KR20220167630A - 체온 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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김상규
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Abstract

피검체의 심부 체온 추정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 체온 추정 장치는 피검체로부터 심부 체온 추정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서 및 상기 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 상기 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 상기 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

체온 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BODY TEMPERATURE}
복수의 센서를 이용하여 심부 체온을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 체온은 4대 활력징후(vital sign) 중의 하나로서 매우 중요한 임상적 의의를 지닌다. 체온 센서는 환자의 감염 여부, 약물의 열적 부작용 여부, 여성의 배란 시기 체크 등 다양한 애플리케이션에 적용이 가능하다. 하지만 피부 체온과 심부 체온은 외부 온도에 따라 차이가 날 수 있기 때문에 웨어러블 기기와 같이 휴대형 기기에서 심부 온도를 측정하는 것은 쉽지 않다. 일반적인 체온 센서는 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있다. 접촉식 센서에는 RTD(Resistance Temperature Detector), 서미스터(thermistor) 등 전기적 저항 변화를 검출하는 센서, 기전력을 검출하는 서모커플(thermocouple) 등이 있다. 또한, 비접촉식 센서에는 서모파일(thermopile), 마이크로 볼로미터 등이 있는데 이들은 체표면에서 복사하는 적외선을 검출하여 체온을 측정한다. 일반적인 체온 측정 기술은 외부 주변 온도의 변화와 습도, 공기 흐름 등 열전달에 영향을 미치는 환경 요소의 변화에 의해 영향을 많이 받게 된다.
광학 또는 온도 기반 센서를 포함하는 복수의 센서를 통해 측정된 신호를 이용하여 피검체의 심부 체온을 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 체온 추정 장치는 피검체로부터 심부 체온 추정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서 및 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 열유속과 획득된 열전도도 사이의 비율, 표면 온도 및 혈류 속도의 선형 결합을 통해 심부 체온을 추정할 수 있다.
복수의 센서는 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG(Photoplethymogram) 신호를 측정하는 PPG 센서를 포함하고, 프로세서는 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호를 기초로 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
프로세서는 PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 추출된 특징으로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
프로세서는 미리 정의된 선형/비선형 관계식을 이용하여 획득된 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득할 수 있다.
복수의 센서는 피검체의 접촉시 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
복수의 센서는 복수의 온도 센서 또는 열류 센서(heat flow sensor)를 포함하고, 프로세서는 복수의 온도 센서 또는 열류 센서를 통해 측정된 데이터를 기초로 상기 열유속을 획득할 수 있다.
복수의 온도 센서 중의 제1 온도 센서는 열전도 소재의 피검체의 접촉면에 배치되고, 제2 온도 센서는 열전도 소재의 피검체 접촉면의 반대편에 배치되며, 프로세서는 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도, 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도 및 열전도 소재의 열전도도를 기초로 열유속을 측정할 수 있다.
복수의 센서는 PPG 센서 및 ECG(Electrocardiogram) 센서 중의 적어도 하나를 포함하고, 프로세서는 PPG 센서를 통해 획득된 PPG 신호 및 ECG 센서를 통해 획득된 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
프로세서는 PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
프로세서는 PPG 신호의 전진파 성분과 반사파 성분의 시간 지점 사이의 차이를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
일 양상에 따르면 심부 온도 추정 방법은 복수의 센서를 통해 피검체로부터 데이터를 획득하는 단계, 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속(heat flux), 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하는 단계, 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하는 단계 및 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
피검체의 심부 체온을 추정하는 단계는 열유속과 상기 획득된 열전도도 사이의 비율, 상기 표면 온도 및 상기 혈류 속도의 선형 결합을 통해 상기 심부 체온을 추정할 수 있다.
데이터를 획득하는 단계는 PPG(Photoplethymogram) 센서에 의해 피검체에 광을 조사하는 단계 및 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG 신호를 측정하는 단계를 포함하고, 피검체의 피부 혈류량을 획득하는 단계는 측정된 PPG 신호를 기초로 상기 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
피검체의 피부 혈류량을 획득하는 단계는 PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 추출된 특징으로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
피검체의 열유속을 획득하는 단계는 복수의 온도 센서 또는 열류 센서(heat flow sensor)를 이용하여 측정된 데이터를 이용하여 열유속을 획득할 수 있다.
데이터를 획득하는 단계는 PPG 센서 및 ECG 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 PPG 신호 및 ECG 신호 중의 적어도 하나를 획득하고, 혈류 속도를 획득하는 단계는 PPG 신호 및 상기 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 혈류 속도를 획득할 수 있다.
혈류 속도를 획득하는 단계는 PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차를 기초로 혈류 속도를 획득할 수 있다.
혈류 속도를 획득하는 단계는 PPG 신호의 전진파 성분과 반사파 성분의 시간 지점 사이의 차이를 기초로 혈류 속도를 획득할 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨어러블 기기는 본체, 본체의 양단에 연결되어 본체를 사용자의 손목에 착용시키는 스트랩, 본체의 후면에 배치되어, 본체가 사용자의 손목에 착용될 때 손목으로부터 심부 체온 측정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서 및 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
복수의 센서를 통해 측정된 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 온도 센서를 이용하여 열유속을 측정하기 위한 센서의 구조를 간단하게 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 PPG 신호의 특징으로부터 혈류량을 추정하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 혈류 속도 측정을 위한 PPG 신호와 ECG 신호와의 시간차 측정을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 혈류 속도 측정을 위한 전진파 성분과 반사파 성분의 시간차 측정을 도시한 것이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 8 내지 도 11은 체온 추정 장치를 포함하는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 체온 추정 장치(100)는 센서(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
센서(110)는 피검체로부터 심부 체온 추정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서들을 포함할 수 있으며, 프로세서(120)는 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 획득할 수 있다.
센서(110)는 피검체의 접촉시 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있으며, 프로세서(120)는 온도 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도를 획득할 수 있다. 예를 들어, 센서(110)는 피검체의 표면 온도를 측정하기 위해 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다. 서미스터는 피검체의 온도를 측정하는 온도 센서 중에서 접촉식 온도 센서에 해당하며 피검체의 손목에 접촉하여 손목의 표면 온도를 측정할 수 있다.
센서(110)는 복수의 온도 센서 또는 열류 센서(heat flow sensor)를 포함할 수 있으며, 프로세서(120)는 복수의 온도 센서 또는 열류 센서를 통해 측정된 데이터를 기초로 열유속을 획득할 수 있다. 열류 센서는 열류 밀도 측정을 통해 열유속을 측정할 수 있는 센서로 피검체에 접촉하여 열유속을 측정할 수 있다. 열류 센서는 1×1×0.5mm3 이하의 부피일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 온도 센서를 이용하여 열유속을 측정하기 위한 센서(110)의 구조를 간단하게 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 센서(110)는 열전도 소재(230), 열전도 소재(230)의 피검체(OBJ) 접촉면에 배치되는 제1 온도 센서(210), 열전도 소재(230)의 피검체(OBJ) 접촉면의 반대편에 배치되는 제2 온도 센서(220)를 포함하고, 프로세서(120)는 제1 온도 센서(210)에 의해 측정된 온도(T1), 제2 온도 센서(220)에 의해 측정된 온도(T2) 및 열전도 소재(230)의 열전도도(G1)를 기초로 열유속(Q1)을 측정할 수 있으며 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 T1은 제1 온도 센서(210)에 의해 측정된 피검체(OBJ)의 표면 온도이며 T2는 제2 온도 센서(220)에 의해 측정된 열전도 소재(230)의 표면 온도이다. 피검체(OBJ)의 표면 온도(T1)에서 열전도 소재(230)의 표면 온도(T2)를 차감한 값에 열전도 소재(230)의 열전도도(G1)를 곱한 값으로 열유속(Q1)을 측정할 수 있다. 제1 및 제2 온도 센서(210, 220)는 0.5×0.5mm2 이하의 면적일 수 있으며, 열전도 소재(230)의 높이는 1mm 이하일 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 및 제2 온도 센서는 서미스터를 포함할 수 있다.
센서(110)는 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG(Photoplethymogram) 신호를 측정하는 PPG 센서를 포함할 수 있으며, 프로세서(120)는 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호를 기초로 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 추출된 특징으로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 PPG 신호의 특징으로부터 혈류량을 추정하는 것을 도시한 것이다.
PPG 신호는 DC와 AC 신호로 구성되어 있으며 DC 신호는 변하지 않는 신호로 뼈, 근육 등에 대한 신호이며 AC 신호는 동맥 중 심장에서 박출된 혈액의 유입에 따라 변하는 신호이다. 도 3을 참조하면, 상단 부분이 맥파에 따라 변하는 AC 신호이며 하단 부분이 변하지 않는 DC 신호에 해당한다. AC 신호는 유입되는 동맥혈의 양이 많아지는지 또는 적어지는지를 나타낼 수 있으므로 혈류량의 변화를 간접적으로 반영한다. 따라서 프로세서(120)는 PPG 신호의 AC 성분 부분의 면적(310)인 AUC(area under curve)를 PPG 신호의 특징으로 추출하고, 추출된 AUC를 이용하여 혈류량을 추정할 수 있다. 이때, AUC와 피부 혈류량과의 상관 관계를 미리 정의한 혈류량 추정 모델을 이용하여 추출된 AUC로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 수학식 2에 따라, PPG 신호의 AC 신호와 DC 신호의 비율을 나타내는 관류 지수(Perfusion Index)를 PPG 신호의 특징으로 획득하고, 획득된 관류 지수를 이용하여 혈류량을 추정할 수 있다. 예컨대, 관류 지수와 피부 혈류량과의 상관 관계를 미리 정의한 혈류량 추정 모델을 이용하여 획득된 관류 지수로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
Figure pat00002
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 그 밖에 혈류량 추정을 위한 PPG 신호의 특징으로 PPG 신호의 전진파 성분과 관련된 시간 및 그 시간에 대응하는 진폭, PPG 신호의 반사파 성분과 관련된 시간 및 그 시간에 대응하는 진폭을 특징점으로 추출할 수 있다. 이때, 전진파 성분 및 반사파 성분과 관련된 특징점은 PPG 신호의 2차 미분신호를 기초로 추출할 수 있다. 예컨대, 2차 미분신호의 첫 번째 극소점의 시간 위치를 전진파 성분과 관련된 시간으로 추출하고 두 번째 및 세 번째 극소점의 시간 위치를 각각 반사파 성분과 관련된 시간으로 추출할 수 있다. 또한, PPG 신호의 소정 구간에서 소정 지점의 시간 및/또는 진폭, 예컨대, 최대 진폭 지점의 시간 및/또는 진폭, 최대 진폭 지점의 시간과 전진파 성분과 관련된 시간 사이의 내분점의 시간 및/또는 그 시간에 해당하는 진폭을 특징점으로 추출할 수 있다. 이때, 내분점은 두 시간 지점 사이의 중간 지점 또는 소정 비율로 내분한 지점일 수 있다.
센서(110)는 PPG 센서 및 ECG(Electrocardiogram) 센서 중의 적어도 하나를 포함하고, 프로세서(120)는 PPG 센서를 통해 획득된 PPG 신호 및 ECG 센서를 통해 획득된 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
일 예로, PPG 센서와 ECG 센서로부터 PPG 신호와 ECG 신호가 획득되면, 프로세서(120)는 PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 혈류 속도 측정을 위한 PPG 신호와 ECG 신호와의 시간차 측정을 도시한 것이다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 프로세서(120)는 PPG 신호의 최대점(P1)을 제1 특징점으로 추출하고, 또한, ECG 신호에서 제1 특징점의 직전에 발생하는 R파(E1)를 제2 특징점으로 추출할 수 있다. 추출된 PPG 신호의 제1 특징점과 ECG 신호의 제2 특징점 사이의 시간차인 맥파 도달 시간(Pulse Arrival Time: PAT)을 이용하여 혈류 속도를 측정할 수 있다.
다른 예로, 복수의 센서가 PPG 센서만을 포함하고, PPG 센서로부터 PPG 신호가 수신되면, 프로세서(120)는 PPG 신호의 적어도 두 지점을 특징점으로 획득하고, 획득된 두 지점 사이의 시간 차를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 혈류 속도 측정을 위한 전진파 성분과 반사파 성분의 시간차 측정을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, PPG 신호를 구성하는 전진파 성분(510)의 시간 지점(T1)을 제1 특징점으로 획득하고, 두 번째 반사파 성분(530)의 시간 지점(T3)을 제2 특징점으로 획득할 수 있으며 획득된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간 차(T3-T1)를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다. 다만, 제1 특징점 및 제2 특징점은 이에 제한되는 것은 아니며 전진파 성분(510)의 시간 지점(T1)과 첫 번째 반사파 성분(520)의 시간 지점(T2), 첫 번째 반사파 성분(520)의 시간 지점(T2)과 두 번째 반사파 성분(530)의 시간 지점(T3)을 각각 제1 특징점 및 제2 특징점으로 획득할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 PPG 신호의 2차 미분신호를 획득하고, 획득된 2차 미분신호의 극소점의 시간을 이용하여 전진파 성분 및 반사파 성분의 시간 지점을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 PPG 신호를 구성하는 전진파 성분의 기울기를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다. 일반적으로 전진파 성분의 기울기가 클수록 혈류 속도는 빠르며, 혈류 속도가 가장 빠른 기울기의 최대값은 전진파 성분의 1차 미분하여 0이 되는 지점에서의 기울기 이거나 전진파 성분의 풋(foot)과 피크(peak)의 기울기로 결정할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 피검체의 서로 다른 위치에서 측정된 PPG 신호의 시간차인 맥파 전달 시간(Pulse transit time: PTT)을 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 피검체의 제1 위치에서 측정된 PPG 신호의 첫 번째 피크 지점에서의 시간 지점을 제1 특징점으로 획득하고 제2 위치에서 측정된 PPG 신호의 첫 번째 피크 지점에서의 시간 지점을 제2 특징점으로 획득하여 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간 차를 기초로 혈류 속도를 측정할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐이며 다양한 제1 특징점 및 제2 특징점의 획득이 가능하다.
이와 같이 구해진 혈류 속도는 일반적으로 열 손실과 관련되어 있다. 일반적으로 동맥혈을 통한 심부에서 손목에 열 전달시 열 손실이 발생하므로 심부 온도의 정확한 추정을 위해서는 열 손실에 대한 보정이 필요하다. 열 손실은 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서 Tloss는 열 손실, D는 피부 표면으로부터 심부까지의 거리, V는 혈류 속도, TPAT는 맥파 도달 시간을 의미한다.
이와 같이, 혈류 속도(V)는 맥파 도달 시간(TPAT)과 반비례 관계를 갖고, 이 관계를 통해 획득한 맥파 도달 시간으로부터 혈류 속도를 추정할 수 있으며, 획득된 혈류 속도를 기초로 심부 체온 추정시의 열 손실을 보정할 수 있다.
프로세서(120)는 미리 정의된 선형/비선형 관계식을 이용하여 획득된 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득할 수 있으며 예를 들어, 피부 열전도도는 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
여기서 G는 피부 열전도도, Fs는 피부 혈류량, k 및 α는 미리 정해진 값이며 피부 열전도도(G)는 피부 혈류량(Fs)과 선형 관계임을 알 수 있다.
프로세서(120)는 획득된 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있으며 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
여기서 Tbody는 심부 체온, Tskin은 피부 표면 온도, Qs는 열유속, Fs는 피부 혈류량, (k + αFs)는 열전도도, V는 혈류 속도, α 및 β는 미리 정해진 값이며, 프로세서(120)는 열유속과 획득된 열전도도 사이의 비율, 표면 온도 및 혈류 속도의 선형 결합을 통해 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 체온 추정 장치(600)는 센서(610), 프로세서(620), 저장부(630), 출력부(640) 및 통신부(650)를 포함할 수 있다. 이때, 센서(610), 프로세서(620) 구성은 도 1의 실시예의 센서(110) 및 프로세서(120)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
저장부(630)는 심부 온도 추정과 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어 복수의 센서(610)를 통해 획득된 스펙트럼, 프로세서(620)의 처리 결과, 예컨대 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량, 피부 열전도도 또는 혈류 속도를 저장할 수 있다.
저장부(630)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.
출력부(640)는 프로세서(620)의 처리 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 출력부(640)는 디스플레이에 프로세서(620)의 체온 추정값을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값이 정상 범위를 벗어나면 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하거나 정상 범위를 함께 표시함으로써 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다. 또한, 출력부(640)는 시각적 표시와 함께 또는 단독으로 스피커 등의 음성 출력 모듈, 햅틱 모듈 등을 이용하여 음성, 진동, 촉감 등의 비시각적인 방식으로 사용자에게 심부 온도 추정값을 제공할 수 있다.
통신부(650)는 외부 기기와 통신하여 심부 온도 추정과 관련된 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 체온 추정 결과를 사용자의 스마트폰 등의 외부 기기에 전송하여 사용자가 상대적으로 성능이 우수한 기기를 통해 성분 분석 결과를 관리 및 모니터링하도록 할 수 있다.
통신부(650)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 포함하는 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 7은 도 1 및 도 6의 실시예에 따른 체온 추정 장치(100,600)에 의해 수행되는 체온 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 상술하였으므로 중복 설명을 피하기 위해 간단히 설명한다.
도 7을 참조하면, 먼저 체온 추정 장치는 복수의 센서를 통해 피검체로부터 데이터를 획득할 수 있다(710). 이때, 복수의 센서는 심부 체온 추정에 필요한 파라미터를 획득하기 위해 온도 센서, 열류 센서, PPG 센서, ECG 센서 등을 포함할 수 있다.
그 다음, 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득할 수 있다(720).
이 때, 온도 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 피검체의 표면 온도를 획득할 수 있다.
또한, 복수의 온도 센서 또는 열류 센서를 이용하여 측정된 데이터를 이용하여 열유속을 획득할 수 있다.
또한, PPG 센서에 의해 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG 신호를 측정하고, 측정된 PPG 신호를 기초로 피부 혈류량을 획득할 수 있다. 예를 들어, PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 추출된 특징으로부터 피부 혈류량을 획득할 수 있다.
또한, PPG 센서 및 ECG 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 맥파 전달 시간을 구하고, 구해진 맥파 전달 시간을 이용하여 혈류 속도를 획득할 수 있다. 예컨대, PPG 신호 및 ECG 신호 중의 적어도 하나를 획득하고, 획득된 PPG 신호 및 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 맥파 전달 속도를 획득할 수 있다. 예를 들어, PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차 또는 PPG 신호의 전진파 성분과 반사파 성분의 시간 지점 사이의 차이를 기초로 맥파 전달 속도를 획득할 수 있다.
그 다음, 획득된 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득할 수 있다(730).
그 다음, 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다(740). 예를 들어, 열유속과 획득된 열전도도 사이의 비율, 표면 온도 및 혈류 속도의 선형 결합을 통해 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 체온 추정 장치(100, 600)를 포함하는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8를 참조하면 전자장치는 스마트 워치 타입의 웨어러블 장치(800)로 구현될 수 있으며 본체(MB)와 손목 스트랩(ST)을 포함할 수 있다.
본체(MB)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 본체(MB) 및/또는 스트랩(ST)의 내부에는 각종 구성에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다. 스트랩(ST)은 본체의 양단에 연결되어 본체를 사용자의 손목에 착용시키며 사용자의 손목을 감싸는 형태로 구부려질 수 있도록 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 스트랩(ST)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩의 일단부는 각각 본체(MB)의 양측에 연결되고, 제1 스트랩과 제2 스트랩의 타단부에 형성된 체결수단을 이용하여 서로 체결될 수 있다. 이때, 체결수단은 자석 결합, 벨크로(velcro) 결합, 핀 결합 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(ST)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
본체(MB)에는 다양한 구성들이 탑재된다. 센서(810), 프로세서, 출력부, 저장부 및 통신부가 장착될 수 있다. 다만, 폼 팩터(form factor)의 사이즈 및 형태 등에 따라 표시부, 저장부 및 통신부 중의 일부는 생략될 수 있다.
센서(810)는 광학 센서 또는 온도 센서를 포함하는 복수의 센서들을 포함할 수 있으며 본체(MB)가 사용자의 손목에 착용될 때 사용자의 손목 상부에 접촉하여 손목으로부터 심부 체온 측정을 위한 데이터를 획득할 수 있도록 본체(MB)의 후면에 배치될 수 있다.
조작부(860)는 도시된 바와 같이 본체(MB)의 측면에 형성될 수 있다. 조작부(860)는 사용자의 명령을 수신하여 프로세서로 전달할 수 있다. 또한, 조작부(860)는 웨어러블 기기(800)의 전원을 온/오프시키는 전원 버튼을 포함할 수 있다.
본체(MB)에 탑재된 프로세서는 센서(810)를 비롯한 다양한 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 복수의 센서(810)에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 상기 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 상기 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 상기 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 획득된 열유속과 열전도도 사이의 비율, 표면 온도 및 혈류 속도의 선형 결합을 통해 심부 체온을 추정할 수 있다.
본체(MB)의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 체온 정보, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에 심부 체온 추정값을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값이 정상 범위를 벗어나면 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하거나 정상 범위를 함께 표시함으로써 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다.
도 9를 참조하면, 전자장치는 이어(Ear) 웨어러블 장치(900)로도 구현될 수 있다.
이어(Ear) 웨어러블 장치(900)는 본체와 이어 스트랩(Ear Strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 장치(900)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(External Auditory Meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서(910)가 탑재될 수 있다. 이어 웨어러블 장치(900)는 체온 추정 결과를 사용자에게 음향으로 제공하거나, 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 등으로 전송할 수 있다.
도 10를 참조하면, 전자장치는 스마트 폰(Smart Phone)과 같은 모바일 장치(1000)로 구현될 수 있다.
모바일 장치(1000)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 장치(1000)의 외관을 형성할 수 있다. 하우징의 제1 면에는 디스플레이 패널 및 커버 글래스(Cover Glass)가 차례로 배치될 수 있고, 디스플레이 패널은 커버 글래스를 통해 외부로 노출될 수 있다. 하우징의 제2 면에는 센서(1010), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다.
일 실시예로, 스마트폰 본체(1000)의 후면에는 사용자의 손가락으로부터 광 신호를 측정하는 센서부가 배치될 수 있으며, 본체(1000) 전면 지문 센서, 측면 전원 버튼, 볼륨 버튼이나 본체(1100) 전후면의 별도의 위치에 제2 센서부, 온도 센서 등이 배치되어 심부 체온을 추정할 수 있다.
또한, 사용자가 모바일 장치(1000)에 탑재된 어플리케이션 등을 실행하여 체온 추정을 요청하는 경우 센서(1010)를 이용하여 데이터를 획득하고 모바일 장치 내의 프로세서를 이용하여 심부 체온을 추정하고 사용자에게 추정값을 영상 및/또는 음향으로 제공할 수 있다.
도 11을 참조하면, 전자장치는 시계 타입의 웨어러블 장치와 스마트폰의 조합에 의해 구현될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐 다양한 전자장치들의 조합이 가능하다. 일 예로, 스마트폰의 본체(1100)에는 심부 체온을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 스마트폰의 프로세서는 체온 측정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 장치 본체(1110) 내부에 실장된 통신부와 통신하여 광 신호, 피부 표면 온도 등의 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치로부터 광 신호, 피부 표면 온도 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 심부 체온을 추정하여 출력부를 통해 도시된 바와 같이 스마트폰의 디스플레이에 그 결과를 출력할 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, 600: 체온 추정 장치
110,610, 810, 910, 1010: 센서
120,620: 프로세서
210: 제1 온도 센서 220: 제2 온도 센서
230: 열전도 소재 630: 저장부
640: 출력부 650: 통신부
800: 스마트 워치 타입 웨어러블 장치
900: 이어 타입 웨어러블 장치
1000, 1100: 스마트폰 본체 1110: 웨어러블 장치 본체

Claims (20)

  1. 피검체로부터 심부 체온 추정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서; 및
    상기 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 상기 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 상기 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하는 체온 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 열유속과 상기 획득된 열전도도 사이의 비율, 상기 표면 온도 및 상기 혈류 속도의 선형 결합을 통해 상기 심부 체온을 추정하는 체온 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서는
    피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG(Photoplethymogram) 신호를 측정하는 PPG 센서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 PPG 센서에 의해 측정된 PPG 신호를 기초로 상기 피부 혈류량을 획득하는 체온 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 상기 추출된 특징으로부터 상기 피부 혈류량을 획득하는 체온 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    미리 정의된 선형/비선형 관계식을 이용하여 상기 획득된 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하는 체온 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서는
    피검체의 접촉시 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 체온 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서는
    복수의 온도 센서 또는 열류 센서(heat flow sensor)를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 온도 센서 또는 열류 센서를 통해 측정된 데이터를 기초로 상기 열유속을 획득하는 체온 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 온도 센서 중의 제1 온도 센서는 열전도 소재의 피검체의 접촉면에 배치되고, 제2 온도 센서는 열전도 소재의 피검체 접촉면의 반대편에 배치되며,
    상기 프로세서는
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도 및 상기 열전도 소재의 열전도도를 기초로 상기 열유속을 측정하는 체온 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서는
    PPG 센서 및 ECG(Electrocardiogram) 센서 중의 적어도 하나를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 PPG 센서를 통해 획득된 PPG 신호 및 상기 ECG 센서를 통해 획득된 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 상기 혈류 속도를 측정하는 체온 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, 상기 ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차를 기초로 상기 혈류 속도를 측정하는 체온 추정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 PPG 신호의 전진파 성분과 반사파 성분의 시간 지점 사이의 차이를 기초로 상기 혈류 속도를 측정하는 체온 추정 장치.
  12. 복수의 센서를 통해 피검체로부터 데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속(heat flux), 피부
    혈류량 및 혈류 속도를 획득하는 단계;
    상기 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하는 단계; 및
    상기 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 단계를 포함하는 체온 추정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 단계는
    상기 열유속과 상기 획득된 열전도도 사이의 비율, 상기 표면 온도 및 상기 혈류 속도의 선형 결합을 통해 상기 심부 체온을 추정하는 체온 추정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 데이터를 획득하는 단계는
    PPG(Photoplethymogram) 센서에 의해 피검체에 광을 조사하는 단계; 및
    피검체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 PPG 신호를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 피검체의 피부 혈류량을 획득하는 단계는
    상기 측정된 PPG 신호를 기초로 상기 피부 혈류량을 획득하는 체온 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 피검체의 피부 혈류량을 획득하는 단계는
    상기 PPG 신호로부터 특징을 추출하고, 특징과 피부 혈류량과의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 상기 추출된 특징으로부터 상기 피부 혈류량을 획득하는 체온 추정 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 피검체의 열유속을 획득하는 단계는
    복수의 온도 센서 또는 열류 센서(heat flow sensor)를 이용하여 측정된 데이터를 이용하여 상기 열유속을 획득하는 체온 추정 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 데이터를 획득하는 단계는
    PPG 센서 및 ECG 센서 중의 적어도 하나를 이용하여 PPG 신호 및 ECG 신호 중의 적어도 하나를 획득하고,
    상기 혈류 속도를 획득하는 단계는
    상기 PPG 신호 및 상기 ECG 신호 중의 적어도 하나를 기초로 상기 혈류 속도를 획득하는 체온 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 혈류 속도를 획득하는 단계는
    상기 PPG 신호로부터 제1 특징점을 추출하고, 상기 ECG 신호로부터 제2 특징점을 추출하며, 추출된 제1 특징점과 제2 특징점 사이의 시간차를 기초로 상기 혈류 속도를 획득하는 체온 추정 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 혈류 속도를 획득하는 단계는
    상기 PPG 신호의 전진파 성분과 반사파 성분의 시간 지점 사이의 차이를 기초로 상기 혈류 속도를 획득하는 체온 추정 방법.
  20. 본체;
    상기 본체의 양단에 연결되어 상기 본체를 사용자의 손목에 착용시키는 스트랩;
    상기 본체의 후면에 배치되어, 상기 본체가 사용자의 손목에 착용될 때 손목으로부터 심부 체온 측정을 위한 데이터를 획득하는 복수의 센서; 및
    상기 복수의 센서에서 획득된 데이터를 이용하여 표면 온도, 열유속, 피부 혈류량 및 혈류 속도를 획득하고, 상기 피부 혈류량을 기초로 피부 열전도도를 획득하고, 상기 피검체의 표면 온도, 열유속, 피부 열전도도 및 혈류 속도를 기초로 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하는 웨어러블 기기.
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