KR20210022319A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

생체정보 추정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210022319A
KR20210022319A KR1020190101666A KR20190101666A KR20210022319A KR 20210022319 A KR20210022319 A KR 20210022319A KR 1020190101666 A KR1020190101666 A KR 1020190101666A KR 20190101666 A KR20190101666 A KR 20190101666A KR 20210022319 A KR20210022319 A KR 20210022319A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
component
spectrum
biometric information
change
pressure
Prior art date
Application number
KR1020190101666A
Other languages
English (en)
Inventor
안성모
장형석
김상규
박진영
이준호
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020190101666A priority Critical patent/KR20210022319A/ko
Priority to CN202010159860.5A priority patent/CN112414955A/zh
Priority to US16/816,415 priority patent/US11389092B2/en
Priority to EP20174103.0A priority patent/EP3782538A1/en
Publication of KR20210022319A publication Critical patent/KR20210022319A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0048—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli
    • A61B5/0053—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli by applying pressure, e.g. compression, indentation, palpation, grasping, gauging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6824—Arm or wrist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • A61B5/7267—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems involving training the classification device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A61B2562/0238—Optical sensor arrangements for performing transmission measurements on body tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A61B5/743—Displaying an image simultaneously with additional graphical information, e.g. symbols, charts, function plots

Abstract

일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 스펙트럼을 획득하는 분광 센서와, 피검체에 가해지는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하여 압력의 변화에 따른 성분을 기초로 스펙트럼을 보정하며, 보정된 스펙트럼을 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, 피검체로부터 획득된 스펙트럼으로부터 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 보정하는 기술과 관련된다.
최근 라만 분광이나 근적외선 분광 기술을 이용하여 비침습적으로 혈당과 같은 생체 정보를 측정하는 방법이 연구되고 있다. 일반적으로 분광 기술을 적용한 생체정보 측정 기기들은 대상체에 광을 조사하는 광원과 대상체로부터 되돌아오는 광학 신호를 검출하는 디텍터로 구성되며, 디텍터에 의해 검출된 광학 신호를 이용하여 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 분석하여 카로테노이드, 혈당, 칼로리 등의 생체 내 성분 정보를 측정한다. 혈액 내 헤모글로빈에 의한 광 흡수는 전체 피부 광 스펙트럼에 영향을 미치며 특정 광 센서의 경우 인체 피부로부터 광 스펙트럼을 측정할 때 혈액 내 헤모글로빈에 의한 흡수를 최소화하기 위해 피부에 일정 이상의 압력을 가하게 된다. 이러한 센서들은 정확성을 높이기 위해 압력 센서 또는 힘 센서 등을 사용하는데 이는 센서 소형화에 장애가 되며, 측정 시간이 길어지는 경향이 있다.
스펙트럼으로부터 피검체의 압력의 변화를 보정하여 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 스펙트럼을 획득하는 분광 센서 및 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하고, 획득된 압력의 변화에 따른 성분을 기초로 상기 스펙트럼을 보정하며, 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 획득된 스펙트럼을 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)하고, 분석 결과를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
프로세서는 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 형태를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
프로세서는 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 헤모글로빈의 흡수 피크(peak)와 유사한 형태를 갖는 성분을 압력의 변화에 따른 성분으로 획득할 수 있다.
프로세서는 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 성분 DB에 정의된 성분의 스펙트럼 형태와 유사한 형태를 갖는 성분을 압력의 변화에 따른 성분으로 획득할 수 있다.
프로세서는 성분 DB로부터 상기 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
프로세서는 복수 피험자들의 스펙트럼을 학습 데이터로 수집하고, 수집된 학습 데이터를 주성분 분석하여 주성분에 대한 스펙트럼 형태 및 주성분 점수를 상기 성분 DB에 저장할 수 있다.
프로세서는 피검체로부터 획득된 스펙트럼에 대하여 주성분 분석을 수행하고, 주성분 분석을 통해 분석된 성분을 기초로 상기 성분 DB를 갱신할 수 있다.
프로세서는 피검체로부터 획득된 스펙트럼에 대한 주성분 분석 결과, 상기 성분 DB의 생성일, 갱신일 및 상기 학습 데이터의 수집 환경 중의 적어도 하나를 기초로 상기 성분 DB의 갱신 여부를 결정할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 성분 DB를 갱신하는 것으로 결정한 경우 외부 장치로부터 성분 DB를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 획득된 스펙트럼으로부터 상기 압력의 변화에 따른 성분을 제거하여 압력의 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 보정할 수 있다.
프로세서는 최소 제곱법(least square)을 이용하여 획득된 스펙트럼으로부터 상기 획득된 성분을 제거할 수 있다.
프로세서는 스펙트럼이 획득되는 전체 시간 구간 중의 가압 초기 구간에서 획득된 일부의 스펙트럼을 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
프로세서는 획득된 스펙트럼의 노이즈 관련 성분을 더 획득하고, 압력의 변화에 따른 성분 및 상기 노이즈 관련 성분을 기초로 획득된 스펙트럼을 보정할 수 있다.
프로세서는 획득된 스펙트럼 중의 적어도 일부 스펙트럼의 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 주성분 점수와, 적어도 일부 스펙트럼을 기초로 추정한 생체정보 추정값 간의 상관도를 기초로 압력에 따른 성분 및 노이즈 관련 성분 중의 적어도 하나를 획득할 수 있다.
이때, 생체정보는 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 카로테노이드, 젖산(lactate) 및 요산 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 피검체로부터 스펙트럼을 획득하는 단계, 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계, 획득된 압력의 변화에 따른 성분을 기초로 스펙트럼을 보정하는 단계 및 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 획득된 스펙트럼을 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)하고, 분석 결과를 기초로 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 형태를 기초로 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 헤모글로빈의 흡수 피크(peak)와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 성분 DB에 정의된 성분의 스펙트럼 형태와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 성분 DB로부터 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
스펙트럼을 보정하는 단계는 획득된 스펙트럼으로부터 상기 압력의 변화에 따른 성분을 제거하여 압력의 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 보정할 수 있다.
압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는 스펙트럼이 획득되는 전체 시간 구간 중의 가압 초기 구간에서 획득된 일부의 스펙트럼을 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 획득된 스펙트럼의 노이즈 관련 성분을 획득하는 단계를 더 포함하고, 스펙트럼을 보정하는 단계는 압력의 변화에 따른 성분 및 상기 노이즈 관련 성분을 기초로 획득된 스펙트럼을 보정할 수 있다.
노이즈 관련 성분을 획득하는 단계는 획득된 스펙트럼 중의 적어도 일부 스펙트럼의 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 주성분 점수와, 적어도 일부 스펙트럼을 기초로 추정한 생체정보 추정값 간의 상관도를 기초로 노이즈 관련 성분을 획득할 수 있다.
피검체의 압력을 측정하기 위한 별도의 센서를 구비할 필요가 없어 센서의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 이를 통해 측정 시간을 감축하고, 생체정보 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 분광 센서 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 주성분 분석을 이용한 스펙트럼 보정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 주성분 분석을 이용한 스펙트럼 보정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 9는 생체정보 추정 장치의 실시예들이 적용된 웨어러블 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 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 생체정보 추정 장치(100)는 분광 센서(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
분광 센서(110)는 피검체로부터 소정 시간 동안 연속적으로 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 피검체는 예컨대, 정맥혈이나 모세혈 등이 지나가는 손목, 손가락 등의 인체 피부 조직이거나 요골동맥 부위일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 분광 센서(110)는 확산반사 분광법(Diffuse reflectance spectroscopy), 흡수 분광법(Absorption spectroscopy), 라만 분광법(Raman spectroscopy), 근적외선 분광법(Near InfraRed spectroscopy) 또는 중적외선 분광법(Mid InfraRed spectroscopy)을 기반으로 스펙트럼을 측정할 수 있다.
분광 센서(110)는 피검체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 및 형광체 등을 포함할 수 있다. 복수의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다. 이때, 적어도 일부의 광원은 상부에 특정 파장 영역의 광을 투과시키거나 차단하기 위한 컬러 필터가 배치될 수 있다.
디텍터는 하나의 픽셀 또는 둘 이상의 픽셀 어레이를 포함할 수 있으며, 각 픽셀은 포토 다이오드(photo diode) 또는 포토 트랜지스터(photo transister)를 포함할 수 있다. 디텍터는 광을 검출하면 검출된 광 신호를 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 각 픽셀의 상부에는 각각의 집광력을 높이기 위한 마이크로 렌즈와 같은 광 집중기가 배열될 수 있다.
프로세서(120)는 스펙트럼 측정 요청이 수신되는 경우 분광 센서(110)를 제어할 수 있다. 프로세서(120)는 스펙트럼 측정 요청이 수신되는 경우 사용자에게 피검체를 분광 센서(110)에 접촉하고 소정 시간 동안 분광 센서(110)에 가하는 압력을 변화시키도록 가이드할 수 있다.
분광 센서(110)는 사용자가 피검체를 분광 센서(110)에 접촉하여 소정 시간 동안 접촉 압력을 변화시키면 피검체에 소정 시간 동안 광을 조사하고 피검체로부터 돌아오는 광을 검출할 수 있다.
프로세서(120)는 분광 센서(110)로부터 스펙트럼 데이터를 수신하면, 수신된 스펙트럼 데이터를 기초로 스펙트럼을 복원할 수 있다.
도 2는 분광 센서 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같은 분광 센서(110)의 구조는 일 실시예에 불과한 것으로 이에 제한되지 않으며 그 밖의 다양한 구조를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 센서(110)는 n개의 LED 광원(LA)이 원형의 프레임에 어레이로 배열될 수 있다. 여기서, 프레임의 형태는 원형으로 한정될 필요는 없으며 생체정보 추정 장치(100)의 활용 형태에 따라 변형될 수 있다.
각 LED 광원의 피크 파장은 적어도 일부가 서로 다른 파장 대역을 갖도록 설정될 수 있다. 일 예로서 각 LED 광원은 동시에 또는 순차적으로 피검체(OBJ)에 광을 조사할 수 있다. 각 LED 광원의 피크 파장은 미리 설정될 수 있으며, 스펙트럼 측정 부위 및 분석하고자 하는 성분 등을 기초로 설정될 수 있다. 각 LED 광원에 의해 피검체(OBJ)에 조사된 광은 조직 특성에 따라 흡수, 반사 또는 산란된다. 이때, 피검체(OBJ)의 광 반응 특성은 피검체(OBJ)의 종류 및 광의 파장 등에 따라 달라지며 이와 같이 피검체(OBJ)의 광 반응 특성에 따라 피검체(OBJ)에서 빛의 흡수, 반사, 투과 또는 산란 정도는 달라질 수 있다. 또한, 분광 센서(110)는 LED 광원(LA)에서 피검체에 조사된 광(L1)이 피검체로부터 산란 또는 반사되면 산란 또는 반사된 광(L2)을 검출하는 디텍터(CS)가 원형 프레임의 중심에 배치될 수 있다. 이때, 디텍터(CS)는 이미지 센서와 분광 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디텍터(CS)는 CIS(CMOS Image Sensor) 기반의 센서일 수 있으며, CIS 위에 다양한 파장의 광을 검출하기 위한 분광 필터가 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 분광 센서(110)는 LED 광원(LA)에서 조사된 광(L1)이 피검체로 향하지 않고 바로 디텍터(CS)로 향하는 것을 차단하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 디텍터(CS) 방향으로 향하도록 하는 광 차단부(LB)를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 분광 센서(110)를 통해 스펙트럼이 획득되면, 피검체로부터 생체정보 즉, 체표면 또는 체내 성분의 분석을 위하여 그 스펙트럼을 가공하고, 가공된 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보는 예컨대, 혈당, 칼로리, 알코올, 중성지방, 단백질, 콜레스테롤, 요산 및 카로테노이드 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
분광 센서(110)의 광원을 통해 피검체에 조사된 광은 피검체의 생체 조직에서 흡수, 산란 또는 반사되며, 이때 혈액 내 헤모글로빈에 의한 광 흡수는 전체 피부 광 스펙트럼에 큰 영향을 미치게 된다. 일반적으로 피검체로부터 스펙트럼을 측정할 때 혈액 내 헤모글로빈에 의한 광 흡수를 최소화하기 위해 피검체에 일정 이상의 압력을 가할 수 있다. 하지만, 피검체에 압력을 가함에 따라 스펙트럼의 변화가 발생하며, 피검체에 가하는 압력의 세기나 압력을 가한 시간 등에 의해 스펙트럼은 동적으로 변화하게 된다.
프로세서(120)는 분광 센서(110)를 통해 소정 시간 동안 연속적으로 획득된 스펙트럼(이하, '제1 스펙트럼'이라 함)에서 피검체가 분광 센서(110)를 누름으로써 피검체에 가해지는 압력의 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 보정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 제1 스펙트럼으로부터 피검체의 압력 변화에 따른 성분(이하, '가압 성분'이라 함)을 추출하고, 추출된 가압 성분을 기초로 제1 스펙트럼을 보정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 주성분 분석(principal component analysis) 기법을 활용하여, 제1 스펙트럼 전체 또는 제1 스펙트럼 중의 일부 스펙트럼(이하, '제2 스펙트럼'이라 함)으로부터 가압 성분을 추출할 수 있다. 이때, 제2 스펙트럼은 피검체가 분광 센서(110)에 접촉한 후 가압을 시작한 가압 초기 구간에서 획득된 스펙트럼일 수 있다. 가압 초기 구간은 미리 설정되며 스펙트럼 처리 및/또는 생체정보 추정 속도를 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 가압 성분이 추출되면 제1 스펙트럼 전체 또는, 가압 초기 구간 이후 획득된 스펙트럼에서 가압 성분을 제거함으로써 피검체의 압력 변화에 강건한 스펙트럼을 획득할 수 있다
도 3a 내지 도 3c는 주성분 분석을 이용한 스펙트럼 보정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 분광 센서(110)를 통해 소정 시간 동안 획득된 제1 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 3b는 가압 초기 구간에서 획득된 제2 스펙트럼을 주성분 분석한 결과를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 프로세서(120)는 주성분 분석 결과로부터 피검체의 압력의 변화에 따른 가압 성분(PC1)을 추출할 수 있다. 프로세서(120)는 주성분의 스펙트럼 형태를 기초로 가압 성분(PC1)을 추출할 수 있으며, 예컨대 주성분 분석을 통해 분석된 주성분들의 스펙트럼 형태와 헤모글로빈 흡수 피크(HbAP)를 비교하여 그 형태가 유사한 주성분을 피검체의 가압 성분(PC1)으로 추출할 수 있다. 이때, 헤모글로빈 흡수 피크(HbAP)는 이미 알려진 정보를 활용할 수 있다.
도 3c는 보정 후의 스펙트럼을 도시한 것이다. 프로세서(120)는 주성분 분석을 통해 가압 성분이 추출되면 예컨대, 최소 제곱법(least square) 등을 이용하여 제1 스펙트럼에서 가압 성분(PC1)을 제거할 수 있다. 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 제1 스펙트럼에서 소정 파장 구간(약 430nm ~ 570nm 구간) 즉, 주성분 분석을 통해 피검체의 압력 변화에 따라 영향을 받는 파장 구간이 보정된 것을 알 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 제1 스펙트럼에서 압력의 변화에 따른 스펙트럼 변화 이외에 그 밖의 스펙트럼 변화를 일으키는 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 노이즈는 온도, 습도, 동잡음, 디텍터 노이즈, 광원 노이즈 등과 같이 스펙트럼의 정확성에 영향을 미치는 다양한 요인을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 프로세서(120)는 주성분 분석을 통해 분석된 주성분들의 주성분 점수와 보정 전의 스펙트럼을 기초로 추정한 생체정보 추정값 간의 상관도를 기초로 노이즈 성분을 추출할 수 있다. 이때, 상관도는 유클리디안 거리(Euclidean distance), 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient), 스피어만 상관계수(Spearman correlation coefficient) 및 코사인 유사도(Cosine similarity) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4a 내지 도 4c는 주성분 분석을 이용한 스펙트럼 보정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 가압 초기 구간에서 획득된 100개의 제2 스펙트럼을 주성분 분석하여 획득한 3개의 주성분(PC1,PC2,PC3)의 파장별 특성을 나타낸 것이다. 여기서, 첫 번째 성분(PC1)은 가압 성분이라고 가정한다. 도 4b는 도 4a의 100개의 제2 스펙트럼 각각으로부터 추출된 주성분(PC1,PC2,PC3)의 주성분 점수를 나타낸다. 여기서, X축은 주성분 분석 횟수로 예컨대 100개의 스펙트럼 각각을 이용하여 100회 주성분 분석한 횟수를 나타낸다. Y축은 각 주성분 분석의 주성분 점수를 나타낸다.
이와 같이, 프로세서(120)는 가압 초기 구간의 100개의 제2 스펙트럼 각각을 이용하여 주성분 분석 및 카로테노이드를 추정할 수 있다. 특히 가압 초기 구간은 피검체의 접촉 불량 등의 여러가지 노이즈가 포함될 수 있으므로 제2 스펙트럼의 정확성은 감소할 수 있다. 이처럼 노이즈 성분이 포함된 각각의 제2 스펙트럼을 이용하여 카로테노이드를 추정하게 되면, 추정값들은 일정한 범위 내에 존재하지 않고 심한 변동(fluctuation)을 나타낼 수 있다. 따라서, 카로테노이드 추정값의 변동 형태와 주성분 점수 간의 상관관계가 높을 경우 그 주성분이 카로테노이드 추정값의 변동을 발생시키는 요인으로 판단할 수 있다.
도 4c는 주성분들 중 가압 성분(PC1)을 제외한 나머지 주성분(PC2,PC3)과 카로테노이드의 추정값 간의 상관관계를 도시한 것이다. 도 4c를 참조하면, 두 번째 주성분(PC2)은 카로테노이드 추정값과 상관도가 비교적 낮고, 세 번째 주성분(PC3)은 카로테노이드 추정값과 상관도가 비교적 높은 것을 알 수 있다. 이 경우 프로세서(120)는 상관도가 소정 임계치 이상인 세 번째 성분(PC3)을 노이즈 성분으로 결정할 수 있다. 프로세서(120)는 이와 같이 결정된 노이즈 성분(PC3)을 제1 스펙트럼 전체 또는 가압 초기 구간 이후의 스펙트럼에서 제거함으로써 도 4d에 도시된 바와 같이 압력의 변화에 따른 영향 및 노이즈 영향에 강건한 스펙트럼을 획득할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 생체정보 추정 장치(500)는 분광 센서(510), 프로세서(520), 및 저장부(530)를 포함할 수 있다.
분광 센서(510)는 전술한 바와 같이 광원 및 디텍터를 포함하고, 피검체로부터 소정 시간 동안 연속적으로 광 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
프로세서(520)는 이와 같이 획득된 스펙트럼 데이터를 기초로 제1 스펙트럼을 획득하고, 저장부(530)의 성분 DB(531)를 참조하여 제1 스펙트럼에서 피검체의 압력 변화에 따른 성분 및/또는 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
일 예로, 프로세서(520)는 가압 초기 구간의 제2 스펙트럼을 이용하여 주성분 분석을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(520)는 주성분 분석을 통해 획득된 주성분들 중에서 성분 DB(531)로부터 획득된 가압 성분과 유사한 형태를 갖는 성분을 피검체의 압력 변화에 따른 가압 성분으로 획득할 수 있다. 프로세서(520)는 제1 스펙트럼 전체 또는 가압 초기 구간 이후의 스펙트럼에서 가압 성분을 제거함으로써 피검체의 압력 변화에 강건한 스펙트럼을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(520)는 저장부(530)를 참조하여 성분 DB(531)로부터 피검체의 압력 변화에 따라 스펙트럼의 변화를 나타내는 가압 성분을 획득할 수 있다. 프로세서(520)는 제1 스펙트럼에서 성분 DB(531)로부터 획득한 가압 성분을 제거하여 보정된 스펙트럼을 획득할 수도 있다.
또한, 프로세서(520)는 성분 DB(531)로부터 노이즈 관련 성분을 획득하고 제1 스펙트럼 또는 가압 초기 구간 이후의 스펙트럼에서 노이즈 관련 성분을 제거할 수 있다. 또는, 제2 스펙트럼의 주성분 분석 결과에서 성분 DB(531)에 저장된 노이즈 성분과 유사한 성분을 획득하고, 제1 스펙트럼 또는 가압 초기 구간 이후의 스펙트럼에서 그 획득된 성분을 제거할 수 있다.
한편, 프로세서(520)는 성분 DB(531)의 생성일자, 갱신일자, 학습 데이터의 수집 환경 또는 현 사용자의 주변 환경 등을 고려하여 성분 DB(531)를 이용할 지 여부를 결정할 수 있다. 이때, 학습 데이터는 복수의 피험자들을 대상으로 획득된 스펙트럼 데이터를 나타낸다. 또한, 학습 데이터의 수집 환경이나 현 사용자의 수집 환경은 스펙트럼을 획득한 대상의 나이, 성별, 건강 상태, 스펙트럼 획득 당시의 주변 환경(예: 온도, 습도) 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 프로세서(520)는 성분 DB(531)의 갱신일자가 현 시점을 기준으로 소정 기간 이내인 경우 성분 DB(531)에서 획득된 가압 성분을 바로 이용하여 스펙트럼을 보정할 수 있다. 다른 예로, 갱신일자가 소정 기간 이내라고 하더라도 학습 데이터 수집 환경과 현 사용자의 주변 환경이 너무 다른 경우, 현 사용자로부터 획득된 스펙트럼의 주성분 분석 결과와 성분 DB(531)로부터 획득된 가압 성분의 스펙트럼 형태 비교를 통해 스펙트럼을 보정할 수 있다. 또 다른 예로, 갱신일자가 소정 기간 이전인 경우와 같이 성분 DB(531)의 데이터를 신뢰하기 어렵다고 판단된 경우 전술한 바와 같이 스펙트럼의 주성분 분석 결과와 헤모글로빈 흡수 피크 형태를 기초로 가압 성분을 획득하여 스펙트럼을 보정할 수 있다. 이러한 예시들은 이해를 돕기 위한 것일 뿐 여기 예시된 바들에 제한되는 것은 아니다.
저장부(530)는 복수의 학습 데이터의 주성분 분석을 통해 분석된 주성분들의 스펙트럼 형태 및/또는 주성분 점수 등을 포함한 성분 DB(531)를 저장할 수 있다. 이때, 학습 데이터는 복수의 피험자들로부터 획득된 스펙트럼일 수 있다. 이때, 성분 DB(531)는 복수의 피험자들의 건강 상태, 연령대 및/또는 성별로 분류된 복수의 그룹 단위로 주성분 분석 결과를 관리할 수 있다. 프로세서(520)는 성분 DB(531)로부터 가압 성분을 추출할 때 사용자의 연령 및 성별을 고려하여 해당하는 그룹의 가압 성분 및/또는 노이즈 성분을 획득할 수 있다.
또한, 저장부(530)는 성분 DB(531) 이외에 스펙트럼 처리와 관련된 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 성분 DB(531)를 이용할지를 결정하기 위한 기준, 주성분 분석을 위한 가압 초기 구간, 생체정보 추정 알고리즘, 및/또는 사용자의 건강 상태, 연령 및 성별 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
저장부(530)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.
한편, 프로세서(520)는 전술한 바와 같이 성분 DB(531)의 생성일자, 갱신일자, 학습 데이터의 수집 환경 또는 현 사용자의 주변 환경 등을 고려하여 성분 DB(531)의 갱신여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 성분 DB(531)의 최종 갱신일자가 소정 기간 이전인 경우 갱신이 필요하다고 판단할 수 있다.
일 예로, 프로세서(520)는 성분 DB(531)의 갱신이 필요한 경우, 사용자의 피검체로부터 획득된 스펙트럼의 주성분 분석을 수행하고 주성분 분석 결과를 기초로 성분 DB(531)를 갱신할 수 있다. 프로세서(520)는 사용자로부터 소정 시간 간격으로 분광 센서(510)를 복수 회 제어할 수 있으며, 사용자로부터 복수 회 획득된 스펙트럼을 학습 데이터로서 수집할 수 있다.
프로세서(520)는 주성분 분석 결과와 헤모글로빈 흡수 피크 형태를 기초로 획득된 가압 성분 및/또는, 주성분 분석 결과와 생체정보 추정값의 상관관계를 통해 결정한 노이즈 성분 등의 데이터로 성분 DB(531)의 기존 데이터를 대체할 수 있다. 또는, 주성분 분석을 통해 획득한 데이터와 성분 DB(531)의 기존 데이터를 적절히 조합하여 생성된 데이터로 성분 DB(531)의 기존 데이터를 갱신할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(520)는 복수의 피험자들로부터 스펙트럼을 학습 데이터로서 획득할 수 있다. 프로세서(520)는 복수의 피험자들로부터 스펙트럼이 획득되면 피험자들의 건강 상태, 연령, 성별 등을 고려하여 그룹별로 주성분 분석하고, 각 그룹별 주성분 분석 결과를 성분 DB(531)에 갱신할 수 있다.
프로세서(520)는 스펙트럼 처리 결과를 출력 모듈을 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 출력 모듈은 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 프로세서(520)는 사용자의 피검체로부터 획득된 보정 전 스펙트럼, 주성분 분석 결과 및/또는 보정된 스펙트럼을 디스플레이에 출력할 수 있으며, 사용자가 쉽게 비교할 수 있도록 디스플레이를 복수의 영역으로 분리하여 각 영역에 보정 전 스펙트럼, 보정 후 스펙트럼을 출력할 수도 있다.
또한 프로세서(520)는 보정된 스펙트럼을 요청하는 외부 장치에 통신 모듈을 통해 전송할 수 있다. 또는, 성분 DB(531)의 갱신이 필요한 경우 복수의 피험자들을 대상으로 전문적으로 스펙트럼 주성분 분석을 수행하는 외부 장치로부터 주성분 분석 결과를 수신할 수 있다. 이때, 외부 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 및 데스크탑 PC 등의 정보 처리 장치 등을 포함할 수 있으며, 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 추정하는 기능을 탑재한 장치일 수 있다.
통신 모듈은 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 6은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치(600)의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 생체정보 추정 장치(600)는 분광 센서(610), 프로세서(620), 저장부(630), 출력부(640) 및 통신부(650)를 포함할 수 있다.
분광 센서(610)는 사용자의 피검체로부터 연속적인 스펙트럼을 획득할 수 있다. 분광 센서(610)는 광원 및 디텍터를 포함할 수 있다. 프로세서(620)의 제어에 따라 광원은 피검체에 광을 조사하고, 디텍터는 피검체에 의해 흡수, 산란 또는 반사되어 돌아오는 광을 검출하여 광의 세기를 나타내는 전기적인 신호로 변환하고 변환된 신호를 프로세서(620)에 전달할 수 있다.
프로세서(620)는 분광 센서(610) 및 그 외 각종 구성(630,640,650)과 전기적으로 연결되어 각종 구성들을 제어할 수 있다.
프로세서(620)는 사용자의 입력 또는 미리 설정된 생체정보 추정 주기가 되면 분광 센서(610)를 제어하고, 분광 센서(610)에 의해 획득된 스펙트럼 데이터를 수신하여 스펙트럼을 복원할 수 있다.
일 예로, 프로세서(620)는 스펙트럼이 복원되면 가압 초기 구간에서 획득된 일부 스펙트럼 군을 이용하여 주성분 분석을 수행하고, 주성분 분석 결과를 이용하여 피검체의 가압 성분 즉, 피검체가 분광 센서에 접촉하여 점차 가압함에 따라 스펙트럼이 변화하는 성분을 추출할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(620)는 저장부(630)에 성분 DB가 존재하는 경우 성분 DB를 참조하여 가압 성분을 획득할 수 있다. 이때, 프로세서(620)는 성분 DB로부터 획득된 가압 성분 자체를 이용하는 것도 가능하고, 분광 센서(610)를 통해 획득된 스펙트럼의 주성분 분석 결과와 성분 DB로부터 획득된 가압 성분의 비교를 통해 주성분 분석 결과로부터 피검체의 가압 성분을 획득하는 것도 가능하다. 이때, 성분 DB를 이용할지 여부에 대한 기준은 예컨대 성분 DB의 생성일자, 갱신일자, 학습 데이터 수집 환경, 사용자의 스펙트럼 획득 환경 등을 기초로 미리 정의될 수 있다.
한편, 프로세서(620)는 성분 DB의 생성일, 갱신일, 학습 데이터의 수집 환경 및 피검체로부터 스펙트럼 획득 환경 등을 기초로 성분 DB의 갱신 여부를 결정할 수 있다. 일 예로, 프로세서(620)는 성분 DB의 갱신이 필요한 경우 사용자로부터 획득된 스펙트럼의 주성분 분석 결과를 기초로 성분 DB를 갱신할 수 있다. 다른 예로, 통신부(650)를 통해 외부 장치로부터 성분 DB를 수신할 수 있다.
또한, 프로세서(620)는 분광 센서(610)를 통해 획득된 스펙트럼에서 이와 같이 획득된 가압 성분을 제거함으로써 피검체의 압력의 변화에 따른 스펙트럼 변화를 보정할 수 있다.
또한, 프로세서(620)는 피검체의 가압 성분 이외의 스펙트럼 노이즈 관련 성분을 추출하고, 추출된 성분을 더 제거하여 보다 정확한 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 노이즈 관련 성분은 스펙트럼의 주성분 분석 또는 성분 DB를 기초로 획득될 수 있다. 이와 관련하여 앞에서 자세히 설명한 바 있다.
프로세서(620)는 이와 같이 보정된 스펙트럼을 이용하여 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 카로테노이드, 젖산(lactate) 및 요산 등의 생체정보를 추정할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 보정된 스펙트럼과 구하고자 하는 생체정보 간의 상관 관계를 나타내는 추정 모델이 미리 정의될 수 있다. 프로세서(820)는 보정된 스펙트럼 및 추정 모델을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
저장부(630)는 성분 DB(631) 및 생체정보 추정과 관련된 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 성분 DB(631) 이용 여부에 대한 결정 기준, 주성분 분석을 위한 가압 초기 구간, 생체정보 추정 알고리즘 및/또는 사용자의 건강 상태, 연령 및 성별 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다
출력부(640)는 프로세서(620)의 처리 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 출력 모듈은 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
통신부(650)는 외부 장치와 통신하여 생체정보 추정과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 보정 전후 스펙트럼, 주성분 분석 결과, 생체정보 추정 결과 등을 외부 장치에 전송할 수 있으며, 외부 장치로부터 성분 DB 등을 수신할 수 있다. 이때, 외부 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 및 데스크탑 PC 등의 정보 처리 장치 등을 포함하는 것으로 이에 제한되지 않는다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 7은 전술한 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치에 의해 수행되는 일 실시예이다. 앞에서 자세히 기술하였으므로 이하 간단하게 설명한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 스펙트럼을 획득할 수 있다(710). 생체정보 추정 장치(100)는 분광 센서를 제어하여 피검체로부터 소정 시간 동안 연속적으로 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다.
그 다음, 획득된 스펙트럼 및/또는 성분 DB를 기초로 피검체의 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다(720).
일 예로, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 생체정보 추정 장치(100)는 스펙트럼이 획득되면 가압 초기 구간의 일부 스펙트럼 군을 이용하여 주성분 분석을 하고, 주성분 분석 결과를 이용하여 피검체의 압력 변화에 따른 가압 성분을 획득할 수 있다. 예컨대, 피검체의 가압에 따라 혈액 내의 헤모글로빈의 흡수 피크 형태가 변하므로, 스펙트럼의 주성분들의 스펙트럼 형태 중에서 이미 알려진 헤모글로빈 흡수 피크와 유사한 성분을 가압 성분으로 획득할 수 있다.
다른 예로, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 생체정보 추정 장치(500)는 스펙트럼이 획득되면 미리 생성된 성분 DB로부터 가압 성분을 획득할 수 있다. 또는 단계(710)에서 획득된 스펙트럼을 주성분 분석하고, 주성분들의 스펙트럼 형태 중에서 성분 DB에 저장된 가압 성분의 형태와 유사한 성분을 피검체의 압력 변화에 따른 성분으로 획득할 수 있다.
그 다음. 획득된 가압 성분을 기초로 스펙트럼을 보정할 수 있다(730). 예를 들어, 최소 제곱법 등과 같은 기법을 활용하여 단계(710)에서 획득된 스펙트럼에서 단계(720)에서 획득된 가압 성분을 제거하여 피검체의 압력 변화에 따른 스펙트럼 변화를 보정할 수 있다.
그 다음, 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(740).
도 8은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 8은 전술한 생체정보 추정 장치에 의해 수행되는 일 실시예이다. 앞에서 자세히 기술하였으므로 이하 간단하게 설명한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 스펙트럼을 획득할 수 있다(810). 생체정보 추정 장치는 분광 센서를 제어하여 피검체로부터 소정 시간 동안 연속적으로 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다.
그 다음, 획득된 스펙트럼 및/또는 성분 DB를 기초로 피검체의 압력의 변화에 따른 성분을 획득할 수 있다(820).
그 다음, 획득된 스펙트럼 및/또는 성분 DB를 기초로 피검체의 압력의 변화에 따른 성분 이외의 노이즈 관련 성분을 획득할 수 있다(830). 일 예로, 주성분들의 주성분 점수와 생체정보 추정값의 상관도가 높은 성분을 노이즈 관련 성분으로 획득할 수 있다. 다른 예로, 성분 DB로부터 노이즈 관련 성분을 획득할 수 있다. 또는, 단계(810)에서 획득된 스펙트럼을 주성분 분석하고, 주성분들의 스펙트럼 형태 중에서 성분 DB에 저장된 노이즈 성분의 형태와 유사한 성분을 노이즈 관련 성분으로 획득할 수 있다.
그 다음. 획득된 가압 성분을 기초로 스펙트럼을 보정할 수 있다(840). 예를 들어, 최소 제곱법 등과 같은 기법을 활용하여 단계(810)에서 획득된 스펙트럼에서 단계(820) 및 단계(830)에서 획득된 가압 성분 및 노이즈 성분을 제거하여 스펙트럼 변화를 보정할 수 있다.
그 다음, 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(850).
도 9는 생체정보 추정 장치의 실시예들이 적용된 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
전술한 생체정보 추정 장치(100,500,600)의 실시예들은 웨어러블 기기(900)에 탑재될 수 있다. 도 9는 스마트 워치형 웨어러블 기기(900)를 도시하고 있지만 이에 제한되지 않으며 스마트폰, 태블릿 PC 등의 다양한 정보 처리 기기로 변형 실시될 수 있다.
도 9를 참조하면 웨어러블 기기(900)는 본체(910) 및 스트랩(930)을 포함하고, 전술한 생체정보 추정 장치(100,500,600)의 각종 구성들은 본체(910)에 장착될 수 있다.
스트랩(930)은 본체(910)에 연결되며 플렉시블하게 형성될 수 있다. 스트랩(930)은 사용자의 손목에 감싸는 형태로 구부려지거나 사용자의 손목으로부터 분리되는 형태로 구부려질 수 있다. 이때, 본체(910) 또는 스트랩(930)의 내부에는 기기(900)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
분광 센서(920)는 도시된 바와 같이 본체(910) 후면의 사용자 손목이 접촉하는 위치에 장착될 수 있다. 분광 센서(920)는 일 예로 전체 길이에 걸쳐 선형으로 변화하는 스펙트럼 특성을 갖는 리니어 가변 필터(Linear Variable Filter, LVF)를 포함할 수 있다.
프로세서, 저장부 및 통신부는 웨어러블 기기(900)의 본체(910) 내부에 실장될 수 있다.
프로세서는 분광 센서(920)를 통해 획득된 스펙트럼을 주성분 분석을 통해 보정하고, 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
출력부의 디스플레이는 본체(910)의 전면에 장착되어 사용자에게 각종 정보를 출력할 수 있다. 또한, 디스플레이는 사용자의 터치 입력을 수신하는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 사용자의 터치 입력을 수신하여 프로세서에 전달할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기(900)의 본체에는 생체정보 추정 기능 및 그 밖의 기능(예: 시계, 음악, 동영상 시청, 문자 메시지)을 조작하기 위한 조작부(940)가 장착될 수 있다. 조작부(940)는 사용자의 명령을 수신하여 프로세서에 전달하며, 웨어러블 기기(900)의 전원을 온/오프시키는 전원 버튼을 포함할 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 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.
100,500,600: 생체정보 추정 장치 110,510,610: 분광 센서
120,520,620: 프로세서 530,630: 저장부
640: 출력부 650: 통신부

Claims (26)

  1. 피검체로부터 스펙트럼을 획득하는 분광 센서; 및
    상기 피검체에 가해지는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하고, 획득된 압력의 변화에 따른 성분을 기초로 상기 스펙트럼을 보정하며, 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 스펙트럼을 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)하고, 분석 결과를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 형태를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 헤모글로빈의 흡수 피크(peak)와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득하는 생체정보 추정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 성분 DB에 정의된 성분의 스펙트럼 형태와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득하는 생체정보 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    성분 DB로부터 상기 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    복수 피험자들의 스펙트럼을 학습 데이터로 수집하고, 수집된 학습 데이터를 주성분 분석하여 주성분에 대한 스펙트럼 형태 및 주성분 점수를 상기 성분 DB에 저장하는 생체정보 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 피검체로부터 획득된 스펙트럼에 대하여 주성분 분석을 수행하고, 주성분 분석을 통해 분석된 성분을 기초로 상기 성분 DB를 갱신하는 생체정보 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 피검체로부터 획득된 스펙트럼에 대한 주성분 분석 결과, 상기 성분 DB의 생성일, 갱신일 및 상기 학습 데이터의 수집 환경 중의 적어도 하나를 기초로 상기 성분 DB의 갱신 여부를 결정하는 생체정보 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 성분 DB를 갱신하는 것으로 결정한 경우 외부 장치로부터 성분 DB를 수신하는 통신부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 스펙트럼으로부터 상기 압력의 변화에 따른 성분을 제거하여 상기 압력의 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 보정하는 생체정보 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    최소 제곱법(least square)을 이용하여 상기 획득된 스펙트럼으로부터 상기 획득된 성분을 제거하는 생체정보 추정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 스펙트럼이 획득되는 전체 시간 구간 중의 가압 초기 구간에서 획득된 일부의 스펙트럼을 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 스펙트럼의 노이즈 관련 성분을 더 획득하고, 상기 압력의 변화에 따른 성분 및 상기 노이즈 관련 성분을 기초로 상기 획득된 스펙트럼을 보정하는 생체정보 추정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 스펙트럼 중의 적어도 일부 스펙트럼의 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 주성분 점수와, 상기 적어도 일부 스펙트럼을 기초로 추정한 생체정보 추정값 간의 상관도를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분 및 노이즈 관련 성분 중의 적어도 하나를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는
    혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 카로테노이드, 젖산(lactate) 및 요산 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치
  17. 피검체로부터 스펙트럼을 획득하는 단계;
    상기 피검체에 가해지는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계;
    상기 획득된 압력의 변화에 따른 성분을 기초로 상기 스펙트럼을 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    상기 획득된 스펙트럼을 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)하고, 분석 결과를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 형태를 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 헤모글로빈의 흡수 피크(peak)와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득하는 생체정보 추정 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    상기 주성분 분석을 통해 분석된 성분 중 성분 DB에 정의된 성분의 스펙트럼 형태와 유사한 형태를 갖는 성분을 상기 압력의 변화에 따른 성분으로 획득하는 생체정보 추정 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    성분 DB로부터 상기 피검체가 분광 센서에 가하는 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 스펙트럼을 보정하는 단계는
    상기 획득된 스펙트럼으로부터 상기 압력의 변화에 따른 성분을 제거하여 상기 압력의 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 보정하는 생체정보 추정 방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 단계는
    상기 스펙트럼이 획득되는 전체 시간 구간 중의 가압 초기 구간에서 획득된 일부의 스펙트럼을 기초로 상기 압력의 변화에 따른 성분을 획득하는 생체정보 추정 방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 획득된 스펙트럼의 노이즈 관련 성분을 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 스펙트럼을 보정하는 단계는
    상기 압력의 변화에 따른 성분 및 상기 노이즈 관련 성분을 기초로 상기 획득된 스펙트럼을 보정하는 생체정보 추정 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 노이즈 관련 성분을 획득하는 단계는
    상기 획득된 스펙트럼 중의 적어도 일부 스펙트럼의 주성분 분석을 통해 분석된 성분의 주성분 점수와, 상기 적어도 일부 스펙트럼을 기초로 추정한 생체정보 추정값 간의 상관도를 기초로 상기 노이즈 관련 성분을 획득하는 생체정보 추정 방법.
KR1020190101666A 2019-08-20 2019-08-20 생체정보 추정 장치 및 방법 KR20210022319A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190101666A KR20210022319A (ko) 2019-08-20 2019-08-20 생체정보 추정 장치 및 방법
CN202010159860.5A CN112414955A (zh) 2019-08-20 2020-03-09 估计生物信息的装置和方法
US16/816,415 US11389092B2 (en) 2019-08-20 2020-03-12 Apparatus and method for estimating bio-information
EP20174103.0A EP3782538A1 (en) 2019-08-20 2020-05-12 Apparatus and method for estimating bio-information

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190101666A KR20210022319A (ko) 2019-08-20 2019-08-20 생체정보 추정 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210022319A true KR20210022319A (ko) 2021-03-03

Family

ID=70682590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190101666A KR20210022319A (ko) 2019-08-20 2019-08-20 생체정보 추정 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11389092B2 (ko)
EP (1) EP3782538A1 (ko)
KR (1) KR20210022319A (ko)
CN (1) CN112414955A (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019189970A1 (ko) * 2018-03-30 2019-10-03 주식회사 씨엠랩 압력에 의한 노이즈 보정기능을 포함하는 혈류 측정 장치 및 방법
CN114081481A (zh) * 2021-11-16 2022-02-25 武汉联影智融医疗科技有限公司 血糖信号采集装置、血糖浓度检测装置及检测系统

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999037205A1 (en) * 1998-01-27 1999-07-29 Lightouch Medical, Inc. Method and device for tissue modulation
US6167290A (en) 1999-02-03 2000-12-26 Bayspec, Inc. Method and apparatus of non-invasive measurement of human/animal blood glucose and other metabolites
US6341257B1 (en) 1999-03-04 2002-01-22 Sandia Corporation Hybrid least squares multivariate spectral analysis methods
WO2000052433A1 (en) 1999-03-05 2000-09-08 Sandia Corporation Hybrid least squares multivariate spectral analysis methods
US6205354B1 (en) 1999-06-18 2001-03-20 University Of Utah Method and apparatus for noninvasive measurement of carotenoids and related chemical substances in biological tissue
MXPA03006726A (es) 2001-01-26 2004-10-15 Sensys Medical Inc Medicion no invasiva de la glucosa a traves de las propiedades opticas de los tejidos.
JP2005233681A (ja) 2004-02-17 2005-09-02 Jms Co Ltd 圧力測定装置及び圧力測定方法
KR100694598B1 (ko) 2005-10-28 2007-03-13 삼성전자주식회사 혈당 측정에서 헤모글로빈의 영향을 보상하는 비침습적생체 측정 시스템 및 방법
WO2008004665A1 (fr) 2006-07-06 2008-01-10 Fatigue Science Laboratory Inc. Procédé et appareil pour tester un cancer, un lupus érythémateux systémique (sle) ou un syndrome d'anticorps antiphospholipide à l'aide de rayons proches de l'infrarouge
WO2009139879A1 (en) 2008-05-13 2009-11-19 Spectral Image, Inc. Systems and methods for hyperspectral medical imaging using real-time projection of spectral information
US8260402B2 (en) 2008-06-06 2012-09-04 Longevity Link, Inc. Noninvasive measurement of carotenoids in biological tissue
WO2011091280A2 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 University Of Massachusetts Methods and systems for analyte measurement
JP5165732B2 (ja) 2010-07-16 2013-03-21 オリンパス株式会社 マルチスペクトル画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理システム
KR101507252B1 (ko) 2010-11-05 2015-03-30 에프. 호프만-라 로슈 아게 원재료의 분광 핑거-프린팅
US20140372081A1 (en) 2011-03-29 2014-12-18 Drexel University Real time artifact removal
KR101267627B1 (ko) 2011-06-13 2013-05-27 한국과학기술원 멀티 레벨 소용돌이를 위한 ｓｐｈ 유체 시뮬레이션 방법, 시스템 및 이를 위한 기록 매체
JP2015198689A (ja) 2014-04-04 2015-11-12 セイコーエプソン株式会社 生体計測装置および生体計測方法
KR102323207B1 (ko) 2014-09-29 2021-11-08 삼성전자주식회사 광 흡수 스펙트럼 보정장치 및 그 제조방법과 광 흡수 스펙트럼 보정방법
US11039766B2 (en) 2016-11-30 2021-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for estimating biological component
CA3075474C (en) 2017-09-11 2023-12-19 Muralidharan GOPALAKRISHNAN Non-invasive multifunctional telemetry apparatus and real-time system for monitoring clinical signals and health parameters
KR102487058B1 (ko) 2017-11-17 2023-01-09 삼성전자주식회사 생체정보 측정 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN112414955A (zh) 2021-02-26
US11389092B2 (en) 2022-07-19
EP3782538A1 (en) 2021-02-24
US20210052200A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11617523B2 (en) Apparatus and method for estimating biological component
EP3981329A1 (en) Apparatus and method for estimating analyte concentration, and signal measuring apparatus
US10878216B2 (en) Apparatus and method for measuring signal and obtaining bio-information
RU2651070C2 (ru) Устройство и способ для извлечения физиологической информации
KR102498121B1 (ko) 생체정보 추정 장치 및 방법
KR20200014523A (ko) 생체정보 측정 장치 및 방법
US11199492B2 (en) Apparatus for measuring spectrum, method of correcting temperature change of light source in spectrum, and apparatus and method for estimating analyte concentration
US11484246B2 (en) Apparatus and method for processing spectrum according to change in temperature of object
US20230009905A1 (en) Apparatus and method for estimating biological information
EP3782538A1 (en) Apparatus and method for estimating bio-information
US11490863B2 (en) Apparatus and method for estimating bio-information, and apparatus for supporting estimation of bio-information
US20200196935A1 (en) Antioxidant sensor and method of obtaining antioxidant signal
US10753797B2 (en) Spectrum processing apparatus and spectrum processing method
EP4184147B1 (en) Apparatus and method for estimating bio-information
KR20210004376A (ko) 생체정보 추정 모델의 캘리브레이션 장치 및 방법과, 생체정보 추정 장치
EP4205638A1 (en) Apparatus and method for estimating target component
KR20220012582A (ko) 생체정보 추정 장치 및 방법
US20210383928A1 (en) Apparatus and method for estimating bio-information
US11872032B2 (en) Apparatus and method for estimating analyte concentration
US20220233149A1 (en) Apparatus and method for estimating body component
KR20220029061A (ko) 대상 성분 추정 장치 및 방법
CN114526830A (zh) 用于估计体温的设备和方法以及医疗装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination