KR20200141029A - 휴대용 수화 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
장치의 손가락 크래들에 대해 사용자의 손가락을 눌러 손가락 누름을 생성하는 단계; 적어도 하나의 센서를 통해, 손가락 존재를 감지하는 단계; 인가 압력을 지시하는 알람을 제공하는 단계; 적어도 하나의 전자기 방출기를 통해, 손가락을 통한 방사선을 방출하는 단계; 적어도 하나의 전자기 검출기를 통해, 손가락을 통한 방사선을 검출하는 단계; 동기화 라인을 통해, 전자기 방사선이 하나 이상의 손가락 누름과 동시에 인가되는지를 확인하는 단계; 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기를 통해, 전자기 검출기에 의해 검출된 방사선을 디지털 정보로 변환하는 단계; 및 처리 유닛을 통해, 손가락 압력 데이터 및 검출된 전자기 방사선 데이터를 처리 유닛에 저장된 알고리즘을 사용하여 수화 레벨로 변환하는 단계; 및 장치와 결합된 적어도 하나의 알람 유닛으로 수화 수준을 전달하는 단계를 포함하는 수화를 모니터링하도록 작동 가능한 방법.
Description
본 출원은, 2018년 2월 9일에 미국 특허청에 출원된 미국 가특허 출원 제62/628,750호의 우선권을 주장하며, 이들 모두는 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 개시는 수화 모니터링을 위한 휴대용 장치 및 그 사용을 위한 방법에 관한 것이다.
현재 시장에는 사용자 건강의 다양한 측면을 추적하도록 구성된 수많은 모니터링 장치가 이용 가능하다. 이러한 장치는 사용자의 심박수, 정의된 기간 동안의 활동, 또는 정의된 기간 동안 수행된 단계와 같은 인자를 추적할 수 있다. 이러한 장치는 웨어러블일 수 있으며 일부 예에서는 시계에 통합될 수 있다.
본 개시는 휴대용, 비 침습적 모니터링 장치 및 사용자의 수화 상태의 측정을 부분 검사(spot check)하기 위한 방법에 관한 것이다. 모니터링 장치 및 그 사용 방법은 모바일 장치, 스마트폰 및 웨어러블 장치뿐만 아니라 이전 수화 이력 없이 개인의 수화 상태를 결정하는 것이 중요할 수 있는 의료 애플리케이션에서도 응용을 찾을 수 있다.
이하, 본 기술의 구현은 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 사용자의 수화를 모니터링하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 수화 모니터링 장치를 위한 동기화 방법의 예를 도시한다.
도 3a는 본 개시에 따른 웰빙 목표를 결정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 3b는 본 개시에 따라 사용자가 웰빙 목표를 달성하는 것을 지원하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시에 따른 잘 수화된 사용자의 전력 스펙트럼 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시에 따른 1.97% 탈수 레벨을 갖는 사용자의 전력 스펙트럼 밀도를 예시하는 그래프이다.
도 6은 본 개시에 따른 잘 수화된 사용자에서 측정된 피부 터거 신호를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시에 따른 1.97% 탈수 레벨을 갖는 사용자에서 측정된 피부 터거 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시에 따른 수화 모니터링 장치에서 손가락 압력이 변화함에 따라 사용자로부터 획득되는 전자기 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 개시에 따른 사용자의 수화를 모니터링하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 수화 모니터링 장치를 위한 동기화 방법의 예를 도시한다.
도 3a는 본 개시에 따른 웰빙 목표를 결정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 3b는 본 개시에 따라 사용자가 웰빙 목표를 달성하는 것을 지원하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시에 따른 잘 수화된 사용자의 전력 스펙트럼 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시에 따른 1.97% 탈수 레벨을 갖는 사용자의 전력 스펙트럼 밀도를 예시하는 그래프이다.
도 6은 본 개시에 따른 잘 수화된 사용자에서 측정된 피부 터거 신호를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시에 따른 1.97% 탈수 레벨을 갖는 사용자에서 측정된 피부 터거 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시에 따른 수화 모니터링 장치에서 손가락 압력이 변화함에 따라 사용자로부터 획득되는 전자기 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "손가락 누름(finger press)"은 본질적으로 광대역인 단계 응답으로 구성될 수 있다. 사용자의 손가락이 손가락 크래들에 눌려짐에 따라 혈액이 사용자 손가락 끝의 모세혈관 안팎으로 흐른다. 그러나, 이러한 흐름은 균일하지 않을 수 있으며 시간적 응답은 사용자의 수화 상태의 함수에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "수화 상태"는 사용자의 현재 수화 레벨을 지칭한다. 정상 수화 상태는 체내 수분 함량의 정상적인 상태를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "충분히 광대역(sufficiently broadband)"은 장치가 설명된 방법에서의 사용을 위해 필요한 데이터를 수집하기에 충분한 시간 가변적인 손가락 누름을 지칭한다.
도 1은 사용자의 수화의 휴대용 비 침습적 모니터링에 사용될 수 있는 본 명세서에 설명된 장치를 예시하는 개략도이다. 구체적으로, 도 1은 사용자의 수화 상태를 평가할 수 있는 휴대용 수화 모니터링 장치(100)의 예를 나타낸다. 예를 들어, 수화 상태는 사용자가 장치(100)와 결합된 손가락 크래들(112)에 대해 손가락(110)을 누르도록 함으로써 평가될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "손가락"은 엄지 손가락을 포함한 5개의 지골 중 임의의 것을 지칭한다. 또한, 손가락은 오른손 또는 왼손에 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "손가락 크래들"은 임의의 적절한 접촉점을 포함할 수 있으며, 손가락 크래들은 손가락이 눌릴 수 있는 압력 센서와 결합될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 손가락 크래들은 장치의 상단에 위치된다. 다른 예에서, 손가락 크래들은 장치로부터의 돌출부일 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 손가락 크래들은 사용자가 손가락을 놓을 수 있는 오목부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 손가락 크래들은 또한 장치에 내장된 평평한 표면을 포함할 수 있고, 평평한 표면은 유리판, 플라스틱 판 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 적어도 하나의 예에서, 손가락 크래들의 평평한 표면은 지문 판독기에서 자주 사용되는 표면과 유사할 수 있다. 손가락 크래들은 플라스틱, 유리, 금속 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 하나 이상의 재료로 만들어질 수 있다.
장치(100)는 관성 측정 유닛(inertial measurement unit, IMU)(114), 하나 이상의 전자기 방사선 방출기(116) 및 하나 이상의 전자기 방사선 검출기(122)와 같은 하나 이상의 압력 센서를 더 포함할 수 있고, 각각의 엘리먼트 각각은 손가락 크래들(112)과 결합될 수 있다. 압력 센서/IMU(114) 및 전자기 방사선 방출기(116)는 동기화 라인(118)을 제공하여 결합될 수 있다. 또한, 압력 센서/IMU(114) 각각, 전자기 방사선 방출기(116) 및 전자기 방사선 검출기(122)는 프로세서(120)와 결합될 수 있다. 하나 이상의 전자기 방사선 검출기(122)는 아날로그-디지털 변환기(124)를 통해 프로세서(120)와 결합될 수 있으며, 변환기(124)는 프로세서에 의해 판독 가능한 전자기 방사선 검출기에 의해 획득된 데이터를 허용한다. 프로세서(120)는 과거의 사용자 데이터를 저장할 수 있는 메모리(126), 수화 데이터를 저장하도록 구성된 수화 인덱스(130) 및 장치(100)와 외부 장치(134) 사이에 정보를 전송하고 수신하도록 구성된 통신 유닛(128)과 추가로 결합될 수 있다. 수화 인덱스(130)는 또한 통신 유닛(128)과 결합될 수 있고 하나 이상의 미리 결정된 상황이 충족될 때 알람(132)을 발생하도록 구성될 수 있다. 이러한 상황은 사용자의 수화 상태의 감소를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 알람은 시각 알람, 청각 알람, 사용자의 수화 상태를 지시하는 디스플레이, 사용자의 수화 상태를 지시하는 가청 메시지 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 그 후, 알람(132)은 사용자에게 하나 이상의 상황과 관련된 데이터를 제공하기 위해 통신 유닛(128)을 통해 장치(100)로부터 외부 장치(134)로 전송될 수 있다.
적어도 하나의 예에서, 장치는 사용자의 손가락에서 피부의 터거(turgor) 및 모세관 재충전 시간을 모두 측정하여 데이터를 획득하고 인가된 압력의 함수로서 상기 측정을 평가할 수 있다. 예를 들어, 이러한 측정은 전자기 방사선으로 손가락의 조직을 조사하여 수행될 수 있으며, 이는 위에서 설명한 바와 같이 손가락 크래들을 통해 장치에서 손가락을 향해 방출될 수 있다. 반사된 방사선의 타이밍 및 양은 도 1에 대해 설명된 바와 같이, 장치의 전자기 검출기를 통해 검출될 수 있다. 정확한 측정을 획득하기 위해, 반사된 방사선의 양, 반사된 방사선의 스펙트럼 및 손가락 누르기 사이의 시간과 같은 손가락 크래들에 대한 손가락 압력에 대한 타이밍을 포함하되 이에 제한되지 않는 조사의 여러 엘리먼트가 추적되어야 한다. 이러한 정보는 본 명세서에서 설명된 분석을 수행하는 데 중요하다.
적어도 하나의 예에서, 전자기 방사선은 하나 이상의 근적외선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 방출기는 하나 이상의 발광 장치(LED)를 통해 구현될 수 있다. 전자기 방사선 검출기는 하나 이상의 실리콘 포토다이오드를 통해 구현될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 여러 LED가 사용될 수 있으며, LED는 600nm에서 100Onm까지의 파장 범위에서 광을 방출하는 데 사용될 수 있다. 600nm와 100Onm 사이의 파장을 사용하면 손가락의 조직과 같은 생물학적 조직을 통해 상대적으로 높은 광의 투과를 허용할 수 있다. 또한, 전자기 방사선 검출기로 실리콘 포토다이오드를 사용하면 상대적으로 높은 감광성을 허용할 수 있고 광원의 전체 비용을 낮출 수 있다. 예를 들어, 옥시헤모글로빈 및 디옥시헤모글로빈과 같은 헤모글로빈 발색단의 검출 및 그들의 합계, 총 헤모글로빈(total hemoglobin, tHb)의 검출을 허용하기 위해, LED는 약 650nm 내지 약 950nm의 중심 및/또는 평균 파장에서 광을 방출할 수 있다.
본 개시는 광학 모니터링에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 다른 예에서, 조직은 갈바닉 피부 반응, 전염 활성, 피부 전도도 반응, 교감 피부 반응, 피부 전도도 레벨, 조직의 생체 임피던스 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 방법을 사용하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 방출은 장파(약 100Hz)에서 단파 무선 주파수(약 250MHz)까지의 주파수 범위의 전기 신호의 방출을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 장치는 전술한 각각의 서브 컴포넌트를 제어하는 데 사용될 수 있는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서는 전자기 방사선 검출기에서 수신된 신호를 수화 인덱스로 변환할 수 있는 코드를 실행하는 데 사용될 수 있으며, 수화 인덱스는 사용자의 수화 상태를 나타낼 수 있다. 또한, 장치에는 명령을 저장하고 하나 이상의 프로세서를 통해 코드를 실행할 수 있는 메모리가 장착될 수 있으며, 메모리는 전자기 방사선 검출기에서 수집된 데이터를 추가로 저장할 수 있으며, 알람 유닛과 결합될 수 있다. 알람 유닛은, 예를 들어, 수화 레벨이 너무 낮은 경우 사용자에게 수화 레벨이 이상적이지 않은 레벨에 도달했음을 알리는 알람을 발생하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 알람 유닛은 사용자에게 수화 인덱스에 관한 정보를 제공하는 데 추가로 사용될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 예에서, 알람 유닛은 사용자가 특정 측정을 수행하도록 요청을 전달하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 사용자에게 사용자의 손가락을 손가락 크래들에 올바로 배치하는 것에 관한 피드백을 제공하는 추가 작업을 수행할 수 있다. 알람 유닛은 디스플레이, 가청 알람, 또는 디스플레이와 가청 알람 모두를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 알람 유닛에 의해 발생되는 알람은 시각적 알람, 가청 알람, 사용자에 대한 수화 정보를 지시하는 디스플레이 또는 통지, 사용자에 대한 수화 상태를 지시하는 가청 메시지는 물론 상기한 알람 중 둘 이상의 조합일 수 있지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 장치는 또한 장치로부터 하나 이상의 외부 장치로 정보 및 데이터를 전송하도록 작동할 수 있는 통신 유닛을 구비할 수 있다. 예를 들어, 통신 유닛은 유선 또는 (블루투스, 와이파이, 지그비와 같은) 무선 통신을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 데이터는 스마트폰, 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿, 랩탑 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 모바일 장치로 전송되는 알람을 통해 사용자에게 전송될 수 있다. 또한, 사용자의 모바일 장치가 캘린더 애플리케이션을 가지고 있는 경우, 통신 유닛은 스마트폰, 랩탑, PC 또는 태블릿의 캘린더에서 리마인더를 생성할 수 있다. 이러한 리마인더는 유체 섭취시기뿐만 아니라 원하는 수화 레벨에 도달하기 위해 사용자가 마셔야 할 필요가 있는 유체 양을 사용자에게 알리는 데 사용될 수 있다.
적어도 하나의 예에서, 상기한 바와 같은 장치는 웨어러블 장치, 시계, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿, 컴퓨터, 랩탑 또는 이들의 조합에 직접 통합될 수 있다. 장치가 웨어러블 장치에 통합되어 있는 경우, 그 장치는 사용자의 손목, 팔, 가슴, 머리, 목, 허리, 다리 및/또는 복부를 포함하되 이에 제한되지 않는 위치에서 사용자와 결합되도록 착용될 수 있다.
적어도 하나의 예에서, 압력 센서는 압력판일 수 있다. 다른 예에서, 압력 센서는 용량성 힘 센서일 수 있다. 또 다른 예에서, 장치 압력 센서는 트랜스 임피던스 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기와 결합된 압전 트랜스듀서일 수 있다. 압력 센서는 압력 센서와 결합되고 가속도계, 자이로스코프, 모션 센서 및 이들의 조합을 포함하는 관성 측정 유닛(IMU)에 의해 활성화될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, IMU는 예를 들어 Invensense MPU-6000일 수 있다. 인용된 IMU는 압력 센서에 가해지는 압력을 정확하게 측정하지 못할 수 있지만, 손가락 움직임을 정확하고 빠르게 감지하는 데 사용될 수 있으며, IMU 출력 신호는 전자기 방사선 검출기와 쉽게 동기화될 수 있다.
적어도 하나의 예에서, 전자기 방사선 방출기 및 전자기 방사선 검출기는 단일 패키지로 통합될 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 방출기 및 검출기는 하나 이상의 LED, 하나 이상의 광 차단 엘리먼트 및 하나 이상의 반사 방지 코팅된 포토다이오드를 포함하는 모듈에 함께 패키징될 수 있다. 이러한 결합된 전자기 방사선 방출기/검출기는 특정 파장의 검출을 최적화하고 장치의 신뢰성을 높이는 동시에 또한 부품 수를 줄이고 장치의 제조를 단순화할 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 변환기는 또한 하나 이상의 LED에 사용되는 전류 드라이버를 통합할 수도 있는 아날로그 프런트 엔드(analog front end, AFE) 장치의 일부와 같은 추가 엘리먼트와 통합될 수도 있다. 다른 예에서, AFE는 개별 컴포넌트로서 장치에 포함될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광학 패키지 및 AFE는 단일 컴포넌트로 통합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 장치의 특정 부분의 통합은 도 2에 도시된 바와 같이 부분들 간의 동기화를 더욱 단순화할 수 있다. 특히, 도 2는 LED와 프로세서 사이의 동기화를 나타낸다. 예시된 바와 같이, 장치(200)는 AFE_BUS(222)를 통해 AFE(220)와 그리고 LED_N_INT(232)를 통해 버퍼(230)와 결합된 프로세서(210)를 포함할 수 있다. 장치(200)는 버퍼(230) 및 AFE(220) 모두와 결합될 수 있는 하나 이상의 LED를 더 포함할 수 있다. 예에서, 엘리먼트들 사이의 동기화는 AFE_BUS를 통해 전자기 방사선 방출기 및 전자기 방사선 검출기와 통신할 수 있는 AFE와 통신할 수 있는 프로세서를 통해 제어될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, AFE_BUS는 I2C 또는 직렬 주변장치 인터페이스(serial peripheral interface, SPI)일 수 있다. AFE_BUS 데이터는 FIFO(First-in-First-Out) 스택을 결정하는 데 사용될 수 있다. 시간을 정확하게 기록하기 위해, 외부 입력을 통해 시작 시간이 트리거되어야 한다. 적어도 하나의 다른 예에서, 발광 시간은 프로세서에 의해 정확하게 기록되고 충분히 오버 샘플링된 힘 신호와 상관되어야 한다. 그런 다음, FIFO의 샘플이 기록된 후, 기록된 발사 시간을 기준으로 힘 샘플에 대해 동기화될 수 있다.
외부 입력은 일련의 신호 N에 의해 구현될 수 있으며, 여기서 N은 장치 내에서 사용되는 LED 개수를 나타낸다. 예를 들어, 적어도 하나의 구성에서 N의 값은 2일 수 있다. 따라서, LED_N_INT는 LED의 방출을 통해 생성되는 프로세서에 대한 N번째 인터럽트 신호를 나타낸다. 적어도 하나의 예에서, 각각의 LED_N_INT 신호는 프로세서에 입력되기 전에 배타적 불린 게이트(Boolean gate)(OR 게이트와 같음)를 통해 단일 신호로 결합될 수 있다. 또한, 신호의 상승을 늦추는 회로가 포함될 수 있으며, 이것은 방출이 트리거 레벨 미만인지 여부를 프로세서가 캐치할 수 있게 한다. 이 경우, 버퍼는 신호를 능동적으로 내리도록 구동할 수 있으며 그 후에는 다시 상승하는 데 더 오랜 시간이 걸리므로, 프로세서 시간이 인터럽트를 트리거할 수 있게 한다. 다르게는, 충분한 트리거링 신호가 축적될 때까지 신호를 낮은 상태로 래치하기 위해 래치뿐만 아니라 비교기가 사용될 수 있으므로, 프로세서에 대체 동기화 신호를 제공할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 실시예에서, 전술한 동기화는 손가락이 눌려지거나 압력이 해제되는 경우 프로세서에게 지시하기 위해 하나 이상의 압력 센서/IMU(114)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 상기 예에서, 동기화 프로세스는 프로세서가 다수의 손가락 누름과 검출된 디지털화된 전자기 신호의 변화 사이의 시간 차이를 측정할 수 있게 한다. 적어도 하나의 실시예에서, 시간 차이는 장치의 프로세서와 결합된 내부 클록을 사용하여 기록될 수 있다.
다른 실시예에서, 동기화 프로세스는 하나 이상의 압력 센서/IMU(114)와 하나 이상의 전자기 방사선 방출기(116) 사이에서 직접 발생할 수 있다. 상기 예에서, 동기화 프로세스는, 전자기 방사선이 (압력이 압력 센서에서 검출될 때와 같이) 손가락이 존재할 때만 방출되도록, 전자기 방사선 방출기로부터 방출 시기를 제어하기 위해 하나 이상의 압력 센서/IMU(114)에서 손가락 누름 및/또는 해제의 검출을 사용할 수 있다.
또 다른 예에서, 동기화 프로세스는 하나 이상의 압력 센서와 검출된 전자기 신호 사이의 상호 상관을 수행함으로써 달성될 수 있다. 신호가 충분히 광대역이면, 상대 지연이 정확하게 측정될 수 있다. 신호가 충분한 광대역인 것을 보장하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 장치는 사용자가 압력 센서에 손가락을 누르는 속도(예를 들어, 사용자가 손가락으로 장치에 접촉하는 압력 또는 지속 시간)를 조정하도록 사용자에게 프롬프트할 수 있도록 통신 유닛을 통해 사용자에게 비디오 또는 오디오 피드백을 제공할 수 있으므로, 따라서, 광대역 신호의 생성을 보장한다. 또 다른 예에서, 손가락 크래들에 대한 사용자의 압력 적용에 의존하는 대신에, 장치는 부저, 음성 코일, 압전 액추에이터, 또는 기계적 모션을 생성하거나 압력을 조정할 수 있는 임의의 다른 액추에이터 중 하나 이상을 사용하여 광대역 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
사용자에게 수화 상태를 알리는 것 외에도, 장치는 또한 사용자의 수화 상태와 직접 또는 간접적으로 관련된 추가 혜택을 사용자에게 제공하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 장치는 잠자리에 들기 전에 사용자의 수화 레벨이 충분한 수화와 같은 미리 결정된 레벨에 있는지의 여부를 알려줌으로써 사용자의 수면을 개선하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 장치는 운동 이벤트, 훈련 세션, 운동 또는 임의의 다른 운동 활동 전에 충분히 수화되었는지를 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 운동 성능을 지원하도록 구성될 수 있다. 또한, 장치는 잘 수화되었는지를 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 주의 집중 시간을 개선하는 데 사용될 수 있다. 또한, 장치는 사용자에게 수화 상태를 알려줌으로써 사용자가 체중 감소 및/또는 정신 인식 목표를 달성하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 장치는 더 많이 마시는 것이 유익할 때를 알려줌으로써 사용자가 자신의 건강, 미용 및/또는 피부 관리 목표를 충족하는 데 도움을 줄 수 있다. 이러한 이점은, 적어도 하나의 예에서, 미리 결정된 시점에서 수화 측정을 수행하도록 사용자에게 명령하기 위해 통신 유닛을 통해 통지를 전송하는 장치에 의해 달성될 수 있다. 다음, 장치는 정의된 기간 동안 사용자의 탈수율의 변화를 예측하기 위해 시간적 추세를 사용할 수 있다. 예를 들어, 장치는 사용자의 수화 상태가 원하는 활동에 따라 설정될 수 있는 미리 결정된 임계값(즉, 특정 활동에 대해 특정 수화 레벨이 설정될 수 있음) 아래로 떨어질 때를 결정하기 위해 예측된 탈수율을 사용할 수 있다. 마지막으로, 장치는 사용자가 언제 유체를 섭취해야 하고 얼마나 많은 유체를 마셔야 하는지를 통신 유닛을 통해 사용자에게 알릴 수 있다.
사용자가 자신의 건강 목표를 충족하는 데 도움을 주기 위해 처리 유닛에 의해 수행되는 의사 결정 프로세스의 적어도 하나의 예가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 3a는 사용자에게 수화 측정을 수행하도록 요청하는 방법(300)을 예시하는 흐름도이고, 도 3b는 사용자가 자신의 목표를 달성하는 것을 돕기 위해 장치에 의해 수행되는 상세한 의사 결정 프로세스(305)를 예시하는 흐름도이다.
도 3a에 관하여, 방법(300)은 장치로부터의 요청을 사용자에게 전송함으로써 블록 310에서 시작할 수 있다. 요청에는 연령, 성별, 체중, 신장 및 이들의 조합이 포함되지만 이에 제한되지 않는 인구 통계 정보에 대한 쿼리가 포함될 수 있다. 요청에는 또한 사용자의 건강 목표에 대한 쿼리도 포함될 수 있으며, 이러한 목표에는 체중 감량, 정신 각성, 피부 관리 및 이들의 조합이 포함될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 인구 통계 데이터 및 목표의 사용자 입력에 기초하여, 본 방법은 장치가 수화 임계값 레벨을 검색할 수 있는 블록 320으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 블록 322에서, 장치는 사용자 정의 목표를 충족하기 위해 필요할 수 있는 최소 수화 인덱스 레벨의 데이터베이스를 포함할 수 있는 라이브러리를 참조할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 라이브러리는 장치 내에 위치한 내부 비 휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 다른 예에서, 라이브러리는 원격으로 저장될 수 있으며 장치는 유선 또는 무선 연결을 통해 라이브러리를 액세스하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 라이브러리가 원격으로 저장되는 경우, 장치는 장치와 결합된 통신 유닛을 사용하여 온라인 서버를 통해 라이브러리를 액세스하도록 구성될 수 있다. 추가 예에서, 라이브러리가 원격으로 저장되는 경우, 임의의 주어진 사용자로부터의 인구 통계 데이터는 사용자의 온라인 데이터베이스를 채우는 데 사용될 수 있으므로, 더 큰 사용자 인구에 기초하여 더 나은 수화 인덱스 임계값을 추출함으로써 모든 사용자에게 혜택을 주는 데 사용될 수 있도록 기계 학습 방법의 사용을 용이하게 할 수 있다.
장치가 라이브러리로부터 관련 수화 데이터를 결정하면, 본 방법은 블록 330으로 진행할 수 있다. 블록 330에서, 장치는 사용자가 수화 측정을 수행하도록 요청할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 이러한 측정은 첫 번째 수화 측정일 수 있다. 다르게는, 이 측정은 후속 측정일 수 있다. 도 3a에 도시되지 않은 적어도 하나의 다른 예에서, 요청된 측정은 사용자가 자신의 인구 통계학적 정보 및 건강 목표를 입력하기 전에 수행될 수 있다.
도 3b는 사용자가 자신의 목표를 달성하는 것을 지원하기 위한 다른 방법(305)을 예시한다. 구체적으로, 방법(305)은 사용자가 상기한 장치를 사용하여 수화 측정을 수행하는 블록(330)에서 시작할 수 있다. 블록 340에서, 장치는 전술한 바와 같이 센서를 통해 제공되는 수화 측정에 관한 데이터를 수집할 수 있고, 새로운 수화 인덱스를 계산하기 위해 데이터를 사용할 수 있다. 블록 342에서, 정보는 수화 인덱스 데이터베이스에 저장될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 정보는 도 1에 관해 도시된 바와 같이, 장치에 통합된 메모리(126)에 저장될 수 있다. 그 후, 방법(305)은 장치가 수화 측정으로부터 기인한 수화 인덱스를 수화 임계값과 비교할 수 있는 블록 350으로 진행할 수 있다. 수화 임계값은 사용자에 의해 제공된 활동, 건강 또는 웰빙 목표와 관련된 목표 기반 수화 임계값일 수 있다. 방법(305)이 사용자 수화 인덱스가 수화 임계값 중 임의의 것보다 낮은 것으로 결정하면, 방법(305)은 결핍이 계산되는 블록 360으로 진행할 수 있다. 결핍은 예를 들어 목표 기반 수화 레벨(또는 원하는 수화 레벨)과 사용자의 실제 수화 레벨 사이의 차이를 지시할 수 있다. 이와같이, 결핍은 사용자의 탈수 레벨을 지시할 수 있다. 다음, 블록 362에서, 장치는 계산된 수화 결핍에 기초하여 사용자의 탈수 레벨을 지시하는 알람을 생성할 수 있다. 블록 364에서, 장치는 사용자가 하나 이상의 동작을 수행하도록 요구될 수 있음을 지시하는 알람을 장치와 결합된 통신 장치를 통해 발생할 수 있다. 예를 들어, 알람은 사용자가 유체를 복용해야 하는지 여부, 사용자를 임계값 내의 상태로 만드는 데 필요한 권장 유체 볼륨, 사용자를 정상 수화 상태로 복원하는 데 필요한 권장 유체 볼륨, 및 기타 다른 관련 정보를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 상태를 지시할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 탈수 레벨이 제2 임계값을 초과하는 경우에만 알람이 생성되도록 제2 임계값이 설정될 수 있다.
다음, 블록 370에서, 장치는 사용자의 탈수율을 추정하기 위해 취해진 이전 수화 측정에 대해 현재의 수화 인덱스를 비교할 수 있다. 블록 330에서 취해진 측정이 제1 측정이면, 사용자 인구 통계 데이터는 사용자의 명목상 탈수율을 추정하는 데 사용될 수 있다. 측정이 반복됨에 따라, 탈수율은 각 개별 사용자를 기준으로 계산의 정확도를 높이기 위해 지속적으로 업데이트될 수 있다. 예를 들어, 적응 필터는 방법(305)과 함께 사용될 수 있으며, 적응 필터는 비너 필터(Wiener filter), 최소 평균 제곱 필터 및/또는 칼만 필터를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
블록 380에서, 장치는 위에서 결정된 탈수율을 사용하여, 사용자 수화 인덱스가 사용자 생성 수화 임계값 아래로 떨어질 수 있는 다음 시점을 예측할 수 있다. 추가로, 방법(305)은 사용자를 그의 탈수 상태에서 다시 정상 수화 상태로 만드는 데 필요한 유체의 볼륨을 추정할 수 있다. 그런 다음, 장치는 캘린더 이벤트와 같은 리마인더를 생성할 수 있다. 블록 384에서, 리마인더는 사용자에게 그들이 소비해야 하는 유체의 양과 소비할 시기를 알려주는 장치의 통신 유닛을 통해 발생될 수 있다.
다음, 방법(305)은 장치가 수화 인덱스 및 수화 추세의 정확성을 증가시키기 위해 다음 수화 측정이 필요한 시기를 추정할 수 있는 블록 390로 진행할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 칼만 필터를 사용하여 오차 공분산을 추적하고 불확실성 레벨이 감소하고 공분산이 원하는 임계값 아래로 떨어질 때까지 사용자에 대한 추가 수화 측정을 수행함으로써 예측이 수행될 수 있다. 예시적인 예로서, 오차 공분산은 초기에 0.1로 추정될 수 있고 원하는 임계값은 0.05로 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력에 기초하여 원하는 임계값이 결정될 수 있다. 다른 예에서, 원하는 임계값은 장치에서 미리 설정될 수 있다. 방법이 다음 수화 측정이 필요한 시기를 예측하면, 방법(305)은 블록 400으로 진행할 수 있다. 블록 400에서, 장치는 다음 수화 측정을 위한 시간이 도달했는지 여부를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 장치는 블록 402에서 설명된 바와 같이, 다음 측정 시간이 도달할 때까지 대기할 수 있다. 장치가 다음 측정 시간인 것으로 결정하는 경우, 방법(305)은 블록 330으로 진행할 수 있으며, 장치는 다음 수화 측정을 수행할 시간인 것으로 사용자에게 지시한다. 그 후, 방법(305)은 필요에 따라 반복될 수 있다.
다르게는, 장치가 블록 350에서 수화 인덱스가 사용자 생성 수화 임계값보다 작지 않은 것으로 결정하는 경우, 방법(305)은 블록 370으로 직접 진행할 수 있고 수화 인덱스를 이전 수화 측정값과 비교하여 사용자의 수화 추세를 계산할 수 있다. 그 다음, 방법(305)은 사용자의 수화 인덱스가 다음에 사용자 생성 임계값 아래로 떨어질 때를 예측하기 위해 블록 380으로 진행하여 상기한 바에 따라 진행할 수 있다.
건강 목표 이외에, 본 명세서에서 설명된 휴대용 수화 모니터링 장치는 또한 건강 관리 제공자를 지원하기 위해 임상 환경에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 수화 모니터링 장치는 환자의 유체 관리에서 의사를 지원하는 데 사용될 수 있다. 이 장치는 (고혈량증 및 저혈량증을 포함하되 이에 제한되지 않는 상태를 진단함으로써) 환자의 항상성 균형을 유지하는 것, 환자의 적절한 혈액량의 관리를 지원하는 것, 환자의 입출력(I/O)은 물론 기타 다양한 의료 문제를 관리하는 것을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 의사를 돕는 데 추가로 사용될 수 있다. 추가 예에서, 본 명세서에서 설명된 장치는 급성 및/또는 만성 탈수의 징후를 검사하고, 환자를 다시 정상 수화 상태 및 항상성 평형 상태로 되돌리기 위해 (경구 또는 정맥으로) 투여할 수 있는 유체의 양을 결정하기 위해 응급실 환경에서 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 장치는 수술 중 환자의 유체 필요를 결정하는 데 도움을 주기 위해 수술실 환경에서 마취과 의사에 의해, 또는 환자가 탈수 임계값으로부터 안전한 범위 내에 있도록 보장하기 위해 중환자실의 임상의에 의해 사용될 수 있다. 또한, 피부 관류는 환자의 혈압에 의해 영향을 받을 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에서 설명된 장치는 또한 고혈압 및/또는 저혈압을 진단하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 본 명세서에서 설명된 장치는 사용자의 신체 내에서 적절한 유체 레벨을 보장함으로써 신장 보호를 촉진하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 장치는 또한 사용자의 수화 상태를 모니터링하여 저혈압 이벤트의 위험을 줄이는 데 사용될 수 있으며, 이 장치는 또한 낙상과 같은 저혈압 이벤트의 결과일 수 있는 손상 영향의 예방에도 도움을 줄 수 있다.
상기한 것 외에도, 장치는 노인의 돌봄을 지원하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 노인 환자는 혼자 갈증 운전만으로 자신의 탈수 레벨을 결정하는 능력을 점차적으로 잃을 수 있다. 따라서, 노인들은 수화 레벨이 모니터링되어야 하는 시기, 유체를 섭취하는 시기 및 섭취해야 하는 유체양에 대한 리마인더를 그들에게 제공할 수 있는 장치로부터 특히 혜택을 받을 수 있다. 또한, 휴대용 수화 모니터링 장치는 특정 수술 후 환자의 수화 레벨을 가정에서 모니터링할 수 있어서 환자가 병원에서 더 빨리 퇴원할 수 있게 할 수 있다. 또한, 휴대용 수화 모니터링 장치는 입원했거나 의료 수술을 받은 환자의 재입원을 방지하는 데 도움이 될 수 있으므로, 의료 비용을 상당히 절감하고 환자와 의료 제공자 모두에게 혜택을 줄 수 있다.
다른 예에서, 장치는 군대 및/또는 응급 구조대를 지원하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 것과 같은 휴대용 수화 모니터링 장치는 열 손상이 시작되기 전에 탈수를 감지하고 근골격 손상(musculoskeletal injury, MSI) 전에 피로를 감지하는 데 매우 효과적일 수 있다. 예를 들어, MSMR(Medical Surveillance Monthly Report)에 따르면, 2010년에만 2,887건의 열 손상이 발생했다. 또한, 2006년부터 2010년까지 14,018건의 열 손상이 발생했으며 이 중 25.7%는 Ft. Bragg 및 Ft. Benning 두 군데의 군 검문서에서 보고된 경우이다. 또 다른 최근 보고서에 따르면, 이라크 해방 작전(Operation Iraqi Freedom, OIF) 및 항구적 자유 작전(Operation Enduring Freedom,, OEF)에서 의료 수송의 34%가 MSI의 직접적인 결과였으며, 이는 전투 부상보다 2배 이상 많은 것으로 나타났다.
군사적 적용 가능성의 추가적인 예로서, 본 명세서에서 설명된 장치는 전쟁터에서 적용을 찾을 수 있다. 예를 들어, 의료용 텐트에서 본 명세서에서 설명된 장치는 행진의 끝에서 MSI 또는 열사병이 의심되는 환자의 탈수를 진단하기 위해 의료 담당관에 의해 사용될 수 있다. 또한, 이 장치는 병사들이 필요한 속도로 효과적으로 유체를 섭취했는지를 확인하는 데 사용될 수 있으며, 이는 일반적인 강제 유체 섭취 기술을 대체할 수 있다.
또한, 응급 구조대는 불만족스러운 조건에서 외부 신체 활동을 수행해야 하는 경우가 종종 있다. 예를 들어, 화염에 휩싸인 건물 내부에서 화재를 진압하는 소방관은 전형적으로 비교적 짧은 시간에 많은 양의 유체를 잃으며, 이 경우 본 명세서에서 설명된 장치는 소방관이 근무 중 일정 양의 유체를 섭취할 필요가 있을 때 소방관에게 경고하는 데 사용될 수 있다. 응급 구조대는 또한 현장에 도착했을 때 피해자를 진단하기 위해 장치를 사용할 수 있다. 또한, 이 장치는 따뜻한 곳에서 중노동을 하는 작업자를 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 열대 지역에서 직사광선에 노출되는 건설 노동자는 적은 레벨의 탈수 상태에서도 열사병의 위험이 증가된다.
도 4는 정상 수화 사용자에서, 전술한 것과 같은 휴대용 수화 모니터링 장치 상의 복수의 손가락 누름으로부터 검출된 전자기 방사선의 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density, PSD)의 그래프를 도시한다. 본 예에서, 데이터는 사용자가 수화 모니터링 장치에 엄지 손가락을 여러 번 눌렀을 때 획득되었고, 장치는 손가락 누름에 의한 전자기 신호를 기록하였다. 전자기 신호는 일정한 최소 길이를 보장하기 위해 제로 패딩(zero-padding)되었다. 그런 다음, 패딩된 신호가 제곱되고 푸리에 분석을 사용하여 변환된 후, 표준 편차에 대해 정규화된 전력 신호로 변환되었다. 마지막으로, 신호는 로그 공간(데시벨 - dB)으로 변환되어 도 4에 도시된 플롯을 생성하였다. 비교해 보면, 도 5는 동일한 사용자가 그의 정상 수화 상태의 맨몸 체중(nude body weight, NBW)에 대해 측정된 1.97%의 유체 손실을 초래하는 운동을 수행한 후의 복수의 손가락 누름으로부터의 PSD 그래프를 도시한다.
상기한 바와 같이, 손가락을 통해 모세 혈관으로 들어오고 나가는 혈류는 다양할 수 있다. 그러나, 이러한 흐름은 균일하지 않을 수 있으며 시간적 반응은 사용자의 수화 상태의 함수로써 달라질 수 있다. 즉, 사용자가 수분을 더 많이 섭취하면, 혈류가 더 빨리 흐르고, 사용자의 전력 스펙트럼 밀도(PSD), 특히 스펙트럼의 고주파 범위에서 전력 성분이 더 강해져 응답 시간이 빨라진다. 따라서, 스펙트럼의 더 높은 범위(예를 들어, 15 Hz 이상)에서 PSD의 진폭은 사용자의 수화 상태를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 정상 수화 상태에서 15 Hz에서의 PSD는 약 -20dB(수평 점선으로 지시됨)이며, 도 5는 탈수 상태에서 15 Hz의 PSD가 약 -30dB(수평 점선으로 지시됨)임을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 사용자의 NBW 수화 상태에서 1.97% 감소에 대응하는 약 10dB의 전력 감소가 있다.
다른 방법에서, 스펙트럼의 변화는 모니터링되는 생물학적 조직의 전달 함수를 측정함으로써 보다 정확하게 측정될 수 있다. 즉, 검출된 전자기 방사선 파형의 스펙트럼과 함께 손가락 누름 압력의 스펙트럼을 캡처함으로써, 두 개의 비율이 계산될 수 있으므로, 정규화된 전달 함수를 획득할 수 있다. 그런 다음, 상기한 바와 같이, 특정 주파수 범위(예를 들어, 15 Hz 이상)에서 PSD 전력의 변화는 사용자의 수화 상태의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있다. 다른 방법은 사용자 손가락 누름 활동의 변화에 덜 민감하다는 이점을 제공한다. 본 명세서에 설명된 장치는 또한 사용자가 정확한 검출을 위해 손가락을 너무 느리게 눌렀다는 것을 검출하면, 상기한 바와 같이, 사용자에게 페이스를 높이라는 지시 및/또는 손가락 누름 속도에 대한 지시와 같은 적절한 피드백을 제공하는 알람을 발행할 수 있다.
손가락 누름으로부터 사용자의 수화 상태를 결정하는 또 다른 방법은 도 6에 도시되어 있다. 본 예에서, tHb와 압력 센서에 대해 검출된 부하(그램으로 주어짐) 사이의 비율로 정의된 피부 터거는 수화 상태를 결정하는 데 사용된다. tHb는 추정된 옥시헤모글로빈과 디옥시헤모글로빈 농도의 합을 사용하여 계산되며, 이는 차례로 적색 및 근적외선과 헤모글로빈 흡수 스펙트럼으로부터 획득되는 의사 역행렬에서 검출된 아날로그-디지털 변환기(ADC) 계수의 곱으로 주어진다. 피부 터거가 비율로 계산되기 때문에, 전자기 방사선 신호와 압력 신호 사이에 양호한 동기화가 필요하다(약 1 ms 이내와 같음).
예를 들어, 도 6에서의 플롯은 정상 수화 상태의 사용자의 5개의 손가락 누름 각각을 포함하는 3개의 시퀀스를 나타낸다. 각각의 시퀀스 동안, 손가락 압력은 강함(예를 들어, 동맥보다 강함)에서 가벼움(예를 들어, 손가락이 장치에 가볍게 접촉함)까지 다양하다. 예시된 바와 같이, 손가락 압력이 높은 시점은 데이터의 낮은 플래토(plateaus)에 대응하고, 특히, 높은 압력은 낮은 tHb 및 높은 부하에 대응하므로, 터거가 가장 낮다. 이에 상응하여, 가벼운 손가락 압력 지점은 높은 플래토에 대응하며, 특히 낮은 압력은 높은 tHb 및 낮은 부하에 대응하므로, 터거가 가장 높다.
도 7은 동일한 사용자가 정상 수화 상태의 NBW에 대해 1.97% 탈수에 대응하는 체액 손실을 초래하는 운동을 마친 후의 대응하는 플롯을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 사용자 포인트에 대해 높은 터거는 약 5 tHb/g으로 동일한 레벨을 유지하는 반면, 사용자에 대한 낮은 터거 포인트는 약 -10 tHb/g에서 약 -13 tHb/g의 평균 레벨에서 떨어진다. 이와 같이, 도 6 내지 도 7은 손가락으로 누르는 동안 낮은 터거 포인트가 주어진 사용자의 수화 상태 단계를 결정하는 데 사용될 수 있음을 보여준다.
또한, 사용자의 수화 상태는 터거의 다른 정의를 사용하여 측정될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 피부 터거는 적용된 손가락 압력에 대한 Hb02의 비율로 정의될 수 있다. 다른 예에서, 피부 터거는 인가된 손가락 압력에 대한 HHb의 비율로 정의될 수 있다.
추가 구현에서, 장치는 또한 광 대신 전자기 방사선 신호의 소스로서 생체 임피던스 신호를 사용할 수 있다. 이러한 예에서, 피부 터거는 인가된 압력에 대한 생체 임피던스의 비율로 주어질 수 있다.
도 8은 복수의 손가락 누름에 기초하여 사용자의 수화 상태를 결정하는 또 다른 방법을 예시한다. 도 8의 그래프에 제공된 데이터는 프로토타입 장치를 사용하여 수집되었으며, 현재의 경우에, 장치는 사용자 손가락의 광용적맥파 측정법(photoplethysmograph, PPG) 변화의 유무를 평가하도록 구성되었다. 즉, 혈관, 특히 사지에 위치한 혈관의 볼륨은 신체의 순환계 전체에 동맥혈을 펌핑할 때 심장에서 생성되는 압력파의 기능에 따라 달라진다. 혈액량이 증가함에 따라, 광의 흡수도 증가하여, 사용자의 심박수와 동기화되는 시간적 변화가 발생한다. 그러나, 모니터링되는 조직(현재의 경우에, 손가락)에 가해지는 압력이 동맥압 이상으로 증가되는 경우, 조직은 더 이상 심장 박동의 기능에 따라 볼륨을 변경할 수 없다. 결과적으로, PPG의 진폭 변화가 사라지고, 손가락이 눌렷다는 명확한 지시가 나타난다. 마찬가지로, 압력이 제거되면 변화가 리턴되고, 리턴이 발생하는 속도는 모세혈관 재충전 시간과 이에 따른 수화 상태의 직접적인 측정이다.
도 8에서 약 30초에서 지시된 첫 번째 파선은 사용자의 손가락이 장치에 눌려진 시점을 보여준다. 검출된 신호는 해당 시점 이전에 IR(여기서 점선으로 지시된 950nm 피크), 적색(여기서 파선으로 지시된 650nm 피크), 녹색(여기서 실선으로 지시된 540nm 피크)를 포함하는 세 가지 광의 파장 모두에서 명확한 진폭 변화를 나타냄에 유의한다. 그러나, 손가락이 충분히 눌려진 후, PPG 진폭은 사라진다. 이러한 손가락 압력 증가는 장치와 결합된 압력 센서 또는 IMU 유닛에 의해 확인될 수 있다. 약 44초에서 두 번째 파선은 손가락 압력이 해제되었지만 손가락이 손가락 크래들에 계속 접촉(예를 들어, 가벼운 압력)을 유지하는 시점을 나타내어, PPG 진폭의 리턴 검출을 포함한 지속적인 모니터링을 가능하게 한다.
도 8에 예시된 예에서, 540nm의 파장을 중심으로 하는 스펙트럼을 갖는 제3 LED에 의해 방출되는 녹색광도 또한 사용될 수 있다. 녹색광은 특히 헤모글로빈에 의해 흡수되어, 소량의 조직 내에서 심박수 피크를 쉽게 검출할 수 있게 할 수 있다.
도 8의 플롯은 또한 장치가 사용자의 손가락으로부터 PPG 신호를 획득하는데 효과적일 수 있음을 예시한다. 이와 같이, 장치는, 운동 훈련에서의 사용, 운동 과잉 훈련의 검출 및 운동 선수 훈련의 관리를 포함하는, 심박수, 심박 변이(heart rate variablity, HRV) 및 교감 신경계 대 부교감 신경계의 활성화를 포함하는, PPG 신호를 사용하여 일반적으로 측정되는 다른 측정 항목을 통해 비 침습적으로 환자를 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, PPG 신호는 또한 사용자의 호흡률및 혈압을 측정하는 데 사용될 수 있다.
또한, PPG 신호는 사용자가 손가락 크래들에 손가락을 정확하게 놓았는지 여부의 지시자로 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치가 충분히 높은 진폭의 PPG 신호를 검출할 때까지, 장치는 사용자의 손가락 위치를 조정하는 것에 대한 피드백을 통신 유닛을 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 반대로, 장치는 압력 센서를 통해 손가락의 존재를 검출하고 통신 유닛을 통해 정확한 손가락 배치에 대한 피드백을 사용자에게 제공할 수도 있다.
이 장치는 사용자의 손가락의 피부 온도를 측정할 수 있는 온도계를 더 포함할 수 있다. 이러한 온도계는 피부 온도가 낮고 PPG 신호가 없는 경우를 검출하는 데 유용할 수 있으므로, 혈관 수축 가능성을 지시한다. 본 예에서, 이 장치는 통신 유닛을 통해 사용자에게 손을 따뜻하게 할 것을 알리는 알람을 사용자에게 발생할 수 있다.
추가적으로, 도 8에 도시된 그래프는 장치가 사용자 동맥압을 효과적으로 측정할 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 사용자가 더 많은(또는 더 적은) 압력을 가할 때에 대응하는 PPG 진폭이 사라지는(또는 다시 나타나는) 시점에 압력 판독이 획득되기 때문에, 이 장치는 압력 센서를 사용하여 동맥압을 추적할 수 있다.
사용자의 박출량(stroke volume, SV)은 사용자의 수화 상태의 기능에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 낮은 수화 상태가 되는 경우, 사용자의 SV도 감소될 수 있다. 사용자의 심박출량(cardiac outptut, CO)이 SV와 심박수의 곱에 의해 결정될 수 있으므로, 그 장치는 사용자의 SV 및 CO를 측정하도록 구성될 수 있다.
또한, 그 장치는 사용자로부터 측정을 수행하도록 구성된 심전도(electrocardiogram, EKG) 유닛을 포함할 수 있다. 그런 다음, PTT가 동맥 순응도에 정비례하여 혈압에 반비례하기 때문에, 그 장치는 심장에서 (손가락과 같은) 사지까지의 펄스 전달 시간(pulse transit time, PTT)을 결정하기 위해 EKG 펄스와 PPG 펄스 사이의 시간 지연을 사용할 수 있다. 이것은 본 명세서에서 개시된 장치를 통해 혈압을 모니터링하는 또 다른 방법을 제공할 수 있다.
상기 개시는 5개의 손가락 중 임의의 손가락이 상기한 측정을 수행하는 데 사용될 수 있음을 언급한다. 그러나, 모든 손가락 중에서, 사용자의 엄지 손가락이 광용적맥파 측정법의 볼륨 변화에 가장 큰 영향을 받는다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 엄지 손가락은 휴대용 비 침습적 수화 모니터링에 특히 유용할 수 있다. 그러나, 휴대용 장치의 사용자가 일반적으로 터치 스크린 및 지문 판독기와 상호 작용하는 경우 집게 손가락을 사용하도록 길들여지기 때문에, 집게 손가락을 사용한 측정이 또한 유용할 수 있다.
위에서 도시되고 설명된 실시예는 단지 예일 뿐이다. 전술한 설명에서는 본 개시의 구조 및 기능에 대한 세부 사항과 함께 본 기술의 다양한 특징 및 이점이 설명되었으나, 본 개시는 예시일 뿐이며, 첨부된 청구 범위에서 사용된 용어의 광범위한 일반적인 의미에 의해 지시되는 전체 범위까지 본 개시의 원리 내에서 세부 사항, 특히 부품의 모양, 크기 및 배치와 관련하여 변경이 수행될 수 있다. 따라서, 상기한 실시예는 첨부된 청구항의 범위 내에서 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
Claims (20)
- 장치로서,
적어도 하나의 압력 센서;
상기 적어도 하나의 압력 센서에 결합된 처리 유닛;
상기 처리 유닛에 결합된 적어도 하나의 전자기 방사선 방출기;
상기 처리 유닛에 결합된 적어도 하나의 전자기 방사선 검출기;
상기 처리 유닛에 결합된 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기;
상기 처리 유닛에 결합된 메모리;
상기 처리 유닛에 결합된 동기화 라인;
상기 동기화 라인에 결합된 손가락 크래들; 및
상기 처리 유닛에 결합된 적어도 하나의 알람 유닛
을 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는 웨어러블 장치, 스마트폰, 휴대 전화, 시계, 태블릿, 랩탑, 컴퓨터 및/또는 이들의 조합 중 적어도 하나에 통합되어 있는,
장치. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 알람 유닛은 시각적 알람, 가청 알람, 사용자의 수화 상태를 지시하는 디스플레이, 사용자의 수화 상태를 지시하는 가청 메시지, 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 경고를 제공하도록 작동 가능한,
장치. - 제3항에 있어서,
상기 시각적 알람은 손가락 누름이 충분히 광대역인지의 여부를 지시하는,
장치. - 제1항에 있어서,
상기 압력 센서는 압력판, 용량성 힘 센서, 압전 센서 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는,
장치. - 제1항에 있어서,
가속도계, 자이로스코프, 모션 센서 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 관성 측정 유닛(inertial measurement unit, IMU)을 더 포함하는,
장치. - 제1항에 있어서,
상기 동기화 라인은,
상기 적어도 하나의 압력 유닛과 상기 처리 유닛 사이의 트리거 신호;
적어도 하나의 전자기 방사선 방출기와 상기 처리 유닛 사이의 트리거 신호; 및
상기 적어도 하나의 압력 유닛, 상기 적어도 하나의 전자기 방사선 방출기 및 상기 처리 유닛 사이의 트리거 신호
중 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는 사용자의 수화(hydration) 최적화, 사용자의 수면 개선, 사용자의 운동 개선, 사용자의 운동 성능 개선, 사용자의 주의 집중 시간 개선, 사용자의 체중 감량 목표 달성 지원, 사용자의 웰니스(wellness) 개선 지원, 사용자의 뷰티 달성 지원, 사용자의 스킨케어 관련 목표 달성 지원 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 작업을 수행하도록 작동 가능한,
장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는 환자의 항상성 균형 유지, 환자의 입력 관리, 환자의 출력 관리, 신장 보호 촉진, 저혈압 이벤트의 위험 평가, 저혈압 이벤트로 인한 낙상 위험 평가, 환자의 혈액량 관리, 고혈량 진단, 저혈량 진단, 급성 탈수 검사, 만성 탈수 검사, 고혈압 진단, 저혈압 진단 및/또는 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 의료 애플리케이션에 대해 작동 가능한,
장치. - 제1항에 있어서,
탈수, 열사병 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 의료 문제를 예방하도록 작동 가능한,
장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치는 광용적맥파 측정법(photoplethysmograph, PPG), 심박수, 심박수 가변성, 호흡률, 혈압, 교감 신경계의 활성화, 부교감 신경계의 활성화, 운동 선수의 과도한 훈련, 운동 훈련 관리, 박출량(stroke volume), 심장 출력 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 값을 측정하도록 작동 가능한,
장치. - 제1항에 있어서,
하나 이상의 버저, 압전 액추에이터, 음성 코일, 기계 액추에이터 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 엘리먼트에 의해 생성된 하나 이상의 압력파를 더 포함하는
장치. - 제1항에 있어서,
펄스 전달 시간(pulse transit time, PTT), 혈압 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 측정하도록 작동 가능한 EKG를 더 포함하는
장치. - 수화를 모니터링하는 방법으로서,
장치의 손가락 크래들에 대고 사용자의 손가락을 눌러서 손가락 압력을 생성하는 단계;
적어도 하나의 센서를 통해, 손가락 존재를 감지하는 단계;
인가 압력을 지시하는 알람을 제공하는 단계;
적어도 하나의 전자기 방출기를 통해, 상기 손가락을 통한 방사선을 방출하는 단계;
적어도 하나의 전자기 검출기를 통해, 상기 손가락을 통한 방사선을 검출하는 단계;
동기화 라인을 통해, 상기 전자기 방사선이 하나 이상의 손가락 누름과 동시에 인가되는지를 확인하는 단계;
적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기를 통해, 상기 전자기 검출기에 의해 검출된 방사선을 디지털 정보로 변환하는 단계; 및
처리 유닛을 통해, 상기 처리 유닛에 저장된 알고리즘을 사용하여 손가락 압력 데이터 및 검출된 전자기 방사선 데이터를 수화 레벨로 변환하는 단계; 및
상기 장치와 결합된 적어도 하나의 알람 유닛으로 상기 수화 레벨을 전달하는 단계
를 포함하는 수화를 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 알고리즘은 상기 전자기 방사선 데이터를 옥시헤모글로빈 농도, 디옥시 헤모글로빈 농도, 총 헤모글로빈 농도 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 발색단 농도로 변환하도록 작동 가능한,
수화를 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 수화 레벨의 계산은,
상기 하나 이상의 손가락 누름과 검출된 전자기 방사선의 변화 사이의 시간 지연의 측정;
상기 검출된 전자기 방사선의 스펙트럼 변화의 측정;
상기 하나 이상의 손가락 누름의 전달 함수의 변화 측정 ― 상기 전달 함수는 상기 압력 데이터의 스펙트럼과 상기 검출된 전자기 방사선 데이터의 비율에 의해 주어짐 ―;
tHb와 압력 부하의 비율에 의해 주어지는 터거(tugor)의 측정;
Hb02와 압력 부하의 비율에 의해 주어지는 터거의 측정;
HHb와 압력 부하의 비율에 의해 주어지는 터거의 측정;
생체 임피던스와 압력 부하의 비율에 의해 주어지는 터거의 측정; 및
이들의 조합
을 포함하는 그룹에서 선택된 압력을 사용하여 수행되는,
수화를 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 손가락은 엄지 손가락인,
수화를 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 손가락은 집게 손가락인,
수화를 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 전자기 방사선은 약 600 nm에서 약 1000 nm까지의 파장 범위의 광학 방사선 및 약 100 Hz에서 약 250 MHz까지의 범위의 전기 펄스 중 적어도 하나를 포함하는,
수화를 모니터링하는 방법. - 장치로서,
적어도 하나의 손가락에 의해 인가된 압력을 측정하는 데 사용되는 적어도 하나의 압력 센서;
전자기 방사선을 상기 적어도 하나의 손가락으로 방출하는 데 사용되는 적어도 하나의 전자기 방사선 방출기;
상기 적어도 하나의 손가락을 통해 전송되는 전자기 방사선을 검출하는 데 사용되는 적어도 하나의 전자기 방사선 검출기;
상기 적어도 하나의 전자기 방사선 검출기에 의해 검출된 전자기 방사선을 디지털화하는 데 사용되는 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기;
상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털화된 데이터를 처리하도록 작동 가능한 처리 유닛;
데이터를 저장하고 알고리즘을 실행하기 위해 상기 처리 유닛에 의해 사용되는 메모리;
동기화 라인;
상기 적어도 하나의 손가락을 놓는 데 사용되는 손가락 크래들; 및
적어도 하나의 알람 유닛
을 포함하는 장치.
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