KR20210012421A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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강재민
권용주
김연호
박상윤
최진우
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Abstract

생체정보 추정 장치가 개시된다. 일 실시예의 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체가 맥파센서에 가하는 힘을 측정하는 힘 센서 및, 피검체에 대한 기준 접촉면적과 상기 측정된 힘을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체정보 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BIO-INFORMATION}
생체정보 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 커플리스 혈압 추정 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.
피검체로부터 측정된 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체가 맥파센서에 가하는 힘을 측정하는 힘 센서 및, 피검체에 대한 기준 접촉면적과 측정된 힘을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
맥파센서는 피검체에 광을 조사하는 광원 및 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 검출하는 디텍터를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 피검체에 대한 기준 접촉면적을 저장하는 저장부를 더 포함하고, 프로세서는 맥파신호가 측정되면 저장부로부터 피검체에 대한 기준 접촉면적을 추출할 수 있다.
프로세서는 기준 접촉면적의 캘리브레이션 여부를 판단하고, 캘리브레이션이 필요하면 피검체에 대한 기준 접촉면적을 획득하여 저장부의 기준 접촉면적을 갱신할 수 있다.
프로세서는 저장부에 피검체에 대한 기준 접촉면적의 존재 여부, 사용자의 요청, 미리 설정된 캘리브레이션 주기 및 생체정보 추정 이력 중의 적어도 하나를 기초로 캘리브레이션 여부를 판단할 수 있다.
프로세서는 사용자의 입력, 외부 장치로부터 수신 또는, 생체정보 추정 장치에 장착된 디스플레이 모듈 및 이미지 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 사용자가 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하여 가압한 후 디스플레이 모듈에 남은 지문 잔상을 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 면적 측정 애플리케이션(application)을 실행하고, 면적 측정 애플리케이션을 통해 측정된 지문 잔상의 크기를 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다.
이때, 디스플레이 모듈은 터치스크린을 포함하고, 프로세서는 사용자가 디스플레이에 피검체를 접촉한 후 가압할 때, 터치스크린으로부터 생성되는 터치데이터를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity)의 통계값을 산출하고, 접촉면적 변환 함수를 적용하여 통계값으로부터 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다.
이때, 디스플레이 모듈은 대면적 지문센서를 포함하고, 프로세서는 피검체가 디스플레이에 접촉한 후 가압할 때, 대면적 지문센서에 의해 생성된 지문데이터를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 이미지 센서를 통해, 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압할 때의 상기 피검체의 이미지 또는 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압한 후의 지문 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 맥파신호의 진폭 대 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서는 생체정보 추정 요청이 수신되면, 피검체가 접촉할 위치 및 맥파센서에 가해야 하는 접촉 힘 중의 적어도 하나를 사용자에게 가이드할 수 있다.
생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 단계 피검체가 맥파센서에 가하는 힘을 측정하는 단계, 피검체에 대한 기준 접촉면적과 상기 측정된 힘을 기초로 접촉압력을 획득하는 단계 및 획득된 접촉압력 및 측정된 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 피검체에 대한 기준 접촉면적이 존재하지 않거나 상기 기준 접촉면적의 캘리브레이션이 필요하면, 기준 접촉면적을 획득하기 위한 캘리브레이션을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 사용자의 입력, 외부 장치로부터 수신 또는, 상기 생체정보 추정 장치에 장착된 디스플레이 모듈 및 이미지 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 사용자가 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하여 가압한 이후 디스플레이 모듈에 남은 지문 잔상을 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 면적 측정 애플리케이션(application)을 실행하는 단계 및, 면적 측정 애플리케이션을 통해 측정된 지문 잔상의 크기를 기준 접촉면적으로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 사용자가 디스플레이에 피검체를 접촉한 후 가압할 때, 디스플레이의 터치스크린으로부터 생성되는 터치데이터를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity)의 통계값을 산출하는 단계 및 접촉면적 변환 함수를 기초로 통계값으로부터 기준 접촉면적을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 피검체가 디스플레이 모듈에 접촉한 후 가압할 때, 디스플레이 모듈의 대면적 지문센서에 의해 생성된 지문 데이터를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
캘리브레이션을 수행하는 단계는 이미지 센서를 통해, 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압할 때의 피검체의 이미지 또는 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압한 후의 지문 이미지를 획득하는 단계 및, 획득된 이미지를 기초로 기준 접촉면적을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 맥파신호의 진폭 대 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
피검체의 접촉에 따른 접촉 면적을 측정하는 별도의 센서를 구비하지 않고서도 정확하게 생체정보를 추정할 수 있다.
도 1 및 도 2는 생체정보 추정 장치의 실시예들을 도시한 블록도이다.
도 3은 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 프로세서의 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 피검체의 접촉압력 변화와 접촉면적 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 기준 접촉면적을 획득하는 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 오실로메트릭 기반의 생체정보 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 8a 내지 도 8d는 기준 접촉면적 캘리브레이션 단계의 실시예들의 흐름도이다.
도 9는 생체정보 추정 장치가 적용된 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 10은 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.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치를 도시한 블록도이다.
실시예들에 따른 생체정보 추정 장치(100,200)는 전문 의료기관의 장치, 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드 형 등의 다양한 형태로 제작되는 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC등와 같은 모바일 기기 등에 탑재될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 맥파센서(110), 힘 센서(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
맥파센서(110)는 피검체로부터 광용적 맥파(photoplethysmography, PPG)를 포함한 맥파신호를 측정할 수 있다. 맥파센서(110)는 피검체로부터 광 신호 검출을 위해 피검체에 광을 조사하는 광원과, 광원에 의해 조사된 광이 피검체의 피부 표면이나 혈관 등의 생체조직에서 산란 또는 반사되면, 산란 또는 반사된 광을 검출하는 디텍터를 포함할 수 있다. 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 디텍터는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 맥파센서(110)는 복수의 광원 및 하나의 디텍터로 형성되는 구조나 광원과 디텍터 쌍의 어레이로 형성되는 구조 등과 같이 특별히 제한됨이 없이 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.
힘 센서(120)는 생체정보 추정을 위해 사용자가 피검체를 맥파센서(110)에 접촉시킨 상태에서 맥파센서(110)에 가하는 힘을 점차 증가시키거나 임계치 이상의 힘을 가한 상태에서 점차 힘을 감소시킬 때 그 접촉 힘을 측정할 수 있다.
프로세서(130)는 생체정보 추정과 관련된 각종 동작을 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 사용자로부터 생체정보 추정 요청이 수신되거나 미리 설정된 생체정보 추정 기준을 만족하는 경우 맥파센서(110) 및 힘 센서(120)를 제어할 수 있다. 프로세서(120)는 맥파센서(110) 및 힘 센서(120)와 전기적으로 연결될 수 있으며 맥파센서(110) 및 힘 센서(120)로부터 맥파신호 및 접촉 힘을 수신할 수 있다.
프로세서(130)는 수신된 맥파신호 및 접촉 힘을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보는 심박수, 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 탄력도 및 피부 나이 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 이하 설명의 필요가 있는 경우에는 편의상 혈압을 예로 들어 설명하기로 한다.
프로세서(130)는 접촉 힘이 수신되면, 수신된 접촉 힘과 기준 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득할 수 있다. 예컨대, 접촉 힘을 기준 접촉면적으로 나누어 접촉압력을 구할 수 있다. 이때, 기준 접촉면적은 현재의 생체정보 추정 시점 이전에 캘리브레이션을 통해 피검체별로 미리 획득된 값으로, 맥파센서(110)에 피검체를 접촉시킨 상태에서 점차 가압하여 최대 압력이 가해진 최종 시점의 접촉면적에 상응하는 값일 수 있다. 기준 접촉면적은 예컨대 오른손 검지 손가락, 왼손 검지 손가락, 손목 상부 등과 같이 다양한 피검체별로 획득될 수 있다.
예를 들어, 피검체의 접촉 및 가압에 따른 최종 시점의 기준 접촉면적은 생체정보 추정 장치(100) 또는 외부 장치에 장착된 디스플레이 모듈, 이미지 센서 또는 그 밖의 단단하고 평평한 물체를 이용하여 획득될 수 있다. 다만, 기준 접촉면적을 반드시 최대 압력이 가해진 최종 시점의 접촉면적만으로 한정하는 것은 아니며 예컨대, 미리 설정된 힘이 가해진 시점의 접촉면적, 복수 시점의 접촉면적의 통계값 등 다양한 기준에 따라 기준 접촉면적의 획득이 가능하다. 또한, 기준 접촉면적은 미리 설정된 기준을 만족하는 경우 다시 캘리브레이션 될 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 획득된 접촉압력과 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 맥파신호 및 접촉압력을 기초로 혈압 관련 특징(feature)을 획득하고 획득된 특징을 기초로 혈압을 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 맥파신호 및 접촉압력을 기초로 맥파 진폭 대 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고 오실로메트릭 포락선을 이용하여 특징을 획득할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 생체정보 추정 요청이 수신되면 맥파신호 측정을 위해 피검체가 맥파센서(110)에 접촉할 위치 및/또는 맥파센서(110)에 가해야 하는 접촉 힘에 대한 가이드 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가이드 정보는 맥파신호 진폭의 변화를 유도하기 위해 피검체가 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 접촉 힘을 점차 증가시키도록 유도하거나 반대로 소정 임계치 이상의 접촉 힘을 가한 상태에서 점차 접촉 힘을 감소시키도록 유도하는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 피검체가 센서부(110)에 실제로 가하고 있는 접촉 힘이 획득되면, 획득된 접촉 힘을 기초로 접촉 상태 판단 및 접촉 상태 판단에 따른 가이드 정보를 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 생체정보 추정 장치(200)는 출력부(210), 저장부(220) 및 통신부(230)를 더 포함할 수 있다.
출력부(210)는 프로세서(130)의 제어에 따라 맥파센서(110) 및 힘 센서(120)에 의해 획득된 맥파신호, 접촉 힘 및/또는 프로세서(130)의 각종 처리 결과를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(210)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. 디스플레이의 영역은 둘 이상으로 분리될 수 있으며, 제1 영역에 생체정보 추정에 이용된 맥파신호, 접촉 힘 및/또는 접촉압력 등을 다양한 그래프 형태로 출력할 수 있다. 이와 함께 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(220)는 프로세서(130)의 제어에 따라 맥파센서(110) 및 힘 센서(120)에 의해 획득된 맥파신호, 접촉 힘 및/또는 프로세서(30)의 각종 처리 결과를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(220)는 생체정보 추정에 필요한 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등의 사용자 특성 정보를 포함할 수 있다. 또한, 기준 정보는 생체정보 추정 모델, 생체정보 추정 기준, 피검체별 기준 접촉면적 등의 다양한 정보를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 저장부(220)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.
프로세서(130)는 맥파신호 및 접촉 힘이 측정되면, 저장부(220)를 참조하여 사용자가 접촉시킨 피검체에 대한 기준 접촉면적을 추출하고, 추출된 기준 접촉면적을 이용하여 접촉압력을 획득할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 저장부(220)에 저장된 기준 접촉면적의 캘리브레이션이 필요한지 판단하고, 캘리브레이션이 필요하면 사용자의 피검체에 대한 기준 접촉면적을 다시 획득하고, 이와 같이 획득된 기준 접촉면적으로 저장부(220)의 기준 접촉면적을 갱신할 수 있다.
통신부(230)는 프로세서(130)의 제어에 따라 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기(250)와 통신 연결하고 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(230)는 생체정보 추정 결과를 외부 기기(250)에 전송할 수 있다. 또한, 외부 기기(250)로부터 생체정보 추정에 필요한 각종 기준 정보를 수신할 수 있다. 예컨대, 통신부(230)는 외부 기기(250)에 기준 접촉면적을 요청할 수 있으며, 외부 기기(250)가 사용자의 피검체로부터 기준 접촉면적을 획득하면, 획득된 기준 접촉면적을 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 3은 도 1 및 도 2의 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 프로세서(130)의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도 4a 및 도 4b는 피검체의 접촉압력 변화와 접촉면적 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 프로세서(300)는 캘리브레이션부(310), 접촉압력 획득부(320), 포락선 획득부(330) 및 생체정보 추정부(340)를 포함할 수 있다.
도 4a를 참조하면 생체정보를 추정하는 일반적인 장치는 본체(40)의 일면에 사용자의 피검체(OBJ)가 접촉하는 PPG 센서(41), 본체의 타측에 다양한 정보가 표시되는 디스플레이 모듈(42)이 장착될 수 있으며, 도시되지는 않았지만 내부에 힘 센서 및 접촉면적 센서가 실장될 수 있다. 이때, 사용자가 생체정보 추정을 위해 맥파센서(110)에 피검체(OBJ)를 접촉시키고 접촉압력을 점차 증가시키면, 도 4b에 도시된 바와 같이 PPG 센서(41), 접촉면적 센서 및 접촉 힘 센서를 통해 각각 PPG, 접촉면적 및 접촉 힘이 측정될 수 있다.
하지만 본 실시예들의 생체정보 추정 장치(100,200)는 피검체의 접촉면적을 측정하는 별도의 센서를 탑재할 필요없이, 피검체로부터 특정 시점의 접촉면적 예컨대 도 4b에 도시된 바와 같이 최대의 접촉압력이 가해진 시점의 최종 접촉면적을 기준 접촉면적으로 미리 획득하여 생체정보 추정에 이용함으로써 생체정보 추정의 정확성 및 장치의 소형화를 달성할 수 있다.
캘리브레이션부(310)는 캘리브레이션 이벤트 발생 여부를 모니터링하고, 캘리브레이션 이벤트가 발생하면 사용자의 피검체에 대한 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
일 예로, 캘리브레이션 이벤트는 저장부(220)에 피검체에 대한 기준 접촉면적이 존재하지 않은 경우 발생할 수 있다. 예컨대, 사용자가 생체정보 추정 장치(100,200)를 최초로 이용하는 시점에 발생할 수 있다. 또는 접촉압력 획득부(320)가 접촉압력을 구하기 위해 저장부(220)로부터 기준 접촉면적을 추출하는 시점에 사용자가 피검체를 변경, 생체정보 추정 장치(100,200)의 초기화 등의 다양한 이유로 발생할 수 있다.
다른 예로, 캘리브레이션 이벤트는 미리 설정된 캘리브레이션 주기가 되면 발생할 수 있다. 이때, 캘리브레이션 주기는 사용자의 나이, 사용자의 건강 상태, 측정 환경의 변화 등을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
또 다른 예로, 캘리브레이션 이벤트는 생체정보 추정 결과를 기초로 발생할 수 있다. 캘리브레이션부(310)는 추정부(340)에 의해 생체정보가 추정되면 저장부(220)에 저장된 이전 시점의 생체정보 추정값, 접촉 힘 및/또는 접촉압력 및, 현재 시점에 추정된 생체정보 추정값, 접촉 힘 및/또는 접촉압력을 분석하여 캘리브레이션 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 이전 시점의 생체정보 추정값 대비 현재 시점의 생체정보 추정값의 변화가 소정 임계치 이상인 경우 또는, 이전 시점의 접촉 힘 대비 현재 시점의 접촉 힘의 변화가 소정 임계 임계치 이상인 경우, 피검체에 대한 기준 접촉면적의 변화가 있거나 맥파센서(110)에 접촉시킨 피검체 자체가 변경된 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 예로, 캘리브레이션 이벤트는 사용자의 요청에 따라 발생할 수 있다. 예컨대, 사용자는 자주 사용하는 피검체를 사용할 수 없는 상황이 되는 경우 또는, 단순히 다른 피검체로 바꾸고자 하는 경우에 캘리브레이션을 요청할 수 있다. 다만, 전술한 예들에 제한되는 것은 아니다.
캘리브레이션부(310)는 캘리브레이션 이벤트가 발생하면 생체정보 추정 장치(100,200)에 장착된 다양한 구성(예: 디스플레이 모듈, 터치 스크린, 지문 센서, 이미지 센서 등), 생체정보 추정 장치(100,200)에 설치된 면적을 측정할 수 있는 애플리케이션 등을 이용하여 피검체의 기준 접촉면적을 직접 획득, 외부 장치로부터 수신 또는 사용자로부터 직접 입력받는 등의 다양한 방법으로 새로운 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 기준 접촉면적을 획득하는 실시예들을 도시한 것이다. 이하, 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 기준 접촉면적을 획득하는 다양한 실시예를 설명한다. 이때, 사용자의 피검체는 손가락으로 가정한다. 다만, 여기 설명되는 예들에 제한되는 것은 아니다.
도 5a를 참조하면, 캘리브레이션부(310)는 외부 장치 또는 사용자에 의해 측정된 기준 접촉면적을 외부 장치 또는 사용자로부터 입력받을 수 있도록, 생체정보 추정 장치(100,200)의 본체(50) 전면에 장착된 디스플레이 모듈(52)에 인터페이스를 출력할 수 있다.
일 예로, 사용자는 외부 장치 예컨대 스마트 디바이스 등을 통해 기준 접촉면적을 측정할 수 있다. 예컨대, 사용자가 손가락으로 외부 장치의 디스플레이 모듈의 표면을 가압하면 외부 장치는 디스플레이 모듈, 터치 스크린, 대면적 지문 센서 및/또는 면적 측정 애플리케이션 등을 이용하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
또는, 도 5e에 도시된 바와 같이 사용자가 유리판과 같은 투명 물체(TO)에 손가락(OBJ)을 접촉하여 가압할 때, 외부 장치는 이미지 센서(IS)를 이용하여 손가락 이미지를 획득하고, 손가락 이미지의 분석을 통해 기준 접촉면적을 획득할 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 손가락으로 최대 압력을 가한 시점의 손가락 이미지를 분석하여 관심영역을 획득하고, 획득된 관심영역의 면적을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다. 이때, 영상 분석 기술은 이미 알려진 다양한 기술을 활용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
사용자는 이와 같이 외부 장치를 통해 피검체의 접촉면적을 복수 회 획득하고, 획득된 접촉면적의 통계값(예: 평균, 중간값, 최대값, 최소값 등)을 기준 접촉면적으로 사용할 수 있다. 이때, 복수의 접촉면적 중에서 이상치는 제외할 수 있다. 사용자는 이와 같이 외부 장치를 통해 획득된 기준 접촉면적을 인터페이스에 직접 입력할 수 있다. 또는, 캘리브레이션부(310)가 통신부(230)를 이용하여 외부 장치의 통신모듈과 통신하고 외부 장치로부터 획득된 기준 접촉면적을 수신하여 인터페이스에 자동으로 입력할 수도 있다.
다른 예로, 사용자는 손가락으로 유리판과 같은 투명 물체를 눌러 최대 압력을 가한 다음 남은 지문 잔상 또는, 종이 등에 인주를 묻힌 손가락으로 지장을 찍어 생성된 지문을 직접 측정하고, 측정된 지문 사이즈를 기초로 기준 접촉면적을 획득하고, 인터페이스에 입력할 수 있다.. 이때, 정확성을 향상시키기 위하여 이러한 과정을 복수회 수행하여 획득된 지문 사이즈들의 통계값 또는 이상치를 제외한 나머지 지문 사이즈들의 통계값을 기준 접촉면적으로 입력할 수 있다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 사용자가 가이드에 따라 생체정보 추정 장치(100,200)의 본체(50)에 장착된 디스플레이 모듈(52)에 손가락(OBJ)을 접촉시켜 점차 가압한 후 손가락을 떼면, 캘리브레이션부(310)는 디스플레이 모듈(52) 표면에 남은 지문 잔상(FI)을 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다. 예컨대, 캘리브레이션부(310)는 생체정보 추정 장치(100,200)에 설치되어 있는 면적 측정 애플리케이션을 실행하고, 면적 측정 애플리케이션을 통해 측정된 지문 잔상의 크기(AR)를 기초로 기준 접촉 면적을 획득할 수 있다. 이때, 캘리브레이션부(310)는 소정 시간 간격으로 손가락의 접촉을 복수 회 가이드하고, 복수회 측정된 지문 잔상의 사이즈들의 통계값을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)의 디스플레이 모듈은 터치 입력을 수행하는 터치스크린을 포함할 수 있다. 이때, 캘리브레이션부(310)는 사용자가 디스플레이 모듈에 손가락을 접촉하고 가압할 때 터치 스크린으로부터 생성되는 터치 데이터를 이용하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다. 이때, 터치 데이터는 터치 스크린의 각 픽셀에서 수광된 광량의 크기를 나타낸 것이다.
예컨대, 도 5d에 도시된 바와 같이 터치 스크린의 각 픽셀의 광량의 크기가 임계치 이상인 영역을 관심영역(TR)으로 추출하고 추출된 관심영역(TR)의 면적을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다. 일 예로, 관심영역(TR)의 면적은 관심영역(TR)에 포함된 픽셀의 갯수에 각 픽셀의 단위 면적을 곱해 구할 수 있다. 다른 예로, 관심영역(TR) 내의 픽셀들의 강도(intensity) 즉, 광량의 크기의 통계값(예: 총합, 최대값, 최소값, 평균값, 중간값, 최대값과 최소값의 차이 등)과 접촉면적 간의 상관관계를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다. 즉, 손가락의 접촉압력이 증가하여 접촉면적이 넓어지면 터치 스크린의 각 픽셀에 수광된 광량의 크기 역시 증가하는 경향을 가지므로, 접촉면적과 각 픽셀의 광량 간의 상관관계를 다양한 선형/비선형 함수식으로 미리 정의할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 캘리브레이션부(310)는 생체정보 추정 장치(100,200)의 이미지 센서를 이용하여 손가락의 접촉 이미지를 획득하도록 사용자에게 가이드할 수 있다. 캘리브레이션부(310)는 전술한 바와 같이 사용자가 유리판과 같은 투명 물체(TO)에 손가락(OBJ)을 가압할 때 이미지 센서가 손가락 이미지를 획득하면 영상 분석 알고리즘을 통해 손가락 이미지를 분석하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치(100,200)의 디스플레이 모듈은 대면적 지문센서를 포함할 수 있다. 이때, 대면적 지문센서는 광학 기반, 정전식 기반 또는 초음파 기반의 지문센서로서 이에 제한되는 것은 아니다. 캘리브레이션부(310)는 사용자가 디스플레이 모듈에 손가락을 접촉하고 가압할 때, 대면적 지문센서를 통해 획득된 손가락의 지문 이미지를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 접촉압력 획득부(320)는 힘 센서(120)로부터 접촉 힘이 수신되면, 수신된 접촉 힘 및 캘리브레이션부(310)에 의해 획득된 기준 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득할 수 있다.
포락선 획득부(330)는 맥파센서(110)에 의해 측정된 맥파신호 및 접촉압력 획득부(320)에 의해 획득된 접촉압력을 이용하여 오실로메트릭 포락선을 획득할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 오실로메트릭 기반의 생체정보 추정을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 도 6a는 사용자가 피검체를 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 접촉압력을 점차 증가시킬 때, 맥파센서(110)를 통해 측정된 PPG 신호를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 사용자가 피검체를 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 압력을 점차 증가시키면 맥파신호의 진폭 또한 일정 시간 동안 점차 증가하는 경향을 나타낸다. 포락선 획득부(330)는 각 측정 시점에서 파형 엔벨로프(in1)의 플러스(+) 지점의 진폭값(in2)에서 마이너스(-) 지점의 진폭값(in3)을 빼서 피크-투-피크 지점을 추출하고, 도 6b에 도시된 바와 같이 추출된 각 측정 시점의 피크-투-피크 지점의 진폭을 동일한 측정 시점의 접촉압력을 기준으로 플롯(plot)하여 오실로메트릭 포락선(OW)을 획득할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 추정부(340)는 획득된 오실로메트릭 포락선(OW)으로부터 생체정보 예컨대 혈압 추정을 위한 특징을 획득할 수 있다. 추정부(340)는 오실로메트릭 포락선(OW)에서 최대 피크 지점의 진폭값(MA), 최대 피크 지점의 접촉 압력값(MP), 최대 피크 지점의 진폭값(MA)을 기준으로 미리 설정된 비율(예: 0.5~0.7)을 갖는 좌우 진폭 지점에 대응하는 접촉 압력값(SP,DP) 등을 특징으로 획득할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 맥파신호의 파형 분석을 통해 최대 진폭값, 최대 진폭값에 대응하는 시간, 전진파와 반사파와 관련된 지점의 시간 및 진폭, 획득된 값들의 조합 등을 추가적인 특징으로 획득할 수 있다.
추정부(340)는 특징이 추출되면 미리 정의된 생체정보 추정 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 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 1은 간단한 형태의 선형 함수식을 예시하고 있다.
Figure pat00001
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(340)는 평균 혈압, 이완기 혈압 및 수축기 혈압별로 정의된 위 수학식 1을 통해 각 혈압을 독립적으로 추정할 수 있다. 예컨대, 추출된 특징값(MP), 특징값(DP) 및특징값(SP)을 각각 정의된 함수식에 입력하여 평균 혈압, 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 구할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다. 도 7은 전술한 생체정보 추정 장치(100,200)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 실시예들로서 이하 간단하게 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 먼저 생체정보 추정 장치(100,200)는 생체정보의 추정 요청에 따라 사용자가 피검체를 맥파센서에 접촉하여 일정 시간 동안 접촉 힘을 변화시킬 때 맥파신호 및 접촉 힘을 측정할 수 있다(710). 이때, 사용자의 입력 또는 미리 설정된 주기 등에 따라 생체정보 추정 요청이 수신되면 사용자에게 생체정보 추정을 위해 피검체의 접촉 위치나 접촉 힘 등에 관한 가이드를 할 수 있다.
그 다음, 사용자가 맥파신호 측정을 위해 맥파센서에 접촉시킨 피검체에 대해 미리 등록된 기준 접촉면적을 획득할 수 있다(720).
그 다음, 기준 접촉면적의 캘리브레이션 여부를 판단할 수 있다(730). 예컨대, 저장부에 기준 접촉면적이 존재하지 않거나, 저장부에 저장된 기준 접촉면적의 캘리브레이션 시점이 경과한 경우 캘리브레이션을 수행하는 것으로 판단할 수 있다.
그 다음, 단계(730)에서 캘리브레이션을 수행하는 것으로 판단하면 기준 접촉면적을 캘리브레이션할 수 있다(740). 예를 들어, 생체정보 추정 장치(100,200)에 장착된 구성, 설치된 애플리케이션 및 미리 설정된 기본 획득 방식 등에 관한 기준을 참고하여 사용자에게 캘리브레이션 획득을 가이드할 수 있다. 전술한 바와 같이, 생체정보 추정 장치(100,200)의 디스플레이 모듈, 디스플레이 모듈에 포함된 터치 스크린, 면적 측정 애플리케이션, 이미지 센서, 외부 장치 또는 사용자의 직접 측정 등을 활용하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다. 이때, 복수의 획득 방식이 가능한 경우 기본 획득 방식이 미리 설정될 수 있으며, 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다.
다만, 생체정보를 추정하는 시점에서 캘리브레이션 여부를 판단하는 단계(730) 및 캘리브레이션을 수행하는 단계(740)는 생략될 수 있다.
그 다음, 단계(730)에서 캘리브레이션을 할 필요가 없거나, 단계(740)에서 캘리브레이션이 수행된 경우, 획득된 기준 접촉면적 및 접촉 힘을 기초로 접촉압력을 획득할 수 있다(750).
그 다음, 접촉압력 및 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(760). 예를 들어, 맥파신호의 진폭 대 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 오실로메트릭 포락선을 이용하여 생체정보 추정을 위한 특징을 추출할 수 있다. 예컨대, 오실로메트릭 포락선에서 최대 진폭에 해당하는 접촉압력, 최대 진폭의 소정 비율의 좌우 진폭에 대응하는 접촉압력 등을 특징으로 획득할 수 있다. 또한, 이와 같이 획득된 특징을 기초로 미리 정의된 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다(770). 디스플레이 모듈, 스피커 모듈, 햅틱 모듈 등의 다양한 출력 수단을 이용하여 시각적/비시각적인 방법으로 생체정보 추정 결과, 생체정보 추정 이력, 경고 정보 등을 출력할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 기준 접촉면적 캘리브레이션 단계(740)의 다양한 실시예들의 흐름도이다.
도 8a를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하도록 가이드할 수 있다(811). 예를 들어, 디스플레이 모듈에 접촉 위치를 표시하는 마크(원, 사각형, 타원형, 화살표 등)를 출력할 수 있다. 또한, 피검체가 디스플레이 모듈에 가해야 하는 접촉압력을 그래프 등을 통해 시각적으로 출력할 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 장치(100,200)는 면적 측정 애플리케이션을 실행하고(812), 면적 측정 애플리케이션을 이용하여 피검체의 접촉 및 가압 후에 남은 지문 잔상의 크기를 측정할 수 있다(813). 이때, 면적 측정 애플리케이션은 지문 잔상의 윤곽선을 자동으로 설정, 사용자가 측정할 지문 잔상의 윤곽선을 수동으로 설정 또는 사용자가 면적 측정 애플리케이션에 의해 자동으로 설정된 윤곽선을 수정하면 면적 측정 애플리케이션은 설정된 윤곽선 내부의 면적을 계산할 수 있다. 단계(813)은 미리 설정된 횟수로 복수 회 반복될 수 있다.
그 다음, 면적 측정 애플리케이션이 계산한 지문 잔상의 크기를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다I(814). 예를 들어, 지문 잔상의 크기를 바로 기준 접촉면적으로 획득하거나, 획득된 지문 잔상의 크기를 미리 설정된 기준에 따라 조절하여 조절된 값을 기준 접촉면적으로 획득할 수도 있다. 또는, 단계(813)가 복수 회 수행되어 복수의 지문 잔상의 크기가 획득된 경우 획득된 지문 잔상의 크기의 통계값을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 디스플레이 모듈의 터치 스크린에 피검체를 접촉하도록 가이드할 수 있다(821).
그 다음, 생체정보 추정 장치(100,200)는 피검체의 접촉 및 가압에 따라 터치 스크린으로부터 생성된 터치 데이터를 수신하고(822), 수신된 터치 데이터의 픽셀 강도를 기초로 기준 접촉면적을 획득할 수 있다(823). 예를 들어, 피검체가 터치 스크린에 일정 시간 점차 가압하여 최대 압력이 가해진 시점에 획득된 터치 데이터의 각 픽셀의 강도를 기초로 관심영역을 획득하고, 전술한 바와 같이 다양한 방식으로 구해진 관심영역의 면적을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하도록 가이드할 수 있다(831). 이때, 디스플레이 모듈은 대면적 지문 센서를 포함할 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 장치(100,200)는 피검체의 접촉 및 가압에 따라 대면적 지문 센서로부터 생성된 지문 이미지를 나타내는 지문 데이터를 수신하고(832), 수신된 지문 데이터를 기초로 지문의 면적을 기준 접촉면적으로 획득할 수 있다(833).
도 8d를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 외부의 기준 물체에 피검체를 접촉하도록 가이드할 수 있다(841). 이때, 기준 물체는 유리판과 같은 단단한 투명 물체일 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 장치(100,200)는 이미지 센서를 통해 피검체의 접촉 및 가압에 따른 피검체의 이미지를 획득하고(842), 획득된 피검체의 이미지를 분석하여 기준 접촉면적을 획득할 수 있다(833).
도 9는 전술한 생체정보 추정 장치(100,100)의 실시예들이 적용된 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 웨어러블 기기(900)는 본체(910)와 스트랩(930)을 포함한다.
스트랩(930)은 플렉시블하게 구성될 수 있으며, 본체(910)의 양단에 연결되어 사용자의 손목에 감싸는 형태로 구부려지거나 사용자의 손목으로부터 분리되는 형태로 구부려질 수 있다. 또는, 스트랩(930)은 분리되지 않는 밴드 형태로 구성될 수 있다. 이때, 스트랩(930)은 손목에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성을 갖도록 내부에 공기가 주입되거나 공기 주머니를 포함하도록 형성될 수도 있으며, 본체(910)로 손목의 압력 변화를 전달할 수 있다.
본체(910) 또는 스트랩(930)의 내부에는 웨어러블 기기(900)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
또한, 본체(910)의 일측에는 센서부(920)가 장착된다. 센서부(920)는 손목이 면적센서에 접촉한 상태에서 손목의 혈관 조직으로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서 및 손목과 맥파센서 사이의 접촉 힘을 측정하는 힘 센서를 포함할 수 있다. 맥파센서는 손목에 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 손목의 피부, 혈관 조직에 의해 반사 또는 산란되는 광을 검출하는 디텍터를 포함할 수 있다. 이때, 각 광원은 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있으며, 디텍터로부터 서로 다른 거리상에 배치될 수 있다.
사용자가 생체정보 추정을 위해 소정 시간 동안 손목과 센서부(920) 사이의 접촉압력을 변화시키면, 센서부(920)는 맥파신호 및 접촉 힘을 측정할 수 있다. 이때, 사용자는 본체(910)를 착용한 상태에서 본체(910)의 일면 예컨대 센서부(920)와 반대되는 면에 장착된 표시부를 다른 손의 손가락으로 점차 강하게 눌러 손목과 센서부(920) 사이의 접촉압력의 변화를 줄 수 있다. 또는, 사용자가 본체(910)를 손목에 착용한 상태에서 주먹을 쥐었다 서서히 펴는 것과 같은 방식으로 손목의 굵기를 점차 변경시키면 스트랩의 장력의 변화가 발생하고 이에 따라 손목과 센서부(920) 사이의 접촉압력을 변화시킬 수도 있다.
또한, 본체(910)에는 맥파신호 및 접촉 힘을 이용하여 생체정보를 추정하고, 그 밖의 웨어러블 기기(900)의 다양한 기능들을 제어하는 프로세서가 실장된다.
프로세서는 센서부(920)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 사용자의 생체정보 추정 요청에 따라 센서부(920)를 제어할 수 있다. 프로세서는 센서부(920)로부터 수신된 맥파신호 및 접촉 힘을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 저장부에 미리 저장되어 있는 손목에 대한 기준 접촉면적을 획득하고, 기준 접촉면적과 접촉 힘을 이용하여 접촉압력을 획득할 수 있다. 또한, 접촉압력과 맥파신호의 진폭을 이용하여 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서는 사용자로부터 생체정보 추정 요청이 수신되면, 사용자가 본체(910)에 압력을 가하여 센서부(920)와 피검체 사이의 접촉압력을 변화시킬 수 있도록 표시부를 통해 사용자에게 접촉압력을 안내할 수 있다.
이때, 표시부는 본체(910)의 전면에 장착될 수 있으며 시각적으로 접촉 압력에 대한 가이드 정보 및/또는 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다. 이때, 표시부는 터치 스크린 및/또는 대면적 지문 센서 등을 포함한 디스플레이 모듈로서, 프로세서는 표시부의 디스플레이 모듈을 이용하여 손목에 대한 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
저장부가 본체(910) 내부에 탑재될 수 있으며 프로세서에 의해 처리된 다양한 정보와 생체정보 추정을 위한 기준 접촉면적 등과 같은 기준 정보를 저장할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기(900)는 사용자의 제어 명령을 수신하여 프로세서로 전달하는 조작부(940)를 포함할 수 있다. 조작부(940)는 본체(910)의 측면에 장착될 수 있으며, 웨어러블 기기(900)의 전원을 온/오프시키는 명령을 입력하기 위한 기능을 포함할 수 있다.
그 밖에 웨어러블 기기(900)에는 외부 기기와 각종 데이터를 송수신하는 통신부 및 그 밖의 웨어러블 기기(900)에서 제공하는 부가 기능을 수행하기 위한 각종 모듈들이 탑재될 수 있다. 통신부는 프로세서의 요청에 따라 외부 장치 예컨대 사용자의 스마트 단말에 기준 접촉면적을 요청할 수 있으며, 외부 장치가 사용자로부터 기준 접촉면적을 획득하면, 획득된 기준 접촉면적을 외부 장치로부터 수신할 수 있다.
도 10은 생체정보 추정 장치의 실시예들이 적용된 스마트 기기를 도시한 것이다. 이때, 스마트 디바이스는 스마트폰 및 태블릿 PC등을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 스마트 기기(1000)는 본체(1010)의 일면에 센서부(1030)가 장착될 수 있다. 센서부(1030)는 하나 이상의 광원(1031)과 디텍터(1032)를 포함하는 맥파 센서 및 힘 센서를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 센서부(1030)는 본체(1010)의 후면에 장착될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 전면의 지문 센서 또는 터치 패널과 결합하여 센서부(1030)를 구성하는 것도 가능하다. 이때, 지문 센서 또는 터치 패널은 면적 센서의 기능을 수행할 수 있으며, 지문 센서 또는 터치 패널 하단에 맥파 센서 및 힘 센서가 장착되는 것도 가능하다.
또한, 본체(1010)의 전면에 표시부가 장착될 수 있다. 표시부는 생체정보 추정 결과 등을 시각적으로 출력할 수 있다. 표시부는 터치 스크린 및/또는 대면적 지문 센서 등을 포함하는 디스플레이 패널로서, 터치 스크린 및/또는 대면적 지문 센서 등을 통해 입력되는 다양한 정보를 프로세서에 전달할 수 있다.
한편, 본체(1010)에는 이미지 센서(1020)가 장착될 수 있다. 이미지 센서(1020)는 사용자가 맥파 신호를 측정하기 위해 손가락을 센서부(1030)에 접근시키는 경우 손가락을 촬영하여 프로세서로 전달할 수 있다.
이때, 프로세서는 손가락의 이미지로부터 센서부(1030)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. 또한, 프로세서는 이미지 센서에 의해 측정된 손가락 이미지를 통해 맥파센서에 접촉하는 손가락의 종류를 판단할 수 있다.
프로세서는 센서부(1030)를 통해 맥파신호 및 접촉 힘이 측정되면, 저장부로부터 맥파센서에 접촉된 손가락의 기준 접촉면적을 획득하고, 접촉 힘, 기준 접촉면적 및 맥파신호를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 이미지 센서를 통해 획득된 손가락 이미지를 기초로 접촉한 손가락의 종류(예: 오른손 검지 손가락)를 판단하고, 판단된 손가락의 종류에 해당하는 기준 접촉면적을 획득할 수 있다.
프로세서는 전술한 바와 같이 표시부를 이용하여 손가락의 기준 접촉면적을 캘리브레이션하고, 획득된 기준 접촉면적을 저장부에 저장할 수 있다. 그 밖의 전술한 생체정보 측정 장치의 다양한 실시예들을 수행할 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.
100, 200: 생체정보 추정 장치 110: 맥파센서
120: 힘 센서 130,300: 프로세서
210: 출력부 220: 저장부
230: 통신부 310: 캘리브레이션부
320: 접촉압력 획득부 330: 포락선 획득부
340: 추정부 900: 웨어러블 기기
910: 본체 920: 센서부
930: 스트랩 940: 조작부
1000: 스마트 디바이스 1010: 본체
1020: 이미지 센서 1030: 센서부
1031: 광원 1032: 디텍터

Claims (25)

  1. 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서;
    상기 피검체가 맥파센서에 가하는 힘을 측정하는 힘 센서; 및
    상기 피검체에 대한 기준 접촉면적과 상기 측정된 힘을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥파센서는
    상기 피검체에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 피검체로부터 반사 또는 산란된 광을 검출하는 디텍터를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피검체에 대한 기준 접촉면적을 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 맥파신호가 측정되면 상기 저장부로부터 상기 피검체에 대한 기준 접촉면적을 추출하는 생체정보 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 기준 접촉면적의 캘리브레이션 여부를 판단하고, 캘리브레이션이 필요하면 상기 피검체에 대한 기준 접촉면적을 획득하여 상기 저장부의 기준 접촉면적을 갱신하는 생체정보 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 저장부에 상기 피검체에 대한 기준 접촉면적의 존재 여부, 사용자의 요청, 미리 설정된 캘리브레이션 주기 및 생체정보 추정 이력 중의 적어도 하나를 기초로 상기 캘리브레이션 여부를 판단하는 생체정보 추정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    사용자의 입력, 외부 장치로부터 수신 또는, 상기 생체정보 추정 장치에 장착된 디스플레이 모듈 및 이미지 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    사용자가 상기 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하여 가압한 후 상기 디스플레이 모듈에 남은 지문 잔상을 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    면적 측정 애플리케이션(application)을 실행하고, 상기 면적 측정 애플리케이션을 통해 측정된 상기 지문 잔상의 크기를 상기 기준 접촉면적으로 획득하는 생체정보 추정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 터치스크린을 포함하고,
    상기 프로세서는
    사용자가 상기 디스플레이에 피검체를 접촉한 후 가압할 때, 상기 터치스크린으로부터 생성되는 터치데이터를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity)의 통계값을 산출하고, 접촉면적 변환 함수를 적용하여 상기 통계값으로부터 상기 기준 접촉면적으로 획득하는 생체정보 추정 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 대면적 지문센서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 피검체가 상기 디스플레이에 접촉한 후 가압할 때, 상기 대면적 지문센서에 의해 생성된 지문데이터를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 장치
  12. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 이미지 센서를 통해, 상기 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압할 때의 상기 피검체의 이미지 또는 상기 피검체가 상기 외부 물체에 접촉하여 가압한 후의 지문 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파신호의 진폭 대 상기 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    생체정보 추정 요청이 수신되면, 상기 피검체가 접촉할 위치 및 상기 맥파센서에 가해야 하는 접촉 힘 중의 적어도 하나를 사용자에게 가이드하는 생체정보 추정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  16. 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 단계;
    상기 피검체가 맥파센서에 가하는 힘을 측정하는 단계;
    상기 피검체에 대한 기준 접촉면적과 상기 측정된 힘을 기초로 접촉압력을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 접촉압력 및 상기 측정된 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피검체에 대한 기준 접촉면적이 존재하지 않거나 상기 기준 접촉면적의 캘리브레이션이 필요하면, 기준 접촉면적을 획득하기 위한 캘리브레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    사용자의 입력, 외부 장치로부터 수신 또는, 상기 생체정보 추정 장치에 장착된 디스플레이 모듈 및 이미지 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    사용자가 상기 디스플레이 모듈에 피검체를 접촉하여 가압한 이후 상기 디스플레이 모듈에 남은 지문 잔상을 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    면적 측정 애플리케이션(application)을 실행하는 단계; 및
    상기 면적 측정 애플리케이션을 통해 측정된 상기 지문 잔상의 크기를 상기 기준 접촉면적으로 획득하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    사용자가 상기 디스플레이에 피검체를 접촉한 후 가압할 때, 상기 디스플레이의 터치스크린으로부터 생성되는 터치데이터를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    상기 터치데이터의 픽셀 강도(pixel intensity)의 통계값을 산출하는 단계; 및
    접촉면적 변환 함수를 기초로 상기 통계값으로부터 상기 기준 접촉면적을 획득하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    상기 피검체가 상기 디스플레이 모듈에 접촉한 후 가압할 때, 상기 디스플레이 모듈의 대면적 지문센서에 의해 생성된 지문 데이터를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는
    상기 이미지 센서를 통해, 상기 피검체가 외부 물체에 접촉하여 가압할 때의 상기 피검체의 이미지 또는 상기 피검체가 상기 외부 물체에 접촉하여 가압한 후의 지문 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 이미지를 기초로 상기 기준 접촉면적을 획득하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    상기 맥파신호의 진폭 대 상기 접촉압력을 나타내는 오실로메트릭 포락선을 획득하고, 상기 획득된 오실로메트릭 포락선을 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 방법.
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