KR20160088127A

KR20160088127A - 생체 정보 검출 장치

Info

Publication number: KR20160088127A
Application number: KR1020150007445A
Authority: KR
Inventors: 권용주; 윤영준; 조성호; 강재민; 김선권; 김연호; 박상윤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-07-25
Also published as: US20160206251A1; US10349847B2; KR102411658B1

Abstract

생체 정보 검출 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 생체 정보 검출 장치는, 생체 신호 측정부와 신호 처리부를 포함한다. 생체 신호 측정부는, 적어도 하나의 발광 다이오드와 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 발광부와 적어도 하나의 수광 소자를 포함하는 광검출부를 포함하며, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드에서 광신호를 발생시키고, 피검체에 의해 변조된 광신호를 수광 소자로 감지한다. 신호 처리부는, 생체 신호 측정부에서 측정된 광신호로부터 생체 정보를 분석한다.

Description

생체 정보 검출 장치{Apparatus for detecting information of the living body}

생체 정보 검출 장치에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 증가됨에 따라 다양한 종류의 생체 정보 검출 장치가 개발되고 있다. 특히 피검자가 직접 착용할 수 있는 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)가 보급되면서 헬스 케어에 특화된 기기들이 개발되고 있다.

맥파와 같은 생체 정보 검출 방법은 크게 침습적(invasive)인 방법과 비침습적(noninvasive)인 방법으로 구분할 수 있으며, 피검자의 통증을 유발시키지 않으며 간단하게 맥파를 검출할 수 있는 비침습적 방법이 많이 사용된다.

정확한 맥파 분석(pulse wave analysis:PWA)를 위해서는 피검체의 일정한 체표면에서의 광신호 기반 또는 압력 신호 기반의 정보를 얻을 수 있어야 한다. 이러한 정보들을 기반으로 하여 피검자의 생체 정보를 얻을 수 있으며 측정 오차를 줄이기 위하여 다양한 방법들이 사용된다.

광신호에 기반을 두고 생체 신호를 검출하여 생체 정보를 획득할 수 있는 생체 정보 검출 장치를 제공한다.

일 유형에 따른 생체 정보 검출 장치는, 적어도 하나의 발광 다이오드와 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 발광부와, 적어도 하나의 수광 소자를 포함하는 광검출부를 포함하며, 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드에서 광신호를 발생시키고, 피검체에 의해 변조된 광신호를 상기 수광 소자로 감지하는 생체 신호 측정부와; 상기 생체 신호 측정부에서 측정된 광신호로부터 생체 정보를 분석하는 신호 처리부;를 포함한다.

상기 광검출부는 복수의 수광 소자를 포함하며, 상기 복수의 수광 소자가 상기 발광부를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

상기 복수의 수광 소자는, 상기 발광부를 둘러싸는 형태로 적어도 네 지점에 배치될 수 있다.

상기 발광소자부는 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 발광소자부는 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드를 포함하며, 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드는 서로 섞인 상태로 2차원 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

상기 복수의 수광 소자는 상기 발광부에 대해 환형을 이루도록 배치될 수 있다.

상기 광검출부는 복수의 수광 소자를 포함하며, 상기 발광소자부는 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드를 포함하며, 상기 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드는 서로 섞인 상태로 적어도 1줄을 이루도록 일렬로 배열되며, 상기 복수의 수광 소자는 상기 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드의 일렬 배열의 적어도 일측을 따라 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는, 하나의 발광부와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자가 하나의 서브 유닛을 이루며, 상기 서브 유닛 복수개가 반복 배치된 구조를 가질 수 있다.

피검체에 착용 가능하도록 마련될 수 있다.

상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드는 시간차를 두고 광신호를 발생시키거나, 동시에 켜져 광신호를 발생시키도록 구동될 수 있다.

상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 기준면으로부터 동일 거리에 위치하도록 마련될 수 있다.

상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 기준면으로부터 서로 다른 거리에 위치하도록 마련될 수 있다.

상기 레이저 다이오드가 상기 발광 다이오드보다 기준면으로부터 먼 거리에 위치할 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 피검체에 대한 PPG 신호나 피부 표면 맥파를 측정하며, 상기 신호 처리부는 상기 PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 생체 정보를 분석할 수 있다.

상기 생체 정보는 혈액의 산소 포화도, 혈압, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

일 유형에 따른 생체 정보 검출 방법은, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 시간차를 두고 구동하여 발산각이 서로 다른 광을 시간차를 두고 피검체에 조사하는 단계와; 상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드의 시간차 구동에 맞추어 수광 소자에서 시간차를 가지는 신호들을 검출하는 단계와; 검출된 신호들 중에서 신호대 잡음비가 좋은 신호를 선택하거나 두 신호를 조합하여 생체 정보를 분석하는 단계;를 포함한다.

상기 검출된 신호들은 상기 피검체에 대한 PPG 신호나 피부 표면 맥파이고, 상기 PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 생체 정보를 분석할 수 있다.

상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 기준면으로부터 서로 다른 거리에 위치하거나 동일 거리에 위치할 수 있다.

생체 정보 검출 장치에 따르면, 광신호에 기반을 두고 생체 신호를 검출하여 생체 정보를 획득할 수 있다.

또한, 광원으로 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 혼재하여 사용하며, 발광 다이오드와 레이저 다이오드에 의한 생체 신호 예컨대, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 얻을 수 있으므로, 광특성에 따른 다양한 형태의 생체 신호 예컨대, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 얻을 수 있어, 정확한 생체 신호의 측정이 가능해진다.

도 1은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 생체 신호 측정부의 일 실시예를 보여준다.
도 3은 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 생체 신호 측정부의 다른 실시예를 보여준다.
도 4는 도 2에 예시된 생체 신호 측정부가 요골 동맥 상에 위치시켜 생체 정보를 측정하는 경우를 예를 들어 보여준다.
도 5 및 도 6은 각각 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 생체 신호 측정부의 다른 실시예들을 보여준다.
도 7 및 도 8은 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 생체 신호 측정부의 또 다른 실시예들을 보여준다.
도 9는 도 7의 생체 신호 측정부를 요골 동맥 상에 위치시켜 생체 신호를 측정하는 예를 보여준다.
도 10은 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 생체 신호 측정부의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 11 및 도 12는 발광 다이오드와 레이저 다이오드의 상대적인 위치 관계의 실시예들을 보여준다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(10)의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.

도 1을 참조하면, 생체 정보 검출 장치(10)는 피검체(OBJ)의 생체 정보를 검출하는 장치로서, 생체 신호 측정부(100)와 이 생체 신호 측정부(100)의 측정 결과를 이용하여 생체 정보를 분석하는 신호 처리부(200)를 포함한다. 상기 생체 정보 검출 장치(10)는, 메모리(220), 사용자 인터페이스(240) 및 통신부(260) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 신호 측정부(100)는 발광부(110)와 광 검출부(150)를 포함한다. 생체 신호 측정부(100)의 발광부(110)는 적어도 하나의 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode, LD)를 포함한다. 생체 신호 측정부(100)의 광 검출부(150)는 발광부(110)의 주변에 배치되는 것으로, 적어도 하나의 수광 소자를 포함한다. 수광 소자로 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor: PTr) 또는 전하 결합소자(charge-couple device: CCD) 등이 사용될 수 있다. 상기 수광 소자는 피검체(OBJ)로부터 산란, 반사되는 광 신호를 검출할 수 있다.

상기 생체 신호 측정부(100)는, 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드에서 광을 발생시켜 피검체(OBJ)에 조사되도록 하며, 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광 예컨대, 피검체(OBJ)로부터 산란되거나 반사된 광을 상기 수광 소자로 감지하도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드는 시간차를 두고 광신호를 발생시키거나, 동시에 켜져 광신호를 발생시키도록 구동될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부(100)의 광 검출부(150)에서 감지된 광신호 예컨대, PPG(photoplethysmogram) 신호나 피부 표면 맥파는 신호 처리부(200)로 보내진다. 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드가 시간차를 두고 광신호를 발생시키도록 구동되는 경우, 상기 생체 신호 측정부(100)의 광 검출부(150)에서는 광신호가 시간차를 두고 감지될 수 있다. 상기 생체 신호 측정부(100)의 다양한 실시예에 대해서는 후술한다. 여기서, 상기 PPG 신호는 피부안의 혈액 용적 변화에 따라 달라지는 변조된 광을 검출한 신호로, 혈액이 많을 때는 반사가 적고 혈액이 적을 때는 반사가 많으므로, 혈액 용적에 따라 검출되는 PPG 신호가 변하게 된다. 상기 피부 표면 맥파는, 피부 표면의 떨림에 의해 광 검출부(150)에서 감지되는 반사광의 변화를 검출한 신호이다. 혈관의 혈액 용적의 변화에 따라 피부 표면에는 떨림이 발생하게 되는데, 이러한 피부 떨림은 피부 표면에서 반사되는 광의 진행 방향을 변화시킨다. 따라서, 혈액 용적에 따라 피부 떨림이 발생하면, 광 검출부(150) 쪽으로 입사되는 광량이 변하게 되어, 광 검출부(150)에서 감지되는 광신호인 피부 표면 맥파가 변하게 된다.

상기 피검체(OBJ)는 생체 정보 검출 대상으로서 생체 정보 검출 장치(10)의 생체 신호 측정부(100)와 접촉 또는 인접할 수 있는 생체부일 수 있으며, PPG(photoplethysmography)를 통한 맥파 측정이 용이한 인체 부위일 수 있다. 예를 들어 손목 표면의 요골 동맥과 인접한 영역일 수 있다. 요골 동맥이 지나가는 손목의 피부 표면에서 맥파가 측정될 경우, 손목 내부의 피부 조직의 두께 등과 같은 측정의 오차를 발생시키는 외부적 요인들의 영향을 비교적 적게 받을 수 있다. 요골 동맥은 또한, 손목 내의 다른 종류의 혈관들보다 정확한 혈압을 측정할 수 있는 혈관에 해당되는 것으로 알려져 있다. 여기서, 상기 피검체(OBJ)는 요골 동맥에 한정되지 않으며 기타 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락 또는 귓볼 등의 다른 말초 부위일 수도 있다.

상기 신호 처리부(200)는 생체 정보 분석부(210)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호 처리부(200)는 맥파 분석부를 더 포함할 수 있다.

맥파 분석부는 광 검출부(150)에서 검출된 광신호의 시간별 세기 변화를 분석한다. 맥파 분석부는 피검체(OBJ)의 혈관(예를 들어, 요골 동맥)의 용적 변화에 대응되는 광신호의 변동(fluctuation)을 분석함으로써 생체 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 생체 신호는, 분석된 광신호의 변동과 용적 변화의 상관관계에 기초하여 변환된 PPG(photoplethysmogram) 신호일 수 있다. 맥파 분석부는 PPG 맥파 신호의 파형 특성을 분석하여 PPG 맥파 신호에 포함된 다양한 파라미터들을 분석할 수 있다. 예를 들어, 맥파 신호간의 시간차(delay time)를 산출하며, 이로부터 PTT(pulse transit time)를 연산할 수 있다. 이 과정에서, 노이즈 제거 알고리즘, 미분 신호 추출 알고리즘 등 다양한 디지털 신호 처리 알고리즘을 사용할 수 있다.

생체 정보 분석부(210)는 맥파 신호 분석 결과를 지표로 사용하여 다양한 생체 정보를 분석할 수 있다. 생체 정보 분석부(210)는 맥파 분석부에서 분석된 PTT(pulse transit time)로부터 다양한 생체 정보를 산출하는 소정의 알고리즘을 이용하여 생체 정보를 분석할 수 있다. 예를 들어, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 (systolic blood pressure) 또는 이완기 혈압 (diastolic blood pressure), 혈액의 산소 포화도 등을 추정할 수 있다.

메모리(220)에는 신호 처리부(200)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입/출력되는 데이터들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(200)에서 수행되는 상기한 맥파 분석, 생체 정보 분석을 위한 프로그램이 코드로 저장될 수 있다. 또한, 신호 처리부(200)에서의 처리에 필요한, 생체 신호 측정부(100)에서의 측정 결과들이 저장될 수 있다.

메모리(220)는 예를 들어, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리 (예를 들어 SD 또는 XD 메모리(220) 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

사용자 인터페이스(240)는 사용자 및/또는 외부기기와의 인터페이스로서, 입력부와 출력부를 포함할 수 있다. 여기서, 사용자는 생체 정보를 측정하고자 하는 대상, 즉, 피검체(OBJ)일 수도 있지만, 의료 전문가 등 상기 생체 정보 검출 장치(10)를 이용할 수 있는 사람으로서, 피검체(OBJ)보다 넓은 개념일 수 있다. 사용자 인터페이스(240)를 통해 생체 정보 검출 장치(10)를 동작하기 위해 필요한 정보가 입력되고, 분석된 결과가 출력될 수 있다. 사용자 인터페이스(240)는 예를 들어, 버튼, 커넥터, 키패드, 디스플레이부 등을 포함할 수 있고, 또한, 음향 출력부나 진동 모터와 같은 구성을 더 포함할 수도 있다.

생체 정보 검출 장치(10)는 또한, 분석된 결과를 외부의 다른 기기로 전송하기 위한 통신부(260)를 더 포함할 수 있다. 외부 기기는 예를 들어, 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비, 결과물을 프린트하기 위한 프린터, 또는, 분석 결과를 디스플레이하는 표시 장치일 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 등 다양한 기기일 수 있다.

통신부(260)는 외부 기기와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 통신부(260)는 외부 기기와 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 WIFI 통신 등 다양한 통신 방법을 이용하여 통신하도록 마련될 수 있다.

생체 정보 검출 장치(10)는 피검체(OBJ)에 착용될 수 있는 기기 즉, 웨어러블 디바이스(wearable device)의 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형으로 구현될 수 있으며, 이외에도, 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

또는, 생체 정보 검출 장치(10)의 일부 구성만이, 예를 들어, 다채널 생체 신호 측정부(100) 부분이 피검체(OBJ)에 착용될 수 있는 형태로 구현될 수도 있다.

이하에서는 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용될 수 있는 다양한 생체 신호 측정부(100)의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용되는 생체 신호 측정부(100)의 일 실시예를 보여주며, 도 3은 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용되는 생체 신호 측정부(100)의 다른 실시예를 보여준다.

상기 발광부(110)는 예를 들어 도 2에서와 같이 하나의 발광 다이오드(120)와 하나의 레이저 다이오드(130)를 포함할 수 있다.

또한, 다른 예로서, 발광부(210)는 예를 들어, 도 3에서와 같이 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)를 포함하며, 이 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)가 서로 섞인 상태로 2차원 어레이를 이루도록 배열될 수 있다. 도 3에서는 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)가 하나씩 번갈아 위치하는 경우를 보여주는데, 이는 예시적으로 보여주는 것으로 일정 개수의 발광 다이오드(120)와 일정 개수의 레이저 다이오드(130)가 번갈아 위치하거나, 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)가 불규칙적으로 나타나도록 위치할 수도 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 광 검출부(150)는, 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광의 수광율을 보다 높일 수 있도록, 복수의 수광 소자(151-154)를 구비하며, 이 복수의 수광 소자(151-154)가 상기 발광부(110)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 수광 소자(151-154)는 발광부(110)를 둘러싸는 형태로 적어도 네 지점에 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 복수의 수광 소자(151-154)가 발광부(110)를 둘러싸는 형태로 네 지점에 배치되는 예를 보여준다.

도 2 및 도 3에서 참조번호 101은 발광부(210) 및 광 검출부(150)가 배치되는 기판 예컨대, 인쇄회로기판을 나타낸다.

상기와 같이, 발광부(110)를 둘러싸는 형태로 복수의 수광 소자(151-154)가 적어도 네 지점에 배치되는 구조의 생체 신호 측정부(100)를 이용하면, 예를 들어, 도 4에서와 같이, 생체 신호를 측정하여 생체 정보를 얻을 수 있다. 도 4는 도 2에 예시된 생체 신호 측정부(100)가 요골 동맥 상에 위치시켜 생체 정보를 측정하는 경우를 예를 들어 보여준다.

이하에서는, 생체 신호 측정부(100)의 보다 다양한 실시예들에 대해 설명한다.

도 5 및 도 6은 각각 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용되는 생체 신호 측정부(100)의 다른 실시예들을 보여준다. 도 5 및 도 6은 각각 발광부(110)(210)가 도 2 및 도 3의 구조를 가지며, 광 검출부(250)가 복수의 수광 소자(251-258)가 발광부(110)(210)에 대해 환형을 이루도록 배치되는 경우를 보여준다.

즉, 광 검출부(250)가 복수의 수광 소자(251-258)가 발광부(110)(210)에 대해 환형을 이루도록 배치될 수 있다. 발광부(110)는 도 5에서와 같이 하나의 발광 다이오드(120)와 하나의 레이저 다이오드(130)를 포함할 수 있다. 또한, 발광부(210)는 도 6에서와 같이 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)를 포함하며, 이 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)가 서로 섞인 상태로 2차원 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용되는 생체 신호 측정부(100)의 또 다른 실시예들을 보여준다. 도 9는 도 7의 생체 신호 측정부(100)를 요골 동맥 상에 위치시켜 생체 신호를 측정하는 예를 보여준다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 발광부(310)는 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)를 포함하고, 광 검출부(350)는 복수의 수광 소자(351)를 포함하며, 상기 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)는 서로 섞인 상태로 적어도 1줄을 이루도록 일렬로 배열되고, 복수의 수광 소자(351)는 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)의 일렬 배열의 적어도 일측을 따라 어레이를 이루도록 배열될 수 있다.

도 7에서는 발광부(310)가 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)는 서로 섞인 상태로 한줄을 이루도록 일렬로 배열된 구조를 이루고, 광 검출부(350)가 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)의 일렬 배열의 양측을 따라 복수의 수광 소자(351) 어레이 배열을 가지도록 된 예를 보여준다.

도 8에서는 발광부(310)가 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)는 서로 섞인 상태로 두 줄을 이루도록 일렬로 배열된 구조를 이루고, 광 검출부(350)가 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)의 일렬 배열의 양측을 따라 복수의 수광 소자(351) 어레이 배열을 가지도록 된 예를 보여준다.

도 7 및 도 8에서와 같이, 발광부(310)와 광 검출부(350)가 복수의 광소자의 일렬 배열을 가지도록 구성되는 경우, 이러한 생체 신호 측정부(100)를 채용한 생체 정보 검출 장치(10)를 웨어러블 기기로 구현하여, 도 9에서와 같이, 손목 등에 착용했을 때, 기기가 예를 들어 a 방향으로 돌아간 경우에도, 요골 동맥 위나 요골 동맥 가까이에 발광 다이오드(120) 및 레이저 다이오드(130), 수광 소자(351)가 위치할 수 있으므로, 생체 신호 검출이 원활하게 이루어질 수 있다. 도 9는 도 7의 생체 신호 측정부(100)가 요골 동맥 상에 위치되어 생체 정보를 측정하는 경우를 예시적으로 보여준다.

도 10은 도 1의 생체 정보 검출 장치(10)에 채용되는 생체 신호 측정부(100)의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 10을 참조하면, 생체 신호 측정부(100)는 하나의 발광부와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자를 포함하는 광 검출부가 하나의 서브 유닛을 이루며, 이러한 서브 유닛 복수개가 반복 배치된 구조를 가지도록 구성될 수도 있다.

예를 들어, 발광 다이오드)(120-1) 및 레이저 다이오드(130-1)를 포함하는 발광부와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자(11~16)가 제 1 서브 유닛(SU1)을 구성하고, 발광 다이오드(120-2) 및 레이저 다이오드(130-2)를 포함하는 발광부와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자(21~24, 15, 16)가 제 2 서브 유닛(SU2)을 구성하며, 발광 다이오드(120-3) 및 레이저 다이오드(130-3)를 포함하는 발광부(110)와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자(31~33, 24, 15, 14)가 제 3 서브 유닛(SU3)을 구성할 수 있다.

하나의 서브 유닛에 대하여, 이에 포함된 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 구동하면서, 수광 소자에서 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광신호를 검출하고, 광신호 예컨대, 생체 신호 레벨을 판별하고 저장할 수 있다. 복수의 서브 유닛에 대해 상기의 측정을 반복하여, 저장된 생체 신호 레벨을 비교하여 최적 생체 신호를 선택할 수 있다.

도 10에서는 각 발광부가 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드를 구비하는 경우를 예를 들어 보여주는데, 복수의 발광부 중 적어도 하나는 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)가 섞인 상태로 2차원 어레이로 배열된 구조를 가질 수도 있다.

또한, 도 10에서는 생체 신호 측정부(100)가 세 개의 서브 유닛을 포함하는 경우를 보여주는데, 이는 예시적인 것으로, 생체 신호 측정부(100)는 세 개 이상의 서브 유닛을 포함할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 다양한 실시예들에 따른 생체 신호 측정부(100)에서, 발광부(110)의 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)는 도 11에서와 같이, 기준면으로부터 동일 거리(d)에 위치하도록 마련될 수도 있다.

또한, 이상에서 설명한 바와 같은 다양한 실시예들에 따른 생체 신호 측정부(100)에서, 발광부(110)의 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)는 도 12에서와 같이, 기준면으로부터 서로 다른 거리(d1≠d2)에 위치하도록 마련될 수도 있다.

여기서 기준면은 예를 들어, 생체 신호 검출 장치를 착용 가능한 기기로 구현했을 때, 이 기기가 착용된 피검체(OBJ)의 소정 위치 예컨대, 요골 동맥이 위치하는 손목의 표면 등이거나, 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치의 소정 위치일 수 있 수 있다.

잘 알려져 있는 바와 같이 발광 다이오드(120)는 출사광이 퍼지며, 레이저 다이오드(130)는 출사광이 상대적으로 퍼지지 않는다. 그러므로, 발광 다이오드(120)를 이용하는 경우에는 측정 부위에서 발광 다이오드(120)가 일정 간격이상 떨어지게 되면 생체 신호 예컨대, PPG 신호가 불명확하게 측정될 수 있다. 또한, 레이저 다이오드(130)를 이용하는 경우에는 반대로 측정 부위에서 레이저 다이오드(130)가 너무 가까이 붙어 있게 되면 PPG 신호가 불명확하게 측정될 수 있다.

이를 고려하여, 본 실시예들에 따른 생체 신호 측정부(100)에서 발광부(110)는 도 12에서와 같이, 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)가 기준면으로부터 서로 다른 거리(d1≠d2)에 위치하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)가 기준면으로부터 떨어진 거리를 각각 d1, d2라 할 때, 레이저 다이오드(130)가 발광 다이오드(120)보다 기준면으로부터 먼 거리에 위치 즉, d2 > d1을 만족하도록 배치될 수 있다.

발광부(110)의 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)를 도 11에서와 같이 기준면으로부터 동일 거리(d)에 위치하도록 배치하거나, 도 12에서와 같이 서로 다른 거리(d1≠d2)에 위치하도록 배치하는 것은 도 2, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 10에 적용될 수 있으며, 또한 복수의 발광 다이오드(120)와 복수의 레이저 다이오드(130)를 포함하는 도 3, 도 6, 도 7, 도 8, 도 10의 경우에는 발광 다이오드(120)와 레이저 다이오드(130)가 동일 거리에 위치하는 것과 서로 다른 거리에 위치하는 것이 복합되도록 배치할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 다양한 실시예에 따른 생체 신호 측정부(100)는, 발광부를 적어도 하나의 발광 다이오드와 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하도록 구성하고, 발광 다이오드와 레이저 다이오드에서 광신호를 발생시키며, 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광신호를 복수의 수광 소자로 검출하여, 생체 신호를 측정한다.

이러한 다양한 실시예에 따른 생체 신호 측정부(100)에서는 피검체(OBJ)에 대한 생체 신호 예를 들어, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 측정하게 되며, 상기 신호 처리부(200)의 생체 정보 분석부(210)에서는 상기 생체 신호 예를 들어, PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 피검체(OBJ)의 생체 정보를 분석하게 된다. 여기서, 상기 생체 정보느 혈액의 산소 포화도, 혈압 중 어느 하나이거나, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 이용하여 얻을 수 있는 다양한 생체 정보 예컨대, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도에 해당할 수 있다.

실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(10)에 따르면, 서로 다른 특성을 갖는 광원 즉, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 한 위치에 혼재하여 나란히 배치하고, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 예를 들어, 시간차를 두고 구동하여 발산각이 서로 다른 광을 시간차를 두고 피검체(OBJ)에 조사한다. 이에 따라 주변에 배치된 수광 소자에서 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광신호 예컨대, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 시간차를 두고 얻게 된다. 즉, 상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드의 시간차 구동에 맞추어 주변에 배치된 수광 소자에서 시간차를 가지는 광신호들을 검출하게 된다. 이와 같이 검출된 광신호들 예컨대, PPG 신호들이나 피부 표면 맥파들은 신호 처리부(200)로 보내지고, 신호 처리부에서는 검출된 신호들 중에서 신호대 잡음비가 좋은 신호를 선택하거나 두 신호를 조합하여 생체 정보 분석 예컨대, PPG 분석을 수행하여, 원하는 생체 정보를 검출하게 된다.

또한, 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(10)에 따르면, 서로 다른 특성을 갖는 광원 즉, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 한 위치에 혼재하여 나란히 배치하고, 발광 다이오드와 레이저 다이오드를 예를 들어, 동시에 켜지도록 구동하여 발산각이 서로 다른 광을 피검체(OBJ)에 조사할 수 있다. 이에 따라 주변에 배치된 수광 소자에서 피검체(OBJ)에 의해 변조된 광신호 예컨대, PPG 신호나 피부 표면 맥파를 얻게 된다. 즉, 상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드의 동시 구동에 맞추어 주변에 배치된 수광 소자에서 광신호를 검출하게 된다. 이와 같이 검출된 광신호들 예컨대, PPG 신호나 피부 표면 맥파는 신호 처리부(200)로 보내지고, 신호 처리부에서는 검출된 신호를 이용하여 생체 정보 분석 예컨대, PPG 분석이나 맥파 분석을 수행하여, 원하는 생체 정보를 검출하게 된다.

이때, 생체 정보 검출 장치(10)에 의해 상기 검출된 신호들은 예를 들어, 피검체(OBJ)에 대한 PPG 신호나 피부 표면 맥파일 수 있으며, 상기 PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 생체 정보를 분석하게 된다. 이와 같이 분석된 생체 정보는 혈액의 산소 포화도, 협압 중 적어도 어느 하나이거나 PPG 신호나 피부 표면 맥파를 이용하여 얻을 수 있는 다양한 생체 정보 예컨대, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도에 해당할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같은 생체 정보 검출 장치(10)는 PPG 신호나 피부 표면 맥파를 분석하는 장치 예컨대, 혈압 또는 맥파 분석 장치에 이용될 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 검출 장치(10)는 의료진단 기기 예컨대, 혈압 측정 장치나 산소 포화도 측정 장치에 적용될 수 있다.

10...생체 정보 검출 장치 100...생체 신호 측정부
110...발광부 120...발광 다이오드
130...레이저 다이오드 150...광 검출부
200...신호 처리부

Claims

적어도 하나의 발광 다이오드와 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 발광부와, 적어도 하나의 수광 소자를 포함하는 광검출부를 포함하며, 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드에서 광신호를 발생시키고, 피검체에 의해 변조된 광신호를 상기 수광 소자로 감지하는 생체 신호 측정부와;
상기 생체 신호 측정부에서 측정된 광신호로부터 생체 정보를 분석하는 신호 처리부;를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 광검출부는 복수의 수광 소자를 포함하며, 상기 복수의 수광 소자가 상기 발광부를 둘러싸는 형태로 배치되는 생체 정보 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 복수의 수광 소자는, 상기 발광부를 둘러싸는 형태로 적어도 네 지점에 배치되는 생체 정보 검출 장치.
제3항에 있어서, 상기 발광소자부는 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제3항에 있어서, 상기 발광소자부는 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드를 포함하며, 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드는 서로 섞인 상태로 2차원 어레이를 이루도록 배열되는 생체 정보 검출 장치.
제3항에 있어서, 상기 복수의 수광 소자는 상기 발광부에 대해 환형을 이루도록 배치되는 생체 정보 검출 장치.
제6항에 있어서, 상기 발광소자부는 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드를 포함하며, 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드는 서로 섞인 상태로 2차원 어레이를 이루도록 배열되는 생체 정보 검출 장치.
제6항에 있어서, 상기 발광소자부는 하나의 발광 다이오드와 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 광검출부는 복수의 수광 소자를 포함하며,
상기 발광소자부는 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드를 포함하며,
상기 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드는 서로 섞인 상태로 적어도 1줄을 이루도록 일렬로 배열되며,
상기 복수의 수광 소자는 상기 복수의 발광 다이오드와 복수의 레이저 다이오드의 일렬 배열의 적어도 일측을 따라 어레이를 이루도록 배열되는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 생체 신호 측정부는,
하나의 발광부와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자가 하나의 서브 유닛을 이루며,
상기 서브 유닛 복수개가 반복 배치된 구조를 가지는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서, 피검체에 착용 가능하도록 마련되는 생체 정보 검출 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 및 레이저 다이오드는 시간차를 두고 광신호를 발생시키거나, 동시에 켜져 광신호를 발생시키도록 된 생체 정보 검출 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 기준면으로부터 동일 거리에 위치하거나 서로 다른 거리에 위치하도록 마련되는 생체 정보 검출 장치.
제13항에 있어서, 상기 레이저 다이오드가 상기 발광 다이오드보다 기준면으로부터 먼 거리에 위치하는 생체 정보 검출 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생체 신호 측정부는 피검체에 대한 PPG 신호나 피부 표면 맥파를 측정하며,
상기 신호 처리부는 상기 PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 생체 정보를 분석하는 생체 정보 검출 장치.
제15항에 있어서, 상기 생체 정보는 혈액의 산소 포화도, 혈압, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나인 생체 정보 검출 장치.
발광 다이오드와 레이저 다이오드를 시간차를 두고 구동하여 발산각이 서로 다른 광을 시간차를 두고 피검체에 조사하는 단계와;
상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드의 시간차 구동에 맞추어 수광 소자에서 시간차를 가지는 신호들을 검출하는 단계와;
검출된 신호들 중에서 신호대 잡음비가 좋은 신호를 선택하거나 두 신호를 조합하여 생체 정보를 분석하는 단계;를 포함하는 생체 정보 검출 방법.
제17항에 있어서, 상기 검출된 신호들은 상기 피검체에 대한 PPG 신호나 피부 표면 맥파이고,
상기 PPG 신호나 피부 표면 맥파로부터 생체 정보를 분석하는 생체 정보 검출 방법.
제18항에 있어서, 상기 생체 정보는 혈액의 산소 포화도, 혈압, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도 중 적어도 어느 하나인 생체 정보 검출 방법.
제18항에 있어서, 상기 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 기준면으로부터 서로 다른 거리에 위치하거나 동일 거리에 위치하는 생체 정보 검출 방법.