KR20190040527A - 생체정보 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

비침습적으로 생체정보를 측정하는 장치기 개시된다. 일 실시에에 따르면 생체정보 측정 장치는 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부와 피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 제1 부위와 맥파 측정부 사이의 접촉 압력 신호를 추출하는 접촉 압력 추출부 및 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체정보 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING BIO-INFORMATION}
생체정보 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비침습적으로 혈압을 측정하는 기술과 관련된다.
일반적으로 인체에 손상을 가하지 않고 비침습적(non-invasive)으로 혈압을 측정하는 방법으로서, 커프 기반의 압력 자체를 측정하여 혈압을 측정하는 방식과 커프 없이 맥파 측정을 통해 혈압을 추정하는 방식이 있다.
커프 기반의 혈압을 측정하는 방식으로는 상완(upper arm)에 커프(cuff)를 감고 커프 내 압력을 증가시켰다가 감소시키면서 청진기를 통해 혈관에서 발생하는 청음을 듣고 혈압을 측정하는 코로트코프 소리 방법(Korotkoff-sound method)과 자동화된 기계를 이용하는 방식으로 상완에 커프를 감고 커프 압력을 증가시킨 후 점차 커프 압력을 감소시키면서 커프 내 압력을 지속적으로 측정한 뒤 압력 신호의 변화가 큰 지점을 기준으로 혈압을 측정하는 오실로메트릭 방법(Oscillometric method)이 있다.
커프리스 혈압 측정 방법은 일반적으로 맥파전달시간(PTT, pulse transit time)을 계산하여 혈압을 추정하는 방식과, 맥파의 모양을 분석하여 혈압을 추정하는 PWA(Pulse Wave Analysis) 방식이 있다.
별도의 접촉 압력 센서를 구비할 필요없이 터치스크린 패널을 이용하여 접촉 압력을 추출하고 생체정보를 측정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 측정 장치는 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부, 피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 제1 부위와 맥파 측정부 사이의 접촉 압력 신호를 추출하는 접촉 압력 추출부 및 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
접촉 압력 추출부는 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
접촉 압력 추출부는 터치데이터가 생성되면, 생성된 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산한 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
접촉 압력 추출부는 합산한 결과를 접촉 영역의 면적을 기초로 보상하고, 보상 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 장치는 제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보 및 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 접촉압력 정보 중의 적어도 하나를 포함하는 안내 정보를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
출력부는 생체신호 측정 요청이 수신되면, 터치스크린 상에 제2 부위가 접촉할 영역을 표시할 수 있다.
출력부는 측정된 맥파 신호, 추출된 접촉 압력 및 프로세서의 처리 결과 중의 하나 이상을 더 출력할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 장치는 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보, 측정된 맥파 신호, 추출된 접촉 압력 및 프로세서의 처리 결과 중의 하나 이상을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 특징점을 추출하고, 추출된 특징점 및 측정모델을 이용하여 생체정보를 측정할 수 있다.
프로세서는 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 접촉 압력 대 맥파 그래프를 생성하고, 생성된 그래프 상에서 최대 피크(peak) 지점의 접촉 압력값 및 맥파값 중의 적어도 하나를 상기 특징점으로 추출할 수 있다.
프로세서는 접촉 압력 신호의 전이 구간에서 측정된 서로 다른 파장의 둘 이상의 맥파 신호를 기초로 특징점을 추출할 수 있다.
이때, 특징점은 각 맥파 신호의 최대점/최소점, 각 맥파 신호를 미분한 미분신호의 최대점/최소점, 맥파 신호 간의 차분신호와 차분신호를 미분한 차분미분신호의 최대점/최소점, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력 간의 차이, 각 최대점/최소점의 시간 차이와 접촉 압력 차이 간의 비율, 각 맥파 신호 또는 접촉 압력 신호의 기울기, 각 맥파 신호의 기울기를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값, 각 맥파 신호의 기울기 간의 차이, 각 맥파 신호의 기울기를 정규화한 값 간의 차이, 각 맥파 신호 또는 상기 차분신호의 최대점의 시간과 최소점 또는 전이 구간의 시작점의 시간 간의 차이 및, 각 시간 간의 차이를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때, 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 말초 저장, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
접촉 압력 측정부는 본체의 전면에 외부로 노출되는 형태로 장착되는 터치스크린을 포함하고, 맥파 측정부는 본체의 후면에 외부로 노출되는 형태로 장착되는 이미지 센서 및 PPG(photople thysmogram) 센서 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 제1 부위는 손가락이고, 제2 부위는 제1 부위가 엄지손가락이면 엄지손가락을 제외한 나머지 손가락 중의 하나이고, 제1 부위가 엄지손가락이 아니면 엄지손가락일 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 측정 방법은 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 단계, 피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 제1 부위와 맥파 측정부와의 접촉 압력 신호를 추출하는 단계 및 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
접촉 압력 신호를 추출하는 단계는 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 상기 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
접촉 압력 신호를 추출하는 단계는 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산하여, 합산 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
접촉 압력 신호를 추출하는 단계는 합산한 결과를 접촉 영역의 면적을 기초로 보상하고, 보상 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 방법은 제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보 및 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 접촉압력 정보 중의 하나 이상을 포함하는 안내 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 방법은 생체신호 측정 요청이 수신되면, 터치스크린 상에 제2 부위가 접촉할 영역에 관한 정보 및 제1 부위를 맥파 측정부에 접촉하도록 안내하는 정보 중의 적어도 하나를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 방법은 생체정보가 측정되면, 측정된 맥파 신호, 추출된 접촉 압력 및 생체정보 측정 결과 중의 하나 이상을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
생체정보를 측정하는 단계는 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 특징점을 추출하는 단계를 포함하고, 추출된 특징점 및 측정모델을 이용하여 생체정보를 측정할 수 있다.
특징점을 추출하는 단계는 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 접촉 압력 대 맥파 그래프를 생성하고, 생성된 그래프 상에서 최대 피크(peak) 지점의 접촉 압력값 및 맥파값 중의 적어도 하나를 특징점으로 추출할 수 있다.
특징점을 추출하는 단계는 접촉 압력 신호의 전이 구간에서 측정된 서로 다른 파장의 둘 이상의 맥파 신호를 기초로 특징점을 추출할 수 있다.
이때, 특징점은 각 맥파 신호의 최대점/최소점, 각 맥파 신호를 미분한 미분신호의 최대점/최소점, 맥파 신호 간의 차분신호와 차분신호를 미분한 차분미분신호의 최대점/최소점, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력 간의 차이, 각 최대점/최소점의 시간 차이와 접촉 압력 차이 간의 비율, 각 맥파 신호 또는 접촉 압력 신호의 기울기, 각 맥파 신호의 기울기를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값, 각 맥파 신호의 기울기 간의 차이, 각 맥파 신호의 기울기를 정규화한 값 간의 차이, 각 맥파 신호 또는 차분신호의 최대점의 시간과 최소점 또는 전이 구간의 시작점의 시간 간의 차이 및, 각 시간 간의 차이를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨어러블 기기는 피검체에 착용되는 본체, 피검체를 감싸도록 형성되어 본체를 피검체에 고정하는 스트랩, 본체의 후면에 장착되며 스트랩에 의해 감싸짐에 따라 본체의 후면에 접촉하는 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부, 본체의 전면에 장착되어 피검체의 제2 부위가 접촉하는 터치스크린을 포함하고 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 접촉 압력 추출부 및 본체에 실장되며 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
접촉 압력 추출부는 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
접촉 압력 추출부는 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산한 결과 및, 접촉 영역의 면적 중의 하나 이상을 기초로 접촉 압력 신호를 추출할 수 있다.
제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보, 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 실제 접촉 압력 정보 및 제2 부위가 접촉할 영역 중의 적어도 하나를 포함하는 안내 정보를 출력하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 부위는 피검체의 손목이며, 제2 부위는 손가락일 수 있다.
또한, 웨어러블 기기는 본체에 장착되며, 측정된 맥파 신호, 추출된 접촉 압력 신호 및 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기는 본체에 장착되며, 측정된 맥파 신호, 추출된 접촉 압력 신호 및 프로세서의 처리 결과를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기는 본체에 장착되며, 사용자로부터 각종 명령을 수신하여 상기 프로세서에 전달하는 조작부를 더 포함할 수 있다.
터치스크린 패널을 이용하여 접촉 압력을 추출하고 생체정보를 측정함으로써 별도의 접촉 압력 센서를 구비할 필요가 없어 장치의 소형화가 가능하고 다양한 스마트 기기에 적용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 블록도이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 생체정보 측정 장치가 적용된 스마트 기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 프로세서 구성의 일 실시예이다.
도 5a 내지 도 5c는 특징 추출의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6f는 특징 추출의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 웨어러블 기기에서 신호 측정을 설명하기 위한 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 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.
이하, 생체정보 측정 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 생체정보 측정 장치(100)는 맥파 측정부(110), 접촉 압력 추출부(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
맥파 측정부(110)는 피검체로부터 광용적 맥파(photoplethysmography, PPG) 신호(이하, '맥파 신호'라 함)를 측정할 수 있다. 맥파 측정부(110)는 맥파 센서를 포함할 수 있다. 맥파 센서는 피검체의 제1 부위에 광을 조사하는 발광부와, 발광부에 의해 조사된 광이 제1 부위의 피부 표면이나 혈관 등의 생체조직에서 산란 또는 반사되어 나오는 광을 검출하는 수광부를 포함할 수 있다. 발광부는 하나 이상의 광원 예컨대, 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다. 수광부는 하나 이상의 디텍터 예컨대, 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원은 디텍터와 서로 다른 거리 상에 배치될 수 있다.
접촉 압력 추출부(120)는 맥파 측정부(110)가 맥파 신호를 측정하는 동안, 맥파 측정부(110)와 피검체 사이의 접촉 압력을 획득할 수 있다. 예를 들어, 접촉 압력 추출부(120)는 터치스크린을 포함할 수 있다. 접촉 압력 추출부(120)는 피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 터치스크린으로부터 터치데이터를 수신하고, 수신된 터치데이터를 이용하여 접촉 압력을 추출할 수 있다. 이때, 터치스크린은 정전용량(capacitive) 방식, 저항막(resistive) 방식, 적외선(InfraRed:IR) 방식, 초음파(Surface Acoustic Wave: SAW) 방식, 전자기(ElectroMagnetic: EM) 방식 및 전자기 공명(ElectroMagnetic Resonance: EMR) 방식으로 동작하는 패널을 포함할 수 있다.
예를 들어, 터치스크린 패널이 정전용량(capacitive) 방식인 경우 터치스크린에 의해 생성되는 터치데이터는 각 픽셀 정전용량의 분포도라고 할 수 있다. 이때, 픽셀 강도는 제2 부위가 터치스크린에 접촉함에 따라 각 픽셀에 축적되는 정전용량을 의미할 수 있다. 일반적으로 터치스크린에 압력이 가해지게 되면 그 압력의 변화에 따라 터치스크린의 픽셀 강도(pixel intensity)가 변화하게 된다. 제2 부위로 터치스크린을 강하게 누르는 경우 접촉 시간 및 접촉 면적의 증가로 인하여 픽셀의 정전 용량이 증가할 수 있다.
접촉 압력 추출부(120)는 이와 같이 터치스크린에 가해지는 압력에 따라 변화하는 터치데이터의 픽셀 강도를 기초로 접촉 압력을 추출할 수 있다. 예컨대, 접촉 압력 추출부(120)는 터치데이터로부터 제2 부위가 접촉한 터치스크린의 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도의 합산 결과를 접촉 압력으로 추출할 수 있다. 또한, 접촉 압력 추출부(120)는 추출된 접촉 영역의 면적을 계산하고, 아래의 수학식 1과 같이 픽셀 강도의 합산 결과(F)에 면적(A)을 보상하여 접촉 압력(P)을 추출할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 터치스크린이 포스(force) 터치스크린인 경우 포스(force) 값을 기초로 접촉 압력을 추출할 수 있다.
Figure pat00001
한편, 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)의 터치스크린은 생체정보 측정 장치(100)가 적용된 기기 본체의 서로 반대되는 면에 장착될 수 있다. 예를 들어, 터치스크린은 기기 본체의 전면에 노출되는 형태로 장착되고, 맥파 측정부(110)는 기기 본체의 후면에 노출되는 형태로 장착될 수 있다.
사용자는 피검체의 제1 부위를 본체 후면에 위치한 맥파 측정부(110)에 접촉한 상태에서 동시에 제2 부위를 본체 전면에 위치한 접촉 압력 추출부(120)의 터치스크린에 접촉하여 터치데이터를 생성시킬 수 있다. 이때, 피검체는 사용자의 손 부위 예컨대 손가락일 수 있다. 사용자가 집게 형태로 본체를 잡은 상태에서 맥파 측정과 접촉 압력의 추출을 동시에 수행할 수 있도록, 제1 부위는 엄지손가락을 제외한 나머지 손가락 중의 하나(예: 검지손가락)이고 제2 부위는 엄지손가락일 수 있다. 또는 그 반대의 경우도 가능하다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 맥파 측정부(110)를 인체 부위에 접촉시킨 상태에서 제2 부위가 압력을 가할 수 있도록 제1 부위는 손목 상부, 가슴 부위 또는 요골 동맥이 지나가는 영역이고, 제2 부위는 손가락일 수도 있다.
피검체의 제1 부위(예: 검지손가락)와 제2 부위(예: 엄지손가락)가 기기 본체를 집게 형태로 잡은 상태에서 맥파 측정부(110)와 터치스크린에 접촉하게 되면, 제1 부위와 맥파 측정부(110) 사이의 접촉 압력은 작용과 반작용에 의해 제2 부위가 터치스크린에 가하는 압력과 동일하거나 상응하는 값을 갖는다고 할 수 있다. 따라서, 접촉 압력 추출부(120)는 제2 부위가 터치스크린에 가할 때 생성되는 터치데이터를 통해 제1 부위와 맥파 측정부(110)와의 접촉 압력을 측정할 수 있다.
프로세서(130)는 사용자로부터 생체정보 측정 요청을 수신하고, 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)를 제어할 수 있다. 프로세서(130)는 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)로부터 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 수신하고, 수신된 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정할 수 있다. 이때, 생체정보는 수축기 혈압, 이완기 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 생체정보 측정 장치(200)는 맥파 측정부(110), 접촉 압력 추출부(120), 프로세서(130), 출력부(210), 저장부(220) 및 통신부(230)를 포함할 수 있다. 맥파 측정부(110), 접촉 압력 측정부(120) 및 프로세서(130)는 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로 이하 나머지 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
출력부(210)는 맥파 측정부(110), 접촉 압력 추출부(120) 또는 프로세서(130)의 처리 결과를 출력할 수 있다. 이때, 출력부(210)는 터치스크린 패널을 통해 각종 정보를 시각적으로 사용자에게 제공할 수 있다. 또는, 스피커 모듈 또는 햅틱 모듈 등을 통해 음성이나 진동, 촉감 등의 비시각적인 방식으로 각종 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 측정된 혈압이 정상 범위를 벗어나는 경우 빨간색으로 표시하여 경고하거나, 햅틱 모듈을 통해 진동이나 촉감을 통해 추가적인 경고 정보를 제공할 수 있다.
또한, 출력부(210)는 접촉 압력에 관한 안내 정보를 출력할 수 있다. 일 예로, 출력부(210)는 사용자로부터 생체정보 측정 요청이 수신되면, 사각형이나 원형 등의 도형을 이용하여 터치스크린 패널에 제2 부위가 접촉할 영역을 표시하거나 화살표나 십자 표시 등으로 제2 부위가 접촉할 중심 지점을 표시할 수 있다. 다른 예로, 출력부(210)는 제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 접촉 압력 추출부(120)에 의해 추출된 실제 제2 부위의 접촉 압력을 터치스크린 패널에 출력할 수 있다. 또 다른 예로, 출력부(210)는 생체정보 측정 요청이 수신되는 경우 제2 부위가 접촉할 영역의 표시와 동시에 터치스크린 패널의 소정 영역에 기준 압력 정보를 표시하거나, 제2 부위가 터치스크린에 접촉하면 실제 접촉 압력 정보와 함께 제2 부위가 가해야 하는 기준 압력 정보를 표시할 수 있다.
저장부(220)는 각종 기준 정보나 맥파 측정부(110), 접촉 압력 추출부(120) 또는 프로세서(130) 등의 처리 결과를 저장할 수 있다. 이때, 각종 기준 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등의 사용자 정보, 전술한 접촉 압력에 관한 안내 정보 또는, 생체정보의 추정 모델 등과 같이 생체정보 추정에 필요한 정보 등을 포함할 수 있다.
이때, 저장부(250)는 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 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
통신부(230)는 프로세서(130)의 제어에 따라 외부 기기(250)와 통신하여 생체정보 측정과 관련된 다양한 동작을 협업할 수 있다. 일 예로, 통신부(230)는 맥파 측정 결과, 접촉 압력 추출 결과 또는 프로세서(130)의 처리 결과 등을 외부 기기(250)에 전송하여, 외부 기기(250)가 사용자를 위한 생체정보 이력 관리, 사용자의 건강 상태 모니터링, 생체정보 이력 및 건강 상태 모니터링 결과의 출력 등을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 외부 기기(250)는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC, 의료기관의 장치 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 다른 예로, 통신부(230)는 생체정보 측정에 필요한 생체정보 측정 모델 정보, 생체정보의 캘리브레이션을 위한 기준 정보, 예컨대, 커프 압력, 커프 혈압 등의 정보를 수신할 수 있다.
이때, 통신부(230)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 생체정보 측정 장치가 적용된 스마트 기기를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 스마트 기기는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대 단말이나, 스마트 워치나 스마트 밴드 등의 다양한 웨어러블 기기와 같이 본체의 양면에 각각 터치스크린 패널과 맥파 측정 센서가 장착된 기기를 포함할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3g를 참조하여 생체정보 측정 장치(100,200)가 적용된 스마트 기기에서 접촉 압력을 추출하는 예들을 설명한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스마트 기기는 본체(30)의 전면에 접촉 압력 추출부(120)의 터치스크린 패널(31)이 장착되고, 본체(30)의 후면에 맥파 측정부(110)의 맥파 센서(32)가 외부로 노출된 형태로 장착될 수 있다. 이때, 맥파 센서(32)는 발광부(32a) 및 수광부(32b)를 포함할 수 있다. 발광부(32a)는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)이고, 수광부(32b)는 이미지 센서일 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 스마트 기기에 따라 전용 PPG 센서가 탑재될 수도 있다.
도 3c를 참조하면, 피검체의 제1 부위는 검지손가락(01)이고 제2 부위는 엄지손가락(02)이다. 사용자는 생체정보 측정을 위해 검지손가락(01)과 엄지손가락(02)을 집게 형태로 각각 맥파 센서(32)와 터치 스크린(31)에 접촉한 상태에서 검지손가락(01)과 엄지손가락(02)으로 본체(30)를 집는 강도를 조절함으로써 검지손가락(01)이 맥파 센서(32)에 가하는 압력에 변화를 줄 수 있다. 이때, 검지손가락(01)과 엄지손가락(02)이 본체(30)에 작용하는 힘은 작용과 반작용에 의해 동일 또는 상응하므로, 접촉 압력 추출부(120)는 엄지손가락(02)이 터치스크린에 미치는 압력을 추출함으로써 검지손가락(01)과 맥파 센서(32) 사이의 접촉 압력을 획득할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 출력부(210)는 터치스크린 패널(31)의 소정 위치에 피검체의 제2 부위인 엄지손가락(02)이 접촉할 영역(33)에 관한 정보를 표시할 수 있다. 또한, 출력부(210)는 맥파 센서(32)가 검지손가락(01)으로부터 맥파 신호를 측정하는 시간 동안 엄지손가락(02)으로 터치스크린을 눌러야 하는 기준 압력 정보(SP)를 터치스크린 패널(31)의 소정 영역(34)에 표시할 수 있다. 또한, 접촉 압력 추출부(120)에 의해 추출된 실제의 접촉 압력 정보(AP)를 출력할 수 있다.
도 3e는 시간 인덱스가 0부터 1200인 시간 동안 엄지손가락으로 터치스크린에 접촉한 상태에서 소정 시간 동안 압력을 증가시켰다가 다시 감소시킨 경우에 터치스크린의 터치데이터를 이미지화 한 것이다. 도 3e의 세 번째 이미지는 시간 인덱스가 600인 시점의 터치데이터를 나타낸다. 도시된 바와 같이 터치스크린을 터치하는 압력이 강해질수록 터치스크린의 접촉 면적이 넓어지고, 압력이 감소할수록 터치스크린의 접촉 면적이 좁아진다.
접촉 압력 추출부(120)는 터치스크린으로부터 터치데이터가 수신되면 관심 영역(35)을 추출할 수 있다. 예를 들어, 접촉 압력 추출부(120)는 도 3e와 같이 터치스크린으로부터 수신된 터치데이터를 이미지화하고, 윤곽선 분할 알고리즘을 이용하여 이미지화된 터치데이터로부터 관심 영역을 추출할 수 있다. 또는 접촉 압력 추출부(120)는 출력부(210)에 의해 안내된 엄지손가락이 접촉할 영역을 관심 영역으로 추출할 수도 있다.
도 3f는 시간 인덱스가 600인 시점의 터치데이터를 예시한 것으로, 엄지손가락으로 터치스크린에 압력을 가할 때 생성되는 각 픽셀의 강도(intensity)를 나타낸 것이다. 도 3g는 시간 인덱스가 0인 시점에서 1200인 시점까지의 시간 경과에 따른 접촉 압력을 도시한 그래프이다.
도 3f를 참조하면, 접촉 압력 추출부(120)는 추출된 관심 영역(35) 내의 픽셀 강도를 합산하고, 합산 결과인 215를 접촉 압력으로 추출할 수 있다. 이때, 접촉 압력 추출부(120)는 픽셀 강도를 정규화하고 정규화된 값을 합산할 수 있다. 또한, 접촉 압력 추출부(120)는 관심 영역(35)의 면적을 계산하고, 계산된 면적으로 픽셀 강도의 합산 결과를 나누어 그 결과 또는 그 결과를 정규화 한 값을 특정 시점의 접촉 압력으로 추출할 수 있다. 이와 같이 맥파 측정부(110)가 검지손가락으로부터 맥파를 측정하는 시간 동안, 엄지손가락으로 터치스크린에 가하는 힘을 점차로 증가시키다가 다시 감소시키는 경우 추출된 접촉 압력은 도 3g와 같이 나타낼 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2의 프로세서 구성의 일 실시예이다. 도 5a 내지 도 5c는 특징 추출의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6a 내지 도 6f는 특징 추출의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 프로세서(400)는 특징점 추출부(410), 특징 추출부(420) 및 생체정보 측정부(430)를 포함할 수 있다.
특징점 추출부(410)는 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)로부터 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 수신하면, 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보 측정에 필요한 특징점(characteristic point)을 추출할 수 있다.
특징 추출부(420)는 추출된 특징점을 기초로 특징(feature)을 추출할 수 있다. 특징 추출부(420)는 추출된 특징점을 하나 또는 둘 이상 조합하여 특징을 추출할 수 있다.
생체정보 측정부(430)는 추출된 특징을 이용하여 생체정보를 측정할 수 있다. 이때, 추출된 특징을 생체정보 측정 모델에 입력하여 생체정보를 측정할 수 있다.
도 4 내지 도 5c를 참조하여, 오실로메트릭 방법(Oscillometric method)을 기반으로 하여 혈압을 추정하는 실시예를 설명한다.
도 5a는 제2 부위가 터치스크린에 가하는 압력을 점차로 증가시키면서 측정한 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 예시한 것이다. 도 5b는 접촉 압력 신호와 맥파 신호를 기초로 생성된 접촉 압력 대 맥파 그래프를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 측정된 맥파 신호 파형의 피크-투-피크(peak-to-peak) 지점을 추출하고, 동일한 시점에 대하여 추출된 피크-투-피크 지점을 접촉 압력값을 기준으로 플롯(plot)하여 접촉 압력 대 맥파 그래프를 생성할 수 있다. 이때, 특징점 추출부(410)는 터치스크린에 가해지는 접촉 압력이 증가함에 따라 변화하는 맥파 신호 파형의 엔벨로프를 구하고, 구해진 맥파 신호 파형의 엔벨로프를 이용하여 각 측정 시점에서의 파형의 플러스 쪽의 값에서 마이너스 쪽의 값을 빼서 맥파 신호 파형의 피크-투-피크(peak-to-peak) 지점을 추출할 수 있다.
도 5c는 접촉 압력 대 맥파 그래프로부터 추출된 특징점을 도시한 것이다.
도 5c를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력 대 맥파 그래프를 이용하여 특징점을 추출할 수 있다. 예를 들어, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력 대 맥파 그래프에서 최대 피크가 발생하는 지점의 접촉 압력값 또는 맥파 값 등을 특징점으로 추출할 수 있다. 특징점 추출부(410)는 접촉 압력 대 맥파 그래프(IP)를 3차 폴리노미얼 피팅(polynomial fitting)하고, 3차 폴리노미얼 피팅 결과 생성된 그래프(PF)에서 최대 피크 지점(M)의 접촉 압력값(xM) 또는 맥파(yM)를 특징점으로 추출할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
특징 추출부(420)는 이와 같이 최대 피크가 발생하는 지점의 접촉 압력값(xM)이나 맥파(yM)이 특징점으로 추출되면, 추출된 특징점을 그대로 사용하거나 둘 이상을 조합하여 혈압 측정을 위한 특징을 추출할 수 있다. 예를 들어, 특징점으로 추출된 최대 피크 지점의 접촉 압력값(xM)을 평균 혈압(Mean Blood Pressure, MBP)을 계산하기 위한 특징으로 추출할 수 있다. 또한, 최대 피크 지점의 접촉 압력값(xM)을 대칭으로 0.5 ~ 0.7 범위 내의 미리 설정된 비율 피크를 갖는 좌우측 지점의 접촉 압력값을 각각 수축기 혈압(SBP) 및 이완기 혈압(DBP)을 계산하기 위한 특징으로 추출할 수 있다.
생체정보 측정부(430)는 평균 혈압, 수축기 혈압 및 이완기 혈압 측정을 위한 특징이 추출되면, 추출된 각 특징을 생체정보 측정 모델에 입력하여 평균 혈압, 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 구할 수 있다. 이때, 생체정보 측정 모델은 아래의 수학식 2와 같이 선형 함수식 형태로 미리 구축될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 특징점 대비 혈압값을 매핑한 테이블 형식으로 미리 구축될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, y는 구하고자 하는 생체정보 즉, 이완기 혈압, 수축기 혈압 및 평균 혈압 등을 의미하며, x는 추출된 특징을 의미한다. 또한, a와 b는 전처리 과정을 통해 미리 산출되는 상수값으로 측정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 다르게 정의될 수 있다.
도 4 및 도 6a 내지 도 6f를 참조하여, 제1 부위의 혈액 회복도와 관련된 특징점(characteristic point) 및 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징을 기초로 혈압을 추정하는 다양한 실시예를 설명한다.
사용자가 피검체의 제1 부위 및 제2 부위를 각각 맥파 센서와 터치스크린에 접촉한 상태에서, 제2 부위로 터치스크린을 누르는 강도를 증가시키면 제1 부위는 맥파 센서와 접촉하는 압력의 증가로 인해 혈액이 일시적으로 감소하게 되어 하얗게 변하고, 제2 부위로 터치스크린을 누르는 강도를 감소시키면 제1 부위는 맥파 센서와 접촉하는 압력의 감소로 인해 혈액이 다시 차서 붉게 변한다. 본 실시예에서는 이와 같은 특성을 혈액 회복도라 한다. 혈액 회복도는 혈액의 점성, 맥파의 속도, 혈압 등의 심혈관계 생체 지표와 관련이 있다고 할 수 있다.
특징점 추출부(410)는 서로 다른 파장의 둘 이상의 맥파 신호와, 접촉 압력 신호를 기초로 혈액 회복도와 관련된 특징점을 추출할 수 있다. 특징점 추출부(410)는 접촉 압력 신호의 전이 구간을 검출하고, 검출된 전이 구간의 맥파 신호를 기초로 특징점을 추출할 수 있다. 이때 전이 구간은 안정 상태에서 가압 상태로 갈 때, 즉, 접촉 압력이 증가하는 구간과 가압 상태에서 안정 상태로 갈 때, 즉, 접촉 압력이 감소하는 구간을 의미한다.
예를 들어, 혈액 회복도와 관련된 특징점은 각 맥파 신호의 최대점/최소점, 각 맥파 신호를 미분한 미분신호의 최대점/최소점, 맥파 신호 간의 차분신호와 차분신호를 미분한 차분미분신호의 최대점/최소점, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력 간의 차이, 각 최대점/최소점의 시간 차이와 접촉 압력 차이 간의 비율, 각 맥파 신호 또는 접촉 압력 신호의 기울기, 각 맥파 신호의 기울기를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값, 각 맥파 신호의 기울기 간의 차이, 각 맥파 신호의 기울기를 정규화한 값 간의 차이, 각 맥파 신호 또는 상기 차분신호의 최대점의 시간과 최소점 또는 상기 전이 구간의 시작점의 시간 간의 차이 및, 상기 각 시간 간의 차이를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
특징 추출부(420)는 이와 같이 추출된 특징점들을 그대로 사용하거나 둘 이상을 조합하여 혈압 측정을 위한 특징을 추출할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 제1 맥파 신호(예: 녹색 파장의 맥파 신호) 및 제2 맥파 신호(예: 적외 파장의 맥파 신호)를 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF)에 통과시켜 제1 맥파 DC 성분 신호(61) 및 제2 맥파 DC 성분 신호(62)를 추출할 수 있다. 또한, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력 신호(63)의 전이 구간(60a,60b)을 검출할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력이 증가하는 전이 구간(60a)의 제1 맥파 DC 성분 신호(61) 및 제2 맥파 DC 성분 신호(62)를 미분하여 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61a) 및 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62a)를 생성할 수 있다. 특징점 추출부(410)는 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61a)의 최소점(a)에 해당하는 시간(T9) 및 접촉 압력(P9), 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62a)의 최소점(b)에 해당하는 시간(T10) 및 접촉 압력(P10) 등을 혈액 회복도와 관련된 특징점으로 추출할 수 있다.
도 6a 및 도 6c를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력이 감소하는 전이 구간(60b)의 제1 맥파 DC 성분 신호(61) 및 제2 맥파 DC 성분 신호(62)를 미분하여 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61b) 및 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62b)를 생성할 수 있다. 특징점 추출부(410)는 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61b)의 최대점(c)에 해당하는 시간(T11) 및 접촉 압력(P11), 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62b)의 최대점(d)에 해당하는 시간(T12) 및 접촉 압력(P12) 등을 혈액 회복도와 관련된 특징점으로 추출할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 특징 추출부(420)는 이와 같이 특징점들이 추출되면 아래의 수학식 3을 통해 특징을 추출할 수 있다. 이때, 수학식 3은 하나의 예시일 뿐으로 이에 제한되지 않으며 특징점들의 다양한 조합을 통해 특징을 추출할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, F는 특징을 의미하며, Ps1은 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61a, 61b)를 통해 추출된 특징점 P9 또는 P11을 의미한다. Ps2은 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62a, 62b)를 통해 추출된 특징점 P10 또는 P12를 의미한다. Ts1은 제1 맥파 DC 성분 미분 신호(61a,61b)를 통해 추출된 특징점 T9 또는 T11을 의미한다. Ts2은 제2 맥파 DC 성분 미분 신호(62a,62b)를 통해 추출된 특징점 T10 또는 T12을 의미한다.
도 6a 및 도 6d를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력이 증가하는 전이 구간(60a)의 제1 맥파 DC 성분 신호(61)의 기울기(A9), 제2 맥파 DC 성분 신호(62)의 기울기(A10), 접촉 압력 신호(63)의 기울기(Pgmax) 및, 접촉 압력이 감소하는 전이 구간(60b)의 제1 맥파 DC 성분 신호(61)의 기울기(A11), 제2 맥파 DC 성분 신호(62)의 기울기(A12), 접촉 압력 신호(63)의 기울기(Pgmin) 등을 특징점으로 추출할 수 있다.
특징 추출부(420)는 아래의 수학식 4를 통해 혈액 회복도와 관련된 특징을 추출할 수 있다. 이때, 수학식 4는 일 예일 뿐이므로 특징점들의 다양한 조합이 가능하다.
Figure pat00004
여기서, F는 특징을 나타내고, As1은 제1 맥파 DC 성분 신호(61)의 기울기 A9 또는 A11을 의미하고, As2는 제2 맥파 DC 성분 신호(62)의 기울기 A10 또는 A1를 의미한다. 또한, Pg는 접촉 압력 신호(63)의 기울기 Pgmax 또는 Pgmin을 의미한다.
도 6a 및 도 6e를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력이 증가하는 전이 구간(60b)의 제1 맥파 DC 성분 신호(61)에서 제2 맥파 DC 성분 신호(62)를 빼서 DC 성분 차동 신호(64a)를 생성할 수 있다. 또한, 특징점 추출부(410)는 DC 성분 차동 신호(64a)를 미분하여 DC 성분 차동 미분 신호(64b)를 생성할 수 있다. 또한, 특징점 추출부(410)는 DC 성분 차동 신호(64a)의 최대점(i)에 해당하는 시간(T17) 및 접촉 압력(P17), DC 성분 차동 미분 신호(64b)의 최대점(j)에 해당하는 시간(T19) 및 접촉 압력(P19) 등을 특징점으로 추출할 수 있다.
특징 추출부(420)는 이와 같이 추출된 특징점을 전술한 수학식 3에 입력하여 특징을 추출할 수 있다. 이때, 수학식 3의 Ps1 및 Ps2은 각각 특징점 P17 및 P19를 의미한다. Ts1 및 Ts2은 각각 특징점 T17 및 T19를 의미한다.
도 6a 및 도 6f를 참조하면, 특징점 추출부(410)는 접촉 압력이 감소하는 전이 구간(60b)의 제1 맥파 DC 성분 신호(65a)에서 제2 맥파 DC 성분 신호(65b)를 빼서 DC 성분 차동 신호(65c)를 생성할 수 있다. 특징점 추출부(410)는 제1 맥파 DC 성분 신호(65a)의 최소점(l) 및 최대점(k)에 대응하는 시간 T5 및 T6, 제2 맥파 DC 성분 신호(65b)의 최소점(n) 및 최대점(m) 에 대응하는 시간 T7 및 T8, DC 성분 차동 신호(65c)의 최소점(p) 및 최대점(o)에 대응하는 시간 T20 및 T21, 접촉 압력이 감소하는 전이 구간(60b)의 접촉 압력 신호(63b)의 기울기(Pgmin) 및 시작 시점의 시간(T24) 등을 특징점으로 추출할 수 있다.
특징 추출부(420)는 이와 같이 특징점이 추출되면 아래의 수학식 5를 통해 특징을 추출할 수 있다. 여기서, F는 특징, Ts1은 특징점 T6, T8 또는 T21, Ts2는 특징점 T5, T7, T20 또는 T24를 나타낸다.
Figure pat00005
도 6a 내지 도 6f를 참조하여 특징점 추출 및 특징 추출의 다양한 실시예들을 설명하였다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 특징점 추출부(410)는 제1 맥파 신호 및 제2 맥파 신호를 밴드 패스 필터(Band Pass Filter, BPF)에 통과시켜 제1 맥파 AC 성분 신호 및 제2 맥파 AC 성분 신호를 생성하고, 생성된 제1 맥파 AC 성분 신호, 제2 맥파 AC 성분 신호 및 접촉 압력 신호의 전이 구간을 기초로 전술한 다양한 방법에 의해 특징점을 추출할 수 있다.
생체정보 측정부(430)는 특징 추출부(420)에 의해 혈압 측정을 위한 특징이 추출되면, 추출된 특징을 이용하여 혈압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 생체정보 측정부(430)는 전술한 바와 같이 수학식 2와 같은 혈압 측정 모델에 추출된 특징을 입력하여 혈압을 추정할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 방법의 흐름도이다.
도 7은 도 1 및 도 2의 생체정보 측정 장치(100,200)에 의해 수행되는 생체정보 측정 방법의 일 실시예일 수 있다.
먼저, 생체정보 측정 요청을 수신하면(710), 사용자에게 접촉 압력에 관한 안내 정보를 출력할 수 있다(720). 이때, 접촉 압력에 관한 안내 정보는 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 계속해서 사용자에게 제공될 수 있다. 접촉 압력에 관한 안내 정보는 피검체의 제2 부위가 접촉할 영역, 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력 정보 및 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태에서 가하는 실제 접촉 압력 정보 등을 포함할 수 있다.
그 다음, 사용자가 제1 부위 및 제2 부위를 각각 맥파 센서와 터치스크린에 접촉한 상태로 접촉 압력에 관한 안내 정보에 따라 제2 부위가 터치스크린에 가하는 압력을 변화시키면 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정할 수 있다(730).
또한, 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 동안, 터치스크린으로부터 생성된 터치데이터를 기초로 접촉 압력을 추출할 수 있다(740). 예를 들어, 터치데이터로부터 제1 부위가 접촉한 영역을 관심영역으로 추출하고, 추출된 관심영역의 픽셀 강도를 기초로 접촉 압력을 추출할 수 있다. 예컨대, 관심영역의 픽셀 강도를 합산한 결과를 관심영역의 면적으로 나눈 값을 접촉 압력으로 추출할 수 있다.
그 다음, 측정된 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정할 수 있다(750). 예를 들어, 도 4 내지 도 6f를 참조하여 전술한 바와 같이 오실로메트릭 방법 또는 혈액 회복도를 기초로 생체정보를 측정하기 위한 특징점 및 특징을 추출하고, 추출된 특징을 이용하여 생체정보를 측정할 수 있다.
그 다음, 측정된 맥파 신호, 접촉 압력 신호, 생체정보 측정 결과, 경고나 알람 정보 등을 출력할 수 있다(760).
도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 것이다. 도 9는 도 8의 웨어러블 기기에서 신호 측정을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에 따른 웨어러블 기기(800)는 손목에 착용 가능한 형태의 웨어러블 기기로서, 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 생체정보 측정 장치(100,200)가 탑재될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 8 및 도 9를 참조하면, 웨어러블 기기(800)는 기기 본체(810)와, 스트랩(830)을 포함할 수 있다.
스트랩(830)은 플렉시블하게 구성될 수 있으며, 사용자의 손목에 감싸는 형태로 구부려지거나 사용자의 손목으로부터 분리되는 형태로 구부려질 수 있다. 또는, 스트랩(830)은 분리되지 않는 밴드 형태로 구성될 수 있다.
본체(810) 또는 스트랩(830)의 내부에는 웨어러블 기기에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
본체(810)의 후면에는 피검체의 제1 부위(O1)로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부(110)가 장착될 수 있다. 맥파 측정부(110)는 제1 부위(O1)에 광을 조사하는 광원과 제1 부위(O1)로부터 산란 또는 반사되어 나오는 광을 검출하는 디텍터를 포함하는 맥파 센서(820)를 포함할 수 있다.
본체(810)의 전면에는 제1 부위(O1)와 맥파 측정부(110) 사이의 접촉 압력을 추출하는 접촉 압력 추출부(120)가 장착될 수 있다. 접촉 압력 추출부(120)는 피검체의 제2 부위(O2)가 접촉할 때 터치데이터를 생성하는 터치스크린 패널(850)을 포함할 수 있다.
본체(810)의 내부에는 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)와 전기적으로 연결된 프로세서(130)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 본체(810)를 피검체 즉, 손목에 착용한 상태에서 생체정보 측정 요청을 입력하면, 프로세서(130)는 맥파 측정부(110)를 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 본체(810)에 장착된 출력부(210)를 제어하여 접촉 압력에 관한 안내 정보를 출력하도록 할 수 있다.
사용자가 안내 정보에 따라 소정 시간 동안 다른 손의 손가락(O2)으로 터치스크린 패널(850)을 눌렀다가 떼는 경우, 맥파 측정부(110)는 손목 상부(O1)로부터 맥파 신호를 측정하고, 접촉 압력 추출부(120)는 터치스크린 패널(850)로부터 생성된 터치데이터를 기초로 접촉 압력을 추출할 수 있다.
프로세서(130)는 맥파 측정부(110) 및 접촉 압력 추출부(120)로부터 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 수신하고, 수신된 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 전술한 바와 같이 오실로메트릭 방법이나 혈액 회복도와 관련된 특징점 및 특징을 추출하고, 추출된 특징을 이용하여 혈압을 측정할 수 있다.
또한, 본체(810)에는 사용자의 제어 명령을 수신하여 프로세서(130)로 전달하는 조작부(840)를 더 포함할 수 있다. 조작부(840)는 웨어러블 기기(800)의 전원을 온/오프시키는 명령을 입력하기 위한 전원 버튼을 포함할 수 있다.
출력부(210)는 터치스크린 패널(850)을 통해 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 사용자는 제공되는 사용자 인터페이스를 이용하여 터치스크린 패널(850)의 터치 입력이나 조작부(840)의 조작을 통해 각종 명령을 입력할 수 있다. 출력부(210)는 접촉 압력에 관한 안내 정보, 측정된 맥파 신호, 접촉 압력 신호, 생체정보 측정 결과 및 경고 정보 등 생체정보와 관련된 다양한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(210)는 터치스크린 패널(850), 스피커 모듈 및 햅틱 모듈 등 본체(810)에 탑재된 다양한 출력 모듈을 통해 각종 정보를 출력할 수 있다.
또한, 본체(810)는 내부에 사용자 정보, 접촉 압력에 관한 안내 정보, 측정된 맥파 신호, 접촉 압력 신호, 생체정보 측정 결과 및 경고 정보 등 생체정보와 관련된 다양한 정보를 저장하기 위한 저장부(220)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본체(810)는 내부에 사용자의 휴대 단말과 같은 외부 기기와 통신하기 위한 통신부(230)를 더 포함할 수 있다. 통신부(230)는 외부 기기와 통신하여 생체정보 측정과 관련된 각종 정보들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(230)는 생체정보 측정에 필요한 생체정보 측정 모델, 생체정보 측정 모델의 캘리브레이션을 위한 기준 정보(예: 커프 압력, 커프 혈압 등) 등을 외부 기기로부터 수신할 수 있다. 또한, 추출된 특징점이나 특징 정보를 외부 기기에 전송하여 생체정보를 측정하도록 요청할 수도 있다. 또한, 생체정보 측정 결과를 외부 기기에 전송하여 사용자에게 표시하거나 생체정보 이력 관리, 질병 연구 등 다양한 목적으로 활용되도록 할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 해당 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 생체정보 측정 장치 110: 맥파 측정부
120: 접촉 압력 추출부 130, 400: 프로세서
210: 출력부 220: 저장부
230: 통신부 410: 특징점 추출부
420: 특징 추출부 430: 생체정보 측정부
800: 웨어러블 기기 810: 본체
820: 맥파 측정부 830: 스트랩
840: 조작부 850: 표시부

Claims (34)

  1. 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부;
    피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 제1 부위와 맥파 측정부 사이의 접촉 압력 신호를 추출하는 접촉 압력 추출부; 및
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 압력 추출부는
    상기 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 상기 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접촉 압력 추출부는
    터치데이터가 생성되면, 생성된 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산한 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접촉 압력 추출부는
    상기 합산한 결과를 상기 접촉 영역의 면적을 기초로 보상하고, 보상 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보 및 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 접촉압력 정보 중의 적어도 하나를 포함하는 안내 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출력부는
    생체신호 측정 요청이 수신되면, 상기 터치스크린 상에 상기 제2 부위가 접촉할 영역을 표시하는 생체정보 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 출력부는
    상기 측정된 맥파 신호, 상기 추출된 접촉 압력 및 상기 프로세서의 처리 결과 중의 하나 이상을 더 출력하는 생체정보 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보, 상기 측정된 맥파 신호, 상기 추출된 접촉 압력 및 상기 프로세서의 처리 결과 중의 하나 이상을 저장하는 저장부를 더 포함하는 생체정보 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 특징점을 추출하고, 상기 추출된 특징점 및 측정모델을 이용하여 상기 생체정보를 측정하는 생체정보 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 접촉 압력 대 맥파 그래프를 생성하고, 생성된 그래프 상에서 최대 피크(peak) 지점의 접촉 압력값 및 맥파값 중의 적어도 하나를 상기 특징점으로 추출하는 생체정보 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 접촉 압력 신호의 전이 구간에서 측정된 서로 다른 파장의 둘 이상의 맥파 신호를 기초로 특징점을 추출하는 생체정보 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 특징점은
    각 맥파 신호의 최대점/최소점, 각 맥파 신호를 미분한 미분신호의 최대점/최소점, 맥파 신호 간의 차분신호와 차분신호를 미분한 차분미분신호의 최대점/최소점, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력 간의 차이, 각 최대점/최소점의 시간 차이와 접촉 압력 차이 간의 비율, 각 맥파 신호 또는 접촉 압력 신호의 기울기, 각 맥파 신호의 기울기를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값, 각 맥파 신호의 기울기 간의 차이, 각 맥파 신호의 기울기를 정규화한 값 간의 차이, 각 맥파 신호 또는 상기 차분신호의 최대점의 시간과 최소점 또는 상기 전이 구간의 시작점의 시간 간의 차이 및, 상기 각 시간 간의 차이를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 말초 저장, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 압력 측정부는 본체의 전면에 외부로 노출되는 형태로 장착되는 상기 터치스크린을 포함하고,
    상기 맥파 측정부는 본체의 후면에 외부로 노출되는 형태로 장착되는 이미지 센서 및 PPG(photople thysmogram) 센서 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 부위는 손가락이고, 상기 제2 부위는 상기 제1 부위가 엄지손가락이면 엄지손가락을 제외한 나머지 손가락 중의 하나이고, 상기 제1 부위가 엄지손가락이 아니면 엄지손가락인 생체정보 측정 장치.
  16. 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 단계;
    피검체의 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 제1 부위와 맥파 측정부와의 접촉 압력 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 단계를 포함하는 생체정보 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접촉 압력 신호를 추출하는 단계는
    상기 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 상기 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 접촉 압력 신호를 추출하는 단계는
    상기 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 상기 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산하여, 합산 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 접촉 압력 신호를 추출하는 단계는
    상기 합산한 결과를 상기 접촉 영역의 면적을 기초로 보상하고, 보상 결과를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 생체정보 측정 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    제2 부위가 터치스크린에 접촉하면, 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보 및 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 접촉압력 정보 중의 하나 이상을 포함하는 안내 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 생체정보 측정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    생체신호 측정 요청이 수신되면, 상기 터치스크린 상에 상기 제2 부위가 접촉할 영역에 관한 정보 및 상기 제1 부위를 맥파 측정부에 접촉하도록 안내하는 정보 중의 적어도 하나를 출력하는 단계를 더 포함하는 생체정보 측정 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 생체정보가 측정되면, 상기 측정된 맥파 신호, 상기 추출된 접촉 압력 및 상기 생체정보 측정 결과 중의 하나 이상을 출력하는 단계를 더 포함하는 생체정보 측정 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 생체정보를 측정하는 단계는
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 특징점을 추출하는 단계를 포함하고, 상기 추출된 특징점 및 측정모델을 이용하여 생체정보를 측정하는 생체정보 측정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 단계는
    상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 접촉 압력 대 맥파 그래프를 생성하고, 생성된 그래프 상에서 최대 피크(peak) 지점의 접촉 압력값 및 맥파값 중의 적어도 하나를 상기 특징점으로 추출하는 생체정보 측정 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 단계는
    상기 접촉 압력 신호의 전이 구간에서 측정된 서로 다른 파장의 둘 이상의 맥파 신호를 기초로 특징점을 추출하는 생체정보 측정 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 특징점은
    각 맥파 신호의 최대점/최소점, 각 맥파 신호를 미분한 미분신호의 최대점/최소점, 맥파 신호 간의 차분신호와 차분신호를 미분한 차분미분신호의 최대점/최소점, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력, 각 최대점/최소점의 시간/접촉 압력 간의 차이, 각 최대점/최소점의 시간 차이와 접촉 압력 차이 간의 비율, 각 맥파 신호 또는 접촉 압력 신호의 기울기, 각 맥파 신호의 기울기를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값, 각 맥파 신호의 기울기 간의 차이, 각 맥파 신호의 기울기를 정규화한 값 간의 차이, 각 맥파 신호 또는 상기 차분신호의 최대점의 시간과 최소점 또는 상기 전이 구간의 시작점의 시간 간의 차이 및, 상기 각 시간 간의 차이를 접촉 압력 신호의 기울기로 정규화한 값 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 방법.
  27. 피검체에 착용되는 본체;
    상기 피검체를 감싸도록 형성되어 상기 본체를 피검체에 고정하는 스트랩;
    상기 본체의 후면에 장착되며, 상기 스트랩에 의해 감싸짐에 따라 상기 본체의 후면에 접촉하는 피검체의 제1 부위로부터 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부;
    상기 본체의 전면에 장착되어 피검체의 제2 부위가 접촉하는 터치스크린을 포함하고, 상기 제2 부위가 터치스크린에 접촉할 때 생성되는 터치데이터를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 접촉 압력 추출부; 및
    상기 본체에 실장되며, 상기 맥파 신호 및 접촉 압력 신호를 기초로 생체정보를 측정하는 프로세서를 포함하는 웨어러블 기기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 접촉 압력 추출부는
    상기 제1 부위로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 상기 제2 부위가 터치스크린에 접촉한 상태로 가감하는 압력의 변화에 따라 생성되는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity) 및 포스(force) 값 중의 적어도 하나를 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 웨어러블 기기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 접촉 압력 추출부는
    상기 터치데이터로부터 접촉 영역을 추출하고, 추출된 접촉 영역의 픽셀 강도 및 포스 값 중의 적어도 하나를 합산한 결과 및, 상기 접촉 영역의 면적 중의 하나 이상을 기초로 접촉 압력 신호를 추출하는 웨어러블 기기.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 제2 부위가 터치스크린에 가해야 하는 기준 압력의 변화 정보, 상기 제2 부위가 터치스크린에 가하고 있는 실제 접촉 압력 정보 및 상기 제2 부위가 접촉할 영역 중의 적어도 하나를 포함하는 안내 정보를 출력하는 표시부를 더 포함하는 웨어러블 기기.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제1 부위는 피검체의 손목이며, 상기 제2 부위는 손가락인 웨어러블 기기.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 본체에 장착되며, 상기 측정된 맥파 신호, 상기 추출된 접촉 압력 신호 및 상기 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함하는 웨어러블 기기.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 본체에 장착되며, 상기 측정된 맥파 신호, 상기 추출된 접촉 압력 신호 및 상기 프로세서의 처리 결과를 저장하는 저장부를 더 포함하는 웨어러블 기기.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 본체에 장착되며, 사용자로부터 각종 명령을 수신하여 상기 프로세서에 전달하는 조작부를 더 포함하는 웨어러블 기기.
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