 누설을 차단하기 위한 차단 수단을 더 포함한다.

일 구현예에서, 제1 발광 소스는 단파장의 가시광을 방출하도록 구성되고, 제2 발광 소스는 긴 파장의 가시광을 방출하게 구성된다.

일 구현예에서, 짧은 파장의 가시광은 녹색 혹은 청색광을 포함하고, 장파장의 가시광은 적외선 혹은 적색광을 포함한다.

일 구현예에서, 신뢰도 팩터는 각 채널에 대한 심박수 수치의 신뢰도의 추정을 나타내는 것으로서,처리 수단은, 특정 발광 소스로부터의 방사 에너지를 검출하는 특정 광 검출기를 포함하는 채널이 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하지 여부를 결정하고; 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하게 구성된다. 또 다른 구현예에서, 처리 수단은 최저 파워 소비를 갖는 채널을 선택하게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 선택되지 않은 적어도 하나의 다른 채널로부터 동작 파워를 셧시키도록 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록, 선택된 채널의 발광 소스의 광 세기를 감소시키게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록, 선택된 채널의 발광 소스의 광 세기를 증가시키게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은, 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값 미만임을 결정하고; 동작 파워가 보다 이전에 셧다운되었던 적어도 하나의 채널을 파워 온하고; 각 채널에 대해 신뢰도 팩터를 다시 결정하고; 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖거나, 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터와 가장 낮은 파워 소비를 갖는 채널을 재선택하게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은, 채널의 신뢰도 팩터가 제2 신뢰도 팩터 임계값 미만임을 결정하고; 채널로부터 동작 파워를 셧다운시키도록 구성된다.

일 구현예에서, 신뢰도 팩터는 SNR = ||X_HR||/||X_nHR||로서 계산되고, X_HR은 박동 혈류에 관계된 신호의 비이고, X_nHR은 박동성 혈류에 관계되지 않은 신호의 비이고, ||ㆍ||은 신호 노엄(norm) 연산자이다. 일 구현예에서 ||ㆍ||은 신호 파워 연산자 또는 신호 진폭 연산자이다. 몇가지 다른 가능한 노엄 연산자가 사용될 수도 있음이 당업자에게 명백하다.

발명의 또 다른 측면에 따라, 인체 조직을 통해 방사 에너지를 방출하기 위한 적어도 2개의 발광 소스들, 및 인체 조직을 통한 전파 후에 상기 방사 에너지의 세기를 검출하고 상기 전파를 나타내는 입력 신호들을 제공하기 위한 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는, 조명 구성으로서, 적어도 2개의 발광 소스들은 펄스 레이트를 결정하기 위해 제1 파장을 방출하는 제1 발광 소스 및 제2 파장을 방출하는 제2 발광 소스를 포함하는 것인, 조명 구성; 입력 신호들을 처리하는 것에 응답하여 펄스 레이트를 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함하고; 조명 구성의 요소들은 제1 발광 소스로부터 제1 광 검출기까지의 거리 및 제2 발광 소스로부터 제1 광 검출기까지의 거리가 서로 상이한 구성으로 휴대용 펄스 측정 디바이스 내에 배열되고, 제1 및 제2 발광 소스들로부터 제1 광 검출기까지의 거리들과 제1 및 제2 파장들은, 인체 조직 내에서 다양한 측정 깊이들의 측정을 할 수 있게 하고, 가변하는 조건들에서 혈류에 대한 감응성 및 동작 인공물들에 대한 무감응성을 제공하는, 휴대용 펄스 측정 디바이스가 제공된다.

일 구현예에서, 조명 구성은 3개의 발광 소스들, 및 제1 광 검출기를 포함하고, 2개의 발광 소스들은 제1 광 검출기로부터 동일한 거리들에 그리고 실질적으로 동일 축선 상에 제1 광 검출기의 반대편 상에 배열되고, 2개의 발광 소스들은 제1 파장을 방출하고, 제3 발광 소스는 제2 파장을 방출하고, 2개의 발광 소스들로부터 제1 광 검출기까지의 거리 및 제3 발광 소스로부터 제1 광 검출기까지의 거리는 서로 상이하다.

일 구현예에서, 제1 발광 소스는 녹색광을 방출하고, 제2 발광 소스는 적외선 광을 방출하고, 제1 광 검출기의 중심과 제1 발광 소스간 거리는 2.5mm 내지 4.5mm 및 바람직하게는 약 3.6mm이고 제1 광 검출기의 중심과 제2 발광 소스간 거리는 4.0mm 내지 7.0mm 및 바람직하게는 약 6.0mm이다.

일 구현예에서, 조명 구성은 2개의 광 검출기들을 포함하고, 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기 및 제1 발광 소스는 실질적으로 제1 축선을 따라 배치되고 제1 발광 소스는 제1 및 제2 광 검출기들 사이에 배치되고, 제1 발광 소스 및 제2 발광 소스는 제1 축선과는 상이한 제2 축선을 따라 배치된다.

일 구현예에서, 제1 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이하고, 제2 발광 소스로부터 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이하다. 일 구현예에서, 제1 발광 소스는 녹색광을 방출하고, 상기 제2 발광 소스는 적외선 광을 방출하며, 제1 광 검출기의 중심과 제1 발광 소스 간 거리는 2.0mm 내지 4.0mm이고, 바람직하게는 약 3.0mm이며, 제2 광 검출기의 중심과 제1 발광 소스 간 거리는 4.0mm 내지 6.0mm이고 바람직하게는 약 5.0mm이고, 제1 광 검출기의 중심과 제2 발광 소스 간 거리는 4.0mm 내지 6.0mm이고 바람직하게는 약 5.0mm이고, 제2 광 검출기의 중심과 제2 발광 소스 간 거리는 6.5mm 내지 8.5mm이고 바람직하게는 약 7.5mm이다.

일 구현예에서, 제1 발광 소스는 단파장의 가시광을 방출하도록 구성되고, 제2 발광 소스는 단파장의 가시광에 비해 장파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하게 구성된다.

일 구현예에서, 처리 수단은 최저 파워 소비를 갖는 채널을 선택하게 구성된다.

일 구현예에서, 신뢰도 팩터는 SNR = ||X_HR||/||X_nHR||로서 계산되고, X_HR은 박동 혈류에 관계된 신호의 부분이고, X_nHR은 박동성 혈류에 관계되지 않은 신호의 부분이고, ||ㆍ||은 신호 노엄 연산자(signal norm operator)이다.

발명의 또 다른 측면에 따라, 위에 측면들 중 어느 것의 휴대용 펄스 측정 디바이스의 입력 신호들을 처리하기 위한 방법이 제공된다. 신뢰도 팩터는 각 채널에 대한 심박수 수치의 신뢰도의 추정을 나타내는 것으로서, 방법은 특정 발광 소스로부터의 방사 에너지를 검출하는 특정 광 검출기를 포함하는 채널이 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하는지 여부를 결정하고; 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 최저 파워 소비를 갖는 채널을 선택하는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 선택되지 않은 적어도 하나의 채널로부터 동작 파워를 셧(shut)시키는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록, 선택된 채널의 발광 소스의 광 세기를 감소시키는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록, 선택된 채널의 발광 소스의 광 세기를 증가시키는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 채널의 신뢰도 팩터가 제1 신뢰도 팩터 임계값 미만임을 결정하고; 동작 파워가 보다 이전에 셧다운되었던 적어도 하나의 채널을 파워 온하고; 각 채널에 대해 신뢰도 팩터를 다시 결정하고; 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖거나, 제1 신뢰도 팩터 임계 및 가장 낮은 파워 소비 이상의 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 재선택하는 것을 포함한다.

일 구현예에서 방법은 채널의 신뢰도 팩터가 제2 신뢰도 팩터 임계값 미만임을 결정하고; 채널로부터 동작 파워를 셧다운시키는 것을 포함한다.

발명의 또 다른 측면에 따라, 프로세서 상에서 실행되었을 때, 위에 방법을 실행하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 이 제공된다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 구현될 수 있다.

발명을 더욱 이해하게 하고 이 명세서의 일부를 이루게 포함되는 첨부된 도면은 발명의 원리를 설명하는데 도움을 주는 설명과 더불어 발명의 구현예를 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 구현예를 도시한 블록도이다.
도 1b는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다.
도 1c는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다.
도 1d는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다.
도 1e는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 예를 들면 도 1a 및 도 1b에 개시된 측정 장치를 사용함으로써, 펄스 레이트를 측정함에 있어 녹색 및 적외선 광의 사용을 도시한 것이다.
도 3은 휴대용 펄스 측정 디바이스의 구현예를 도시한 블록도이다.
도 4는 발명의 일 구현예에 따라 펄스 측정 디바이스의 동작 프로세스를 도시한 블록도이다.
도 5은 발명의 일 구현예에 따라 펄스 측정 디바이스가 2개의 발광 소스들, 및 2개의 광 검출기를 포함할 때 채널 로직을 도시한 것이다.
도 6은 발명의 또 다른 일 구현예에 따라 펄스 측정 디바이스가 2개의 발광 소스들, 및 2개의 광 검출기를 포함할 때 채널 로직을 도시한 것이다.

이제 본 발명의 구현예를 상세히 참조하며 이들의 예는 첨부된 도면에 도시되었다.

도 1a는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스 내 측정 장치의 구현예를 도시한 블록도이다. 도 1a에 개시된 측정 장치는 제1 광 검출기(100) 및 제2 광 검출기(102)를 포함한다. 광 검출기는 예를 들면, 반사된 광을 검출할 수 있는 포토 검출기이다. 측정 장치는 또한 2개의 발광 소스들(104, 106)을 포함한다. 일 구현예에서, 측정 장치는 예를 들면, 디바이스가 피부에 단단히 접촉하고 있는, 신체의 손목 혹은 이외 어떤 다른 부위 상에 착용되는 휴대 측정 디바이스의 하부측 상에 배열되어졌다.

조직, 예를 들면, 피부는 광원, 예를 들면 발광 다이오드(LED)에 의해 조사된다. 도 1a의 장치에서, 제1 발광 소스(104)은 적외선 광을 방출하고 제2 발광 소스(106)은 녹색광을 방출한다. 광학 신호는 조직 내 광 흡수에 변화의 함수로서 광 검출기(100, 102)에서 검출되는 광 세기의 변동으로서 도출되는 신호이다. 광 세기에 변화는 예를 들면, 움직임에 기인하여, 조직의 변형에 의해서 야기되거나, 혹은 박동 혈류에 의해 야기되는, 영역 내 혈량에 변화에 의해 야기될 수 있다. 후자는 심박수의 검출을 위해 사용된다.

사람의 조직의 피부는 표피, 유두진피, 망상진피 및 하피를 포함하는 몇몇의 층을 포함한다. 피부 특성은 또한 개인들 및 해부학적 위치 간에 다르다. 유두진피는 차가울 때 수축하는 작은 맥관구조를 포함한다. 망상진피는 차가움에 덜 감응하는 더 큰 맥관구조를 포함한다. 혈액이 측정될 요망되는 측정 깊이는 일반적으로 약 0.6 - 3 mm 깊이인 표피 내에서 존재한다. 다음 조직 층은 대부분 지방 조직이며, 지방 조직은 움직임에 의해 야기되는 변형에 감응하고 유의한 맥관구조를 내포하지 않기 때문에, 상당 부분의 광이 이 조직로부터 반사된다면 검출된 신호에 아티팩트를 추가한다.

움직임에 기인한 조직 변형은 조직 내에 광 반사 경로에 주 변화를 야기하여, 조직이 일정한 광 세기로 조사되었을 때 광 검출기들에서 관찰되는 광 세기에 주 변화에 이르게 한다. 이 관계는 광이 이동해가는 조직 용적에 의존하는데, 즉, 용적이 클수록 움직임에 의해 변화가 더 야기된다. 그러므로, 광 검출기에 의한 검출된 신호 내 아티팩트를 최소화하기 위해 조사될 조직 용적을 최소화하는 것이 바람직하다.

반사율 포토플레시스모그래피에서 조직까지 광의 침투 깊이는 대부분이 두 팩터에 의존한다:

1) 광 검출기(100, 102)와 발광 소스들(104, 106) 간에 거리. 균질 조직 내에서 광의 애버리지 침투 깊이는 대략 d/2이며, d는 광 검출기와 발광 소스간 거리이다.

2) 광 파장은 조직에 광 흡수에 영향을 미치며 따라서 짧은 파장(예를 들면, 녹색 혹은 청색)은 긴 파장, 예컨대 적외선 및 적색보다 더 현저히 흡수된다. 녹색광에 대한 흡수 계수는 적외선 혹은 적색광에 대한 것보다 10 배 혹은 심지어 100 배 이상 더 크다. 광 검출기에서 유사한 광 레벨을 위해서, 10 배 더 큰 광 세기가 필요하다.

그러므로, 도 1a에 개시된 측정 장치에 따라, 광 침투 깊이는 거리(d)를 가변시킴으로써 제어될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 거리(d)를 가변시키는 것 외에도, 광 파장이 가변될 수도 있다. 얕은 침투를 위해, 작은 d 및 짧은 파장이 사용될 수 있고, 반면 더 깊은 침투를 위해선 큰 d 및 긴 파장이 사용될 수 있다. 거리(d) 또는 두 팩터(사용되는 거리(d) 및 파장)을 독립적으로 가변시킴으로써, 비-균질 조직에서 침투 깊이를 더 나은 최적화하는 것이 가능하다.

도 1a의 구현예에서, 제1 발광 소스(104)은 적외선 광을 방출하고 제2 발광 소스(106)은 녹색광을 방출한다. 또한, 거리(d1)은 약 2.5 mm이며, 거리(d2)는 약 4 mm이며, 거리(d3)는 약 6 mm이며, 거리(d4)는 약 4 mm이다. 이에 따라, 발광 소스들(104, 106)은 광 검출기(100, 102)에 관련하여 비대칭으로 배치된다. 도 1a의 구현예가 구체적으로 녹색 및 적외선 광의 사용을 개시할지라도, 그외 다른 적합한 파장, 예를 들면, 청색광 및 적색광, 등이 사용될 수도 있다. 광 검출기(100, 102) 및 발광 소스(106)의 중심들은 실질적으로 단일 축선을 따라 배치될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 발광 소스(106)의 중심점은 광 검출기(100, 102)의 중심들에 의해 결정되는 축선 밑에 혹은 위에 있을 수 있다.

도 1a에 개시된 측정 장치는 여러 조직 깊이들로부터 펄스 레이트를 측정할 수 있게 하는 해결책을 제공한다. 즉, 심박수에 대한 최상의 검출 결과를 제공하는 측정 깊이가 사용될 수 있다. 도 1a에 개시된 측정 장치는 또한 선택할 4개의 상이한 측정 채널들(광-방출원과 광 검출기와의 조합)을 제공하기 때문에 실시간으로 혹은 실시간에 가깝게 측정 깊이를 가별시킬 가능성을 제공한다. 예를 들어, 차가운 피부 조건에서, 최소 혈류는 피부에 근접해서 발생한다. 그러므로 더 깊은 측정이 적용될 수 있다. 뜨거운 피부 조건에서 혈류는 피부에 근접해서 활성이 되며 그러므로 더 작은 측정 깊이가 적용될 수 있다.

또한, 조직이 피부를 통해 광으로 조사될 때, 광의 흡수는 피부, 혈액을 내포하는 조직, 및 지방 조직(물과 유사한 흡수)에 의해 야기된다. 전체로, 예를 들어, 녹색광에 대한 흡수 계수는 적외선 혹은 적색에 대한 것보다 10 배 혹은 심지어 100 배 이상 더 클 수 있다. 결과로서, 녹색광은 조직 내에서 급속하게 감쇠하며 광원에 근접한 포토 검출기로 측정되었을 때 매우 작은 용적의 조직만이 광 세기에 영향을 미친다. 그러므로, 녹색광은, 피부 표면에 근접한 혈액 관류가 양호하고 동작 인공물들(움직임에 기인한 조직 용적 변형에 의존하는)이 최소화될 필요가 있는 상황에서 좋은 선택이다. 이것은 예를 들어 운동 동안 전형적이다. 그러나, 고 흡수 계수에 기인하여, 요구되는 광 세기는 적외선 광이 광 검출기에서 유사한 애버리지 광 세기를 얻는 것보다 녹색광에서 더 크며, 그러므로 녹색 광 방출 광원의 파워 소비는 적외선 광원에 대한 것보다 더 크다. 그러므로, 혈액 관류가 표면에서가 아니라 조직에서 더 깊은 상황에서 및/또는 동작 인공물들이 충분한 신호 질을 얻기에 충분히 작을 때, 적외선은 배터리 파워를 절약하고 및/또는 더 나은 신호 질을 얻기 위해 선호된다. 또한, 사람의 조직은 실제는 균질하지 않다. 이에 따라, 상당량의 방출된 광이 바람직하지 못한 반사를 야기하는 지방을 주로 포함하는 조직 층에 도달할 수 있다. 녹색광의 사용은 녹색광이 표피를 통해 잘 반사하지 않기 때문에 이 영향을 최소화한다.

도 1a의 일 구현예에서, 발광 소스(106)은 녹색광을 방출하고 발광 소스(104)은 적외선 광을 방출한다. 광 검출기(102)의 중심과 발광 소스(106) 간 거리(d1)는 2.0mm 내지 4.0mm 이고 광 검출기(100)의 중심과 발광 소스(106) 간 거리(d4)는 4.0mm 내지 6.0mm이다. 광 검출기(102)의 중심과 발광 소스(104) 간에 거리(d2)는 4.0mm 내지 6.0mm이고 광 검출기(100)의 중심과 발광 소스(104) 간에 거리(d3)는 6.5mm 내지 8.5mm이다. 또 다른 구현예에서, 광 검출기(102)의 중심과 발광 소스(106) 간 거리(d1)는 약 3.0mm 이고 광 검출기(100)의 중심과 발광 소스(106) 간 거리(d4)는 약 6.0mm이다. 광 검출기(102)의 중심과 발광 소스(104) 간 거리(d2)는 약 5.2mm이고 광 검출기(100)의 중심과 발광 소스(104) 간 거리(d3)는 약 7.5mm이다.

도 1b는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다. 도 1a가 한 쌍의 광 검출기 및 한 쌍의 발광 소스들을 개시한 반면, 도 1b는 한 광 검출기(110)만을 개시한다. 다수의 발광 소스들(112, 114, 116, 118)은 광 검출기(110) 주위에 배열되어졌고 발광 소스들(112, 114, 116, 118)로부터 거리들(d5, d6, d7, d8)은 서로 상이하다. 이에 따라, 발광 소스들(112, 114, 116, 118)은 광 검출기(110)에 관련하여 비대칭으로 배치된다. 발광 소스들의 개수는 도 1b에 개시된 것보다 더 많을 수도 있고 혹은 도 1b에 개시된 것보다 적을 수도 있다. 발광 소스들(112, 114, 116, 118)은 모두 동일한 파장, 예를 들면 적색, 적외선, 청색 혹은 녹색광을 전송할 수 있다. 또 다른 구현예에서 발광 소스들(112, 114, 116, 118)은 적어도 2개의 서로 상이한 파장들을 방출하는 발광 소스들을 포함한다.

도 1c는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다. 장치는 하나의 광 검출기(120) 및 2개의 발광 소스(122, 124)을 포함한다. 발광 소스(122, 124)에서 광 검출기(120)까지의 거리(d9, d10)는 서로 상이하다. 이에 따라, 발광 소스(122, 124)는 광 검출기(120)에 관련하여 비대칭으로 배치된다. 도 1c의 일 구현예에서, 발광 소스(124)은 녹색광을 방출하며 발광 소스(122)은 적외선 광을 방출하며, 광 검출기(120)의 중심과 발광 소스(124) 간 거리(d10)는 2.5mm 내지 4.5mm이고, 광 검출기(120)의 중심과 발광 소스(122) 간 거리(d9)는 4.0mm 내지 7.0mm이다. 또 다른 구현예에서, 광 검출기(120)의 중심과 발광 소스(124) 간 거리(d10)는 약 3.6mm이고, 광 검출기(120)의 중심과 발광 소스(122) 간 거리(d9)는 약 6.0mm이다.

도 1d는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스에서 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다. 장치는 2개의 광 검출기(126, 128) 및 발광 소스(130)을 포함한다. 발광 소스(130)부터 2개의 광 검출기(126, 128)까지의 거리(d11, d12)는 서로 상이하다. 이에 따라, 발광 소스(130)은 광 검출기(126, 128)에 관련하여 비대칭으로 배치된다. 도 1e는 본 발명에 따라 휴대 측정 디바이스 내 측정 장치의 또 다른 구현예를 도시한 블록도이다. 장치는 광 검출기(138) 및 3개의 발광 소스들(132, 134, 136)을 포함한다. 발광 소스들(132, 134)에서 광 검출기(138)까지 거리(d13)는 동일하거나 실질적으로 동일하다. 발광 소스(136)에서 광 검출기(138)까지 거리(d14)는 거리(d13)과는 상이하다. 이 구현예에서, 발광 소스들(132, 134)은 제1 파장을 방출하게 배열되고, 발광 소스(136)은 제2 파장을 방출하게 배열된다. 동작에서 발광 소스들(132, 134)로 펄스를 측정할 때, 발광 소스들은 동시에 파워 온 및 오프된다. 이것은 단일의 발광 소스만으로보다 광 검출기(138)로 더 큰 영역을 커버하는 것을 가능하게 한다. 일 구현예에서, 발광 소스들(132, 134)은 녹색광을 방출하고 발광 소스(136)은 적외선 광을 방출한다.

또한, 펄스를 측정함에 있어 발광 소스들(132, 134, 136)을 사용할 때, 발광 소스들은 연속적으로 파워 온 및 오프된다. 즉, 발광 소스들(132, 134)은 동시에 파워 온 및 오프되고 반면 발광 소스(136)은 발광 소스들(132, 134)이 파워 오프 되어진 후에만 파워 온된다. 이것은 단일의 광-방출만으로보다 및/또는 단일의 파장만이 사용되었다면 광 검출기(138)로 다양한 측정 깊이를 선택적으로 커버하는 것을 가능하게 한다.

도 1e의 일 구현예에서, 발광 소스들(132, 134)은 녹색광을 방출하고, 발광 소스(136)은 적외선 광을 방출하고, 광 검출기(138)의 중심과 발광 소스들(132, 134) 간에 거리(d13)은 2.5mm 내지 4.5mm이고, 광 검출기(138)의 중심과 발광 소스(136) 간 거리(d14)는 4.0mm 내지 7.0mm이다. 또 다른 구현예에서 광 검출기(138)의 중심과 발광 소스들(132, 134) 간 거리(d13)는 약 3.6mm이며, 광 검출기(138)의 중심과 발광 소스(136) 간 거리(d14)는 약 6.0mm이다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 5개의 구체적인 측정 구성을 개시한다. 발명의 다른 구현예에서, 측정 구성은, 조명 구성이 인체 조직을 통해 방사 에너지를 방출하기 위한 발광 소스로부터 선택된 적어도 3개의 요소, 및 인체 조직을 통해 전파 후에 상기 방사 에너지의 세기를 검출하고 상기 전파를 나타내는 입력 신호를 제공하기 위한 광 검출기를 포함하는 한, 상이할 수 있고, 조명 구성은 적어도 하나의 발광 소스 및 적어도 하나의 광 검출기를 포함하고, 조명 구성의 요소들은 조명 구성의 발광 소스들이 조명 구성의 광 검출기에 관련하여 비대칭으로 배치되는 구성으로 배열된다. 즉, 인체 조직까지의 광 침투 깊이는 적어도 하나의 거리(d)를 가변시킴으로써 제어될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 거리를 가변시키는 것 외에도 광 파장은 서로 상이한 파장들을 방출하는 발광 소스들을 사용함으로써 가변될 수 있다.

도 1a-도 1e에 개시된 거리(d1-d13)는 바람직하게는 개시된 요소의 중심들 간에 측정된다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 또는 도 1e의 일 구현예에서, 적어도 2개의 발광 소스들로부터 적어도 하나의 광 검출기로의 직접적인 광 누설을 차단하기 위한 어떤 수단. 이것은 사람의 조직으로부터의 반사된 광의 검출이 발광 소스들로부터 광 누설에 의해 영향을 받지 않는다는 잇점을 제공한다. 차단 수단은, 예를 들면, 적어도 2개의 발광 소스들로부터 적어도 하나의 광 검출기로의 직접적인 광 누설을 방지하는 임의의 물질 혹은 구조들을 지칭한다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 혹은 도 1e의 구현예 중 적어도 하나에서, 해결책은 활성의 유효한 측정 깊이, 즉, 방사 에너지원과 검출기 간에 조직 용적이 혈류엔 최대로 비례하고 다른 조직 변형에 대해선 최소로 감응하게 되도록 방사 에너지원에서 검출기로 갈 때 방사 에너지가 도달해 가는 애버리지 깊이를 동적으로 선택하는 능력을 제공한다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 예를 들면, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 혹은 도 1e에 개시된 측정 장치를 사용함으로써 펄스 레이트을 측정함에 있어 녹색 및 적외선 광의 사용을 도시한 것이다.

도 2a는 차가운 피부가 측정될 때 녹색광 및 적외선 광에 대한 광 검출기에 의해 검출된 신호들 간 비교 상황을 도시한 것이다. 수평 축선은 시간을 나타내고 수직 축선은 검출된 신호 진폭을 나타낸다. 심박수는 적외선 신호 내에서 명확히 보이지만 녹색 신호에선 거의 보이지 않는다. 이 상황에서 적외선 광의 사용은 신뢰성있는 심박수 검출을 위해 바람직할 것이다.

도 2b는 뜨거운 피부가 측정될 때 녹색광 및 적외선 광에 대한 광 검출기에 의해 검출된 신호들 간 비교 상황을 도시한 것이다. 수평 축선은 시간을 나타내고 수직 축선은 검출된 신호 진폭을 나타낸다. 심박수는 두 신호들에서 보여질 수 있다. 이러한 상황에서, 적외선 광의 사용은 낮은 파워 소비에 기인하여 바람직할 것이다.

도 2c는 측정 동안 움직임이 있을 때 녹색광 및 적외선 광에 대한 광 검출기에 의해 검출된 신호들 간 비교 상황을 도시한 것이다. 수평 축선은 시간을 나타내고 수직 축선은 검출된 신호 진폭을 나타낸다. 녹색 신호엔 어떠한 움직임 영향도 없지만 적외선 신호는 움직임에 의해 교란받음을 알 수 있다. 이 상황에서, 녹색광은 신뢰성있는 심박수 검출을 위해 바람직할 것이다.

도 3은 휴대용 펄스 측정 디바이스의 구현예를 도시한 블록도이다. 펄스 측정 디바이스는 손목 시계 유형의 디바이스의 형태 혹은 이외 어떤 다른 적용가능한 형태를 취할 수 있다. 본 발명은 임의의 형태 및 확실한 피부 부착이 도달될 수 있는 피부에 위치에 부착될 수 있음에 유의한다. 예를 들면, 팔 혹은 전완 밴드, 허리 밴드, 머리 밴드, 혹은 타이트 밴드는 이러한 측정을 위한 가능한 구현예들이다.

디바이스는 디바이스의 다른 요소들로부터 여러 신호 경로들을 통해 수신된 정보를 처리하고 디바이스 요소들에 대한 제어 정보를 제공하기 위해 배열되는 프로세서(300)를 포함한다. 프로세서(300)에 연결된 메모리(302)는 프로그램 로직을 저장하게 배열되고 이에 기초하여 프로세서(300)는 발명에 관계된 다양한 동작들을 수행한다. 메모리(302)는 또한 펄스 레이트 측정 데이터를 저장할 수 있다. 프로세서(300)는 사람의 조직을 향하여 광 신호를 방출하기 위해 프로세서(300)로부터 수신된 명령들에 기초하여 제1 광원(310) 및 제2 광원(312)을 제어하게 배열되는 광원 제어 블록(308)에 연결된다. 일부 신호 경로들에 관련하여 "SPI"은 직렬 주변 인터페이스를 의미하는 것으로 이를 통해 직렬 통신이 여러 블록들을 통해 수행될 수 있다. 일부 신호 경로들에 관련하여 "cs"는 SPI을 사용함과 함께 cs가 어느 블록과 통신할지를 가르키기 위해 사용될 수 있음을 의미한다. 아날로그 블록(316)과 프로세서(300) 간에 신호 경로에 관련하여 "CONTROL"는 아날로그 블록(316) 및 데이터 샘플링 타이밍 제어의 파워 온/오프와 같은 아날로그 회로를 제어하기 위한 한 세트의 제어 라인들을 갖는 제어 신호이다.

제1 광 검출기(318) 및 제2 광 검출기(320)는 사람의 조직으로부터 반사된 광을 수신하게 배열된다. 광 검출기(318, 320)에 의해 검출된 신호들은 저역 통과필터링을 수행할 수 있고, 대안적으로 혹은 추가적으로, 원하지 않는 신호를 제거하기 위한 대역 통과 혹은 고역 통과 필터링을 수행할 수 있는 아날로그 블록(316)에 의해 수신된다. 또한, 진행중인 측정(즉, 발광 소스 온)이 있을 때 값들을 읽어들이기 위한(샘플 홀드 회로) 제어 메커니즘이 있을 수도 있을 것이다. 이어 블록(316)의 출력은 ADC(314)에 의해 디지털 형태로 변환될 것이다.

디바이스는 또한 프로세서(300)로부터 명령에 응하여 심박수 수치를 표시하게 배열되는 디스플레이(306)를 포함한다. 충전 수단(304)은 또한 동작 파워를 디바이스에 공급하기 위해 제공된다. 디바이스는 추가로 디바이스(322)의 움직임에 관하여 가속도계 혹은 다른 센서를 포함할 수도 있다. 가속도계에 대한 대안적 구현예는 예를 들면 자이로스코프, 자력계, 디바이스와 피부 간 힘 감응 필름, 혹은 조직 변형을 측정하게 배열된 광학 센서를 포함한다. 움직임 센서로부터 신호는 광 검출기(318, 320)에 의해 검출된 신호 내 원하지 않는 움직임 오류들을 보상하는데 사용될 수도 있다.

도 3이 2개의 발광 소스들, 및 2개의 광 검출기를 개시할지라도, 발명의 다른 구현예는 발광 소스 및 광 검출기로부터 선택된 적어도 3개의 요소를 포함하는 조명 구성을 포함할 수 있고, 조명 구성은 적어도 하나의 발광 소스 및 적어도 하나의 광 검출기를 포함한다.

디바이스는 도 3에 개시되지 않은 성분 또는 요소, 예를 들면, 블루투스 칩, 블루투스 안테나, 데이터 연결 인터페이스, 기계식 버튼 혹은 버튼들, 광 센서(예를 들면, 주변 광 센서), 등 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.

도 4는 발명의 일 구현예에 따라 펄스 측정 디바이스의 동작 프로세스를 도시한 블록도이다.

도 4는 광 검출기, 예를 들면, 포토 검출기로 제공되는 다수의 광학 신호(400, 402, 404)를 도시한 것이다. 프로세서는 광학 신호를 수신하며, 이들을 처리하여 신호에 기초하여 심박수를 결정한다(408, 410, 412). 움직임 신호 혹은 신호들(406) 또한 프로세서에 제공될 수 있다. 움직임 신호는 센서(예를 들면, 가속도 센서)의 움직임 혹은 조직의 움직임에 관계된 신호이다. 예를 들면, 이것은 가속도계 신호일 수 있고, 혹은 이것은 조직 내 혈류에 무감응한 또 다른 광학 신호일 수 있다. 광학 신호는 다양한 움직임에 기인하여 쉽게 왜곡되고, 움직임 신호는 광학 신호로부터 움직임을 걸러내기 위해 사용된다.

또한, 움직임에 기인한 조직 변형은 조직 내에 광 반사 경로에 주 변화를 야기하여, 조직이 일정한 광 세기로 조사될 때 광 검출기에서 관찰되는 광 세기에 주 변화에 이르게 한다. 이 관계는 광이 이동해 가는 조직 용적에 의존하는데, 즉 용적이 클수록 더 많은 변화가 움직임에 의해 야기된다. 그러므로, 최적의 해결책에서, 조사될 조직 용적은 활성 혈액 관류를 갖는 조직의 조사를 여전히 충분하게 포함하면서도 신호 내 아티팩트를 최소화하기 위해 최소화되어야 한다.

펄스 레이트 측정 디바이스는 적어도 2개의 발광 소스들, 및 적어도 하나의 광 검출기를 포함하기 때문에, 펄스를 측정할 다수의 채널(사용되는 발광 소스들, 및 파장의 개수 및 광 검출기들의 개수에 의존하여)가 있다.

일반적으로, 주어진 시점에서, 최상의 가능한 신호가 선택될 수 있고(414) 이에 기초하여 펄스 레이트가 결정된다. 동작 인공물들이 조사된 조직의 용적에 의존하기 때문에, 더 깊은 측정 혹은 더 작은 측정 깊이)의 최적의 선택은 또한 움직임 정황 및 혈액 관류 정황, 및 개인 차이들에 의존한다.

그러므로, 각 측정된 채널에 대한 신뢰도 팩터는 심박수 수치(여기에선 SNR이라 함)의 신뢰도의 추정으로서 사용될 수 있다. 예로서, SNR은 다음으로서 계산될 수 있다

SNR = ||X_HR|| / ||X_nHR||

X_HR은 박동 혈류에 관계된 신호의 비이고, X_nHR은 박동성 혈류에 관계되지 않은 신호의 비이고, ||ㆍ||은 신호 노엄 연산자, 예를 들면, 파워, 절대 파워, 진폭 혹은 평균(mean) 진폭이다. X_HR 및 X_nHR은 신호로부터 적응적으로 추정될 수 있다. 몇몇의 다른 가능한 노엄 연산자들이 사용될 수도 있음은 당업자에게 명백하다. 또한, 위에 개시된 것보다 SNR을 결정하는 다른 방법들이 사용될 수도 있음이 또한 분명하다. 일반적으로, 가장 신뢰성있는 채널(즉, 가장 큰 SNR 값을 갖는)이 심박수 추정으로서 사용된다(416). 또 다른 구현예에서, 예를 들면, 심박수를 추정하기 위한 애버러지화 연산에 의해 몇개의 채널들이 조합될 수 있다. 또한 서로 상이한 채널들에서 정보롤 조합하기 위한 다른 연산들, 예컨대 가중 애버러지화 혹은 비선형으로 가중된 조합이 구상될 수도 있음이 분명하다.

일 구현예에서, 다음 반복 프로세스가 실행될 수 있다.

1) 신뢰도 팩터가 선택된 임계 이상이라면, 심박수 신뢰도는 주어진 채널에서 양호한 것으로 간주되고 이 수치는 심박수 출력으로서 사용될 수 있다. 몇몇의 신뢰도 팩터가 임계 이상이라면, 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널이 선택될 수도 있다. 또한, 배터리 파워를 절약하기 위해 하나 이상의 다른 채널들이 셧다운될 수도 있다. 또한, 최상의 채널의 광 세기는 신뢰도 팩터가 선택된 임계 이상인 채로 있는 한, 파워 소비를 최적화하기 위해 감소될 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 각 광원은 소정의 파워 소비를 갖는다. 최적화는 선택된 임계를 초과하는 신뢰도 팩터를 가지며, 선택된 임계를 달성하기 위한 파워 소비가 최소에 있는 채널을 선택하는 것을 포함할 수 있다.

2) 신뢰도 팩터가 선택된 임계 미만이라면, 하나 이상의 채널이 파워 온될 수 있고(이들의 현재 활성이 아니라면), 혹은 이들의 광 세기는 또 다른 채널 및/또는 더 큰 광 세기가 더 나은 신뢰도 팩터를 제공할 것이라면 최적의 채널의 변화를 허용하기 위해 증가될 수 있다.

3) 신뢰도 팩터가 또 다른 선택된 임계 미만이라면(매우 열악한 신호를 의미한다), 이러한 채널은 심박수 검출에 기여하지 않는 채널 상에 파워를 소비하는 것을 피하기 위해 완전히 셧다운될 수 있다.

위에 반복 프로세스를 사용함으로써 측정 깊이는 혈류가 각 개인에서 실제로 존재하는 깊이에 최상으로 매칭되게 측정 깊이를 적응시키고, 움직임에 의해 야기되는 조직 변형의 영향을 고려하여, 가장 신뢰성있는 심박수를 제공하기 위해 적응적으로 선택된다. 이것은 서로 상이한 조건(예를 들면, 차가운/뜨거운 피부 상황에서, 휴식 조건에서, 집중 훈련 상황에서, 등)에서 그리고 서로 다른 개인들 간에 심박수 추정의 신뢰도를 현저히 개선할 것이다. 또한, 활성 측정 채널 혹은 채널들 및 이들의 광 세기들은 신뢰도 팩터를 최적화하기 위해 적응적으로 선택될 수 있다. 이것은 또한 배터리 파워를 절약할 것이다.

표 1은 최적의 발광 소스 - 광 검출기 조합을 선택하기 위한 일반적인 원리을 나타낸다.

혈액 관류(온도)		움직임
		저	고
	저	IR 및 큰d	IR 및 작은d 녹색 및 큰d
	고	IR 및 작은d	녹색 및 작은d

"IR 및 큰 d"가 적용될 때, 저 파워가 필요하고 깊은 침투가 달성된다. "IR 및 작은 d"가 적용될 때, 녹색광으로보다 낮은 파워 레벨이 달성된다. "IR 및 작은 d"가 적용될 때, 녹색광으로보다 저 파워 및 더 깊은 침투가 달성된다. "녹색 및 큰 d"가 적용될 때, 구성은 적외선 광보다 동작 인공물들에 덜 감응한다. "녹색 및 작은 d"가 적용될 때, 구성은 동작 인공물들에 가장 무감응하고 예를 들면, 강한 스포츠 동안 측정에 적합하다.

도 5는 발명의 일 구현예에 따라, 펄스 측정 디바이스가 2개의 발광 소스들, 및 2개의 광 검출기를 포함할 때 채널 샘플링 로직을 도시한 것이다.

샘플링 주파수는 예를 들면, 모든 채널을 위한 샘플-홀드 회로에서 85,3Hz이다. 일반적인 샘플링 시퀀스는 LED 온 - 샘플링 - LED 오프이다. 하나 이상의 led 컬러가 측정마다 사용될 때, 서로로부터 떨어져 측정들을 실시(phase)하는 것이 중요하다. 이에 따라, 예시적 샘플링 로직은 도 5에 나타낸 바와 같이 LED1 온 - 샘플링 - LED1 오프 - LED2 온 - 샘플링 - LED2 오프일 수 있다.

AD 변환기는 21,3Hz로 샘플링한다. AD 변환기의 앞에 각 채널에 저역 통과필터가 있을 수 있다. 2개의 포토 검출기 및 2개의 서로 상이한 컬러 LED를 가질 때, 측정 채널들의 총 수량은 4개이다. 구성은 2개의 수신 채널을 갖기 때문에, 한번에 모니터링 및 분석하기 위해 두 세트의 데이터를 얻는 것이 가능하다. 분석 주기는 소정의 값에 설정될 수 있고, 각 분석 주기 후에, 모니터 및 분석될 또 다른 측정 채널이 선택될 수 있다.

한 가능한 상태도는 4개의 샘플링 상태를 포함한다. AD 변환은 상태 1에서 채널 1에 대해 그리고 상태 2에서 채널 2에 대해 개시될 것이다. 세 번째는 측정에 대해 아무 것도 하지 않는 "휴식" 상태일 수 있다. 제4 상태는 예를 들면, 움직임 감응 센서로부터 움직임 데이터를 수집하기 위해 사용될 수 있다.

이 예에서, 실제 측정을 위해 4개의 광학 채널 조합이 있다. 디바이스는 사용되는 광학 채널 조합을 메모리에 유지할 수 있다. 광학 채널 조합 선택을 바꾸는 것은 데이터가 분석되어진 후에 행해질 수 있다. 각 광학 채널 조합은 메모리에 저장된 LED 파워 값을 가질 수도 있다. 이 값은 데이터가 분석되어진 후에 조율될 수도 있다. 분석은 예를 들면 매 6초에, 혹은 어떤 구간, 예를 들면, 6 초의 슬라이등 윈도우 동안, 블록에서 수행될 수 있다.

도 5에 도시된 채널 샘플링 로직은 적어도 2개의 발광 소스들, 및 적어도 하나의 광 검출기가 있는 다른 구성에서 사용될 수도 있다. 또한, 일 구현예에서, 단일의 발광 소스를 샘플하기 위해 하나 이상의 광 검출기가 동시에 사용될 수도 있다.

도 6은 발명의 또 다른 구현예에 따라 펄스 측정 디바이스가 2개의 발광 소스들, 및 2개의 광 검출기를 포함할 때 채널 로직을 도시한 것이다. 도 6에 구현예는 또 다른 샘플링 주기가 도입된 것을 제외하고 도 5의 구현예와 유사하다. LED 1가 스위치 오프되어졌고 LED가 스위치 온되기 전에, 추가의 샘플링 주기("LED 오프 샘플링")이 존재한다. 이 샘플링은 하나 이상의 광 검출기(즉, 포토 검출기)로 수행될 수 있다.

LED 오프 상태(즉, 간섭 신호 측정)에서 측정은 LED 온 상태에서 측정을 수행할 때 간섭을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 간섭의 감소는 예를 들면, LED 오프 상태 신호가 신호 노이즈의 추정으로서 사용되는 적응형 필터링에 의해 행해질 수 있고, 적응형 필터는 LED 온 상태 신호에 노이즈가 미치는 영향의 추정을 계산하기 위해 사용되고, 명료해진 신호는 이들 둘의 감산 연산에 의해 달성된다. 이러한 적응형 필터 및 이의 적응을 구현하기 위한 당업자에게 알려진 몇가지 가능성들이 있다.

도 6에 도시된 채널 샘플링 로직은 또한 적어도 2개의 발광 소스들, 및 적어도 하나의 광 검출기가 있는 다른 구성에서 사용될 수도 있다. 또한, 일 구현예에서, 단일의 발광 소스를 샘플하기 위해 하나 이상의 광 검출기가 동시에 사용될 수도 있다.

기술의 진보로, 발명의 기본 아이디어가 다양한 방식들로 구현될 수 있음이 당업자에게 자명하다. 이에 따라, 발명 및 이의 구현예는 위에 기술된 예로 제한되지 않고, 대신에 이들은 청구항의 범위 내에서 다양할 수 있다.

Claims

휴대용 펄스 측정 디바이스에 있어서,
인체 조직을 통해 방사 에너지를 방출하기 위한 적어도 2개의 발광 소스들, 및 상기 인체 조직을 통한 전파 후에 상기 방사 에너지의 세기를 검출하고 상기 전파를 나타내는 입력 신호들을 제공하기 위한 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 조명 구성으로서, 상기 적어도 2개의 발광 소스들은 펄스 레이트를 결정하기 위해 제1 파장을 방출하는 제1 발광 소스 및 제2 파장을 방출하는 제2 발광 소스를 포함하는, 조명 구성;
상기 입력 신호들을 처리하는 것에 응답하여 펄스 레이트를 결정하도록 구성된 처리 수단을 포함하고;
상기 조명 구성의 요소들은 상기 제1 발광 소스에서 제1 광 검출기까지의 거리 및 상기 제2 발광 소스에서 상기 제1 광 검출기까지의 거리가 서로 상이한 구성으로 상기 휴대용 펄스 측정 디바이스 내에 배열되고,
상기 제1 및 제2 발광 소스들로부터 상기 제1 광 검출기까지의 거리들과 상기 제1 및 제2 파장들은, 상기 인체 조직 내에서 다양한 측정 깊이들의 측정을 할 수 있게 하고, 가변하는 조건들에서 혈류(blood flow)에 대한 감응성 및 동작 인공물들(movement artefacts)에 대한 무감응성을 제공하는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 조명 구성은 동일 파장을 방출하는 적어도 2개의 발광 소스들을 포함하는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제2항에 있어서, 상기 조명 구성은 3개의 발광 소스들 및 상기 제1 광 검출기를 포함하고, 2개의 발광 소스들은 상기 제1 광 검출기로부터 등거리에 그리고 실질적으로 동일 축선 상에서 상기 제1 광 검출기의 반대편 상에 배열되고, 상기 2개의 발광 소스들은 제1 파장을 방출하고, 상게 제3 발광 소스는 상기 제2 파장을 방출하고, 상기 2개의 발광 소스들로부터 상기 제1 광 검출기까지의 거리 및 상기 제3 발광 소스로부터 상기 제1 광 검출기까지의 거리는 서로 상이한, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 제1 발광 소스는 녹색광을 방출하고, 상기 제2 발광 소스는 적외선 광을 방출하며, 상기 제1 광 검출기의 중심과 상기 제1 발광 소스 간 거리는 2.5mm 내지 4.5mm이고, 바람직하게는 약 3.6mm이며, 상기 제1 광 검출기의 중심과 상기 제2 발광 소스 간 거리는 4.0mm 내지 7.0mm이고 바람직하게는 약 6.0mm인, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 구성은 2개의 광 검출기들을 포함하고, 상기 제1 광 검출기와 제2 광 검출기 및 상기 제1 발광 소스는 실질적으로 제1 축선을 따라 배치되고, 상기 제1 발광 소스는 상기 제1 및 제2 광 검출기들 사이에 배치되고, 상기 제1 발광 소스 및 상기 제2 발광 소스는 상기 제1 축선과는 상이한 제2 축선을 따라 배치되는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제5항에 있어서, 상기 제1 발광 소스로부터 상기 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이하고 상기 제2 발광 소스로부터 상기 2개의 광 검출기들까지의 거리들은 서로 상이한, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 제1 발광 소스는 녹색광을 방출하고, 상기 제2 발광 소스는 적외선 광을 방출하며, 상기 제1 광 검출기의 중심과 상기 제1 발광 소스 간 거리는 2.0mm 내지 4.0mm이고, 바람직하게 약 3.0mm이며, 상기 제2 광 검출기의 중심과 상기 제1 발광 소스 간 거리는 4.0mm 내지 6.0mm이고 바람직하게 약 5.0mm이고, 상기 제1 광 검출기의 중심과 상기 제2 발광 소스 간 거리는 4.0mm 내지 6.0mm이고 바람직하게 약 5.0mm이고, 상기 제2 광 검출기의 중심과 상기 제2 발광 소스 간 거리는 6.5mm 내지 8.5mm이고 바람직하게 약 7.5mm인, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항 내지 제3항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 발광 소스는 단파장의 가시광을 방출하도록 구성되고, 상기 제2 발광 소스는 상기 단파장의 가시광에 비해 장파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제8항에 있어서, 상기 짧은 파장의 가시광은 녹색 혹은 청색광을 포함하고, 상기 장파장의 가시광은 적외선 혹은 적색광을 포함하는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 발광 소스들로부터 상기 적어도 하나의 광 검출기로의 직접적인 광 누설을 차단하기 위한 차단 수단을 더 포함하는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은, 특정 발광 소스로부터의 방사 에너지를 검출하는 특정 광 검출기를 포함하는 채널이 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하는지 여부를 결정하고, 그리고 상기 제1 신뢰도 팩터 임계 이상의 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하도록 구성되며, 상기 신뢰도 팩터는 상기 채널에 대한 심박수 판독의 신뢰도 산출을 가리키는, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
휴대용 펄스 측정 디바이스
제11항에 있어서, 상기 처리 수단은 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하도록 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 처리 수단은 가장 낮은 파워 소비를 갖는 채널을 선택하도록 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은 선택되지 않은 적어도 하나의 채널로부터 동작 파워를 셧(shut)시키도록 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 선택된 채널의 상기 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록 상기 선택된 채널의 상기 발광 소스의 광 세기를 감소시키게 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 선택된 채널의 상기 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계를 초과하도록 상기 선택된 채널의 상기 발광 소스의 광 세기를 증가시키게 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제14항에 있어서, 상기 처리 수단은
채널의 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계값 미만임을 결정하고;
상기 동작 파워가 보다 이전에 셧다운되었던 적어도 하나의 채널을 파워 온하고;
하나 이상의 채널들에 대해 신뢰도 팩터를 다시 결정하고;
상기 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖거나, 상기 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터와 가장 낮은 파워 소비를 갖는 채널을 재선택하게 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항에 있어서, 상기 처리 수단은, 채널의 신뢰도 팩터가 제2 신뢰도 팩터 임계 미만임을 결정하고 그리고 상기 채널로부터 동작 파워를 셧타운시키도록 구성된, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신뢰도 팩터는
SNR = ||X_HR|| / ||X_nHR||
으로서 계산되고, 여기서 X_HR은 박동 혈류에 관계된 신호의 부분이고, X_nHR은 박동성 혈류에 관계되지 않은 신호의 부분이고, ||ㆍ||은 신호 노엄 연산자(signal norm operator)인, 휴대용 펄스 측정 디바이스.
제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 휴대용 펄스 측정 디바이스의 입력 신호들을 처리하는 방법에 있어서,
특정 발광 소스로부터의 방사 에너지를 검출하는 특정 광 검출기를 포함하는 채널이 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 제1 신뢰도 팩터 임계값 이상의 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하는 단계를 포함하며, 상기 신뢰도 팩터는 채널에 대한 심판수 판독의 신뢰도의 산출을 가리키는, 방법.
제20항에 있어서, 가장 큰 신뢰도 팩터를 갖는 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 최저 파워 소비를 갖는 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 선택되지 않은 적어도 하나의 채널로부터 동작 파워를 셧(shut)시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계값을 초과하도록 상기 선택된 채널의 상기 발광 소스의 광 세기를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 채널의 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계를 초과하도록 상기 선택된 채널의 상기 발광 소스의 광 세기를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제23항에 있어서, 채널의 상기 신뢰도 팩터가 상기 제1 신뢰도 팩터 임계 미만임을 결정하는 단계; 동작 파워가 보다 이전에 셧다운되었던 적어도 하나의 채널을 파워 온하는 단계; 각 채널에 대해 상기 신뢰도 팩터를 다시 결정하는 단계; 상기 제1 신뢰도 팩터 임계 이상의 신뢰도 팩터를 갖거나, 제1 상기 신뢰도 팩터 임계값 이상의 상기 신뢰도 팩터와 가장 낮은 파워 소비를 갖는 채널을 재선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항에 있어서, 채널의 신뢰도 팩터가 제2 신뢰도 팩터 임계 미만임을 결정하는 단계, 및 상기 채널로부터 동작 파워를 셧다운시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
프로세서 상에서 실행되었을 때, 제20항 내지 제27항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
컴퓨터-판독가능 매체 상에 구현된, 제20항에 따른 컴퓨터 프로그램.