KR20210151525A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

생체정보 추정 장치가 개시된다. 생체정보 추정 장치는 대상체로부터 스펙트럼을 측정하는 분광기 및, 스펙트럼이 측정되는 동안 헤모글로빈(Hemoglobin) 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드하며, 상기 스펙트럼이 측정되면 멜라닌(Melanin) 인덱스를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체정보 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BIO-INFORMATION}
대상체의 스펙트럼으로부터 생체정보를 추정하는 기술에 관한 것이다.
최근 라만 분광이나 근적외선 분광 기술을 이용하여 비침습적으로 혈당, 카로티노이드와 같은 생체정보를 추정하는 방법이 연구되고 있다. 일반적으로 분광 기술을 적용한 생체정보 추정 기기들은 대상체에 광을 조사하는 광원과 대상체로부터 되돌아오는 광학 신호를 검출하는 디텍터로 구성되며, 디텍터에 의해 검출된 광학 신호를 이용하여 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 분석하여 생체정보를 추정한다.
일반적으로 피부색을 결정하는 요소는 헤모글로빈(hemoglobin), 카로틴(carotene), 멜라닌(melanin) 등이다. 특히 멜라닌은 빛을 많이 흡수해 스펙트럼 기반 센서의 신호대잡음비(Signal to Noise Rasio) 등의 성능 저하를 초래한다. 따라서, 피부색에 따라 데이터를 분석하려는 시도가 있는데 피부색을 분류하는 대표적인 방법으로 피츠패트릭 피부 유형(Fitzpatrick skin type) 6단계가 있다. 하지만, 피츠패트릭 피부 유형의 경우 사람이 대상자의 외모를 보고 주관적으로 판단하며, 원래 피부색, 태양 자외선 화상에 다른 피부 분류를 목적으로 하므로 스펙트럼의 정량 분석에는 맞지 않는다. 또한, 손바닥의 경우 인종, 피부색과 상관없이 밝은 색을 띠고 있어 피츠패트릭 피부 유형과 손바닥 피부 색의 상관도가 낮다.
피부 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 대상체로부터 스펙트럼을 측정하는 분광기 및, 스펙트럼이 측정되는 동안 헤모글로빈(Hemoglobin) 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드하며, 상기 스펙트럼이 측정되면 멜라닌(Melanin) 인덱스를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 스펙트럼이 측정되는 동안 측정된 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득할 수 있다.
프로세서는 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 대상체와 분광기 사이에 작용하는 측정 압력을 가이드할 수 있다.
프로세서는 미리 정의된 측정 압력과 헤모글로빈 인덱스 간의 관계를 기초로 상기 획득된 헤모글로빈 인덱스가 소정 임계치 이하를 유지하도록 상기 측정 압력을 가이드할 수 있다.
프로세서는 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 상기 멜라닌 인덱스를 획득할 수 있다.
프로세서는 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득할 수 있다.
프로세서는 획득된 멜라닌 인덱스에 따라 상기 생체정보 관련 특징에 서로 다른 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서는 획득된 멜라닌 인덱스가 소정 임계치 이상이면 상기 생체정보 관련 특징에 제1 모델을 적용하고, 소정 임계치 미만이면 상기 생체정보 관련 특징에 제2 모델을 적용할 수 있다.
분광기는 대상체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 프로세서의 처리 결과를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 생체정보는 카로티노이드, 혈당, 당 섭취량, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 체내 수분, 체외 수분 및 요산 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 대상체로부터 스펙트럼을 측정하는 단계, 스펙트럼이 측정되는 동안 헤모글로빈(Hemoglobin) 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드하는 단계 및, 스펙트럼이 측정되면 멜라닌(Melanin) 인덱스를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 스펙트럼이 측정되는 동안 측정된 스펙트럼으로부터 상기 헤모글로빈 인덱스를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
스펙트럼 측정을 가이드하는 단계는 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 대상체와 분광기 사이에 작용하는 측정 압력을 가이드할 수 있다.
또한, 스펙트럼 측정을 가이드하는 단계는 미리 정의된 측정 압력과 헤모글로빈 인덱스 간의 관계를 기초로 상기 획득된 헤모글로빈 인덱스가 소정 임계치 이하를 유지하도록 상기 측정 압력을 가이드 할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 상기 멜라닌 인덱스를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보를 추정하는 단계는 획득된 멜라닌 인덱스에 따라 상기 생체정보 관련 특징에 서로 다른 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 획득된 멜라닌 인덱스가 소정 임계치 이상이면 상기 생체정보 관련 특징에 제1 모델을 적용하고, 소정 임계치 미만이면 상기 생체정보 관련 특징에 제2 모델을 적용할 수 있다.
피부 스펙트럼으로부터 획득된 헤모글로빈 인덱스 및 멜라닌 인덱스를 기초로 측정 상태 가이드 및 생체정보를 추정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 분광기 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3g는 생체정보 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 스펙트럼 처리 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 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 자세히 설명하도록 한다.
생체정보 추정 장치의 다양한 실시예들은 휴대용 웨어러블 기기나 스마트 기기 등의 각종 정보 처리 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드형 등 다양한 형태의 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC등와 같은 모바일 기기 또는 전문적인 의료 기관 시스템 등을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 예시에 한정되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 생체정보 추정 장치(100)는 분광기(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
분광기(110)는 대상체로부터 스펙트럼을 측정할 수 있다. 분광기(110)는 라만 분광법 또는 근적외선 분광법을 기반으로 스펙트럼을 측정할 수 있다. 분광기(110)는 대상체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 대상체는 인체 피부 조직 등으로 예컨대, 요골동맥 부위나, 정맥혈이나 모세혈 등이 지나가는 손목 상부, 손가락 등일 수 있다.
광원은 발광 다이오드(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 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 배열될 수 있다.
디텍터는 하나의 픽셀 또는 둘 이상의 픽셀 어레이를 포함할 수 있으며, 각 픽셀은 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transister), CMOS 이미지센서, CCD 이미지 센서 등을 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 분광기(110)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 생체정보 추정 요청에 따라 분광기(110)를 제어할 수 있다. 또한, 분광기(110)로부터 신호를 수신하면, 수신된 신호를 이용하여 대상체의 스펙트럼을 복원할 수 있다. 이와 같이 재건된 스펙트럼은 대상체로부터 생체정보를 추정하는데 활용될 수 있다. 이때, 생체정보는 카로티노이드, 혈당, 당 섭취량, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 체내 수분, 체외 수분 및 요산 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(120)는 생체정보 추정을 위한 스펙트럼이 획득되면 획득된 스펙트럼에서 외부 환경 변화에 따른 노이즈를 제거하는 등의 다양한 스펙트럼 처리 과정을 수행할 수 있다. 이때, 외부 환경 변화는 온도, 습도 등의 스펙트럼의 정확성에 영향을 미치는 다양한 요인을 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 분광기(110)를 통해 획득된 스펙트럼을 이용하여 헤모글로빈 인덱스(Hemoglobin Index) 및 멜라닌 인덱스(Melanin Index)를 획득하고, 획득된 헤모글로빈 인덱스 및 멜라닌 인덱스를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 분광기(110)를 통해 대상체로부터 스펙트럼이 측정되는 동안 실시간 측정되는 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득하고, 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 스펙트럼 측정을 위해 대상체가 분광기(110)에 가하는 압력과 헤모글로빈 인덱스 간의 상관 관계를 기초로 사용자에게 대상체를 통해 분광기(110)에 가해야 하는 압력을 가이드할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 헤모글로빈 인덱스를 통해 스펙트럼 측정을 가이드하여 최종 측정된 스펙트럼으로부터 멜라닌 인덱스 및 생체정보와 관련된 특징을 획득할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 멜라닌 인덱스에 따라 서로 다르게 정의된 추정 모델을 생체정보 관련 특징에 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
도 2는 분광기 구조의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같은 분광기(110)의 구조는 일 실시예에 불과한 것으로 이에 제한되지 않는다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 분광기(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 형태, 사이즈 등에 따라 변형될 수 있다.
각 LED 광원의 피크 파장은 적어도 일부가 서로 다른 파장 대역을 갖도록 설정될 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 대상체에 조사된 광은 조직 특성에 따라 흡수, 반사 또는 산란된다. 이때, 대상체의 광 반응 특성은 대상체의 종류 및 광의 파장 등에 따라 달라지며 이와 같이 대상체의 광 반응 특성에 따라 대상체에서 빛의 흡수, 반사, 투과 또는 산란 정도는 달라질 수 있다. 또한, 분광기(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 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, 분광기(110)는 LED 광원(LA)에서 조사된 광(L1)이 대상체로 향하지 않고 바로 디텍터(CS)로 향하는 것을 차단하고, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 디텍터(CS) 방향으로 향하도록 하는 광 차단부(LB)를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 분광기(110)를 통해 스펙트럼이 획득되면, 대상체로부터 생체정보 즉, 체표면 또는 체내 성분의 분석을 위하여 그 스펙트럼을 가공하고, 가공된 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
분광기(110)의 광원을 통해 대상체에 조사된 광은 대상체의 생체 조직에서 흡수, 산란 또는 반사되며, 이때 혈액 내 헤모글로빈에 의한 광 흡수는 전체 피부 광 스펙트럼에 큰 영향을 미치게 된다. 일반적으로 대상체로부터 스펙트럼을 측정할 때 혈액 내 헤모글로빈에 의한 광 흡수를 최소화하기 위해 대상체에 일정 이상의 압력을 가할 수 있다. 하지만, 대상체에 압력을 가함에 따라 스펙트럼의 변화가 발생하며, 피검체에 가하는 압력의 세기나 압력을 가한 시간 등에 의해 스펙트럼은 동적으로 변화하게 된다. 따라서, 프로세서(120)는 분광기(110)를 통해 소정 시간 동안 연속적으로 획득된 스펙트럼에서 대상체가 분광기(110)를 누름으로써 대상체에 가해지는 압력의 변화를 헤모글로빈 인덱스를 통해 모니터링할 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 생체정보 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3g를 참조하여, 생체정보 추정 장치(100)가 생체정보를 추정하는 일 실시예를 설명한다.
도 3a 내지 도 3b는 일반적인 멜라닌 인덱스와 피츠패트릭 피부 유형(Fitzpatrick skin type)과의 관계를 도시한 것이다. 도 3c는 다양한 피부색을 갖는 복수의 사람들을 대상으로 획득한 스펙트럼을 피츠패트릭 피부 유형으로 분류한 것을 도시한 것이다. 도 3d는 다양한 피부색을 갖는 복수의 사람들을 대상으로 획득한 스펙트럼을 멜라닌 인덱스를 기준으로 분류한 것을 도시한 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 사람들의 이마에서 측정된 스펙트럼으로부터 획득된 멜라닌 인덱스(Melanin index)와 피츠패트릭 피부 유형(Fpskin level)의 관계는 일반적으로 비례 관계를 나타냄을 알 수 있다.
하지만, 도 3b 및 도 3c와 같이 손가락으로부터 스펙트럼을 측정하는 경우 멜라닌 인덱스와 피츠패트릭 피부 유형의 관계가 모든 피츠패트릭 피부 유형에서 비례 관계를 나타내는 것은 아니라는 것을 알 수 있다. 도 3b에서 X축의 값 1은 피츠패트릭 피부 유형 1,2 단계, X축의 값 2는 피츠패트릭 피부 유형 3,4 단계 및, X축의 값 3은 피츠패트릭 피부 유형 5,6 단계를 의미한다.
예를 들어, 도 3b의 피츠패트릭 피부 유형 3,4단계(X축의 값 2)에서 멜라닌 인덱스와 피부 유형이 비례하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 도 3c를 참조하면, 피츠패트릭 피부 유형 3,4 단계 그래프(중간)에서 다른 스펙트럼과 상이한 스펙트럼(31)이 발생하였다. 이상 스펙트럼(31)은 오히려 피츠패트릭 피부 유형 5, 6 단계에 보다 적합한 것을 알 수 있다.
이와 같이 스펙트럼을 분류하는데 피츠패트릭 피부 유형을 적용하는 경우 피츠패트릭 피부 유형을 판단하는 위치와 스펙트럼 측정 위치(예: 손가락, 손바닥 등)에 사이에 괴리 현상이 발생할 수 있어, 피부 스펙트럼이 다르게 분류될 수 있고 이는 피부 타입에 따른 성능 저하를 발생시킬 수 있다. 하지만, 도 3d를 참조하면 본 실시예에 따라 다양한 피부색을 갖는 복수의 사람들에 대하여 손가락에서 획득된 스펙트럼을 멜라닌 인덱스를 기준으로 두 개의 타입으로 분류한 경우 보다 정확하게 분류되는 것을 알 수 있다. 따라서, 이와 같이 분류된 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 추정하는 경우 정확성이 향상될 수 있다.
도 3e는 두 개의 샘플(S1,S2)의 피부 스펙트럼으로부터 획득한 헤모글로빈 인덱스와 각 피부 스펙트럼 획득을 위해 분광기(110)에 가한 압력 간의 관계를 도시한 것이다. 도 3f는 두 개의 샘플(S1,S2)의 피부 스펙트럼으로부터 획득한 멜라닌 인덱스와 각 피부 스펙트럼 획득을 위해 분광기(110)에 가한 압력 간의 관계를 도시한 것이다. 도 3e에 도시된 바와 같이 압력이 점차 증가함에 따라 헤모글로빈에 의한 광 흡수가 점차 감소되어 헤모글로빈 인덱스가 일정 지점(31)까지 급격히 감소하다 점차 감소율이 줄어드는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 3f에 도시된 바와 같이 압력이 점차 증가함에 따라 멜라닌 인덱스도 일정 지점(32)까지 급격히 감소하다 감소율이 줄어드는 것을 알 수 있다.
따라서, 프로세서(120)는 이와 같이 헤모글로빈 인덱스와 압력 간의 관계를 이용하여 스펙트럼을 측정하는 동안 대상체와 분광기(110) 사이의 측정 압력을 가이드할 수 있다. 즉, 스펙트럼 측정이 진행되는 동안 혈액 내 헤모글로빈 성분에 의해 광 흡수가 최소가 되도록 사용자가 소정 압력을 유지하도록 가이드할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 분광기(110)로부터 스펙트럼 데이터가 실시간 수신되면 수신된 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득할 수 있다. 이때, 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득하는 기법은 이미 알려진 다양한 기법을 활용할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 획득된 헤모글로빈 인덱스를 소정 임계치와 비교하여 사용자가 스펙트럼이 측정되는 동안 일정한 압력 이상을 유지하도록 가이드할 수 있다. 이때, 소정 임계치는 사용자별로 전처리 과정을 통해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 도 3e를 참조하면 샘플(S1)의 피부 스펙트럼의 경우 압력이 증가함에 따라 헤모글로빈 인덱스가 급격히 감소하다 감소율이 줄어드는 지점(31)의 헤모글로빈 인덱스 값 약 1.25를 소정 임계치로 설정할 수 있다. 즉, 도 3e에서 프로세서(120)는 스펙트럼을 통해 실시간 획득되는 헤모글로빈 인덱스가 임계치 1.25 이하를 유지하도록 사용자가 약 200 이상의 압력을 분광기(110)에 가하도록 가이드할 수 있다.
도 3g는 프로세서(120)가 멜라닌 인덱스에 따라 정의된 추정 모델을 예시한 것이다. 도 3g의 그래프에서 X축은 복수의 사용자들을 대상으로 외부 기기를 통해 스펙트럼으로부터 획득한 기준 멜라닌 인덱스를 나타낸 것이고, Y축은 복수의 사용자들을 대상으로 획득한 베타카로틴 특징값을 나타낸다.
프로세서(120)는 분광기(110)에 의해 최종 스펙트럼 데이터가 측정되면 스펙트럼 데이터로부터 멜라닌 인덱스를 획득할 수 있다. 이때, 스펙트럼으로부터 멜라닌 인덱스를 획득하는 기법은 이미 알려진 다양한 기법들이 활용될 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 최종 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득할 수 있다. 이때, 생체정보 관련 특징은 예컨대, 베타카로틴 특징일 수 있으며, 일 예로 아래의 수학식 1과 같이 획득할 수 있다. 다만, 수학식 1은 일 예에 불과하다.
Figure pat00001
여기서, Aλ1 은 파장 λ1의 흡광도, Aλ2 은 파장 λ2의 흡광도, Aλ3 은 파장 λ3의 흡광도를 나타내며, 이때, 파장 λ2는 λ1과 λ3의 평균 파장을 의미한다.
프로세서(120)는 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득하면, 획득된 멜라닌 인덱스에 따라 미리 정의된 추정 모델을 생체정보 관련 특징에 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 추정 모델은 멜라닌 인덱스를 기초로 둘 이상으로 정의될 수 있다. 또한, 추정 모델은 선형 함수식으로 정의될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 3g를 참조하면 프로세서(120)는 사용자의 스펙트럼으로부터 획득된 멜라닌 인덱스가 1 이상인 경우 획득된 베타카로틴 특징에 제1 추정 모델(M1)을 적용하고, 멜라닌 인덱스가 1 미만인 경우 베타카로틴 특징에 제2 추정 모델(M2)를 적용할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 생체정보 추정 장치(400)는 분광기(410), 프로세서(420), 출력부(430), 저장부(440) 및 통신부(450)를 포함할 수 있다. 이때, 분광기(410) 및 프로세서(420)의 자세한 설명은 전술한 바 있으므로, 중복되지 않은 구성을 중심으로 설명한다.
출력부(430)는 프로세서(420)에 의해 처리된 각종 정보를 출력할 수 있다. 출력부(430)는 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(420)가 전술한 바와 같이 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득하여, 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 측정 압력을 가이드하면, 출력부(430)는 프로세서(420)에 의해 생성된 가이드 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(430)는 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 변환된 실제 측정 압력을 나타내는 그래프를 디스플레이에 시각적으로 표시할 수 있다. 이때, 사용자가 분광기(410)에 가해야 하는 기준 압력을 그래프로 함께 표시할 수 있다. 또한, 출력부(430)는 실제 측정 압력이 기준 압력의 범위를 벗어나면 음성 신호나 촉각, 진동 등을 사용자에게 출력할 수 있다.
또한, 출력부(430)는 최종 스펙트럼, 최종 스펙트럼을 이용하여 획득된 생체정보 추정값을 출력할 수 있다. 이때, 출력부(430)는 디스플레이를 둘 이상의 영역으로 분리하고 제1 영역에는 생체정보 추정값을 표시하고, 제2 영역에는 생체정보 추정에 활용된 상세 정보 예컨대, 최종 스펙트럼, 멜라닌 인덱스, 헤모글로빈 인덱스, 측정 압력, 건강 상태 등의 정보를 표시할 수 있다.
저장부(440)는 사용자 정보, 광원 구동 조건, 추정 모델, 헤모글로빈 인덱스와 비교 기준이 되는 임계치 등의 기준 정보를 저장할 수 있다. 또한, 분광기(410)에 의해 측정된 스펙트럼 및/또는 프로세서(420)의 처리 결과 예컨대, 헤모글로빈 인덱스, 멜라닌 인덱스, 생체정보 추정값 등의 정보를 저장할 수 있다.
저장부(440)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
통신부(450)는 외부 기기와 유무선 통신 연결하고 외부 기기로부터 각종 정보를 수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 및 데스크탑 PC 등의 정보 처리 장치 등을 포함하는 것으로 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 통신부(450)는 외부 기기로부터 스펙트럼 측정 요청을 수신하여 프로세서(420)에 전달할 수 있다. 통신부(450)는 외부 기기로부터 광원 구동 조건, 추정 모델 등의 기준 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(450)는 분광기(410)에 의해 측정된 스펙트럼, 프로세서(420)에 의해 획득된 헤모글로빈 인덱스, 멜라닌 인덱스, 생체정보 추정값 등의 정보를 외부 기기에 전송할 수 있다.
통신부(450)는 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 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,400)는 대상체의 스펙트럼 측정 요청에 따라 스펙트럼을 측정할 수 있다(510). 스펙트럼 측정 요청은 사용자의 입력, 미리 설정된 주기, 외부 기기의 요청 등에 의해 발생할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치(100,400)는 단계(510)에서 스펙트럼 측정이 완료되었는지 판단하고(520), 스펙트럼 측정이 진행중이면 측정된 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득할 수 있다(530).
또한, 단계(530)에서 획득된 헤모글로빈 인덱스를 이용하여 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드 할 수 있다(540). 예를 들어, 전술한 바와 같이 분광기에 의해 대상체에 가해지는 압력과 헤모글로빈 인덱스 사이의 관계를 이용하여 헤모글로빈 인덱스가 소정 임계치 이하가 유지되도록 측정 압력을 사용자에게 가이드 할 수 있다. 단계(520), 단계(530) 및 단계(540)는 단계(510)에서 스펙트럼 측정이 진행되는 동안 계속된다.
만약, 단계(520)에서 판단 결과 스펙트럼 측정이 완료되면, 측정된 최종 스펙트럼으로부터 멜라닌 인덱스를 획득하고(550), 또한, 생체정보 관련 특징을 획득할 수 있다(560). 이때, 생체정보 관련 특징은 추정하고자 하는 생체정보에 따라 미리 정의되며, 일 예로 베타 카로틴과 관련된 특징일 수 있다.
그 다음, 단계(560)에서 획득된 생체정보 관련 특징에 단계(550)에서 획득한 멜라닌 인덱스에 따라 미리 정의된 추정 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다(570). 추정 모델은 멜라닌 인덱스에 따라 둘 이상으로 정의될 수 있으며, 각 사용자별로 개인화된 모델 또는 복수의 사용자들에게 적용 가능한 범용 추정 모델을 포함할 수 있다.
그 다음, 추정된 생체정보를 출력할 수 있다(580). 생체정보 추정값은 디스플레이를 통해 시각적으로 출력될 수 있으며, 음성이나 진동, 촉감 등을 통해 비시각적으로 경고 정보 등을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이 웨어러블 기기(600)는 스마트 워치(smart watch)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 생체정보 추정 장치(100,400)의 다양한 실시예들은 웨어러블 기기(600)에 탑재될 수 있다.
도 6을 참조하면, 웨어러블 기기(600)는 본체(610) 및 스트랩(620)을 포함할 수 있다.
본체(610)는 다양한 형태를 갖도록 형성되며 웨어러블 기기(600)의 일반적인 기능을 수행하기 위한 모듈 및 생체정보 추정을 위한 기능이 탑재될 수 있다. 본체(610) 또는 스트랩(620)의 내부에는 각종 모듈에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
스트랩(620)은 본체(610)에 연결될 수 있다. 스트랩(620)은 사용자의 손목을 감싸는 형태로 구부려질 수 있도록 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 스트랩(620)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩의 일단부는 각각 본체(610)의 양측에 연결되고, 제1 스트랩과 제2 스트랩의 타단부에 형성된 결합수단을 이용하여 서로 체결될 수 있다. 이때, 결합수단은 자석 결합, 벨크로(velcro) 결합, 핀 결합 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(620)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
또한, 웨어러블 기기(600)는 분광기 및 프로세서를 포함할 수 있다. 분광기는 본체(610)가 사용자의 손목에 착용될 때 사용자의 손목 상부와 접촉하는 본체(610)의 후면에 배치될 수 있다. 또한, 프로세서는 본체(610) 내부에 실장되어 분광기와 전기적으로 연결될 수 있다.
분광기는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 LED 어레이로 형성되는 광원과 디텍터를 포함할 수 있다. 분광기는 프로세서의 제어 신호에 따라 광원을 구동하여 사용자의 피부에 광을 조사하고, 사용자의 피부를 거쳐 되돌아오는 광을 검출하여 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 광원은 근적외선 또는 중적외선 대역의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 분광기는 리니어 가변 필터(Linear Variable Filter, LVF)를 포함할 수 있다. 리니어 가변 필터는 전체 길이에 걸쳐 선형으로 변화하는 스펙트럼 특성을 갖는다. 따라서, 리니어 가변 필터는 입사되는 광을 파장 순으로 분산시킬 수 있다. 리니어 가변 필터는 콤팩트한 크기이지만 우수한 분광 능력을 갖는다.
프로세서는 사용자의 요청 또는 미리 정의된 기준을 만족하는 경우 분광기를 제어할 수 있다. 프로세서는 분광기에 의해 스펙트럼이 측정되는 동안 스펙트럼으로부터 헤모글로빈 인덱스를 획득하고, 획득된 헤모글로빈 인덱스를 이용하여 사용자에게 측정 압력을 가이드 할 수 있다. 또한, 프로세서는 스펙트럼 측정이 완료되면 측정된 스펙트럼으로부터 멜라닌 인덱스 및 생체정보 관련 특징을 획득하고, 생체정보 관련 특징에 멜라닌 인덱스에 따라 정의된 추정 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
웨어러블 기기(600)는 조작부(615)와 표시부(614)를 더 포함할 수 있다. 조작부(615)는 도시된 바와 같이 본체(610)의 측면부 용두에 형성될 수 있다. 조작부(615)는 사용자의 명령을 수신하여 프로세서로 전달할 수 있으며, 웨어러블 기기(600)의 전원을 온/오프시키는 전원 버튼을 포함할 수 있다.
표시부(614)는 프로세서의 제어에 따라 생체정보 추정값, 경고 등의 정보를 다양한 시각적인 방법으로 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 웨어러블 기기(600)는 내부에 통신부를 포함할 수 있다. 통신부는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 외부 기기와 통신하여 각종 데이터를 송수신할 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.
100,400: 생체정보 추정 장치 110,410: 분광기
120,420: 프로세서 430: 출력부
430: 저장부 450: 통신부

Claims (20)

  1. 대상체로부터 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및
    상기 스펙트럼이 측정되는 동안 헤모글로빈(Hemoglobin) 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드하며, 상기 스펙트럼이 측정되면 멜라닌(Melanin) 인덱스를 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 스펙트럼이 측정되는 동안 측정된 스펙트럼으로부터 상기 헤모글로빈 인덱스를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 대상체와 분광기 사이에 작용하는 측정 압력을 가이드하는 생체정보 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 정의된 측정 압력과 헤모글로빈 인덱스 간의 관계를 기초로 상기 획득된 헤모글로빈 인덱스가 소정 임계치 이하를 유지하도록 상기 측정 압력을 가이드하는 생체정보 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 상기 멜라닌 인덱스를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득하는 생체정보 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 멜라닌 인덱스에 따라 상기 생체정보 관련 특징에 서로 다른 모델을 적용하여 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 획득된 멜라닌 인덱스가 소정 임계치 이상이면 상기 생체정보 관련 특징에 제1 모델을 적용하고, 소정 임계치 미만이면 상기 생체정보 관련 특징에 제2 모델을 적용하는 생체정보 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분광기는
    상기 대상체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및
    상기 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서의 처리 결과를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는 카로티노이드, 혈당, 당 섭취량, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질, 체내 수분, 체외 수분 및 요산 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  13. 대상체로부터 스펙트럼을 측정하는 단계;
    상기 스펙트럼이 측정되는 동안 헤모글로빈(Hemoglobin) 인덱스를 기초로 사용자에게 스펙트럼 측정을 가이드하는 단계: 및
    상기 스펙트럼이 측정되면 멜라닌(Melanin) 인덱스를 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스펙트럼이 측정되는 동안 측정된 스펙트럼으로부터 상기 헤모글로빈 인덱스를 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 스펙트럼 측정을 가이드하는 단계는
    상기 획득된 헤모글로빈 인덱스를 기초로 대상체와 분광기 사이에 작용하는 측정 압력을 가이드하는 생체정보 추정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스펙트럼 측정을 가이드하는 단계는
    미리 정의된 측정 압력과 헤모글로빈 인덱스 간의 관계를 기초로 상기 획득된 헤모글로빈 인덱스가 소정 임계치 이하를 유지하도록 상기 측정 압력을 가이드하는 생체정보 추정 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 상기 멜라닌 인덱스를 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 스펙트럼이 측정되면 측정된 스펙트럼으로부터 생체정보 관련 특징을 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    상기 획득된 멜라닌 인덱스에 따라 상기 생체정보 관련 특징에 서로 다른 모델을 적용하여 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    상기 획득된 멜라닌 인덱스가 소정 임계치 이상이면 상기 생체정보 관련 특징에 제1 모델을 적용하고, 소정 임계치 미만이면 상기 생체정보 관련 특징에 제2 모델을 적용하는 생체정보 추정 방법.

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