WO2011090274A2 - 손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2011090274A2
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pulse rate
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진경수
진수영
김은태
우철기
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주식회사 제이유에이치
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices

Definitions

  • the present invention relates to a wrist worn pulse rate measuring apparatus and a control method thereof.
  • Chronic diseases such as high blood pressure, diabetes, cerebrovascular disease and heart disease continue to increase.
  • the causes are almost half of disease outbreaks caused by health behaviors of individuals and groups, especially diets and sports-related diets. Therefore, it is difficult to solve such chronic diseases by the biomedical model of modern medicine alone, and a health-promoting approach of removing the health risk factors through the improvement of lifestyle is required.
  • individual-level exercise therapy such as walking as a prophylaxis or replacement therapy for chronic diseases is being successfully performed.
  • a pedometer or exercise calorimeter is generally used to check the amount of exercise, but recently, a method of estimating the heart rate of an exerciser by measuring the pulse rate (heart rate) during exercise in real time is also proposed. It is becoming.
  • Pulse rate measurement methods include piezoelectric using a piezo element, magnetic using a magnetic tunnel tunnel (MTJ) element, pressing using a film type pressure sensor, impedance using a bioelectrical impedance, and optical.
  • MTJ magnetic tunnel tunnel
  • a method of detecting a pulse by arranging a plurality of light receiving elements around one light emitting element and 2) an optical sensor having the largest amplitude by arranging a plurality of light sensors comprising a pair of light emitting elements and light receiving elements
  • the wrist size or the position of the blood vessel is different depending on the user, which may cause a problem in the reliability of the pulse measurement.
  • the light emitting device and the passive device correspond one-to-one, Since it is necessary to compare the detection signals after storing the detection signals for all the light emitting devices of the LED, it takes a long time to select the optimal optical sensor and consumes a lot of current, and when the optical sensors are arranged in close proximity to each other, There is a possibility that this may occur, the sensor is arranged in a line without considering the bending when mounting the wrist, there is a significant problem for the movement artifact (artifact) due to poor contact with the skin when wearing the wrist.
  • a separate operation member for adjusting the amount of protrusion of the pulse detection unit protrudes outward to form a mechanically complicated shape, and the pulse detection unit is integrally mounted to the wristwatch-type pulse measuring device.
  • the position of the optical sensor is easily separated by the movement of the pulse measuring device when the hand moves.
  • the present invention is to provide a wrist-worn pulse rate measuring device that can more accurately measure the pulse rate of the user by minimizing the influence of the positional movement of the pulse detection unit.
  • the present invention also provides a wrist worn pulse measuring device control method capable of estimating the pulse rate even when it is impossible to calculate the pulse rate by the pulse detection algorithm due to the movement of the user.
  • a belt wearable on the user's wrist
  • a light emitting device mounted on the belt and irradiated with light to the user's human body and mounted on the belt so as to be adjacent to the light emitting device to receive light reflected from the human body
  • a wrist worn pulse rate measuring device including a pulse detection unit for detecting a pulse signal with light, and a control unit for receiving a pulse signal from the pulse detection unit to calculate the pulse rate of the user.
  • the light emitting device may be disposed in plurality along the circumference of the light receiving device.
  • the plurality of light emitting devices may be arranged to be symmetrical about the light receiving device.
  • a plurality of light receiving elements having a plurality of light emitting elements arranged around the plurality may be arranged to be parallel to each other.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a partition wall surrounding a plurality of light receiving elements and a plurality of light emitting elements so as to prevent interference of light.
  • the plurality of light receiving elements may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a transparent mold that individually surrounds the surface of the light receiving element and the light emitting element.
  • Wrist wearing type pulse measuring device one end is connected to the light emitting element, the other end is branched into a plurality of strands are arranged to face the human body, and one end is connected to the light receiving element, the other end is branched into a plurality of strands And further include a second optical fiber disposed to face the human body.
  • the strands of the first optical fiber and the strands of the second optical fiber may be alternately arranged.
  • the strand of the first optical fiber and the strand of the second optical fiber may be arranged in a lattice structure.
  • a plurality of light emitting devices and a light receiving device are disposed in a plural number to each other, and a plurality of first optical fibers and a second optical fiber which are branched into a plurality of strands and directed toward the human body are disposed in plural numbers to have the same number as the light emitting device and the light receiving device. Can be.
  • the other ends of the plurality of first optical fibers may be spaced apart from each other by a predetermined distance, and the other ends of the plurality of second optical fibers may be spaced apart by a predetermined distance from which the other ends of the plurality of first optical fibers are spaced apart from each other.
  • the wrist worn pulse rate measuring apparatus may further include a display unit mounted on the belt and displaying a pulse rate calculated by the controller.
  • the display unit may be mounted on the belt to be spaced apart from the pulse detection unit.
  • the belt may be made of a flexible material.
  • Wrist wearing pulse rate measuring apparatus may further include a buzzer mounted on the belt to generate a beep.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a memory unit for storing pulse data corresponding to the pulse rate.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a light emitting device, a light receiving device, and a power supply unit for supplying power to the controller.
  • the wrist worn pulse measuring device may further include an interface unit for connecting to an external device.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a bioimpedance measuring unit measuring a bioimpedance of the user, and the controller may determine that the belt is worn on the wrist of the human body when the measured bioimpedance is smaller than the reference impedance.
  • the controller may adjust the intensity of light emitted from the light emitting device according to the magnitude of the pulse signal received from the pulse detector.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a communication unit for transmitting pulse data corresponding to the pulse rate to an external server.
  • the controller may change the pulse mode to measure the pulse rate or the exercise mode to measure the amount of exercise for a predetermined time by the user's selection, and the communication unit may determine an external server when the measured pulse rate is out of the preset normal pulse rate range and the user pulse rate range.
  • the emergency signal can be transmitted to the external server or the user can select the emergency signal to the external server.
  • the controller may calculate the amount of exercise for a predetermined time by calculating the amount of heat consumed by the human body using the pulse rate.
  • the wrist-worn pulse measuring apparatus may further include a switch unit for selecting a pulse mode or an exercise amount mode and selecting whether to transmit an emergency signal.
  • the switch unit may be formed on the display unit in a touch screen manner.
  • the control unit compares the pulse signal with a preset movement pattern signal, and estimates the pulse rate from the movement pattern signal when the coincidence of the pulse signal with respect to the movement pattern signal is greater than or equal to the reference value, and the communication unit sends an emergency signal to an external server when the coincidence is smaller than the reference value.
  • the communication unit may receive an access signal from an external server, and transmit the pulse data to the external server when the access signal is received.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a global positioning system (GPS) receiver mounted to the belt.
  • GPS global positioning system
  • the control method of the wrist-worn pulse measuring apparatus described above determining whether the pulse rate can be calculated based on the state of the pulse signal, if the pulse rate can be calculated, the pulse detection Calculating the pulse rate by an algorithm, comparing the pulse signal with a preset movement pattern signal if the calculation of the pulse rate is impossible due to the user's movement, and matching the pulse signal with the movement pattern signal to a reference value or more.
  • a wrist worn pulse measuring device control method comprising estimating a pulse rate from a movement pattern signal by an estimation algorithm is provided.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus further includes a communication unit, and the method for controlling a wrist worn pulse measuring apparatus includes a case in which the calculated pulse rate is out of a preset normal pulse rate range and a user pulse rate range or a degree of coincidence of a pulse signal with respect to a movement pattern signal If smaller than the reference value, the method may further include transmitting an emergency signal to an external server through the communication unit.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus further includes a bioimpedance measuring unit, and the method for controlling a wrist wearing pulse measuring apparatus may include: measuring, by a bioimpedance measuring unit, a user's bioimpedance before determining whether a pulse rate can be calculated; And when the measured bioimpedance is smaller than the reference impedance, the control unit may determine that the belt is worn on the user's wrist.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus further includes a display unit, and the method for controlling a wrist worn pulse measuring apparatus may include, after calculating the pulse rate, depending on whether the calculated pulse rate is within a preset normal pulse rate range and a user pulse rate range. Displaying the status of the pulse rate as 'normal', 'attention' or 'emergency' through the display, and after estimating the pulse rate, displaying the status of the pulse rate as 'move' through the display. It may include.
  • the controller may be changed to a pulse mode for measuring the pulse rate or an exercise amount mode for measuring the amount of exercise for a predetermined time, according to a user's selection, and when the exercise amount mode is selected by the user, After calculating the pulse rate or estimating the pulse rate, the method may further include calculating an amount of exercise for a predetermined time by calculating the amount of heat consumed by the human body using the pulse rate.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus further includes a display unit, and the method for controlling a wrist worn pulse measuring apparatus includes, after the step of calculating the pulse rate or estimating the pulse rate, when the exercise mode is selected by the user, through the display unit.
  • the method may further include classifying the state of the pulse rate into 'normal', 'attention' or 'emergency' based on the preset maximum target pulse rate and the minimum target pulse rate.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus may further include a switch unit for selecting a pulse mode or an exercise amount mode and selecting whether to transmit an emergency signal to an external server.
  • the wrist worn pulse measuring device control method includes, after the step of determining whether the pulse rate can be calculated, when the pulse rate cannot be calculated by changing the worn position of the belt, the light emitting device according to the magnitude of the pulse signal received from the pulse detection unit.
  • the method may further include adjusting the intensity of light irradiated from the light source.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus further includes a communication unit, wherein the wrist worn pulse measuring apparatus receives an access signal from an external server through the communication unit after calculating the pulse rate or estimating the pulse rate, and The method may further include transmitting pulse data to an external server through the communication unit according to the access signal.
  • the pulse rate can be estimated even when the pulse rate cannot be calculated by the pulse detection algorithm due to the movement of the user.
  • FIG. 1 is a view showing a wrist wearing state of the wrist-wearable pulse measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of a wrist worn pulse rate measuring apparatus according to an aspect of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a pulse detection unit of the wrist-worn pulse rate measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing a display unit and a switch of the wrist-worn pulse rate measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a bottom view showing the pulse detection unit of the wrist-worn pulse rate measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing a pulse detection unit of the wrist-worn pulse rate measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a bottom view showing the pulse detection unit of another wrist-worn pulse rate measuring device according to an aspect of the present invention.
  • Figure 8 is a cross-sectional view showing a pulse detection unit of another embodiment wrist worn pulse rate measuring apparatus according to an aspect of the present invention.
  • Figure 9 is a perspective view showing another embodiment of the wrist worn pulse rate measuring apparatus according to an aspect of the present invention.
  • Figure 10 is a flow chart showing an embodiment of a wrist worn pulse rate measuring device control method according to another aspect of the present invention.
  • Figure 11 is a flow chart showing the pulse measuring step of the wrist worn pulse rate measuring device control method according to another aspect of the present invention.
  • FIG. 12 is a flow chart showing another embodiment of a wrist worn pulse rate measuring device control method according to another aspect of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a wrist (H) wearing state of the wrist-worn pulse rate measuring apparatus 1000 according to an aspect of the present invention.
  • 2 is a view showing an embodiment of a wrist worn pulse rate measuring apparatus 1000 according to an aspect of the present invention.
  • 3 is a diagram illustrating a pulse detection unit 200 according to an exemplary embodiment of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 is worn around the user's wrist H by the belt 100 so that the display unit 400 is positioned in the back of the hand. Inside the 100, the pulse detection unit 200 is disposed to face the radial artery or the ulnar artery.
  • the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 may include a pulse detection unit 200 and a control unit including a belt 100, a light emitting device 210, and a light receiving device 220. 300, the memory unit 350, the display unit 400, the communication unit 500, the GPS receiver 550, the buzzer unit 600, the power supply unit 700, the interface unit 750, and the bioimpedance measuring unit 800
  • the switch unit 900 may be configured.
  • the plurality of light emitting devices 210 may be disposed with respect to one light receiving device 220 having a larger surface area, or the first and second optical fibers 250 may be branched into a plurality of strands.
  • the belt 100 may be worn on a user's wrist H as shown in FIG. 1, and the belt 100 may include a pulse detection unit 200, a control unit 300, and a memory unit as shown in FIG. 2. 350, the display unit 400, the communication unit 500, the GPS receiver 550, the buzzer 600, the power supply 700, the interface unit 750, the bioimpedance measuring unit 800, and the switch unit 900. ) May be mounted.
  • Such a belt 100 may be made of a flexible material. Accordingly, the belt 100 may not only be easily bent in accordance with the shape of the wrist H, but also be in good contact with the skin so that the flow does not occur after the belt 100 is worn on the wrist H.
  • the pulse detection unit 200 is configured to detect a pulse signal using light, and is mounted on the belt 100 to be adjacent to the light emitting device 210 and the light emitting device 210 that irradiate light to the human body of the user. And a light receiving device 220 mounted on the 100 to receive the light reflected from the human body.
  • the pulse detection unit 200 transmits the detected pulse signal to the control unit 300 as shown in FIG. 2, and the control unit 300 may receive the pulse signal and calculate a user's pulse rate.
  • the pulse detection unit 200 includes a current controller 270, a baseline controller 275, a current-voltage converter 280, and an analogue-in addition to the light emitting device 210 and the light receiving device 220.
  • the digital converter 290 may be further included.
  • the current controller 270 adjusts the light intensity of the light emitting device 210 when the light emitting device 210 and the light receiving device 220 are weak or not detected by the positional deviation from the radial artery or the ulnar artery. Can be.
  • the belt 100 can stably measure the pulse even when the belt 100 is worn off the radial artery or the ulnar artery due to the inconvenience of wearing the radial condyle and the ulnar condyle.
  • the current controller 270 may be installed separately from the controller 300 as shown in FIG. 3, or may be integrally mounted in the controller 300.
  • the current-voltage converter 280 converts the current generated by the light receiving element 220 into a voltage, and the voltage is digitized by the analog-digital converter 290 and transferred to the controller 300.
  • the analog-digital converter 290 may be included in the control unit 300.
  • the baseline controller 275 maintains the baseline variation of the signal according to the movement artifact or the light intensity received from the light receiving device 220 at a constant level, thereby enabling accurate operation of the analog-to-digital converter 290. do.
  • the pulse detection unit 200 includes a data interface unit for transmitting pulse data corresponding to the pulse rate calculated by the controller 300 to the display unit 400, which will be described later, and a bioimpedance measuring unit 800, which will be described later. ) May be mounted.
  • the pulse detection unit 200 includes a display unit 400, a switch unit 900, a buzzer unit 600, a bioimpedance measuring unit 800, and an interface unit. 750, the power supply unit 700, the GPS receiver 550, the memory unit 350, and the case where the control unit 300 controls the communication unit 500 are provided as an example, but the pulse detection unit ( A separate detection control unit may be further provided in the 200 to detect the pulse signal by the detection control unit.
  • the communication unit 500 is configured to transmit pulse data corresponding to the measured pulse rate or exercise amount data corresponding to the measured exercise amount to an external server through wired or wireless communication. That is, the communicator 500 transmits pulse data or exercise data to an external server, for example, a remote health care center, a control center, or the like by using an access point or personal computer or a mobile phone through Bluetooth or ZigBee wireless communication. Communicate regularly with back. In addition, by mounting the GPS receiver 550 on the belt 100, the position of the user may be accurately confirmed in real time.
  • the buzzer 600 is mounted on the belt 100 to generate various beeps according to the operation state of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000, and the memory unit 350 stores pulse data, exercise data, and the like. It is for the configuration.
  • the power supply unit 700 is a component for supplying power to each component such as the light emitting device 210, the light receiving device 220, the control unit 300, and the display unit 400. And a circuit for charging the battery.
  • the interface unit 750 may use a USB method.
  • the external unit and the wrist may upgrade the operation program of the controller 300 or download various data stored in the memory unit 350 to an external device such as a personal computer.
  • the wearable pulse measuring apparatus 1000 may be connected.
  • the interface unit 750 may be connected to an external terminal for charging the battery of the power supply unit 700.
  • the bioimpedance measuring unit 800 checks whether the user wears the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 and measures the bio-impedance to control the power of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 to ON or OFF. .
  • the operation of the wrist-wearable pulse measuring apparatus 1000 may be automatically stopped when the bio-impedance measuring unit 800 is not worn, unnecessary power consumption may be prevented, and the power supply unit 700 may be Life can also be increased.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the display unit 400 and the switch unit 900 of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the display unit 400 is mounted on the belt 100 and may visually display the pulse rate calculated by the controller 300 as illustrated in FIG. 4.
  • the display unit 400 includes a wireless communication state display 421 indicating a wireless connection state with an access point or a personal computer and a display unit 400 indicating an exercise amount.
  • USB connection status display 425 indicating whether the wrist worn pulse measuring device 1000 is connected to another device via a USB port
  • wrist worn pulse measuring device 1000 Charge status display 426 indicating that the battery is being charged, battery remaining charge display 427 indicating the consumption of the battery built in the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000, and the display unit 400 display the time Time division display (428) for distinguishing whether the morning or afternoon of the time when the display, the display unit 400 displays the pulse rate, exercise amount, time to display the number (429), wrist-worn pulse measuring device 1000
  • the display unit 400 displays the pulse rate, exercise amount, time to display the number (429), wrist-worn pulse measuring device 1000
  • the pulse rate detected by the user's wrist (H) is vital by wearing a caution pulse indication (435) and a wrist worn pulse measuring device (1000) indicating that the user needs attention when the pulse rate is changed within the required pulse rate range.
  • An emergency pulse indication 436 or the like may be formed to alert the user that emergency medical care is needed by reaching a condition that is dangerous to maintenance.
  • the display unit 400 may be mounted on the belt 100 to be spaced apart from the pulse detection unit 200. That is, the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to the present exemplary embodiment is not integrated with the display unit 400 and the pulse detection unit 200, but is disposed on the belt 100 so that the wrist is separated and separated from each other. Can be.
  • the pulse detection unit 200 can be minimized from the radial artery or the ulnar camellia, which are pulse measurement sites by the user's hand movement, and the contact with the pulse detection unit 200 and the skin can be maintained well.
  • the switch unit 900 sets or modifies the operation mode (pulse mode, momentum mode, time mode) of the wrist-worn pulse measuring device 1000, and the server of the external organization according to the user's selection in order to inform the emergency situation Emergency signals can be sent to
  • the side of the display unit 400 may include a mode selection switch 910 for changing a mode setting and turning on / off the power of the wrist worn pulse measuring apparatus 1000.
  • the pulse rate is displayed on the 400, the pulse rate switch 920 and the display unit 400, which can set the pulse rate range of the user and the buzzer 600 ON / OFF, etc., show the amount of exercise, and calculate the amount of exercise of the user.
  • Momentum mode switch 930 for inputting the user's information to display the current time on the display unit 400, the time mode switch 940 for changing the current time, and emergency to the display unit 400
  • An emergency mode switch 950 is provided to indicate the pulse indication 436, to generate a warning sound, to confirm an abnormality of the emergency alarm system, and to notify the health care center or the control center of an emergency.
  • the display unit 400 sequentially displays pulse rate, exercise amount, and time. In this case, each display lasts 2 seconds and then disappears automatically.
  • the power of the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 may be turned on / off. This function can be used when the pulse mode, momentum mode and time mode are displayed and the display is turned off.
  • the mode selection switch 910 it is possible to change the user's pulse rate range and the buzzer 600 ON / OFF state in the pulse mode state, it is possible to change the user's gender, age settings in the exercise mode state In the time mode, you can change the current time setting.
  • the pulse mode switch 920 When the pulse mode switch 920 is briefly pressed, the pulse rate is displayed on the display 400 for 5 seconds and then disappears automatically. In addition, when the pulse mode switch 920 is pressed for three seconds, the display unit 400 sequentially displays the user's minimum pulse rate, the user's maximum pulse rate, the buzzer unit 600 ON / OFF, and the setting change state release. At this time, the setting value may be changed by pressing the mode selection switch 910.
  • the momentum mode switch 930 When the momentum mode switch 930 is briefly pressed, the momentum is displayed on the display 400 for 5 seconds and then the display disappears automatically. In addition, when the exercise mode mode switch 930 is pressed for 3 seconds, the display 400 displays the user's gender, the user's age 10, the user's age 1, and the setting change state release sequentially. At this time, the setting value may be changed by pressing the mode selection switch 910.
  • the time mode switch 940 When the time mode switch 940 is briefly pressed, the current time is displayed on the display unit 400 for 5 seconds, and then the display disappears automatically. In addition, when the time mode switch 940 is pressed for 3 seconds, the display unit 400 sequentially displays AM / PM and 12/24 hour display 423 setting, time unit setting, minute unit setting, and setting change state release. . At this time, the setting value may be changed by pressing the mode selection switch 910.
  • the emergency mode switch 950 When the emergency mode switch 950 is briefly pressed, an alarm sound sounds and the emergency pulse indication 436 of the display unit 400 blinks three times for two seconds. Accordingly, it is possible to check the abnormality of the emergency mode switch 950 and the abnormality of the emergency system with the health care center and the emergency control center.
  • warning sound and the emergency pulse indication 436 do not appear, it means that a problem occurs in the emergency system with the wrist-worn pulse measuring device 1000 or the health care center and the emergency control center.
  • the health care center and the emergency control center may arbitrarily notify the health care center and the emergency control center, and the emergency mode switch 950 may be pressed once more for 3 seconds. Press to release the emergency arbitrarily.
  • the controller 300 may receive a pulse signal from the pulse detector 200 and calculate a pulse rate of the user by a pulse detection algorithm.
  • the control unit 300 as well as the above-described memory unit 350, display unit 400, communication unit 500, GPS receiver 550, buzzer unit 600, power supply unit 700, interface unit 750
  • the bioimpedance measuring unit 800 and the switch unit 900 may be controlled to control the overall operation of the wrist worn pulse measuring apparatus 1000.
  • the controller 300 compares the bioimpedance measured by the bioimpedance measuring unit 800 with a preset reference impedance, and as a result of the comparison, when the bioimpedance is smaller than the reference impedance, the user's wrist H It is determined that the belt 100 is worn, thereby operating the pulse detection unit 200. On the other hand, when the bioimpedance is larger than the reference impedance, the power supply 700 is controlled to turn off the power of the wrist worn pulse measuring apparatus 1000.
  • the controller 300 may control the operation of the light emitting device 210 according to the magnitude of the pulse signal received from the pulse detector 200 to adjust the intensity of light emitted from the light emitting device 210. That is, the control unit 300 when the size of the pulse signal received from the pulse detection unit 200 is not large enough to calculate the pulse rate by wearing the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 on a portion other than the wrist H.
  • the current controller 270 may control the operation of the light emitting device 210 to increase the intensity of the irradiated light.
  • the controller 300 may be changed to a pulse mode for measuring a pulse rate, an exercise amount mode for measuring an amount of exercise for a predetermined time, or a time mode for displaying a current time by a user's selection using the switch unit 900.
  • the controller 300 controls the operations of the pulse detection unit 200, the display unit 400, the communication unit 500, and the like to measure the pulse rate and the amount of exercise and display them on the display unit 400, Pulse data and exercise data may be transmitted to an external server through the communicator 500.
  • control unit 300 operates the pulse detection unit 200 to receive a pulse signal therefrom, calculates a pulse rate from the pulse signal by a preset pulse detection algorithm, and displays the display unit ( 400) or send to an external server.
  • control unit 300 operates the pulse detector 200 to receive a pulse signal therefrom, and when the pulse rate can be calculated through the pulse signal, the calculated amount of heat consumed by the human body is calculated.
  • the amount of exercise for a predetermined time may be calculated by calculating, and when the amount of exercise is calculated, the controller 300 may display it on the display 400 or transmit it to an external server.
  • the control unit 300 obtains the pulse rate from the motion pattern signal by a preset pulse estimation algorithm. Estimates and calculates the amount of exercise from the estimated pulse rate, can be displayed on the display unit 400, or transmitted to an external server.
  • the wrist-worn pulse rate measuring apparatus 1000 of the present embodiment may estimate the pulse rate through a pulse estimation algorithm even when the pulse rate cannot be calculated due to the violent movement of the user.
  • the communication unit 500 Under the control of the control unit 300, the communication unit 500 measures the normal pulse rate range in which the measured pulse rate is preset, and the user pulse rate range previously input using the switch unit 900 (from the minimum pulse rate to the maximum pulse rate). If all of the above, you can send an emergency signal to an external server to inform the user of the emergency. In addition, the communicator 500 may transmit an emergency signal to an external server under the control of the controller 300 when the coincidence of the pulse signal with respect to the movement pattern signal is smaller than the reference value. The communication unit 500 may arbitrarily transmit an emergency signal to an external server even by a user's selection using a switch.
  • the wrist-worn pulse rate measuring apparatus 1000 may be implemented to notify an external organization of an emergency situation so as to quickly cope with an emergency situation in which the user is in contact.
  • the above-described pulse detection unit 200 will be described in more detail based on the arrangement relationship between the light emitting device 210 and the light receiving device 220.
  • 5 is a bottom view showing the pulse detection unit 200 of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view illustrating a pulse detection unit 200 according to an exemplary embodiment of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to an exemplary embodiment.
  • a plurality of light emitting devices 210 are disposed with respect to one light receiving device 220 having a larger surface area, so that light emitted from the light emitting device 210 is more effectively received. Since it can be received through 220, even if the position of the pulse detection unit 200 due to the movement of the hand slightly out of the radial artery or the ulnar artery, it is possible to efficiently detect the pulse signal to accurately measure the user's pulse rate .
  • the light emitting device 210 may be disposed in a plurality along the circumference of the light receiving device 220. That is, as illustrated in FIG. 5, four light emitting devices 210 may be disposed around the light receiving device 220 having a larger cross sectional area than the cross sectional area of the light emitting device 210. In addition, the light emitting devices 210 may be disposed to be symmetrical with each other in the upper and lower sides of the light receiving device 220.
  • the small sized light emitting device 210 and the large sized light receiving device 220 are arranged in a multi-to-one manner, so that light emitted from the light emitting device 210 and reflected from the human body is more effectively received. It may be incident to the device 220.
  • the light receiving elements 220 having the plurality of light emitting elements 210 arranged around the plurality may be arranged to be parallel to each other. That is, as illustrated in FIG. 5, one optical sensor unit including one light receiving device 220 and four light emitting devices 210 surrounding the light emitting device 220 is arranged in parallel in the horizontal direction.
  • two light emitting elements 210 arranged symmetrically up and down form a pair, and emit light sequentially from left to right, for example, among pulse signals obtained by sequentially emitting light of the light emitting element 210.
  • the largest pulse signal among them can be adopted for the calculation of the pulse rate.
  • An optical sensor unit including one light receiving element 220 and four light emitting elements 210 surrounding the light sensor unit 220 is mounted on a circuit board 233c as illustrated in FIGS. 5 and 6, and the circuit board ( 233c is a cable 235 of a flexible material so that the pulse detection unit 200 is freely deformed according to the shape of the wrist H so that the skin of the wrist H and the light emitting device 210 and the light receiving device 220 are in good contact with each other. Is disposed on.
  • the plurality of light receiving elements 220 are spaced apart from each other by a predetermined distance, as shown in FIG. 5. That is, by arranging each of the above-described optical sensor units such that the interval between the light emitting elements 210 is such that the pulse detection unit 200 changes its shape according to the shape of the wrist H, thereby ensuring accurate bending. Enable pulse detection.
  • the partition walls 231 are surrounded by a circumference of each of the plurality of light receiving elements 220 and the plurality of light emitting elements 210 to prevent interference of light therebetween.
  • the partition wall 231 inserted between the light receiving device 220 and the light emitting device 210 and between the light emitting devices 210 may be formed of a material having good light blocking characteristics.
  • a transparent mold 232 having a high light transmittance is filled in the space between the light emitting device 210 and the light receiving device 220 and the partition wall 231 to receive the light receiving device 220.
  • the surface of the light emitting device 210 are individually wrapped.
  • the light emitting device 210 in order to protect the light emitting device 210, the light receiving device 220, and the circuit component 234 from sweat or other moisture while considering light transmittance, the light emitting device 210 and the light receiving device.
  • the transparent acrylic 237 is disposed under the device 220, and the opaque molds 238 and 232 are filled between the circuit components 234 in order to increase the impact protection and the waterproof effect from the outside.
  • a connector 236 is interposed between the circuit boards 233a and 233b for electrical connection between the circuit board 233a disposed at the end of the cable 235 and the circuit board 233b connected to the display unit 400.
  • the flexible mold 239 is provided to protect the external shape of the pulse detection unit 200.
  • FIG. 7 is a bottom view showing the pulse detection unit 200 of another embodiment of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to an aspect of the present invention.
  • 8 is a cross-sectional view showing a pulse detection unit 200 of another embodiment of the wrist-worn pulse rate measuring apparatus 1000 according to an aspect of the present invention.
  • a larger area than the number of the light emitting device 210 and the light receiving device 220 is formed by using the first and second optical fibers 240 and 250 having the ends branched into the plurality of strands 242 and 252.
  • one end of the first optical fiber 240 is connected to the light emitting device 210, and the other end of the first optical fiber 240 is branched into a plurality of strands 242 and disposed to face the human body.
  • One end of the 250 may be connected to the light receiving device 220, and the other end may be branched into the plurality of strands 252 to face the human body.
  • each strand 242 of the first optical fiber 240 and each strand 252 of the second optical fiber 250 are alternately arranged, so that the entire lattice structure of the matrix form One end of each of the first optical fiber 240 and the second optical fiber 250 is connected to the light emitting device 210 and the light receiving device 220, respectively.
  • the light emitting device 210, the light receiving device 220, the first optical fiber 240, and the second optical fiber 250 are each disposed in plural numbers so as to have the same number. In the case of the example is arranged four each, but is not necessarily limited thereto.
  • one light emitting device 210, one light receiving device 220, one first optical fiber 240, and one second optical fiber 250 may use one optical sensor unit.
  • the optical sensor units may be spaced apart from each other to be freely deformable according to the shape of the wrist H.
  • the other ends of the plurality of first optical fibers 240 may be spaced apart from each other by a predetermined distance, and the other ends of the plurality of second optical fibers 250 may also be formed of a plurality of first optical fibers.
  • the other ends of the first optical fiber 240 may be spaced apart by a predetermined distance spaced apart from each other.
  • glass capillaries 262 are attached to each of the strands 242 and 252 of the first optical fiber 240 and the second optical fiber 250, and the first optical fiber 240 and The second optical fiber 250 is housed 261 by an epoxy or the like.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the wrist worn pulse rate measuring apparatus 1000 according to an aspect of the present invention.
  • the switch unit 900 is formed on the display unit 400 in a touch screen (410) manner, thereby presenting a wrist worn pulse measuring apparatus 1000 having a bracelet-like structure.
  • the switch unit 900 of the touch screen 410 method is formed on the display unit 400, not the button switch unit 900. do.
  • the pulse detection unit 200 is mounted on the inner surface of the belt 100 in which flow is not generated in the wrist H due to comfortable wearing, flexible, and good contact force with the skin, as shown in FIG. 9.
  • Health care can be stored by wired or wireless communication to a personal computer and sent to the health care center via the Internet, or via an access point to a health care center using PSTN, the Internet, or powerline communications.
  • the user may notify the emergency control center or the health care center by wire or wireless communication, and a person who is allowed to access the user's pulse data may use a mobile phone remotely. You can always check your pulse status. That is, the communicator 500 may receive an access signal from an external server, for example, a personal computer or a mobile phone, and transmit the measured pulse data to an external server when the access signal is received in this way. A person who is allowed to access the pulse measuring apparatus 1000 may easily check a user's health state by transmitting an access signal to the communication unit 500 at regular intervals using a mobile phone or the like.
  • an external server for example, a personal computer or a mobile phone
  • the user's location can be confirmed by the GPS receiver 550 mounted in the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for controlling the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 according to another aspect of the present invention.
  • the present invention relates to a control method of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000. Since each configuration of the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 has been described in detail through the above-described embodiments, the following control method The explanation centers on itself.
  • the bioimpedance measuring unit 800 measures the user's bioimpedance, and when the measured bioimpedance is smaller than the reference impedance, the controller 300 wears the belt 100 on the user's wrist H.
  • Step S120 determining whether the pulse rate can be calculated based on the state of the pulse signal (S125), if the pulse rate can be calculated, calculating the pulse rate by the pulse detection algorithm (S130) According to whether the calculated pulse rate is within a preset normal pulse rate range and a user pulse rate range, displaying the status of the pulse rate through the display 400 to be divided into 'normal', 'attention' or 'emergency' ( S135, S140, S145, S155), if the calculated pulse rate is out of the preset normal pulse rate range and the user pulse rate range, the emergency signal to the external server through the communication unit 500 In the step (S160) of transmitting, if the calculation of the pulse rate is impossible due to the user's movement, the step of comparing the pulse signal with a prese
  • the pulse mode switch 920 is pressed to set a user's pulse measuring mode (S110).
  • the pulse mode switch 920 is pressed for 3 seconds to input user information such as age, gender, minimum / maximum pulse rate, and buzzer 600 ON / OFF (S115).
  • the pulse rate switch 920 is briefly pressed again to measure the pulse rate, but the step of checking whether the user wears the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 by using the bioimpedance measurer 800 before that. (S120).
  • the bioimpedance can be obtained by measuring a voltage by injecting a current of several tens of Hz to several Hz at a frequency of 10 to 50 kHz.
  • the two-electrode method using the same pair of electrodes for the injection of current and the measurement of the voltage and separate electrodes for the injection of current and the measurement of the voltage using two pairs of electrodes are used. And the four-electrode method.
  • the user determines that the user wears the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000. Otherwise, the user wears the wrist-worn type. It is determined that the pulse measuring apparatus 1000 is not worn. In this case, to reduce power consumption of the power supply unit 700, one of the electrodes is used to serve as a contact electrode for turning on the power supply.
  • the normal pulse display 434 on the display 400 flashes in synchronization with the user's pulse rhythm (S140), otherwise the measured pulse rate of the user is already set It is determined whether or not the pulse rate is in the range (S145).
  • the user's pulse rate is within the range of the user's pulse rate is already set so that the caution pulse display 435 on the display 400 flashes in synchronization with the user's pulse rhythm (S150), otherwise the emergency pulse on the display unit 400
  • the display 436 flashes (S155) so that the buzzer 600 rings, and an emergency signal is sent to the health care center or the emergency control center to notify the health care center or the emergency control center that the user is in an emergency.
  • S160 To be transmitted
  • step S125 it is determined whether the pulse signal received through the pulse detection unit 200 is consistent with the user's movement pattern signal (S165).
  • the user's motion pattern signal is analyzed to estimate the pulse rate from the motion pattern signal by a pulse estimation algorithm, and the motion display 432 is displayed on the display 400.
  • the emergency pulse indication 436 flashes on the display and the buzzer 600 rings, and the health care center or emergency control center Notify that the user is in an emergency situation (S160).
  • the access signal is received from an external server through the communication unit 500. And transmitting the pulse data to an external server through the communication unit 500 according to the access signal.
  • the wrist-worn pulse rate measuring apparatus 1000 transmits an access signal to the communication unit 500 at arbitrary intervals through an external server such as a personal computer or a mobile phone, arbitrarily or through setting,
  • the access signal is received from an external server through the communication unit 500, and the pulse data is transmitted to the external server through the communication unit 500 again.
  • the user's health status can be easily checked by always checking the user's pulse state using a mobile phone or the like.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a pulse measuring step of an embodiment of a method for controlling the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 according to another aspect of the present invention.
  • Pulse measurement step of the method for controlling the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 the current-voltage conversion to convert the current flowing through the light receiving element 220 to a voltage and amplified; Amplification step (S210), analog-to-digital conversion step (S220) for converting the detected analog voltage into a digital signal, digital bandpass filtering step (S230) for removing signal components other than the pulse frequency from the digital signal, pulse detection unit (S210).
  • the light emitting device 210 sequentially emits light of the light emitting device 210 of each light sensor unit (S240), and the analog signal inputted to the analog-to-digital converter 290 bases 1/2 of the power supply voltage on the base line.
  • PPG photoplrthysmography
  • the current-voltage conversion amplification step S210 using the light receiving element 220 and the OP-AMP is performed. After the light emitted from the light emitting device 210 and reflected by the human body is received by the light receiving device 220 and converted into a current, the converted current is converted into a voltage by the OP-AMP and amplified. This step can also be performed by transforming into current-frequency conversion.
  • analog-to-digital converter (S220) is converted to the analog-to-digital converter 290, and digital bandpass filtering (S230) is performed using an IIR filter or an FIR filter.
  • the light emitting element 210 is sequentially emitted from the light emitting element 210 and the light receiving element 220 of each light sensor unit of the pulse detection unit 200 to store respective pulse signal values, and then compare the values.
  • the pair of light emitting device 210 and the light receiving device 220 having the largest value is found (S240).
  • the light emitting device 210 is driven by a short pulse.
  • the baseline controller 275 controls the output signal of the current-voltage conversion amplifier circuit from the digital data value by using the GPIO port so that the baseline is adjusted to 1/2 level of the power supply voltage (S250).
  • the PPG signal is detected to be above a desired level (S270) to control the amount of current of the current amplifying circuit or the current limiting circuit of the light emitting device 210 (S260). That is, when it is impossible to calculate the pulse rate from the detected pulse signal, that is, the PPG signal due to the change of the wearing position of the belt 100, the current of the light emitting device 210 according to the magnitude of the pulse signal received from the pulse detector 200. The current amount of the amplifying circuit or the current limiting circuit is increased to adjust the intensity of light emitted from the light emitting element 210.
  • an artifact removal algorithm is performed to remove artifacts due to movement of the user's arm or lack of contact pressure between the skin and the sensor from the detected PPG signal (S280).
  • filter techniques or wavelets including adaptive filters, moving average filters, etc.
  • PMAF periodic moving average filter
  • a peak is detected from the PPG signal from which the artifact is removed, or a pulse is detected through the first and second derivatives of the PPG signal (S290).
  • the peak detection changes the slope from (+) to (-) within a predetermined interval (for example, 0.25 seconds to 1.49 seconds) where the pulse period is expected to be considered in consideration of the pulse period of the user.
  • a point corresponding to a range of thresholds threshold value 1 and threshold value 2 where the peak size is experimentally determined is sequentially stored with respect to the peaks.
  • the period T is recognized as the largest interval between the front and rear bones among the peaks within 95% of the largest peak value. Dividing this period T by 60 can yield a pulse rate per minute.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for controlling the wrist worn pulse measuring apparatus 1000 according to another aspect of the present invention.
  • the bioimpedance measuring unit 800 measures the user's bioimpedance, and when the measured bioimpedance is smaller than the reference impedance, the controller 300 wears the belt 100 on the user's wrist H.
  • Step S335 determining whether the pulse rate can be calculated based on the state of the pulse signal (S340), if the pulse rate can be calculated, calculating the pulse rate by the pulse detection algorithm (S345) ), And displaying the state of the pulse rate through the display unit 400 divided into 'normal', 'caution' or 'emergency' based on the preset maximum target pulse rate and minimum target pulse rate (S350, S355, S365, (S370, S375), calculating the amount of exercise for a predetermined time by calculating the amount of heat consumed by the human body using the pulse rate (S410, S420, S430, S440, S450), the calculation of the pulse rate due to the user's movement If it is impossible, comparing the pulse signal with a predetermined movement pattern signal (S380),
  • the user sets the exercise amount measurement mode by pressing the exercise mode mode switch 930 to set the target pulse rate during exercise and measure the exercise amount (S310).
  • the user presses and holds the exercise amount mode switch 930 for 3 seconds to input user information such as age, gender, and weight of the user (S315) and selects an exercise purpose (S320).
  • the exercise intensity according to the exercise purpose is shown in Table 1.
  • walking, running (jogging), swimming, biking, etc. which are easy to measure the intensity of exercise, are effective, and after the fitness level is improved, it is good to maintain various fitness by performing various exercises including ball game. Way.
  • Exercise intensity is often expressed as a percentage of maximum exercise capacity (maximum oxygen intake) for aerobic exercise to the extent that it feels difficult to exercise. In other words, what percentage of the body's ability to exercise the maximum amount of exercise or whether you are currently doing.
  • the maximum exercise ability measurement according to the present embodiment determines the exercise intensity in relation to the maximum pulse rate and the target pulse rate.
  • the exercise intensity for improving cardiopulmonary endurance should be determined to be 60 to 75% of the maximum exercise capacity in healthy adult men. 40 to 65% is suitable.
  • the exercise intensity is determined by the target pulse rate and the exercise intensity for each individual.
  • the target pulse rate is calculated by Karvonen's formula (S325). That is, as shown in Equation 1, the target pulse rate is determined.
  • Target pulse rate (maximum pulse rate-resting pulse rate) X exercise intensity (%) + resting pulse rate
  • the maximum pulse rate (times / minute) is 220 (man) or 260 ( woman) minus the age of the person exercising.
  • the resting pulse rate is usually measured as soon as possible in the morning or after taking a minimum of 20 minutes of rest (activity).
  • the resting pulse rate (times / minute) is obtained by multiplying the pulse rate by a factor of 6 by measuring the pulse rate for 10 seconds after the user has stabilized. For example, if a 20-year-old male has a resting pulse rate of 80 beats / minute and exercise for obesity management, the exercise intensity becomes 40 to 60% of the maximum exercise capacity according to (Table 1). Become together.
  • the target pulse rate ranges from a minimum of 128 times / minute to a maximum of 200 times / minute.
  • the momentum mode switch 930 is briefly pressed again to start the exercise (S330)
  • the pulse rate of the user is measured, but before the user wears the wrist-type pulse measuring device (eg, the bioimpedance measuring unit 800).
  • the electronic device may determine whether the user wears 1000.
  • the user's pulse measurement is attempted.
  • the pulse signal received from the pulse detection unit 200 is in good condition so that the normal pulse measurement is possible, or the pulse signal is not good due to the motion artifact or lack of contact pressure. If it is possible to accurately measure the pulse according to the determination result (S340), the pulse rate of the user is measured by the pulse detection algorithm (S345).
  • the normal pulse indication 434 on the display 400 blinks in synchronization with the user's pulse rhythm (S355) and the buzzer 600 rings at the same time.
  • the measured pulse rate of the user is not within the range of the target hundred heart rate, it is determined whether or not the minimum target pulse rate (S365). If the measured pulse rate of the user is less than the minimum target pulse rate, the caution pulse display 435 on the display 400 is synchronized with the user's pulse rhythm flickers (S370) and at the same time the buzzer 600 rings, the maximum target pulse rate If exceeded, the emergency pulse display 436 on the display 400 flashes in synchronization with the user's pulse rhythm (S375) and the buzzer 600 rings at the same time.
  • step S360 if the user continues the exercise (S360) to continue the exercise to perform the step S335 again, if the end of the exercise to proceed to step S430 to provide information for calculating the total exercise time Do it.
  • the amount of oxygen consumption of the user is calculated using the measured pulse rate to measure the exercise amount (S410).
  • the amount of oxygen consumed by the user is calculated by a program embedded in the controller 300 according to the user's pulse rate per minute, the user's information, and the purpose of exercise.
  • the amount of heat consumed by the user during exercise is calculated using the calculated amount of consumed oxygen (S420).
  • the pulse rate is linearly related to the amount of oxygen required by a person to exercise, and the required amount of oxygen is linearly related to the amount of heat oxidized in the body, the amount of heat consumed is calculated using this relationship.
  • the user consumes calories by exercising and consumes oxygen. Therefore, the more calories consumed per unit time and unit weight, the greater the amount of oxygen required per unit time and unit weight.
  • the amount of heat consumed by the user during exercise is calculated by a program embedded in the controller 300.
  • the total exercise time is calculated (S430), and the total calorie consumed during the exercise is calculated by multiplying the time measured in S430 by the calorie consumed by the user during the exercise calculated in S420 ( In operation S440, the value is displayed on the numeric display 429 by the display unit 400.
  • the calculated data on the pulse rate and total calorie consumption of the user are stored in the memory unit 350 under the control of the controller 300 or transmitted to the personal computer or the access point through the communication unit 500 by wire or wireless communication. It is sent to health care center or emergency control center.
  • step S340 the pulse signal coming from the pulse detection unit 200 is compared with the user's movement pattern signal (S380). That is, in this step, the correlation between the detected pulse signal and the user motion pattern signal stored in the memory unit 350 or the external memory is compared.
  • the degree of agreement between the detected pulse signal and the predefined motion pattern signal is greater than or equal to the reference value.
  • an algorithm for estimating a pulse rate from a corresponding motion pattern signal is performed by analyzing a user's motion pattern (S385).
  • the degree of coincidence between the pulse signal and the movement pattern signal is smaller than the reference value according to the comparison result, it is determined as an emergency situation and the emergency pulse indication 436 flashes on the display unit 400 and a buzzer sounds at the same time.
  • the health care center or emergency control center S395) or check whether the wrist-worn pulse measuring apparatus 1000 is correctly worn.

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Abstract

손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손목에 착용 가능한 벨트(belt), 벨트에 장착되어 사용자의 인체에 광을 조사하는 발광소자와 발광소자에 인접하도록 벨트에 장착되어 인체로부터 반사되는 광을 받는 수광소자를 구비하여, 광으로 맥박 신호를 검출하는 맥박 검출부, 및 맥박 검출부로부터 맥박 신호를 수신하여 사용자의 맥박수를 산출하는 제어부를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치가 제공된다.

Description

손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 생활수준의 향상과 의료기술의 발전에 따라 전 세계적으로 고령화의 추세가 두드러지고 있다. 이와 같은 인구 고령화와 동반하여 만성질환 유병율이 증가하고 있고, 고령 사회의 또 다른 문제점으로, 핵가족화에 따른 가족 부양 능력 감퇴로 인한 독거 노인의 증가와 고독사(孤獨死)가 중요한 사회적 이슈(issue)로 대두되고 있다.
고혈압, 당뇨병, 뇌혈관질환, 심장질환 등의 만성 질환자는 지속적으로 증가하고 있다. 그 원인으로는 특히 건강과 관련된 식이, 운동 등 개인이나 집단의 건강 행태에 의한 질병 발생이 거의 절반 이상을 차지한다. 따라서 현대 의학의 생물의학적 모델에 의한 접근만으로는 이러한 만성 질환을 해결하기 어려우며 새로운 질병 관리 방법, 즉 생활 습관 개선을 통한 건강 위험 인자 제거라는 건강 증진적 접근이 요구된다.
독거 노인 케어(care)는 활동량 감지 센서나 방문 간호를 통해 수동적으로 이루어지고 있다. 최근에는 맥박 등의 생체 신호를 측정하여 독거 노인의 건강 관리 및 고독사를 예방하는 능동적 케어 방법이 등장하였다.
그리고 만성 질환의 예방 또는 대체 요법으로 걷기 등의 개인 수준의 운동 요법이 성황리에 이루어지고 있다. 이러한 운동 요법에 있어서 일반적으로 보수계나 운동 칼로리계를 휴대하여 운동량의 목표를 체크(check)하지만, 최근에는 운동 시의 맥박수(심박수) 등을 실시간으로 계측하여 운동자의 심박 부담을 추정하는 방법도 제안되고 있다.
맥박수 계측 방법에는 크게 피에조(piezo) 소자 등을 이용하는 압전식, 자기 접합 터널(MTJ: Magnetic Tunnel Junction) 소자를 이용하는 자기식, 필름형 압박센서를 이용하는 압박식, 생체 전기 임피던스를 이용하는 임피던스식, 광 센서를 이용하는 광학식 등이 있으며, 최근에는 손목이나 목에 착용이 가능한 손목시계형 맥박 측정 장치가 제안되고 있다.
종래 기술에 따르면, 1) 1개의 발광소자 주위에 다수의 수광소자를 배치하여 맥박을 검출하는 방식, 2) 한 쌍의 발광소자와 수광소자로 이루어진 광 센서를 다수 배치하여 가장 진폭이 큰 광 센서의 신호로 맥박수를 산출하는 방식, 3) 광 센서가 부착되어 있는 맥박 검출부의 돌출량을 조절함으로써 광 센서와 피부 사이의 압력을 조절하여 맥박을 검출하는 방식 등이 이용되고 있다.
그러나 상기 1) 방식의 경우, 사용자에 따라 손목 크기나 혈관 위치가 상이하여 맥박 측정의 신뢰성에 문제가 발생할 우려가 있으며, 상기 2) 방식의 경우, 발광소자와 수동소자가 일대일로 대응되어 있어 다수의 발광소자 모두에 대해 검출 신호를 저장한 후 이들을 비교하여야 하므로, 최적의 광 센서를 선택하는데 시간이 많이 소요되고 전류도 많이 소비되는 문제가 있고, 광 센서가 서로 근접하게 배치되는 경우 상호 간의 간섭이 발생될 우려가 있으며, 손목 장착 시 휘어짐을 고려하지 않고 일렬로 센서가 배치되어, 손목 착용 시 피부와의 접촉 불량으로 인한 움직임 아티팩트(artifact)에 대한 적지 않은 문제점을 가지고 있다.
그리고 상기 3) 방식의 경우, 맥박 검출부의 돌출량 조절을 위한 별도의 조작 부재가 외부로 돌출되어 기구적으로 매우 복잡한 형태를 이루고 있으며, 손목시계 형태의 맥박 측정 장치에 맥박 검출부가 일체형으로 장착되어 있어 손을 움직였을 때 맥박 측정 장치의 움직임에 의해 광 센서의 위치가 쉽게 이탈되는 문제점이 있다.
또한 종래 광을 이용한 맥박 측정 장치의 경우, 장치의 착용 유무를 판단하는 기능이 부재하여 전원을 끄지 않으면 불필요하게 전력을 소비하는 문제점을 지니고 있다.
본 발명은, 맥박 검출부의 위치 이동에 따른 영향을 최소화하여 사용자의 맥박수를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 손목 착용형 맥박 측정 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 사용자의 움직임으로 인해 맥박 검출 알고리즘에 의해 맥박수의 산출이 불가능한 경우에도 맥박수를 추정할 수 있는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손목에 착용 가능한 벨트(belt), 벨트에 장착되어 사용자의 인체에 광을 조사하는 발광소자와 발광소자에 인접하도록 벨트에 장착되어 인체로부터 반사되는 광을 받는 수광소자를 구비하여, 광으로 맥박 신호를 검출하는 맥박 검출부, 및 맥박 검출부로부터 맥박 신호를 수신하여 사용자의 맥박수를 산출하는 제어부를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치가 제공된다.
발광소자는 수광소자의 둘레를 따라 복수로 배치될 수 있다.
복수의 발광소자는 수광소자를 중심으로 대칭되도록 배치될 수 있다.
복수의 발광소자가 둘레에 배치된 수광소자는 서로 나란하도록 복수로 배치될 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 광의 간섭을 방지하도록 복수의 수광소자 및 복수의 발광소자 각각의 둘레를 둘러싸는 칸막이 벽을 더 포함할 수 있다.
복수의 수광소자는 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치될 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 수광소자 및 발광소자의 표면을 개별적으로 감싸는 투명 몰드를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 일단이 발광소자에 연결되며, 타단이 복수의 가닥으로 분기되어 인체를 향하도록 배치되는 제1 광섬유, 및 일단이 수광소자에 연결되며, 타단이 복수의 가닥으로 분기되어 인체를 향하도록 배치되는 제2 광섬유를 더 포함할 수 있다.
제1 광섬유의 가닥과 제2 광섬유의 가닥은 서로 번갈아 배치될 수 있다.
제1 광섬유의 가닥과 제2 광섬유의 가닥은 격자 구조로 배치될 수 있다.
발광소자와 수광소자는 서로 동일한 개수로 갖도록 각각 복수로 배치되며, 타단이 복수의 가닥으로 분기되어 인체를 향하는 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 발광소자 및 수광소자와 동일한 개수를 갖도록 각각 복수로 배치될 수 있다.
복수의 제1 광섬유의 타단은 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치되며, 복수의 제2 광섬유의 타단은 복수의 제1 광섬유의 타단이 서로 이격된 일정한 거리만큼씩 이격되어 배치될 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 벨트에 장착되며, 제어부에 의해 산출된 맥박수를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
디스플레이부는 맥박 검출부로부터 이격되도록 벨트에 장착될 수 있다.
벨트는 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 벨트에 장착되어 신호음을 발생시키는 버저부를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 맥박수에 대응되는 맥박 데이터를 저장하기 위한 메모리부를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 발광소자, 수광소자, 및 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원부를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 외부 장치와의 연결을 위한 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 측정부를 더 포함하고, 제어부는 측정된 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 인체의 손목에 벨트가 착용된 것으로 판단할 수 있다.
제어부는 맥박 검출부로부터 수신된 맥박 신호의 크기에 따라 발광소자에서 조사되는 광의 세기를 조절할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 맥박수에 대응되는 맥박 데이터를 외부 서버로 전송하기 위한 통신부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 사용자의 선택에 의해, 맥박수를 측정하는 맥박 모드 또는 일정 시간 동안의 운동량을 측정하는 운동량 모드로 변경 가능하며, 통신부는 측정된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위를 벗어나는 경우 외부 서버에 응급 신호를 전송하거나, 사용자의 선택에 의해 외부 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다.
제어부는 맥박수를 이용하여 인체에서 소비된 열량을 계산하여 일정 시간 동안의 운동량을 산출할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 맥박 모드 또는 운동량 모드를 선택하고, 응급 신호의 전송 여부를 선택하기 위한 스위치부를 더 포함할 수 있다.
스위치부는 터치 스크린(touch screen) 방식으로 디스플레이부 상에 형성될 수 있다.
제어부는 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하여, 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하고, 통신부는 일치도가 기준값 보다 작은 경우 외부 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다.
통신부는 외부 서버로부터 액세스 신호를 수신 가능하며, 액세스 신호가 수신되는 경우 맥박 데이터를 외부 서버로 전송할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 벨트에 장착되는 GPS(global positioning system) 수신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 손목 착용형 맥박 측정 장치의 제어 방법으로서, 맥박 신호의 상태를 기준으로 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계, 맥박수의 산출이 가능한 경우, 맥박 검출 알고리즘에 의해 맥박수를 산출하는 단계, 사용자의 움직임으로 인해 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하는 단계, 및 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 맥박 추정 알고리즘에 의해 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하는 단계를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법이 제공된다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는 통신부를 더 포함하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 산출된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위를 벗어나는 경우 또는 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 보다 작은 경우, 통신부를 통해 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는 생체 임피던스 측정부를 더 포함하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계 이전에, 생체 임피던스 측정부가 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 단계, 및 측정된 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 제어부가 사용자의 손목에 벨트가 착용된 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는 디스플레이부를 더 포함하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 맥박수를 산출하는 단계 이후에, 산출된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위 내에 있는지 여부에 따라, 디스플레이부를 통해 맥박수의 상태를 '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계, 및 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 디스플레이부를 통해 맥박수의 상태를 '움직임'으로 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제어부는 사용자의 선택에 의해, 맥박수를 측정하는 맥박 모드 또는 일정 시간 동안의 운동량을 측정하는 운동량 모드로 변경 가능하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 사용자에 의해 운동량 모드가 선택되는 경우, 맥박수를 산출하는 단계 또는 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 맥박수를 이용하여 인체에서 소비된 열량을 계산하여 일정 시간 동안의 운동량을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는 디스플레이부를 더 포함하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 사용자에 의해 운동량 모드가 선택되는 경우, 맥박수를 산출하는 단계 또는 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 디스플레이부를 통해 맥박수의 상태를 미리 설정된 최대 목표 맥박수 및 최소 목표 맥박수를 기준으로, '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는, 맥박 모드 또는 운동량 모드를 선택하고, 외부 서버에 응급 신호의 전송 여부를 선택하기 위한 스위치부를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법은, 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계 이후에, 벨트의 착용 위치 변경에 의해 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 맥박 검출부로부터 수신된 맥박 신호의 크기에 따라 발광소자에서 조사되는 광의 세기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목 착용형 맥박 측정 장치는 통신부를 더 포함하며, 손목 착용형 맥박 측정 장치는, 맥박수를 산출하는 단계 또는 상기 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 통신부를 통해 외부 서버로부터 액세스 신호를 수신하는 단계, 및 액세스 신호에 따라 통신부를 통해 맥박 데이터를 외부 서버로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 맥박 검출부의 위치 이동에 따른 영향을 최소화하여 사용자의 맥박수를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 사용자의 움직임으로 인해 맥박 검출 알고리즘에 의해 맥박수의 산출이 불가능한 경우에도 맥박수를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 일 실시예의 손목 착용 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 일 실시예의 맥박 검출부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 일 실시예의 디스플레이부 및 스위치부를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 일 실시예의 맥박 검출부를 나타낸 저면도.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 일 실시예의 맥박 검출부를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 다른 실시예의 맥박 검출부를 나타낸 저면도.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 다른 실시예의 맥박 검출부를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도.
도 11은 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법 일 실시예의 맥박 측정 단계를 나타낸 순서도.
도 12는 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도.
본 발명에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치 및 그 제어 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 일 실시예의 손목(H) 착용 상태를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 일 실시예의 맥박 검출부(200)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)는 디스플레이부(400)가 손등 방향으로 위치되도록 벨트(100)에 의해 사용자의 손목(H) 둘레에 착용되고, 벨트(100)의 내측에는 요골 동맥 또는 척골 동맥을 향하도록 맥박 검출부(200)가 배치된다.
이러한 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 벨트(100), 발광소자(210) 및 수광소자(220)를 구비하는 맥박 검출부(200), 제어부(300), 메모리부(350), 디스플레이부(400), 통신부(500), GPS 수신부(550), 버저부(600), 전원부(700), 인터페이스부(750), 생체 임피던스 측정부(800), 스위치부(900) 등으로 구성될 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 보다 넓은 표면적을 갖는 하나의 수광소자(220)에 대해 다수의 발광소자(210)를 배치하거나, 단부가 복수의 가닥으로 분기된 제1 및 제2 광섬유(250)를 이용함으로써, 손의 움직임으로 인해 맥박 검출부(200)의 위치가 요골 동맥 또는 척골 동맥으로부터 다소 벗어나는 경우라도, 맥박 신호를 효율적으로 검출하여 사용자의 맥박수를 정밀하게 측정할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.
벨트(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 손목(H)에 착용 가능하며, 이러한 벨트(100)에는 도 2에 도시된 바와 같이 맥박 검출부(200), 제어부(300), 메모리부(350), 디스플레이부(400), 통신부(500), GPS 수신부(550), 버저부(600), 전원부(700), 인터페이스부(750), 생체 임피던스 측정부(800) 및 스위치부(900) 등이 장착될 수 있다.
이와 같은 벨트(100)는 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라 벨트(100)가 손목(H)의 형태에 따라 용이하게 휘어질 수 있을 뿐 아니라, 피부에도 양호하게 접촉되어 벨트(100)가 손목(H)에 착용된 후 유동이 발생되지 않는다.
맥박 검출부(200)는, 광을 이용하여 맥박 신호를 검출하는 구성으로서, 벨트(100)에 장착되어 사용자의 인체에 광을 조사하는 발광소자(210)와 발광소자(210)에 인접하도록 벨트(100)에 장착되어 인체로부터 반사되는 광을 받는 수광소자(220) 등을 구비한다.
이러한 맥박 검출부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 검출된 맥박 신호를 제어부(300)로 전달하며, 제어부(300)는 이러한 맥박 신호를 전달받아 사용자의 맥박수를 산출할 수 있다.
맥박 검출부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 발광소자(210)와 수광소자(220) 이외에도, 전류 제어부(270), 기저선 제어부(275), 전류-전압 변환부(280), 아날로그-디지털 변환기(290) 등을 추가로 포함할 수 있다.
전류 제어부(270)는 발광소자(210) 및 수광소자(220)가 요골 동맥이나 척골 동맥으로부터 위치가 벗어남으로써 검출되는 맥박 신호가 미약하거나 검출되지 않을 경우, 발광소자(210)의 광 세기를 조절할 수 있다.
따라서 요골 경상돌기와 척골 경상돌기에 의한 착용의 불편으로 인하여 벨트(100)가 요골 동맥이나 척골 동맥으로부터 일탈되어 팔꿈치 측에 착용되더라도 안정적으로 맥박을 측정할 수 있다.
이와 같은 전류 제어부(270)는 도 3에 도시된 바와 같이 제어부(300)와 별도로 설치될 수 있으며, 제어부(300) 내에 통합적으로 장착될 수도 있다.
전류-전압 변환부(280)는 수광소자(220)에 의해 생성된 전류를 전압으로 변환하며, 이러한 전압은 아날로그-디지털 변환기(290)에 의해 디지털화되어 제어부(300)로 전달된다. 이 경우, 아날로그-디지털 변환기(290)는 제어부(300) 내에 포함될 수도 있다.
*기저선 제어부(275)는 움직임 아티팩트(artifact)나 수광소자(220)에서 수신되는 광 세기의 변화에 따른 신호의 기저선 변동을 일정한 레벨로 유지시켜 아날로그-디지털 변환기(290)의 정확한 동작이 가능하게 한다.
또한 맥박 검출부(200)에는 도면에는 도시되지 않았으나, 제어부(300)에서 산출된 맥박수에 해당되는 맥박 데이터를 후술할 디스플레이부(400)로 전달하기 위한 데이터 인터페이스부 및 후술할 생체 임피던스 측정부(800)가 장착될 수도 있다.
본 실시예의 경우, 맥박 검출부(200)가 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(400), 스위치부(900), 버저부(600), 생체 임피던스 측정부(800), 인터페이스부(750), 전원부(700), GPS 수신부(550), 메모리부(350) 및 통신부(500)를 각각 제어하는 제어부(300)에 의해 제어되는 경우를 일 예로서 제시하였으나, 이와는 달리 맥박 검출부(200) 내에 별도의 검출 제어부가 추가로 구비되어 이 검출 제어부에 의해 맥박 신호의 검출이 제어될 수도 있음은 물론이다.
발광소자(210)와 수광소자(220)의 배치 관계 및 이에 따른 작용, 효과 등에 대해서는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 나머지 구성에 대하여 설명한 후, 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
통신부(500)는, 측정된 맥박수에 대응되는 맥박 데이터 또는 측정된 운동량에 대응되는 운동량 데이터를 유선 또는 무선 통신으로 외부 서버로 전송하기 위한 구성이다. 즉, 통신부(500)는 맥박 데이터나 운동량 데이터 등을 외부 서버, 예를 들어, 원격지 건강 관리 센터, 관제 센터 등으로 보내기 위해서 블루투스, 지그비 무선 통신 방식으로 액세스 포인트(access point) 또는 개인용 컴퓨터, 휴대폰 등과 정기적으로 통신할 수 있다. 그리고 벨트(100)에 GPS 수신부(550)가 장착됨으로써, 실시간으로 사용자의 위치가 정밀하게 확인될 수 있다.
버저부(600)는, 벨트(100)에 장착되어 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 동작 상태에 따라 다양한 신호음을 발생시키고, 메모리부(350)는, 맥박 데이터, 운동량 데이터 등을 저장하기 위한 구성이다.
전원부(700)는, 발광소자(210), 수광소자(220), 제어부(300) 및 디스플레이부(400) 등의 각 구성요소에 전원을 공급하기 위한 구성으로, 배터리 및 배터리의 잔량을 체크하기 위한 회로, 배터리의 충전을 위한 회로 등으로 이루어질 수 있다.
인터페이스부(750)는, USB 방식이 이용될 수 있으며, 제어부(300)의 운용 프로그램을 업그레이드하거나 메모리부(350)에 저장된 각종 데이터를 개인용 컴퓨터 등의 외부 장치로 다운로드할 수 있도록 외부 장치와 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 연결시킬 수 있다. 이러한 인터페이스부(750)는 전원부(700)의 배터리의 충전을 위해 외부 단자와 연결될 수도 있다.
생체 임피던스 측정부(800)는 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하였는지 여부를 확인하여 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 전원을 ON 또는 OFF로 제어하기 위하여 생체 임피던스를 측정한다.
이와 같이 생체 임피던스 측정부(800)를 이용하여 미착용 시 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 동작을 자동적으로 정지시킬 수 있으므로, 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전원부(700) 배터리의 수명 역시 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 일 실시예의 디스플레이부(400) 및 스위치부(900)를 나타낸 평면도다.
디스플레이부(400)는, 벨트(100)에 장착되며, 제어부(300)에 의해 산출된 맥박수를 도 4에 도시된 바와 같이, 가시적으로 표시할 수 있다.
즉, 도4에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(400)에는, 액세스 포인트 또는 개인용 컴퓨터와의 무선 연결 상태를 나타내는 무선통신 상태 표시(421), 디스플레이부(400)가 운동량을 표시하고 있음을 나타내는 운동량 표시(422), 디스플레이부(400)가 시간을 표시하고 있음을 나타내는 시간 표시(423), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 동작 상태를 신호음을 통해 나타내는지 여부를 표시하는 버저부 ON/OFF 상태 표시(424), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)가 USB 포트를 통해 다른 장치와 연결되었는지 여부를 표시하는 USB 연결 상태 표시(425), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)에 내장된 배터리가 충전 중임을 표시하는 충전 상태 표시(426), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)에 내장된 배터리의 소모 정도를 나타내는 배터리 잔량 표시(427), 디스플레이부(400)가 시간을 표시할 때 그 시간의 오전, 오후 여부를 구분하여 표시하는 시간 구분 표시(428), 디스플레이부(400)에 맥박수, 운동량, 시간을 표시하는 숫자 표시(429), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 사용하는 사용자의 성별과 나이를 입력할 때 표시되는 정보 입력 표시(431), 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하지 않았을 때와 격렬한 움직임으로 정확한 맥박수를 표시할 수 없을 때를 표시하는 미착용 표시(433) 및 움직임 표시(432), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하여 사용자의 손목(H)에서 검출된 맥박수가 사용자의 정상적인 맥박 범위 내에서 변동하고 있을 때 사용자의 맥박 리듬과 동조하여 깜박이는 정상 맥박 표시(434), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하여 사용자의 손목(H)에서 검출된 맥박수가 정상적인 맥박 범위를 벗어나서 주의를 요하는 맥박수 범위 내에서 변동하고 있을 때 사용자에게 주의를 요함을 알려주는 주의 맥박 표시(435), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하여 사용자의 손목(H)에서 검출된 맥박수가 생명 유지에 위험한 상태에 도달하여 응급 의료 조치가 필요함을 사용자에게 알려주는 응급 맥박 표시(436) 등이 형성될 수 있다.
상술한 디스플레이부(400)는 맥박 검출부(200)로부터 이격되도록 벨트(100)에 장착될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)는 디스플레이부(400)와 맥박 검출부(200)가 통합적으로 구현되는 것이 아니라, 별개도 분리되고 서로 이격되도록 벨트(100) 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 사용자의 손 움직임에 의해 맥박 측정 부위인 요골 동맥이나 척골 동백으로부터 맥박 검출부(200)가 이탈되는 것을 최소화하고, 맥박 검출부(200)와 피부와 접촉 역시 양호하게 유지할 수 있다.
한편, 스위치부(900)는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 동작 모드(맥박 모드, 운동량 모드, 시간 모드)를 설정하거나 수정하고, 응급 상황을 알리기 위해 사용자의 선택에 따라 외부 기관의 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(400)의 측면에는, 모드 설정을 변경할 수 있고 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 전원을 ON/OFF할 수 있는 모드 선택 스위치(910), 디스플레이부(400)에 맥박수를 표시하고, 사용자의 맥박수 범위와 버저부(600) ON/OFF 등을 설정할 수 있는 맥박 모드 스위치(920), 디스플레이부(400)에 운동량을 표시하고, 사용자의 운동량을 산출하기 위한 사용자의 정보를 입력할 수 있는 운동량 모드 스위치(930), 디스플레이부(400)에 현재 시각을 표시하고, 현재 시각을 변경할 수 있는 시간 모드 스위치(940), 및 디스플레이부(400)에 응급 맥박 표시(436)를 나타내고 경고음을 발생하며, 응급 알람 체계의 이상 유무 확인하고, 응급 상황을 자의적으로 건강 관리 센터나 관제 센터로 통보하기 위한 응급 모드 스위치(950)가 각각 장착된다.
이하 이러한 각 스위치의 작동 방법에 대하여 설명한다.
모드 선택 스위치(910)가 짧게 한 번씩 눌러질 때마다 디스플레이부(400)에는 맥박수, 운동량, 시간이 순차적으로 표시된다. 이 경우 각 표시는 2초 동안 유지된 후 자동적으로 사라진다.
또한 모드 선택 스위치(910)를 3초 동안 길게 누름으로써 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 전원을 ON/OFF할 수 있다. 이 기능은 맥박 모드, 운동량 모드, 시간 모드의 표시 상태와 디스플레이가 꺼진 상태에서 사용이 가능하다.
그리고 모드 선택 스위치(910)를 이용하여, 맥박 모드 상태에서 사용자의 맥박수 범위와 버저부(600) ON/OFF 상태를 변경 가능하고, 운동량 모드 상태에서 사용자의 성별, 나이의 설정값을 변경 가능하고, 시간 모드 상태에서 현재 시간의 설정값을 변경 가능하다.
맥박 모드 스위치(920)를 짧게 한번 누르면 디스플레이부(400)에는 맥박수가 5초 동안 표시된 후 자동적으로 사라진다. 또한 맥박 모드 스위치(920)를 3초 동안 길게 누르면 디스플레이부(400)에 사용자의 최소 맥박수, 사용자의 최대 맥박수, 버저부(600) ON/OFF 및 설정 변경 상태 해제가 순차적으로 표시된다. 이때 모드 선택 스위치(910)를 눌러서 설정값을 변경할 수 있다.
운동량 모드 스위치(930)를 짧게 한번 누르면 디스플레이부(400)에 운동량이 5초 동안 표시된 다음에 자동적으로 표시가 사라진다. 또한 운동량 모드 스위치(930)를 3초 동안 길게 누르면 디스플레이부(400)에 사용자의 성별, 사용자의 나이 10의 자리, 사용자의 나이 1의 자리, 설정 변경 상태 해제가 순차적으로 표시된다. 이때 모드 선택 스위치(910)를 눌러서 설정값을 변경할 수 있다.
시간 모드 스위치(940)를 짧게 한번 누르면 디스플레이부(400)에 현재 시각이 5초 동안 표시된 다음에 자동적으로 표시가 사라진다. 또한 시간 모드 스위치(940)를 3초 동안 길게 누르면 디스플레이부(400)에 AM/PM 및 12/24 시간 표시(423) 설정, 시간 단위 설정, 분 단위 설정, 설정 변경 상태 해제가 순차적으로 표시된다. 이때 모드 선택 스위치(910)를 눌러서 설정값을 변경할 수 있다.
응급 모드 스위치(950)를 짧게 한번 누르면 경고음이 울림과 동시에 디스플레이부(400)의 응급 맥박 표시(436)가 2초 동안 3회 깜박인다. 이에 따라, 응급 모드 스위치(950)의 이상 유무와 건강 관리 센터 및 응급 관제 센터와의 응급 상황 체계의 이상 유무를 확인할 수 있다.
즉, 경고음과 응급 맥박 표시(436)가 나타나지 않는 경우, 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 또는 건강 관리 센터 및 응급 관제 센터와의 응급 상황 체계에 문제가 발생되었음을 의미하는 것이다.
그리고 응급 모드 스위치(950)를 3초 동안 길게 누르면 자의적으로 자신이 응급 상황에 처해 있음을 건강 관리 센터 및 응급 관제 센터에 통보할 수 있으며, 응급 모드 스위치(950)를 1회 더 3초 동안 길게 누르면 자의적으로 응급 상황을 해제할 수 있다.
제어부(300)는, 맥박 검출부(200)로부터 맥박 신호를 수신하여 맥박 검출 알고리즘에 의해 사용자의 맥박수를 산출할 수 있다. 또한 제어부(300)는 이 뿐 아니라 상술한 메모리부(350), 디스플레이부(400), 통신부(500), GPS 수신부(550), 버저부(600), 전원부(700), 인터페이스부(750), 생체 임피던스 측정부(800) 및 스위치부(900) 등을 제어하여 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 작동을 전체적으로 제어할 수 있다.
그 일 예로서, 제어부(300)는 생체 임피던스 측정부(800)에서 측정된 생체 임피던스를 미리 설정된 기준 임피던스와 비교하고, 그 비교 결과, 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 사용자의 손목(H)에 벨트(100)가 착용된 것으로 판단하여, 맥박 검출부(200)를 작동시키게 된다. 한편 이와 반대로 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 큰 경우에는, 전원부(700)를 제어하여 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 전원을 OFF시키게 된다.
그리고 제어부(300)는 맥박 검출부(200)로부터 수신된 맥박 신호의 크기에 따라 발광소자(210)의 작동을 제어하여 발광소자(210)에서 조사되는 광의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 손목(H) 이외의 부위에 착용함으로써 맥박 검출부(200)로부터 수신된 맥박 신호의 크기가 맥박수의 산출에 적합할 정도로 크지 않은 경우에 제어부(300) 또는 전류 제어부(270)는 발광소자(210)의 작동을 제어하여 조사되는 광의 세기를 증가시킬 수 있다.
또한, 제어부(300)는 스위치부(900)를 이용한 사용자의 선택에 의해, 맥박수를 측정하는 맥박 모드, 일정 시간 동안의 운동량을 측정하는 운동량 모드 또는 현재 시각을 표시하는 시간 모드로 변경될 수 있으며, 이러한 모드 변경에 의해 제어부(300)는 맥박 검출부(200), 디스플레이부(400), 통신부(500) 등의 작동을 제어하여 맥박수 및 운동량을 측정하여 이를 디스플레이부(400)를 통해 표시하거나, 통신부(500)를 통해 외부 서버로 맥박 데이터 및 운동량 데이터를 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 맥박 모드가 선택된 경우, 제어부(300)는 맥박 검출부(200)를 작동시켜 그로부터 맥박 신호를 수신하고, 미리 설정된 맥박 검출 알고리즘에 의해 이 맥박 신호로부터 맥박수를 산출하여, 이를 디스플레이부(400)로 표시하거나, 외부 서버로 전송할 수 있다.
또한 운동량 모드가 선택된 경우에도, 제어부(300)는 맥박 검출부(200)를 작동시켜 그로부터 맥박 신호를 수신하고, 이러한 맥박 신호를 통해 맥박수 산출이 가능한 경우 산출된 맥박수를 이용하여 인체에서 소비된 열량을 계산하여 일정 시간 동안의 운동량을 산출할 수 있으며, 운동량이 산출되면 제어부(300)는 이를 디스플레이부(400)로 표시하거나, 외부 서버로 전송할 수 있다.
만일 수신된 맥박 신호의 상태가 양호하지 못하여 맥박수 산출이 불가능한 경우라도, 맥박 신호가 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 상관 관계가 있으면, 제어부(300)는 미리 설정된 맥박 추정 알고리즘에 의해 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하고 이 추정된 맥박수로부터 운동량을 산출하여, 이를 디스플레이부(400)로 표시하거나, 외부 서버로 전송할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)는 사용자의 격렬한 움직임으로 인해 맥박수의 산출이 불가능한 경우에도 맥박 추정 알고리즘을 통해 맥박수를 추정할 수 있다.
그리고 이와 같은 제어부(300)의 제어에 의해 통신부(500)는, 측정된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위와, 스위치부(900)를 이용하여 미리 입력한 사용자 맥박수 범위(최소 맥박수부터 최대 맥박수까지)를 모두 벗어나는 경우, 사용자의 응급 상황을 알리기 위해 외부 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다. 또한 통신부(500)는 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 보다 작은 경우 제어부(300)의 제어에 의해 외부 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다. 이러한 통신부(500)는 스위치를 이용한 사용자의 선택에 의해서도 자의적으로 외부 서버에 응급 신호를 전송할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 스위치부(900)를 이용한 사용자의 선택에 의해 맥박 모드, 운동량 모드, 시간 모드로 모드를 변경하여 맥박수뿐 아니라 운동량을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 맥박수가 정상 범위를 벗어나는 경우 응급 상황을 외부 기관에 통보하여 사용자가 처해 있는 응급 상황에 신속하게 대처할 수 있는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)가 구현될 수 있다.
이하, 상술한 맥박 검출부(200)를 발광소자(210)와 수광소자(220)의 배치 관계를 중심으로 보다 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 일 실시예의 맥박 검출부(200)를 나타낸 저면도이다. 도 6는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 일 실시예의 맥박 검출부(200)를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보다 넓은 표면적을 갖는 하나의 수광소자(220)에 대해 다수의 발광소자(210)가 배치되어 발광소자(210)로부터 조사된 광이 보다 효과적으로 수광소자(220)를 통해 수신될 수 있으므로, 손의 움직임으로 인해 맥박 검출부(200)의 위치가 요골 동맥 또는 척골 동맥으로부터 다소 벗어나는 경우라도, 맥박 신호를 효율적으로 검출하여 사용자의 맥박수를 정밀하게 측정할 수 있다.
발광소자(210)는 도 5에 도시된 바와 같이, 수광소자(220)의 둘레를 따라 복수로 배치될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 발광소자(210)의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 갖는 수광소자(220)의 주위에 4개의 발광소자(210)가 배치될 수 있다. 그리고 이들 발광소자(210)는 수광소자(220)를 중심으로 상측 및 하측에 각각 2개씩 서로 대칭되도록 배치될 수 있다.
이와 같이 작은 사이즈의 발광소자(210)와 큰 사이즈의 수광소자(220)가 다(多) 대 일(一)로 배치됨으로써, 발광소자(210)로부터 조사되어 인체에서 반사된 광은 보다 효과적으로 수광소자(220)로 입사될 수 있다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 발광소자(210)가 둘레에 배치된 수광소자(220)는 서로 나란하도록 복수로 배치될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 1개의 수광소자(220)와 이를 둘러싸는 4개의 발광소자(210)로 이루어지는 하나의 광 센서 단위가, 수평 방향으로 나란하게 3개 배치되어 있다.
이 경우, 상하로 대칭되게 배치된 2개의 발광소자(210)가 한 쌍을 이루어, 예를 들어 좌에서 우로 순차적으로 발광하게 되며, 이와 같은 발광소자(210)의 순차 발광에 의해 얻어진 맥박 신호 중 들 중 가장 큰 맥박 신호가 맥박수의 산출을 위해 채택될 수 있다.
이와 같이 발광소자(210)를 순차적으로 발광시킴으로써, 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 작동을 위한 전력의 소비를 줄일 수 있다.
1개의 수광소자(220)와 이를 둘러싸는 4개의 발광소자(210)로 이루어지는 광 센서 단위는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 회로 기판(233c) 상에 실장되며, 이러한 회로 기판(233c)은 맥박 검출부(200)가 손목(H)의 형태에 따라 자유롭게 변형되어 손목(H) 피부와 발광소자(210) 및 수광소자(220)와의 접촉이 양호하도록 플렉서블한 재질의 케이블(235) 상에 배치된다.
이 경우 복수의 수광소자(220)는 도 5에 도시된 바와 같이, 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치된다. 즉, 상술한 각 광 센서 단위를 사이 간격이 예를 들어 발광소자(210) 사이의 간격이 되도록 배치함으로써, 맥박 검출부(200)가 손목(H) 형태에 따라 모양을 바꿀 때 휘어짐을 확보하여 정확한 맥박 검출이 가능하도록 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 수광소자(220) 및 복수의 발광소자(210) 각각의 둘레는 이들 간 광의 간섭을 방지하도록 칸막이 벽(231)이 둘러싸고 있다. 이와 같이 수광소자(220)와 발광소자(210) 사이, 발광소자(210)들 사이에 삽입되는 칸막이 벽(231)은 광 차단 특성이 양호한 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 발광소자(210) 및 수광소자(220)와 칸막이 벽(231) 사이의 공간에는 광 투과율이 높은 투명 몰드(232)가 충진되어 수광소자(220) 및 발광소자(210)의 표면을 개별적으로 감싸고 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 광 투과율을 고려하면서 발광소자(210) 및 수광소자(220)와 회로 부품(234)을 사용자의 땀이나 기타 수분으로부터 보호하기 위해, 발광소자(210) 및 수광소자(220)의 하부에는 투명 아크릴(237)이 배치되어 있으며, 회로 부품(234)의 사이에는 외부로부터의 충격 방지 및 방수 효과를 높이기 위해 불투명 몰드(238)(232)가 충전된다.
그리고 케이블(235) 단부에 배치된 회로 기판(233a)과 디스플레이부(400)와 접속되는 회로 기판(233b)과의 전기적 연결을 위하여 회로 기판(233a, 233b)들 사이에 커넥터(236)가 개재되며, 맥박 검출부(200)의 외형을 보호하기 위해 플렉서블 몰드(239)가 구비된다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 다른 실시예의 맥박 검출부(200)를 나타낸 저면도이다. 도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 다른 실시예의 맥박 검출부(200)를 나타낸 단면도이다.
본 실시예의 경우, 단부가 복수의 가닥(242, 252)으로 분기된 제1 및 제2 광섬유(240, 250)를 이용하여 발광소자(210)와 수광소자(220)의 숫자에 비해 넓은 면적을 커버함으로써, 손의 움직임으로 인해 맥박 검출부(200)의 위치가 요골 동맥 또는 척골 동맥으로부터 다소 벗어나는 경우라도, 맥박 신호를 효율적으로 검출하여 사용자의 맥박수를 정밀하게 측정할 수 있다. 이하 이러한 제1 및 제2 광섬유(250)를 중심으로 본 실시예에 대해 설명한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유(240)는 일단이 발광소자(210)에 연결되며, 타단이 복수의 가닥(242)으로 분기되어 인체를 향하도록 배치되며, 제2 광섬유(250)는 일단이 수광소자(220)에 연결되며, 타단이 복수의 가닥(252)으로 분기되어 인체를 향하도록 배치될 수 있다.
즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유(240)의 각 가닥(242)과 제2 광섬유(250)의 각 가닥(252)은 서로 번갈아 배치되어, 전체적으로 매트릭스 형태의 격자 구조를 이루고 있으며, 이들 제1 광섬유(240) 및 제2 광섬유(250)의 일단은 각각 발광소자(210) 및 수광소자(220)와 연결되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 발광소자(210), 수광소자(220), 제1 광섬유(240) 및 제2 광섬유(250)는 모두 동일한 개수를 갖도록 각각 복수로 배치되며, 본 실시예의 경우 각각 4개씩 배치되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 발광소자(210) 1개, 수광소자(220) 1개, 제1 광섬유(240) 1개 및 제2 광섬유(250) 1개가 하나의 광 센서 단위를 이룰 수 있으며, 이러한 광 센서 단위는 전술한 실시예와 마찬가지로 손목(H) 형태에 따라 자유롭게 변형 가능하도록 서로 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 광섬유(240)의 타단은 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 복수의 제2 광섬유(250)의 타단 역시 복수의 제1 광섬유(240)의 타단이 서로 이격된 일정한 거리만큼씩 이격되어 배치될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유(240) 및 제2 광섬유(250)의 각 가닥(242, 252)에는 유리 모세관(262)이 부착되어 있으며, 제1 광섬유(240) 및 제2 광섬유(250)는 에폭시 등에 의해 하우징(261)된다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따르면, 스위치부(900)가 터치 스크린(touch screen, 410) 방식으로 디스플레이부(400) 상에 형성되어, 팔찌형 구조를 갖는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)가 제시된다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 실시예의 경우, 전술한 실시예와 달리, 버튼 방식의 스위치부(900)가 아니라 터치 스크린(410) 방식의 스위치부(900)가 디스플레이부(400) 상에 형성된다.
그리고, 맥박 검출부(200)는 도 9에 도시된 바와 같이 착용이 편안하고 유연하며 피부와의 접촉력이 좋아서 손목(H)에서 유동이 발생하지 않는 벨트(100) 내면에 장착된다.
추가적으로 본 실시예의 경우, 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하고 24시간 맥박 리듬을 저장할 수 있는 메모리부(350)가 내장되므로, 사용자는 이 메모리부(350)에 저장된 맥박 데이터를 유선 또는 무선 통신 방식으로 개인용 컴퓨터에 저장하여 인터넷을 통해 건강 관리 센터로 전송하거나 액세스 포인트를 통해 PSTN, 인터넷, 전력선 통신 등을 이용하여 건강 관리 센터로 전송함으로써 건강 관리를 받을 수 있다.
또한, 응급 상황이 발생되는 경우 사용자는 유선 또는 무선 통신 방식으로 응급 관제 센터나 건강 관리 센터에 응급 상황을 통보할 수 있으며, 사용자의 맥박 데이터를 확인하도록 접근이 허용된 자는 원격지에서 휴대폰을 이용하여 사용자의 맥박 상태를 항시 확인할 수 있다. 즉, 통신부(500)는 외부 서버, 예를 들어 개인용 컴퓨터 또는 휴대폰 등으로부터 액세스 신호를 수신 가능하고, 이와 같이 액세스 신호가 수신되는 경우 측정된 맥박 데이터를 외부 서버로 전송할 수 있으므로, 본 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)에 접근이 허용된 자는 휴대폰 등을 이용하여 일정 주기로 통신부(500)에 액세스 신호를 전송함으로써, 사용자의 건강 상태를 용이하게 체크할 수 있다.
그리고 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)에 탑재된 GPS 수신부(550)에 의해 사용자 위치의 확인이 가능하다.
이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
본 실시예의 경우, 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 제어 방법에 관한 것으로, 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)의 각 구성에 대해서는 전술한 실시예들을 통해 이미 상세히 설명한 바 있으므로, 이하 제어 방법 자체를 중심으로 설명하도록 한다.
본 실시예에 따르면, 생체 임피던스 측정부(800)가 사용자의 생체 임피던스를 측정하고, 측정된 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 제어부(300)가 사용자의 손목(H)에 벨트(100)가 착용된 것으로 판단하는 단계(S120), 맥박 신호의 상태를 기준으로 하여 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S125), 맥박수의 산출이 가능한 경우, 맥박 검출 알고리즘에 의해 맥박수를 산출하는 단계(S130), 산출된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위 내에 있는지 여부에 따라, 디스플레이부(400)를 통해 맥박수의 상태를 '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계(S135, S140, S145, S155), 산출된 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위를 벗어나는 경우, 통신부(500)를 통해 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 단계(S160), 사용자의 움직임으로 인해 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하는 단계(S165), 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 맥박 추정 알고리즘에 의해 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하는 단계, 디스플레이부(400)를 통해 맥박수의 상태를 '움직임'으로 표시하는 단계(S170), 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 보다 작은 경우, 통신부(500)를 통해 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 단계(S160)를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법이 제시된다.
이하, 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
*먼저, 맥박 모드 스위치(920)를 눌러서 사용자의 맥박 측정 모드를 설정한다(S110). 그리고, 맥박 모드 스위치(920)를 3초 동안 길게 눌러서 사용자의 나이, 성별, 최소/최대 맥박수 및 버저부(600) ON/OFF 등 사용자 정보를 입력한다(S115).
이어서, 다시 맥박 모드 스위치(920)를 짧게 눌러 맥박수를 측정하게 되나, 그 이전에 생체 임피던스 측정부(800)를 이용하여 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용했는지 여부를 확인하는 단계(S120)를 수행한다. 생체 임피던스는 인체에 10 내지 50kHz의 주파수로 수십 ㎂ 내지 수 ㎃의 전류를 주입하여 전압을 측정함으로써 구할 수 있다.
주입 전류의 주파수가 높을수록 더 많은 양의 전류를 안전하게 주입할 수 있으나, 주입 전류의 주파수를 높이면 누설 용량의 영향이 증가하기 때문에 오차가 발생한다.
생체 임피던스 측정에 사용하는 전극 구성 방식에는, 전류의 주입과 전압의 측정을 동일한 한 쌍의 전극을 사용하는 2-전극법과 두 쌍의 전극을 사용하여 전류 주입과 전압의 측정에 별도의 전극을 사용하는 4-전극법 등이 있다.
이와 같이 인체에 전류를 주입하고 전압을 측정하여 측정된 전압이 일정 수준의 역치 범위 이상이면 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용한 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우는 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용하지 않은 것으로 판단한다. 이 경우 전원부(700)의 전력 소모량을 줄이기 위해 전극 중의 하나는 전원을 ON시키기 위한 접촉 전극의 역할을 수행하도록 사용한다.
상술한 단계에 의해 사용자가 벨트(100)를 착용하고 있는 것으로 판단되면, 사용자의 맥박 측정을 시도한다.
우선, 사용자의 맥박수가 정상적으로 측정 가능한지, 사용자의 격렬한 움직임으로 인하여 정상적으로 맥박 측정이 가능하지 않은 지 여부를 판단하고(S125), 정상적으로 맥박수의 측정이 가능다면 맥박 측정 단계에 따라 사용자의 맥박을 측정한다(S130). 이러한 맥박 측정 단계에 대해서는 도 11을 참조하여 보다 상세히 후술하도록 한다.
이어서, 맥박 측정 단계에 따라 측정된 사용자의 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위에 있는지를 판단한다(S135).
사용자의 측정된 맥박수가 정상 맥박수 범위 내에 있다면 디스플레이부(400)에 정상 맥박 표시(434)가 사용자의 맥박 리듬에 동기 되어 깜박이도록 하고(S140), 그렇지 않다면 다시 측정된 사용자의 맥박수가 이미 설정된 사용자의 맥박수의 범위에 있는지 여부를 판단한다(S145).
사용자의 맥박수가 이미 설정된 사용자의 맥박수의 범위 내에 있다면 디스플레이부(400)에 주의 맥박 표시(435)가 사용자의 맥박 리듬에 동기 되어 깜박이도록 하고(S150), 그렇지 않다면 디스플레이부(400)에 응급 맥박 표시(436)가 깜박이면서(S155) 버저부(600)가 울리도록 하고, 건강 관리 센터나 응급 관제 센터에 사용자가 응급 상황에 처해 있음을 알리기 위해 응급 신호가 건강 관리 센터나 응급 관제 센터의 서버로 전송되도록 한다(S160).
한편, S125 단계에서 정상적으로 맥박 측정이 가능하지 않다면, 맥박 검출부(200)를 통해 수신되는 맥박 신호가 사용자의 움직임 패턴 신호와 일치되는지 여부를 판단한다(S165).
움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 사용자의 움직임 패턴 신호 분석을 실시하여 맥박 추정 알고리즘에 의해 해당 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하고, 디스플레이부(400)에 움직임 표시(432)가 깜박이도록 한다(S170).
만일 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 보다 작아서 패턴 인식이 불가능한 경우에는, 디스플레이에 응급 맥박 표시(436)가 깜박이면서 버저부(600)가 울리도록 하고, 건강 관리 센터나 응급 관제 센터에 사용자가 응급 상황에 처해 있음을 알린다(S160).
추가적으로, 본 실시예에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법은, 맥박수를 산출하는 단계(S130) 또는 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 통신부(500)를 통해 외부 서버로부터 액세스 신호를 수신하는 단계, 및 액세스 신호에 따라 통신부(500)를 통해 맥박 데이터를 외부 서버로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)에 접근이 허용된 자가 개인용 컴퓨터 또는 휴대폰 등과 같은 외부 서버를 통해 자의적으로 또는 설정을 통해 일정한 주기 단위로 통신부(500)에 액세스 신호를 전송하는 경우, 통신부(500)를 통해 외부 서버로부터 이 액세스 신호를 수신하여, 다시 통신부(500)를 통해 외부 서버에 맥박 데이터를 전송한다.
이에 따라, 사용자의 맥박 데이터를 확인하도록 접근이 허용된 자가 원격지에 있더라도 휴대폰 등을 이용하여 사용자의 맥박 상태를 항시 확인하여 사용자의 건강 상태를 용이하게 체크할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법 일 실시예의 맥박 측정 단계에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법 일 실시예의 맥박 측정 단계를 나타낸 순서도이다.
본 실시예에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법의 맥박 측정 단계는, 도 11에 도시된 바와 같이, 수광소자(220)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 증폭하는 전류-전압 변환 및 증폭 단계(S210), 검출된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 단계(S220), 디지털 신호로부터 맥박 주파수 이외의 신호 성분을 제거하기 위한 디지털 대역통과 필터링 단계(S230), 맥박 검출부(200)의 발광소자(210)를 광 센서 단위 별로 순차적으로 발광시키는 발광소자(210) 순차 발광 단계(S240), 아날로그-디지털 변환기(290)로 입력되는 아날로그 신호가 전원 전압의 1/2을 기저선으로 변화되도록 하여 정확한 아날로그-디지털 변환이 이루어지도록 하는 기저선 제어 단계(S250), 맥박 신호, 즉, PPG(photoplrthysmography) 신호 검출이 가능한지 여부를 판단하여 불가능한 경우, 광 세기가 증가하도록 발광소자(210)의 전류를 제어하는 단계(S260), 움직임 아티팩트를 제거하는 아티팩트 제거 알고리즘 실행 단계(S270), 아티팩트가 제거된 PPG 신호로부터 맥박수를 검출하는 알고리즘 실행 단계(S280)를 포함한다.
이하, 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 수광소자(220)와 OP-AMP를 이용하는 전류-전압 변환 증폭 단계(S210)를 수행한다. 발광소자(210)로부터 인체로 투광되어 반사된 광이 수광소자(220)로 수신되어 전류로 변환된 후, 이렇게 변환된 전류는 OP-AMP에 의해 전압으로 변환되어 증폭된다. 이 단계는 전류-주파수 변환으로 변형하여 수행되는 것도 가능하다.
다음으로, 변환된 전압을 아날로그-디지털 변환기(290)로 아날로그-디지털 변환(S220)하고, IIR 필터나 FIR 필터 등을 사용하여 디지털 대역통과 필터링(S230)을 수행한다.
이어서, 맥박 검출부(200)의 광 센서 단위 별 발광소자(210)와 수광소자(220)의 쌍에서 발광소자(210)를 순차적으로 발광시켜 각각의 맥박 신호 값을 저장한 후, 그 값들을 비교하여 가장 큰 값을 갖는 발광소자(210)와 수광소자(220) 쌍을 찾는다(S240). 이때 전원부(700)의 전력 소비량을 줄이기 위해서 발광소자(210)는 짧은 폭의 펄스로 구동한다.
다음으로, 기저선 제어부(275)에서 디지털 데이터 값으로부터 전류-전압 변환 증폭 회로의 출력 신호가 전원 전압의 1/2 수준으로 기저선이 조정되도록 GPIO 포트를 이용하여 제어한다(S250).
다음으로, PPG 신호가 원하는 레벨 이상으로 검출되는지 아닌지를 판단(S270)하여 발광소자(210)의 전류 증폭 회로나 전류 제한 회로 등의 전류량을 제어한다(S260). 즉, 벨트(100)의 착용 위치 변경 등으로 인해 검출된 맥박 신호, 즉, PPG 신호로부터 맥박수의 산출이 불가능한 경우 맥박 검출부(200)로부터 수신된 맥박 신호의 크기에 따라 발광소자(210)의 전류 증폭 회로나 전류 제한 회로 등의 전류량을 증가시켜, 발광소자(210)에서 조사되는 광의 세기를 조절하는 것이다.
그 다음 검출된 PPG 신호로부터 사용자의 팔의 움직임이나 피부와 센서의 접촉 압력 부족 등으로 인한 아티팩트를 제거하기 위하여 아티팩트 제거 알고리즘을 수행한다(S280). 이 단계에서 아티팩트를 제거하는데 적응 필터(adaptive filter)나 이동 평균 필터(moving average filter) 등을 포함한 필터 기술을 사용하거나 웨이브렛(wavelet)을 사용할 수 있다. 또한 PPG 신호의 유사 주기성을 이용한 PMAF(periodic moving average filter)를 사용할 수 있다.
이어서, 아티팩트가 제거된 PPG 신호로부터 피크를 검출하거나, PPG 신호를 1, 2차 미분을 통해 맥박을 검출하는 알고리즘을 수행한다(S290). 맥박 검출 알고리즘의 일 예로써 피크 검출은 사용자의 맥박 주기를 고려하여 맥박 주기가 존재할 것으로 예상되는 일정 구간(예를 들어, 0.25초 내지 1.49초) 내에서 기울기가 (+)에서 (-)로 바뀌고, 피크 크기를 실험적으로 정한 문턱치(문턱값 1, 문턱값 2)의 범위 안에 해당하는 지점을 피크들에 대하여 크기 및 위치 전·후 골(valley)의 위치를 순차적으로 저장한다. 저장된 피크들의 크기를 비교하여 가장 큰 피크 값의 95% 이내 피크들 중 전·후 골 사이의 간격이 가장 큰 것을 일단 주기 T로 인정한다. 이 주기 T를 60으로 나누면 분당 맥박수가 산출될 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법의 다른 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 다른 측면에 따른 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도이다.
본 실시예에 따르면, 생체 임피던스 측정부(800)가 사용자의 생체 임피던스를 측정하고, 측정된 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 제어부(300)가 사용자의 손목(H)에 벨트(100)가 착용된 것으로 판단하는 단계(S335), 맥박 신호의 상태를 기준으로 하여 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계(S340), 맥박수의 산출이 가능한 경우, 맥박 검출 알고리즘에 의해 맥박수를 산출하는 단계(S345), 디스플레이부(400)를 통해 맥박수의 상태를 미리 설정된 최대 목표 맥박수 및 최소 목표 맥박수를 기준으로, '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계(S350, S355, S365, S370, S375), 맥박수를 이용하여 인체에서 소비된 열량을 계산하여 일정 시간 동안의 운동량을 산출하는 단계(S410, S420, S430, S440, S450), 사용자의 움직임으로 인해 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하는 단계(S380), 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 맥박 추정 알고리즘에 의해 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하는 단계(S385, S390), 움직임 패턴 신호에 대한 맥박 신호의 일치도가 기준값 보다 작은 경우, 통신부(500)를 통해 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 단계(S395)를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000) 제어 방법이 제시된다.
이하, 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 사용자가 운동시 목표 맥박수를 설정하고 운동량을 측정하기 위해 운동량 모드 스위치(930)를 눌러서 운동량 측정 모드를 설정한다(S310). 그리고 운동량 모드 스위치(930)를 3초 동안 길게 눌러서 사용자의 나이, 성별, 체중 등 사용자 정보를 입력(S315)하고 운동 목적을 선택한다(S320).
여기서, 운동 목적에 따른 운동 강도는 표 1과 같다. 바람직한 운동으로는 운동 초기 단계에서는 운동 강도 측정이 용이한 걷기, 달리기(조깅), 수영, 자전거타기 등이 효과적이며 체력 수준이 향상된 후에는 구기 운동을 포함한 다양한 운동을 실시하여 체력을 유지하는 것도 좋은 방법이다.
표 1
운동 목적에 따른 운동 강도
운동 목적 운동 강도
전문 트레이닝 고강도, 최대운동능력의 70% 이상
체력 향상 중강도, 최대운동능력의 50～70%
비만 관리 저중강도, 최대운동능력의 40～60%
운동 초보자 저강도, 최대운동능력의 40～50%
운동 강도는 운동 시 힘들다고 느끼는 정도로 유산소 운동일 경우 주로 최대운동 능력(최대 산소 섭취량)에 대한 비율로 제시된다. 즉 자신의 신체가 최대한 발휘할 수 있는 운동 능력의 몇 퍼센트 정도의 운동을 해야 하는지 또는 현재 하고 있는지 등을 나타내게 된다. 본 실시예에 따른 최대 운동 능력 측정은 최대 맥박 박수와 목표 맥박수와의 관계로 운동 강도를 결정하게 된다.
성인병과 밀접한 관계가 있는 심폐 지구력의 향상을 위한 운동 강도는 건강한 성인 남자의 경우 최대 운동 능력의 60 내지 75%로 결정하는 것이 좋으나, 체력수준이 낮거나 운동을 처음 시작하는 경우에는 최대 운동 능력의 40 내지 65%가 적당하다. 운동 강도는 목표 맥박수로 결정하며 각 개인별 운동 강도를 결정한다.
다음으로, 목표 맥박수를 Karvonen 공식에 의해서 계산한다(S325). 즉, 식 1과 같이 목표맥박수가 결정되게 된다.
[식 1] 목표 맥박수 = (최대 맥박수 - 안정시 맥박수) X 운동강도(%) + 안정시 맥박수
여기서 최대 맥박수(회/분)는 220(남자) 또는 260(여자)에서 운동하는 사람의 나이를 뺀 것이 된다. 안정시 맥박수는 아침에 일어나자마자 혹은 최소 20분의 휴식(활동시)을 취한 후 측정하는 것이 일반적이다.
몇 일간 계속 측정하여 평균을 취하는 것이 정확한 방법이나, 본 실시예의 경우, 안정시 맥박수(회/분)는 사용자가 안정을 취한 후 10초 동안 맥박수를 측정하여 그 맥박수에 6의 인자를 곱하여 얻는다. 예를 들어 20세의 남성이 안정시 맥박수가 80회/분이고, 비만관리를 목적으로 운동한다면 운동강도가 (표1)에 따라 최대운동능력의 40～60%가 되므로 목표맥박수의 범위는 다음과 같이 된다.
최소 목표맥박수 = [(220-20) - 80] X 0.4 + 80 = 128 회/분
최대 목표맥박수 = [(220-20) - 80] X 0.6 + 80 = 200 회/분
다시 말하면 목표 맥박수의 범위는 최소 128회/분에서 최대 200회/분 사이가 된다.
이어서, 다시 운동량 모드 스위치(930)를 짧게 누르고 운동을 시작하면(S330), 사용자의 맥박수를 측정하게 되나, 그 이전에 생체 임피던스 측정부(800)를 이용하여 사용자가 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)를 착용했는지 여부를 확인하는 단계(S335)를 수행한다.
그리고 상술한 단계에 의해 사용자가 벨트(100)를 착용하고 있는 것으로 판단되면, 사용자의 맥박 측정을 시도한다.
우선, 맥박 검출부(200)로부터 수신된 맥박 신호의 상태가 양호하여 정상적인 맥박 측정이 가능한지, 움직임 아티팩트 또는 접촉압 부족 등으로 인해 맥박 신호의 상태가 양호하지 못하여 맥박 측정이 가능하지 않은지 여부를 판단하고(S340), 그 판단 결과에 따라 정확하게 맥박 측정이 가능하다면 맥박 검출 알고리즘에 의해 사용자의 맥박수를 측정한다(S345).
이어서, 측정된 사용자의 맥박수가 계산된 목표 맥박수의 범위 내에 있는지 아닌지 여부를 판단한다(S350). 만일 사용자의 맥박수가 목표 맥박수의 범위 내에 있다면 디스플레이부(400)에 정상 맥박 표시(434)가 사용자의 맥박 리듬에 동기 되어 깜박임(S355)과 동시에 버저부(600)가 울리도록 한다.
그리고 사용자의 측정된 맥박수가 목표 백박수의 범위 내에 있지 않다면, 최소 목표 맥박수 미만인지 여부를 판단한다(S365). 사용자의 측정된 맥박수가 최소 목표 맥박수 미만이라면 디스플레이부(400)에 주의 맥박 표시(435)가 사용자의 맥박 리듬에 동기 되어 깜박임(S370)과 동시에 버저부(600)가 울리도록 하고, 최대 목표 맥박수를 초과하였다면 디스플레이부(400)에 응급 맥박 표시(436)가 사용자의 맥박 리듬에 동기 되어 깜박임(S375)과 동시에 버저부(600)가 울리도록 한다.
이후, 사용자가 운동을 계속하고 있는지 아닌지를 판단(S360)하여 운동을 계속하고 있다면 S335 단계 이후를 다시 수행하도록 하고, 운동을 종료하였다면 S430 단계가 진행되도록 하여 총 운동 시간을 계산하기 위한 정보를 제공하도록 한다.
한편, S345 단계를 통해 맥박수가 측정되면, 운동량의 측정을 위해 이 측정된 맥박수를 이용하여 사용자의 소비 산소량을 계산한다(S410). 여기서 사용자의 소비 산소량은 사용자의 분당 맥박수와 사용자의 정보 및 운동 목적에 따라 제어부(300)에 내장된 프로그램에 의해서 계산된다.
그 다음, 계산된 소비 산소량을 이용하여 사용자가 운동시 소비한 열량을 계산한다(S420). 일반적으로 맥박수는 사람이 운동시 필요한 산소의 양과 선형 관계가 있고, 또한 필요한 산소의 양은 몸에서 산화되는 열량과 선형의 관계가 있으므로, 이 관계를 이용하여 소모된 열량을 계산한다.
즉, 사용자가 운동을 함으로써 열량을 소비한다는 것은 산소를 소비하는 것이다. 따라서 단위 시간 및 단위 체중 당 소비된 열량이 많을수록 그 만큼 단위 시간 및 단위 체중 당 필요한 산소의 양이 늘어나게 된다. 운동시 사용자의 소비 열량은 제어부(300)에 내장된 프로그램에 의해서 계산된다.
이후, 사용자가 운동을 종료하면 총 운동 시간을 계산하고(S430), 상기 S420에서 계산된 운동시 사용자가 소비한 열량에 S430에서 측정된 시간을 곱하여 사용자가 운동시 소비한 총 열량을 계산하여(S440), 그 값을 디스플레이부(400)에서 숫자 표시(429)에 표시한다.
그리고 계산된 사용자의 맥박수 및 총 소비 열량에 대한 데이터는 제어부(300)의 제어에 따라 메모리부(350)에 저장되거나, 통신부(500)를 통해 유선 또는 무선통신 방식으로 개인용 컴퓨터나 액세스 포인트로 전달되어 건강 관리 센터나 응급 관제 센터로 전송된다.
한편, S340 단계의 결과에 따라 맥박 측정이 불가능한 경우, 맥박 검출부(200)로부터 들어오는 맥박 신호를 사용자의 움직임 패턴 신호와 비교한다(S380). 즉, 본 단계는 메모리부(350) 또는 외부 메모리에 저장된 사용자 움직임 패턴 신호와 검출된 맥박 신호의 상관 관계를 비교하는 것으로, 검출된 맥박 신호와 사전에 정의된 움직임 패턴 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 사용자의 움직임 패턴 분석(S385)을 실시하여 해당 움직임 패턴 신호로부터 맥박수를 추정하는 알고리즘을 수행한다(S390).
이와 달리 상기 비교 결과에 따라 맥박 신호와 움직임 패턴 신호의 일치도가 기준값 보다 작은 경우에는 응급 상황으로 판단하여 디스플레이부(400)에 응급 맥박 표시(436)가 깜박임과 동시에 버저음이 울리며, 해당 응급 신호를 건강 관리 센터나 응급 관제 센터로 전송하거나(S395), 손목 착용형 맥박 측정 장치(1000)가 올바르게 착용되어 있는지 여부를 확인한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (34)

  1. 사용자의 손목에 착용 가능한 벨트(belt);
    상기 벨트에 장착되어 상기 사용자의 인체에 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에 인접하도록 상기 벨트에 장착되어 상기 인체로부터 반사되는 광을 받는 수광소자를 구비하여, 광으로 맥박 신호를 검출하는 맥박 검출부; 및
    상기 맥박 검출부로부터 상기 맥박 신호를 수신하여 상기 사용자의 맥박수를 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 발광소자는 상기 수광소자의 둘레를 따라 복수로 배치되고,
    상기 복수의 발광소자는 상기 수광소자를 중심으로 대칭되도록 배치되며,
    상기 복수의 발광소자가 둘레에 배치된 상기 수광소자는 서로 나란하도록 복수로 배치되고,
    광의 간섭을 방지하도록 상기 복수의 수광소자 및 상기 복수의 발광소자 각각의 둘레를 둘러싸는 칸막이 벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광소자는 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수광소자 및 상기 발광소자의 표면을 개별적으로 감싸는 투명 몰드를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  4. 사용자의 손목에 착용 가능한 벨트(belt);
    상기 벨트에 장착되어 상기 사용자의 인체에 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에 인접하도록 상기 벨트에 장착되어 상기 인체로부터 반사되는 광을 받는 수광소자를 구비하여, 광으로 맥박 신호를 검출하는 맥박 검출부; 및
    상기 맥박 검출부로부터 상기 맥박 신호를 수신하여 상기 사용자의 맥박수를 산출하는 제어부;
    일단이 상기 발광소자에 연결되며, 타단이 복수의 가닥으로 분기되어 상기 인체를 향하도록 배치되는 제1 광섬유; 및
    일단이 상기 수광소자에 연결되며, 타단이 복수의 가닥으로 분기되어 상기 인체를 향하도록 배치되는 제2 광섬유를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 광섬유의 가닥과 상기 제2 광섬유의 가닥은 서로 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광섬유의 가닥과 상기 제2 광섬유의 가닥은 격자 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광소자와 상기 수광소자는 서로 동일한 개수로 갖도록 각각 복수로 배치되며,
    타단이 복수의 가닥으로 분기되어 상기 인체를 향하는 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유는 상기 발광소자 및 상기 수광소자와 동일한 개수를 갖도록 각각 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제1 광섬유의 타단은 일정한 거리만큼씩 서로 이격되어 배치되며,
    상기 복수의 제2 광섬유의 타단은 상기 복수의 제1 광섬유의 타단이 서로 이격된 일정한 거리만큼씩 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 벨트에 장착되며, 상기 제어부에 의해 산출된 상기 맥박수를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 맥박 검출부로부터 이격되도록 상기 벨트에 장착되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 벨트는 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  12. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 벨트에 장착되어 신호음을 발생시키는 버저(buzzer)부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  13. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 맥박수에 대응되는 맥박 데이터를 저장하기 위한 메모리부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  14. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 발광소자, 상기 수광소자 및 상기 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  15. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    외부 장치와의 연결을 위한 인터페이스부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  16. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 측정된 상기 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 상기 인체의 손목에 상기 벨트가 착용된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  17. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 맥박 검출부로부터 수신된 상기 맥박 신호의 크기에 따라 상기 발광소자에서 조사되는 광의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  18. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 맥박수에 대응되는 맥박 데이터를 외부 서버로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자의 선택에 의해, 상기 맥박수를 측정하는 맥박 모드 또는 일정 시간 동안의 운동량을 측정하는 운동량 모드로 변경 가능하며,
    상기 통신부는 측정된 상기 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위를 벗어나는 경우 상기 외부 서버에 응급 신호를 전송하거나, 상기 사용자의 선택에 의해 상기 외부 서버에 상기 응급 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 맥박수를 이용하여 상기 인체에서 소비된 열량을 계산하여 상기 일정 시간 동안의 운동량을 산출하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 맥박 모드 또는 상기 운동량 모드를 선택하고, 상기 응급 신호의 전송 여부를 선택하기 위한 스위치부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 벨트에 장착되며, 상기 제어부에 의해 산출된 상기 맥박수를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 스위치부는 터치 스크린(touch screen) 방식으로 상기 디스플레이부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하여, 상기 움직임 패턴 신호에 대한 상기 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우 상기 움직임 패턴 신호로부터 상기 맥박수를 추정하고,
    상기 통신부는 상기 일치도가 상기 기준값 보다 작은 경우 상기 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 외부 서버로부터 액세스 신호를 수신 가능하며, 상기 액세스 신호가 수신되는 경우 상기 맥박 데이터를 상기 외부 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  25. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 벨트에 장착되는 GPS(global positioning system) 수신부를 더 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치.
  26. 제1항 또는 제4항의 손목 착용형 맥박 측정 장치의 제어 방법으로서,
    상기 맥박 신호의 상태를 기준으로 하여 상기 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 맥박수의 산출이 가능한 경우, 맥박 검출 알고리즘에 의해 상기 맥박수를 산출하는 단계;
    상기 사용자의 움직임으로 인해 상기 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 상기 맥박 신호를 미리 설정된 움직임 패턴 신호와 비교하는 단계; 및
    상기 움직임 패턴 신호에 대한 상기 맥박 신호의 일치도가 기준값 이상인 경우, 맥박 추정 알고리즘에 의해 상기 움직임 패턴 신호로부터 상기 맥박수를 추정하는 단계를 포함하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는 통신부를 더 포함하며,
    산출된 상기 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 움직임 패턴 신호에 대한 상기 맥박 신호의 일치도가 상기 기준값 보다 작은 경우,
    상기 통신부를 통해 외부 서버에 응급 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는 생체 임피던스 측정부를 더 포함하며,
    상기 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계 이전에,
    상기 생체 임피던스 측정부가 상기 사용자의 생체 임피던스를 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 생체 임피던스가 기준 임피던스 보다 작은 경우 상기 제어부가 상기 사용자의 손목에 상기 벨트가 착용된 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는 디스플레이부를 더 포함하며,
    상기 맥박수를 산출하는 단계 이후에, 산출된 상기 맥박수가 미리 설정된 정상 맥박수 범위 및 사용자 맥박수 범위 내에 있는지 여부에 따라, 상기 디스플레이부를 통해 상기 맥박수의 상태를 '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계; 및
    상기 맥박수를 추정하는 단계 이후에, 상기 디스플레이부를 통해 상기 맥박수의 상태를 '움직임'으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자의 선택에 의해, 상기 맥박수를 측정하는 맥박 모드 또는 일정 시간 동안의 운동량을 측정하는 운동량 모드로 변경 가능하며,
    상기 사용자에 의해 상기 운동량 모드가 선택되는 경우,
    상기 맥박수를 산출하는 단계 또는 상기 맥박수를 추정하는 단계 이후에,
    상기 맥박수를 이용하여 상기 인체에서 소비된 열량을 계산하여 상기 일정 시간 동안의 운동량을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는 디스플레이부를 더 포함하며,
    상기 사용자에 의해 상기 운동량 모드가 선택되는 경우,
    상기 맥박수를 산출하는 단계 또는 상기 맥박수를 추정하는 단계 이후에,
    상기 디스플레이부를 통해 상기 맥박수의 상태를 미리 설정된 최대 목표 맥박수 및 최소 목표 맥박수를 기준으로, '정상', '주의' 또는 '응급'으로 구분하여 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는, 상기 맥박 모드 또는 상기 운동량 모드를 선택하고, 외부 서버에 응급 신호의 전송 여부를 선택하기 위한 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 맥박수의 산출이 가능한지 여부를 판단하는 단계 이후에,
    상기 벨트의 착용 위치 변경으로 인해 상기 맥박수의 산출이 불가능한 경우, 상기 맥박 검출부로부터 수신된 상기 맥박 신호의 크기에 따라 상기 발광소자에서 조사되는 광의 세기를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 손목 착용형 맥박 측정 장치는 통신부를 더 포함하며,
    상기 맥박수를 산출하는 단계 또는 상기 맥박수를 추정하는 단계 이후에,
    상기 통신부를 통해 외부 서버로부터 액세스 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 액세스 신호에 따라 상기 통신부를 통해 상기 맥박 데이터를 상기 외부 서버로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목 착용형 맥박 측정 장치 제어 방법.
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