KR20230006373A - 생체 임피던스 기반의 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예의 생체정보 추정 장치는 한 쌍의 입력 전극과 한 쌍의 출력 전극을 포함하는 전극부와, 상기 한 쌍의 입력 전극에 전류를 인가하고 상기 한 쌍의 출력 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서 및 상기 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 사이의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
생체 임피던스를 측정하여 비침습적으로 생체정보를 추정하는 장치 및 방법과 관련된다.
환자의 건강 상태를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 개발 중에 있다. 건강 진단 과정에서 환자의 편의, 건강 진단 결과의 신속성 등으로 인하여 환자의 전기적인 생체 신호를 측정하기 위한 의료 장비들의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 생체 임피던스는 생체의 건강이나 감정 상태를 모니터링하기 위하여 이용될 수 있으며, 최근에는 이러한 생체 임피던스를 측정하기 위한 장치를 소형화하고, 빠르고 정확하게 생체 임피던스를 측정하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
생체 임피던스를 이용하여 유리 지방산, 중성지방 등의 생체정보를 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 한 쌍의 입력 전극과 한 쌍의 출력 전극을 포함하는 전극부와, 상기 한 쌍의 입력 전극에 전류를 인가하고 상기 한 쌍의 출력 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서, 및 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 사이의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하고, 생체정보는 유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는 생체 임피던스와 조직액 내 유리 지방산 농도 간의 상관 관계를 분석하여 조직액 내 유리 지방산 추정 모델을 생성하고, 조직액과 혈액 간의 유리 지방산 농도의 상관 관계를 기초로 조직액 내 유리 지방산 농도로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득할 수 있다.
생체정보는 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나를 더 포함하고, 프로세서는 유리 지방산 농도와, 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 유리 지방산 농도로부터 상기 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 중의 적어도 하나를 획득할 수 있다.
혈액 검사 마커는 요산(uric acid), 크레아티닌(creatinine), 콜레스테롤, 혈압, 당화혈색소(HbA1C), 혈당, 헤마토크릿(Hct), 혈장 단백질 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는 추정된 중성지방 농도 또는 혈액 검사 마커를 기초로 운동 및 음식 섭취 중의 적어도 하나를 포함하는 권고 사항을 사용자에게 가이드 할 수 있다.
프로세서는 사용자의 성별, 나이 키, 몸무게 중의 적어도 하나를 포함하는 사용자 특성 정보를 더 이용하여 회귀 분석을 통해 혈액 검사 마커를 추정하는 추정 모델을 생성할 수 있다.
프로세서는 추정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 생체 임피던스의 측정 위치를 가이드 할 수 있다.
프로세서는 추정하고자 하는 생체정보가 유리 지방산 또는 중성지방인 경우 사용자의 복부에서 복부 임피던스를 측정하도록 가이드하고, 추정하고자 하는 생체정보가 혈액 검사 마커인 경우 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 가이드 할 수 있다.
프로세서는 임피던스 센서가 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 형성된 경우, 변환 모델을 이용하여 상기 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하고, 변환된 복부 임피던스를 기초로 유리 지방산 또는 중성지방을 추정할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 디스플레이, 음성 출력 장치, 및 햅틱 장치 중의 적어도 하나를 이용하여 생체정보의 추정 시점을 사용자에게 가이드 하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
출력부는 소정 기간 동안의 생체정보의 변화 추이를 상기 디스플레이를 통해 시각적으로 표시할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광 신호를 검출하는 광 센서를 더 포함하고, 프로세서는 생체 임피던스 및 상기 검출된 광 신호를 기초로 상기 생체정보를 추정하는 추정 모델을 생성할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 생체 임피던스를 이용하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 단계, 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 간의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하는 단계 및 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 단계를 포함하고, 생체정보는 유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
생체정보를 추정하는 단계는 생체 임피던스와 조직액 내 유리 지방산 농도 간의 상관 관계를 나타내는 조직액 내 유리 지방산 추정 모델을 이용하여 조직액 내 유리 지방산 농도를 추정하고, 조직액과 혈액 간의 유리 지방산 농도의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 조직액 내 유리 지방산 농도로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득할 수 있다.
생체정보는 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나를 더 포함하고, 유리 지방산 농도와 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 유리 지방산 농도로부터 상기 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 중의 적어도 하나를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 추정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 생체 임피던스의 측정 위치를 가이드하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추정 모델을 생성하는 단계는 임피던스 센서가 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정한 경우, 변환 모델을 이용하여 상기 측정된 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하고, 변환된 복부 임피던스를 기초로 상기 유리 지방산 또는 중성지방을 추정하기 위한 추정 모델을 생성할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 한 쌍의 입력 전극과 한 쌍의 출력 전극을 포함하는 전극부와, 상기 한 쌍의 입력 전극에 전류를 인가하고 상기 한 쌍의 출력 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서 및, 측정된 생체 임피던스를 이용하여 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나를 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 생체 임피던스와, 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 상기 생체 임피던스로부터 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나를 획득할 수 있다.
일 양상에 따르면, 전자장치는 본체, 사용자의 제1 신체 부위가 접촉하도록 상기 본체의 제1 면에 배치된 제1 전극부와, 사용자의 제2 신체 부위가 접촉하도록 상기 본체의 제2 면에 배치된 제2 전극부, 및 제1 전극부 및 제2 전극부를 통해 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서 및, 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 간의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하고, 생체정보는 유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
생체 임피던스를 이용하여 유리 지방산이나 중성지방 농도, 또는 지방 분해/소비 정보, 혈액 검사 마커 등의 다양한 생체정보를 추정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2a는 혈액 검사를 통해 측정된 3명의 피험자의 혈액 내 지방산 값을 나타낸 것이다.
도 2b 및 도 2c는 생체 임피던스와 유리 지방산 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 생체 임피던스와 중성지방 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 생체 임피던스와 요산 또는 크레아티닌 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 생체정보 추정 결과를 사용자에게 제공하는 실시예들이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 8 내지 도 12는 실시예들에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 13 내지 도 17은 생체정보 추정 장치를 포함하는 다양한 전자장치의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 2a는 혈액 검사를 통해 측정된 3명의 피험자의 혈액 내 지방산 값을 나타낸 것이다.
도 2b 및 도 2c는 생체 임피던스와 유리 지방산 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 생체 임피던스와 중성지방 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 생체 임피던스와 요산 또는 크레아티닌 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 생체정보 추정 결과를 사용자에게 제공하는 실시예들이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 8 내지 도 12는 실시예들에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 13 내지 도 17은 생체정보 추정 장치를 포함하는 다양한 전자장치의 구조를 간략하게 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.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 2a는 혈액 검사를 통해 측정된 3명의 피험자의 혈액 내 지방산 값을 나타낸 것이다. 도 2b 및 도 2c는 생체 임피던스와 유리 지방산 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 생체 임피던스와 중성지방 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 생체 임피던스와 요산 또는 크레아티닌 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체정보 추정 장치(1)는 임피던스 센서(100) 및 프로세서(200)를 포함한다. 생체정보 추정 장치(1)의 구성들(100,200)은 하나의 하드웨어에 일체로 형성되거나, 임피던스 센서(100)와 프로세서(200)가 별도의 하드웨어에 형성되어 전기적으로 직접 연결되거나 무선 통신으로 상호 연결될 수 있다.
임피던스 센서(100)는 전극부(110)와 측정부(120)를 포함하며, 사용자로부터 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
전극부(110)는 제1 전극부(111)와 제2 전극부(112)로 이루어질 수 있다. 각 전극부(111,112)는 도시된 바와 같이 입력 전극(111a,112b)과 출력 전극(111b,112b)을 포함하여 4 전극법으로 생체 임피던스를 측정할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 각 전극부(111,112)가 하나의 전극으로 형성되어 2 전극법으로 생체 임피던스를 측정할 수도 있다. 입력 전극(111a,112b)과 출력 전극(111b,112b)은 막대형, 'ㄷ' 자형, 반원형 및 원형 등의 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
측정부(120)는 사용자의 신체 부위에 접촉된 제1 전극부(111) 및 제2 전극부(112)의 입력 전극(111a,112b)에 전류를 인가하고, 출력전극(121b,112b) 사이에 걸리는 전압을 측정하여 생체 임피던스를 측정할 수 있다. 예컨대, 전류는 50kHz의 주파수를 갖는 약 500 미크론의 정전류일 수 있다. 도시된 바와 같이, 측정부(120)는 전압을 측정하는 전압계(121)와 교류 전류를 인가하는 전류원(122)을 포함할 수 있다. 측정부(120)는 소정 대역(예: 1 kHz ~ 수백 MHz)에서 입력 전류의 주파수를 변경해 가면서 복수의 임피던스를 측정함으로써 임피던스 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 입력 전극(111a,112b)에 정전압을 인가하고, 출력전극(121b,112b) 사이의 전류를 측정하여 생체 임피던스를 측정할 수도 있다. 측정부(120)는 생체정보 추정 장치(1)에 탑재된 배터리를 전류원으로 사용하거나, 유무선으로 연결된 외부 기기의 전원을 이용하는 것도 가능하다.
프로세서(200)는 사용자의 신체 부위에서 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 다양한 생체정보 사이의 상관관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체 임피던스로부터 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(200)는 생체 임피던스 외에 사용자의 성별, 나이 키, 몸무게 중의 적어도 하나를 포함하는 사용자 특성 정보를 더 이용하여 사용자별로 개인화된 추정 모델을 생성할 수 있다. 생체정보 추정 모델은 선형 함수식의 형태일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 그 밖의 로그 함수 등 다양한 비선형 함수식으로 정의될 수 있다.
일 예로, 프로세서(200)는 생체 임피던스와 유리 지방산 간의 상관 관계를 분석하여 유리 지방산 추정 모델을 생성하고, 생성된 유리 지방산 추정 모델을 이용하여 생체 임피던스를 기초로 유리 지방산 농도를 획득할 수 있다.
도 2a는 혈액 검사를 통해 측정된 3명의 피험자(FFA01,FFA02,FFA03)의 혈액 내 지방산 값을 나타낸 것이다. X축은 측정(채혈) 시점에 대한 인덱스를 나타내고, Y축은 각 시점의 혈액 내 지방산(FFA)을 나타낸다. 첫 번째 측정(인덱스 1)은 12시간 이상 금식 한 후 공복 상태에서 측정한 지방산 값이고, 첫 번째 측정 후 음식을 먹고 1시간 이후 두 번째 측정(인덱스 2)이 진행되었으며, 두 번째 이후 일곱 번째까지는 음식을 먹지 않고 1시간 간격으로 측정이 진행된 것을 나타낸다. 12시간 이상 금식한 상태에서의 지방산 수치는 식사 이후 두 번째 검사에 비해 매우 크며, 음식을 먹은 직후에는 지방산이 급격히 감소하고 음식 섭취 후 3시간 이후부터 다시 증가하는 것을 알 수 있다.
일반적으로 단식, 금식 등의 원인으로 신체 내 에너지가 부족하거나, 운동 등으로 인해 신체 내 에너지가 필요할 때에는 지방 세포 내 미토콘드리아(mitochondria)에서 중성지방(Triglyceride, TG)이 지방산과 글리세롤(glycerol)로 분해된다. 중성지방은 지방산 3분자와 글리세롤 1분자로 구성되어 있다. 이때, 분해된 지방산을 유리 지방산이라 하며, 지방 세포 내에서 분해되어 혈관을 통과한 후 에너지가 필요한 신체 각 조직 예컨대 근육 등으로 전달되어 에너지원 발생에 이용된다. 전달된 유리 지방산은 각 조직의 세포 내 미토콘드리아에서 산화되어 세포의 최종 에너지원인 ATP(Adenosine Triphosphage)를 생성시킨다.
유리 지방산은 전기적으로 무극성으로 소수성(hydrophobic)을 띄며, 신체 내 조직으로 전달되는 유리 지방산은 조직 세포로 전달되는 과정에서 세포 사이의 조직액 또는 세포 간질액(interstitial fluid)에도 존재하게 된다. 조직액 내의 지방산 농도/변화량은 혈액 내의 지방산 농도/변화량과 거의 동일한 양상을 나타낸다.
프로세서(120)는 이와 같이 조직액 내 유리 지방산 농도와 혈액 내 유리 지방산 농도 간의 관계를 이용하여 생체 임피던스로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 생체 임피던스와 조직액 내 유리 지방산 농도 간의 상관관계를 분석하여 조직액 내 유리 지방산 농도를 추정하는 추정 모델을 생성하고, 추정된 조직액 내 유리 지방산 농도로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득할 수 있다. 또는, 프로세서(120)는 생체 임피던스, 조직액 내 유리 지방산 농도 및 혈액 내 유리 지방산 농도들 간의 상관 관계를 통해 생체 임피던스로부터 바로 혈액 내 유리 지방산 농도를 추정하는 모델을 생성하고, 생성된 모델을 이용하여 생체 임피던스로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 바로 획득할 수 있다.
일반적으로 생체 임피던스는 조직의 수분(체수분)의 양과 구성 물질에 따른 전기 전도도 차이를 전기 저항의 값으로 출력한다. 조직액은 이온화된 전해질, 유기산(organic acid) 등으로 구성되고, 인체 항상성(homoeostasis)에 의해 농도가 일정하게 유지된다. 조직액 구성 물질은 극성(polar)이 친수성(hydrophilic)이기 때문에 구성 물질의 종류에 따른 전기적 저항 변화는 거의 없다고 할 수 있다. 사용자 개인들 간에는 개별적 특성(예: 비만, 근육질 등)에 따라 조직액의 전기적 저항은 다를 수 있으나, 각 개인의 조직액은 신체 항상성으로 인해 전기 저항이 단기간에 급격히 변화하지 않는다. 지방 세포에서 분해되어 조직/조직액으로 전달된 유리 지방산은 비극성(nonpolar)의 소수성이므로 농도가 증가할수록 전기적 저항이 증가한다. 따라서, 신체 항상성으로 인해 조직액의 전기 저항 변화가 거의 없는데 반해 지방산이 조직액의 전기 저항을 변화시키는 주요 물질이라 할 수 있다.
도 2b는 조직액 내의 지방산 농도 변화에 따른 생체 임피던스 변화를 나타낸 것이다. X축은 측정 시점의 인덱스를 나타낸다. 도 2c는 생체 임피던스와 유리 지방산의 상관관계를 도시한 것이다. 도 2b 및 도 2c를 통해 알 수 있듯이, 조직액의 전기 저항 변화는 지방산의 농도 변화가 주요 원인이기 때문에 지방산의 농도 변화와 생체 임피던스 변화는 높은 상관성을 나타낸다. 유리 지방산이 조직액의 전기 저항 변화의 주요 원인이고 조직액의 지방산과 혈액의 지방산의 상관성이 매우 높기 때문에 생체 임피던스를 통해 조직액의 유리 지방산 농도/변화량을 측정하여 혈액 내 유리 지방산 농도/변화량을 측정할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 유리 지방산 농도와, 지방/지방세포 축적/분해/소비 수치, 또는 축적된 열량, 에너지로 전환된 소비 열량 간의 상관 관계를 기초로 실시간 또는 소정 시간 동안의 지방/지방세포의 축적/분해/소비 수치 또는 축적/소비 열량을 획득할 수 있다. 즉, 금식/단식, 운동 등에 의해 신체 내 에너지가 필요할 때 지방세포에서 중성지방을 분해하여 지방산을 에너지원으로 사용하므로 실시간 또는 소정 시간 동안의 유리 지방산 농도/변화량을 측정함으로써 실시간 또는 소정 시간 동안의 지방세포/지방의 축적/소비/분해 수치를 획득할 수 있다.
예컨대, 프로세서(120)는 생체 임피던스와 유리 지방산 농도 간의 상관관계를 정의한 유리 지방산 추정 모델을 이용하여 먼저 유리 지방산 농도를 추정하고, 추정된 유리 지방산 농도로부터 지방/지방세포 축적/분해/소비 수치 또는 축적/소비 열량을 획득할 수 있다. 또는, 프로세서(120)는 생체 임피던스, 유리 지방산 농도, 및 지방/지방세포 축적/분해/소비 수치 또는 에너지로 전환된 열량들 간의 상관 관계를 기초로 생체 임피던스로부터 지방/지방세포 축적/분해/소비 수치 또는 축적/소비 열량을 획득하는 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체 임피던스로부터 바로 지방/지방세포 축적/분해/소비 수치 또는 축적/소비 열량을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로세서(120)는 유리 지방산 농도와 중성지방 간의 상관 관계를 이용하여 생체 임피던스를 기초로 중성지방을 추정할 수 있다. 일반적으로 유리 지방산은 지방 세포 내 중성지방으로부터 분해되고, 중성지방은 지방산 3 분자와 글리세롤 1 분자로 구성되어 있기 때문에 유리 지방산 농도를 통해 중성지방의 농도를 예측할 수 있다.
도 3a는 중성지방의 변화에 따른 임피던스의 변화를 나타낸 것이고, 도 3b는 중성지방과 임피던스의 상관 관계를 나타낸 것이다. 분해된 지방산의 양이 많으면 사용된 중성지방의 양이 증가하여 조직 내 중성지방의 양은 줄어들게 되어, 지방산과 중성지방은 음의 관계를 갖고, 생체 임피던스와 중성지방은 음의 관계를 갖게 된다.
프로세서(120)는 이러한 관계를 이용하여 생체 임피던스를 통해 유리 지방산 농도를 추정하고, 추정된 유리 지방산 농도로부터 중성지방 농도를 예측할 수 있다. 또는 생체 임피던스와 중성지방 농도 간의 상관 관계를 나타내는 중성지방 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체 임피던스로부터 바로 중성지방 농도를 획득할 수 있다.
또 다른 예로, 프로세서(120)는 그 밖의 요산(uric acid), 크레아티닌(creatinine), 콜레스테롤, 혈압, 당화혈색소(HbA1C), 혈당, 헤마토크릿(Hct), 혈장 단백질 등의 다양한 혈액 검사 마커를 추정할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 각각 생체 임피던스와 요산(Uric Acid), 생체 임피던스와 크레아티닌(Creatinine) 간의 상관관계를 도시한 것이다. 프로세서(120)는 이와 같이 생체 임피던스와 혈액 검사 마커 간의 상관관계를 회귀분석 등을 통해 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 혈액 검사 마커를 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 사용자의 성별, 나이 키, 몸무게 중의 적어도 하나를 포함하는 사용자 특성 정보를 더 이용하여 회귀 분석을 통해 혈액 검사 마커를 추정하는 추정 모델을 생성할 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 추정하고자 하는 생체정보별로 상관성이 높은 신체 부위에서 측정된 생체 임피던스와 각 생체정보 간의 상관 관계를 이용하여 각 생체정보에 대한 추정 모델을 생성하고, 이를 이용하여 각 생체정보를 추정할 수 있다. 일반적으로 지방산 분해는 근육이 상대적으로 적고 지방 조직이 많은 복부에서 활발히 발생하므로 유리 지방산과 중성지방은 복부 임피던스와 상관성이 높고, 요산과 크레아티닌은 상체/팔/다리 등 근육이 많은 부위의 임피던스와 상관성이 높다. 따라서, 프로세서(120)는 복부 임피던스를 이용하여 유리 지방산 또는 중성지방을 추정하고, 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스를 이용하여 요산 또는 크레아티닌을 추정할 수 있다.
일 예로, 프로세서(120)는 임피던스 센서(100)가 전신(whole body) 임피던스 또는 복부 임피던스를 측정하도록 형성된 경우, 복부 임피던스를 이용하여 유리 지방산 또는 중성지방을 추정하는 모델을 생성하고, 유리 지방산 또는 중성지방을 추정할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 프로세서(120)는 측정된 복부 임피던스를 미리 정의된 변환 모델을 이용하여 상체/팔/다리 등 필요한 신체 부분 임피던스로 변환한 다음, 변환된 부분 임피던스를 이용하여 유리 지방산 또는 중성지방을 추정할 수도 있다.
다른 예로, 임피던스 센서(100)가 복부 임피던스 측정이 불가능하여 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스를 측정하도록 형성된 경우, 미리 정의된 변환 모델을 이용하여 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하고, 변환된 복부 임피던스를 이용하여 유리 지방산 또는 중성지방 등을 추정할 수 있다.
또 다른 예로, 프로세서(120)는 임피던스 센서(100)가 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스를 측정하도록 형성된 경우 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스를 이용하여 요산 또는 크레아티닌 등의 혈액 검사 마커를 추정할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 프로세서(120)는 부분 임피던스를 미리 정의된 변환 모델을 이용하여 복부 임피던스로 변환한 다음, 변환된 복부 임피던스를 이용하여 요산, 크레아티닌 등의 혈액 검사 마커를 추정할 수도 있다.도 5는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 6a 및 도 6b는 생체정보 추정 결과를 사용자에게 제공하는 실시예들이다.
도 5를 참조하면, 생체정보 추정 장치(5)는 임피던스 센서(100), 프로세서(200), 출력부(510), 저장부(520) 및 통신부(530)를 포함할 수 있다. 임피던스 센서(100)는 한 쌍의 입력 전극(111a)과 출력 전극(111b)을 포함하는 제1 전극부(111) 및 한 쌍의 입력 전극(112a)과 출력 전극(112b)을 포함하는 제2 전극부(111)를 포함하는 전극부(110)와, 전압계(121)와 전류원(122)를 포함하는 측정부(120)를 포함할 수 있다. 임피던스 센서(100)는 앞에서 자세히 설명한 바 있으므로 이하 생략한다.
프로세서(200)는 미리 설정된 캘리브레이션 시점, 사용자의 요청, 생체정보 추정 결과의 분석을 통해 캘리브레이션이 필요하다고 판단된 경우, 추정하고자 하는 생체정보별로 사용자에 개인화된 추정 모델을 생성할 수 있다. 또한, 생성된 생체정보별 추정 모델을 저장부(520)에 저장할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(200)는 소정 시간 동안 복수 회 생체 임피던스를 측정하고, 측정된 각 시점의 생체 임피던스와 각 시점에 혈액 검사를 통해 측정된 기준 생체정보 사이의 상관 관계를 분석하여 각 생체정보별로 추정 모델을 생성할 수 있다.
프로세서(200)는 사용자에게 캘리브레이션을 위한 각 측정 시점을 가이드 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(200)는 도 2a에서 설명한 바와 같이 일정 시간 동안 공복 상태를 유지한 후 일정 시간이 경과하면 임피던스를 측정하도록 가이드 할 수 있다. 이후 음식을 섭취한 후 예컨대 한 시간 단위로 복수 회 임피던스를 측정하도록 가이드 할 수 있다. 출력부(510)는 가이드 정보를 디스플레이에 시각적으로 표시하거나, 음성 출력 장치를 통해 음성 및/또는 알람, 햅틱 장치를 통해 촉감이나 진동 등으로 매 측정 시점에 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 프로세서(200)는 사용자로부터 생체정보 추정 요청이 수신되거나 미리 설정된 생체정보 추정 시점이 되면 임피던스 센서(110)를 제어하여 생체 임피던스를 측정하고, 측정된 생체 임피던스와 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
프로세서(200)는 저장부(520)를 참조하여 생체정보의 추정 시점을 출력부(510)를 통해 사용자에게 가이드 할 수 있다. 출력부(510)는 프로세서(200)의 제어에 따라 디스플레이, 음성 출력 장치, 및/또는 햅틱 장치 등을 이용하여 사용자에게 측정 시점에 대한 가이드 정보를 출력할 수 있다.
일 예로, 공복 상태에서 일정 시간 단위(예: 일, 주, 월 등)로 생체정보의 변화 추이를 모니터링 할 수 있도록 사용자별로 공복 시점(예: 오전 6시), 모니터링 기간 및/또는 주기 등이 저장부(520)에 미리 설정될 수 있다. 프로세서(200)는 저장부(520)를 참조하여 해당 시점에 출력부(510)를 통해 사용자에게 안내할 수 있다.
다른 예로, 음식이나 운동 등의 영향에 따른 유리 지방산/중성지방 농도 변화, 지방 분해/소비 수치, 소비/축적 열량 수치 등의 변화를 모니터링할 수 있도록 음식 섭취 시간, 음식의 종류, 음식 섭취량, 또는, 운동 시점, 운동 시간, 운동 종류 등의 정보와 모니터링 기간 및/또는 주기 등이 저장부(520)에 미리 설정될 수 있다. 프로세서(200)는 저장부(520)를 참조하여 해당 시점에 출력부(510)를 통해 사용자에게 음식 섭취, 운동 등을 안내하고, 음식 섭취나 운동이 종료되면 바로 임피던스를 측정하도록 안내할 수 있다.
또 다른 예로, 하루의 생체정보 변화 추이를 모니터링하기 위해, 예컨대 공복 시점(예: 오전 6:00)과 이후 일정 시간 간격(예: 1시간, 2시간 등)으로 측정 시간 또는 주기가 미리 설정될 수 있으며, 프로세서(200)는 저장부(520)를 참조하여 해당 시점에 출력부(510)를 통해 임피던스 측정을 안내할 수 있다. 이에 따라, 공복 시점에 측정된 생체정보를 레퍼런스로 하여, 이후 시점에 측정된 생체정보 값들의 변화 추이를 모니터링할 수 있다.
프로세서(200)는 이와 같이 생체 임피던스가 측정되면 저장부(520)를 참조하여 추정하고자 하는 생체정보의 추정 모델을 기초로 생체 임피던스로부터 생체정보를 추정하고 출력부(510)를 통해 추정 결과를 사용자에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 출력부(510)는 예컨대 생체정보 추정값, 경고/알람 등의 정보, 생체정보 추정값의 변화 추이 등을 디스플레이에 시각적으로 표시할 수 있다. 또는, 출력부(510)는 음성 출력 장치, 햅틱 장치 등을 통해 생체정보 추정값, 경고/알람 등을 음성이나 진동, 촉감 등의 다양한 비시각적 방법으로 출력할 수 있다. 또한, 중성지방이나 지방 소비/분해 수치 등 생체정보 추정값이나 변화 추이 등을 기초로 사용자에게 적합한 운동이나 섭취 음식 등에 관한 권고 사항을 안내할 수 있다.
도 6a는 디스플레이에 유리 지방산의 변화 추이를 그래프로 출력한 일 예이다. 도시된 바와 같이 일정 시간(예: 하루) 동안의 유리 지방산의 변화 추이를 디스플레이(60)에 그래프(61)로 표시할 수 있다. 이때, 이전/이후 시점으로 화면을 전환할 수 있도록 그래픽 객체 예컨대, 그래프의 좌측/우측에 화살표, 하단에 전/후 버튼 등을 출력할 수 있으며, 사용자가 해당 그래픽 객체를 선택하는 경우 해당 시점으로 화면을 전환할 수 있다.
도 6b은 디스플레이(60)의 상단에 유리 지방산 농도의 변화 추이 그래프(61)가 표시되고, 하단에 특정 시점의 상세정보(62)가 표시된 예이다. 도시된 바와 같이 유리 지방산 농도의 변화 추이 그래프(61)에 소정 마크(M)가 중첩하여 표시될 수 있으며, 사용자가 상세 정보를 보고자 하는 시점(측정 인덱스 5)에 그 마크(M)를 일치시키는 경우 하단에 해당 시점의 상세 정보(62)를 표시할 수 있다.
한편, 프로세서(200)는 생체정보 추정 요청이 수신되면 추정할 생체정보의 종류 및/또는 임피던스 센서(100)에서 측정 가능한 임피던스를 기초로 생체 임피던스의 측정 위치를 가이드 할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 센서(100)가 복부 임피던스를 측정하도록 형성된 경우 임피던스 센서(100)를 복부에 위치하도록 가이드 하고, 상체/팔/다리 등에서 부분 임피던스를 측정하도록 형성된 경우 임피던스 센서(100)를 상체/팔/다리 등에 위치하도록 가이드 할 수 있다. 또한, 임피던스 센서(100)가 전신/복부/상체/팔/다리 등에서 모두 측정이 가능하도록 형성된 경우, 추정하고자 하는 생체정보에 따라, 예컨대 유리 지방산/중성지방인 경우 복부에서 측정하도록 가이드하고, 요산/크레아티닌 등의 혈액 검사 마커인 경우 상체/팔/다리에서 측정하도록 가이드 할 수 있다.
이때, 출력부(200)는 디스플레이에 전신 또는 상반신 이미지를 출력하고, 해당 이미지 상에 임피던스를 측정할 위치(예: 복부, 팔)를 가리키는 표시를 중첩하여 출력할 수 있다. 또는, 출력부(200)는 디스플레이에 "임피던스 센서를 복부에 위치시키세요"와 같이 텍스트를 출력하여, 복부/팔/다리/상체 등의 측정할 신체 부분을 안내할 수 있다. 또는, 출력부(200)는 음향 출력 모듈을 이용하여 "임피던스 센서를 복부에 위치시키세요"와 같은 음성을 출력할 수 있다.
저장부(520)는 임피던스 센서(100) 및/또는 프로세서(200)에 의해 처리된 데이터, 예컨대, 생체정보 추정 모델, 생체정보 추정값, 사용자 특성 정보, 측정 시점 등의 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(520)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(530)는 외부 기기와 통신하여 생체정보 추정과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다. 통신부(530)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 또 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면 생체정보 추정 장치(7)는 임피던스 센서(100), 프로세서(200) 및 광 센서(700)를 포함하며, 출력부, 저장부 및/또는 통신부를 더 포함할 수 있다. 임피던스 센서(100)와 프로세서(200)에 대해 앞에서 자세히 설명하였으므로 이하 중복되지 않은 구성 및 기능을 중심으로 설명한다.
광 센서(700)는 피검체에 광을 조사하는 광원(710)과, 광원(710)에 의해 조사된 광이 피검체에 의해 산란, 투과 또는 반사 등 피검체에서 반응되어 돌아오는 광을 검출하는 디텍터(720)를 포함할 수 있다. 광원(710)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등으로 형성될 수 있다. 광원(710)은 어레이로 형성될 수 있으며, 서로 다른 파장 예컨대, 녹색, 청색, 적색 및 적외 파장 등의 광을 조사할 수 있다. 디텍터(720)는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등으로 형성될 수 있으며, 하나 또는 복수의 어레이로 형성될 수 있다.
프로세서(200)는 임피던스 센서(100)와 광 센서(700)로부터 수신된 생체 임피던스와 광 신호를 이용하여 유리 지방산, 중성지방 등의 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어 프로세서(200)는 광 신호로부터 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징과 생체 임피던스를 조합하여 회귀 분석 등을 통해 추정하고자 하는 생체정보별로 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(200)는 추정하고자 하는 생체정보별로 미리 정의된 최적의 특징을 추출할 수 있다. 여기서 특징(feature)은 예컨대 심박수(Heart Rate), 전진파 성분과 관련된 시간/진폭, 반사파 성분과 관련된 시간/진폭, 최대 진폭 지점의 시간/진폭, 최대 진폭 지점의 시간과 전진파 성분과 관련된 시간 사이의 내분점의 시간/진폭, 광 신호 파형의 전체 또는 부분 면적, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 12는 실시예들에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 8 내지 도 12는 생체정보 추정 장치(1,5,7)에 의해 수행되는 다양한 실시예들로서 앞에서 자세히 설명한 바 있으므로 이하 간단하게 기술한다.
도 8을 참조하면 생체정보 추정 장치는 임피던스 센서를 이용하여 사용자로부터 생체 임피던스를 측정할 수 있다(810). 그 다음, 측정된 생체 임피던스와 생체정보 간의 상관 관계를 분석하여 생체정보를 추정하는 추정 모델을 생성할 수 있다(820). 이때, 생체정보는 유리 지방산, 중성지방, 지방세포/지방 축적/소비/분해 수치, 에너지로 전환된 열량 및/또는 그 밖의 요산, 크레아티닌 등의 혈액 검사 마커를 포함할 수 있다. 그 다음, 생체정보 추정 시점에 생체 임피던스가 측정되면, 단계(820)에서 생성된 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체 임피던스를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다(830).
도 9를 참조하면 생체정보 추정 장치는 미리 설정된 생체정보 추정 시점에 사용자에게 임피던스 측정을 가이드 할 수 있다(910). 예를 들어, 생체정보 추정 시점은 공복 상태에서 일정 기간 동안 생체정보 변화의 연속 모니터링, 음식섭취나 운동 등의 영향에 따른 생체정보 변화 모니터링, 하루 동안의 생체정보 변화 모니터링 등 생체정보를 모니터링하는 목적 등에 따라 미리 설정될 수 있으며, 측정 시점이 되면 디스플레이, 음성 출력 장치, 및/또는 햅틱 장치 등을 이용하여 사용자에게 가이드 정보를 출력할 수 있다. 그 다음, 측정 시점의 가이드에 따라 사용자가 임피던스 센서를 이용하여 생체 임피던스를 측정하면(920), 미리 생성되어 있는 추정 모델을 이용하여 유리 지방산, 중성지방, 지방 축적/소비/분해 수치, 열량, 혈액 검사 마커와 같은 생체정보를 추정할 수 있다(930). 생체정보 추정이 완료되면 생체정보 추정값을 출력할 수 있으며, 이때, 소정 기간 동안의 생체정보 변화 추이, 경고/알람 정보, 권장 운동이나 권장 음식 등의 권고 사항을 사용자에게 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면 생체정보 추정 장치는 미리 설정된 생체정보 추정 시점에 사용자에게 임피던스 측정을 가이드 하고(1010), 사용자가 임피던스 센서를 이용하여 생체 임피던스를 측정하면(1020) 유리 지방산 추정 모델을 이용하여 유리 지방산을 추정할 수 있다(1030). 그 다음, 유리 지방산과 지방 축적/분해/소비 수치나 에너지로 전환된 열량 등과의 상관관계를 기초로 단계(1030)에서 측정된 유리 지방산으로부터 지방 축적/분해/소비 수치나 에너지로 전환된 열량 등을 획득할 수 있다.
도 11을 참조하면, 생체정보 추정 장치는 생체정보 추정 요청이 수신되면 추정할 생체정보를 확인할 수 있다(1110). 단계(1110)에서 확인 결과 추정하고자 하는 생체정보가 유리 지방산이나 중성지방인 경우 임피던스 센서가 복부 임피던스 측정이 가능한지 판단하고(1120), 복부 임피던스 측정이 가능하면 복부 임피던스를 측정하도록 가이드 할 수 있다(1130). 판단 결과 복부 임피던스 측정이 불가능하면 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스를 측정하도록 가이드 하고(1140), 상체/팔/다리 등에서 측정된 부분 임피던스를 변환 모델을 이용하여 복부 임피던스로 변환할 수 있다(1150). 그 다음, 단계(1130)에서 측정된 복부 임피던스 또는 단계(1150)에서 변환된 복부 임피던스를 이용하여 유리 지방산이나 중성지방을 추정할 수 있다(1160). 단계(1110)에서 확인 결과 추정할 생체정보가 요산/크레아티닌인 경우 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 가이드하고(1170), 부분 임피던스를 이용하여 요산이나 크레아티닌을 추정할 수 있다(1180).
도 12를 참조하면, 임피던스 센서가 상체/팔/다리 등의 부분 임피던스만 측정할 수 있도록 형성된 경우 생체정보 추정 요청시 바로 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 가이드 하고(1210), 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하여(1220), 유리 지방산이나 중성지방을 추정하고(1230), 부분 임피던스를 이용하여 요산이나 크레아티닌 등을 추정할 수 있다(1240).
도 13 내지 도 17은 생체정보 추정 장치를 포함하는 다양한 전자장치의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
전자 장치는 도 13 내지 도 17에 도시된 바와 같이 스마트 워치 웨어러블 기기(1300,1400), 밴드 형태의 웨어러블 기기(1500), 스마트폰과 같은 모바일 장치(1600) 또는 이어 웨어러블 장치(1700) 등으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 스마트 안경, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이, 태블릿 PC 등을 포함할 수 있다. 전자 장치는 전술한 생체정보 추정 장치(1,5,7)를 포함하며, 생체정보 추정 장치(1,5,7)의 구성들은 하나의 전자 장치에 일체로 탑재되거나 둘 이상의 전자 장치에 분리 탑재될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면 전자 장치는 시계 타입의 웨어러블 기기(1300,1400)로 구현될 수 있으며 본체(MB)와 손목 스트랩(ST)을 포함할 수 있다. 본체의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 표시하는 일반적인 애플리케이션 화면, 및/또는 측정 시점 가이드 정보, 생체정보 추정 결과 등을 표시하는 생체정보 추정 애플리케이션 화면이 표시될 수 있다.
임피던스 센서의 전극부는 도 13에 도시된 바와 같이 본체(MB)의 후면에 손목이 접촉하도록 입력 전극(1311)과 출력 전극(1312)을 포함하는 제1 전극부(1310)가 배치되고, 본체(MB)의 전면에 사용자의 다른 신체 부위 예컨대 손가락이 접촉하도록 입력 전극(1321)과 출력 전극(1322)을 포함하는 제2 전극부(1320)가 배치될 수 있다. 또는 도 14에 도시된 바와 같이 스트랩(MB)의 안쪽면에 손목이 접촉하도록 입력 전극(1411)과 출력 전극(1412)을 포함하는 제1 전극부(1410)가 배치되고, 스트랩(ST)의 바깥면에 사용자의 다른 신체 부위 예컨대 손가락이 접촉하도록 입력 전극(1421)과 출력 전극(1422)을 포함하는 제2 전극부(1420)가 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 제1 전극부와 제2 전극부 중의 하나는 본체(MB)에 나머지는 스트랩(ST)에 배치되는 것도 가능하다.
본체(MB) 내부에는 임피던스 센서의 전극부와 전기적으로 연결된 임피던스 센서의 측정부 및, 생체 임피던스를 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서, 생체정보 추정과 관련된 데이터를 저장하는 저장부, 프로세서에 의해 생성된 데이터를 디스플레이 등을 통해 출력하는 출력부 및 다른 전자 장치와 통신하여 통신부 등을 포함할 수 있다.
도 15를 참조하면 전자 장치는 밴드 형태의 웨어러블 기기(1500)로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 밴드 형태의 웨어러블 기기(1500)가 복부/팔/다리 등에 착용될 때 접촉되는 복부/팔/다리에서 임피던스를 측정할 수 있도록 밴드에 입력 전극(1511,1521)과 출력 전극(1512,1522)을 포함하는 전극부(1510,1520)가 배치될 수 있다. 밴드 내부에 측정부, 프로세서 및/또는 통신부를 포함할 수 있으며, 프로세서에 의해 추정된 생체정보는 통신부를 통해 외부 기기에 전송되어 외부 기기의 디스플레이에 출력될 수 있다.
도 16을 참조하면 전자 장치는 스마트 폰(Smart Phone)과 같은 모바일 장치(1600)로 구현될 수 있다.
모바일 장치(1600)는 본체(MB) 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 본체(MB)는 모바일 장치(1600)의 외관을 형성할 수 있다. 본체(MB)의 제1 면에는 디스플레이 패널 및 커버 글래스(Cover Glass)가 차례로 배치될 수 있고, 디스플레이 패널은 커버 글래스를 통해 외부로 노출될 수 있다. 본체(MB)의 내부에 임피던스 센서의 측정부, 프로세서, 통신부, 저장부 등이 배치될 수 있다. 임피던스 센서의 전극부는 본체(MB)의 소정 위치 예컨대 통화시 귀가 접촉하는 전면 상단에 제1 전극부의 입력 전극(1611)과 출력 전극(1612)이 배치될 수 있다. 또는 본체(MB)의 전면 액정 패널에 투명 전극 형태로 배치될 수도 있다. 또한, 본체(MB)의 다른 위치 예컨대 통화시 손이 접촉하는 양 측면에 제2 전극부의 입력 전극(1621)과 출력 전극(1622)이 배치될 수 있다. 또는, 사용자가 본체(MB)를 파지한 상태에서 손바닥이 접촉할 수 있도록 후면에 배치될 수도 있다.
도 17을 참조하면 전자장치는 이어 타입 웨어러블 기기(1700)로 구현될 수 있다.
사용자가 이어 타입 웨어러블 기기(1700)의 본체(MB)를 귀에 삽입한 상태에서 음악을 듣는 동안 한 쪽 손가락을 본체(MB)에 접촉하여 생체 임피던스를 측정하도록 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이 제1 전극부의 입력전극(1711) 및 출력전극(1712)은 본체(MB)가 귀에 삽입될 때 귀의 내부와 접촉할 수 있도록 본체(MB)의 내측면에 배치될 수 있다. 또한, 제2 전극부의 입력전극(1721) 및 출력전극(1722)은 본체(MB)가 귀에 삽입된 상태에서 손가락이 접촉할 수 있도록 본체(MB)의 외측면에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 동심원 형태로 배치될 수 있으나, 본체(MB) 외측면의 형태에 따라 막대형, 반원형, 사각형 등 다양한 형태로 배치될 수 있다. 임피던스 센서의 측정부, 프로세서 및/또는 통신부는 본체(MB) 내부에 탑재될 수 있으며, 외부 기기와 유무선으로 연결하여 측정된 생체 임피던스를 모바일 단말이나 웨어러블 기기에 전송하여 외부 기기에서 생체정보를 추정하도록 하거나, 생체정보를 출력하도록 할 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 해당 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.
1,5,7: 생체정보 추정 장치
100: 임피던스 센서
110: 전극부 120: 측정부
200: 프로세서 510: 출력부
520: 저장부 530: 통신부
700: 광 센서 710: 광원
720: 디텍터
110: 전극부 120: 측정부
200: 프로세서 510: 출력부
520: 저장부 530: 통신부
700: 광 센서 710: 광원
720: 디텍터
Claims (20)
- 한 쌍의 입력 전극과 한 쌍의 출력 전극을 포함하는 전극부와, 상기 한 쌍의 입력 전극에 전류를 인가하고 상기 한 쌍의 출력 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서; 및
상기 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 사이의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하고,
상기 생체정보는
유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 생체 임피던스와 조직액 내 유리 지방산 농도 간의 상관 관계를 분석하여 조직액 내 유리 지방산 추정 모델을 생성하고, 조직액과 혈액 간의 유리 지방산 농도의 상관 관계를 기초로 조직액 내 유리 지방산 농도로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체정보는
지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 프로세서는
유리 지방산 농도와, 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 유리 지방산 농도로부터 상기 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 중의 적어도 하나를 획득하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 혈액 검사 마커는
요산(uric acid), 크레아티닌(creatinine), 콜레스테롤, 혈압, 당화혈색소(HbA1C), 혈당, 헤마토크릿(Hct), 혈장 단백질 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제4항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 추정된 중성지방 농도 또는 혈액 검사 마커를 기초로 운동 및 음식 섭취 중의 적어도 하나를 포함하는 권고 사항을 사용자에게 가이드하는 생체정보 추정 장치. - 제4항에 있어서,
상기 프로세서는
사용자의 성별, 나이 키, 몸무게 중의 적어도 하나를 포함하는 사용자 특성 정보를 더 이용하여 회귀 분석을 통해 상기 혈액 검사 마커를 추정하는 추정 모델을 생성하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
추정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 생체 임피던스의 측정 위치를 가이드하는 생체정보 추정 장치. - 제7항에 있어서,
상기 프로세서는
추정하고자 하는 생체정보가 유리 지방산 또는 중성지방인 경우 사용자의 복부에서 복부 임피던스를 측정하도록 가이드하고,
추정하고자 하는 생체정보가 혈액 검사 마커인 경우 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 가이드하는 생체정보 추정 장치. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 임피던스 센서가 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정하도록 형성된 경우, 변환 모델을 이용하여 상기 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하고, 변환된 복부 임피던스를 기초로 상기 유리 지방산 또는 중성지방을 추정하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
디스플레이, 음성 출력 장치, 및 햅틱 장치 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 생체정보의 추정 시점을 사용자에게 가이드 하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제10항에 있어서,
상기 출력부는
소정 기간 동안의 생체정보의 변화 추이를 상기 디스플레이를 통해 시각적으로 표시하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사된 광 신호를 검출하는 광 센서를 더 포함하고,
상기 프로세서는
상기 생체 임피던스 및 상기 검출된 광 신호를 기초로 상기 생체정보를 추정하는 추정 모델을 생성하는 생체정보 추정 장치. - 생체 임피던스를 이용하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 단계;
상기 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 간의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 생체정보는
유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 생체정보를 추정하는 단계는
상기 생체 임피던스와 조직액 내 유리 지방산 농도 간의 상관 관계를 나타내는 조직액 내 유리 지방산 추정 모델을 이용하여 조직액 내 유리 지방산 농도를 추정하고, 조직액과 혈액 간의 유리 지방산 농도의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 조직액 내 유리 지방산 농도로부터 혈액 내 유리 지방산 농도를 획득하는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 생체정보는
지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나를 더 포함하고,
유리 지방산 농도와, 지방의 축적/소비/분해 수치 및 에너지로 전환된 열량 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 기초로 상기 추정된 유리 지방산 농도로부터 상기 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 중의 적어도 하나를 획득하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
추정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 생체 임피던스의 측정 위치를 가이드하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 추정 모델을 생성하는 단계는
임피던스 센서가 사용자의 상체/팔/다리에서 부분 임피던스를 측정한 경우, 변환 모델을 이용하여 상기 측정된 부분 임피던스를 복부 임피던스로 변환하고, 변환된 복부 임피던스를 기초로 상기 유리 지방산 또는 중성지방을 추정하기 위한 추정 모델을 생성하는 생체정보 추정 방법. - 한 쌍의 입력 전극과 한 쌍의 출력 전극을 포함하는 전극부와, 상기 한 쌍의 입력 전극에 전류를 인가하고 상기 한 쌍의 출력 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서; 및
상기 측정된 생체 임피던스를 이용하여 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나를 획득하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제18항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 생체 임피던스와, 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나 사이의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 상기 생체 임피던스로부터 지방의 축적/소비/분해 수치 및 열량 축적/소비 수치 중의 적어도 하나를 획득하는 생체정보 추정 장치. - 본체;
사용자의 제1 신체 부위가 접촉하도록 상기 본체의 제1 면에 배치된 제1 전극부와, 사용자의 제2 신체 부위가 접촉하도록 상기 본체의 제2 면에 배치된 제2 전극부, 및 제1 전극부 및 제2 전극부를 통해 생체 임피던스를 측정하는 측정부를 포함하는 임피던스 센서; 및
상기 측정된 생체 임피던스와 추정하고자 하는 생체정보 간의 상관 관계를 분석하여 추정 모델을 생성하고, 생성된 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 프로세서를 포함하고,
상기 생체정보는
유리 지방산, 중성지방 및 혈액 검사 마커 중의 적어도 하나를 포함하는 전자장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/725,700 US20230000405A1 (en) | 2021-07-02 | 2022-04-21 | Apparatus and method for estimating bio-information based on bio-impedance |
| EP22175447.6A EP4111956A1 (en) | 2021-07-02 | 2022-05-25 | Apparatus and method for estimating bio-information based on bio-impedance |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210087354 | 2021-07-02 | ||
| KR1020210087354 | 2021-07-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230006373A true KR20230006373A (ko) | 2023-01-10 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210183603A KR20230006373A (ko) | 2021-07-02 | 2021-12-21 | 생체 임피던스 기반의 생체정보 추정 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230006373A (ko) |
-
2021
- 2021-12-21 KR KR1020210183603A patent/KR20230006373A/ko unknown
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