KR20230034577A - 혈압 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

혈압을 추정하는 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 혈압 추정 장치는 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정하는 힘센서 및 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하고, 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 시점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

혈압 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BLOOD PRESSURE}
혈압 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 커플리스 혈압 추정 기술과 관련된다.
일반적으로 인체에 손상을 가하지 않고 비침습적(non-invasive)으로 혈압을 측정하는 방법으로서, 커프 기반의 압력 자체를 측정하여 혈압을 측정하는 방식과 커프 없이 맥파 측정을 통해 혈압을 추정하는 방식이 있다.
커프 기반의 혈압을 측정하는 방식으로는 상완(upper arm)에 커프(cuff)를 감고 커프 내 압력을 증가시켰다가 감소시키면서 청진기를 통해 혈관에서 발생하는 청음을 듣고 혈압을 측정하는 코로트코프 소리 방법(Korotkoff-sound method)과 자동화된 기계를 이용하는 방식으로 상완에 커프를 감고 커프 압력을 증가시킨 후 점차 커프 압력을 감소시키면서 커프 내 압력을 지속적으로 측정한 뒤 압력 신호의 변화가 큰 지점을 기준으로 혈압을 측정하는 오실로메트릭 방법(Oscillometric method)이 있다.
커프리스 혈압 측정 방법은 일반적으로 맥파전달시간(PTT, pulse transit time)을 계산하여 혈압을 추정하는 방식과, 맥파의 모양을 분석하여 혈압을 추정하는 PWA(Pulse Wave Analysis) 방식이 있다.
맥파신호의 맥파 유사도를 추출하여 혈압을 측정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 혈압 추정 장치는 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정하는 맥파센서, 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정하는 힘센서 및 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하고, 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 시점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
맥파센서는 피검체에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 피검체로부터 반사 또는 산란된 서로 다른 파장의 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다.
프로세서는 각 맥파신호를 비트 파싱하여 각각 복수의 비트 펄스를 획득하여 정규화하고, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값 및 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값 중의 적어도 하나를 맥파 유사도로 추출할 수 있다.
프로세서는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 각각에서 온셋 지점(onset point), 오프셋 지점(offset point), 맥스 슬로프 지점(max slope point) 및 탄젠트 맥스 지점(tangent max point) 중의 적어도 하나를 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차를 계산하여 상기 지연 시간을 획득할 수 있다.
프로세서는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 비트 펄스의 파형의 면적과, 서로 대응하는 비트 펄스 간의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 파형 모양의 동등도를 획득할 수 있다.
여기서 어느 하나의 비트 펄스는 상대적으로 단파장의 비트 펄스일 수 있다.
맥파 유사도와 관련된 시간 지점은 맥파신호에서 시간 지연의 최소값이 획득된 시간 지점 및 파형 모양의 동등도의 최대값이 획득된 시간 지점 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
프로세서는 맥파신호 및 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하며, 맥파 유사도, 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
여기서 하나 이상의 추가 특징은 오실로메트리 포락선의 진폭의 최대점, 최대점에 해당하는 접촉힘, 최대점의 소정 비율에 해당하는 접촉힘 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
혈압 추정 장치는 혈압 추정 요청을 수신하면, 피검체와 센서부 사이의 접촉힘에 대한 가이드 정보를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
이때, 가이드 정보는 피검체가 센서부에 가하는 접촉힘을 점차 증가시키도록 유도하거나, 소정 임계치 이상의 접촉힘에서 점차 감소시키도록 유도하는 정보를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 혈압 추정 방법은 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정하는 단계, 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정하는 단계, 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하는 단계, 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 획득하는 단계 및 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
맥파 유사도를 추출하는 단계는 각 맥파신호를 비트 파싱하여 각각 복수의 비트 펄스를 획득하여 정규화하고, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값 및 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값 중의 적어도 하나를 맥파 유사도로 추출할 수 있다.
맥파 유사도를 추출하는 단계는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 각각에서 온셋 지점(onset point), 오프셋 지점(offset point), 맥스 슬로프 지점(max slope point) 및 탄젠트 맥스 지점(tangent max point) 중의 적어도 하나를 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차를 계산하여 시간 지연을 획득할 수 있다.
맥파 유사도를 추출하는 단계는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 비트 펄스의 파형의 면적과, 서로 대응하는 비트 펄스 간의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 파형 모양의 동등도를 획득할 수 있다.
이때, 어느 하나의 비트 펄스는 상대적으로 단파장의 비트 펄스일 수 있다.
맥파 유사도와 관련된 시간 지점은 맥파신호에서 시간 지연의 최소값이 획득된 시간 지점 및 파형 모양의 동등도의 최대값이 획득된 시간 지점 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
혈압을 추정하는 단계는 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
혈압을 추정하는 단계는 맥파신호 및 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하는 단계를 포함하고, 맥파 유사도, 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 상기 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
혈압 추정시 맥파신호로부터 추출된 특징 외에 맥파 유사도 관련 특징을 추가적으로 반영함으로써 혈압 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 맥파신호 간의 시간 지연의 최소값을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 맥파신호 간의 파형 모양의 동등도의 최대값을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 오실로메트리 포락선을 이용하여 추가 특징값을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 혈압 추정 방법의 흐름도이다.
도 9 내지 도 11은 혈압 추정 장치를 포함한 전자장치의 실시예들이다.
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, 혈압 추정 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 혈압 추정 장치의 다양한 실시예들은 휴대용 웨어러블 기기나 스마트 기기 등의 다양한 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 다양한 기기는 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드형 등의 다양한 형태로 제작되는 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC, 이어버드 등과 같은 모바일 기기를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예에서는 혈압 추정을 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않으며 심박수, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수, 피로도, 피부 탄력도 및 피부 나이 등 맥파신호를 이용하는 다른 생체정보를 추정하는 것도 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치(100)는 맥파센서(110), 힘센서(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
맥파센서(110)는 피검체로부터 광용적 맥파(photoplethysmography, PPG)를 포함한 맥파신호를 측정할 수 있으며 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정할 수 있다. 이때, 서로 다른 파장은 녹색(Green), 청색(Blue), 적색(Red), 적외(Infrared) 파장 등을 포함할 수 있다.
맥파센서(110)는 피검체에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 하나 이상의 광원(111)과 피검체의 피부 표면이나 혈관 등의 생체조직에서 산란 또는 반사된 서로 다른 파장의 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터(112)를 포함할 수 있다.
광원(111)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 디텍터(112)는 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다. 맥파센서(110)는 둘 이상의 맥파 신호 측정을 위해 하나 이상의 광원 어레이 및/또는 하나 이상의 디텍터 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 하나 이상의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있으며 각 광원은 디텍터로부터 서로 다른 거리 상에 배치될 수 있다.
힘센서(120)는 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정할 수 있다. 힘센서(120)는 사용자가 피검체를 맥파센서(110)에 접촉시키고 누르는 힘을 점차 증가시키거나 임계치 이상의 힘을 가한 상태에서 점차 힘을 감소시킬 때 맥파센서(110)에 작용하는 힘을 측정할 수 있다. 힘센서(120)는 맥파센서(110)의 상단 또는 하단에 배치될 수 있다. 힘센서(120)는 스트레인 게이지 등을 포함하며, 하나의 힘센서 또는 힘센서 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 힘센서(120)는 힘센서(120)와 면적센서가 결합된 압력센서, 공기주머니 형태의 압력센서 또는 각 픽셀별 힘을 측정할 수 있는 포스매트릭 센서(force matrix sensor) 등으로 변형될 수 있다.
프로세서(130)는 맥파센서(110) 및/또는 힘센서(120)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 생체정보 추정 요청시 맥파센서(110) 및/또는 힘센서(120)를 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 맥파센서(110)로부터 복수의 파장의 맥파신호가 수신되면, 각 맥파신호를 전처리할 수 있다. 예를 들어, 수신된 맥파신호에서 노이즈를 제거하기 위한 필터링이나, 생체신호의 증폭, 디지털 신호로의 변환, 스무딩 등의 전처리를 수행할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하고, 추출된 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정할 수 있다.
맥파 유사도는 서로 다른 파장 예를 들면, 적외 파장 및 녹색 파장의 조합을 통해 획득될 수 있는 특징값으로, 표면 가압 과정 중에 피부와 조직이 압축에 의해 눌려질 때 서로 다른 침투 깊이를 가지는 서로 다른 맥파신호가 시간이 지남에 따라 패턴이 비슷해지는 유사한 특성을 나타내는 지점을 지표화 한 것이다. 예를 들어, 맥파 유사도는 복수의 맥파신호에서 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값 및/또는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 맥파신호 간의 시간 지연의 최소값을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 사용자가 손가락으로 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 접촉 압력을 점차 증가시켰다 감소시키는 경우에, 피부에 상대적으로 깊이 침투하는 적외 파장의 맥파신호의 파형은 시간에 따라 (1)과 같이 나타나며, 피부 표면에 얕게 침투하는 녹색 파장의 맥파신호의 파형은 시간에 따라 (2)와 같이 나타난다.
프로세서(130)는 각 파장의 맥파신호를 비트 파싱하여 각 맥파신호로부터 복수의 비트 펄스를 획득하고, 획득된 각 비트 펄스를 정규화할 수 있다.
도 3을 참조하면, 정규화된 적외 파장의 비트 펄스(360)와 정규화된 녹색 파장의 비트 펄스(350)에 대해 서로 대응하는 온셋 지점(onset point: 310), 오프셋 지점(offset point: 320), 맥스 슬로프 지점(max slope point: 330) 및/또는 탄젠트 맥스 지점(tangent max point: 340) 등을 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차(Td)를 계산하여 시간 지연을 획득할 수 있다. 도 2의 (3)은 적외 파장의 맥파신호와 녹색 파장의 맥파신호의 전체 비트 펄스들 사이의 시간 지연을 연결한 것으로, 예컨대 시간 지연의 최소값인 3.8ms을 맥파 유사도로 추출할 수 있다.
도 4 및 도 5는 맥파신호 간의 파형 모양의 동등도의 최대값을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 사용자가 손가락으로 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 접촉 압력을 점차 증가시켰다 감소시키는 경우, 피부에 상대적으로 깊이 침투하는 적외 파장의 맥파신호의 파형은 시간에 따라 (1)과 같이 나타나며, 피부 표면에 얕게 침투하는 녹색 파장의 맥파신호의 파형은 시간에 따라 (2)와 같이 나타난다.
프로세서(130)는 각 맥파신호를 비트 파싱하여 각각 복수의 비트 펄스를 획득하여 정규화할 수 있고, 이를 중첩하여 표시하면 도 4의 (3)과 같이 나타난다.
프로세서(130)는 정규화된 각 맥파신호의 비트 펄스의 면적을 기초로 맥파신호 파형의 동등도를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 정규화된 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 펄스 파형의 면적 및/또는 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 파형의 동등도를 획득할 수 있다.
이때, 어느 하나의 펄스 파형은 상대적으로 단파장(예: 녹색 파장)의 파형일 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스들 사이의 MAE를 구하고, 아래 수학식 1과 같이 어느 하나의 펄스 파형의 면적(Pulsearea)과 MAE를 이용하여 서로 대응하는 비트 펄스 파형들 사이의 파형 동등도를 계산할 수 있다. 이때, MAE는 서로 대응하는 비트 펄스 파형에 대해 동일한 시간 지점에서의 진폭값의 차이에 대한 절대값들의 합의 평균을 나타낸다.
Figure pat00001
도 5를 참조하면, 예를 들어 Pulsearea는 정규화된 녹색 파장의 비트 펄스(510)의 파형의 아래쪽 면적일 수 있으며, MAE는 정규화된 적외 파장의 비트 펄스(520)와 정규화된 녹색 파장의 비트 펄스(510)에 대해 동일한 시간 지점에서 구한 진폭값의 차이에 대한 절대값들의 합의 평균을 나타낸다.
도 4의 (5)는 적외 파장의 맥파신호와 녹색 파장의 맥파신호의 전체 비트 펄스들 사이의 MAE를 연결한 것이며, (4)는 적외 파장의 맥파신호와 녹색 파장의 맥파신호의 전체 비트 펄스들 사이의 파형 모양 동등도를 연결한 것이다. 예컨대, MAE가 최소인 0.028에서의 파형 모양의 동등도의 최대값인 0.0672를 맥파 유사도로 추출할 수 있다.
일반적으로 적외 파장의 맥파신호와 녹색 파장의 맥파신호를 정규화한 파장의 비트 펄스의 시간에 따른 모양은 뭉툭한 모양에서 점점 뾰족한 모양으로 변화되어 가는데 모양 동등도의 최대값이 나타나는 부분은 파형의 모양이 뾰족한 뒷 부분에서 나타남을 알 수 있다.
프로세서(130)는 맥파 유사도가 구해지면, 힘센서(120)로부터 수신된 접촉힘 중에서 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 혈압 추정을 위한 특징으로 더 추출할 수 있다. 예를 들어, 맥파 유사도 중의 시간 지연이 최소인 시간 지점의 접촉힘 및/또는 파형 모양의 동등도의 최대인 시간 지점의 접촉힘을 추출할 수 있다.
프로세서(130)는 획득된 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다. 즉, 맥파 유사도 뿐만 아니라 맥파 유사도가 발생한 시점에서의 접촉힘을 특징으로 하여 혈압을 추정할 수 있다. 이때, 미리 정의된 혈압 추정 모델은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, 아래의 수학식 2는 간단한 형태의 선형 함수식을 예시하고 있다.
Figure pat00002
여기서, y는 구하고자 하는 혈압, 예컨대 이완기 혈압, 수축기 혈압 및 평균 혈압 등을 의미한다. f1은 제1 특징값을 의미한다. f2는 제2 특징값을 의미한다. 예컨대, 제1 특징값은 서로 다른 파장의 맥파신호 간의 맥파 유사도일 수 있으며, 제2 특징값은 맥파 유사도가 발생한 시간 지점의 접촉힘일 수 있다. a, b 및 c는 전처리 과정을 통해 미리 구해지는 값이며, 구하고자 하는 생체정보의 종류 및 사용자 특성에 따라 다르게 정의될 수 있다. 여기서, f1는 제1 특징값들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 제1 특징값을 조합한 값일 수 있다. 마찬가지로, f2는 제2 특징값들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 제2 특징값을 조합한 값일 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 맥파신호 및 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하며, 맥파 유사도, 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 맥파 신호의 각 측정 시점에서의 피크-투-피크(peak-to-peak) 지점을 추출하고, 추출된 피크-투-피크 지점을 각 측정 시점에 대응하는 접촉힘을 기준으로 플롯(plot)함으로써 접촉힘 대 맥파를 나타내는 오실로메트릭 포락선을 각각 획득할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 사용자가 손가락으로 맥파센서(110)에 접촉한 상태에서 접촉힘을 점차 증가시키거나 맥파센서(110)를 소정 임계치 이상의 강도로 누른 상태에서 점차 접촉힘을 감소시키는 방식으로 획득한 맥파신호를 도시하고 있다. 프로세서(130)는 이와 같이 획득된 맥파신호의 각 측정 시점에서의 파형 엔벨로프(in1)의 플러스(+) 지점의 진폭값(in2)에서 마이너스(-) 지점의 진폭값(in3)을 빼서 피크-투-피크 지점을 추출할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 프로세서(130)는 각 측정 시점의 피크-투-피크 지점의 진폭을 동일한 측정 시점의 접촉힘을 기준으로 플롯하여 오실로메트릭 포락선(OW)을 획득할 수 있다. 프로세서(130)는 이와 같이 획득된 오실로메트릭 포락선(OW)으로부터 하나 이상의 추가 특징을 획득할 수 있다. 도 6b를 참조하면, 프로세서(130)는 오실로메트릭 포락선(OW)에서 진폭의 최대점(MA)를 특징으로 포함할 수 있으며 최대 진폭일 때의 접촉힘(MP), 최대 진폭일 때의 접촉 힘(MP)을 기준으로 미리 설정된 비율(예: 0.5 ~ 0.7)을 갖는 좌우 지점의 접촉 힘(SP, DP) 등을 추가 특징으로 획득할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 적외 파장 또는 녹색 파장의 오실로메트리 포락선을 이용하여 획득된 추가 특징, 적외 파장과 녹색 파장 간의 맥파 유사도 및 맥파 유사도가 발생한 시점에서의 접촉힘을 특징으로 하여 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 혈압을 추정할 수 있다. 이때, 미리 정의된 혈압 추정 모델은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 다른 실시예의 혈압 추정 장치(700)는 맥파센서(110), 힘센서(120) 및 프로세서(130) 외에, 출력부(710), 저장부(720) 및 통신부(730) 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 맥파센서(110), 힘센서(120) 및 프로세서(130)는 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로 이하 생략한다.
출력부(710)는 프로세서(130)의 제어에 따라 맥파센서(110) 및 힘센서(120)에 의해 획득된 맥파신호, 접촉힘 및/또는 프로세서(130)의 각종 처리 결과를 출력할 수 있다. 또한, 혈압 추정 요청을 수신하면, 출력부(730)는 피검체와 센서부 사이의 접촉힘에 대한 가이드 정보를 출력할 수 있다. 여기서 가이드 정보는 피검체가 센서부에 가하는 접촉힘을 점차 증가시키도록 유도하거나, 소정 임계치 이상의 접촉힘에서 점차 감소시키도록 유도하는 정보를 포함할 수 있다.
출력부(710)는 혈압 추정값 및/또는 가이드 정보를 디스플레이 모듈을 통해 시각적으로 출력하거나, 스피커 모듈 또는 햅틱 모듈 등을 통해 음성이나 진동, 촉감 등의 비시각적인 방식으로 출력할 수 있다. 디스플레이의 영역은 둘 이상으로 분리될 수 있으며, 제1 영역에 혈압 추정에 이용된 맥파신호, 접촉힘 등을 다양한 그래프 형태로 출력할 수 있다. 이와 함께 제2 영역에 혈압 추정값을 출력할 수 있다. 이때, 혈압 추정값이 정상 범위를 벗어나는 경우, 빨간색 등을 사용하여 강조, 정상 범위를 함께 표시, 음성 경고 메시지 출력, 진동 강도 조절 등의 다양한 방식으로 경고 정보를 함께 출력할 수 있다.
저장부(720)는 센서부(110) 및 프로세서(130)의 처리 결과를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(720)는 생체정보 추정에 필요한 다양한 기준 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등과 같은 사용자 특성 정보를 포함할 수 있다. 또한, 기준 정보는 혈압 추정 모델, 혈압 추정 기준, 기준 접촉힘, 기준 특징값 등의 다양한 정보를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 저장부(720)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(730)는 프로세서(130)의 제어에 따라 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기와 통신 연결하고 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(730)는 혈압 추정 결과를 외부 기기에 전송할 수 있으며, 외부 기기로부터 혈압 추정에 필요한 각종 기준 정보를 수신할 수 있다. 이때, 외부 기기는 커프형 혈압 측정 기기, 스마트폰, 이어버드, 태블릿 PC, 데스크탑 PC 및 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다. 또한 통신부(730)는 맥파신호 측정이 진행되는 동안 프로세서(130)에 의해 생성된 피검체의 접촉에 관한 가이드 정보를 외부 기기에 전송하여 외부 기기의 디스플레이에 그 가이드 정보가 표시되도록 할 수 있다.
이때, 통신 기술은 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 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8는 일 실시예에 따른 혈압 추정 방법의 흐름도이다.
도 8는 도 1 및 도 7의 실시예에 따른 혈압 추정 장치(100,700)에 의해 수행될 수 있다. 앞에서 자세히 설명하였으므로 이하 간단하게 기술한다.
먼저 혈압 추정 장치는 맥파센서를 이용하여 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정할 수 있다(810).
또한, 혈압 추정 장치는 힘센서를 이용하여 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정할 수 있다(820).
그 다음, 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출할 수 있다(830).
맥파 유사도는 서로 다른 파장 예를 들면, 적외 파장 및 녹색 파장의 조합을 통해 획득될 수 있는 특징값으로, 표면 가압 과정 중에 피부와 조직이 압축에 의해 눌려질 때 서로 다른 침투 깊이를 가지는 서로 다른 맥파신호가 시간이 지남에 따라 패턴이 비슷해지는 유사한 특성을 나타내는 지점을 지표화 한 것이다. 예를 들어, 맥파 유사도는 복수의 맥파신호에서 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값 및/또는 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값을 포함할 수 있다.
여기서, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 각각에서 온셋 지점(onset point), 오프셋 지점(offset point), 맥스 슬로프 지점(max slope point) 및 탄젠트 맥스 지점(tangent max point) 중의 적어도 하나를 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차를 계산하여 상기 시간 지연을 획득할 수 있다. 또한, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 비트 펄스의 파형의 면적과, 서로 대응하는 비트 펄스 간의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 상기 파형 모양의 동등도를 획득할 수 있다.
그 다음, 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 획득할 수 있다(840). 맥파 유사도와 관련된 시간 지점은 맥파신호에서 시간 지연의 최소값이 획득된 시간 지점 및/또는 파형 모양의 동등도의 최대값이 획득된 시간 지점을 포함할 수 있다.
그 다음, 맥파 유사도와 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정할 수 있다(850). 예컨대, 맥파 유사도 및 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다. 또한, 맥파신호 및 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하고, 맥파 유사도, 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 혈압 추정 장치의 실시예들을 포함한 전자장치의 실시예들이다.
전자장치는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 스마트 워치 타입 웨어러블 기기(900) 및 스마트폰과 같은 모바일 장치(1000)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 링, 스마트 패치, 스마트 목걸이, 이어버드 타입, 태블릿 PC 등을 포함할 수 있다. 전자장치는 전술한 혈압 추정 장치(100,700)를 포함하며, 혈압 추정 장치(100,700)의 구성들은 하나의 전자장치에 일체로 탑재되거나 둘 이상의 전자장치에 분리 탑재될 수 있다.
도 9를 참조하면 전자장치는 시계 타입의 웨어러블 기기(900)로 구현될 수 있으며 본체와 손목 스트랩을 포함할 수 있다. 본체의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 표시하는 일반적인 애플리케이션 화면, 및/또는 피검체 접촉 가이드 정보, 혈압 추정 결과 등을 표시하는 혈압 추정 애플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 본체의 후면에는 맥파센서 및 힘센서를 포함한 센서모듈(910)이 배치되어 사용자의 손목 접촉부분을 통해서 혈압 추정을 위한 맥파신호 및 힘/압력을 획득할 수 있다. 또한, 본체 내부에는 센서모듈(910)로부터 수신된 데이터를 이용하여 피검체의 접촉을 가이드 하거나 혈압을 추정하는 프로세서, 프로세서에 의해 생성된 데이터를 디스플레이에 출력하는 출력부, 및 다른 전자 장치와 통신하여 정보를 송수신하는 통신부 등을 포함할 수 있다.
도 10을 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 센서모듈(1010), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다. 사용자가 모바일 장치(1000)에 탑재된 애플리케이션 등을 실행하여 혈압 추정을 요청하는 경우 센서모듈(1010)를 이용하여 피검체로부터 맥파신호 및 접촉힘을 측정할 수 있다. 본체 내부에는 센서모듈(1010)로부터 수신된 데이터를 이용하여 피검체의 접촉을 가이드 하거나 혈압을 추정하는 프로세서, 프로세서에 의해 생성된 데이터를 디스플레이에 출력하는 출력부, 및 다른 전자 장치와 통신하여 정보를 송수신하는 통신부 등을 포함할 수 있다.
도 11는 시계 타입의 웨어러블 기기(900)와 모바일 장치(1000)가 연동하여 혈압을 추정하는 실시예를 도시한 것이다. 사용자가 웨어러블 기기(900)를 이용하여 혈압을 추정할 때, 모바일 장치(1000)의 디스플레이 화면에 관련 정보들이 표시되도록 할 수 있으며, 이와 반대로, 모바일 장치(1000)를 이용하여 혈압을 추정할 때, 웨어러블 기기(900)의 디스플레이 화면에 관련 정보들이 표시되도록 할 수 있다. 웨어러블 기기(900)는 프로세서에 의해 생성된 피검체의 접촉에 관한 가이드 정보를 모바일 장치(1000)에 전송하고, 모바일 장치의 디스플레이(1010) 화면에 출력되도록 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 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, 700: 혈압 추정 장치 110: 맥파센서
111: 광원 112: 디텍터
120: 힘센서 130: 프로세서
710: 출력부 720: 저장부
730: 통신부 900: 웨어러블 기기
910, 1010: 센서모듈 1000: 모바일 장치
1010: 웨어러블 기기

Claims (20)

  1. 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정하는 맥파센서;
    상기 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정하는 힘센서; 및
    상기 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하고, 상기 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 시점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정하는 프로세서를 포함하는 혈압 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥파센서는
    상기 피검체에 상기 서로 다른 파장의 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및
    상기 피검체로부터 반사 또는 산란된 상기 서로 다른 파장의 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함하는 혈압 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 각 맥파신호를 비트 파싱하여 각각 복수의 비트 펄스를 획득하여 정규화하고, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값, 및 상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값 중의 적어도 하나를 맥파 유사도로 추출하는 혈압 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 각각에서 온셋 지점(onset point), 오프셋 지점(offset point), 맥스 슬로프 지점(max slope point) 및 탄젠트 맥스 지점(tangent max point) 중의 적어도 하나를 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차를 계산하여 상기 시간 지연을 획득하는 혈압 추정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 비트 펄스의 파형의 면적과, 서로 대응하는 비트 펄스 간의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 상기 파형 모양의 동등도를 획득하는 혈압 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 어느 하나의 비트 펄스는 상대적으로 단파장의 비트 펄스인 혈압 추정 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점은
    상기 맥파신호에서 상기 시간 지연의 최소값이 획득된 시간 지점 및 상기 파형 모양의 동등도의 최대값이 획득된 시간 지점 중의 적어도 하나를 포함하는 혈압 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정하는 혈압 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 맥파신호 및 상기 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하며, 상기 맥파 유사도, 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 상기 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정하는 혈압 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가 특징은 상기 오실로메트리 포락선의 진폭의 최대점, 상기 최대점에 해당하는 접촉힘, 상기 최대점의 소정 비율에 해당하는 접촉힘 중의 적어도 하나를 포함하는 혈압 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    혈압 추정 요청을 수신하면, 피검체와 센서부 사이의 접촉힘에 대한 가이드 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 혈압 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가이드 정보는
    피검체가 센서부에 가하는 접촉힘을 점차 증가시키도록 유도하거나, 소정 임계치 이상의 접촉힘에서 점차 감소시키도록 유도하는 정보를 포함하는 혈압 추정 장치.
  13. 피검체로부터 서로 다른 파장의 복수의 맥파신호를 측정하는 단계;
    상기 피검체가 맥파센서에 가하는 접촉힘을 측정하는 단계;
    상기 측정된 복수의 맥파신호 간의 맥파 유사도를 추출하는 단계;
    상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 획득하는 단계; 및
    상기 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 기초로 혈압을 추정하는 단계를 포함하는 혈압 추정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 맥파 유사도를 추출하는 단계는
    상기 각 맥파신호를 비트 파싱하여 각각 복수의 비트 펄스를 획득하여 정규화하고, 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 시간 지연(time-delay) 중의 최소값 및 상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 사이의 파형 모양의 동등도 중의 최대값 중의 적어도 하나를 맥파 유사도로 추출하는 혈압 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 맥파 유사도를 추출하는 단계는
    상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 각각에서 온셋 지점(onset point), 오프셋 지점(offset point), 맥스 슬로프 지점(max slope point) 및 탄젠트 맥스 지점(tangent max point) 중의 적어도 하나를 추출하고, 추출된 서로 대응하는 지점 사이의 시간차를 계산하여 상기 시간 지연을 획득하는 혈압 추정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 맥파 유사도를 추출하는 단계는
    상기 각 맥파신호의 서로 대응하는 비트 펄스 중의 어느 하나의 비트 펄스의 파형의 면적과, 서로 대응하는 비트 펄스 간의 MAE(Mean Absolute Error)를 기초로 상기 파형 모양의 동등도를 획득하는 혈압 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 어느 하나의 비트 펄스는 상대적으로 단파장의 비트 펄스인 혈압 추정 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점은
    상기 맥파신호에서 상기 시간 지연의 최소값이 획득된 시간 지점 및 상기 파형 모양의 동등도의 최대값이 획득된 시간 지점 중의 적어도 하나를 포함하는 혈압 추정 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 혈압을 추정하는 단계는
    상기 맥파 유사도 및 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정하는 혈압 추정 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 혈압을 추정하는 단계는
    상기 맥파신호 및 상기 힘센서에 의해 측정된 접촉힘을 기초로 오실로메트리 포락선을 생성하고, 생성된 오실로메트리 포락선을 이용하여 하나 이상의 추가 특징을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 맥파 유사도, 상기 맥파 유사도와 관련된 시간 지점의 접촉힘 및 상기 하나 이상의 추가 특징을 미리 정의된 혈압 추정 모델을 통해 결합하여 혈압을 추정하는 혈압 추정 방법.
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