KR20170044826A - 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동적인 상태에서도 생체신호의 측정이 가능한 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와, 동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와, 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부와, 디지털 변환된 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 전송하는 무선 통신부를 포함하되, 상기 초소형 배터리, 상기 PPG신호 검출부, 상기 가속도 센서, 상기 신호 처리부 및 상기 무선 통신부는 유연 기판에 실장되어 전기적 배선을 통해 상호 연결되며, 상기 유연 기판은 착용자의 신체에 부착 혹은 착용됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 특히 동적인 상태에서도 생체신호의 측정이 가능한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.
최근 발표된 자료에 따르면 2030년에 65세 이상 고령인구의 비중이 약 25%에 육박해 국민 4명 중 한 명이 노년인구라고 한다. 주목할 점은 인류의 삶의 수준이 높아지고 기대수명이 연장되면서 건강에 대한 관심 또한 증가하고 있다는 것이다. 건강에 대한 관심이 증가한다는 것은 헬스케어(Healthcare) 산업과 관련된 물품과 서비스의 이용빈도가 증가한다는 것을 의미한다.
헬스케어 산업과 관련된 물품은 우리 주변 및 실생활에 이미 널리 보급되어 있다. 예를 들면 전자 디지털 체온계, 맥박계, 혈압계, 저주파 치료기, 자가 혈당 측정기, 각종 헬스기기에 탑재된 자가 체형 진단 및 보정 프로그램 등이 그 좋은 예라 할 수 있다.
그러나 이들 헬스케어 관련 물품들은 독립된 하나의 제품으로 보급되어 있는 것이 일반적인 형태이며, 설령 여러 기능들이 융합되어 있는 복합 제품일지라도 통신 기능이 지원되고 있지 않아 원격진료 서비스를 제공받는데 한계가 있으며, 휴대성이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.
따라서 여러 기능이 복합되어 있는 헬스케어 관련 제품을 만들되, 휴대가 간편하면서도 사용이 편리한, 그리고 무선 통신 기술을 접목해 원격지에 위치한 의료진 혹은 건강 트레이너, 혹은 체형 관리자와 같은 소위 전문가 집단과 정보를 공유할 수 있는 제품의 개발이 이루어진다면, 전도유망한 헬스케어 시장을 선점할 수 있을 것으로 예상된다.
또한 현재 주요 이슈로 부각되고 있는 웨어러블(wearable) 컴퓨터에 대한 관심이 증폭되고 있는 실정을 감안해 볼 때, 그리고 현재 보급 초기단계에 있는 스마트 워치(watch)에 상술한 여러 기능의 헬스케어 관련 제품들을 융합하여 제품화한다면, 초기 웨어러블 디바이스 시장의 선점은 물론 헬스케어 시장을 활성화하는데 기여할 수 있을것으로 예상된다.
이러한 예상에 부합하는 제품들로서, 이미 스마트 워치 혹은 스마트 밴드가 소개되고 있다. 소개된 스마트 워치 혹은 스마트 밴드에는 PPG(photoplethysmography)나 ECG(electrocardiogram) 방식의 모듈을 적용하여 심박수를 측정하고 있다.
그러나 소개되고 있는 대부분의 웨어러블 디바이스들은 정적인 상태에서 생체신호를 측정할 수 있도록 고안되어 있기 때문에, 동적인 상태, 즉 착용자의 움직임이 있는 상태(걷기, 달리기, 운동 상태)에서는 생체신호 측정이 불가능하거나 측정 오차가 크다는 단점을 안고 있다. 이는 개발된 웨어러블 디바이스들이 신체 부위에 정밀하게 밀착되지 않아 발생하는 오류(일예로 광신호 수신불가)이다.
이에 본 발명의 목적은 상술한 단점을 해결하기 위해 창안된 발명으로서, 착용자가 다이나믹하게 움직이는 동적 상황에서도 정상적으로 생체신호를 측정할 수 있는 웨어러블 디바이스를 제공함에 있다.
더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 착용자가 다이나믹하게 움직이는 동적 상황에서도 정상적으로 생체신호를 측정하되, 착용자가 다이나믹하게 움직이는 동적 상태에서도 신체 접착력이 유지될 수 있는 링 혹은 패치 타입의 웨어러블 디바이스를 제공함에 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스는,
전원공급용 초소형 배터리와;
PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와;
동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와;
상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부와;
디지털 변환된 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 전송하는 무선 통신부;를 포함하되,
상기 초소형 배터리, 상기 PPG신호 검출부, 상기 가속도 센서, 상기 신호 처리부 및 상기 무선 통신부는 유연 기판에 실장되어 전기적 배선을 통해 상호 연결되며, 상기 유연 기판은 착용자의 신체에 부착 혹은 착용됨을 특징으로 한다.
상술한 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 유연 기판은 착용자 손가락에 착용 가능한 링 타입의 유연 기판이거나, 착용자 신체에 부착 가능한 패치 타입의 유연 기판임을 특징으로 한다.
더 나아가 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스는,
PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와, 동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와, 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부, 상기 PPG 신호 검출시기를 제어하는 컨트롤러 및 데이터 통신을 위한 통신부가 유연 기판에 실장되어 있는 센싱모듈과;
적어도 상기 센싱모듈로 전원을 공급하고, 상기 통신부를 통해 전송되는 상기 PPG신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 외부기기로 전송하는 무선 통신부를 가지는 데이터 전송모듈;을 포함함을 특징으로 하며,
상기 유연 기판은 착용자 손가락에 착용 가능한 링 타입의 유연 기판이거나 착용자 신체에 부착 가능한 패치 타입의 유연 기판임을 또 다른 특징으로 한다.
상술한 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스들은 링 타입으로 손가락에 착용할 수 있거나 패치 타입으로 신체 일부분에 부착할 수 있기 때문에, 센서와 신체가 밀착되어 설령 착용자가 걷기 혹은 달리기를 하더라도 정상적으로 심박수와 같은 생체신호를 측정할 수 있음은 물론, 안정적으로 생체신호를 획득할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 구성 예시도.
도 2는 도 1에 도시한 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 블럭구성 예시도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패치 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 구성 예시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 구성 예시도.
도 2는 도 1에 도시한 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 블럭구성 예시도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패치 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 구성 예시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 구성 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성과 같은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 구성도를 예시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 블럭구성도를 예시한 것이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스는 착용자가 동적으로 움직이는 상황에서도 정상적으로 PPG(photoplethysmographic) 신호를 감지할 수 있도록 손가락에 착용 가능한 링(Ring) 타입으로 구현 가능하다.
생체신호 측정 가능한 링 타입의 웨어러블 디바이스는 디바이스를 구성하는 각 부품 소자에 전원을 공급하기 위한 전원공급용 초소형 배터리(110)와,
PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부(120),
동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서(130)와,
상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부(140),
디지털 변환된 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 전송하는 무선 통신부(150)를 포함하되,
상기 초소형 배터리(110), 상기 PPG신호 검출부(120), 상기 가속도 센서(130), 상기 신호 처리부(140) 및 상기 무선 통신부(150)는 유연 기판(FPCB 등)(100)에 실장되어 전기적 배선을 통해 상호 연결됨을 특징으로 한다.
상기 전원공급용 초소형 배터리(110)는 유연 배터리 또는 초소형 배터리로 구현 가능하며, 심박수를 측정하기 위한 상기 PPG신호 검출부(120)는 LED 광원과 광센서를 결합한 모듈이거나, 유연 OLED광원과 유연 광센서를 결합한 PPG 모듈일 수 있다. PPG신호 검출부(120)는 측정된 PPG 신호에 상응하는 전류를 후술할 신호 처리부(140)에 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 PPG신호 검출부(120)만을 포함하는 웨어러블 디바이스를 설명하고 있지만, 필요한 생체신호를 측정하기 위한 다종의 센서들(예를 들면, 온도측정센서, GSR 센서 등)이 필요에 따라 선택적으로 유연 기판(100)에 실장될 수 있을 것이다.
신호 처리부(140)는 전류-전압 변환부, 증폭부, 필터부 및 아날로그-디지털 변환부(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.
전류-전압 변환부는 PPG신호 검출부(120)와 가속도 센서(130)로부터 제공된 전류 신호를 전압 신호로 변환하고, 이를 증폭부가 충분한 크기의 전압 레벨로 증폭한다. 필터부는 증폭부를 통해 증폭된 신호에 포함된 잡음을 밴드 패스 필터로 제거하여 각 대역에 맞는 신호를 추출하고, 외부 전원에 의한 잡음을 제거하기 위하여 RC 필터를 구비할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부는 필터부로부터 제공된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 무선 통신부(150)에 제공한다.
무선 통신부(150)는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra WideBand), 또는 IEEE 802.11 계열의 Wi-Fi 등의 근거리 무선 통신 규격으로 구현될 수 있고, 신호 처리부(140)로부터 제공된 데이터를 무선 통신 규격에 따라 처리한 후 처리된 생체신호를 스마트 디바이스(200)로 송신한다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 초소형 배터리(110), PPG신호 검출부(120), 가속도 센서(130), 신호 처리부(140) 및 무선 통신부(150)가 유연 기판(100)에 실장되어 전기적 배선을 통해 상호 연결되어 있는 웨어러블 디바이스의 유연 기판(100) 양 끝단을 접합하여 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 링 타입 형상을 가지는 디바이스로 제작하면, 착용자의 손가락에 착용 가능한 상태가 된다.
이에 착용자는 도 1의 (b)에 도시한 링 타입의 웨어러블 디바이스를 손가락에 착용하여 달리기, 걷기와 같은 운동을 하게 되더라도, 링 형상의 유연 기판(100) 안쪽 면에 위치한 센서들(120,130)과 피부가 밀착되는 구조이기 때문에 정상적으로 생체신호를 측정할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 링 타입의 웨어러블 디바이스를 착용하고 운동하더라도, 심박수와 같은 생체신호가 스마트 폰과 같은 스마트 디바이스(200)에 전달되어 표시되기 때문에, 착용자는 운동하면서도 자신의 심박수와 같은 생체신호를 지속적으로 모니터할 수 있으며, 생체신호 모니터를 통해 운동량 혹은 운동의 세기를 자율적으로 조절할 수 있다.
한편 상술한 실시예에서는 손가락에 착용 가능한 링 타입의 웨어러블 디바이스에 대해 설명하였으나, 신체 밀착력이 높은 패치 형태로 웨어러블 디바이스를 설계할 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패치 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 구성도를 예시한 것이다. 이러한 패치 타입의 웨어러블 디바이스의 부품소자 구성은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 동일하므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
다만, 도 3에 도시한 패치 타입의 웨어러블 디바이스는 부품 소자들(110 내지 140)이 유연 기판(100)에 실장되어 있는 면의 후면에 신체 부착을 위한 밴드(300)가 부착되어 사용될 수 있다. 이러한 밴드 면에는 밴디지용 고분자 물질 접착제가 도포되어 있어 유연 기판(100)상에 실장되어 있는 센서들(120, 130)을 착용자 신체에 밀착시키게 된다.
이에 도 3에 도시한 패치 타입의 웨어러블 디바이스를 착용하고 운동하더라도, 심박수와 같은 생체신호가 스마트 폰과 같은 스마트 디바이스(200)에 전달되어 표시되기 때문에, 착용자는 운동하면서도 자신의 심박수와 같은 생체신호를 지속적으로 모니터할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 링 타입의 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스의 구성도를 예시한 것으로, 도 1에 도시한 링 타입의 웨어러블 디바이스와는 달리 크게 두 개의 모듈로 분할된다.
즉, 도 4에 도시한 링 타입의 웨어러블 디바이스는 PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와, 동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와, 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부, 상기 PPG 신호 검출시기를 제어하는 컨트롤러 및 데이터 통신을 위한 통신부(160)가 유연 기판(100)에 실장되어 있는 센싱모듈(220)과,
적어도 상기 센싱모듈(220)로 전원을 공급하고, 상기 통신부(160)를 통해 전송되는 상기 PPG신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 외부기기(200)로 전송하는 무선 통신부를 가지는 데이터 전송모듈(230)을 포함한다.
센싱모듈(220)은 도 4에 도시한 바와 같이 링 타입의 유연 기판(100)에 PPG신호 검출부, 가속도 센서, 신호 처리부, 컨트롤러 및 데이터 통신을 위한 통신부(160)가 실장되어 있는 웨어러블 디바이스를 나타낸다.
센싱모듈(220)과 데이터 전송모듈(230)은 I2C 혹은 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 통신을 통하여 디지털 신호를 상호 송수신할 수 있다.
데이터 전송모듈(230)은 링 타입의 센싱모듈(220)과 함께 손으로 파지할 수 있거나 밴드를 사용하여 손목 또는 팔에 고정하여 정적 및 동적 움직임 상태에서도 사용할 수 있도록 한다.
이와 같이 도 4에 도시한 웨어러블 디바이스 역시 센싱모듈(220)이 링 타입의 유연 기판(100)을 사용함으로써, 착용자가 손가락에 착용할 수 있는 구조를 가진다. 따라서 링 타입의 센싱모듈(220)을 착용하고 운동하더라도 심박수와 같은 생체신호가 데이터 전송모듈(230)을 통해 스마트 폰과 같은 스마트 디바이스(200)에 전달되어 표시되기 때문에, 착용자는 운동하면서도 자신의 심박수와 같은 생체신호를 지속적으로 모니터할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스들은 링 타입으로 손가락에 착용할 수 있거나 패치 타입으로 신체 일부분에 부착할 수 있기 때문에, 센서와 신체가 밀착되어 설령 착용자가 걷기 혹은 달리기를 하더라도 정상적으로 심박수와 같은 생체신호를 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 유연 기판
110: 초소형 배터리
120: PPG신호 측정부 130: 가속도 센서
140: 신호 처리부 150: 통신부
120: PPG신호 측정부 130: 가속도 센서
140: 신호 처리부 150: 통신부
Claims (5)
- 전원공급용 초소형 배터리와;
PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와;
동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와;
상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부와;
디지털 변환된 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 전송하는 무선 통신부;를 포함하되,
상기 초소형 배터리, 상기 PPG신호 검출부, 상기 가속도 센서, 상기 신호 처리부 및 상기 무선 통신부는 유연 기판에 실장되어 전기적 배선을 통해 상호 연결되며, 상기 유연 기판은 착용자의 신체에 부착 혹은 착용됨을 특징으로 하는 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유연 기판은 착용자 손가락에 착용 가능한 링 타입의 유연 기판임을 특징으로 하는 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유연 기판은 착용자 신체에 부착 가능한 패치 타입의 유연 기판임을 특징으로 하는 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스.
- PPG(photoplethysmographic) 신호를 검출하기 위한 PPG신호 검출부와, 동적 움직임 신호를 검출하기 위한 가속도 센서와, 상기 PPG 신호와 동적 움직임 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호 처리부, 상기 PPG 신호 검출시기를 제어하는 컨트롤러 및 데이터 통신을 위한 통신부가 유연 기판에 실장되어 있는 센싱모듈과;
적어도 상기 센싱모듈로 전원을 공급하고, 상기 통신부를 통해 전송되는 상기 PPG신호와 동적 움직임 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 외부기기로 전송하는 무선 통신부를 가지는 데이터 전송모듈;을 포함함을 특징으로 하는 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스.
- 청구항 4에 있어서, 상기 유연 기판은 착용자 손가락에 착용 가능한 링 타입의 유연 기판이거나 착용자 신체에 부착 가능한 패치 타입의 유연 기판임을 특징으로 하는 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스.
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|---|---|---|---|
| KR1020150144408A KR20170044826A (ko) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | 생체신호 측정 가능한 웨어러블 디바이스 |
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- 2015-10-16 KR KR1020150144408A patent/KR20170044826A/ko not_active Application Discontinuation
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