KR20210121360A

KR20210121360A - 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210121360A
Application number: KR1020200037643A
Authority: KR
Inventors: 이민구; 박용국; 이성호
Original assignee: 한국전자기술연구원; 주식회사 남성인프라넷
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-08
Also published as: KR102408484B1

Abstract

본 발명은 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 체온 추정 시스템은 온도 측정부, 온도 추출부 및 체온 추정부를 포함한다. 온도 측정부는 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정한다. 온도 추출부는 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 온도 측정부의 열전달특성에 따른 상피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출한다. 그리고 체온 추정부는 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다.

Description

외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법{Body temperature estimation system and method considering outer temperature}

본 발명은 체온을 제공하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 체온을 장시간에 걸쳐서 제공하는데 있어서 측정한 외부 온도를 기반으로 측정한 피부 온도를 보정하여 측정대상자의 체온을 추정하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 인체를 대상으로 체온을 측정하는 방법과 부위는 매우 다양하다. 가장 정확한 체온을 알기 위해서는 심부체온을 측정하는 방법이 있다. 심부체온 측정 방법은 혈관 내 카페터에서 체온을 측정하는 방법이다. 심부체온 측정 방법은 매우 침습적이어서 꼭 필요한 중환자에게만 적용이 되고 있다. 그 외 일반적으로 일상생활에서는 액와, 직장, 고막, 이마 체온계 등을 사용하여 체온을 측정한다.

액와 체온계는 영아나 초기 아동에게 사용하는 방법으로서, 일정 시간 동안 팔을 가슴에 꼭 붙이고 있어야 하는 불편함과 고체온 집단의 열을 제대로 감지하지 못할 수 있다.

직장 체온계는 대상자가 무의식 상태, 발작을 하거나 입을 다물 수 없는 경우에 한해서 사용하는데, 정확하지만 시간이 많이 걸리고 감염위험이 높다.

고막 체온계는 고막 주변으로 흐르는 혈액의 열을 적외선 기술로 측정하기 때문에 편하고 최소한의 침습 방법이다. 이러한 고막 체온계는 병원 임상 현장에서 가장 많이 선호하는 방법이나, 측정자의 측정 방법, 측정대상자의 신체구조에 따라 오차가 발생할 수 있다는 단점이 있다.

최근 적외선 기술 기반의 이마 체온계의 경우, 체온 측정 시간이 가장 짧고 편리하며 감영 위험이 적어 유용한 방법으로 병원 등에서 사용되고 있다.

또한 편리한 체온 측정을 지원하기 위한 웨어러블 기기들이 많이 개발되고 있다. 이러한 체온 측정용 웨어러블 기기는 시계, 안경, 목걸이 타입 등 다양한 형태로 구현되고 있다. 체온 측정용 웨이어블 기기는 피부에 부착된 상태로 측정대상자가 일상생활을 하는 환경에서 장시간에 걸쳐 체온을 측정할 수 있는 장점이 있다. 하지만 체온 측정용 웨어러블 기기는 체온으로 접촉된 부분의 피부 온도를 측정하기 때문에, 실제 측정대상자의 체온과는 차이가 있을 수 있다.

이와 같이 다양한 방법들은 각각 장점과 제약사항들을 가지고 있지만, 모든 방법들이 열이나 빛과 같은 외부환경에 영향을 받는 공통적인 문제점을 동시에 가지고 있다. 즉 신체가 외부 온도 영향에 의해 노출이 이루어지면, 신체의 피부에서는 이에 대한 반응을 나타내게 되고, 이 반응의 결과 측정 부위별 온도가 변화하게 된다. 이러한 외부 온도 영향은 결국 체온 측정 오차가 크게 발생하게 되는 요인으로 작용한다.

더욱이 체온 측정용 웨이어블 기기는 피부에 부착된 상태로 측정대상자가 일상생활을 하는 환경에서 장시간에 걸쳐 체온을 측정하는 경우, 외부 온도 영향이 크게 작용하기 때문에 측정한 체온의 정확도가 떨어질 수 밖에 없다.

공개특허공보 제2020-0021711호 (2020.03.02. 공개)

따라서 본 발명의 목적은 외부 온도의 영향에 따른 체온 측정 오차를 보정하여 보다 정확한 체온을 제공할 수 있는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 체온을 장시간에 걸쳐서 제공하는데 있어서 측정한 외부 온도를 기반으로 측정한 피부 온도를 보정하여 측정대상자의 체온을 추정하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정하는 온도 측정부; 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 온도 측정부의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하는 온도 추출부; 및 상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 체온 추정부;를 포함하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템을 제공한다.

상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도는 피어슨 상관계수(Pearson's product moment correlation coefficient)로 도출하다.

상기 추출된 외부 온도는 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 5분 이내의 이전 시간에 측정된 외부 온도일 수 있다.

상기 상관관계는 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.

T_est : 추정 체온

k : 외부 영향 비례 상수

T2 : 외부 온도

T3 : 피부 온도

t : 측정 시간(단위; 분)

α : 온도 전달 시간(단위: 분)

상기 외부 영향 비례 상수(k)는 다수의 측정대상자로부터 수집한 외부 온도와 피부 온도에 대한 데이터 드리븐(Data Driven) 방식으로 산출할 수 있다.

상기 온도 측정부는, 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름; 상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 피부 온도를 측정하는 피부 온도 센서; 및 상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서;를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 외부 온도를 고려하여 체온을 추정하는 유연 온도 센서 모듈로서, 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름; 상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 피부 온도 센서; 상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서; 및 상기 베이스 필름에 실장되며, 상기 피부 온도 센서로부터 측정된 피부 온도를 수신하고, 상기 외부 온도 센서로부터 측정된 외부 온도를 수신하고, 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 유연 온도 센서 모듈의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하고, 상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 제어부;를 포함한다.

본 발명은 또한, 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정하는 유연 온도 센서 모듈; 및 상기 유연 온도 센서 모듈로부터 피부 온도와 외부 온도를 수신하고, 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 유연 온도 센서 모듈의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하고, 상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 관리 단말;을 포함하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템을 제공한다.

그리고 본 발명은, 온도 측정부가 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정하는 단계; 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 온도 측정부의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하는 단계; 및 상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 단계;를 포함하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 체온을 장시간에 걸쳐서 제공하는데 있어서 측정한 외부 온도를 기반으로 측정한 피부 온도를 보정하여 측정대상자의 체온을 추정할 수 있다.

본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 신체의 다양한 부위에 부착 가능한 패치타입의 웨어러블 기기로 구현이 가능하기 때문에, 측정대상자의 상황에 따라 신체의 부위에 부착하여 피부 온도와 외부 온도에 대한 정보를 장시간에 걸쳐 지속적으로 제공할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 체온 추정 시스템은 측정한 외부 온도 및 피부 온도를 이용하여 추정한 측정대상자의 체온을 장시간에 걸쳐 지속적으로 제공할 수 있다.

그리고 본 발명은 측정대상자의 피부에 부착하여 장시간에 걸쳐 외부 온도 및 피부 온도에 대한 정보를 제공하는 유연 온도 센서 모듈을 활용함으로써, 일상생활에서도 측정대상자에 대한 지속적인 체온 추정이 가능하다. 이로 인해 최근 코로나 전염병 등과 같은 사회적 혼란 시기에 측정대상자에 대한 장시간 체온 측정 기록이 가능하기 때문에, 의료진의 전염을 방지하면서 확진 판단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 유연 온도 센서 모듈을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈의 하부면을 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈의 상부면을 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈을 보여주는 단면도로서, 제1 베이스 필름 위에 제2 베이스 필름이 벤딩된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 방법에 따른 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 두 명의 측정대상자에 대해서 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈로 측정한 온도를 보여주는 표이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 추정한 체온, 피부 온도, 외부 온도 및 이마 체온계로 측정한 체온을 비교한 표이다.
도 11은 도 10의 표를 표시한 그래프이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[체온 추정 시스템]

도 1은 본 발명에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템(400; 이하 '체온 추정 시스템'이라 함)은 측정대상자의 체온을 장시간에 걸쳐서 제공하는데 있어서 측정한 외부 온도를 기반으로 측정한 피부 온도를 보정하여 측정대상자의 체온을 추정하여 제공하는 시스템이다.

이러한 본 발명에 따른 체온 추정 시스템(400)은 온도 측정부(93), 온도 추출부(95) 및 체온 추정부(97)를 포함한다. 온도 측정부(93)는 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정한다. 온도 추출부(95)는 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 온도 측정부(93)의 열전달특성에 따른 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출한다. 그리고 체온 추정부(97)는 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다.

온도 측정부(93)는 피부에 부착되어 피부 온도와 외부 온도를 측정한다. 온도 측정부(93)는 피부에 부착할 수 있는 패치 타입의 웨어러블 기기로 구현될 수 있다. 온도 측정부(93)는 피부에 부착되는 면을 통하여 피부 온도를 측정하고, 피부에 반대되는 외부를 향하는 면을 통하여 외부 온도를 측정한다.

여기서 외부 온도는 외부 환경에 의해 피부에 열 영향을 작용하는 외부 열영향 인자(T1), 예컨대 태양빛, 태양열, 실외 온도, 건물 내 냉난방 시설, 의류, 침구 등에 의해서 피부에 작용하는 온도(T2)를 의미한다. 즉 외부 온도를 어떤 건축적 측면에서의 공간 대표 온도가 아니라, 측정대상자가 착용하는 의복과 피부 사이의 공간 온도를 외부온도로 정의하였다. 이유는 건축적 공간 대표 온도를 실시간으로 측정하여 체온 추정 시스템에 반영하는 것도 고려해 볼 수 있으나, 추후 비용적, 시스템 구성적으로도 경쟁력이 없기 때문이다. 동시에 건축적 외부 열영향이 반영된 의복과 피부 사이에 있어서, 의복에 의해 필터링 된 후의 공간 온도가 본 발명에서 추정한 체온에 영향을 주는 핵심 부분이기 때문이다.

피부 온도는 외부 열영향 인자에 의한 외부 온도가 반영된 피부로부터 검출되는 체온이다.

따라서 온도 측정부(93)는 피부 온도를 측정하는 부분의 상부에서 외부 온도를 측정하는 것이 바람직하다.

피부 온도에 영향을 주는 외부 온도는 피어슨 상관계수(Pearson's product moment correlation coefficient)로 도출된 온도 전달 시간을 토대로 추출할 수 있다. 피어슨 상관계수로 온도 측정부의 열전달특성과 관계된다. 외부 온도는 온도 측정부를 통과하여 피부 온도에 영향을 주게 되는데, 외부 온도가 피부 온도에 전달되는 데는 온도 전달 시간이 필요하다. 예컨대 추출된 외부 온도는 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 5분 이내의 이전 시간(온도 전달 시간)에 측정된 외부 온도일 수 있다.

체온을 추정하기 위한 상관관계는 아래의 수학식1로 표현할 수 있다.

T_est : 추정 체온

k : 외부 영향 비례 상수

T2 : 외부 온도

T3 : 피부 온도

t : 측정 시간(단위; 분)

α : 온도 전달 시간(단위: 분)

여기서 외부 영향 비례 상수(k)는 다수의 측정대상자로부터 수집한 외부 온도와 피부 온도에 대한 데이터 드리븐(Data Driven) 방식으로 산출할 수 있다. 전술된 바와 같이 온도 전달 시간(α)는 피어슨 상관계수로 도출할 수 있다.

수학식1에 따른 상관관계의 모델링에 대해서는 후술하도록 하겠습니다.

이와 같은 본 발명에 체온 추정 시스템(400)은 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예로 구현될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템(400)을 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 온도 추정 시스템(400)은 유연 온도 센서 모듈(100)과 관리 단말(200)을 포함한다. 그 외 본 실시예에 따른 온도 추정 시스템(400)은 신체부위 체온계(300)를 더 포함할 수 있다.

신체부위 체온계(300)는 측정대상자의 신체부위의 체온을 측정하여 출력한다. 신체부위 체온계(300)는 가슴, 이마, 겨드랑이, 귀 및 귓불 중에 하나의 신체부위의 체온을 측정한다. 이러한 신체부위 체온계(300)로는 상용체온계일 수 있다.

신체부위 체온계(300)는 본 실시예에 따른 체온 추정을 위한 상관관계를 모델링하고, 모델링한 상관관계로부터 추정한 체온이 신체부위 체온계(300)로 측정한 체온과의 정확도를 확인하기 위한 용도이다. 체온 추정을 위한 상관관계를 모델링하기 위해서는 체온을 정확하게 측정할 수 있는 신체부위 체온계(300)를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 신체부위 체온계(300)로 이마 체온계를 사용하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 실시예에 따른 온도 추정 시스템(400)은 신체부위 체온계(300)를 포함하지 않을 수 있다.

유연 온도 센서 모듈(100)은 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정한다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부 온도 및 외부 온도를 시간 동기화하여 출력할 수 있다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 패치 타입으로 구현된 온도 센서일 수 있다. 이러한 유연 온도 센서 모듈(100)은 온도 측정부에 대응된다.

그리고 관리 단말(200)은 유연 온도 센서 모듈(100)로부터 수신한 피부 온도와 외부 온도를 기반으로 측정대상자의 체온을 추정한다. 즉 관리 단말(200)은 유연 온도 센서 모듈(100)로부터 피부 온도와 외부 온도를 수신한다. 관리 단말(200)은 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 유연 온도 센서 모듈(100)의 열전달특성에 따른 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출한다. 그리고 관리 단말(200)은 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다. 관리 단말(200)은 관리자가 사용하는 통신 단말로서, 예컨대 PC, 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 전용 단말, 서버 등이 될 수 있다. 이러한 관리 단말(200)은 온도 추출부와 체온 추정부를 포함한다.

여기서 신체부위 체온계(300), 유연 온도 센서 모듈(100) 및 관리 단말(200) 간에는 무선 통신 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신 방식으로는 근거리 무선 통신 방식이 사용될 수 있다. 근거리 무선 통신 방식으로는 블루투스(Bluetooth), 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy; BLE), 와이파이(WiFi), 지그비(Zig bee) 또는 NFC(Near Field Communication) 등이 사용될 수 있다.

한편 본 실시예에서는 관리 단말(200)이 온도 추출부와 체온 추정부의 기능을 수행하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

예컨대 유연 온도 센서 모듈(100)이 온도 측정부 및 온도 추출부를 포함하고, 관리 단말(200)은 체온 추정부를 포함할 수 있다. 즉 유연 온도 센서 모듈(100)이 외부 온도 및 피부 온도를 측정한 이후에, 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 유연 온도 센서 모듈(100)의 열전달특성에 따른 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부 온도와 추출한 외부 온도를 관리 단말로 전송한다. 그리고 관리 단말(200)은 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다.

또는 유연 온도 센서 모듈(100)이 온도 측정부, 온도 추출부 및 온도 추정부를 포함할 수 있다. 즉 유연 온도 센서 모듈(100)은 외부 온도 및 피부 온도를 측정한 이후에, 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 유연 온도 센서 모듈(100)의 열전달특성에 따른 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출한다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다. 그리고 유연 온도 센서 모듈(100)은 추정한 체온을 관리 단말(200)로 전송할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)에 대해서 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2의 유연 온도 센서 모듈(100)을 보여주는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30) 및 피부 온도 센서(50)를 포함한다. 베이스 필름(10,30)은 피부 온도 센서(50)가 실장될 실장 영역(15)을 구비하고, 실장 영역(15)으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯(17,19)이 형성되어 있다. 그리고 피부 온도 센서(50)는 베이스 필름(10,30)의 실장 영역(15)에 실장되며 피부에 접촉되어 피부 온도를 측정한다. 그 외 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 외부 온도 센서(60), 접지층(40), 발열 가능 소자(70)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부 온도 센서(50) 주위에 열전도 차단 슬롯(17,19)을 형성함으로써, 베이스 필름(10,30)을 타고 피부 온도 센서(50)로 열전도가 이루어지는 것을 차단할 수 있다. 즉 열전도 차단 슬롯(17,19)으로 내부 열영향 인자의 영향을 줄일 수 있다.

먼저 내부 열영향 인자에 대해서 살펴보면, 베이스 필름(10,30)을 포함하는 인쇄회로기판에서의 열전도 영향은 인쇄회로기판 내의 접지층(40)이나 전극층을 통해 피부 온도 센서(50) 주변의 피부와 발열 가능 소자(70)의 구동 중 발생되는 열들이 피부 온도 센서(50)로 전도되어 측정된 체온에 영향을 줄 수 있다.

따라서 이러한 내부 열영향 인자에 따른 열영향을 차단하기 위해서, 본 실시예에서는 열전도 차단 슬롯(17,19)을 형성하였다.

열전도 차단 슬롯(17,19)은 피부 온도 센서(50)의 둘레를 따라서 베이스 필름(10,30)에 형성된 가드 슬롯(17)과, 피부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)과 접지층(40)이 형성된 영역의 경계 부분에 형성된 경계 슬롯(19) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 경계 슬롯(19)은 베이스 필름(10,30)에 형성되는 제1 경계 슬롯(21)과, 접지층(40)에 형성되는 제2 경계 슬롯(23) 중에 적어도 하나를 포함한다. 본 실시예에서는 가드 슬롯(17)과 경계 슬롯(19)이 함께 형성되고, 제1 및 제2 경계 슬롯(21,23)이 함께 형성된 예를 개시하였다.

베이스 필름(10,30)은 제1 베이스 필름(10)과 제2 베이스 필름(30)을 포함한다. 제2 베이스 필름(30)은 제1 베이스 필름(10)에 연결되어 제1 베이스 필름(10) 위로 벤딩된다.

여기서 제1 베이스 필름(10)에는 피부 온도 센서(50), 접지층(40) 및 발열 가능 소자(70)가 형성된다. 그리고 제2 베이스 필름(30)에는 외부 온도 센서(60)가 형성된다.

피부 온도 센서(50)는 제1 베이스 필름(10)의 일측에 실장된다.

접지층(40)은 피부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)에서 이격된 제1 베이스 필름(10)에 형성된다.

발열 가능 소자(70)는 피부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)에서 이격된 제1 베이스 필름(10)에 형성된다. 이때 발열 가능 소자(70)는 접지층(40)이 형성된 영역에 형성될 수 있다.

여기서 발열 가능 소자(70)는 유연 온도 센서 모듈(100)에 포함되는 소자들로서, 피부 온도 센서(50)에 내부 열영향 인자에 따른 영향을 줄 수 있는 소자들을 의미한다. 이러한 발열 가능 소자(70)는 통신부(71), 저장부(73), 제어부(75) 및 전원공급부(77)를 포함할 수 있다.

통신부(71)는 관리 단말(200)과 통신을 수행한다. 통신부(71)는 관리 단말(200)과의 통신 방식으로 근거리 무선 통신 방식을 사용할 수 있다.

저장부(73)는 피부 온도 센서(50)에서 측정한 피부 온도 또는 외부 온도 센서(60)에서 측정한 외부 온도를 저장한다.

제어부(75)는 전반적인 유연 온도 센서 모듈(100)의 동작을 제어하는 마이크로프로세서이다. 여기서 제어부(75)는 통신부(71)를 통하여 피부 온도 센서(50) 및 외부 온도 센서(60)에서 측정한 온도 또는 저장부(73)에 저장된 온도를 관리 단말(200)로 전송한다.

그리고 전원공급부(77)는 피부 온도 센서(50), 통신부(71), 저장부(73) 및 제어부(75)로 구동에 필요한 전원을 공급한다. 전원공급부(77)는 여러 번 충방전이 가능한 전기에너지 저장장치로서, 예컨대 이차전지 및 슈퍼커패시터 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원공급부(77)는 유연 온도 센서 모듈(100)의 주변의 에너지, 예컨대 체온, 무선 신호 등을 수집하여 전기에너지로 발전하는 에너지 하베스팅부를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)의 하부면을 보여주는 평면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)의 상부면을 보여주는 평면도이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 보여주는 단면도로서, 제1 베이스 필름(10) 위에 제2 베이스 필름(30)이 벤딩된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30) 및 피부 온도 센서(50)를 포함하고, 외부 온도 센서(60), 접지층(40), 발열 가능 소자(70) 및 보호층(80)을 더 포함할 수 있다.

베이스 필름(10,30)은 유연한 플라스틱 소재의 절연 필름이다. 이러한 베이스 필름(10,30)의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP) 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이러한 베이스 필름(10,30)은 제1 베이스 필름(10)과 제2 베이스 필름(30)을 포함한다. 제1 및 제2 베이스 필름(10,30)은 각각 상부면(13,33)과, 상부면(13,33)에 반대되는 하부면(11,31)을 구비한다. 여기서 제2 베이스 필름(30)은 벤딩되어 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 위치하기 때문에, 도 4 및 도 5의 평면도에서는, 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)과 제2 베이스 필름(30)의 상부면(33)이 같은 면에 위치하고, 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)과 제2 베이스 필름(30)의 하부면(31)이 같은 면에 위치하게 된다.

제1 베이스 필름(10)은 하부면(11)에 피부 온도 센서(50)와 접지층(40)이 형성된다. 피부 온도 센서(50)와 접지층(40)은 서로 이격되게 형성된다. 제1 베이스 필름(10)은 상부면(13)에 발연 가능 소자가 실장된다.

제2 베이스 필름(30)은 상부면(33)에 외부 온도 센서(60)가 형성된다. 제2 베이스 필름(30)은, 제1 베이스 필름(10)에 대해서 쉽게 밴딩되어 제1 베이스 필름(10)의 위에 위치할 수 있도록, 제1 베이스 필름(10)보다는 폭이 좁게 형성된다.

제1 베이스 필름(10)에 대해서 제2 베이스 필름(30)을 벤딩할 때, 피부 온도 센서(50)가 실장된 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)이 피부 쪽을 향하고, 외부 온도 센서(60)가 외부를 향할 수 있도록 벤딩된다. 즉 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11) 및 제2 베이스 필름(30)의 상부면(33)이 아래를 향하게 위치시킨 후, 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13) 위로 제2 베이스 필름(30)의 하부면(31)이 위치할 수 있도록 벤딩된다.

접지층(40)은 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 접지층(40)은 제1 베이스 필름(10)의 내부에 형성될 수 있다.

피부 온도 센서(50)는 백금 소재 기반의 저항막 방식의 온도 센서로서, 내부 센서부(51)와 내부 전극부(53)를 포함한다. 내부 센서부(51)는 접촉된 피부의 체온(피부 온도)을 측정한다. 그리고 내부 전극부(53)는 내부 센서부(51)에 연결되며 측정한 피부 온도를 저장부(73) 또는 제어부(75)로 전달한다. 내부 전극부(53)는 복수의 라인으로 형성될 수 있으며, 복수의 라인 중 하나는 접지층(40)에 연결되고, 다른 하나는 측정한 피부 온도를 전달할 저장부(73) 또는 제어부(75)에 연결될 수 있다.

가드 슬롯(17)은 피부 온도 센서(50)의 주위의 제1 베이스 필름(10)을 관통하여 형성된다. 가드 슬롯(17)은 피부 온도 센서(50)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 내부 전극부가 형성된 부분에는 형성되지 않는다. 즉 가드 슬롯(17)은 내부 센서부(51)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 내부 센서부(51)에서 내부 전극부(53)가 연결되어 인출되는 부분은 오픈되어 있다.

경계 슬롯(19)은 제1 경계 슬롯(21)과 제2 경계 슬롯(23)을 포함한다. 제1 경계 슬롯(21)은 내부 전극부(53)를 기준으로 양쪽에 형성될 수 있다. 제2 경계 슬롯(23)은 피부 온도 센서(50) 쪽을 향하는 제어부(75) 쪽을 가리는 형태로 접지층(40)에 형성될 수 있다. 제2 경계 슬롯(23)은 접지층(40)과 제1 베이스 필름(10)을 관통하여 형성된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부 온도 센서(50) 주위에 가드 슬롯(17) 또는 경계 슬롯(19)을 형성함으로써, 베이스 필름(10,30)을 타고 피부 온도 센서(50)로 열전도가 이루어지는 것을 차단할 수 있다. 즉 피부 온도 센서(50)에서 측정되는 피부 온도에서 가드 슬롯(17) 또는 경계 슬롯(19)으로 내부 열영향 인자의 영향을 줄일 수 있다.

발열 가능 소자(70)는 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 실장된다. 발열 가능 소자(70)는 접지층(40)이 형성된 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)에 반대되는 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 실장된다.

보호층(80)은 발열 가능 소자(70)를 외부 환경으로 보호한다. 보호층(80)은 발열 가능 소자(70)가 실장된 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 플라스틱 수지의 보호필름을 합지하여 형성할 수 있다. 또는 보호층(80)은 액상의 플라스틱 수지를 도포하거나 성형하여 형성할 수 있다. 이러한 보호층(80)의 소재로는 제1 베이스 필름(10)에 유연성을 제공할 수 있는 플라스틱 소재가 사용될 수 있으며, 예컨대 베이스 필름(10,30)의 소재 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.

제1 베이스 필름(10) 위로 벤딩된 제2 베이스 필름(30)은 보호층(80) 위에 부착될 수 있다.

그리고 외부 온도 센서(60)는 제2 베이스 기판의 상부면(33)에 실장된다. 외부 온도 센서(60)는 백금 소재 기반의 저항막 방식의 온도 센서로서, 외부 센서부(61)와 외부 전극부(63)를 포함한다. 외부 센서부(61)는 피부와 반대 쪽을 향하여 유연 온도 센서 모듈(100)로 인가되는 외부 온도를 측정한다. 그리고 외부 전극부(63)는 외부 센서부(61)에 연결되며 측정한 외부 온도를 저장부(73) 또는 제어부(75)로 전달한다. 외부 전극부(63)는 복수의 라인으로 형성될 수 있으며, 복수의 라인 중 하나가 접지층(40)에 연결되고, 다른 하나가 측정한 외부 온도를 전달할 저장부(73) 또는 제어부(75)에 연결될 수 있다.

이와 같이 외부 온도 센서(60)는 외부 열영향 인자에 따른 외부 온도를 측정한다.

[체온 추정 방법]

이와 같은 본 실시예에 따른 체온 추정 시스템을 이용한 체온 추정 방법에 대해서 도 2 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부 온도를 고려한 체온 추정 방법에 따른 흐름도이다.

먼저 S10단계에서 온도 측정부인 유연 온도 센서 모듈(100)이 측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정한다. 이때 유연 온도 센서 모듈(100)은 측정한 피부 온도 및 외부 온도를 시간 동기화하여 관리 단말(200)로 출력한다.

다음으로 S30단계에서 관리 단말(200)은 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 유연 온도 센서 모듈(100)의 열전달특성에 따른 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출한다.

그리고 S50단계에서 관리 단말(200)은 피부 온도와 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정한다.

[상관관계 모델링]

이와 같이 본 실시예에 따른 체온을 추정하기 위한 외부 온도와 피부 온도의 상관관계를 모델링하는 방법을 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

장시간에 걸쳐 측정대상자의 체온을 측정하는 데 있어서, 외부 열영향의 정확한 효과를 확인하기 위해서 다음과 같이 피부 주변에서 열영향이 발생한다고 가정하였다. 피부로부터의 열영향에 한해서만 온도 측정이 이루어지면 매우 효과적일 것이다.

따라서 외부 열영향의 특성을 파악하고자, 외부 열영향이 발생하는 경우, 외부 열영향이 유연 온도 센서 모듈을 통하여 피부에 부착된 유연 온도 센서 모듈의 피부 온도 센서에 영향을 주는 관계를 분석하였다.

즉 외부에서 발생한 외부 열영향(T1)이 측정대상자의 의복을 통과하고, 의복과 피부 사이의 공간에서 가변적인 외부 온도(T2)를 형성한다. 외부 온도(T2)가 유연 온도 센서 모듈를 통하여 피부에 영향을 주게 된다. 따라서 피부에 부착한 피부 온도 센서를 통해 측정된 피부 온도(T3)는 의복과 피부 사이 공간의 열인 외부 온도(T2)의 영향을 받는다.

외부 열영향(T1)에 따라 유연 온도 센서 모듈의 상부면에 작용하는 외부 온도(T2)를 외부 온도 센서로 측정하고, 외부 온도(T2)가 반영된 피부 온도(T3)를 유연 온도 센서 모듈의 하부면에 배치된 피부 온도 센서로 측정하였다. 외부 온도 센서 및 피부 온도 센서에서 측정된 외부 온도 및 피부 온도를 시간 동기화하였다.

유연 온도 센서 모듈은 외부 온도와 피부 온도를 12시간 동안 1분 단위로 측정한 후 시간 동기화하여 저장하였다.

그리고 신체부위 체온계로는 상용되는 이마 체온계를 사용하여 이마 온도를 측정하였으며, 측정된 이마 온도를 체온(T_body)으로 사용하였다.

도 8 및 도 9는 두 명의 측정대상자에 대해서 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈로 측정한 온도를 보여주는 표이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, Outer Temp는 외부 온도 센서에서 측정/기록한 외부 온도이고, Skin Temp(Skin1)는 피부 온도 센서에서 측정/기록한 피부 온도이다. 피부 온도 센서에서 측정/기록한 피부 온도에 타임 딜레이(Delay)를 1분 설정한 것이 skin2 이고, 2분 설정한 것이 skin3 이고, 3분 설정한 것이 skin4 이다.

외부 온도(Outer Temp)와 피부 온도(Skin1, skin2, skin3, skin4)와의 피어슨 상관계수(Correlation)를 도출하였고, 피어슨 상관계수를 표의 우측에 표시되어 있다. 피어슨 상관계수에 따르면, 외부 온도 센서에서 측정한 외부 온도(Outer Temp)와 내부 온도 센서에서 측정한 피부 온도는 타임 딜레이를 2분 반영할 경우(skin3)가 상관 관계성이 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은 외부 열영향에 의해 의복을 통과한 열이 외부 온도 센서에서 측정되고, 이 열이 다시 유연 온도 센서 모듈을 통과하여 피부 온도 센서에 영향을 전달하는데 시간이 필요하다는 것을 의미한다. 즉 외부 온도(Outer Temp)가 유연 온도 센서 모듈을 통과하여 피부에 영향을 주는데 약 2분의 온도 전달 시간(α)이 소요된다는 것을 의미한다.

이와 같은 열 전달의 타임 딜레이 특성은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 측정대상자가 다른 경우에도 동일하게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉 유연 온도 센서 모듈의 외부 온도 센서에서 2분전에 측정한 외부 온도가 피부 온도 센서에서 측정한 피부 온도와 상관도가 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.

온도 전달 시간(α)은 유연 온도 센서 모듈의 열전달특성에 관계되기 때문에, 유연 온도 센서 모듈의 열전달특성에 따라서 변경될 수 있다.

체온(T_est)을 추정하기 위한 상관관계는 수학식1로 표현할 수 있다.

도 8 및 도 9에 따른 측정 데이터를 기반으로 도출된 외부 영향 비례 상수(k)는 0.42209 일 수 있다.

수학식1로 추정한 체온(T_est)과 이마 체온계로 측정한 체온(T_body)과의 관계를 데이터 수치로 표시하면 도 10 및 도 11과 같다. 여기서 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 추정한 체온, 피부 온도, 외부 온도 및 이마 체온계로 측정한 체온을 비교한 표이다. 도 11은 도 10의 표를 표시한 그래프이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 피부 온도(T3)는 외부 온도(T2)에 의해 많은 영향을 받은 것을 확인할 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 체온을 추정할 경우 발생하는 오차는 다음과 같다.

- 평균오차(Average Error) : 0.06

- 평균절대오차(Mean Absolute Error, MAE) : 0.55

- 제곱근오차(Mean Squared Error) : 0.54

- 평균제곱근오차(Root Mean Squared Error) : 0.73

이와 같이 외부 온도 영향을 반영한 추정 체온 그래프는 측정한 체온 그래프와 매우 비슷하게 연속적으로 진행됨을 확인할 수 있다. 즉 추정 체온이 측정한 체온에 근접한 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 제1 베이스 필름 11, 31 : 하부면
13, 33 : 상부면 15 : 실장 영역
17 : 가드 슬롯 19 : 경계 슬롯
21 : 제1 경계 슬롯 23 : 제2 경계 슬롯
30 : 제2 베이스 필름 40 : 접지층
50 : 피부 온도 센서 51 : 내부 센서부
53 : 내부 전극부 60 : 외부 온도 센서
61 : 외부 센서부 63 : 외부 전극부
70 : 발열 가능 소자 71 : 통신부
73 : 저장부 75 : 제어부
77 : 전원공급부 80 : 보호층
93 : 온도 측정부 95 : 온도 추출부
97 : 체온 추정부 100 : 유연 온도 센서 모듈
200 : 관리 단말 300 : 신체부위 체온계
400 : 체온 추정 시스템

Claims

측정대상자의 피부에 부착되어 일정 시간 동안 피부 온도와 외부 온도를 복수회 측정하는 온도 측정부;
상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 온도 측정부의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하는 온도 추출부; 및
상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 체온 추정부;
를 포함하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도는 피어슨 상관계수(Pearson's product moment correlation coefficient)로 도출한 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
제2항에 있어서,
상기 추출된 외부 온도는 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 5분 이내의 이전 시간에 측정된 외부 온도인 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
제2항에 있어서, 상기 상관관계는 아래의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
[수학식]

T_est : 추정 체온
k : 외부 영향 비례 상수
T2 : 외부 온도
T3 : 피부 온도
t : 측정 시간(단위; 분)
α : 온도 전달 시간(단위: 분)
제4항에 있어서,
상기 외부 영향 비례 상수(k)는 다수의 측정대상자로부터 수집한 외부 온도와 피부 온도에 대한 데이터 드리븐(Data Driven) 방식으로 산출한 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 온도 측정부는,
제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름;
상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 피부 온도를 측정하는 피부 온도 센서; 및
상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려한 체온 추정 시스템.
외부 온도를 고려하여 체온을 추정하는 유연 온도 센서 모듈로서,
제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름;
상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 피부 온도 센서;
상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서; 및
상기 베이스 필름에 실장되며, 상기 피부 온도 센서로부터 측정된 피부 온도를 수신하고, 상기 외부 온도 센서로부터 측정된 외부 온도를 수신하고, 상기 피부 온도를 측정한 시간을 기준으로 상기 유연 온도 센서 모듈의 열전달특성에 따른 상기 피부 온도에 영향을 주는 외부 온도를 추출하고, 상기 피부 온도와 상기 추출된 외부 온도의 상관관계로부터 상기 피부 온도를 측정한 시간에서의 측정대상자의 체온을 추정하는 제어부;
를 포함하는 외부 온도를 고려하여 체온을 추정하는 유연 온도 센서 모듈.
제7항에 있어서, 상기 상관관계는 아래의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 외부 온도를 고려하여 체온을 추정하는 유연 온도 센서 모듈.
[수학식]

T_est : 추정 체온
k : 외부 영향 비례 상수
T2 : 외부 온도
T3 : 피부 온도
t : 측정 시간(단위; 분)
α : 온도 전달 시간(단위: 분)