KR20240072750A - 전자 장치 및 그 전자 장치를 이용한 심부 체온 변화율 추정 방법 - Google Patents

전자 장치 및 그 전자 장치를 이용한 심부 체온 변화율 추정 방법 Download PDF

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이소영
권복순
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Abstract

심부 체온 변화율을 추정하는 전자 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 전자 장치는 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서, 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서, 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서, 및 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 현재 시점의 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

전자 장치 및 그 전자 장치를 이용한 심부 체온 변화율 추정 방법{ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR ESTIMATING RATE OF CORE BODY TEMPERATURE CHANGE}
심부 체온 변화율을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
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.
일반적으로 피부 온도와 심부 온도는 외부 온도, 공기 흐름, 습도 등 열전달에 영향을 미치는 환경 요소의 변화에 의해 차이가 날 수 있기 때문에 웨어러블 기기와 같은 휴대용 기기에서 심부 체온을 정확히 측정하는 것은 쉽지 않다.
복수의 센서를 이용하여 사용자의 심부 체온 변화율을 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 전자 장치는 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서, 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서, 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서, 및 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정하고, 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정하고, 추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다.
프로세서는 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다.
프로세서는 소정 시간 동안의 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 출력부를 통해 그래프를 출력할 수 있다.
프로세서는 그래프 상의 임계값 이상인 시점에 해당하는 위치에 사용자에게 경고하기 위한 소정 그래픽 객체를 출력할 수 있다.
프로세서는 비정상 체온으로 판단되는 경우 텍스트 메시지 또는 음성 메시지를 이용하여 야외 활동을 중단하도록 안내 정보를 제공할 수 있다.
프로세서는 이전 시점의 심부 체온에 심부 체온 변화율을 적용하여 심부 체온을 추정할 수 있다.
프로세서는 추정된 심부 체온이 미리 정의된 임계 범위를 벗어나는 경우 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다.
이때, 제2 센서는 열유속을 측정하는 열유속 센서일 수 있다.
전자 장치는 제1 센서로부터 이격 배치되어 본체 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있으며, 이전 시점의 피부 온도 및 이전 시점의 본체 내부의 온도를 기초로 열유속을 측정할 수 있다.
제1 센서 및 상기 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)일 수 있다.
피부와 제1 온도 센서 사이의 수직 거리는 5 mm 이하일 수 있다.
제3 센서는 PPG(Photoplethysmography) 센서 및 ECG(electrocardiography) 센서 중에서 적어도 하나일 수 있다.
일 양상에 따르면, 전자 장치가 심부 체온 변화율을 추정하는 방법에 있어서, 제1 센서에 의해 사용자의 피부 온도를 측정하는 단계, 제2 센서에 의해 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하는 단계, 제3 센서에 의해 사용자의 심박수를 측정하는 단계, 및 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
심부 체온 변화율을 추정하는 단계는 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정하는 단계, 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정하는 단계, 및 추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 단계는 소정 시간 동안의 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 출력부를 통해 그래프를 출력할 수 있다.
체온 변화율 추정 방법은 이전 시점의 심부 체온에 심부 체온 변화율을 적용하여 심부 체온을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨어러블 기기는 본체, 본체의 양단에 연결되는 스트랩, 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서, 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서, 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서, 및 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
이때, 웨어러블 기기는 디스플레이를 더 포함할 수 있으며, 프로세서는 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 디스플레이를 통해 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다.
복수의 센서를 이용하여 사용자의 심부 체온 변화율을 추정하고, 추정 결과를 기초로 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 워치형 웨어러블 기기에서 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 것에 관한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 심부 체온 변화율 추세 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 실제 심부 체온과 심부 체온 변화율을 이용하여 추정된 심부 체온과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 심부 체온 변화율 추정 방법의 흐름도이다.
도 9 내지 도 12는 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.
이하에서 설명하는 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 예컨대 웨어러블 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 기기는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(headmounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 예컨대 각종 휴대용 의료측정기기(항산화 측정기, 혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등) 등의 각종 의료기기를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 장치들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(100)는 본체(110) 내에 센서(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 센서(120)는 복수의 센서를 포함하여 심부 체온 변화율 추정을 위한 데이터를 획득할 수 있으며, 프로세서(130)는 센서(120)에서 획득된 데이터를 이용하여 사용자의 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다.
센서(120)는 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서(121), 열유속을 측정하기 위한 제2 센서(122), 및 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서(123)를 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 예를 들어, 제1 센서(121)는 피검체(예: 사용자의 손목)가 본체(110)에 접촉할 때, 접촉면에 해당하는 사용자의 피부 온도를 측정할 수 있는 온도 센서일 수 있다. 이때, 피부 표면과 거리가 최대한 가까울수록 측정된 피부 온도의 정확성이 높아질 수 있으므로 제1 센서(121)는 피부 표면과 가까운 곳에 위치할 수 있다. 예컨대, 피부와 제1 센서(121) 사이의 수직 거리는 5 mm 이하일 수 있다. 이때, 제1 센서(121)로는 서미스터, 서모커플, 실리콘 온도 센서, 적외선 온도 센서 등의 온도 센서가 이용될 수 있다. 온도 센서의 종류는 이에 한정되지 않는다.
제2 센서(122)는 피부에서 본체(110)로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 센서로 열유속 센서(heat flow sensor)(예: 서모파일)일 수 있다. 이때, 별도의 열유속 센서를 배치하지 않고 온도 센서를 하나 더 수직으로 배치하여 열유속을 측정할 수도 있다. 예컨대, 도 2b를 참조하면, 제2 센서(122)는 피부 온도를 측정하는 제1 센서(121)로부터 이격 배치되어 본체 내부의 온도를 측정하는 온도 센서일 수 있으며, 제1 센서(121)에 의해 측정된 피부 온도와 제2 센서(122)에 의해 측정된 본체 내부 온도의 차를 기초로 열유속을 측정할 수도 있다. 이때, 제2 센서(122)도 서미스터, 서모커플, 실리콘 온도 센서, 적외선 온도 센서 등의 온도 센서가 이용될 수 있다.
제3 센서(123)는 사용자의 심박수를 측정할 수 있는 센서로 예를 들어, PPG(Photoplethysmography) 센서 또는 ECG(electrocardiography) 센서일 수 있다. 이때, 제3 센서(123)는 피부 표면과 거리가 최대한 가까울수록 정확한 생체신호를 획득할 수 있으므로 측정의 정확성이 높이기 위해 피부 표면과 가까운 곳에 위치할 수 있다.
프로세서(130)는 센서(120)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 심부 체온 변화율 추정 요청시 센서(120)를 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 현재 시점에서 측정된 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다. 이때, 현재 측정 시점과 대비되는 이전 시점은 전자 장치의 설정에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 현재 시점 대비 이전 시점은 1분 이내로 설정될 수 있다.
먼저, 프로세서(130)는 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 현재 시점에서 측정된 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정할 수 있다. 예컨대, 제1 센서는 현재 시점(t2)과 이전 시점(t1)의 간격을 1분으로 하여 제1 온도를 시간의 경과에 따라 연속적으로 측정할 수 있으며, 프로세서(130)는 측정값을 기초로 피부 온도 변화율을 추정할 수 있다.
그 다음, 프로세서(130)는 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 제3 센서에 의해 측정된 맥파 신호(예: PPG 신호)의 주기를 분석하여 이전 시점의 심박수를 획득할 수 있다. 예컨대, 1분 동안 100번의 주기를 가지는 PPG 신호를 획득한 경우 심박수를 100으로 정할 수 있다.
프로세서(130)는 획득한 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(130)는 획득한 심박수(HRwm)를 이용하여 수학식 1에 따라 에너지 대사량(M)을 추정할 수 있다.
여기서, M0는 안정된 상태에서의 대사량 예컨대, 휴식중 대사량 또는 기초 대사량을 의미하며 일반적으로 성인 남성은 60W/m2에 해당한다. HR0는 안정된 상태에서의 심박수 예컨대, 휴식중 심박수를 의미한다. MWC(maximum work capacity in watts)는 최대 활동시 대사량, HRmax는 최대 심박수를 의미한다. 이때, M0 및 HR0는 미리 측정하여 저장된 값을 이용할 수 있으며, MWC 및 HRmax는 나이 및 성별에 따라 추정 가능한 값으로, 프로세서(130)가 인터페이스를 이용하여 표시 장치를 통해 사용자로부터 나이 및 성별을 입력 받아 추정하거나 미리 저장된 값을 이용할 수 있다.
그 다음, 프로세서(130)는 이전 시점의 열유속을 측정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(130)는 제2 센서가 본체 내부에 배치된 온도 센서인 경우 이전 시점의 피부 온도와 이전 시점의 본체 내부의 온도의 차를 기초로 열유속을 측정할 수 있다. 이때, 제2 온도 센서가 열유속 센서인 경우 측정된 열유속 값을 직접 이용할 수 있다.
그 다음, 프로세서(130)는 추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 심부 체온 변화율을 추정할 수 있으며 이하 수학식 2 내지 3으로 표현될 수 있다.
여기서, 는 심부 체온 변화율, 는 피부 온도 변화율, 는 미리 정해진 피부 비열, Ccr은 미리 정해진 심부 비열, Wsk는 미리 정해진 피부 질량, Wcr은 미리 정해진 심부 질량, M은 에너지 대사량, HF는 열유속, qres 는 미리 정해진 호흡에 의한 열손실, qloss는 미리 정해진 피부 및 땀에 의한 열손실, Cbl은 미리 정해진 피의 비열, Vbl은 미리 정해진 단위 체표면당 피부로 흘러가는 혈류량, Kmin은 미리 정해진 피부와 심부 사이의 열전도도, Tcr은 미리 정해진 심부 체온, Tsk는 이전 시점에 측정된 피부 온도를 의미한다. 이때, 최초 측정시 Tcr은 일반적인 심부 체온인 36.5 ℃를 사용할 수 있으며, 외부에서 측정된 사용자의 심부 체온을 입력받아 사용할 수도 있다.
그 다음, 프로세서(130)는 추정된 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 비정상 체온으로 판단되는 경우 텍스트 메시지 또는 음성 메시지를 이용하여 야외 활동을 중단하도록 안내 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 워치형 웨어러블 기기에서 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 것에 관한 도면이다. 도 3을 참조하면, 예를 들어 프로세서(130)는 추정된 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값(예: 10%) 이상인 경우"WARNING! HIGH BODY TEMPERATURE"및"야외 활동을 중단하시고 서늘한 곳으로 이동하세요"(320)라는 텍스트 메시지를 표시 장치(310)를 통해서 출력할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 야외 활동을 중단하도록 하는 음성 메시지를 출력할 수도 있으며, 텍스트 메시지와 음성 메시지를 동시에 출력할 수도 있다. 또한, 경고 알람을 출력부를 통해 함께 출력할 수도 있다. 프로세서(130)는 만일 비정상 체온 위험 안내 정보 제공 후 소정 시간이 지나도 추정된 심부 체온 변화율이 임계값 이상을 계속 유지하는 경우, 전자 장치(예: 스마트폰)와 통신하여 119 안전 신고 센터로 직접 통화 연결할 수도 있다. 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 방법은 이에 한정되지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 프로세서(130)는 소정 시간 동안의 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 출력부를 통해 그래프를 출력할 수 있다. 이때, 그래프 상의 임계값 이상인 시점에 해당하는 위치에 사용자에게 경고하기 위한 소정 그래픽 객체를 출력할 수도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 심부 체온 변화율 추세 그래프를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 측정 후 15분이 지나는 시점에서 심부 체온 변화율이 10%에 도달한 것을 알 수 있다. 임계값을 10%로 가정하면 측정 후 15분에 급격한 심부 체온 변화가 있는 것으로 판단할 수 있으며, 프로세서(130)는 별표(☆) 모양의 그래픽 객체(410)를 표시 장치에 별도로 출력하여 사용자에게 급격한 심부 체온 변화를 경고할 수 있다. 다만, 비정상 체온 위험에 대해 사용자에게 경고하는 방법은 이에 한정되지 않는다.
일반적으로 웨어러블 기기와 같은 휴대용 기기에서 피부 온도만으로 심부 체온을 정확히 추정하는 것은 쉽지 않다. 상기 실시예에 따르면, 직접적으로 심부 체온을 추정함 없이, 웨어러블 기기로 쉽게 측정 가능한 피부 온도의 변화율을 이용하여 심부 체온 변화율을 추정할 수 있으며, 이를 기초로 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 신속히 제공할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 추정된 심부 체온 변화율에 이전 시점의 심부 체온을 적용하여 심부 체온을 직접 추정할 수도 있다. 이때, 이전 시점이 최초 측정 시점인 경우 일반적인 심부 체온인 36.5 ℃를 사용할 수 있으며, 또한, 외부에서 미리 측정된 사용자의 심부 체온을 입력받아 사용할 수도 있다.
도 5는 실제 심부 체온과 심부 체온 변화율을 이용하여 추정된 심부 체온과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 실제 심부 체온(510) 보다 심부 체온 변화율을 이용하여 추정된 심부 체온(520)이 다소 변동성은 높으나, 두 심부 체온(510, 520)은 대체로 유사한 체온값을 보여주어 상관도가 높음을 알 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 추정된 심부 체온이 미리 정의된 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 프로세서(130)는 추정된 심부 체온이 38 ℃ 내지 40 ℃ 범위를 벗어나는 경우, 비정상 체온으로 판단하여 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다. 안내 정보를 제공하는 방법은 상기 심부 체온 변화율이 임계값 이상인 경우(예: 도 3)와 유사한 방법을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 6은 다른 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 전자 장치(600)는 본체(610) 내에 센서(620), 프로세서(630), 저장부(640), 출력부(650) 및 통신부(660)를 포함할 수 있다. 이때, 센서(620) 및 프로세서(630)의 구성은 도 1의 실시예의 센서(120) 및 프로세서(130)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
저장부(640)는 심부 체온 변화율 추정과 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 센서(620)를 통해 획득한 온도 데이터, 열유속, 심박수, 프로세서(830)의 처리 결과, 예컨대 피부 온도 변화율, 에너지 대사량, 심부 체온 변화율 등을 저장할 수 있다.
저장부(640)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(650)는 프로세서(630)의 처리 결과를 사용자에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 출력부(650)는 디스플레이에 프로세서(630)에 의해 추정된 심부 체온 변화율을 그래프 등으로 표시할 수 있으며, 심부 체온 변화율이 임계값 이상인 경우 사용자에게 경고하기 위해 텍스트 메시지 또는 음성 메시지를 이용하여 비정상 체온 경고 메시지를 제공할 수 있다.
통신부(660)는 외부 기기와 통신하여 심부 체온 변화율 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, 통신부(660)는 추정된 심부 체온 변화율을 스마트폰 등의 외부 기기에 전송할 수 있으며 예컨대 사용자는 스마트폰을 통해 시간에 따른 심부 체온 변화율을 모니터링할 수 있다.
통신부(660)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, 5G 통신, 및 6G 통신 등을 포함하는 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 심부 체온 변화율 추정 방법의 흐름도이다. 도 7 내지 도 8은 전자 장치(100, 600)에 의해 수행되는 심부 체온 변화율 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 상술하였으므로 중복 설명을 피하기 위해 간단히 설명한다.
도 7을 참조하면, 전자 장치는 제1 센서에 의해 사용자의 피부 온도를 측정할 수 있으며(710), 제2 센서에 의해 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정할 수 있으며(720), 제3 센서에 의해 사용자의 심박수를 측정할 수 있다(730).
그 다음, 전자 장치는 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 현재 시점에 측정된 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다(740). 이때, 현재 측정 시점과 대비되는 이전 시점은 전자 장치의 설정에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 현재 시점 대비 이전 시점은 1분 이내로 설정될 수 있다.
도 8은 심부 체온 변화율 추정 단계(740)를 상세히 하는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 전자 장치는 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 현재 측정된 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정할 수 있다(810). 예컨대, 제1 센서는 현재 시점(t2)과 이전 시점(t1)의 간격을 1분으로 하여 제1 온도를 시간의 경과에 따라 연속적으로 측정할 수 있으며, 전자 장치는 측정값을 기초로 피부 온도 변화율을 추정할 수 있다.
그 다음, 전자 장치는 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정할 수 있다(820). 예컨대, 전자 장치는 PPG 센서나 ECG 센서 등에서 획득한 신호를 기초로 심박수를 획득하고, 획득한 심박수를 이용하여 수학식 1에 따라 에너지 대사량을 추정할 수 있다.
그 다음, 전자 장치는 추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 수학식 2 내지 3에 따라 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다(830).
그 다음, 전자 장치는 추정된 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다(750). 이때, 전자 장치는 소정 시간 동안의 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 출력부를 통해 그래프를 출력할 수 있으며, 그래프 상의 임계값 이상인 시점에 해당하는 위치에 사용자에게 경고하기 위한 소정 그래픽 객체를 출력할 수도 있다. 또한, 전자 장치는 비정상 체온으로 판단되는 경우 텍스트 메시지 또는 음성 메시지를 이용하여 야외 활동을 중단하도록 안내 정보를 제공할 수도 있다.
또한, 전자 장치는 이전 시점의 심부 체온에 심부 체온 변화율을 적용하여 심부 체온을 직접 추정할 수도 있으며, 추정된 심부 체온이 미리 정의된 임계 범위를 벗어나는 경우 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다.
도 9 내지 도 12는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면 전자 장치는 스마트 워치 타입의 웨어러블 기기(900)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 본체(MB)의 양단에 연결되어 본체(MB)를 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)는 센서(910), 프로세서, 출력부, 저장부 및 통신부를 포함할 수 있다. 다만, 폼 팩터(form factor)의 사이즈 및 형태 등에 따라 출력부, 저장부 및 통신부 중의 일부는 생략될 수 있다.
센서(910)는 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서, 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서, 및 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서를 포함할 수 있다. 이때, 센서(910)는 본체(MB)가 사용자의 손목에 착용될 때 사용자의 손목 상부에 접촉하여 심부 체온 변화율을 추정하기 위한 데이터를 획득할 수 있도록 본체(MB)의 후면에 배치될 수 있다.
본체(MB)에 탑재된 프로세서는 센서(1010)를 비롯한 다양한 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 프로세서는 이전 시점에 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 현재 시점의 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정할 수 있다.
본체(MB)의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 심부 체온 변화율 정보, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 또한, 프로세서는 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 디스플레이를 통해 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 수 있다. 디스플레이에 표시될 수 있는 정보는 이에 한정되지 않는다.
도 10을 참조하면, 전자 장치는 이어(ear) 웨어러블 기기(1000)로도 구현될 수 있다.
이어(ear) 웨어러블 기기(1000)는 본체와 이어 스트랩(ear strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 기기(1000)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(external auditory meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서(1010)가 탑재될 수 있다. 이어 웨어러블 기기(1000)는 심부 체온 변화율 추정 결과 또는 심부 체온 변화율을 이용에 추정한 심부 체온을 사용자에게 음향으로 제공하거나, 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 등으로 전송할 수 있다.
도 11을 참조하면, 전자 장치는 스마트 폰(smart phone)과 같은 모바일 기기(1100)로 구현될 수 있다.
모바일 기기(1100)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 기기(1100)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(1110), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다.
일 실시예로, 모바일 기기(1100)의 후면에는 사용자로부터 데이터를 획득할 수 있는 복수의 센서가 배치될 수 있으며, 모바일 기기(1100) 전면의 지문 센서, 측면 전원 버튼, 볼륨 버튼이나 모바일 기기(1100)의 전후면의 별도의 위치에도 센서 등이 배치되어 심부 체온 변화율 또는 이를 이용한 심부 체온을 추정할 수 있다.
예컨대, 사용자가 모바일 기기(1100)에 탑재된 어플리케이션 등을 실행하여 심부 체온 변화율 추정을 요청하는 경우 센서(1110)를 이용하여 데이터를 획득하고 모바일 장치 내의 프로세서를 이용하여 심부 체온 변화율을 추정하고 사용자에게 추정값 및/또는 비정상 체온 위험 안내 정보를 영상 및/또는 음향으로 제공할 수 있다.
도 12를 참조하면, 전자 장치는 시계 타입의 웨어러블 기기와 스마트폰과 같은 모바일 기기의 조합에 의해서도 구현될 수 있다. 일 예로, 모바일 기기(1200)의 본체에는 메모리, 통신부, 및 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 모바일 기기의 프로세서는 심부 체온 변화율 추정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 기기(1210) 본체 내부에 실장된 통신부와 통신하여 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 기기로부터 피부 표면 온도, 열유속, 심박수 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 심부 체온 변화율을 추정할 수 있으며, 추정 결과 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 출력부를 통해 도시된 바와 같이 모바일 기기의 디스플레이에 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공할 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: 전자 장치
120, 620: 센서
130, 630: 프로세서
121: 제1 센서 122: 제2 센서
123: 제3 센서 640: 저장부
650: 출력부 660: 통신부
900: 스마트 워치 타입 웨어러블 기기
1000: 이어 타입 웨어러블 기기
1100: 모바일 장치

Claims (20)

  1. 사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서;
    상기 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서;
    상기 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서; 및
    이전 시점에 상기 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 상기 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 상기 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 상기 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서를 포함하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 상기 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정하고, 상기 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정하고, 추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 상기 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 상기 심부 체온 변화율을 추정하는 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 상기 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    소정 시간 동안의 상기 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 상기 출력부를 통해 상기 그래프를 출력하는 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 그래프 상의 상기 임계값 이상인 시점에 해당하는 위치에 사용자에게 경고하기 위한 소정 그래픽 객체를 출력하는 전자 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    비정상 체온으로 판단되는 경우 텍스트 메시지 또는 음성 메시지를 이용하여 야외 활동을 중단하도록 안내 정보를 제공하는 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    이전 시점의 심부 체온에 상기 심부 체온 변화율을 적용하여 심부 체온을 추정하는 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 추정된 심부 체온이 미리 정의된 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 전자 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서는 열유속을 측정하는 열유속 센서인 전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서로부터 이격 배치되어 본체 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 이전 시점의 피부 온도 및 이전 시점의 본체 내부의 온도를 기초로 상기 열유속을 측정하는 전자 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)인 전자 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피부와 상기 제1 온도 센서 사이의 수직 거리는 5 mm 이하인 전자 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제3 센서는
    PPG(Photoplethysmography) 센서 및 ECG(electrocardiography) 센서 중에서 적어도 하나인 전자 장치.
  14. 전자 장치가 심부 체온 변화율을 추정하는 방법에 있어서,
    제1 센서에 의해 사용자의 피부 온도를 측정하는 단계;
    제2 센서에 의해 상기 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하는 단계;
    제3 센서에 의해 상기 사용자의 심박수를 측정하는 단계; 및
    이전 시점에 상기 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 상기 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 상기 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 상기 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 단계를 포함하는 체온 변화율 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 심부 체온 변화율을 추정하는 단계는
    상기 이전 시점에 측정된 피부 온도 및 상기 피부 온도를 기초로 피부 온도 변화율을 추정하는 단계;
    상기 이전 시점에 측정된 심박수를 기초로 에너지 대사량을 추정하는 단계; 및
    추정된 피부 온도 변화율, 추정된 에너지 대사량, 및 상기 이전 시점에 측정된 열유속을 기초로 상기 심부 체온 변화율을 추정하는 단계를 포함하는 체온 변화율 추정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 상기 사용자에게 출력부를 통해 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 체온 변화율 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 단계는
    소정 시간 동안의 상기 심부 체온 변화율 추세 그래프를 생성하고, 상기 출력부를 통해 상기 그래프를 출력하는 체온 변화율 추정 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    이전 시점의 심부 체온에 상기 심부 체온 변화율을 적용하여 심부 체온을 추정하는 단계를 더 포함하는 체온 변화율 추정 방법.
  19. 본체;
    상기 본체의 양단에 연결되는 스트랩;
    사용자의 피부 온도를 측정하는 제1 센서;
    상기 피부에서 본체로 수직으로 전달되는 열유속을 측정하기 위한 제2 센서;
    상기 사용자의 심박수를 측정하는 제3 센서; 및
    이전 시점에 상기 제1 센서에 의해 측정된 피부 온도, 이전 시점에 상기 제2 센서에 의해 측정된 열유속, 이전 시점에 상기 제3 센서에 의해 측정된 심박수, 및 상기 피부 온도를 기초로 심부 체온 변화율을 추정하는 프로세서를 포함하는 웨어러블 기기.
  20. 제19항에 있어서,
    디스플레이를 더 포함하고
    상기 프로세서는
    상기 심부 체온 변화율이 미리 정해진 임계값 이상인 경우 상기 디스플레이를 통해 사용자에게 비정상 체온 위험 안내 정보를 제공하는 웨어러블 기기.
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