KR20220056952A - 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치 - Google Patents

Abstract

실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치는 광센서를 이용한 혈압측정모듈이 구비된 플렉서블 회로기판과 사용자의 손목을 감싸며 플렉서블 회로기판을 고정하는 탄성밴드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치{Smart wearable device capable of real-time blood pressure measurement}

본 발명은 스마트 웨어러블 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 손목에 착용하여 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치에 관한 것이다.

최근 혈압기를 스마트 워치에 탑재하려는 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 지금 현재 스마트 워치로 혈압을 측정하는 장치는 모 전자회사에서 발매를 시작 중인 워치3 모델이 있다. 워치 3 모델은 현재 가장 앞선 기술로서 워치 안에 혈압을 측정할 수 있는 기능을 내재하였다.

그러나 이러한 혈압기는 일반 쿠프 혈압기와 같이 사용자가 어느 공간에 안정된 상태에서 혈압기능의 장치를 동작시키면 그 상승과 이완의 혈압을 측정하여서 사용자가 측정 결과를 알 수 있다.

도 1은 PPG 센서의 동작원리를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, PPG(Photoplethysmography) 센서는 광출력소자 및 포토다이오드를 구비한다.

광출력 소자의 녹색광이 피부로 전달되어 피부에 일부 흡수되면서 반사된다. 포토다이오드는 반사된 빛을 검출하는데, 검출된 신호는 전기적인 신호로 변환된다. 일반적으로 피부와 정맥은 심박의 변화에 영향을 주지 않아서 DC 형태의 신호로 출력되고, 동맥의 변화에 의해 AC 형태의 신호가 출력되므로 이러한 AC 형태의 신호를 토대로 혈압을 산출할 수 있다.

즉, PPG 센서는 조직의 미세혈관에서 혈류의 변화를 감지할 수 있는 간단하고 저가의 광학기법이다. 일반적으로 PPG 센서는 피부 표면에서 비침습 방식의 측정에 사용된다.

기존의 스마트 워치는 가죽 또는 천으로 만들어진 시계 줄에 본체가 연결되는 구조이고, 본체에 혈압기에 PPG 센서가 내장된다. 따라서 본체와 손등 사이의 간격이 발생하여 혈압을 측정하는데 오류가 많이 발생하므로, 사용자가 움직이면서 혈압을 측정할 경우 정확성이 매우 낮아진다.

KR 10-2019-0129300 A

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 탄성밴드를 이용하여 손목에 밀착시킴으로서 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치를 제공한다.

또한, 설정된 조건에 따라 파워다운모드로 자동 진입하여 저전력 모드를 달성할 수 있는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치를 제공한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광센서를 이용한 혈압측정모듈이 구비된 플렉서블 회로기판과, 사용자의 손목을 감싸며 플렉서블 회로기판을 고정하는 탄성밴드를 포함하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 포함되는 탄성밴드는, 손목에 접촉되는 면에 플렉서블 회로기판을 삽입시키기 위한 삽입영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 플레서블 회로기판은 PPG 센서가 구비된 혈압측정모듈과, 혈압측정모듈에서 감지된 생체신호를 처리하는 신호 처리부와, 신호 처리부에서 처리된 신호를 토대로 위험도를 판단하고, 소정의 위험도에 도달할 경우 외부로 위험신호를 송출하는 동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 동작 제어부는 미리 인증된 외부의 스마트폰의 제어 애플리케이션과 연동되어 동작하며, 혈압의 변화율이 소정의 범위 내에서 소정의 시간동안 일정할 경우 파워다운모드로 진입하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 탄성밴드는 손목을 지지하기 위한 탄성지지층와, 탄성지지층의 하부에 형성되며, 나노섬모구조를 가져 상기 플렉서블 기판이 피부에 밀착되도록 한 고정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 탄성지지층은 폴리에스터 섬유와 폴리우레탄 탄성사를 혼방한 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치는 탄성밴드를 이용하여 손목에 밀착시킴으로서 신뢰성 있게 실시간 혈압측정이 가능하다.

또한, 설정된 조건에 따라 파워다운모드로 자동 진입하여 저전력 모드를 달성할 수 있으므로 배터리 사용시간이 증가한다.

도 1은 PPG 센서의 동작원리를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)의 구성도
도 3은 플렉서블 회로기판(200)의 구성도
도 4는 파워다운모드 진입과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 스마트 웨어러블 장치가 병원 응급시스템과 연동되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 스마트 웨어러블 장치(1)의 단면을 나타낸 도면
도 6a는 다른 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)의 단면을 나타낸 도면
도 7은 나노 섬모 구조를 나타낸 도면

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)의 구성도이다.

본 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.

도 2를 참조하면, 스마트 웨어러블 장치(1)는 탄성밴드(100)와, 플렉서블 회로기판(200)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)는 실시간 혈압측정이 가능한 구조로 형성된다.

즉, 스마트 웨어러블 장치(1)는 PPG 센서, 전원장치, 통신장치를 탄성체와 접착시켜서 실시간으로 혈압을 측정할 수 있는 구조로 이루어진다.

플렉서블 회로기판(200)은 광센서를 이용한 혈압측정모듈이 구비되어 있으며, 탄성밴드(100)는 사용자의 손목을 감싸며 플렉서블 회로기판(200)을 고정하는 구조이다. 따라서 플렉서블 회로기판(200)의 혈압측정모듈과 손목 사이에 간격이 없이 밀착되므로 사용자가 이동하면서도 혈압을 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, PPG 센서가 동맥에 밀접하게 접속하기 위해서 탄성체에 회로가 위치하여 어느 상황에서도 혈압을 정확하게 측정할 수 있다.

도 3은 플렉서블 회로기판(200)의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 플렉서블 회로기판(200)은 혈압측정모듈(210), 신호 처리부(220), 배터리(230), 통신모듈(240) 및 동작 제어부(250)를 포함하여 구성된다.

혈압측정모듈(210)은 PPG 센서를 포함하여 광센서를 활용하여 혈압을 측정한다.

신호 처리부(220)는 혈압측정모듈(210)에서 감지된 생체신호를 처리하는데, 혈압과 PPG 펄스 사이의 상관관계를 처리하는 매치필터(Matched Filter)를 포함한다.

배터리(230)는 2차 전지 형태로 재충전하여 반복 사용할 수 있는 구조로 이루어지며, 플렉서블 회로기판(200)의 각 부품에 구동전원을 공급한다.

통신모듈(240)은 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈, LTE 통신모듈 중 적어도 어느 하나 이상의 모듈을 포함하며, 동작 제어부(250)의 제어에 따라 외부장치(스마트폰 등)와 데이터를 교환하는 동작을 수행한다.

동작 제어부(250)는 신호 처리부(220)에서 처리된 신호를 토대로 위험도를 판단하고, 소정의 위험도에 도달할 경우 외부로 위험신호를 송출하도록 제어한다.

도 4는 파워다운모드 진입과정을 나타낸 도면이다. 도 4는 미리 설정된 고정주기마다 파워다운모드로 진입하는 예시를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 동작 제어부(250)는 소정의 주기로 파워다운모드로 진입하는 동작을 수행하는데, 주기적으로 웨이크업(Wake up) 상태로 진입할 때마다 PPG 센서를 동작시켜 혈압정보를 획득한다.

또한, 동작 제어부(250)는 미리 인증된 외부의 스마트폰의 제어 애플리케이션과 연동되어 동작하며, 혈압의 변화율이 소정의 범위 내에서 소정의 시간동안 일정할 경우 파워다운모드로 진입하도록 제어할 수 있다.

또한, 동작 제어부(250)는 노멀동작모드에서 혈압의 변화율이 소정의 범위 내에서 소정의 시간동안 일정할 경우, 파워다운모드로 자동 진입하도록 제어하는데, 이 때 손목에 소정의 압력 이상이 발생할 때 생성되는 인터럽트 신호에 의해 노멀모드로 자동전환 될 수 있다.

도면에는 미도시 되었으나 플렉서블 회로기판(200)에는 손목의 압력을 감지하고 인터럽트 신호를 발생하는 인터럽트 발생부가 더 포함될 수 있다.

참고적으로, PPG 신호는 주로 저주파 대역의 성분을 가지고 있다. 하지만 개인차에 의해 또는 심박률에 의해 상대적으로 고주파수 성분이 발생할 수 있다. 따라서 신호 처리부(220)는 PPG 신호 중 0.05 ～ 20 Hz 대역이 통과 되도록 필터를 포함할 수 있다. 또한 신호 처리부(220)는 적색광과 적외광에 대한 혈액량의 변동을 반영하기 위해 발광다이오드를 제어할 수 있고, 측정되어진 신호도 필터링 되고 증폭되어 분류할 수 있다.

도 5는 스마트 웨어러블 장치가 병원 응급시스템과 연동되는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 스마트 웨어러블 장치의 동작 제어부(250)는 주기적으로 웨이크업(Wake up) 상태로 진입할 때마다 PPG 센서를 동작시켜 혈압정보를 획득한다.

이때, 동작 제어부는 혈압이 기준범위를 초과하여 고혈압 또는 저혈압과 같은 쇼크가 발생할 수 있는 상태로 판단될 경우, 미리 지정된 스마트폰에 알람을 송출하고, 지정병원의 서버 또는 단말로 사용자의 현재상태를 자동전송한다.

이때, 동작 제어부는 사용자가 스마트폰을 소지한 상태일 경우, 스마트폰을 통해서 지정병원의 서버 또는 단말로 사용자의 현재상태를 송신하는데, 이때 스마트폰의 위성위치정보 및 기지국 정보를 동시에 전송함으로서 지정병원에서 사용자의 현재위치를 빠르게 파악하여 응급차를 출동시킬 수 있다.

이와 같이 플렉서블 회로기판(200)의 각 구성의 동작에 의해 혈압의 상중하 한치를 구분하고 위험성이 있는 혈압에 도달하면 알람을 울리고 주변에 병원으로 이정보를 자동으로 알려주는 기능을 수행할 수 있다.

도 6은 스마트 웨어러블 장치(1)의 단면을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치의 단면을 보여주는 것으로, 탄성밴드(100)는 손목을 지지하기 위한 탄성지지층(110)과 탄성지지층의 하부에 형성되며, 나노섬모구조를 가져 플렉서블 회로기판(200)의 PPG 모듈이 피부에 밀착되도록 한 고정층(120)을 포함한다.

탄성지지층(110)은 폴리에스터, 나일론, 폴리우레탄 탄성사 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에스터와 폴리우레탄 탄성사를 혼방한 것을 사용할 수 있다. 이때, 섬유는 편성물 조직으로 형성하여 더욱 신축성 및 탄성력을 가질 수 있다.

이때, 탄성지지층은 1.5 내지 7 kg/㎠의 가압력을 갖도록 제어될 수 있으며, 가압력이 1.5 kg/㎠ 미만으로 형성되면, PPG 모듈이 손목에 밀착되지 못하여 센싱정확도가 저하되고, 7kg/㎠을 초과할 경우 손목을 지나치게 압박하기 때문에 상기 가압범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

탄성밴드(100)를 손목에 탈착하기 위하여 일 실시예로, 탄성지지층의 일측 말단에는 암벨크로 테이프가 구비되고, 타측 말단에는 이에 대응되는 위치에 숫벨크로 테이프가 구비되어 웨어러블 장치를 탈착하고, 손목의 조임 정도를 제어할 수 있다.

이때, 탄성밴드(100)를 손목에 탈착하기 위한 수단은 이에 한정하는 것은 아니며, 착용부위에 착용하거나 착용된 상태에서 용이하게 풀거나 손목의 조임 정도를 제어하는 공지의 다른 다양한 실시예로 변경가능함은 자명하다.

고정층(120)은 탄성지지층(110)의 하부에 형성되며, 나노 섬모 구조를 가져 PPG 모듈이 피부에 밀착되도록 한다.

도 6a는 다른 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치(1)의 단면을 나타낸 도면이다.

도 6a의 탄성밴드(100)는 사용자의 손목과 접촉하는 부위에 플렉서블 회로기판(200)이 삽입될 수 있는 삽입영역이 형성되어 있다. - (A) -

이와 같은 구조에 의해 플렉서블 회로기판(200)의 PPG 센서가 사용자의 손목에 더욱 밀착되므로 사용자가 이동하면서도 실시간으로 혈압을 정확하게 측정할 수 있다.

참고적으로 탄성밴드(100)는 스판덱스섬유를 혼방한 폴리에스터섬유(혹은 나일론 섬유)로 구성될 수 있으며 이때, 스판덱스섬유는 절단신장율이 400-800% 이다. 탄성밴드(100)는 면섬유 98% 및 스판덱스섬유 2% 로 구성될 수도 있다.

즉, 상기 탄성지지층(110)은 면섬유 90 내지 99중량%와 스판덱스 1 내지 10중량%를 혼방한 것을 사용할 수 있다.

바람직하게는, 면섬유 95 내지 99중량%와 스판덱스 1 내지 5중량%를 혼방한 것을 사용하며, 더욱 바람직하게는, 면섬유 98중량%와 스판덱스 2중량%를 혼방한 것을 사용할 수 있다.

한편, 탄성밴드(100)가 탄성지지층(110) 및 고정층(120)으로 구성될 경우, 고정층(120)에 플렉서블 회로기판(200)이 삽입될 수 있는 삽입영역이 형성될 수 있다. - B -

도 7은 나노 섬모 구조를 나타낸 도면이다.

도 7은 나노 섬모 구조를 확대한 것으로 보여주는 것으로, 나노 섬모 구조는 고-종횡비를 갖는 기울어진 구조, 나노 구조의 말단에 형성되는 계층 구조 및 주걱 모양의 구조를 가져 손목에 착용시 피부와 나노 섬모 구조 사이에 반데르발스 힘이 작용하여 압착 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

고정층(120)의 일 실시예로, 도 4에서 보여주는 바와 같이, 탄성지지층의 전면을 따라 형성되거나(도 4(A)), 상기 PPG 모듈 외주면 보다 큰 사이즈로 형성되어(도 4(B)) 탄성밴드 착용시 PPG 모듈 주변부가 손목에 밀착되도록 하고, 탄성지지층(110)은 우수한 탄성력으로 고정층과 손목 사이를 더욱 밀착시켜 PPG 모듈의 센서의 센싱 정확도를 더욱 향상시키고, 움직임을 제한시킬 수 있어 센싱 오류를 줄일 수 있게 되는 것이다.

고정층은 의 나노섬모구조는 직경 100 내지 300nm, 고종횡비 15 내지 30 을 가지며, 고정층의 접착력은 1.5N/㎠ 내지 10N/㎠ 의 접착력을 가질 수 있다.

이때, 고정층(120)을 형성하기 위한 방법으로는 실리콘 경사 에칭공정, 2-step UV 경화공정, e-beam 조사공정 또는 이들의 조합 중 어느 하나의 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 고정층의 재질은 탄소나노튜브일 수 있으나, 나노 섬모 구조를 형성할 수 있는 재질이라면 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 웨어러블 장치는 탄성밴드를 이용하여 손목에 밀착시킴으로서 신뢰성 있게 실시간 혈압측정이 가능하다.

또한, 설정된 조건에 따라 파워다운모드로 자동 진입하여 저전력 모드를 달성할 수 있으므로 배터리 사용시간이 증가한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 탄성밴드
200 : 플렉서블 회로기판
210 : 혈압측정모듈
220 : 신호 처리부
230 : 배터리
240 : 통신모듈
250 : 동작 제어부

Claims (8)

1. 광센서를 이용한 혈압측정모듈이 구비된 플렉서블 회로기판; 및
   사용자의 손목을 감싸며 상기 플렉서블 회로기판을 고정하는 탄성밴드;
   를 포함하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성밴드는,
   손목에 접촉되는 면에 상기 플렉서블 회로기판을 삽입시키기 위한 삽입영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성밴드는 스판덱스섬유를 혼방한 폴리에스터섬유 또는 나일론섬유를 포함하고, 상기 스판덱스섬유는 절단신장율이 400-800% 인 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 탄성밴드는 면섬유 98% 및 스판덱스섬유 2% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 플레서블 회로기판은,
   PPG 센서가 구비된 상기 혈압측정모듈;
   상기 혈압측정모듈에서 감지된 생체신호를 처리하는 신호 처리부; 및
   상기 신호 처리부에서 처리된 신호를 토대로 위험도를 판단하고, 소정의 위험도에 도달할 경우 외부로 위험신호를 송출하는 동작 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 동작 제어부는,
   미리 인증된 외부의 스마트폰의 제어 애플리케이션과 연동되어 동작하며, 혈압의 변화율이 소정의 범위 내에서 소정의 시간동안 일정할 경우 파워다운모드로 진입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 탄성밴드는,
   손목을 지지하기 위한 탄성지지층;과
   상기 탄성지지층의 하부에 형성되며, 나노섬모구조를 가져 상기 플렉서블 기판이 피부에 밀착되도록 한 고정층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 탄성지지층은,
   폴리에스터 섬유와 폴리우레탄 탄성사를 혼방한 것임을 특징으로 하는 실시간 혈압측정이 가능한 스마트 웨어러블 장치.

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