KR20160090125A - 생체 정보 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

비침습적 방식으로 맥파를 검출하고 생체 정보를 추출할 수 있는 생체 정보 검출 장치가 개시된다. 개시된 생체 정보 검출 장치는 피검체의 표면 맥파를 측정하는 표면 맥파 측정부를 포함하며, 표면 맥파 측정부는 비간섭성 광을 방출하는 적어도 하나의 광원 및 상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하는 적어도 하나의 광검출기를 포함한다. 상기 표면 맥파 측정부는 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체의 표면 맥파를 측정할 수 있다.

Description

생체 정보 검출 장치 {Apparatus for detecting information of the living body}
개시된 실시예들은 생체 정보 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비침습적 방식으로 맥파를 검출하고 생체 정보를 추출할 수 있는 생체 정보 검출 장치에 관한 것이다.
최근 건강에 관한 관심이 증가함에 따라 다양한 종류의 생체 정보 검출 장치들이 개발되고 있다. 특히, 피검자가 직접 착용할 수 있는 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)가 보급되면서 헬스 케어에 특화된 기기들이 개발되고 있다.
맥파와 같은 생체 정보를 검출하는 방법은 크게 침습적(invasive)인 방식과 비침습적(noninvasive)인 방식으로 구분할 수 있다. 최근에는, 피검자의 통증을 발생시키지 않으며 간단하게 맥파를 검출할 수 있는 비침습적 방식이 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.
비침습적 방식으로 맥파를 검출하고 생체 정보를 추출할 수 있는 생체 정보 검출 장치가 제공된다.
일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치는, 피검체의 표면 맥파를 측정하는 표면 맥파 측정부; 및 상기 표면 맥파 측정부에서 측정된 피검체의 표면 맥파를 기초로 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부;를 포함할 수 있으며, 상기 표면 맥파 측정부는, 비간섭성 광을 방출하는 적어도 하나의 광원; 상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하는 적어도 하나의 광검출기; 및 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기가 피검체의 표면으로부터 이격되도록 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기를 고정하는 가이드부;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 표면 맥파 측정부는 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체의 표면 맥파를 측정할 수 있다.
예를 들어, 하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 가이드부는 광원 및 광검출기의 쌍들 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 격막을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 하나의 광원 둘레에 다수의 광검출기들이 배열될 수 있다.
상기 가이드부는 인접한 광검출기들 사이에 각각 배치된 다수의 격막을 포함할 수 있다.
각각의 격막의 일측 단부에 상기 광원이 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 생체 신호 추출부는 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부, 중복 맥박(dicrotic notch)을 추출하는 중복 맥박 검출부, 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부, 및 피검체의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부를 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 검출 장치는, 상기 생체 신호 추출부에서 추출된 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수, 또는 맥파 전달 시간을 포함하는 다수의 파라미터를 이용하여, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 포함하는 생체 정보를 분석하도록 구성된 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 검출 장치는, 상기 생체 신호 추출부에서 추출된 다수의 파라미터, 또는 상기 분석부에서 분석된 생체 정보를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생체 정보 검출 장치는 상기 표면 맥파 측정부를 피검체에 착용 가능(wearable)하도록 구성된 착용부를 더 포함할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치는, 피검체의 표면 맥파를 측정하는 표면 맥파 측정부; 피검체의 광용적 맥파(photo plethysmogram; PPG) 신호를 측정하는 광용적 맥파 측정부; 및 상기 표면 맥파 측정부 및 광용적 맥파 측정부에서 측정된 결과를 이용하여 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부;를 포함할 수 있으며, 상기 표면 맥파 측정부는, 적어도 하나의 광원; 상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛을 검출하는 적어도 하나의 광검출기; 및 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기가 피검체의 표면으로부터 이격되도록 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기를 고정하는 가이드부;를 포함할 수 있다.
상기 광용적 맥파 측정부는 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 적어도 하나의 광원 및 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 적어도 하나의 광검출기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치되며, 상기 광용적 맥파 측정부의 하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 쌍들 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 격막을 포함할 수 있다.
상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍과 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍이 서로 인접하여 배치되며, 상기 가이드부는 상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍과 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍 사이에 배치된 적어도 하나의 격막을 포함할 수 있다.
상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍은 상기 격막의 상부에 고정되며 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍은 상기 격막의 하부에 고정될 수 있다.
상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원 둘레에 상기 표면 맥파 측정부의 다수의 광검출기들이 배열될 수도 있다.
또한, 상기 광용적 맥파 측정부는 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 다수의 광검출기를 포함하며, 상기 광용적 맥파 측정부의 다수의 광검출기는 상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원 둘레에 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 표면 맥파 측정부의 다수의 광검출기들과 상기 광용적 맥파 측정부의 다수의 광검출기들이 서로 번갈아 배열될 수 있다.
상기 생체 신호 추출부는, 광용적 맥파 신호의 DC 성분을 추출하는 DC 성분 검출부, 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부, 중복 맥박(dicrotic notch)을 추출하는 중복 맥박 검출부, 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부, 및 피검체의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부를 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 검출 장치는, 상기 생체 신호 추출부에서 추출된 광용적 맥파 신호의 DC 성분, 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수, 또는 맥파 전달 시간을 포함하는 다수의 파라미터를 이용하여, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 포함하는 생체 정보를 분석하도록 구성된 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 검출 장치는, 상기 생체 신호 추출부에서 추출된 다수의 파라미터, 또는 상기 분석부에서 분석된 생체 정보를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생체 정보 검출 장치는 상기 표면 맥파 측정부 및 광용적 맥파 측정부를 피검체에 착용 가능하도록 구성된 착용부를 더 포함할 수 있다.
상기 표면 맥파 측정부의 상기 적어도 하나의 광원은 비간섭성 광을 방출하도록 구성되며, 상기 표면 맥파 측정부의 적어도 하나의 광검출기는 상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하도록 구성되고, 상기 표면 맥파 측정부는 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체의 표면 맥파를 측정하도록 구성될 수 있다.
개시된 생체 정보 검출 장치에 따르면, 비교적 고가인 레이저나 이미지 센서를 사용하지 않고, 예를 들어, 발광 다이오드(LED)와 포토다이오드만으로도 표면 맥파를 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 개시된 생체 정보 검출 장치에 따르면, 표면 맥파와 광용적 맥파를 함께 검출함으로써 혈압과 같은 생체 정보를 보다 정확하게 추출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보이는 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 표면 맥파 측정부의 동작 원리를 보이는 단면도이다.
도 3은 표면 맥파 측정부에서 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 4는 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 5는 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 표면 맥파 측정부를 피검체에 배치하는 예를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 7 및 도 8은 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 저면도 및 저면 사시도이다.
도 9는 표면 맥파 측정부를 피검체에 착용한 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보이는 구성도이다.
도 11a 및 도 11b는 표면 맥파 측정부와 광용적 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.
도 12는 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부와 광용적 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 13은 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부와 광용적 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 14는 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부와 광용적 맥파 측정부의 개략적인 구성을 보이는 저면도이다.
도 15a 및 도 15b는 혈관 직경이 작은 경우에 혈관의 이완 및 수축 동작을 예시적으로 보이는 단면도이며, 도 16a 및 도 16b는 혈관 직경이 큰 경우에 혈관의 이완 및 수축 동작을 예시적으로 단면도이다.
도 17은 표면 맥파 측정부에서 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 18은 광용적 맥파 측정부에서 측정된 광용적 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 생체 정보 검출 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(100)의 개략적인 구성을 보이는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(100)는, 피검체(OBJ)의 표면에 배치되어 피검체(OBJ)의 표면 맥파를 광학적으로 측정하는 표면 맥파 측정부(10) 및 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 피검체(OBJ)의 표면 맥파를 기초로 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부(30)를 포함할 수 있다. 또한, 생체 정보 검출 장치(100)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 다양한 생체 신호 파라미터들을 이용하여 생체 정보를 분석하는 분석부(40) 및 상기 표면 맥파 측정부(10), 생체 신호 추출부(30)와 분석부(40)의 동작을 제어하는 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 표면 맥파 측정부(10)는 비간섭성 광을 방출하는 광원(11), 광원(11)에서 방출되어 피검체(OBJ)의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하는 광검출기(12), 및 광원(11)과 광검출기(12)가 피검체(OBJ)의 표면으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 광원(11)과 광검출기(12)를 고정하는 가이드부(13)를 포함할 수 있다. 이러한 표면 맥파 측정부(10)는 피검체(OBJ)의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체(OBJ)의 표면 맥파를 측정할 수 있다.
이를 위해, 광원(11)은 예컨대 발광 다이오드(Light emitting diode; LDE)를 사용할 수 있다. 발광 다이오드 외에도 빛을 방출할 수 있는 다양한 발광체들을 광원(11)으로서 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 광원(11)에서 방출되는 빛의 파장도 제한되지 않는다. 광검출기(12)로는 빛의 세기를 검출할 수 있는 다양한 광전소자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광검출기(12)는 포토다이오드, 포토트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
가이드부(13)는 광원(11)과 광검출기(12)를 고정하는 수직한 격막(13a, 13b)을 포함할 수 있다. 격막(13a, 13b)의 일단은 광원(11)의 광방출면과 광검출기(12)의 입광면으로부터 돌출되도록 구성될 수 있다. 따라서, 격막(13a, 13b)의 일단이 피검체(OBJ)의 표면에 접촉할 때, 광원(11)의 광방출면과 광검출기(12)의 입광면이 피검체(OBJ)의 표면으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 광원(11)의 광방출면 및 광검출기(12)의 입광면과 격막(13a, 13b)의 일단 사이의 거리는 수 mm, 예컨대, 약 1 mm 내지 10 mm 정도일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 표면 맥파 측정부(10)의 동작 원리를 개략적으로 보이는 예시적인 단면도이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 광원(11)에서 방출된 빛(PL)은 피검체(OBJ)의 표면(S1)에서 반사된다. 그리고, 피검체(OBJ)의 표면(S1)에서 반사된 반사광(RL)은 광검출기(12)에 의해 검출된다. 광검출기(12)에서 검출되는 반사광(RL)의 세기는 광원(11) 및 광검출기(12)와 피검체(OBJ)의 표면(S1) 사이의 거리에 의존할 수 있다. 예를 들어, 도 2a를 참조하면, 혈관(BV)의 수축기에는 광원(11) 및 광검출기(12)와 피검체(OBJ)의 표면(S1) 사이의 간격(g1)이 커지게 된다. 이때, 광검출기(12)에서 검출되는 반사광(RL)의 세기는 작아진다. 반면, 도 2b를 참조하면, 혈관(BV)의 이완기에는 혈관(BV)이 팽창함에 따라 피검체(OBJ)의 표면(S1)이 광원(11) 및 광검출기(12)를 향해 상승하게 된다. 따라서, 광원(11) 및 광검출기(12)와 피검체(OBJ)의 표면(S1) 사이의 간격(g2)이 작아지게 된다. 이때, 광검출기(12)에서 검출되는 반사광(RL)의 세기는 커지게 된다.
따라서, 광검출기(12)를 통해 반사광(RL)의 세기를 측정함으로써, 혈관(BV)의 수축/이완에 따라 피검체(OBJ)의 표면(S1)이 하강/상승하는 정도를 알 수 있으며, 이로부터 표면 맥파를 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 3은 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 3의 그래프에 도시된 표면 맥파 신호는 광검출기(12)에서 측정된 반사광(RL)의 세기와 대체로 일치할 수 있다. 다만, 혈관(BV)의 수축기에서 피검체(OBJ)의 표면(S1)의 높이가 가장 낮을 때(즉, 광원(11) 및 광검출기(12)와 피검체(OBJ)의 표면(S1) 사이의 거리가 가장 멀 때) 표면 맥파 신호의 크기가 영(0)이 되도록, 광검출기(12)에서 측정된 반사광(RL)의 세기 신호를 시프트시키면, 도 3에 도시된 표면 맥파 신호를 얻을 수 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b에는 표면 맥파 측정부(10)가 단지 하나의 광원(11)과 하나의 광검출기(12)를 포함하는 것으로 간단히 도시되어 있다. 그러나, 표면 맥파 측정의 정확도를 향상시키기 위하여 표면 맥파 측정부(10)를 다양하게 구성하는 것이 가능하다.
도 4는 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 표면 맥파 측정부(10)는 다수의 광원(11)과 다수의 광검출기(12)들을 포함할 수 있다. 또한, 다수의 광원(11)에서 각각 방출된 빛이 피검체(OBJ)의 표면(S1)에서 반복적으로 반사되어 발생하는 노이즈를 줄이기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 광원(11)과 하나의 광검출기(12)가 각각 하나의 쌍(10a, 10b, 10c)을 이루도록 인접하여 배치될 수 있다. 그리고, 광원(11) 및 광검출기(12)의 인접하는 쌍(10a, 10b, 10c)들 사이의 크로스토크를 방지하기 위하여, 가이드부(13)는 광원(11) 및 광검출기(12)의 인접하는 쌍(10a, 10b, 10c)들 사이에 각각 배치되는 격막(13c, 13d)을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 다수의 광원(11)과 다수의 광검출기(12)들의 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들을 이용하여 측정된 반사광(RL)의 세기를 평균함으로써 표면 맥파 측정의 오차를 줄일 수 있다.
도 5는 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 도 4에 도시된 예에서는, 인접하는 두 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 표면의 법선 방향으로 한 쌍의 광원(11)과 광검출기(12)가 차례로 배열되어 있다. 즉, 쌍(10a, 10b, 10c)들의 배열 방향과 광원(11)과 광검출기(12)의 배열 방향이 같을 수 있다. 이 경우, 하나의 쌍을 이루는 광원(11)과 광검출기(12)는 인접하는 서로 다른 2개의 격막에 각각 고정되어 있다. 반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 쌍을 이루는 광원(11)과 광검출기(12)는 인접하는 두 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 표면 방향으로 차례로 배열될 수도 있다. 따라서, 쌍(10a, 10b, 10c)들의 배열 방향과 광원(11)과 광검출기(12)의 배열 방향은 서로 수직이 된다. 이 경우, 하나의 쌍을 이루는 광원(11)과 광검출기(12)의 양쪽 측면에 각각 격막이 하나씩 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 표면 맥파 측정부(10)를 피검체(OBJ)의 표면에 배치하는 예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 도 6a 및 도 6b에서 쇄선은 피검체(OBJ) 내부의 혈관(BV)의 방향을 예시적으로 보인다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들의 배열 방향과 혈관(BV)의 방향이 수직하도록 표면 맥파 측정부(10)를 배치할 수 있다. 이 경우, 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들을 이용하여 측정된 반사광(RL)의 세기를 평균하여 표면 맥파 신호를 얻을 수 있다. 또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들의 배열 방향과 혈관(BV)의 방향이 일치하도록 표면 맥파 측정부(10)를 배치할 수도 있다. 이 경우, 혈관(BV)의 서로 다른 지점에 배치된 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들에서 측정되는 맥파 신호의 시간차를 이용하여 맥파 전달 시간(PTT; Pulse Transit Time)을 얻을 수도 있다.
도 7 및 도 8은 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)의 개략적인 구성을 보이는 저면도 및 저면 사시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 표면 맥파 측정부(10)의 경우, 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들이 일직선 방향으로 배열되어 있지만, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 원형 배열을 갖는 표면 맥파 측정부(10)를 구성하는 것도 가능하다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 표면 맥파 측정부(10)는 중심부에 배치된 광원(11) 및 광원(11)의 둘레를 따라 배열된 다수의 광검출기(12)들을 포함할 수 있다. 또한, 가이드부(13)는 인접한 광검출기(12)들 사이에 각각 배치된 다수의 격막(13a, 13b, 13c, 13d)들을 포함할 수 있다. 다수의 격막(13a, 13b, 13c, 13d)들은 광원(11)의 광방출면과 광검출기(12)의 입광면으로부터 돌출하도록 구성된다. 다수의 광검출기(12)들은 인접하는 두 격막(13a, 13b, 13c, 13d)들 사이에 직접 고정될 수도 있지만, 격막(13a, 13b, 13c, 13d)들 위에 배치된 디스크(14)의 표면에 고정될 수도 있다. 도 7 및 도 8에는 중심부에 단지 하나의 광원(11)이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 중심부에 다수의 광원(11)들을 배치하는 것도 가능하다.
도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 표면 맥파 측정부(10)에서, 다수의 광원(11)들과 다수의 광검출기(12)들이 동시에 동작할 수도 있지만, 필요에 따라서는 순차적으로 동작하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 광원(11)과 광검출기(12)의 쌍(10a, 10b, 10c)들을 하나씩 동작시키거나, 도 7에 도시된 다수의 광검출기(12)들을 하나씩 동작시키면서 검출된 광신호의 신호대 잡음비를 분석하여, 피검체(OBJ)의 혈관(BV)에 일치하여 배치된 쌍(10a, 10b, 10c)이나 광검출기(12)를 찾을 수 있다. 그런 후, 피검체(OBJ)의 혈관(BV)에 일치하여 배치된 쌍(10a, 10b, 10c)이나 광검출기(12)를 이용하여 표면 맥파를 검출할 수 있다. 이 경우, 표면 맥파 측정부(10)를 피검체(OBJ)의 혈관(BV), 예를 들어, 요골 동맥에 완전히 정확하게 정렬시킬 필요가 없다.
상술한 표면 맥파 측정부(10)는 피검체(OBJ)가 착용하는 스마트 워치와 같은 다양한 착용 가능(wearable) 디바이스나 헬스 케어 관련 장치 또는 의료 기기 등에 연결되거나 또는 그 내부에 포함될 수 있다. 이를 위해, 생체 정보 검출 장치(100)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)를 피검체(OBJ)에 착용하도록 구성된 착용부(15)를 포함할 수 있다. 도 9는 표면 맥파 측정부(10)를 피검체(OBJ)에 착용한 예를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9에 도시된 착용부(15)는 예를 들어, 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형으로 구현될 수 있으며, 이외에도 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형으로 구현될 수 있다. 도 9는 단순한 예이며, 착용부(15)의 구체적인 형태는 도 9에 도시된 예에 제한되지 않는다. 또한, 도 9에는 표면 맥파 측정부(10)만이 착용부(15)에 결합된 것으로 도시되어 있지만, 도 1에 도시된 생체 정보 검출 장치(100)의 전체가 착용부(15)와 결합될 수도 있다.
상술한 표면 맥파 측정부(10)는 단순히 반사광(RL)의 세기를 측정하는 방식이기 때문에, 예를 들어 LED와 같이 비교적 저렴한 비간섭성 광원(11)과 포토다이오드와 같이 비교적 저렴한 광검출기(12)를 사용할 수 있다. 반면, 피검체(OBJ)에 조사된 레이저 광의 산란 형상에 의해 발생한 레이저 스페클(laser speckle)을 검출하는 표면 맥파 검출 방식의 경우, 광원으로서 비교적 고가인 레이저를 사용하고 광검출기로서 CCD와 같은 고가의 이미지 센서를 사용할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 표면 맥파 측정부(10)는 레이저 스페클을 검출하는 방식에 비하여 비교적 간단하고 저렴한 구성으로 표면 맥파를 검출할 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 생체 신호 추출부(30)는 상술한 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 피검체(OBJ)의 표면 맥파를 기초로 다양한 생체 신호 파라미터들을 추출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 추출부(30)는 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부(31), 중복 맥박(dicrotic notch)을 추출하는 중복 맥박 검출부(32), 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부(33), 및 피검체(OBJ)의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT; Pulse Transit Time)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부(34)를 포함할 수 있다.
피크 검출부(31)는 도 3에 도시된 표면 맥파 신호에서 피크(P1, P2)의 크기와 시간을 추출할 수 있다. 중복 맥박 검출부(32)는 도 3에 도시된 표면 맥파 신호에서 중복 맥박(N)의 크기와 시간을 추출할 수 있다. 심박수 검출부(33)는 도 3에 도시된 표면 맥파 신호의 주기를 이용하여 심박수를 추출할 수 있다. 맥파 전달 시간 검출부(34)는 혈관(BV)의 서로 다른 지점에 배치된 다수의 쌍(10a, 10b, 10c)들에서 측정되는 맥파 신호의 시간차를 이용하여 맥파 전달 시간을 추출할 수 있다. 생체 신호 추출부(30)가 맥파 신호를 이용하여 생체 신호 파라미터들을 추출하는 보다 구체적인 알고리즘은 공지의 알고리즘을 이용할 수 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
분석부(40)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 다양한 생체 신호 파라미터들을 이용하여 다양한 생체 정보를 분석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수 또는 맥파 전달 시간을 포함하는 다수의 생체 신호 파라미터들을 이용하여, 분석부(40)는 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압(systolic blood pressure) 또는 이완기 혈압(diastolic blood pressure)을 포함하는 생체 정보를 분석할 수 있다. 또한, 생체 정보에는 현재 혈압 상태가 정상인지 비정상인지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 분석부(40)가 생체 정보를 분석하는 보다 구체적인 알고리즘은 공지의 알고리즘을 이용할 수 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
제어부(50)는 표면 맥파 측정부(10)에 맥파 신호를 측정하도록 명령할 수 있으며, 광원(11)과 광검출기(12)의 동작을 개별적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(50)는 맥파 신호를 이용하여 생체 신호 파라미터를 추출하도록 생체 신호 추출부(30)를 제어할 수 있으며, 생체 신호 파라미터를 이용하여 생체 정보를 분석하도록 분석부(40)를 제어할 수 있다. 비록 도 1에는 생체 신호 추출부(30), 분석부(40) 및 제어부(50)가 별도의 블록으로 도시되어 있지만, 상기 생체 신호 추출부(30), 분석부(40) 및 제어부(50)는, 예를 들어, 하나의 반도체 프로세서 칩으로 구현될 수도 있으며, 또는 각각 별도의 반도체 프로세서 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 생체 신호 추출부(30), 분석부(40) 및 제어부(50)는 사용자의 컴퓨터에서 실행 가능한 소프트웨어로 구현될 수도 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 생체 정보 검출 장치(100)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 다양한 생체 신호 파라미터들 또는 분석부(40)에서 분석된 생체 정보들을 사용자에게 표시하기 위한 표시부(51), 사용자의 명령을 입력하기 위한 명령 입력부(52), 상기 생체 신호 파라미터, 생체 정보, 또는 사용자의 명령을 저장하기 위한 메모리(53), 및 분석된 결과를 외부의 다른 기기로 전송하기 위한 통신부(54)를 더 포함할 수 있다.
명령 입력부(52)는 키 패드, 터치 스크린, 음성 인식장치 등으로 구현될 수 있다. 제어부(50)는 명령 입력부(52)에 입력된 사용자의 명령에 따라 표면 맥파 측정부(10), 생체 신호 추출부(30) 및 분석부(40)를 제어하고, 그 결과를 표시부(51)에 표시할 수 있다. 여기서, 사용자는 생체 정보를 측정하고자 하는 대상, 즉, 피검체(OBJ)일 수도 있지만, 의료 전문가 등 생체 정보 검출 장치(100)를 이용할 수 있는 사람으로서, 피검체(OBJ)보다 넓은 개념일 수 있다.
메모리(53)에는 생체 신호 추출부(30), 분석부(40) 및 제어부(50)를 위한 프로그램이 더 저장될 수도 있다. 여기서 메모리(53)는, 예를 들어, 플래시 메모리, 하드디스크, 멀티미디어 카드 마이크로, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 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.
통신부(54)와 통신하는 외부 기기는 예를 들어, 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비일 수 있으며, 결과물을 프린트하기 위한 프린터일 수도 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
통신부(54)는 외부 기기와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 통신부(54)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 방법을 이용하여 통신할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
도 10은 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(200)의 개략적인 구성을 보이는 구성도이다. 도 10에 도시된 생체 정보 검출 장치(200)는, 피검체(OBJ)의 표면에 배치되어 피검체(OBJ)의 표면 맥파를 광학적으로 측정하는 표면 맥파 측정부(10), 피검체(OBJ)의 광용적 맥파(photo plethysmogram; PPG)를 측정하는 광용적 맥파 측정부(20), 및 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 피검체(OBJ)의 표면 맥파와 광용적 맥파 측정부(20)에서 측정된 피검체(OBJ)의 광용적 맥파를 기초로 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부(30)를 포함할 수 있다. 또한, 생체 정보 검출 장치(100)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 다양한 생체 신호 파라미터들을 이용하여 생체 정보를 분석하는 분석부(40), 표면 맥파 측정부(10), 생체 신호 추출부(30)와 분석부(40)의 동작을 제어하는 제어부(50), 표시부(51), 명령 입력부(52), 메모리(53), 및 통신부(54)를 더 포함할 수 있다.
도 1의 생체 정보 검출 장치(100)와 비교할 때, 도 10의 생체 정보 검출 장치(200)는 피검체(OBJ)의 광용적 맥파 신호를 측정하는 광용적 맥파 측정부(20)를 더 포함할 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(200)는 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 피검체(OBJ)의 표면 맥파와 광용적 맥파 측정부(20)에서 측정된 피검체(OBJ)의 광용적 맥파를 함께 이용하여 생체 정보를 검출할 수 있다. 생체 정보 검출 장치(200)의 나머지 구성은 도 1의 생체 정보 검출 장치(100)의 구성과 같거나 유사할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)는 함께 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)는 가이드부(13)에 함께 고정될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)는 비간섭성 광을 방출하는 광원(11) 및 광원(11)에서 방출되어 피검체(OBJ)의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하는 광검출기(12)를 포함할 수 있다. 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광검출기(12)는 피검체(OBJ)의 표면으로부터 이격되도록 가이드부(13)에 고정될 수 있다.
광용적 맥파 측정부(20)는 혈액, 특히 적혈구가 적색 또는 적외선 계열의 빛을 잘 흡수하는 성질을 이용하여 광용적 맥파를 측정할 수 있다. 예를 들어, 광용적 맥파 측정부(20)는 적색 또는 근적외선 계열의 빛을 방출하는 광원(21), 및 적색 또는 근적외선 계열의 빛의 세기를 측정하는 광검출기(22)를 포함할 수 있다. 피검체(OBJ) 내부의 혈관(BV)으로 빛이 용이하게 침투할 수 있도록, 광원(21)은 피검체(OBJ)의 표면에 접촉하여 배치될 수 있다. 또한, 광검출기(22)는 피검체(OBJ)의 혈액에서 흡수된 후 재방출되는 빛을 용이하게 검출하기 위하여 피검체(OBJ)의 표면에 접촉하여 배치될 수 있다. 이를 위해, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)과 광검출기(22)는 피검체(OBJ)의 표면에 밀착되도록 가이드부(13)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광검출기(12)는 가이드부(13)의 상부 영역에 고정되며, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)과 광검출기(22)는 가이드부(13)의 하부 영역에 고정될 수 있다.
한편, 표면 맥파 측정부(10)는 광원(11)으로서 어떠한 종류의 발광체를 사용할 수도 있다. 또한, 표면 맥파 측정부(10)의 광검출기(12)의 종류도 제한되지 않는다. 따라서, 조립의 편의성을 위하여 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11) 및 광검출기(12)는 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21) 및 광검출기(22)와 동일한 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11) 및 광검출기(12)는 적색 또는 근적외선 계열의 빛을 방출 및 검출하는 것일 수 있다. 이 경우, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)는 피검체(OBJ)의 표면에 대한 상대적인 위치로 구별될 수 있다.
도 10에 도시된 생체 정보 검출 장치(200)의 생체 신호 추출부(30)는, 예를 들어, 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부(31), 중복 맥박을 추출하는 중복 맥박 검출부(32), 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부(33), 피검체(OBJ)의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부(34), 및 광용적 맥파 신호의 DC 성분을 추출하는 DC 성분 검출부(35)를 포함할 수 있다. 피크 검출부(31), 중복 맥박 검출부(32), 심박수 검출부(33) 및 맥파 전달 시간 검출부(34)는 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 표면 맥파와 광용적 맥파 측정부(20)에서 측정된 광용적 맥파를 모두 이용하여 각각의 생체 신호 파라미터들을 추출할 수 있다. DC 성분 검출부(35)는 광용적 맥파 측정부(20)에서 측정된 광용적 맥파를 이용하여 광용적 맥파 신호의 DC 성분을 추출할 수 있다.
분석부(40)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 다양한 생체 신호 파라미터들을 이용하여 다양한 생체 정보를 분석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 분석부(40)는 생체 신호 추출부(30)에서 추출된 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수, 맥파 전달 시간, 또는 광용적 맥파 신호의 DC 성분을 포함하는 다수의 생체 신호 파라미터들을 이용하여, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 포함하는 생체 정보를 분석할 수 있다.
도 10에 도시된 예에서, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광검출기(12)가 하나의 쌍을 이루어 인접하여 배치되며, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)과 광검출기(22)가 하나의 쌍을 이루어 인접하여 배치될 수 있다. 가이드부(13)는 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11) 및 광검출기(12)의 쌍과 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21) 및 광검출기(22)의 쌍 사이에 배치되는 제 1 격막(13a) 및 표면 맥파 측정부(10)의 광검출기(12)에 배치된 제 2 격막(13b)을 포함할 수 있다. 또한, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)과 광검출기(22) 및 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광검출기(12)는 제 1 및 제 2 격막(13a, 13b)의 표면의 법선 방향을 따라 차례로 일렬로 배열되어 있다. 예를 들어, 제 1 격막(13a)의 좌측 표면에 광검출기(22)가 고정되고 광검출기(22)의 좌측에 광원(21)이 배치될 수 있으며, 제 1 격막(13a)의 우측 표면에 광원(11)이 고정되고 광원(11)의 우측에 광검출기(12)가 배치될 수 있다. 그러나, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 구성은 도 10에 도시된 예에 한정되지 않으며, 매우 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 11a 및 도 11b는 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 개략적인 구성을 보이는 사시도로서, 도 11a는 전면 사시도이고 도 11b는 배면 사시도이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)는 가이드부(13)의 2개의 격막(13a, 13b) 사이에 함께 고정될 수 있다. 예컨대, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)은 제 1 격막(13a)의 우측 표면에 고정될 수 있으며, 표면 맥파 측정부(10)의 광검출기(12)와 광용적 맥파 측정부(20)의 광검출기(22)는 제 2 격막(13b)의 좌측 표면에 고정될 수 있다. 그리고, 광용적 맥파 측정부(20)는 가이드부(13)의 전면부에 배치될 수 있으며, 표면 맥파 측정부(10)는 가이드부(13)의 배면부에 배치될 수 있다.
또한, 광용적 맥파 측정부(20)는 가이드부(13)의 하부 영역에 배치되고, 표면 맥파 측정부(10)는 가이드부(13)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 즉, 도 11a에 도시된 바와 같이, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)의 광방출면과 광검출기(21)의 입광면은 제 1 및 제 2 격막(13a, 13b)의 하부 표면과 일치하여 배치된다. 반면, 도 11b에 도시된 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)의 광방출면과 광검출기(12)의 입광면은 제 1 및 제 2 격막(13a, 13b)의 상부 표면과 일치하여 배치될 수 있다. 따라서, 피검체(OBJ)에 가이드부(13)를 위치시키면, 광용적 맥파 측정부(20)는 피검체(OBJ)의 표면에 접촉하며 표면 맥파 측정부(10)는 피검체(OBJ)의 표면으로부터 이격될 수 있다.
도 12는 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도 12를 참조하면, 표면 맥파 측정부(10)는 하나의 광원(11)과 하나의 광검출기(12)를 각각 구비하는 다수의 쌍(10a, 10b)들을 포함할 수 있으며, 광용적 맥파 측정부(20)는 하나의 광원(21)과 하나의 광검출기(22)를 각각 구비하는 다수의 쌍(20a, 20b)들을 포함할 수 있다. 표면 맥파 측정부(10)의 하나의 쌍(10a, 10b)과 광용적 맥파 측정부(20)의 하나의 쌍(20a, 20b)이 서로 인접하여 배치되도록, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들이 서로 하나씩 번갈아 배치될 수 있다. 가이드부(13)는 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들 사이에 각각 배치되는 제 1 내지 제 3 격막(13a, 13b, 13c)을 포함할 수 있다. 또한, 가이드부(13)는 가장 마지막의 표면 맥파 측정부(10)의 쌍(10ab)을 고정하는 제 4 격막(13d)을 더 포함할 수도 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들은 제 1 내지 제 4 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 상부에 고정되며, 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들은 제 1 내지 제 3 격막(13a, 13b, 13c)의 하부에 고정될 수 있다.
도 13은 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 도 12에 도시된 예에서는, 광용적 맥파 측정부(20)의 광원(21)과 광검출기(22) 및 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)과 광검출기(12)는 제 1 내지 제 4 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 표면의 법선 방향을 따라 차례로 일렬로 배열되어 있다. 반면, 도 13에 도시된 바와 같이, 표면 맥파 측정부(10)의 하나의 쌍(10a, 10b)을 이루는 광원(11)과 광검출기(12)는 제 1 내지 제 4 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 표면 방향으로 차례로 배열될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 광용적 맥파 측정부(20)의 하나의 쌍(20a, 20b)을 이루는 광원(21)과 광검출기(22)도 제 1 내지 제 3 격막(13a, 13b, 13c)의 표면 방향으로 차례로 배열될 수도 있다. 도 13의 경우에도, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들이 서로 하나씩 번갈아 배치될 수 있다. 또한, 도 13의 평면도에는 보이지 않지만, 도 12와 마찬가지로, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들은 제 1 내지 제 4 격막(13a, 13b, 13c, 13d)의 상부에 고정되며, 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들은 제 1 내지 제 3 격막(13a, 13b, 13c)의 하부에 고정될 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 예에서, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 쌍(10a, 10b)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 쌍(20a, 20b)들 사이에 배치되는 제 1 내지 제 3 격막(13a, 13b, 13c)들을 사용하지 않을 수도 있다. 대신에, 도 11a 및 도 11b에 도시된 형태로, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광원(11, 21)들을 함께 고정하는 하나의 격막과 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광검출기(12, 22)들을 함께 고정하는 다른 하나의 격막을 사용할 수도 있다. 즉, 도 11a 및 도 11b에 도시된 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)가 다수의 쌍으로 배열될 수도 있다.
도 14는 또 다른 예에 따른 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)의 개략적인 구성을 보이는 저면도이다. 도 14를 참조하면, 표면 맥파 측정부(10)의 하나의 광원(11)의 둘레에 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 광검출기(12)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광검출기(22)들이 배열될 수 있다. 여기서, 표면 맥파 측정부(10)의 광원(11)은 적색 또는 근적외선 계열의 빛을 방출할 수 있다. 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 광검출기(12)들과 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광검출기(22)들은 둘레 방향을 따라 서로 번갈아 배치될 수 있다. 도 14에는 중심부에 하나의 광원(11)이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 중심부에 다수의 광원(11)들을 배치하는 것도 가능하다.
또한, 가이드부(13)는 인접한 광검출기(12, 22)들 사이에 각각 배치된 다수의 격막(13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f)들을 포함할 수 있다. 다수의 광검출기(12, 22)들은 그에 인접하는 두 격막(13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f)들 사이에 직접 고정될 수도 있지만, 격막(13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f)들 위에 배치된 디스크(14)의 표면에 고정될 수도 있다. 디스크(14)를 사용하는 경우, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 광검출기(12)들이 피검체(OBJ)의 표면으로부터 이격되고 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광검출기(22)들이 피검체(OBJ)의 표면과 접촉하도록, 상기 디스크(14)는 높이가 상이한 다수의 영역들을 가질 수 있다. 예컨대, 광용적 맥파 측정부(20)의 다수의 광검출기(22)들이 배치되는 디스크(14)의 영역은 높이가 낮고, 표면 맥파 측정부(10)의 다수의 광검출기(12)들이 배치되는 디스크(14)의 영역은 높이가 높을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 표면 맥파 측정부(10)와 광용적 맥파 측정부(20)를 이용하여 표면 맥파와 광용적 맥파를 함께 검출함으로써 혈압과 같은 생체 정보를 보다 정확하게 추출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 표면 맥파 측정부(10)를 이용하면 피검체(OBJ)의 표면에서 직접 반사되는 빛을 검출하기 때문에 높은 신호대 잡음비를 얻을 수 있다. 또한, 광용적 맥파 측정부(20)는 피검체(OBJ)의 혈관(BV)의 직경에 의존하는 DC 성분을 추출할 수 있기 때문에 피검체(OBJ)의 혈관(BV)의 직경 편차에 의한 오차를 보상할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 혈관 직경이 작은 경우에 혈관의 이완 및 수축 동작을 예시적으로 보이는 단면도이며, 도 16a 및 도 16b는 혈관 직경이 큰 경우에 혈관의 이완 및 수축 동작을 예시적으로 단면도이다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 수축시의 직경이 상대적으로 작은 혈관(BV1)의 경우, 이완시에 혈관(BV1)의 직경 증가량이 크다. 따라서, 이완시에 피검체(OBJ)의 표면의 높이 증가량(h1)이 크다. 반면 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 수축시의 직경이 비교적 큰 혈관(BV2)의 경우에는, 이완시에 혈관(BV2)의 직경이 상대적으로 작게 증가한다. 따라서, 이완시에 피검체(OBJ)의 표면의 높이 증가량(h2)의 상대적으로 작다(즉, h1 > h2). 이러한 수축시의 혈관 직경은 개인마다 차이가 있다.
이러한 이유로, 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 표면 맥파의 진폭은 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 표면 맥파의 진폭보다 작아진다. 예를 들어, 도 17은 표면 맥파 측정부(10)에서 측정된 표면 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 17의 그래프에서, 'A'로 표시된 쇄선 그래프는 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 표면 맥파 신호를 나타내며, 'B'로 표시된 실선 그래프는 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 표면 맥파 신호를 나타낸다. 도 17에 예시된 바와 같이, 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 표면 맥파 신호가 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 표면 맥파 신호보다 큰 진폭을 갖는다. 따라서, 표면 맥파 신호의 진폭만으로 혈압의 세기를 구하면, 혈관 직경의 개인차를 반영하지 못하기 때문에 오차가 발생할 수 있다.
한편, 도 18은 광용적 맥파 측정부(20)에서 측정된 광용적 맥파 신호를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 18의 그래프에서, 'A'로 표시된 쇄선 그래프는 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호를 나타내며, 'B'로 표시된 실선 그래프는 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호를 나타낸다. 도 18에 예시된 바와 같이, 혈관 내의 혈액에서 흡수되고 남은 나머지 빛의 세기를 측정하는 광용적 맥파 측정부(20)는 혈관(BV1, BV2)의 직경에 의존하는 DC 성분(DC1, DC2)을 갖는 광용적 맥파 신호를 얻을 수 있다. 예를 들어, 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호는 상대적으로 큰 DC 성분(DC1)을 가지며, 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호는 상대적으로 작은 DC 성분(DC2)을 갖는다. 또한, 수축시의 직경이 작은 혈관(BV1)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호가 수축시의 직경이 큰 혈관(BV2)에 대해 측정된 광용적 맥파 신호보다 큰 진폭을 갖는다.
따라서, 광용적 맥파 신호의 DC 성분의 크기를 이용하여 혈관 직경을 유추할 수 있다. 그러면, 표면 맥파 신호와 광용적 맥파 신호의 진폭 변화를 이용하여 추정되는 혈압의 세기를 DC 성분의 크기를 고려하여 보상함으로써, 피검체(OBJ)의 정확한 혈압을 계산할 수 있다. 특히, 표면 맥파 측정부(10)의 신호대 잡음비가 높기 때문에 혈압 측정의 정확도가 더욱 향상될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 생체 정보 검출 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....표면 맥파 측정부 11.....광원
12.....광검출기 13.....가이드부
20.....광용적 맥파 측정부 21.....광원
22.....광검출기 30.....생체 신호 추출부
31.....피크 검출부 32.....중복 맥파 검출부
33.....심박수 검출부 34.....PTT 검출부
35.....DC 성분 검출부 40.....분석부
50.....제어부 51.....표시부
52.....명령 입력부 53.....메모리
54.....통신부 100, 200.....생체 정보 검출 장치
OBJ.....피검체 BV.....혈관

Claims (24)

  1. 피검체의 표면 맥파를 측정하는 표면 맥파 측정부; 및
    상기 표면 맥파 측정부에서 측정된 피검체의 표면 맥파를 기초로 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부;를 포함하며,
    상기 표면 맥파 측정부는:
    비간섭성 광을 방출하는 적어도 하나의 광원;
    상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하는 적어도 하나의 광검출기; 및
    상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기가 피검체의 표면으로부터 이격되도록 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기를 고정하는 가이드부;를 포함하며,
    상기 표면 맥파 측정부는 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체의 표면 맥파를 측정하는 생체 정보 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치되는 생체 정보 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드부는 광원 및 광검출기의 쌍들 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 격막을 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하나의 광원 둘레에 다수의 광검출기들이 배열되어 있는 생체 정보 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드부는 인접한 광검출기들 사이에 각각 배치된 다수의 격막을 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 격막의 일측 단부에 상기 광원이 고정되어 있는 생체 정보 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부는 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부, 중복 맥박(dicrotic notch)을 추출하는 중복 맥박 검출부, 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부, 및 피검체의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부에서 추출된 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수, 또는 맥파 전달 시간을 포함하는 다수의 파라미터를 이용하여, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 포함하는 생체 정보를 분석하도록 구성된 분석부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부에서 추출된 다수의 파라미터, 또는 상기 분석부에서 분석된 생체 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부를 피검체에 착용 가능(wearable)하도록 구성된 착용부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  11. 피검체의 표면 맥파를 측정하는 표면 맥파 측정부;
    피검체의 광용적 맥파(photo plethysmogram; PPG) 신호를 측정하는 광용적 맥파 측정부; 및
    상기 표면 맥파 측정부 및 광용적 맥파 측정부에서 측정된 결과를 이용하여 다수의 생체 신호 파라미터들을 추출하는 생체 신호 추출부;를 포함하며,
    상기 표면 맥파 측정부는:
    적어도 하나의 광원;
    상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛을 검출하는 적어도 하나의 광검출기; 및
    상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기가 피검체의 표면으로부터 이격되도록 상기 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광검출기를 고정하는 가이드부;를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광용적 맥파 측정부는 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 적어도 하나의 광원 및 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 적어도 하나의 광검출기를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치되며, 상기 광용적 맥파 측정부의 하나의 광원과 하나의 광검출기가 하나의 쌍을 이루도록 인접하여 배치되는 생체 정보 검출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 쌍들 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 격막을 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍과 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍이 서로 인접하여 배치되며,
    상기 가이드부는 상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍과 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍 사이에 배치된 적어도 하나의 격막을 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍은 상기 격막의 상부에 고정되며 상기 광용적 맥파 측정부의 광원 및 광검출기의 하나의 쌍은 상기 격막의 하부에 고정되는 생체 정보 검출 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원 둘레에 상기 표면 맥파 측정부의 다수의 광검출기들이 배열되어 있는 생체 정보 검출 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광용적 맥파 측정부는 피검체의 표면에 접촉하도록 배치되는 다수의 광검출기를 포함하며, 상기 광용적 맥파 측정부의 다수의 광검출기는 상기 표면 맥파 측정부의 하나의 광원 둘레에 배열되어 있는 생체 정보 검출 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 다수의 광검출기들과 상기 광용적 맥파 측정부의 다수의 광검출기들이 서로 번갈아 배열되어 있는 생체 정보 검출 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부는, 광용적 맥파 신호의 DC 성분을 추출하는 DC 성분 검출부, 맥파 신호의 피크를 추출하는 피크 검출부, 중복 맥박(dicrotic notch)을 추출하는 중복 맥박 검출부, 단위 시간 당 맥파 신호의 개수를 계수하는 심박수 검출부, 및 피검체의 서로 다른 지점 간에 맥파 전달 시간(PTT)을 추출하는 맥파 전달 시간 검출부를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부에서 추출된 광용적 맥파 신호의 DC 성분, 맥파 신호의 피크, 중복 맥박, 심박수, 또는 맥파 전달 시간을 포함하는 다수의 파라미터를 이용하여, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 포함하는 생체 정보를 분석하도록 구성된 분석부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 생체 신호 추출부에서 추출된 다수의 파라미터, 또는 상기 분석부에서 분석된 생체 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부 및 광용적 맥파 측정부를 피검체에 착용 가능하도록 구성된 착용부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 표면 맥파 측정부의 상기 적어도 하나의 광원은 비간섭성 광을 방출하도록 구성되며, 상기 표면 맥파 측정부의 적어도 하나의 광검출기는 상기 적어도 하나의 광원에서 방출되어 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기를 측정하도록 구성되고, 상기 표면 맥파 측정부는 피검체의 표면으로부터 반사된 빛의 세기 변화를 기초로 피검체의 표면 맥파를 측정하도록 구성되는 생체 정보 검출 장치.
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