KR20200034422A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

생체정보 추정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 생체정보 추정 장치는 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이 및 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함하는 센서부와, 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체정보 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BIO-INFORMATION}
비침습적인 방법으로 생체정보를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
맥파센서 어레이를 통해 대상체의 실제 접촉하중 분포를 획득하여 생체 정보를 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이 및 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함하는 센서부 및, 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득하고, 획득된 접촉하중 분포 및 제1 접촉하중을 기초로 접촉면 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하며, 제2 접촉하중 및 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
맥파센서 어레이는 대상체에 광을 조사하는 광원 어레이 및 대상체로부터 반사 또는 산란되는 광을 검출하는 디텍터 어레이를 포함할 수 있다.
센서부는 맥파센서 어레이가 미리 정의된 형태를 갖도록 배치된 기판을 더 포함할 수 있다.
광원 어레이 및 디텍터 어레이는 와이어 본딩 및 플립칩 본딩 중의 적어도 하나의 방법을 통해 기판에 배치될 수 있다.
또한, 광원 어레이는 와이어 본딩 및 플립칩 본딩 중의 적어도 하나의 방법을 통해 기판에 배치되고, 디텍터 어레이는 기판에 미세 공정을 통해 패터닝 형태로 형성될 수 있다.
또한, 광원 어레이 및 디텍터 어레이는 기판에 미세 공정을 통해 패터닝 형태로 형성될 수 있다.
또한, 광원 어레이의 각 광원은 다파장 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
센서부는 맥파센서 어레이 위에 배치되어 대상체가 접촉하는 터치 센서를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 맥파센서 어레이에서 검출된 각 위치의 맥파신호에서 각각의 DC 성분을 추출하고, 추출된 각각의 DC 성분을 기초로 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 획득할 수 있다.
프로세서는 맥파센서 어레이의 배치 형태에 따라 접촉면의 소정 위치에 대한 맥파신호가 검출되지 않은 경우, 상기 추출된 DC 성분을 기초로 보간하여 소정 위치에 대한 DC 성분을 추정할 수 있다.
프로세서는 제1 접촉하중을 접촉하중 분포의 전체 합산 결과로 나눈 결과에 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 곱하여, 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득할 수 있다.
프로세서는 관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 대상체와 센서부 사이의 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서는 대상체의 혈관 분포, 맥파 센서 어레이의 배치 형태, 접촉면 상의 특정 위치 및, 상기 각 위치에 대한 제2 접촉하중 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정할 수 있다.
프로세서는 각 측정 시점에서의 접촉압력 대 맥파신호의 진폭을 나타내는 오실로메트릭(oscillometric) 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
이때, 특징값은 오실로메트릭 포락선에서 최대 진폭 지점의 접촉 압력값, 접촉 압력값을 기준으로 좌우 소정 비율에 해당하는 지점의 접촉 압력값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 생체정보 추정 요청을 수신하면, 대상체와 센서부 사이의 접촉압력에 대한 가이드 정보를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 관심영역의 제2 접촉하중 및 관심영역의 면적을 기초로 획득된 관심영역의 접촉압력을 이용하여 대상체와 센서부 사이의 접촉상태를 판단할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 판단 결과에 따라 사용자에게 접촉상태를 가이드하는 정보를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
이때, 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 탄력도 및 피부 나이 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 단계, 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 단계, 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득하는 단계, 접촉하중 분포 및 제1 접촉하중을 기초로 접촉면의 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하는 단계 및 각 위치에 대한 제2 접촉하중 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
접촉하중 분포를 획득하는 단계는 각 위치의 맥파신호에서 DC 성분을 추출하는 단계 및 추출된 각 DC 성분을 기초로 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
접촉하중 분포를 획득하는 단계는 맥파센서 어레이의 배치 형태에 따라 접촉면의 소정 위치에 대한 맥파 신호가 검출되지 않은 경우, 추출된 DC 성분을 기초로 보간하여 소정 위치에 대한 DC 성분을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 대상체의 혈관 분포, 맥파 센서 어레이의 배치 형태, 센서부 접촉면의 중심 및, 각 위치에 대한 제2 접촉하중 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 대상체와 센서부 사이의 접촉압력을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 각 측정 시점에서의 접촉압력 대 맥파신호의 진폭을 나타내는 오실로메트릭(oscillometric) 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이와 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함하는 센서부 및, 제1 대상체로부터 검출된 제1 맥파신호를 기초로 보정 모델을 생성하고, 제2 대상체로부터 검출된 제2 맥파신호를 상기 보정 모델을 기초로 보정하며, 보정된 제2 맥파신호 및 제1 접촉하중을 기초로 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하고, 획득된 제2 접촉하중과 상기 보정된 제2 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
이때, 제1 대상체는 완전 반사 물질로 균일하게 형성된 반사판을 포함할 수 있다.
프로세서는 각 위치의 맥파센서에서 출력된 값의 차이가 0이 되도록 하는 보정 모델을 생성할 수 있다.
프로세서는 관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력과 보정된 제2 맥파신호를 기초로 오실로메트릭 기반으로 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서는 생체정보 추정 결과를 기초로 캘리브레이션 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 사용자에게 캘리브레이션 수행에 관하여 가이드할 수 있다.
맥파센서 어레이를 통해 대상체 관측부위의 실제 접촉하중을 구하여 대상체 관측부위의 정확한 접촉압력을 획득함으로써 생체정보 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 생체정보 추정 장치의 센서부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 프로세서의 실시예들을 도시한 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 오실로메트릭 기반의 생체정보 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 7은 생체정보 추정 장치가 적용된 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 8은 생체정보 추정 장치가 적용된 스마트 기기를 도시한 것이다.
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 추정 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다. 이하에서 설명하는 생체정보 추정 장치의 다양한 실시예들은 휴대용 웨어러블 기기나 스마트 기기 등의 다양한 기기에 적용될 수 있다. 이때, 다양한 기기는 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드 형 등의 다양한 형태로 제작되는 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC등와 같은 모바일 기기를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 2a 내지 도 2c는 생체정보 추정 장치의 센서부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면 실시예들에 따른 생체정보 측정 장치(100a,100b)는 센서부(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
센서부(110)는 대상체의 접촉에 따라 접촉면의 각 위치별로 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이와, 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 센서부(110)는 기판(113)을 더 포함할 수 있으며, 복수의 맥파센서가 기판(113)에 일정한 형태로 배열되어 맥파센서 어레이(111)를 형성할 수 있다. 센서부(110)는 맥파센서 어레이(111)와 하중센서(112)가 다층 구조로 형성될 수 있다. 도 2a의 (1)을 참조하면, 기판(113) 상단에 맥파센서 어레이(111)가 배치되며 그 하단에 하중 센서(112)가 배치될 수 있다. 도 2a의 (2)를 참조하면, 센서부(110)는 대상체가 접촉하는 터치 센서(114)를 더 포함할 수 있다. 터치 센서(114)는 정전 용량형 또는 광학 기반의 센서일 수 있으며 지문 센서를 포함할 수 있다. 터치 센서(114)는 맨 상단에 배치되어 대상체가 접촉에 따른 접촉 면적을 프로세서(120)에 전달할 수 있다.
맥파센서 어레이(111)는 대상체에 광을 조사하는 광원(111a) 어레이 및 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터(111b) 어레이를 포함할 수 있다. 이때, 한 쌍의 광원(111a) 및 디텍터(11b)는 하나의 맥파센서를 형성할 수 있다. 광원(111a)은 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 디텍터(111b)는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS, CIS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
맥파센서 어레이(111)는 기판(113)에 다양한 형태로 배치될 수 있다. 맥파센서 어레이(111)는 도 2b의 (1)을 참조하면 복수의 맥파센서가 사각형 즉, NХM 2차원 행렬 형태로 배열될 수 있다. 도 2b의 (2)를 참조하면 십자 형태로 배열될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며 원형, 타원형, 대상체의 특성에 따라 그 밖의 다양한 형태를 갖도록 배치될 수 있다. 맥파센서 어레이(111)의 광원 어레이는 동시 구동 또는 순차 구동될 수 있다.
맥파센서 어레이(111)를 구성하는 광원 어레이 및 디텍터 어레이는 다양한 기법으로 기판(113)에 형성될 수 있다.
일 예로, 도 2c의 (1)을 참조하면 광원(LED) 어레이 및 디텍터(PD) 어레이는 와이어 본딩(wire bonding) 또는 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통해 기판(113)에 배치될 수 있다. 다른 예로, 도 2c의 (2)를 참조하면 광원(LED) 어레이는 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩을 통해 기판(113)에 배치되고, 디텍터(PD) 어레이는 기판(113)에 미세 공정을 통해 패터닝(patterning) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 기판(113)은 실리콘(silicon) 기판일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로, 도 2c의 (3)을 참조하면 광원(LED) 어레이 및 디텍터(PD) 어레이는 기판(113)에 미세 공정을 통해 패터닝 형태로 형성될 수 있다. 이때, 기판(113)은 실리콘 기판일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 도 2c의 (4)를 참조하면, 각 광원은 서로 다른 복수의 파장(예: 적색, 녹색, 적외)의 광을 조사할 수 있도록 복수의 LED로 형성될 수 있다.
프로세서(120)는 센서부(110)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 생체정보 추정 요청에 따라 센서부(110)를 제어할 수 있다. 프로세서(120)는 센서부(110)가 검출한 맥파신호 및 제1 접촉하중을 수신하고, 수신된 맥파신호 및 제1 접촉하중을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 탄력도 및 피부 나이 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따른 프로세서의 블록도이다. 도 4a 내지 도 4e는 오실로메트릭 기반의 생체정보 추정을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1a 내지 도 4e를 참조하여 프로세서(300a,300b)의 실시예들을 설명한다.
도 3a를 참조하면, 일 실시예의 프로세서(300a)는 접촉하중 처리부(310), 특징값 획득부(320), 추정부(330), 관심영역 설정부(340) 및 접촉상태 가이드부(350)를 포함할 수 있다.
접촉하중 처리부(310)는 맥파센서 어레이를 통해 각 위치에서 검출된 맥파신호를 이용하여 센서부(110) 접촉면의 접촉하중 분포를 획득할 수 있다. 도 4a를 참조하면, (1)과 같이 사용자가 손가락을 센서부(110)의 접촉면에 접촉한 상태에서 (2)와 같은 상태가 될 때까지 점차 강하게 누르면 해당 부위에서 혈액이 빠져나가기 때문에 맥파신호의 DC 값이 증가하는 특성을 갖는다. 접촉하중 처리부(310)는 이러한 특성을 이용하여 접촉면의 각 위치별로 상대적인 접촉하중의 크기를 구함으로써 전체 접촉면의 접촉하중 분포를 획득할 수 있다.
예를 들어, 접촉하중 처리부(310)는 각 위치의 맥파신호에서 DC 성분을 추출할 수 있다. 이때, 각 맥파신호를 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF)에 통과시켜 DC 성분을 추출할 수 있다. 접촉하중 처리부(310)는 추출된 각 맥파신호의 DC 성분을 기초로 각 위치의 상대적인 접촉하중의 크기를 획득할 수 있다. 예컨대, 추출된 각 위치의 DC 값 자체 또는, DC 값을 미리 정의된 함수식을 이용하여 산출한 값을 각 위치의 상대적인 접촉하중의 크기로 결정할 수 있다.
접촉하중 처리부(310)는 접촉하중 분포 즉, 각 위치별로 상대적인 접촉하중의 크기가 획득되면, 각 위치별 상대적인 접촉하중의 크기와 하중센서에 의해 검출된 제1 접촉하중을 기초로 각 위치별로 제2 접촉하중을 획득할 수 있다.
예를 들어, 접촉하중 처리부(310)는 아래의 수학식 1을 이용하여 접촉면의 각 위치별로 제2 접촉하중을 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, P(x,y)는 구하고자 하는 접촉면의 (x,y)위치의 제2 접촉하중, Pr(x,y)는 접촉하중 처리부(310)에서 구해진 (x,y)위치의 상대적인 접촉하중의 크기, K는 하중 센서의 출력 값을 의미한다. 또한, ∑Pr은 접촉하중 처리부(310)에서 구해진 접촉하중 분포의 전체 합산값 즉, 모든 위치의 상대적인 접촉하중 크기를 더한 값을 의미한다.
한편, 접촉하중 처리부(310)는 도 2b의 (2)와 같이 맥파센서 어레이의 배치 형태에 따라 특정 위치 예컨대 점선으로 표시한 위치에서 맥파신호가 검출되지 않을 수 있다. 이때 접촉하중 처리부(310)는 검출된 맥파신호의 DC 성분들을 기초로 보간하여 맥파신호가 검출되지 않은 위치의 DC 성분을 추정할 수 있다.
접촉하중 처리부(310)는 각 위치에 대한 제2 접촉하중이 구해지면 관심영역의 제2 접촉하중을 구할 수 있다. 예컨대, 관심영역에 하나의 위치가 포함된 경우 그 위치의 실제 접촉하중을 관심영역의 제2 접촉하중으로 획득할 수 있다. 또는, 관심영역에 복수의 위치가 포함된 경우 관심영역에 포함된 모든 위치의 제2 접촉하중을 합한 값, 평균값, 최대값, 최소값, 중간값, 그 밖의 통계값 및 미리 정의된 함수식을 통해 산출된 값 중의 적어도 하나를 관심영역의 제2 접촉하중으로 획득할 수 있다.
접촉하중 처리부(310)는 관심영역의 제2 접촉하중이 획득되면, 제2 접촉하중을 관심영역의 면적으로 나누어 접촉압력을 획득할 수 있다. 관심영역의 면적은 각 맥파센서의 크기를 알 수 있으므로 관심영역에 포함된 맥파센서의 수에 따라 결정될 수 있다.
관심영역 설정부(340)는 접촉면의 각 위치들 중의 적어도 하나를 관심영역으로 설정할 수 있다. 일 예로, 관심영역 설정부(340)는 접촉면 상의 특정 위치 예컨대 접촉면 중심 위치를 포함하는 소정 영역을 관심영역으로 설정할 수 있다. 다른 예로, 관심영역 설정부(340)는 각 위치별로 맥파신호가 검출되면 각 맥파신호의 품질을 평가하고 평가 결과를 기초로 관심영역을 설정할 수 있다. 이때, 관심영역 설정부(340)는 각 맥파신호 진폭의 최대값, 최대값과 최소값의 차이, 평균 진폭값 및 각 맥파신호의 DC 성분 등을 기초로 맥파신호의 품질을 평가할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 맥파신호 진폭의 최대값과 최소값의 차이가 가장 큰 위치 또는, 진폭의 최대값, 평균 진폭값 및 DC 값이 임계치 이상인 위치 등을 기준으로 관심영역으로 설정할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 관심영역(R)으로 설정된 맥파센서(L2,D2) 위치에 손가락의 관측부(BV)를 접촉한 상태에서 점차 강하게 누를 때, 그 관심영역(R2)의 디텍터(D2)에 의해 검출된 맥파신호의 DC 성분을 기초로 관심영역(R2)의 제2 접촉하중을 획득할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 관측부(BV)의 맥파신호를 검출하기 위해 일 예로 광원(L1)과 디텍터(D3)를 구동하고, 디텍터(D3)에 의해 검출된 맥파신호를 생체정보 추정에 이용할 수 있다. 도 4b는 설명의 편의를 위해 관측부(BV)에 접촉하는 맥파센서(L2,D2)가 하나인 경우를 도시하고 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4c를 참조하면 맨 위에는 관심영역에서 검출된 맥파신호, 중간에는 전체 접촉면의 평균 접촉하중과 관심영역의 접촉하중의 변화, 맨 아래에는 소정 시간 동안의 접촉면의 접촉하중 분포의 변화가 도시되어 있다. 일반적으로 사용자가 대상체로 접촉면을 누르는 강도는 연령, 성별 및 대상체의 특성 등에 따라 다르므로, 전체 평균 접촉 하중만으로는 정확한 접촉 압력을 구하기 어려울 수 있다. 대상체의 접촉 상태가 양호한 영역을 관심영역으로 설정하고 관심영역의 실제 접촉하중을 이용하여 접촉압력을 획득할 수 있어, 접촉 상태에 상관없이 정확한 생체정보의 추정이 가능하다.
특징값 획득부(320)는 접촉하중 처리부(310)에 의해 접촉압력이 획득되면, 맥파신호와 접촉압력을 기초로 생체정보 추정을 위한 특징값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 4d 및 도 4e를 참조하면 특징값 획득부(320)는 오실로메트릭 기반의 혈압 추정을 위한 특징값을 획득할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 특징값 획득부(320)는 접촉압력 대 맥파신호 진폭을 나타낸 오실로메트릭 포락선(OW)을 획득할 수 있다. 특징값 획득부(320)는 맥파신호의 각 측정 시점에서의 파형 엔벨로프(in1)의 플러스(+) 지점의 진폭값(in2)에서 마이너스(-) 지점의 진폭값(in3)을 빼서 피크-투-피크 지점을 추출하고, 추출된 각 측정 시점의 피크-투-피크 지점의 진폭을 동일한 측정 시점의 접촉 압력을 기준으로 플롯(plot)하여 오실로메트릭 포락선(OW)을 획득할 수 있다.
도 4e를 참조하면, 특징값 획득부(320)는 획득된 오실로메트릭 포락선(OW)으로부터 혈압 추정을 위한 특징값을 획득할 수 있다. 특징값 획득부(320)는 오실로메트릭 포락선(OW)에서 최대 피크 지점의 진폭값(MA), 최대 피크 지점의 접촉 압력값(MP), 최대 피크 지점의 접촉 압력값(MP)을 기준으로 미리 설정된 비율(예: 0.5~0.7)을 갖는 좌우 지점의 접촉 압력값(SP,DP) 등을 특징값으로 획득할 수 있다.
한편, 특징값 획득부(320)는 맥파센서 어레이를 통해 획득된 전체 맥파신호, 관심영역의 맥파신호 또는 관심영역 주위의 맥파신호 중에서 생체정보 추정을 위한 어느 하나의 맥파신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 관심영역의 맥파신호가 하나인 경우 그 맥파신호를 선택할 수 있다. 또는 전체 맥파신호 또는 관심영역에 속한 복수의 맥파신호 중에서 전술한 맥파신호의 품질을 기초로 어느 하나의 맥파신호를 선택할 수 있다.
또한, 특징값 획득부(320)는 전체 맥파신호 또는 복수의 맥파신호를 선택하고, 복수의 맥파신호를 미리 정의된 통합 모델에 적용하여 특징값 추출을 위한 하나의 맥파신호를 획득할 수 있다. 또는, 도 4b와 같이 관측부(BV)에서 맥파신호를 검출하기 위해 광원(L1)과 디텍터(D3)가 미리 지정되는 경우, 디텍터(D3)에서 검출된 맥파신호를 생체정보 추정을 위한 맥파신호를 선택할 수 있다. 또는, 특징값 획득부(320)는 복수의 맥파신호와 접촉압력을 기초로 각 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 각 오실로메트릭 포락선으로부터 추출된 특징값을 미리 정의된 다양한 함수식을 적용하여 결합할 수 있다. 다만 이러한 방법들에 제한되는 것은 아니다.
추정부(330)는 추출된 특징값을 미리 정의된 생체정보 추정 모델을 통해 결합하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보 추정 모델은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, 아래의 수학식 2는 간단한 형태의 선형 함수식을 예시하고 있다.
Figure pat00002
여기서, y는 구하고자 하는 생체정보 추정값을 의미하고, x는 추출된 특징값을 의미한다. a 및 b는 전처리 과정을 통해 미리 구해지는 값으로, 생체정보의 종류 및 사용자 특성에 따라 다르게 정의될 수 있다. 예를 들어, 추정부(330)는 평균 혈압, 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 위 수학식 2를 통해 독립적으로 추정할 수 있다. 예컨대, 추출된 특징값(MP), 특징값(DP) 및 특징값(SP)을 각각 정의된 함수식에 입력하여 각각 평균 혈압, 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 구할 수 있다.
접촉상태 가이드부(350)는 생체정보 추정 요청이 수신되면 사용자가 센서부(110)에 가해야 하는 기준 접촉압력을 가이드할 수 있다. 예를 들어, 접촉상태 가이드부(350)는 각 측정 시점의 기준 접촉압력 및/또는 전체 측정 시간 동안의 기준 접촉압력의 변화 그래프를 가이드 정보를 생성하고, 후술하는 출력부를 통해 출력할 수 있다. 이때, 가이드 정보는 사용자가 피검체를 통해 센서부(110)에 접촉한 상태에서 소정 시간 동안 누르는 세기를 점차 증가시키도록 유도하거나, 반대로 임계치 이상의 세기로 누른 상태에서 점차 그 세기를 감소시키도록 유도하는 정보를 포함할 수 있다.
또한, 접촉상태 가이드부(350)는 사용자가 센서부(110)에 가하고 있는 각 시점의 실제 접촉압력이 획득되면 사용자가 기준 접촉압력과 자신이 실제로 가하고 있는 접촉압력의 차이를 알 수 있도록 실제 접촉압력을 가이드할 수 있다. 이때, 사용자가 기준 접촉압력과의 실제 접촉압력과의 차이를 시각적으로 쉽게 확인할 수 있도록 기준 접촉압력의 변화와 실제 접촉압력의 변화를 나타내는 그래프를 생성하고 출력부를 통해 출력할 수 있다.
또한, 접촉상태 가이드부(350)는 관심영역의 맥파신호를 기초로 접촉 상태를 판단할 수 있다. 관심영역 맥파신호의 품질이 미리 설정된 기준을 만족하지 않으면 접촉 상태가 정상이 아니라고 판단할 수 있다. 예컨대, 관심영역 맥파신호의 진폭 최대값과 최소값의 차이가 임계치 이하인 경우 접촉상태가 정상이 아니라고 판단하고 사용자에게 재접촉하도록 가이드할 수 있다. 다만, 전술한 예시들에 한정되는 것은 아니다.
도 3b를 참조하면, 일 실시예의 프로세서(300b)는 접촉하중 처리부(310), 특징값 획득부(320), 추정부(330) 및 캘리브레이션부(360)를 포함할 수 있다. 접촉하중 처리부(310), 특징값 획득부(320) 및 추정부(330) 구성에 대한 전술한 바 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
센서부(110)는 사용자가 제1 대상체를 접촉하면 접촉면의 각 위치에 대한 제1 맥파신호를 검출할 수 있다. 이때, 제1 대상체는 완전 반사 물질로 균일하게 형성된 반사판을 포함할 수 있다.
캘리브레이션부(360)는 검출된 각 위치의 제1 맥파신호를 이용하여 보정 모델을 생성할 수 있다. 예를 들어, 완전 반사 물질로 형성된 반사판이 센서부(110)에 작용하는 접촉하중을 균일하게 하는 경우 맥파센서 어레이의 각 디텍터에서 출력된 값은 동일해야 한다. 하지만, 각 디텍터에서 출력된 값이 상이한 경우 생체정보 추정의 정확도는 감소될 수 있다. 이를 방지하기 위해 캘리브레이션부(360)는 각 디텍터에서 출력된 값의 차이가 0이 되도록 보정하는 보정 모델을 생성할 수 있다. 아래의 수학식 3은 보정 모델의 일 예를 든 것이나 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00003
여기서, Fim 및 Fic는 각각 디텍터 i에서 출력한 값과 캘리브레이션 후의 값을 나타낸다. α 및 β는 캘리브레이션부(360)에 의해 결정되는 값이다.
캘리브레이션부(360)는 제2 대상체로부터 각 위치의 제2 맥파신호가 검출되면 생성된 보정 모델을 이용하여 제2 맥파신호를 보정할 수 있다. 즉, 각 위치의 디텍터에서 출력된 값을 보정 모델을 이용하여 보정할 수 있다. 이때, 제2 대상체는 손가락, 손목 등의 인체 피부 조직일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
접촉하중 처리부(310)는 보정된 제2 맥파신호 DC 성분을 기초로 접촉하중 분포, 즉, 각 위치의 접촉하중의 상대적인 크기를 획득할 수 있다.
특징값 획득부(320) 및 추정부(330)는 획득된 접촉하중 분포 및 보정된 제2 맥파신호를 이용하여 전술한 바와 같이 생체정보를 추정할 수 있다.
캘리브레이션부(360)는 최초 장치(100a,100b)의 제작 시점에 제작자의 요청에 따라 최초 수행할 수 있으며 이후 사용자의 요청이 있는 경우 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 또한, 캘리브레이션부(360)는 미리 설정된 캘리브레이션 주기가 되거나 생체정보 추정 결과를 기초로 캘리브레이션이 필요한지 판단할 수 있다. 예를 들어, 추정된 혈압값이 미리 정의된 기준 범위를 벗어난 총 횟수, 소정 시간 동안 연속적으로 벗어난 횟수, 기준 혈압으로부터 변화 추세가 계속 증가하거나 계속 감소하는 경우와 같은 다양한 조건의 조합을 통해 캘리브레이션 수행 여부를 판단할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 캘리브레이션부(360)는 판단 결과 캘리브레이션이 필요한 경우 사용자에게 캘리브레이션을 수행하도록 가이드할 수 있다.
다시 도 1b를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100b)는 출력부(130), 저장부(140) 및 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.
출력부(130)는 센서부(110) 및 프로세서(120)에 의해 처리된 결과를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(130)는 생체정보 추정값 및/또는 가이드 정보를 디스플레이 모듈을 통해 시각적으로 출력하거나, 스피커 모듈 또는 햅틱 모듈 등을 통해 음성이나 진동, 촉감 등의 비시각적인 방식으로 출력할 수 있다. 출력부(130)는 설정에 따라 디스플레이의 영역을 둘 이상으로 분리하고 제1 영역에 생체정보 추정에 이용된 맥파 신호, 접촉 힘 및 접촉 면적 등을 다양한 그래프 형태로 출력하며, 제2 영역에 생체정보 추정값을 출력할 수 있다. 이때, 생체정보 추정값이 정상 범위를 벗어나는 경우, 빨간 색 등을 사용하여 강조, 정상 범위를 함께 표시, 음성 경고 메시지 출력, 진동 강도 조절 등의 다양한 방식으로 경고 정보를 함께 출력할 수 있다.
저장부(140)는 센서부(110) 및 프로세서(120)의 처리 결과를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 생체정보 추정에 필요한 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등과 같은 사용자 특성 정보를 포함할 수 있다. 또한, 기준 정보는 생체정보 추정 모델, 생체정보 추정 기준, 기준 접촉압력, 캘리브레이션 기준 등의 다양한 정보를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 저장부(140)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(150)는 프로세서(120)의 제어에 따라 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기(170)와 통신 연결하고 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(150)는 생체정보 추정 결과를 외부 기기(170)에 전송할 수 있으며, 외부 기기(170)로부터 생체정보 추정에 필요한 각종 기준 정보를 수신할 수 있다. 이때, 외부 기기는 커프형 혈압 측정 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC 및 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다.
이때, 통신 기술은 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 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다. 도 5는 도 1a 및 도 1b의 생체정보 추정 장치(100a,100b)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 일 실시예이다. 이하, 중복 설명을 피하기 위해 간단하게 설명한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 대상체가 센서부에 접촉하는 동안 맥파신호와, 대상체가 센서부에 가하는 제1 접촉하중을 검출할 수 있다(511,512). 사용자가 생체정보 추정을 위해 대상체를 접촉면에 접촉시키면 생체정보 추정 장치는 대상체가 접촉면에 가해야 하는 기준 접촉압력에 대하여 가이드할 수 있다.
그 다음, 검출된 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득할 수 있다(513). 예를 들어, 전술한 바와 같이 각 위치에서 검출된 맥파신호의 DC 성분을 추출하고, 추출된 DC 성분값을 이용하여 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 획득할 수 있다. 이때, 각 위치의 DC 성분값 자체 또는 미리 정의된 함수식을 이용하여 각 위치의 DC 성분값으로부터 산출된 값을 각 위치의 상대적인 접촉하중의 크기로 결정할 수 있다.
그 다음, 단계(512)에서 검출된 제1 접촉하중 및 단계(513)에서 획득된 접촉하중 분포를 기초로 접촉면의 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득할 수 있다(514). 이때, 접촉면 상의 관심영역을 설정하고 설정된 관심영역에 대한 제2 접촉하중을 획득할 수 있다. 일 예로, 접촉면 상의 중심 위치를 기준으로 관심영역을 설정할 수 있다. 이 경우, 단계(511)에서 기준 접촉압력의 가이드와 함께, 사용자로 하여금 관심영역 즉, 접촉면의 중심 위치에 대상체의 관측부위 예컨대 손가락 지문 중심점이 위치하도록 가이드할 수 있다. 다른 예로, 사용자별로 손가락의 특성 또는 사용자의 접촉 습관에 따라 손가락의 지문 중심점이 접촉하는 접촉면 상의 위치가 상이할 수 있다. 이러한 사용자의 특성을 고려하여 사용자별로 지문 중심점이 접촉하는 접촉면 위치를 기준으로 관심영역을 설정할 수 있다. 또는, 각 위치에서 검출된 맥파신호의 품질을 기초로 하나 이상의 위치를 관심영역으로 설정할 수 있다.
그 다음, 각 위치에 대한 제2 접촉하중과 단계(511)에서 검출된 맥파신호를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다(515). 예를 들어, 관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 접촉압력과 맥파신호를 이용하여 오실로메트릭 기반으로 혈압을 추정할 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다(516). 이때, 다양한 출력 수단 예컨대, 시각적으로 출력하기 위한 디스플레이 모듈, 음성 출력이 가능한 스피커 모듈, 진동이나 촉감 등의 출력을 위한 햅틱 모듈 등을 이용하여 생체정보 추정결과를 출력할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다. 도 6은 도 1a 및 도 1b의 생체정보 추정 장치(100a,100b)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 일 실시예이다. 이하, 중복 설명을 피하기 위해 간단하게 설명한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 사용자의 요청을 수신하면 캘리브레이션 요청인지 생체정보 추정 요청인지 판단할 수 있다(601). 사용자는 생체정보 추정 장치에서 제공하는 캘리브레이션 수행 가이드에 따라 또는 자신의 판단에 따라 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 캘리브레이션은 장치의 제작 시점에 제작자의 요청에 따라 최초 1회 수행될 수 있다.
그 다음, 판단 결과(601) 사용자의 요청이 캘리브레이션 수행이면 사용자가 접촉시키는 제1 대상체로부터 제1 맥파신호를 검출할 수 있다(611). 이때, 제1 대상체는 접촉면에 균일한 접촉압력이 가해지도록 형성된 반사판일 수 있다. 사용자는 캘리브레이션 요청과 함께 제1 대상체를 접촉면에 접촉하고, 손가락 등으로 제1 대상체를 점차 강하게 눌러 접촉압력의 변화를 줄 수 있다. 이때, 장치는 소정 시간 동안 가해야 하는 기준 접촉압력의 변화를 가이드할 수 있다. 맥파센서 어레이의 각 맥파센서는 동일한 파장 및 전류 세기로 광원을 구동할 수 있다.
그 다음, 검출된 제1 맥파신호를 기초로 보정 모델을 생성할 수 있다(613). 예를 들어, 반사판으로 접촉면의 모든 위치에 균일하게 접촉압력을 가한 상태에서 동일한 구동 전류로 광원을 구동하여 각 위치의 디텍터로부터 출력된 값이 동일하도록 하는 보정 모델을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 보정 모델은 저장부에 저장되며 이후 생체정보 추정에 활용될 수 있다.
한편, 단계(601)에서 판단한 결과 사용자의 요청이 생체정보 추정이면, 제2 대상체의 접촉에 따라 제2 맥파신호 및 제1 접촉하중을 검출할 수 있다(621,622). 이때, 제2 대상체는 손가락, 손목과 같은 인체의 피부 조직일 수 있다. 이때, 각 맥파센서의 각 광원 구동 전류는 캘리브레이션 수행시의 광원 구동 전류와 동일할 수 있다.
그 다음, 접촉면의 각 위치에서 제2 맥파신호가 획득되면 보정 모델을 이용하여 제2 맥파신호를 보정하고(623), 보정된 제2 맥파신호를 기초로 접촉하중 분포를 획득할 수 있다(624).
그 다음, 접촉하중 분포 및, 단계(622)에서 검출된 제1 접촉하중을 기초로 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하고(625), 획득된 제2 접촉하중 및 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(626). 이때, 관심영역의 제2 접촉하중 및 면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 접촉압력과 맥파신호를 이용하여 오실로메트릭 기반으로 생체정보를 추정할 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 결과를 이용하여 캘리브레이션이 필요한지 판단할 수 있다(627). 예를 들어, 추정 혈압이 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 정상 범위를 벗어난 총 횟수가 임계치를 초과하는 경우, 소정 횟수 이상 연속적으로 정상 범위를 벗어난 경우, 추정 혈압과 기준 혈압 간의 차이가 임계치 이상인 경우, 기준 혈압 대비 추정 혈압의 변화 추이가 계속 증가하거나 감소하는 경우 캘리브레이션이 필요하다고 판단할 수 있다. 다만, 여기에 예시된 조건들에 제한되는 것은 아니다.
그 다음, 단계(627)에서 판단한 결과 캘리브레이션이 필요하면 캘리브레이션 수행에 관한 가이드, 예컨대, 캘리브레이션을 수행하도록 유도하는 정보, 캘리브레이션에 필요한 절차 등의 정보를 출력할 수 있다(628). 만약, 단계(627)에서 판단한 결과 캘리브레이션이 필요하지 않거나 캘리브레이션이 필요한 경우라도 설정에 따라 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다(629).
도 7은 생체정보 추정 장치의 다양한 실시예들이 적용된 웨어러블 기기를 도시한 것이다. 전술한 생체정보 추정 장치(100a,100b)의 실시예들은 손목에 착용하는 스마트 워치나 스마트 밴드형 웨어러블 기기에 탑재될 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 예시에 불과한 것이므로 이에 한정되지 않는다.
도 7을 참조하면, 웨어러블 기기(700)는 본체(710)와 스트랩(730)을 포함한다.
스트랩(730)은 플렉시블하게 구성될 수 있으며, 본체(710)의 양단에 연결되어 사용자의 손목에 감싸는 형태로 구부려지거나 사용자의 손목으로부터 분리되는 형태로 구부려질 수 있다. 또는, 스트랩(730)은 분리되지 않는 밴드 형태로 구성될 수 있다. 이때, 스트랩(730)은 손목에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성을 갖도록 내부에 공기가 주입되거나 공기 주머니를 포함하도록 형성될 수도 있으며, 본체(710)로 손목의 압력 변화를 전달할 수 있다.
본체(710) 또는 스트랩(730)의 내부에는 웨어러블 기기(700)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
또한, 본체(710)의 일측에는 센서부(720)가 장착된다. 센서부(720)는 전술한 바와 같이 맥파센서 어레이 및 하중센서로 구성될 수 있다. 사용자가 소정 시간 동안 손목과 센서부(720) 사이의 접촉압력을 변화시키면, 센서부(720)는 손목에 의해 가해지는 접촉하중을 검출하고, 또한 손목의 혈관 조직으로부터 맥파신호를 검출할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 본체(710)를 착용한 상태에서 본체(710)의 전면에 장착된 표시부를 다른 손의 손가락으로 점차 강하게 눌러 손목과 센서부(720) 사이의 접촉 압력의 변화를 줄 수 있다. 또는, 사용자가 본체(710)를 손목에 착용한 상태에서 주먹을 쥐었다 서서히 펴는 것과 같은 방식으로 손목의 굵기를 점차 변경시키면 스트랩의 장력의 변화가 발생하고 이에 따라 손목과 센서부(720) 사이의 접촉 압력을 변화시킬 수 있다.
또한, 본체(710)에는 센서부(720)에 의해 검출된 맥파신호 및 접촉하중을 처리하여 생체정보를 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 프로세서는 사용자의 생체정보 추정 요청에 따라 제어신호를 생성하여 센서부(720)를 제어할 수 있다. 프로세서는 각 위치의 맥파신호가 검출되면, 맥파신호의 DC 성분을 이용하여 접촉하중 분포를 획득할 수 있다. 또한, 획득된 접촉하중 분포와 센서부(720)에 의해 검출된 접촉하중을 이용하여 각 위치별 실제 접촉하중을 구하고, 실제 접촉하중을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 관심영역의 실제 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 접촉압력을 산출하고, 산출된 접촉압력과 맥파신호를 이용하여 오실로메트릭 기반으로 혈압을 추정할 수 있다.
한편, 프로세서는 사용자로부터 생체정보 추정 요청이 수신되면, 사용자가 본체(710)에 압력을 가하여 센서부(720)와 피검체 사이의 접촉 압력을 변화시킬 수 있도록 표시부를 통해 사용자에게 접촉 상태를 가이드할 수 있다. 이때, 표시부는 본체(710)의 전면에 장착될 수 있으며 시각적으로 접촉 상태에 대한 가이드 정보 및/또는 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다.
저장부가 본체(710) 내부에 탑재될 수 있으며 프로세서에 의해 처리된 다양한 정보나 생체정보 추정을 위한 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기(700)는 사용자의 제어 명령을 수신하여 프로세서로 전달하는 조작부(740)를 포함할 수 있다. 조작부(740)는 본체(710)의 측면에 장착될 수 있으며, 웨어러블 기기(700)의 전원을 온/오프시키는 명령을 입력하기 위한 기능을 포함할 수 있다.
그 밖에 웨어러블 기기(700)에는 외부 기기와 각종 데이터를 송수신하는 통신부 및 그 밖의 웨어러블 기기(700)에서 제공하는 부가 기능을 수행하기 위한 각종 모듈들이 탑재될 수 있다.
도 8은 생체정보 추정 장치의 실시예들이 적용된 스마트 기기를 도시한 것이다. 이때, 스마트 디바이스는 스마트폰 및 태블릿 PC등을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 스마트 기기(800)는 본체(810)의 일면에 센서부(830)가 장착될 수 있다. 센서부(830)는 광원 어레이 및 디텍터 어레이로 형성된 맥파센서 어레이와 하중센서를 포함할 수 있다. 센서부(830)는 본체(810)의 후면에 장착될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 전면의 지문 센서 또는 터치 패널과 결합하여 센서부(830)를 구성하는 것도 가능하다.
본체(810)의 전면에 표시부가 장착될 수 있다. 표시부는 생체정보 추정 결과 등을 시각적으로 출력할 수 있다. 표시부는 터치 패널을 포함할 수 있으며, 터치 패널을 통해 입력되는 다양한 정보를 수신하여 프로세서에 전달할 수 있다.
한편, 본체(810)에는 이미지 센서(820)가 장착될 수 있다. 이미지 센서(820)는 사용자가 맥파 신호를 측정하기 위해 손가락을 센서부(830)에 접근시키는 경우, 손가락을 촬영하여 프로세서로 전달할 수 있다. 이때, 프로세서는 손가락의 이미지로부터 센서부(830)의 실제 위치 대비 손가락의 상대 위치를 파악하고, 표시부를 통해 손가락의 상대 위치 정보를 사용자에게 제공함으로써 보다 정확하게 맥파 신호 측정이 이루어지도록 가이드할 수 있다.
그 밖의 전술한 생체정보 측정 장치의 다양한 실시예들을 수행하기 위한 각종 모듈이 스마트 기기(800)에 탑재될 수 있으며 자세한 설명은 생략한다.
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 본 발명이 속하는 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.
100a,100b: 생체정보 추정 장치 110: 센서부
120,300a,300b: 프로세서 130: 출력부
140: 저장부 150: 통신부
310: 접촉하중 처리부 320: 특징값 획득부
330: 추정부 340: 관심영역 설정부
350: 접촉상태 가이드부 360: 캘리브레이션부
700: 웨어러블 기기 710: 본체
720: 센서부 730: 스트랩
740: 조작부 800: 스마트 디바이스
810: 본체 820: 이미지 센서
830: 센서부

Claims (30)

  1. 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이 및 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함하는 센서부; 및
    상기 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득하고, 획득된 접촉하중 분포 및 제1 접촉하중을 기초로 접촉면 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하며, 제2 접촉하중 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥파센서 어레이는
    대상체에 광을 조사하는 광원 어레이; 및
    대상체로부터 반사 또는 산란되는 광을 검출하는 디텍터 어레이를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 맥파센서 어레이가 미리 정의된 형태를 갖도록 배치된 기판을 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원 어레이 및 디텍터 어레이는 와이어 본딩 및 플립칩 본딩 중의 적어도 하나의 방법을 통해 기판에 배치되는 생체정보 추정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광원 어레이는 와이어 본딩 및 플립칩 본딩 중의 적어도 하나의 방법을 통해 기판에 배치되고,
    상기 디텍터 어레이는 기판에 미세 공정을 통해 패터닝 형태로 형성되는 생체신호 정보 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 광원 어레이 및 디텍터 어레이는 기판에 미세 공정을 통해 패터닝 형태로 형성되는 생체정보 추정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 광원 어레이의 각 광원은 다파장 광을 조사하도록 형성되는 생체정보 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 맥파센서 어레이 위에 배치되어 대상체가 접촉하는 터치 센서를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파센서 어레이에서 검출된 각 위치의 맥파신호에서 각각의 DC 성분을 추출하고, 추출된 각각의 DC 성분을 기초로 상기 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    맥파센서 어레이의 배치 형태에 따라 접촉면의 소정 위치에 대한 맥파신호가 검출되지 않은 경우, 상기 추출된 DC 성분을 기초로 보간하여 상기 소정 위치에 대한 DC 성분을 추정하는 생체정보 추정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 접촉하중을 상기 접촉하중 분포의 전체 합산 결과로 나눈 결과에 상기 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 곱하여, 상기 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 대상체와 센서부 사이의 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    대상체의 혈관 분포, 맥파 센서 어레이의 배치 형태, 접촉면 상의 특정 위치 및, 상기 각 위치에 대한 제2 접촉하중 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정하는 생체정보 추정 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    각 측정 시점에서의 접촉압력 대 맥파신호의 진폭을 나타내는 오실로메트릭(oscillometric) 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 특징값은
    상기 오실로메트릭 포락선에서 최대 진폭 지점의 접촉 압력값, 상기 접촉 압력값을 기준으로 좌우 소정 비율에 해당하는 지점의 접촉 압력값 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    생체정보 추정 요청을 수신하면, 대상체와 센서부 사이의 접촉압력에 대한 가이드 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    관심영역의 제2 접촉하중 및 관심영역의 면적을 기초로 획득된 관심영역의 접촉압력을 이용하여 대상체와 센서부 사이의 접촉상태를 판단하는 생체정보 추정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 판단 결과에 따라 사용자에게 접촉상태를 가이드하는 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 탄력도 및 피부 나이 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  20. 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 단계;
    대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 단계;
    상기 맥파신호를 기초로 접촉면의 접촉하중 분포를 획득하는 단계;
    상기 접촉하중 분포 및 상기 제1 접촉하중을 기초로 접촉면의 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하는 단계; 및
    상기 각 위치에 대한 제2 접촉하중 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 생체 정보 추정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 접촉하중 분포를 획득하는 단계는
    상기 각 위치의 맥파신호에서 DC 성분을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 각 DC 성분을 기초로 상기 각 위치에 대한 상대적인 접촉하중의 크기를 획득하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 접촉하중 분포를 획득하는 단계는
    맥파센서 어레이의 배치 형태에 따라 접촉면의 소정 위치에 대한 맥파 신호가 검출되지 않은 경우, 추출된 DC 성분을 기초로 보간하여 상기 소정 위치에 대한 DC 성분을 추정하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    대상체의 혈관 분포, 맥파 센서 어레이의 배치 형태, 센서부 접촉면의 특정 위치 및, 상기 각 위치에 대한 제2 접촉하중 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 대상체와 센서부 사이의 접촉압력을 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    각 측정 시점에서의 접촉압력 대 맥파신호의 진폭을 나타내는 오실로메트릭(oscillometric) 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 방법.
  26. 대상체가 접촉면에 접촉할 때 맥파신호를 검출하는 맥파센서 어레이와 대상체가 접촉면에 가하는 제1 접촉하중을 검출하는 하중센서를 포함하는 센서부; 및
    제1 대상체로부터 검출된 제1 맥파신호를 기초로 보정 모델을 생성하고, 제2 대상체로부터 검출된 제2 맥파신호를 상기 보정 모델을 기초로 보정하며, 보정된 제2 맥파신호 및 상기 제1 접촉하중을 기초로 각 위치에 대한 제2 접촉하중을 획득하고, 획득된 제2 접촉하중과 상기 보정된 제2 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 대상체는 완전 반사 물질로 균일하게 형성된 반사판을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 각 위치의 맥파센서에서 출력된 값의 차이가 0이 되도록 하는 보정 모델을 생성하는 생체정보 추정 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 프로세서는
    관심영역의 제2 접촉하중과 관심영역의 면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력과 상기 보정된 제2 맥파신호를 기초로 오실로메트릭 기반으로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 프로세서는
    생체정보 추정 결과를 기초로 캘리브레이션 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 사용자에게 캘리브레이션 수행에 관하여 가이드하는 생체정보 추정 장치.
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