KR20220009181A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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임혜림
박상윤
최진우
강재민
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Abstract

생체정보를 추정하는 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체와 맥파신호 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘센서 및 피검체의 구조 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 상기 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하고, 맥파신호 및 변환된 힘을 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, 커프를 사용하지 않고 혈압을 추정하는 기술과 관련된다.
압박 커프를 사용하지 않고 혈압을 추정하는 일반적인 기술은 맥파분석(pulse wave analysis)법과 맥파속도(pulse wave velocity)법이 있다.
맥파분석법은 체말단 예컨대, 손가락 끝, 요골 동맥 등에서 광용적 맥파나 체표 압력 신호를 얻은 후 그 모양을 분석하여 심혈관계 특징을 추출하는 방법이다. 좌심실에서 박출된 혈액은 신동맥이나 하대동맥 등 큰 분지가 있는 지점에서 반사(refelection)를 일으키게 되고 이는 체말단에서 측정한 광용적 맥파 또는 체표 압력파 등의 모양에 영향을 주게 된다. 따라서 이러한 모양을 분석함으로써 동맥 경화도나 혈관 나이, 대동맥압 파형 등을 유추할 수 있다.
맥파속도법은 맥파의 전달 시간을 측정함으로써 동맥경화도, 혈압 등의 심혈관계 특징을 추출하는 방법으로 심전도와 체말단의 광용적 맥파를 측정하여 심전도의 R 피크(좌심실 수축 구간)와 광용적 맥파의 피크 사이의 지연(pulse transit time, PTT)를 측정하고, 측정 결과로 팔의 길이 근사치를 나누어 심장에서 출발한 혈액이 체말단에 도달하기까지 걸린 속도를 구하는 방식이다.
피검체의 해부학적 구조 정보를 고려하여 생체정보를 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체와 맥파신호 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘센서 및 피검체의 구조 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하고, 맥파신호 및 상기 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
피검체의 구조 정보는 혈관 위치, 혈관 깊이 및 뼈 깊이 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 사용자의 입력, 상기 피검체에 대한 광학 영상, 초음파 영상, MRI(magnetic resonance imaging) 영상 및 광음향(photoacoustic) 영상 중의 적어도 하나를 기초로 상기 피검체의 구조 정보를 획득하는 구조 정보 획득부를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 및, 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 차이 중의 적어도 하나를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 피검체가 맥파센서에 접촉할 때 피검체 상의 센서 위치 정보를 획득하는 센서 위치 획득부를 더 포함할 수 있다.
센서 위치 획득부는 맥파센서에 접촉한 피검체 이미지를 기초로 피검체와 맥파센서 사이의 상대적 위치를 분석하여 센서 위치 정보를 획득할 수 있다.
센서 위치 획득부는 지문 센서를 포함하고, 피검체가 맥파센서에 접촉할 때 상기 지문 센서에 의해 획득된 지문 이미지를 기초로 센서 위치 정보를 획득할 수 있다.
프로세서는 센서 위치 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하고, 변환된 힘을 상기 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
프로세서는 피검체의 소정 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
프로세서는 미리 정의된 함수식을 이용하여 상기 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 제1 보정값과 상기 기준점과 기준 위치 간의 거리를 기초로 제2 보정값을 획득하고, 획득된 제1 보정값과 제2 보정값을 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
맥파센서는 피검체의 복수의 지점에서 맥파신호를 측정하기 위해 복수의 채널로 형성되며, 프로세서는 피검체의 혈관 위치 및 상기 센서 위치를 기초로 상기 복수의 채널 중의 적어도 하나를 선택하고, 피검체의 소정 기준점과 상기 선택된 채널 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
프로세서는 센서 위치 정보를 기초로 피검체의 혈관 위치에 가장 가까운 채널을 선택할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 피검체가 상기 맥파센서에 접촉하여 가하는 힘을 변화시킬 때의 접촉면적을 측정하는 면적센서를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 변환된 힘 및 상기 측정된 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 나이 및 피부 탄력도 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 단계, 피검체와 맥파신호 사이에 작용하는 힘을 측정하는 단계, 피검체의 구조 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 단계 및 맥파신호 및 상기 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
피검체의 구조 정보는 혈관 위치, 혈관 깊이 및 뼈 깊이 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 사용자의 생체정보 추정 요청이 수신되면 상기 사용자에 대한 피검체 구조 정보가 존재하는지 확인하는 단계 및 존재하지 않으면 피검체 구조 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 및, 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 차이 중의 적어도 하나를 기초로 상기 측정된 힘을 변환할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 피검체가 맥파센서에 접촉할 때 상기 피검체 상에서 맥파센서가 위치하는 센서 위치 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다
또한, 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 단계는 센서 위치 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계를 포함하고, 피검체의 구조 정보를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘을 상기 피검체의 구조 정보가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는 피검체의 소정 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는 미리 정의된 함수식을 이용하여 상기 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 제1 보정값과 상기 기준점과 기준 위치 간의 거리를 기초로 제2 보정값을 획득하고, 획득된 제1 보정값과 제2 보정값을 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는 맥파센서가 피검체의 복수의 지점에서 맥파신호를 측정하기 위해 복수의 채널로 형성되는 경우, 피검체의 혈관 위치 정보 및 센서 위치 정보를 기초로 복수의 채널 중의 적어도 하나를 선택하는 단계를 포함하고, 피검체의 소정 기준점과 상기 선택된 채널 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 피검체가 상기 맥파센서에 접촉하여 힘을 변화시킬 때의 접촉면적을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 변환된 힘 및 상기 측정된 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
맥파신호를 기초로 생체정보를 추정할 때 피검체의 해부학적 구조 정보를 고려함으로써 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 프로세서 구성의 일 실시예이다.
도 3a 도 3b는 피검체의 해부학적 구조와 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 오실로메트리 기반 혈압 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 6a 내지 도 6c는 피검체의 해부학적 구조 정보를 획득하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 8은 도 7의 프로세서 구성의 일 실시예이다.
도 9a 내지 도 9c는 센서 위치 정보를 활용한 혈압 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 12는 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 13은 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 1a 및 도 1b는 실시예들에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
실시예들에 따른 생체정보 추정 장치(100a,100b)는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 단말, 웨어러블 기기 등에 탑재될 수 있다. 이때, 웨어러블 기기는 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형, 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a를 참조하면 일 실시예의 생체정보 추정 장치(100a)는 맥파센서(110), 힘센서(120) 및 프로세서(130)를 포함한다. 또한, 도 1b를 참조하면 다른 실시예의 생체정보 추정 장치(100b)는 맥파센서(110), 힘센서(120) 및 프로세서(130) 외에 면적센서(140)를 더 포함할 수 있다.
맥파센서(110)는 피검체로부터 광전용적 맥파(photoplethysmography, PPG) 신호(이하, "맥파신호"라 함)를 측정한다. 이때, 피검체는 맥파센서(110)가 접촉할 수 있는 생체영역으로 PPG를 통한 맥파 측정이 용이한 인체의 부위일 수 있다. 예를 들어, 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 요골 동맥과 인접한 손목 표면의 영역으로 모세혈이나 정맥혈이 지나가는 손목 상부, 발가락 등 인체의 말초 부위일 수도 있다.
맥파센서(110)는 피검체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원부와 광원부로부터 소정 거리 떨어져 배치되며 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 수광부를 포함할 수 있다. 광원부는 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다. 예컨대, 적외(infrared) 파장, 녹색(green) 파장, 청색(blue) 파장, 적색(red) 파장, 백색(white) 파장 등을 포함할 수 있다. 광원부는 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 수광부는 포토다이오드(photodiode), 포토다이오드 어레이 및 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 등을 포함할 수 있다.
맥파센서(110)는 피검체의 특정 지점에서 맥파신호를 측정할 수 있도록 광원부와 수광부를 포함하는 하나의 채널로 형성될 수 있다. 또는, 맥파센서(110)는 피검체의 다지점에서 복수의 맥파신호를 측정할 수 있도록 다채널로 형성될 수 있다. 맥파신호의 각 채널들은 피검체의 다지점에서 맥파신호 측정이 가능하도록 원형, 타원형, 선형 등 미리 정의된 형태로 배치될 수 있다. 맥파센서(110)의 각 채널은 하나 이상의 광원부와 하나 이상의 수광부를 포함할 수 있다. 또한, 각 채널은 복수의 파장의 광을 조사하도록 둘 이상의 광원부를 포함할 수 있다. 또는, 맥파센서(110)는 피검체의 소정 영역에서 복수의 맥파신호 측정이 가능하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광원부와 하나 이상의 광원부로부터 소정 거리 이격되어 배치된 CMOS 이미지 센서로 형성된 수광부를 포함하도록 구성될 수 있다.
힘센서(120)는 사용자가 피검체를 맥파센서(110)에 접촉하고 맥파 진폭의 변화를 유도하기 위해 누르는 힘을 증가 또는 감소시킬 때 맥파센서(110)와 피검체 사이에 작용하는 접촉힘을 측정할 수 있다. 힘센서(120)는 스트레인 게이지(strain gauge) 등으로 형성될 수 있다.
면적센서(140)는 피검체가 맥파센서(110)에 접촉하여 압력을 변화시킬 때의 접촉면적을 획득할 수 있다. 면적센서(140)는 맥파센서(110)의 상단 또는 하단에 배치될 수 있다.
다만, 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니며, 힘센서(120)와 면적센서(140)로 형성되는 대신 피검체와 맥파센서(110) 사이의 압력을 측정하는 압력센서 등으로 형성될 수 있다.
프로세서(130)는 맥파센서(110)에 의해 획득된 맥파신호, 힘센서(120)에 의해 획득된 접촉힘 및/또는 면적센서(140)에 의해 획득된 접촉면적을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 피부 탄력도, 피부 나이, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 프로세서(130)는 생체정보 추정의 정확성을 향상시키기 위해 피검체의 해부학적 구조 정보를 고려하여 생체정보를 추정할 수 있다. 예컨대, 힘센서(120)에 의해 측정된 접촉힘을 구조 정보가 반영된 힘으로 변환하고, 맥파신호와 변환된 힘 및/또는 접촉면적을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 프로세서(120) 구성의 일 실시예이다. 도 3a 도 3b는 피검체의 해부학적 구조와 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 오실로메트리 기반의 혈압 추정의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 프로세서(200)는 힘 변환부(210) 및 추정부(220)를 포함할 수 있다.
일반적으로 손가락 동맥 위치와 떨어진 곳에서 압력을 가하게 되면 손가락의 부드러운 조직 특성으로 인해 실제 동맥까지 전달되는 힘에 손실이 발생할 수 있다. 즉, 힘센서로 측정한 힘과 동맥에 실제 전달되는 힘 사이에 차이가 발생할 수 있고 이는 손가락의 접촉압력 추정시 오류를 발생시켜 혈압 추정의 정확성을 감소시킬 수 있다.
힘 변환부(210)는 이에 따라 측정된 접촉힘 또는 접촉압력을 피검체의 해부학적 구조 정보가 반영된 접촉힘 또는 접촉압력으로 변환할 수 있다. 이때, 피검체의 구조 정보는 혈관 위치, 혈관 깊이 및 뼈 깊이 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 힘 변환부(210)는 미리 정의된 변환 모델을 이용하여 접촉힘을 접촉압력으로 변환하거나, 면적센서(140)에 의해 획득된 접촉면적 또는 맥파센서(110)의 면적 등을 이용하여 접촉힘을 접촉압력으로 변환할 수 있다.
이하, 설명의 편의상 접촉힘을 변환하는 예를 설명하나 접촉힘을 접촉압력으로 변환한 다음 접촉압력을 변환하는 경우도 포함한다.
도 3a는 피검체(30)의 해부학적 구조에 따른 힘의 변환을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 뼈(32a,32b)의 깊이가 동일하다고 가정할 때, (1)은 피검체(30)에서 혈관(31a)이 뼈(32a)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있는 경우 즉, 피검체(30) 표면으로부터 혈관(31a)의 깊이가 얕은 경우를 도시한 것이다. (2)는 (1)에 비해 혈관(31b)이 뼈(32b)에 근접하여 위치한 경우 즉, 혈관(31b)의 깊이가 피검체(30)의 표면으로부터 상대적으로 깊은 경우를 도시한 것이다. 이때, (2)의 경우는 (1)에 비하여 상대적으로 혈관(31b)이 뼈(32b)에 근접하게 위치하므로 외부에서 피검체(30)에 가해지는 힘 대비 실제 혈관(31b)에 전달되는 힘이 적어지게 된다. 따라서, (1)의 경우 힘(F)을 가하여 혈관(31a)에 MAP(mean arterial pressure)가 가해지도록 한다고 가정할 때, (2)의 경우는 상대적으로 더 높은 힘(αF)을 가해야 혈관(31b)에 동일한 MAP를 가할 수 있다.
힘 변환부(210)는 이와 같은 관계를 기초로 정의된 아래의 수학식 1과 같은 변환식을 이용하여 힘센서(120)에 의해 측정된 힘을 피검체의 구조 정보가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, F는 힘센서(120)에 의해 측정된 접촉힘을 나타내고, F'는 피검체의 구조 정보를 반영하여 변환된 힘을 나타낸다. 또한, d1은 피검체 표면으로부터 혈관의 깊이를 나타내며, d2는 피검체 표면으로부터 뼈의 깊이를 나타낸다.
다만, 수학식 1의 변환식은 혈관의 깊이와 뼈의 깊이 간의 비율을 적용하여 변환하는 일 예를 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 예컨대, 혈관의 깊이와 뼈의 깊이 간의 차이(예: d2-d1) 등과 같이 다양한 조합의 변환식으로 정의되는 것도 가능하다. 이때, 사용자 특성이나 피검체의 특성과 같은 개인별 특성에 따라 혈관의 깊이 및/또는 뼈의 깊이에 각각의 가중치를 부여할 수 있으며, 가중치가 부여된 혈관의 깊이 및/또는 뼈의 깊이를 조합할 수 있다.
추정부(220)는 힘 변환부(210)에 의해 피검체의 해부학적 특성이 반영된 힘으로 변환되면, 변환된 힘과 맥파신호를 이용하여 오실로메트리 기반으로 생체정보를 추정할 수 있다.
도 3b (1)은 도 3a (1)과 같이 혈관의 깊이가 상대적으로 얕은 경우 변환 전의 힘(F)에 대한 오실로그램(33a)과 변환 후의 힘(F')에 대한 오실로그램(33b)의 변화를 도시한 것이다. 도 3b (2)는 도 3a (2)과 같이 혈관의 깊이가 상대적으로 깊은 경우 변환 전의 힘(F)에 대한 오실로그램(34a)과 변환 후의 힘(F')에 대한 오실로그램(34b)의 변화를 나타낸 것이다. 혈관의 깊이가 얕은 경우(1)에 비해 혈관의 깊이가 상대적으로 깊은 경우(2)의 오실로그램의 시프트 폭이 상대적으로 더 큰 것을 알 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 오실로메트리 기반의 혈압 추정의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면 추정부(220)는 예컨대 각 측정 시점에서 맥파 엔벨로프(in1)의 플러스 지점의 진폭값(in2)에서 마이너스 지점의 진폭값(in3)을 빼서 피크-투-피크(peak-to-peak) 지점을 추출할 수 있다. 또한, 피크-투-피크 지점의 진폭을 대응하는 시점의 접촉압력값을 기준으로 플롯(plot)하고, 예컨대 폴리노미얼 커브 피팅(polynomial curve fitting)을 수행하여 오실로그램(OW)을 획득할 수 있다.
추정부(220)는 이와 같이 생성된 오실로그램(OW)에서 혈압 추정을 위한 특징점을 추출하고, 추출된 특징점을 이용하여 혈압을 추정할 수 있다. 예컨대, 추정부(220)는 오실로그램(OW)에서 맥파 최대점의 접촉압력값(MP), 최대 진폭값(MA)의 소정 비율(예: 0.5 ~ 0.7)에 해당하는 지점의 접촉압력값(DP, SP) 등을 특징점으로 추출할 수 있다. 추정부(220)는 예컨대, 접촉압력값(MP) 자체를 평균혈압으로 결정할 수 있으며, 접촉압력값(DP)을 이완기 혈압, 접촉압력값(SP)을 수축기 혈압으로 결정할 수 있다. 또는, 추출된 접촉압력값(MP, DP, SP) 각각을 미리 정의된 혈압 추정 모델에 적용하여 평균혈압, 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 독립적으로 추정할 수 있다. 이때, 혈압 추정 모델은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 6a 내지 도 6c는 피검체의 구조 정보를 획득하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 생체정보 추정 장치(500)는 맥파센서(510), 힘센서(520), 프로세서(530), 구조정보 획득부(550), 출력부(560) 및 저장부(570)을 포함할 수 있다. 맥파센서(510), 힘센서(520), 프로세서(530)에 대하여는 도 1a 내지 도 2를 참조하여 자세히 설명한 바 있다. 본 실시예에 있어 도 1b의 면적센서를 더 포함하는 것이 가능하다.
구조정보 획득부(550)는 사용자를 등록하는 시점에 피검체의 구조 정보를 획득할 수 있다. 또는 구조정보 획득부(550)는 사용자가 생체정보 추정 요청을 하는 경우 저장부(570)에 그 사용자에 대한 피검체의 구조 정보가 존재하는지 또는 캘리브레이션 시기가 되었는지 확인하고, 피검체의 구조 정보가 존재하지 않거나 캘리브레이션 시기가 된 경우 사용자로부터 피검체의 구조 정보를 획득할 수 있다. 구조정보 획득부(550)의 적어도 일부 기능은 프로세서(530)와 통합될 수 있다.
구조정보 획득부(550)는 사용자로부터 피검체의 구조 정보를 직접 입력 받거나, 피검체를 촬영한 광학 영상, 초음파 영상, MRI(magnetic resonance imaging) 영상 및 광음향(photoacoustic) 영상 등을 이용하여 피검체의 구조 정보를 획득할 수 있다. 이하에서 설명하는 피검체 구조 정보의 획득 예들을 일 예들에 불과하므로 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예로, 도 6a는 본 실시예의 생체정보 추정 장치(500)가 적용된 스마트 기기(60)를 도시한 것으로 구조정보 획득부(550)는 사용자가 피검체의 구조 정보를 직접 입력할 수 있도록 출력부(560)를 통해 디스플레이(61)에 인터페이스(62)를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이 인터페이스(62)에는 사용자가 혈관 깊이, 뼈 깊이를 입력할 수 있도록 하는 그래픽 객체가 표시될 수 있다. 또한, 사용자가 혈관 위치를 직접 지정할 수 있도록 버튼 형태의 그래픽 객체가 표시될 수 있다.
도 6a에서 사용자가 혈관 위치를 직접 지정하기 위해 버튼을 클릭하는 경우 구조정보 획득부(550)는 도 6b에 도시된 바와 같이 손가락 이미지(65)를 디스플레이(61)에 표시할 수 있다. 사용자는 입력 수단(예: 터치펜, 손가락 등)을 이용하여 손가락 이미지(65) 상에 혈관 위치(66)를 지정할 수 있으며, 사용자가 혈관 위치(66)를 지정하면 손가락 이미지(65) 상의 해당 위치에 마커를 표시할 수 있다.
다른 예로, 도 6a에 도시된 바와 같이 구조정보 획득부(550)는 외부 영상 촬영 장치에 의해 촬영된 피검체 영상을 입력 받을 수 있도록 디스플레이에(61)에 버튼 형태의 그래픽 객체(63)를 표시할 수 있다. 이때, 피검체의 영상은 외부 영상 촬영 장치에 의해 촬영된 광학 영상, 초음파 영상, MRI(magnetic resonance imaging) 영상 및 광음향(photoacoustic) 영상 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
구조정보 획득부(550)는 사용자가 버튼(63)을 클릭하면 저장부(570)에 미리 저장한 피검체 구조 영상이 존재하는지 확인하고, 존재하지 않으면 스마트폰(60)에 탑재된 통신 모듈을 통해 외부 영상 촬영 장치로부터 영상을 수신하여 저장부(570)에 저장할 수 있다. 이때, 통신 모듈은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 WIFI 통신 및 이동통신 방식 등의 다양한 무선 통신 기술 또는 유선 통신 기술을 이용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
구조정보 획득부(550)는 피검체의 구조를 촬영한 영상을 분석하여 분석 결과를 저장부(570)에 저장하고, 도 6c에 도시된 바와 같이 분석 결과를 시각적으로 디스플레이(610)에 표시할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 손가락 이미지(67)를 표시하고, 손가락 이미지(67) 상에 혈관 및 뼈의 위치를 나타내는 마커(68, 69)를 표시할 수 있다. 또한, 혈관의 깊이(d1)과 뼈의 깊이(d2)를 시각적으로 표시할 수 있다.
또 다른 예로, 도 6a에 도시된 바와 같이 구조정보 획득부(550)는 사용자가 직접 손가락 구조 영상을 촬영할 수 있도록 버튼 형태의 그래픽 객체(64)를 디스플레이(61)에 표시할 수 있다. 구조정보 획득부(550)는 스마트폰(60)에 예컨대 초음파 센서가 탑재된 경우 초음파 센서를 제어하여 사용자의 손가락으로부터 초음파 영상을 획득할 수 있다. 또는 스마트폰(60)에 손가락 구조에 관한 영상을 촬영할 수 있는 장치가 존재하지 않는 경우, 통신 모듈을 통해 외부 영상 촬영 장치와 연결하고 외부 영상 촬영 장치에 의해 손가락의 영상이 획득되면 획득된 영상을 수신할 수 있다. 구조정보 획득부(550)는 영상을 분석하여 손가락의 구조 정보를 획득하고 획득된 구조 정보를 저장부(570)에 저장할 수 있다.
출력부(560)는 맥파센서(510)에 의해 측정된 맥파신호, 힘센서(520)에 의해 측정된 접촉힘, 면적센서에 의해 획득된 접촉면적, 접촉압력 및/또는 프로세서(530)의 처리 결과 출력할 수 있다. 출력부(560)는 디스플레이, 스피커 및 햅틱 장치 등을 통해 다양한 방식으로 시각적/비시각적으로 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부(560)는 예를 들어 측정된 맥파신호를 그래프 형태로 출력할 수 있다. 또한, 사용자의 생체정보 추정값을 시각적으로 표시할 수 있으며, 생체정보 추정값이 정상 범위에 있는지 여부를 기준으로 색상, 선의 굵기, 글씨체 등을 다양하게 하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또는, 생체정보 추정값이 이전 추정 이력에 비교하여 이상이 있는 경우 경고 메시지 등을 비롯하여 주의할 음식이나 관련 병원 정보와 같이 사용자가 취해야 할 조치에 관한 정보를 표시할 수 있다.
저장부(570)는 생체정보 추정에 필요한 다양한 정보를 저장한다. 예를 들어, 맥파센서(510)에 의해 측정된 맥파신호, 힘센서(520)에 의해 획득된 접촉힘, 면적센서에 의해 획득된 접촉면적, 피검체의 처리 결과, 생체정보 추정 모델, 피검체의 구조를 촬영한 영상 등을 저장할 수 있다. 또한, 사용자의 성별, 연령, 건강 상태, 피검체의 구조 정보 등의 사용자별 특성 정보를 저장할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
저장부(570)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 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 8은 도 7의 프로세서 구성의 일 실시예이다. 도 9a 내지 도 9c는 피검체의 센서 위치 정보를 활용한 혈압 추정의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예의 생체정보 추정 장치(700)는 맥파센서(710), 힘센서(720), 프로세서(730), 구조정보 획득부(750), 출력부(760), 저장부(770) 및 센서 위치 획득부(780)를 포함할 수 있다. 맥파센서(710), 힘센서(720), 프로세서(730), 구조정보 획득부(750), 출력부(760) 및 저장부(770)에 대하여는 도 1a 내지 도 6c를 참조하여 자세히 설명한 바 있다. 본 실시예에 있어 도 1b의 면적센서를 더 포함하는 것이 가능하다.
센서 위치 획득부(780)는 피검체가 맥파센서(710)에 접촉할 때, 맥파센서(710)가 접촉한 피검체 상의 센서 위치 정보를 획득할 수 있다. 센서 위치 획득부(780)의 적어도 일부 기능은 프로세서(730)와 통합될 수 있다.
일 예로, 센서 위치 획득부(780)는 외부 촬영 장치에 의해 획득된 피검체 이미지를 기초로 센서 위치 정보를 획득할 수 있다. 외부 촬영 장치는 고정된 장소에 설치된 카메라 모듈이거나, 스마트폰 등의 휴대형 기기에 탑재된 카메라 모듈일 수 있다. 예컨대, 외부 촬영 장치가 맥파센서(710)에 접촉한 손가락의 이미지를 획득하면, 센서 위치 획득부(780)는 생체정보 추정 장치(700)에 탑재된 통신 모듈을 통해 손가락의 이미지를 수신할 수 있다.
센서 위치 획득부(780)는 손가락의 이미지를 통해 맥파센서(710)와 손가락의 상대적인 위치를 분석하여 맥파센서(710)가 접촉하고 있는 손가락의 위치를 센서 위치로 획득할 수 있다. 또한, 외부 촬영 장치에 센서 위치를 획득하는 기능이 탑재된 경우 센서 위치 획득부(780)는 외부 촬영 장치가 손가락의 이미지를 촬영하여 센서 위치 정보를 획득하면 통신 모듈을 통해 그 센서 위치 정보를 수신할 수 있다.
다른 예로, 센서 위치 획득부(780)는 피검체의 접촉시 지문 이미지를 획득하는 지문 센서를 포함할 수 있다. 지문 센서는 맥파센서(710)의 상단 또는 하단에 배치될 수 있다. 센서 위치 획득부(780)는 피검체의 지문 이미지를 통해 지문 패턴의 변화를 분석하여 센서 위치를 추정할 수 있다. 예컨대, 손가락이 맥파센서(710)에 압력을 가할 때 맥파센서(710)가 접촉한 손가락 위치는 다른 위치에 비해 더 많이 눌려지게 되므로, 맥파센서(710)가 접촉한 위치의 지문의 리지 또는 밸리 사이의 간격은 다른 위치에 비해 상대적으로 더 넓어지게 된다. 센서 위치 획득부(780)는 손가락의 소정 위치의 리지 또는 밸리 사이의 간격이 다른 위치에 비해 소정 임계치 이상인 경우 그 손가락 위치를 센서 위치로 획득할 수 있다.
프로세서(730)는 센서 위치 획득부(780)에 의해 센서 위치가 획득되면, 센서 위치와 혈관 위치를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일 실시예의 프로세서(800)는 채널 선택부(810), 제1 힘 변환부(820), 제2 힘 변환부(830) 및 추정부(840)를 포함할 수 있다.
채널 선택부(810)는 피검체의 구조 정보 중의 혈관 위치와 센서 위치 정보를 기초로 혈압 추정을 위한 맥파센서(710)의 채널을 선택할 수 있다.
일 예로, 채널 선택부(810)는 맥파센서(710)가 하나의 광원부와 하나의 수광부를 포함하는 단일 채널로 형성된 경우 피검체의 구조 정보 중의 혈관 위치와 센서 위치 정보를 기초로 사용자에게 피검체의 접촉 위치를 가이드 할 수 있다.
도 9a는 맥파센서(110)가 단일 채널(92)로 형성된 예를 설명하기 위한 도면이다. 채널 선택부(810)는 출력부(760)를 통해 손가락(90) 이미지를 표시할 수 있으며, 손가락 혈관 위치(91)가 맥파센서(710)의 채널(92) 위치에 중첩하도록 표시하여 사용자가 손가락 혈관 위치를 채널(92)에 접촉하도록 가이드 할 수 있다.
다른 예로, 채널 선택부(810)는 맥파센서(710)가 피검체의 다지점에서 복수의 맥파신호를 측정할 수 있도록 복수의 채널로 형성된 경우 피검체의 혈관 위치와 센서 위치를 기초로 적절한 채널을 결정할 수 있다.
도 9b는 맥파센서(710)가 손가락(90)의 복수의 지점에서 맥파신호 측정이 가능하도록 다채널(93)로 형성된 예를 설명하기 위한 도면이다. 각 채널(ch1,ch2,ch3)은 광원부 및 수광부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 선택부(810)는 혈압 추정 요청이 수신되면 손가락(90)의 혈관 위치(91)와 센서 위치 정보를 이용하여 다채널(93) 중의 하나의 채널을 선택하고 선택된 채널을 구동할 수 있다. 예컨대 맥파센서(710)의 각 채널(ch1,ch2,ch3) 중에서 혈관 위치(91)에 가장 가까운 채널(ch3)을 구동할 수 있다. 또는, 채널 선택부(810)는 맥파센서(710)의 다채널(93)을 동시 또는 순차적으로 구동하여 각 채널(ch1,ch2,ch3)에서 맥파신호를 획득하고, 혈관 위치(91)를 기준으로 가장 가까운 채널(ch3)을 혈압 추정을 위한 채널로 결정할 수 있다.
도 9c는 맥파센서(710)가 손가락(90)의 소정 영역에서 동시에 복수의 맥파신호를 측정하도록 다채널(95)로 형성된 예를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 다채널(95)은 소정 위치에 광원부가 배치되고, 광원부로부터 소정 거리 이격되어 복수의 디텍터 어레이 또는 CMOS 이미지 센서가 배치될 수 있다. 채널 선택부(810)는 다채널(95)에서 혈관 위치(91)에 가장 가까운 채널(ch)을 혈압 추정을 위한 채널로 결정할 수 있다.
제1 힘 변환부(820)는 채널 선택부(810)에 의해 선택된 맥파센서(710)의 채널 위치 및 피검체의 기준점을 기초로 힘센서(720)에 의해 측정된 힘을 미리 정의된 기준 위치에서의 제1 힘으로 변환할 수 있다. 이때, 피검체의 기준점은 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 손가락의 손톱 끝(BP)일 수 있다.
예를 들어, 제1 힘 변환부(820)는 아래의 수학식 2 및 수학식 3과 같은 관계식을 적용하여 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다. 이때, 수학식 2 및 수학식 3은 일 예에 불과하다.
Figure pat00002
f는 센서 위치의 맥파신호를 기초로 획득된 오실로메트리 추정 혈압(예: 추정 MAP), BP는 기준 혈압(예: 실제 MAP)을 의미한다. a1 및 a2는 전처리 과정을 통해 정의되는 계수이고, d는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 손가락(90)의 기준점과 센서 위치 사이의 거리를 나타낸다. fr(d)는 피검체의 센서 위치를 반영하여 힘센서(720)에 의해 측정된 힘을 보정해 주기 위한 값이다.
Figure pat00003
수학식 3은 사용자의 측정 위치 즉 센서 위치에서의 혈압(BP)과 원하는 기준 위치에서의 혈압(BP)이 동일하다고 가정할 때의 관계식을 나타낸 것이다. 여기서, dmes는 사용자의 손가락 기준점과 센서 위치 사이의 거리를 나타내고, f는 센서 위치에서의 측정된 접촉힘, fr(dmes)는 위 수학식 2를 통해 센서 위치의 힘을 보정한 제1 보정값을 나타낸다. ddes는 사용자의 손가락 기준점과 기준 위치 사이의 거리를 나타내고, fr(ddes)는 위 수학식 2를 통해 기준 위치에서의 힘으로 보정된 제2 보정값을 나타내고, f'는 구하고자 하는 기준 위치에서의 제1 힘을 나타낸다.
제2 힘 변환부(830)는 제1 힘 변환부(820)에 의해 센서 위치가 반영된 제1 힘이 구해지면 피검체의 해부학적 구조가 반영된 제2 힘으로 변환할 수 있다. 제2 힘 변환부(830)는 전술한 바와 같이 수학식 1을 이용하여 제1 힘을 피검체의 구조가 반영된 제2 힘으로 변환할 수 있다.
추정부(840)는 제2 힘 변환부(830)에 의해 변환된 힘을 이용하여 혈압을 추정할 수 있다. 도 4a 및 도 4b를 통해 설명한 바와 같이 오실로메트리 기반으로 혈압을 추정할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다. 도 10은 전술한 생체정보 추정 장치(100a, 100b, 500)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 생체정보 추정의 다양한 실시예들을 설명하였으므로 이하 간단하게 기술한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 사용자로부터 생체정보 추정 요청을 수신하면(1010), 피검체의 구조 정보가 존재하는지 확인할 수 있다(1020).
그 다음, 확인 결과 저장부에 피검체의 구조 정보가 존재하지 않으면 피검체 구조 정보를 획득할 수 있다(1030). 예를 들어, 전술한 바와 같이 사용자로부터 피검체 구조 정보를 직접 입력 받거나, 외부 장치를 통해 획득된 초음파 영상, MRI 영상 등을 분석하여 피검체의 구조 정보를 획득할 수 있다.
그 다음, 확인 결과 피검체의 구조 정보가 존재하면 맥파센서를 통해 피검체의 맥파신호를 획득하고(1040), 피검체가 맥파센서에 가하는 힘/압력을 획득할 수 있다(1050).
그 다음, 단계(1050)에서 획득된 힘/압력을 피검체의 구조 정보를 기초로 변환할 수 있다(1060). 예를 들어, 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 또는 차이와 같이 피검체의 구조 정보를 조합하고, 조합 결과를 측정된 힘에 적용하여 힘을 변환할 수 있다.
그 다음, 단계(1040)에서 획득된 맥파신호 및 단계(1060)에서 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(1070).
그 다음, 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다(1080). 예를 들어, 디스플레이, 스피커, 햅틱 장치 등을 적절히 이용하여 생체정보 추정값, 경고, 조치사항, 생체정보 추정 이력 등의 정보를 다양한 방법으로 사용자에게 제공할 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다. 도 11은 전술한 생체정보 추정 장치(700)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 자세히 설명하였으므로 이하 간단하게 기술한다.
먼저, 생체정보 추정 장치는 사용자로부터 생체정보 추정 요청을 수신하면(1111), 피검체가 맥파센서에 접촉할 때 센서 위치 정보를 획득할 수 있다(1112). 이때, 센서 위치 정보는 외부 영상 촬영 장치를 통해 획득된 피검체 이미지 또는 지문 센서를 통해 획득된 지문 이미지를 기초로 획득될 수 있다.
그 다음, 맥파센서를 통해 피검체의 맥파신호를 획득하고(1113), 피검체가 맥파센서에 가하는 힘/압력을 획득할 수 있다(1114). 이때, 맥파센서가 하나의 광원부와 하나의 수광부로 이루어진 단일 채널로 형성되는 경우, 피검체의 혈관이 그 채널 위치에 접촉하도록 사용자에게 가이드 할 수 있다.
그 다음, 센서 위치 정보 및 피검체의 혈관 위치 정보를 기초로 맥파센서의 채널을 선택할 수 있다(1115). 맥파센서가 피검체의 다지점에서 맥파신호를 획득할 수 있도록 복수의 채널로 형성된 경우 피검체의 혈관 위치에 가장 가까이 위치한 채널을 선택할 수 있다.
그 다음, 선택된 채널 위치 및 피검체의 기준 위치를 기초로 힘 변환할 수 있다(1116). 예를 들어, 피검체의 기준 위치와 선택된 채널 위치 사이의 거리를 기초로 미리 정의된 변환식을 이용하여 센서 위치가 반영된 힘으로 변환할 수 있다.
그 다음, 센서 위치가 반영된 힘을 피검체의 구조 정보를 이용하여 피검체의 구조 특성이 반영된 힘으로 변환할 수 있다(1117). 전술한 바와 같이 예컨대 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 또는 차이 등을 적용하여 힘을 변환할 수 있다.
그 다음, 단계(1113)에서 획득된 맥파신호 및 단계(1117)에서 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(1118).
그 다음, 생체정보 추정 결과를 출력할 수 있다(1119).
도 12는 웨어러블 기기를 도시한 것이다. 전술한 생체정보 추정 장치(100a, 100b, 500, 700)의 실시예들은 웨어러블 기기에 탑재될 수 있다.
도 12를 참조하면, 웨어러블 기기(1200)는 본체(1210)와 스트랩(1230)을 포함한다.
스트랩(1230)은 본체(1210)의 양단에 연결되어 사용자의 손목에 감싸는 형태로 구부려지도록 플렉시블하게 형성될 수 있다. 스트랩(1230)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩은 일단이 본체(1210)에 연결되고 타단이 체결수단을 통해 서로 체결될 수 있다. 이때, 체결수단은 자석 체결, 벨크로(velcro) 체결, 핀 체결 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(1230)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
이때, 스트랩(1230)은 손목에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성을 갖도록 내부에 공기가 주입되거나 공기 주머니를 포함하도록 형성될 수도 있으며, 본체(1210)로 손목의 압력 변화를 전달할 수 있다.
본체(1210) 또는 스트랩(1230)의 내부에는 웨어러블 기기(1200)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
본체(1210)의 일측에는 센서부(1220)가 장착된다. 센서부(1220)는 맥파신호를 측정하는 맥파센서를 포함할 수 있다. 맥파센서는 손목 또는 손가락 피부에 광을 조사하는 광원과 손목 또는 손가락으로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 CIS 기반 광 센서, 포토 다이오드 등의 수광부를 포함할 수 있다. 맥파센서는 손목 또는 손가락 등의 다지점에서 맥파신호를 측정하기 위하여 다채널로 형성될 수 있으며, 각 채널별로 광원 및 수광부를 포함할 수 있으며, 각 채널은 서로 다른 파장의 광을 조사하기 위해 복수의 광원을 포함할 수 있다. 또한. 센서부(1220)는 손목 또는 손가락과 센서부(1220) 사이의 힘/압력을 측정하는 힘/압력 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서, 초음파 센서 등을 더 포함할 수 있으며, 각 센서들이 적층형으로 배치될 수 있다.
본체(1210) 내부에 프로세서가 실장되며 프로세서는 웨어러블 기기(1200)에 장착된 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 센서부(1220)에 의해 측정된 맥파신호 및 힘/압력을 기초로 오실로그램을 획득하고, 획득된 오실로그램을 이용하여 혈압을 추정할 수 있다. 이때, 손가락의 해부학적 구조 정보, 센서 위치 정보 등을 이용하여 힘/압력을 변환하고 변환된 힘을 이용하여 혈압을 추정함으로써 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본체(1210) 내부에 혈압 추정 및 웨어러블 기기(1200)의 다양한 기능을 수행하기 위한 기준 정보 및 각종 구성들에 의해 처리된 정보를 저장하는 저장부가 장착될 수 있다.
또한, 본체(1210)에 일측면에 사용자의 제어 명령을 수신하여 프로세서로 전달하는 조작부(1240)가 장착될 수 있다. 조작부(1240)는 웨어러블 기기(1200)의 전원을 온/오프시키는 명령을 입력하기 위한 전원 버튼을 포함할 수 있다.
또한, 본체(1210)의 전면에 사용자에게 정보를 출력하는 표시부가 장착될 수 있으며, 표시부는 터치 입력이 가능한 터치 스크린을 포함할 수 있다. 표시부는 사용자의 터치 입력을 수신하여 프로세서에 전달하고 프로세서의 처리 결과를 표시할 수 있다.
또한, 본체(1210) 내부에 외부 기기와 통신하는 통신부가 장착될 수 있다. 통신부는 외부 기기 예컨대, 사용자의 스마트폰에 혈압 추정 결과를 전송할 수 있다.
도 13은 스마트 기기를 도시한 것이다. 이때, 스마트 기기는 스마트폰 및 태블릿 PC등을 포함할 수 있다. 스마트 기기는 전술한 생체정보 추정 장치(100a, 100b,500,700)의 다양한 기능을 탑재할 수 있다.
도 13을 참조하면, 스마트 기기(1300)는 본체(1310)의 일면에 맥파센서(1330)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 맥파센서(1330)는 소정 위치에 하나 이상의 광원부(1332)가 배치될 수 있다. 하나 이상의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다. 또한, 피검체의 다지점에서 맥파신호 측정을 위해 복수의 수광부(1331)가 광원부(1332)로부터 소정 거리 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 지나지 않으며 전술한 바와 같이 맥파센서(1330)는 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 맥파센서(1330)의 하단 본체(1310) 내부에 손가락의 접촉힘/압력을 측정하는 힘/압력 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본체(1310)의 전면에 표시부가 장착될 수 있다. 표시부는 혈압 추정 결과, 건강 상태 평가 결과 등을 시각적으로 출력할 수 있다. 표시부는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 터치 스크린을 통해 입력되는 정보를 수신하여 프로세서에 전달할 수 있다.
본체(1310)는 도시된 바와 같이 이미지 센서(1320)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1320)는 다양한 영상을 촬영하는 기능을 수행하며, 예컨대 손가락이 센서부(1330)에 접촉할 때의 손가락을 이미지를 획득할 수 있다. 한편, 맥파센서(1330)의 수광부(1331)에 CIS 기반 이미지 센서가 장착되는 경우 이미지 센서(720)는 생략이 가능하다.
프로세서는 전술한 바와 같이 피검체의 구조 정보 및/또는 피검체가 접촉할 때 획득된 센서 위치 정보 등을 기초로 힘센서에 의해 측정된 힘을 변환하고, 변환된 힘을 기초로 오실로메트리 기반으로 혈압을 추정할 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.
100a,100b,500,700: 생체정보 추정 장치
110,510,710: 맥파센서 120,520,720: 힘센서
130,200,530,730,800: 프로세서 140: 면적센서
210: 힘 변환부 220: 추정부
550,750: 구조정보 획득부 560,760: 출력부
570,770: 저장부 780: 센서 위치 획득부
810: 채널 선택부 820: 제1 힘 변환부
830: 제2 힘 변환부 830: 추정부
1200: 웨어러블 기기 1210: 본체
1220: 센서부 1230: 스트랩
1240: 조작부 1300: 스마트 기기
1310: 본체 1320: 이미지 센서
1330: 맥파센서 1331: 수광부
1332: 광원부

Claims (26)

  1. 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 맥파센서;
    피검체와 맥파신호 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘센서; 및
    피검체의 구조 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하고, 맥파신호 및 상기 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피검체의 구조 정보는
    혈관 위치, 혈관 깊이 및 뼈 깊이 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    사용자의 입력, 상기 피검체에 대한 광학 영상, 초음파 영상, MRI(magnetic resonance imaging) 영상 및 광음향(photoacoustic) 영상 중의 적어도 하나를 기초로 상기 피검체의 구조 정보를 획득하는 구조 정보 획득부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 및, 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 차이 중의 적어도 하나를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    피검체가 맥파센서에 접촉할 때 피검체 상의 센서 위치 정보를 획득하는 센서 위치 획득부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센서 위치 획득부는
    맥파센서에 접촉한 피검체 이미지를 기초로 피검체와 맥파센서 사이의 상대적 위치를 분석하여 센서 위치 정보를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센서 위치 획득부는
    지문 센서를 포함하고, 피검체가 맥파센서에 접촉할 때 상기 지문 센서에 의해 획득된 지문 이미지를 기초로 센서 위치 정보를 획득하는 생체정보 추정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 위치 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하고, 변환된 힘을 상기 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는
    피검체의 소정 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 정의된 함수식을 이용하여 상기 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 제1 보정값과 상기 기준점과 기준 위치 간의 거리를 기초로 제2 보정값을 획득하고, 획득된 제1 보정값과 제2 보정값을 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 맥파센서는
    상기 피검체의 복수의 지점에서 맥파신호를 측정하기 위해 복수의 채널로 형성되며,
    상기 프로세서는
    피검체의 혈관 위치 및 상기 센서 위치를 기초로 상기 복수의 채널 중의 적어도 하나를 선택하고, 피검체의 소정 기준점과 상기 선택된 채널 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 위치 정보를 기초로 피검체의 혈관 위치에 가장 가까운 채널을 선택하는 생체정보 추정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    피검체가 상기 맥파센서에 접촉하여 가하는 힘을 변화시킬 때의 접촉면적을 측정하는 면적센서를 더 포함하는 생체정보 추정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 변환된 힘 및 상기 측정된 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득하고, 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 생체정보는
    혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 나이 및 피부 탄력도 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 추정 장치.
  16. 피검체로부터 맥파신호를 측정하는 단계;
    피검체와 맥파신호 사이에 작용하는 힘을 측정하는 단계;
    피검체의 구조 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 단계; 및
    상기 맥파신호 및 상기 변환된 힘을 기초로 생체정보를 추정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피검체의 구조 정보는
    혈관 위치, 혈관 깊이 및 뼈 깊이 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    사용자의 생체정보 추정 요청이 수신되면 상기 사용자에 대한 피검체 구조 정보가 존재하는지 확인하는 단계; 및
    존재하지 않으면 피검체 구조 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 비 및, 혈관 깊이와 뼈 깊이 사이의 차이 중의 적어도 하나를 기초로 상기 측정된 힘을 변환하는 생체정보 추정 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    피검체가 맥파센서에 접촉할 때 상기 피검체 상에서 맥파센서가 위치하는 센서 위치 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 피검체의 구조가 반영된 힘으로 변환하는 단계는
    상기 센서 위치 정보를 기초로 상기 측정된 힘을 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 피검체의 구조 정보를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘을 상기 피검체의 구조 정보가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는
    상기 피검체의 소정 기준점과 상기 센서 위치 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는
    미리 정의된 함수식을 이용하여 상기 기준점과 센서 위치 간의 거리를 기초로 제1 보정값과 상기 기준점과 기준 위치 간의 거리를 기초로 제2 보정값을 획득하고, 획득된 제1 보정값과 제2 보정값을 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 단계는
    상기 맥파센서가 피검체의 복수의 지점에서 맥파신호를 측정하기 위해 복수의 채널로 형성되는 경우, 피검체의 혈관 위치 정보 및 센서 위치 정보를 기초로 복수의 채널 중의 적어도 하나를 선택하는 단계를 포함하고,
    피검체의 소정 기준점과 상기 선택된 채널 간의 거리를 기초로 상기 센서 위치가 반영된 힘으로 변환하는 생체정보 추정 방법.
  25. 제16항에 있어서,
    피검체가 상기 맥파센서에 접촉하여 힘을 변화시킬 때의 접촉면적을 측정하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 생체정보를 추정하는 단계는
    상기 변환된 힘 및 상기 측정된 접촉면적을 기초로 접촉압력을 획득하고,
    상기 획득된 접촉압력 및 상기 맥파신호를 기초로 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 방법.











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