WO2018030665A1 - 혈압 측정 방법 및 이에 따른 장치 - Google Patents

혈압 측정 방법 및 이에 따른 장치 Download PDF

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WO2018030665A1
WO2018030665A1 PCT/KR2017/007803 KR2017007803W WO2018030665A1 WO 2018030665 A1 WO2018030665 A1 WO 2018030665A1 KR 2017007803 W KR2017007803 W KR 2017007803W WO 2018030665 A1 WO2018030665 A1 WO 2018030665A1
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blood pressure
user
light
wearable device
pressure value
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PCT/KR2017/007803
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알렉스비치 빌렌스키막심
바체슬라보비치 포포브미하일
블라디미로비치 클레소브안드레이
조재걸
알렉산도르비치 짐코브드미트리
알렉스비치 유브켄코세르게이
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삼성전자 주식회사
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • 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
    • A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • 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
    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising

Definitions

  • the present invention relates to medical technology, and more particularly to the field of blood pressure measurement.
  • Blood pressure is generally measured using a sphygmomanometer. It is not common to perform invasive measurements through the arterial wall, and blood pressure measurements are generally limited to hospital settings. Noninvasive auscultatory and oscillometric measurements are simpler than invasive measurements, user friendly, unrestricted to application, easy to use, and do not cause pain to the patient, but noninvasive methods Low accuracy and small mechanical differences in readings.
  • a stethoscope and a blood pressure monitor are used to measure blood pressure by the stethoscope method.
  • Blood pressure measurement by the auscultation method consists of a cuff connected to a mercury manometer or an anroid manometer and placed around the forearm at approximately the same height as the heart.
  • a mercury manometer considered as a standard, measures the height of the mercury column and provides absolute results that require no correction, so no errors or drift of calibration occur.
  • the use of mercury manometers is often necessary for clinical measurements and clinical investigations of hypertension in high-risk patients such as pregnant women.
  • the oscillometric metric method involves the observation of the vibration of the blood pressure monitor cuff pressure caused by the vibration (pulse) of the blood flow.
  • the electronic version of the oscillometric metric method is also used for long-term measurements.
  • the oscillometric metric method uses a sphygmomanometer cuff like the stethoscope method, but uses an electronic pressure sensor (transducer) for observing the vibration of the cuff pressure and an electronic device that automatically interprets the automatic expansion and contraction of the cuff. In this case, the pressure sensor must be calibrated periodically to maintain the accuracy of the measurement.
  • PWV pulse wave velocity
  • Some embodiments may provide a method and wearable device capable of measuring blood pressure of a user anywhere without using a cuff.
  • Some embodiments may provide a method and device that can accurately measure blood pressure of a user by reducing noise caused by skin, capillaries, or movement of the user.
  • Some embodiments may provide a method and device for providing a more accurate blood pressure value by determining a correction method using a blood pressure value of a user measured by another blood pressure measuring device.
  • a device irradiates light to the target area of the user, receives scattered light scattered in the blood flow below the target area, and determines the blood pressure value of the user based on the intensity of the received scattered light
  • FIG. 1 illustrates a method of monitoring biometric information about a blood flow of a user, according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method of determining, by a device, a blood pressure value of a user according to an embodiment.
  • FIG. 3 illustrates a device for detecting biometric information about blood flow of a user, according to one embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a contact plate provided in a device, according to one embodiment.
  • FIG 5 illustrates a polarization filter included in a device, according to an embodiment.
  • 6A-6C illustrate an optical circuit of a device, according to one embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a method in which a device displays biometric information regarding a blood flow of a user, according to an embodiment.
  • FIG. 8 illustrates a method by which a device displays a device wear guide, according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method in which a device determines a blood pressure value of a user according to another embodiment.
  • FIG. 10 illustrates a user interface image for receiving, by a device, a user input for selecting a time point for measuring blood pressure, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method in which a device corrects a blood pressure value based on a reference blood pressure value, according to an embodiment.
  • 12A and 12B illustrate how a device obtains a reference blood pressure value, according to one embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a method in which a device obtains a reference blood pressure value, according to another embodiment.
  • FIG. 14 illustrates a method in which a device visualizes the flow of blood flow based on speckle-correlation analysis, according to one embodiment.
  • 15 is a flowchart of a method of determining, by a device, a blood pressure value of a user, according to an embodiment.
  • 16A and 16B illustrate a temporal and spatial averaging algorithm of speckle and weighting factors for a Gaussian window, according to one embodiment.
  • 17 and 18 are block diagrams of devices according to one embodiment.
  • a light source for irradiating light to a target area of the user an optical receiver for receiving scattered light scattered in the blood flow below the target area, received scattered light
  • the wearable device may include a controller configured to determine a blood pressure value of the user and a display configured to display the determined blood pressure value.
  • the wearable device is a smart watch worn on a wrist of a user using a strap, and a light source and a light receiver may be disposed in the strap.
  • the controller may determine an image representing the intensity of the received scattered light, and determine the blood pressure value of the user from the data of the determined image based on a filter in the form of a Gaussian averaging window.
  • the wearable device may further include a contact glass plate for pressing the target area when the wearable device is worn on a user's wrist.
  • the contact glass plate may also include a mirror that reflects light such that light emitted from the light source is directed to the target area.
  • the wearable device may further include a first polarization filter disposed at an output of the light source and a second polarization filter disposed at an input of the optical receiver, and the first polarization filter and the second polarization filter may be optically orthogonal to each other. have.
  • the wearable device may further include a light guide that guides the light so that the light emitted from the light source is directed to the target area.
  • the wearable device may further include a user interface configured to receive a user input for inputting a reference blood pressure value of the user, and the controller may correct the determined blood pressure based on the input reference blood pressure value.
  • the wearable device may further include a user interface configured to receive a user input for setting a blood pressure measurement time, and the controller may irradiate light to the target area of the wrist of the user at the set blood pressure measurement time.
  • the display unit may display a guide image for guiding the optical receiver to be positioned on the radial artery of the user's wrist.
  • a blood pressure measuring method may include determining a blood pressure value of the blood pressure and displaying the determined blood pressure value.
  • determining the blood pressure value of the user based on the received scattered light intensity may include determining an image representing the received scattered light intensity and based on a filter in the form of a Gaussian averaging window. Determining the blood pressure value of the user from the data.
  • the blood pressure measuring method may further include receiving a user input for inputting a reference blood pressure value of the user and correcting the blood pressure determined based on the input reference blood pressure value.
  • the blood pressure measuring method may further include receiving a user input for setting a blood pressure measuring time, and irradiating light to a target area of the wrist of the user may include setting a blood pressure measuring time on the target area of the user's wrist. And irradiating light with the light.
  • the blood pressure measuring method may further include displaying a guide image for guiding the photoreceiver of the wearable device to be positioned on the radial artery of the user's wrist.
  • any part of the specification is to “include” any component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
  • the terms “... unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. .
  • an image representing the intensity of the scattered light may be referred to as a "spkle-modulated image”.
  • the bright areas seen by small spots in the speckle-modulated image may be referred to as "Speckles”.
  • the scattering particles move, interference occurs and the intensity of the received scattered light also changes. Accordingly, statistics about the time and space of the speckle pattern in the speckle-modulated image can provide information about the movement of the scattering particles. For example, the faster the movement of red blood cells in a blood vessel, the more the speckle pattern is blurred, and the device can determine the location or velocity of blood flow by determining the degree of blur. In this specification, a value quantitatively indicating the degree of blur in a speckle-modulated image may be referred to as "contrast". The faster the movement of the scattering particles, the speckle pattern is blurred. As the speckle pattern is blurred, the value of contrast may be smaller.
  • FIG. 1 illustrates a method of monitoring biometric information about a blood flow of a user, according to an embodiment.
  • the device 1000 may detect scattered light scattered by a user's blood flow, and detect biometric information about a user's blood flow based on the intensity of the detected scattered light.
  • the biometric information about the blood flow of the user may include, but is not limited to, blood pressure value, blood flow rate, blood flow rate, pulse wave, microcirculation, and cardiovascular system movement.
  • the device 1000 may include a light source 1910 and a light receiver 1930.
  • the light source 1910 may radiate light to the target area of the user.
  • the light source 1910 may be a device that generates monochromatic light, such as a laser.
  • the light source may be configured to operate in a continuous mode as well as a pulsed mode.
  • the light source 1910 may be a device that generates light in the near infrared spectral range.
  • Lasers in the near infrared range are substantially scattered by red blood cells as compared to lasers in the visible range, with less noise scattering from the epidermal layer.
  • the device 1000 can more accurately receive information about blood flow in arteries located deeper than the skin or capillaries, and can be less affected by capillaries or skin.
  • the near infrared laser generated from the light source 1910 may be irradiated onto the skin on the radial artery 10 in the wrist of the user.
  • a monochromatic light such as a laser is irradiated to the space where the scattering particles (for example, red blood cells 5) are located, diffuse reflection is generated by the scattering particles 5, and the scattered light interfering with each other due to the diffuse reflection is received by the light receiver 1930 Can be received by.
  • the optical receiver 1930 may include an optical sensor.
  • the optical sensor may be, for example, a charge coupled device (CCD), a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS), a linear image sensor, an array silicon type image sensor, or an InAsGa sensor, but is not limited thereto.
  • CMOS complementary metal-oxide semiconductor
  • the optical receiver 1930 may change the intensity of the scattered light into a digital signal.
  • the device 1000 may determine a speckle-modulated image representing the intensity of the scattered light.
  • Speckle-modulated images representing the intensity of the scattered light may exhibit a speckle pattern composed of small bright spots.
  • the device 1000 may include a blend 1905 to block external light.
  • the device 1000 may also include a lens 1920 for increasing and collimating the light emitted from the light source 1910 to the size of the contact area of the contact plate (not shown).
  • the device 1000 may include a lens 1937 for receiving the scattered light reflected from the artery 10 to the optical receiver 1930.
  • the device 1000 may be a wearable device that can be worn by a user.
  • the device 1000 may be a watch device 1000 or a bracelet device.
  • the device 1000 may be a smart watch equipped with a function provided by a smart device such as a smart phone.
  • the device 1000 may include a polarization filter disposed at an input portion of the light source 1910 or at an output portion of the light receiver 1930.
  • light emitted from the light source 1910 may be linearly polarized through the first polarization filter 1942.
  • at least one second polarizing filter 1944 is input to the light receiver 1930. Can be included.
  • the sensing regions of the sensors in the photoreceiver 1930 may be covered by two linear polarizing filters (not shown) oriented to be orthogonal to each other.
  • the first polarization filter 1942 is disposed at the output portion of the light source 1910 so that the polarization direction of the light output from the light source 1910 and the light incident on the light receiver 1930 are orthogonal to each other.
  • the second polarization filter 1944 may be disposed at an input portion of the receiver 1930, and the polarization directions of the first polarization filter 1942 and the second polarization filter 1944 may be perpendicular to each other.
  • the laser beam output from the light source 1910 may be delivered to the target area through a light guide plate (not shown), which is a contact glass plate in contact with body tissue.
  • the device 1000 may determine the diameter of the blood vessel and the speed of blood flow based on the speckle-modulated image, and determine the blood pressure value of the user based on the determined diameter of the blood vessel and the speed of blood flow.
  • a method of determining the diameter and blood flow rate of a blood vessel of a user from a speckle-modulated image and a method of determining the blood pressure value of the user from the diameter and blood velocity of a determined blood vessel will be described below with reference to FIGS. 14 to 16B. .
  • FIG. 2 is a flowchart of a method of determining, by a device, a blood pressure value of a user, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may radiate light to the target area of the user.
  • the device 1000 may be a wearable device worn on a wrist.
  • the target area may be a radial artery of the wrist.
  • the target area may be a finger, toe, nose, or earlobe.
  • the device 1000 may be a wearable device worn on a finger, a toe, a nose, or an earlobe.
  • the light may be visible or near infrared.
  • Light emitted from the light source 1910 in the device 1000 may be irradiated to a target area of the user's wrist by a holographic optical element such as a mirror.
  • a first polarization filter 1942 may be provided at an output portion of the light source 1910.
  • the device 1000 may receive scattered light scattered in the blood flow below the target area.
  • Light irradiated into the radial artery under the wrist of the user may be scattered by scattering particles such as red blood cells in the radial artery.
  • the light receiver 1930 of the device 1000 may receive the scattered light.
  • a second polarization filter 1944 may be provided at an input portion of the optical receiver 1930.
  • the device 1000 may determine a blood pressure value of the user based on the received intensity of the scattered light.
  • the device 1000 may generate a speckle-modulated image representing the intensity of the received scattered light.
  • the device 1000 may determine the location of the blood flow and the speed of the blood flow based on the speckle-modulated images over time.
  • the device 1000 may determine the diameter of the radial artery based on the determined location of the blood flow.
  • the device 1000 may determine the blood pressure value of the user based on the diameter of the radial artery and the speed of blood flow in the radial artery. A method of determining the blood pressure value of the user based on the received scattered light intensity will be described later in detail with reference to FIGS. 14 to 16B.
  • the device 1000 may display the determined blood pressure value.
  • the device 1000 may display the blood pressure value by controlling the display unit in the device 1000, and in some embodiments, may transmit a signal instructing another device connected to the device 1000 to display the blood pressure value.
  • FIG. 3 illustrates a device 1000 for detecting biometric information about a blood flow of a user, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may be a watch worn on a wrist 30 of a user.
  • the device 1000 may be a smart watch such as a Galaxy Gear TM, or may be an analog or digital watch that provides only a watch function.
  • the radial artery 10 is generally an artery that is promoted when a vein is held, and is located within the wrist 30. Within the wrist 30 are the ulna bone 64, the radial bone 62 and the radial artery 10. Therefore, when the device 1000 is implemented in the form of a watch, the module for receiving biometric information about the radial artery 10 may be located on the strap 1850 of the watch as a separate module from the watch module indicating time. Can be.
  • the device 1000 When the device 1000 is a watch or a smart watch, the device 1000 receives biometric information about the main module 1800 and the radial artery 10 of the user equipped with a function provided by the existing watch or smart watch. It may be configured as an optical module 1900.
  • the optical module 1900 and the main module 1800 may communicate with each other. For example, the optical module 1900 and the main module 1800 may communicate using a communication line provided in the strap 1850, or may use a short range communication technology.
  • the main module 1800 When the main module 1800 is an analog clock, the main module 1800 may be implemented only in hardware, and in the case of a digital clock or a smart watch, it may be implemented in hardware and software.
  • the optical module 1900 may be implemented only in hardware, and may also be implemented in hardware and software.
  • the optical module 1900 may be controlled by the main module 1800 and may operate independently of the main module 1800.
  • the optical module 1900 may include a display device.
  • the optical module 1900 may be disposed as part of the strap 1850 or bracelet of the watch. For example, when the user wears a watch on the wrist 30 such that the main module 1800 is positioned on the back of the hand of the user's wrist, the optical receiver in the optical module 1900 or the optical module 1900 is in the user's wrist.
  • the optical module 1900 may be disposed to be located on the skin above the radial artery 10.
  • the optical module 1900 may be embedded in the strap 1850 of the device 1000 and may be docked to the strap 1850 of the device 1000. In addition, the optical module 1900 may be disposed and fixed at a predetermined position of the strap 1850, and may be moved within the strap 1850 by a user.
  • the device 1000 is disclosed as a device 1000 that is divided into a main module 1800 and an optical module 1900, but according to an embodiment, the device 1000 may be related to a clock function and a radial artery 10. It may be implemented as a single module having all the functions of receiving biometric information. Also, according to an embodiment, the device 1000 may be a device that provides only a health care function such as biometric information and health care information of a user without a watch function.
  • FIG 4 illustrates a contact plate provided in the device 1000 according to an embodiment.
  • the signal detected from the scattered light can contain a lot of noise. Noise may appear due to microcirculation of the skin 30 and artificial movement of the user.
  • the device 1000 may include a contact glass plate 1960 that is pressed onto the skin 30.
  • the contact glass plate 1960 may be pressed onto the skin 30 of the target area.
  • the contact glass plate 1960 pressed on the skin 30 can suppress the movement of the skin 30 vibrating by pulse wave propagation.
  • the contact glass plate 1960 may be disposed on the device 1000 such that when the user wears the device 1000, the contact glass plate 1960 may be pressed onto the skin 30 on the radial artery of the user, and light from the light source may be contacted to the contact glass plate 1960. It can be irradiated to the target area through the.
  • the contact glass plate 1960 may serve as a light guide for transmitting the light emitted from the light source to the target area.
  • the contact glass plate 1960 may include a mirror therein, and may change the direction of travel of the light so that the light emitted from the light source is directed to the target area.
  • FIG 5 illustrates a polarization filter included in the device 1000, according to an embodiment.
  • the scattered light scattered from the radial artery and scattered to the photoreceptor 1930 may include noise caused by the surface of the skin and noise caused by the capillaries.
  • the device 1000 may include a polarization filter for removing noise caused by the surface of the skin and noise caused by capillaries.
  • the device 1000 may include a first polarization filter 1942 at the output of the light source 1910, a second polarization filter 1944 at the input of the optical receiver 1930, and may include a first polarization filter 1944.
  • the polarization directions of the polarization filter 1942 and the second polarization filter 1944 may be perpendicular to each other.
  • An optically orthogonal polarization filter is provided at the output of the light source 1910 and the input of the photoreceptor 1930, thereby removing noise caused by the surface of the skin and noise caused by capillaries.
  • two polarization filters having perpendicular polarization directions may be provided at an input of the optical receiver 1930.
  • the device 1000 may obtain information about the velocity of blood flow in the radial artery located deeper than the capillary and the position of the radial artery from the received scattered light, and the signal to noise ratio. To increase the accuracy of blood pressure readings.
  • 6A-6C illustrate an optical circuit of device 1000, according to one embodiment.
  • the device 1000 may include at least one holographic optical element for collimating light emitted from the light source 1910 to the target area 30 or for collecting scattered light received from the radial artery into the photoreceptor 1930.
  • Holographic optical elements may include, but are not limited to, lenses, mirrors, gratings, prisms, and splitters.
  • the device 1000 may include a light guide 1970 for collimating the light of the light source 1910 to the target area 30.
  • the light guide 1970 may comprise a mirror 1980 as a holographic optical element, and may be set such that light emitted from the light source 1910 is incident on the mirror 1980 in the light guide 1970.
  • the light guide 1970 may include a plurality of mirrors, and the plurality of mirrors may be arranged to collimate the light incident from the light source 1910 to the target area 30. Therefore, even though the light emitted from the light source 1910 does not directly go to the target area 30 of the user, the light guide 1970 may reach the target area 30.
  • the scattered light may be received by the lens 1937 to the light receiver 1930.
  • the device 1000 may include at least two lenses for transmitting light to the target area 30.
  • the device 1000 may include a collimating cylindrical lens 1920 and a light guide 1970.
  • the light source 1910 may be a laser diode.
  • the collimating cylindrical lens 1920 may be made of optical glass or plastic.
  • the light guide 1970 may be made of optical glass or plastic, and may be in the form of a parallelepiped.
  • the light guide 1970 may be in the form of a parabolic cylinder in which one side 1972 of the light guide 1970 is inclined at an angle with respect to the other side.
  • the inclined side surface 1972 of the light guide 1970 may be provided with a mirror coating.
  • the light guide 1970 may also serve as a contact plate for contacting the skin 30 of the user's wrist to press the skin 30.
  • the device 1000 may include a projection type lens 1937, a polarization filter 1944, and a multi-pad optical receiver (CCD, CMOS) 1930.
  • a projection type lens 1937 may include a projection type lens 1937, a polarization filter 1944, and a multi-pad optical receiver (CCD, CMOS) 1930.
  • CCD multi-pad optical receiver
  • Laser light from the light source 1910 may be collimated on one side of the light guide 1970 by a cylindrical lens 1920 (collimator).
  • Light emitted from the light source may be introduced into the light guide 1970 through one side of the light guide 1970 and propagate to the opposite side 1972 of the introduced side. Since the opposite side 1972 is a parabolic mirror, the light can be collimated and redirected toward the side where the user's wrist is, and can be emitted from the light guide 1970 to penetrate the skin 30 of the wrist. Light penetrating into the skin 30 of the wrist may be diffusely reflected in the radial artery, and the diffusely reflected light may be readjusted in the direction toward the projection lens 1937.
  • the size of the device 1000 can be reduced.
  • the distance from the target region to the optical receiver may be reduced to within about 5 mm, and the horizontal length of the optical guide, which is a component in contact with the target region of the device 1000, is about 10 mm. Can be made smaller.
  • the light guide 1970 not only serves to collimate light to the skin 30, but also acts as a contact glass plate applying pressure to the skin 30, thereby increasing the accuracy of blood pressure measurement.
  • the device 1000 may acquire an inverted image of the radial artery in the wrist.
  • the device 1000 may be provided with a polarization filter 1944.
  • the collimating cylindrical lens 1920 and the projection lens 1937 can be formed as diffractive or holographic optical elements.
  • FIG. 7 illustrates a method in which the device 1000 displays biometric information regarding blood flow of a user, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may display biometric information on a screen.
  • the device 1000 may provide a blood pressure menu for displaying the measured blood pressure value, and display the blood pressure value as a user input for selecting the blood pressure menu is received.
  • the displayed blood pressure value may include a systolic blood pressure value 710 and a diastolic blood pressure value 720.
  • the device 1000 may display biometric information such as heart rate, blood sugar, and body temperature measured together with the measured blood pressure value.
  • the device 1000 may display the determined blood pressure value immediately after the blood pressure measurement of the user, without a separate user input.
  • the device 1000 may include a hardware button 700 for measuring blood pressure.
  • the device 1000 may determine the blood pressure value of the user and display the determined blood pressure value.
  • the device 1000 may display the measured pulse wave 730 of the user.
  • the device 1000 may transmit measurement data to a device in which short-range communication connection is established with the device 1000.
  • the measured data may be displayed on the screen of the device in which the short range communication connection is established.
  • FIG 8 illustrates a method in which the device 1000 displays a device wearing guide, according to an embodiment.
  • the device 1000 may display a guide image 810 for guiding the light source or the light receiver to be positioned on the radial artery of the user.
  • the device 1000 may display an indicator 820 indicating a location of a hardware configuration for measuring biometric information about blood flow, for example, a location in the device 1000 of a light source or a light receiver.
  • a hardware configuration for measuring biometric information about blood flow may be provided in a portion of the strap or bracelet, and thus, the indicator 820. May be displayed on a part of the strap or bracelet of the smart watch.
  • the hardware configuration for measuring biometric information about blood flow when the hardware configuration for measuring biometric information about blood flow is the main configuration of the device 1000, the hardware configuration for measuring biometric information about blood flow may be configured as a display screen and one module. In this case, the indicator may be displayed on the bezel area of the device 1000.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method of determining, by a device, a blood pressure value of a user according to another exemplary embodiment.
  • the device 1000 may determine whether the blood pressure is measured.
  • the device 1000 may be provided with a button for starting blood pressure measurement.
  • the device 1000 may display a menu for starting blood pressure measurement.
  • the device 1000 may start blood pressure measurement.
  • the blood pressure measurement time point may be preset by the user.
  • the device 1000 may provide a menu for selecting a measurement time period and may provide a menu for setting a specific measurement time point.
  • the device 1000 may provide a menu for selecting a blood pressure measurement time point based on the user's activity or may provide a menu for starting blood pressure measurement at a random time point.
  • the device 1000 may determine when the user wears the device 1000 as a time to measure blood pressure. For example, the device 1000 may determine whether the buckle of the device 1000 is filled by using a sensor in the device 1000, and as it is determined that the buckle of the device 1000 is filled, blood pressure measurement may be started. have.
  • the device 1000 may start blood pressure measurement at the time when the blood pressure value of the user is received from the blood pressure measuring device in which the short-range wireless communication connection is established with the device 1000.
  • the device 1000 may store the received blood pressure value as a reference blood pressure value and compare the reference blood pressure value with the measured blood pressure value to determine a blood pressure correction method.
  • the device 1000 when the device 1000 is a wearable device, the device 1000 may receive a blood pressure measurement start command from the mobile device in which the short-range wireless communication connection is established with the device 1000.
  • the device 1000 may determine whether the user is in a state suitable for blood pressure measurement.
  • the blood pressure value is preferably measured when the user's mind and body are stable. For example, when the user is exercising or is in a tense or excited state, the blood pressure value may temporarily increase. Since the measured blood pressure may be meaningless to the user when the mind and body are unstable, it is necessary to confirm whether the user's mind and body are stable.
  • the device 1000 may determine whether the user is in a state suitable for blood pressure measurement using a sensor in the device 1000, and measure the blood pressure value of the user only when the user is in a state suitable for blood pressure measurement.
  • the device 1000 may start measuring blood pressure of the user only when the movement of the user is less than or equal to the reference for a predetermined time. To this end, the device 1000 may determine the degree of movement of the user using a motion recognition sensor, for example, a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, an altimeter, a gyro sensor, or the like in the device 1000.
  • a motion recognition sensor for example, a geomagnetic sensor, an acceleration sensor, an altimeter, a gyro sensor, or the like in the device 1000.
  • the device 1000 may start measuring the blood pressure of the user only when the biometric value indicated by the biometric data of the user is within a predetermined value. For example, the device 1000 may start measuring the blood pressure of the user only when the heart rate of the user satisfies the predetermined numerical range. To this end, the device 1000 may determine a user's heart rate using an ECG sensor in the device 1000. Also, for example, the device 1000 may start measuring the blood pressure of the user only when the stress value or the tension value of the user satisfies a predetermined numerical range. To this end, the device 1000 may determine a stress value, a tension value, or an excitation value of the user by using a galvanic skin response (GSR) sensor in the device 1000.
  • GSR galvanic skin response
  • the user may determine that the user is not suitable for blood pressure measurement at step S920. After the predetermined time, the device 1000 may measure the user's condition again.
  • the device 1000 may notify the user to start blood pressure measurement.
  • the device 1000 may output a sound, an image, or a vibration to notify the start of blood pressure measurement before starting the blood pressure measurement.
  • the device 1000 may display a countdown image indicating that blood pressure measurement is to be started.
  • the device 1000 may output a buzzer sound or a announcement indicating that blood pressure measurement will be started.
  • the device 1000 may output a vibration pattern indicating that blood pressure measurement will be started. The user's movement can be prevented by reminding the user to start blood pressure measurement.
  • the device 1000 may measure blood pressure of the user.
  • a method of measuring blood pressure of a user may be described with reference to FIG. 2.
  • the device 1000 may display the determined blood pressure value of the user.
  • FIG. 10 illustrates a user interface image for the device 1000 to receive a user input for selecting a time point for measuring blood pressure, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may provide a menu for selecting a blood pressure measurement time point.
  • the device 1000 may provide a menu 1010 for setting a period of blood pressure measurement.
  • the device 1000 may display a graphic user interface for setting a time period.
  • the time period may be set without limitation, such as 10 minutes, 30 minutes or 1 hour, and may be set together with the start time and end time of the time period.
  • the device 1000 may provide a menu 1020 for setting a specific time for measuring blood pressure. As the user input for selecting the menu 1020 for setting a specific time is received, the device 1000 may display a graphic user interface for setting a specific time.
  • the device 1000 may provide a menu for selecting a blood pressure measurement time point based on the user's activity.
  • a menu for measuring blood pressure may be provided after a time set by the user on the basis of the weather point.
  • the device 1000 may include a sensor for detecting a user's movement. The device 1000 may determine whether the user wakes up using a sensor in the device 1000, and may start measuring blood pressure after a time set by the user has elapsed from the time of wakeup.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of correcting, by a device, a blood pressure value based on a reference blood pressure value, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may determine a blood flow parameter of the user.
  • Blood flow parameters of the user may include, but are not limited to, the diameter of the artery and the speed of blood flow.
  • the method of determining the blood flow parameter of the user may be described with reference to FIGS. 14 to 15.
  • the device 1000 may obtain a reference blood pressure value of the user.
  • the device 1000 may receive a user input for inputting the reference blood pressure value using a menu for inputting the reference blood pressure value.
  • the user may measure his or her blood pressure using another type of blood pressure monitor and input the measured blood pressure value to the device 1000 using a menu for inputting a reference blood pressure value in the device 1000.
  • An embodiment of receiving a reference blood pressure value using a menu will be described later with reference to FIG. 12.
  • the device 1000 may directly receive a reference blood pressure value from another type of blood pressure measuring device connected to the device 1000.
  • a reference blood pressure value from another type of blood pressure measuring device will be described later with reference to FIG. 13.
  • the device 1000 may determine a blood pressure correction method based on a blood flow parameter and a reference blood pressure value of the user.
  • the device 1000 may determine the correction system such that the reference blood pressure value is determined as the output of the correction system.
  • the calibration system may be implemented in software and may be updated each time blood flow parameters and reference blood pressure values are received.
  • the device 1000 uses a neural network algorithm to determine the reference blood pressure value as the output of the neural network when the velocity of blood flow and the diameter of the blood vessel are determined as the input of the neural network. Can be determined.
  • the device 1000 may determine the correction system such that the reference blood pressure value is determined as the output of the correction system when the measured blood pressure value determined based on the blood flow parameter of the user is determined as an input of the correction system. have.
  • the device 1000 may determine the output of the calibration system as the final blood pressure value of the user. For example, after the correction system is determined, when the device 1000 determines the blood pressure value of the user, the output of the determined correction system is determined as the final blood pressure value of the user when the user's blood flow parameter is substituted into the input of the correction system. Can be.
  • 12A and 12B illustrate a method in which the device 1000 obtains a reference blood pressure value, according to an embodiment.
  • the device 1000 may display a blood pressure list 1215 of a user. For example, upon receiving a user input of selecting a menu for viewing the measured blood pressure, the device 1000 may display the blood pressure list 1215 of the user. In this case, the device 1000 may display the blood pressure list of the user in chronological order.
  • the device 1000 may display a graphic user interface for inputting a reference blood pressure value for the selected blood pressure value.
  • the device 1000 may display a blood pressure value selected by the user and a time at which the selected blood pressure value is measured.
  • the device 1000 Upon receiving a user input for inputting the systolic reference blood pressure value 1225 and the diastolic reference blood pressure value 1235, the device 1000 is selected by the user when the blood pressure parameter of the selected blood pressure value or the selected blood pressure value is an input of the calibration system.
  • the calibration system can be determined such that the input reference blood pressure value is the output of the calibration system.
  • FIG. 13 illustrates a method of obtaining a reference blood pressure value by the device 1000 according to another embodiment.
  • the device 1000 may receive a reference blood pressure value of a user from the blood pressure measuring device 2000 connected to the device 1000.
  • the short range wireless communication connection may be established between the device 1000 and the blood pressure measuring device 2000 in advance.
  • the user may add the retrieved blood pressure measuring device 2000 in the Bluetooth connection menu of the device 1000. .
  • the blood pressure measuring device 2000 may transmit the measured blood pressure value to the device 1000 using short-range wireless communication.
  • the device 1000 may store the blood pressure value received from the blood pressure measuring apparatus 2000 as a reference blood pressure value.
  • the device 1000 may start measuring the blood pressure of the user.
  • the device 1000 adjusts the blood pressure based on the blood pressure value or the blood flow parameter of the user measured by the device 1000 at the time when the reference blood pressure value and the reference blood pressure value of the user received from the blood pressure measuring apparatus 2000 are received. Can be determined.
  • the device 1000 may display the reference blood pressure value on the screen.
  • FIG. 14 illustrates a method for the device 1000 to visualize the flow of blood flow based on speckle-correlation analysis, according to one embodiment.
  • the device 1000 may include a light receiver 1930, a light source 1910, and a doser 1985.
  • speckle imaging can be implemented using a single mode near infrared laser diode with a wavelength of 980 nm. Although a visible wavelength range (eg flash light similar to phone camera flash) with predictable degradation in the image quality of the received image can also be used, at a wavelength of 980 nm, probing radication by red blood cells Substantial scattering of occurs and noise scattering from the epidermal layer may be minimal.
  • a near infrared laser (eg, having a wavelength of 980 or 1300 nm) can be irradiated by a light source 1910 to a target 1415 simulating arteries under the skin layer.
  • the speckle-modulated image of the irradiated area may be recorded by a light receiver 1930, for example, a monochrome CMOS camera (pixel number of 656 ⁇ 491, pixel size 9.9 ⁇ 9.9 micron).
  • speckle-modulated images can be averaged over a time period of 0.1 to 20 ms.
  • the contrast reduction rate in the recorded speckle is the average time that the scattering center in the target volume travels the distance by the wavelength of the probing radiation and the scattering event while the radiation propagates within the target volume. It can vary depending on the average number of times.
  • Contrast values can be calculated by processing speckle-modulated images of the analyzed portion of the tissue surface.
  • an electronically controlled doser 1985 is used which forms a flow of liquid with predetermined parameters, the flow of liquid being emitted from the light source 1910 and reflected from the target 1415.
  • the received light may be registered by the optical receiver 1930 by being received by the optical receiver 1930.
  • Polarizing imaging methods can be used to increase the initial contrast and exclude Fresnel reflections of the skin.
  • a method of mechanically compressing the skin application of a contact glass plate pressed onto the skin
  • the device 1000 determines the blood pressure value by tracking a parameter defined by blood flow characteristics. According to one embodiment, the device 1000 determines the blood pressure value of the user based on the linear velocity of blood flow in the target region of the user (at the constrictor and diastolic) and the artery diameter (at the constrictor and diastolic). Can be. Contrast dynamics (increase or decrease in value) are inversely proportional to the flow rate V of red blood cells, and the spatial distribution of contrast represents the inner diameter (D) of the artery. Accordingly, the device 1000 may determine the linear velocity of the blood flow based on the contrast value of the target area of the user. In addition, the device 1000 may determine the diameter of the artery based on the spatial distribution of the contrast. For example, the device 1000 may use an "look up table" representing the relationship between speed and contrast to obtain experimental data (Speckle contrast data obtained during simultaneous pressure measurement using a sphygmomanometer). Can determine the rate of blood flow.
  • Contrast dynamics are inversely proportional to
  • the device 1000 may determine the correction method by comparing the blood pressure value measured by a known pressure measuring technique with the blood pressure value determined based on the contrast.
  • the blood pressure value may be corrected by inputting the user's actual blood pressure value obtained by known pressure measurement techniques into the device 1000.
  • the device 1000 may correct the blood pressure value by using a neural network algorithm. For example, the device 1000 may train the neural network such that when the blood flow parameter determined by the user's contrast is selected as the input, the blood pressure value obtained by a known pressure measuring technique is determined as the output.
  • FIG. 15 illustrates a method of determining, by a device, a blood pressure value of a user, according to an exemplary embodiment.
  • the device 1000 may capture speckle dynamics related to blood flow in the radial artery.
  • the device 1000 may determine a speckle pattern image by using a speckle analysis algorithm.
  • the device 1000 may dynamically determine the blood flow velocity and the diameter of the radial artery based on the speckle pattern image.
  • the device 1000 may obtain calibration data.
  • the device 1000 may acquire in vivo measurement data.
  • the device 1000 may determine the blood pressure value of the user by comparing the calibration data and the in vivo measurement data.
  • Flow visualization techniques using speckle analysis may be based on contrast calculation of time-averaged dynamic speckles based on exposure time upon registration of speckle-modulated images. Local estimation of contrast Vk for fixed exposure time, made within a region with a given number of speckles, may enable the scattering particles to visualize regions of tissue with essentially different velocities.
  • k is the number of frames in the sequence of speckle-modulated images
  • ⁇ Ik are the root mean squares of the variation component of the scattered light intensity and pixel brightness averaged for the analyzed frame, respectively. (root-mean-square).
  • M and N are the number of pixels in the rows and columns of the analyzed region of the frame, respectively.
  • I k (m, n) is the brightness of the pixel ((m, n) -pixel) located in the m th row and the n th column of the k th frame (k-frame).
  • the problem of quantitative velocity measurement may be related to understanding the correlation between the contrast of speckles and the velocity (or velocity distribution) of scattering centers.
  • the higher the speed of the scattering center the faster the variation in the intensity of light reflected and received from the user, and the contrast of the speckles can be measured lower.
  • the correlation between the contrast and the temporal autocorrelation function of the intensity variation of light can be explained by the following equation. :
  • T is the exposure time.
  • Equations (4) to (6) can determine the interrelationship between full-field speckle-correlometry and methods using the variation in intensity of laser light scattered by moving objects or particles. have.
  • the basic method uses speckle-modulation in the far-field region, while full-length speckle-corymetry uses speckle-modulation in the region of the image.
  • Equation (7) relates the speckle contrast for a given T and the correlation time ⁇ c.
  • Full-length speckle-corymetry is a problem faced by all frequency-temporal methods, that is, the determination of the correlation time is based on the form of velocity distribution of scattering particles, multiple scattering, scattering particles (in this case red blood cells). ), The shape of the scattering particles, the non-Newtonian flow of the liquid, and the non-Gaussian statistics caused by the small number of scattering particles. have. Because of the uncertainties due to the factors mentioned, they can be properly corrected using the organization's dynamic phantoms rather than absolute measurements.
  • the intensity of each speckle can be tracked.
  • the optical reception area of the optical receiver must be smaller than the average speckle size, otherwise some spatial averaging may appear and first-order statistics may be disturbed. have.
  • Full length speckle-corymetry refers to computing the local contrast of speckles using a set of pixels, the number of pixels being controlled by the operator. The wider the processed area, the better the quality statistics can be received. However, it is also important to handle a large number of speckles as well as the number of pixels. If the speckle size is much larger than the pixel size, a smaller number of speckles can be processed. This situation means that there are some limitations in finding the right size speckle.
  • each pixel will contain one or more speckles, which can lead to averaging and reduce the measured contrast. If the speckle is too large, the number of speckles is too small to provide good quality statistics. Thus, the size of the speckle must be carefully controlled and can be implemented by selecting an image aperture since the image aperture of the optical system determines the speckle size. On the other hand, since the camera shutter exposure time is specified by the range of measured speeds, selecting an image aperture can limit the possibility of controlling the light flux entering the camera. If the camera's dynamic range is not large, the inability to control the luminous flux entering the camera may be limited, and a luminous flux level suitable for the optical receiver may be provided using a neutral filter.
  • the contrast of the fully smeared sparkle pattern that occurs in the case of rapid movement of the scattering particles should be zero.
  • the dependence of contrast ⁇ / ⁇ T> on the ratio ⁇ c / T can be predicted.
  • the dynamic range of the contrast measurement from 0.1 to 0.9 should match the magnitude of order about 2.5 for ⁇ c (and thus speed).
  • polarization imaging functionality can be added to the speckle processing algorithm.
  • the principle of polarization discrimination may be based on the gradual reduction effect of the degree of polarization of polarized light that has undergone a random sequence of scattering events.
  • the effect of multiple scattering on the polarization characteristics of speckle-modulated scattering fields is local to the static or dynamic speckle pattern. It can appear as generation
  • each speckle in a speckle pattern is a localized polarization ellipse with an azimuthal angle (relative to the polarization direction of the linearly polarized incident beam) and eccentricity. ellipse). Azimuth and eccentricity vary randomly from one speckle to another, and spatially of speckle intensity for speckle patterns with separate detection of co-polarized and cross-polarized multiple scattered light Averaging makes it possible to estimate the residual linear polarization degree of the multi-scattered light as follows.
  • I is the total intensity of light coming from the scattering medium
  • ⁇ (s) is the path length distribution for the partial waves that form the multiscattered speckle modulated field.
  • Probability density function ⁇ is the depolarization length determined by the method of wavelength used, scattering anisotropy of the medium, scattering anisotropy of the probed medium, probed medium illumination and scattered light detection to be.
  • the formation of linearly polarized speckles in detection may increase the value of speckle contrast.
  • the orthogonal polarization component of the speckle pattern is excluded and the non-coherent intensity summation for the two non-correlated orthogonally polarized random speckle patterns can be eliminated.
  • blocking the co-polarized component of multiple scattered light can exclude contributions from short range subwaves propagating in the probed medium at shallow depths. This will increase the fraction of deep depth components in the detected signal, thus leading to an increase in the signal-to-noise ratio in the course of speckle-based characterization of the inherent dynamic unevenness.
  • the influence of the scattering process on the determined depolarization length can be determined by the scattering anisotropy of the probed medium.
  • the residual linear polarization can be high in backscattering mode and low in forward scattering mode.
  • the backscattering process is characterized by nearly complete depolarization of the outgoing light. Forward scattering can strongly maintain the linear polarization of the propagating light.
  • Equation (10) can be rewritten as Equation (10 ') for a rough estimate of the fraction of co-polarized and cross-polarized components in the detected speckle modulated signal.
  • Equation (10) the cutoff value In case of analytical or numerical simulation, can be set to eliminate the very long path cause. ingredient By introducing the weight of, Eq. (10 ') can be rewritten as Eq. (10'').
  • the residual linear polarization degree of the outgoing light may be expressed as in Equation (11).
  • the processed image may be the result of the subtraction of two images with different polarization states.
  • the contact glass plate may be pressed onto the skin in the region of the target area of the tissue (eg, wrist or arm). The glass plate pressed on the skin can suppress skin movement after pulse wave propagation.
  • Partial matching of the refractive index of the probed tissue with the transparent medium of the glass plate can suppress multiple internal reflections of diffusing light at the boundary and reduce the average propagation path of light in the tissue.
  • tissue compression can lead to an increase in the transport mean free path, and consequently, the effective value of the non-uniform depth can be reduced.
  • Some of the dynamically scattered components (ratios) in the detected signal are very sensitive to non-uniform depth and can be approximated as an extended exponential function.
  • the effect of the change in optical shift parameters may take precedence over the negative role of refractive index matching.
  • 16A and 16B illustrate a temporal and spatial averaging algorithm of speckle and weighting factors for a Gaussian window, according to one embodiment.
  • the device 1000 may use a Gaussian averaging window to normalize the final value in consideration of the skin scattering characteristic of the user and to reduce speckle noise caused by the microcirculation of the skin.
  • the method of analyzing the spatial contrast of speckle patterns has complex kinetics because the contrast value has a larger temporal resolution compared to the method of analyzing the temporal contrast of speckle patterns, which is calculated using a set of continuously acquired images. It is possible to measure time dependent scattering from the user.
  • Sophisticated window data processing applications that further suppress high frequency noise can be used for flow visualization of deep tissues in the target area as compared to Dirichlet windows.
  • Gaussian spatial-temporal windows and median-based estimates for the mean and standard deviation of the speckle intensity based estimates may be used.
  • the most common expression for contrast determination in 3D space (averaging over 3D boxes with two spatial and one temporal dimensions) may be as shown in equation (12).
  • a 3D box, used for single voxel contrast determination, having the same dimension in the fundamental (XY) direction in the spatial domain can be considered.
  • N and L may be odd to assign the calculated contrast value to the 3D box center.
  • Application of the 3D box associated with equation (12) may cause a time delay when calculating the contrast value for the currently captured frame.
  • the delay value may be equal to L / 2 (half width of the time domain window).
  • the application of an asymmetric time domain window suitable for on-line data processing can be considered separately.
  • the Gaussian window which in contrast smoothly attenuates in the spatial (or temporal) domain, is characterized by smooth attenuation in the frequency domain, so that high frequency noise can be completely suppressed.
  • the weight of the Gaussian window may be represented by Equation (13).
  • the normalization coefficient C may be calculated according to a normalization condition such as Equation (14).
  • Gaussian weighting in the time domain can be described as in equation (15).
  • Equation 15 the normalization coefficient C can be calculated under the same normalization condition as in Eq. (16).
  • the sampling volume can represent the shape of an "apodized" ellipsoid with an axis of rotation oriented along the temporal coordinates.
  • the median-based algorithm may be applied to the pixel brightness data selected by the 3D rectangular sampling box.
  • the median value of the data samples may be an estimate of the mean value for the data samples.
  • the process of contrast determination based on median filtering may include the following steps.
  • Blood pressure monitoring can be continuous or single.
  • the blood pressure value in the continuous monitoring mode may be tracked over time by the device 1000.
  • the device 1000 may display the blood pressure value once on the display screen of the device 1000, for example, the smart-watch screen.
  • the device 1000 may determine the blood flow velocity and the diameter of the artery from the spatial and temporal distribution of the speckle using a Siegert ratio such as Equation (17).
  • the device 1000 may acquire an image of a portion of the body in which the artery is located. For example, the device 1000 may calculate a pixel value, such as Equation (18), for each element (pixel) of the image from the measured value of the field.
  • the device 1000 may determine the blood flow velocity and the diameter of the artery using a trained neural network based on the correction data.
  • the device 1000 may determine the systolic and diastolic blood pressure values of the arteries by substituting the blood flow velocity, the arterial diameters of the systolic and diastolic groups, and the preliminarily induced correction pressure values into the Poiseuille equation (17).
  • Q represents volumetric blood flow and can be calculated as V * ⁇ * S (V-blood flow velocity, ⁇ -vessel density, S-vessel cross-sectional area).
  • d blood vessel diameter and (eta) is blood viscosity.
  • l is the length of the blood vessel corresponding to the coverage area of the optical receiver (optical sensor) and may be constant.
  • ⁇ P can be calculated as p2-p1, p2 is the correction pressure, p1 is the user's pressure (pressure to be obtained).
  • the Pouazel formula is the most complete description of a hydrodynamic system in vessels with all the necessary parameters.
  • the main result is the calculation of the final systolic and diastolic pressures based on the calibration (reference) data and Poisel's equation (17), and the device 1000 can use neural networks. Due to the discontinuity and complexity of the processes occurring in the arteries, it is generally necessary to collect a large volume of computational resources and time-consuming values and conditions to produce the final output.
  • the device 1000 may use the neural network because the neural network may consider a combination of many parameters for a short time unit. The number and time of processing variations in these neural networks does not affect the time spent.
  • Training is performed by entering measurement data and indicating the desired output result. Redistribution of training (training) between neurons (weighting factors) is a common factor selection that fixes the statistical structure of the unknown joint distribution of probability between observed variables.
  • 17 and 18 are block diagrams of a device 1000 according to an embodiment.
  • the device 1000 may be a wristband-shaped device that is structurally wearable on a wrist having an integrated electronic module.
  • the electronic module may include a light source 1910, an optical receiver 1930, and a controller 1300 that are structurally and functionally interconnected through a communication line.
  • the light source 1910 may be disposed in the device 1000 to irradiate a portion of the skin over the artery.
  • the device 1000 in the form of a bracelet may include a contact plate (not shown), in particular a contact glass plate, for compressing the skin so that light emitted from the light source 1910 can better penetrate into the skin.
  • a contact plate (not shown), in particular a contact glass plate, for compressing the skin so that light emitted from the light source 1910 can better penetrate into the skin.
  • the device 1000 may include a light source 1910, an optical receiver 1930, a user input unit 1100, an output unit 1200, and a controller 1300. have. However, not all components illustrated in FIG. 17 are essential components of the device 1000.
  • the device 1000 may be implemented by more components than the components illustrated in FIG. 17, and the device 1000 may be implemented by fewer components than the components illustrated in FIG. 17.
  • the device 1000 may include only the light source 1910 and the light receiver 1930.
  • the device 1000 may include only the controller 1300, the light source 1910, and the light receiver 1930.
  • the device 1000 may include only a controller 1300, a communication unit (not shown), a light source 1910, and an optical receiver 1930.
  • the device 1000 may further include an optical guide, a polarizing filter, a lens, a mirror, etc., in addition to the light source 1910 and the optical receiver 1930. have.
  • the device 1000 may include a light source 1910, an optical receiver 1930, a user input unit 1100, an output unit 1200, and a controller ( In addition to the 1300, the communication unit 1500, the sensing unit 1400, the A / V input unit 1600, and the memory 1700 may be further included.
  • the user input unit 1100 means a means for a user to input data for controlling the device 1000.
  • the user input unit 1100 includes a key pad, a dome switch, a touch pad (contact capacitive type, pressure resistive layer type, infrared sensing type, surface ultrasonic conduction type, and integral type). Tension measurement method, piezo effect method, etc.), a jog wheel, a jog switch, and the like, but are not limited thereto.
  • the user input unit 1100 may include a physical blood pressure measurement button provided in the device 1000.
  • the user input unit 1100 may receive a user input for inputting a reference blood pressure value of the user.
  • the user input unit 1100 may receive a user input for setting a blood pressure measurement blood pressure measurement time.
  • the output unit 1200 may output an audio signal, a video signal, or a vibration signal, and the output unit 1200 may include a display unit 1210, an audio output unit 1220, and a vibration motor 1230. have.
  • the display unit 1210 displays and outputs information processed by the device 1000.
  • the display unit 1210 may display a blood pressure list of the user.
  • the display unit 1210 may display a guide image for guiding the optical receiver to be positioned on the radial artery of the user's wrist.
  • the display unit 1210 and the touch pad form a layer structure and are configured as a touch screen
  • the display unit 1210 may be used as an input device in addition to the output device.
  • the sound output unit 1220 outputs audio data received from the communication unit 1500 or stored in the memory 1700.
  • the vibration motor 1230 may output a vibration signal.
  • the controller 1300 generally controls the overall operation of the device 1000.
  • the controller 1300 may control the user input unit 1100, the output unit 1200, the light source 1910, the light receiver 1930, and the like by executing programs stored in the memory 1700. have.
  • the controller 1300 may perform operations of the device 1000 of FIGS. 1 to 16B by executing programs stored in the memory 1700.
  • the controller 1300 may be implemented in hardware that is known in the prior art, such as a processor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit, a circuit, and the like, and may perform a specific function.
  • the software portion of the device 1000 that is read by the controller 1300 and indicates instructions or commands that the device 1000 performs a specific function may be stored in an internal or external memory of the controller 1300.
  • the internal or external memory is, for example, volatile memory, non-volatile memory, RAM, ROM, registers, flash memory, read-only memory on optical or magnetic recording media or known in the art and store, write and read instructions. It may be another storage medium suitable for the following.
  • the control unit 1300 is a digital means for manipulating information according to a pre-programmed algorithm stored in a memory, and processing of specific data obtained from an optical receiver (performing speckle contrast analysis technique, obtaining the obtained blood pressure value analysis results By calculation).
  • the controller 1300 may control the light source 1910 to irradiate light to the user.
  • the controller 1300 may control the light source 1910 to irradiate coherent light by the coherent light source 1910 such as a laser to a target portion of the body such as a part of the wrist skin where an artery is located below.
  • the device 1000 may include a lens system (not shown) or flat optics (not shown) for controlling the light so that the light irradiated to the target portion or the light received by the device 1000 satisfies predetermined parameters. ) May be further included.
  • the controller 1300 may control the optical receiver 1930 to receive scattered light emitted from the user.
  • the optical receiver 1930 may be a camera 1610 provided in the device 1000. Since the result determined from the received scattered light is a monochrome image obtained by a coherent emitter, the finally determined blood pressure value may not be affected by changes such as sweat, body temperature, and the like. Images determined from the received scattered light (after being processed using the Sigut formula) can represent arteries with variable diameters and blood flow rates.
  • the device 1000 may include two polarizing filters, for example, two polarizing films (not shown) in which polarization directions are shifted by 90 ° from each other. Since the surface reflections are filtered by crossed polarizers, the output of device 1000 may not be affected even if the conditions of light reflection from the skin surface are changed. In addition, since the characteristic time of the change in chemical composition is much greater than the characteristic time of fluctuation in blood pressure values, the dynamic properties of the speckle field may not be affected by changes in the chemical composition of the tissue.
  • the controller 1300 processes the light received by the optical receiver 1930 by using a laser speckle contrast analysis technique, and uses a Gaussian window that averages a 3D box having two spatial and one temporal dimensions. By processing the speckle, the spatial and temporal distribution of the speckle can be obtained.
  • controller 1300 may determine the blood flow velocity and the diameter of the artery from the spatial and temporal distribution of the speckle using a siegert ratio such as Equation (17).
  • the controller 1300 may determine the blood pressure correction method using the reference blood pressure value of the user measured by the existing blood pressure measuring device. For example, when the blood flow parameter of the user determined by the controller 1300 is an input, the controller 1300 may determine the coefficient of the neural network so that the reference blood pressure value is calculated as an output.
  • the type of neural network may be a standard back-propagation method in which weighting coefficients of the neural network are selected when known results are delivered to the output and the relevant data reaches the input of the neural network. .
  • the sensing unit 1400 may detect a state of the device 1000 or a state around the device 1000 and transmit the detected information to the controller 1300.
  • the sensing unit 1400 may include a geomagnetic sensor 1410, an acceleration sensor 1420, a temperature / humidity sensor 1430, an infrared sensor 1440, a gyroscope sensor 1450, and a position sensor. (Eg, GPS) 1460, barometric pressure sensor 1470, proximity sensor 1480, and RGB sensor (illuminance sensor) 1490, but are not limited thereto. Since functions of the respective sensors can be intuitively deduced by those skilled in the art from the names, detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the communicator 1500 may include a short range communicator 1510, a mobile communicator 1520, and a broadcast receiver 1530.
  • the short-range wireless communication unit 151 includes a Bluetooth communication unit, a Bluetooth low energy (BLE) communication unit, a near field communication unit (Near Field Communication unit), a WLAN (Wi-Fi) communication unit, a Zigbee communication unit, an infrared ray ( IrDA (Infrared Data Association) communication unit, WFD (Wi-Fi Direct) communication unit, UWB (ultra wideband) communication unit, Ant + communication unit and the like, but may not be limited thereto.
  • the mobile communication unit 1520 transmits and receives a radio signal with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may include various types of data according to transmission and reception of a voice call signal, a video call call signal, or a text / multimedia message.
  • the broadcast receiving unit 1530 receives a broadcast signal and / or broadcast related information from the outside through a broadcast channel.
  • the broadcast channel may include a satellite channel and a terrestrial channel. According to an implementation example, the device 1000 may not include the broadcast receiver 1530.
  • the memory 1700 may store a program for processing and controlling the controller 1300, and may store data input to or output from the device 1000.
  • the memory 1700 may include a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory), RAM Random Access Memory (RAM) Static Random Access Memory (SRAM), Read-Only Memory (ROM), Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), Programmable Read-Only Memory (PROM), Magnetic Memory, Magnetic Disk It may include at least one type of storage medium of the optical disk.
  • RAM Random Access Memory
  • SRAM Static Random Access Memory
  • ROM Read-Only Memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • PROM Programmable Read-Only Memory
  • Magnetic Memory Magnetic Disk It may include at least one type of storage medium of the optical disk.
  • Programs stored in the memory 1700 may be classified into a plurality of modules according to their functions.
  • the programs stored in the memory 1700 may be classified into a UI module 1710, a touch screen module 1720, a notification module 1730, and the like. .
  • the UI module 1710 may provide a specialized UI, GUI, or the like that is linked with the device 1000 for each application.
  • the touch screen module 1720 may detect a touch gesture on a user's touch screen and transmit information about the touch gesture to the controller 1300.
  • the touch screen module 1720 may recognize and analyze a touch code.
  • the touch screen module 1720 may be configured as separate hardware including a controller.
  • the main module 1800 illustrated in FIG. 3 may include a user input unit 1100, an output unit 1200, and a controller (FIG. 17). 1300).
  • the main module 1800 illustrated in FIG. 3 includes the sensing unit 1400, the communication unit 1500, and the A / V input unit illustrated in FIG. 18. 1600 and memory 1700.
  • all measured data is input to a neural network that outputs the results of blood pressure value determination, and training of the neural network can be performed using correction data.
  • Operable connections of elements should be understood as relationships that allow these elements to correctly interact with each other and to implement the functions of the elements.
  • Specific examples of operable connections may be connections suitable for the exchange of information, connections suitable for transmitting current, connections suitable for transmitting mechanical movement, for transmitting light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, and the like. It may be a suitable connection.
  • the particular form of operable connection is determined by the method of interaction of the elements, and unless otherwise indicated, is provided by means well known using principles known in the art.
  • the methods disclosed herein comprise one or more steps or actions for achieving the disclosed methods.
  • the steps and / or actions of the method may be used interchangeably without departing from the scope of the claims.
  • the order and / or use of specific steps and / or actions may be modified without departing from the scope of the claims.
  • the hardware can perform one or more on-demand integrated circuits, digital signal processors, digital signal processing devices, programmable logic devices, field programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, to perform the functions described herein. May be implemented with other electronic devices, computers, or combinations thereof.

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Abstract

사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하는 광원, 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하는 광수신기, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정하는 제어부 및 결정된 혈압값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는, 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스가 개시된다.

Description

혈압 측정 방법 및 이에 따른 장치
본 발명은 의료 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 혈압 측정 분야에 관한 것이다.
혈압은 일반적으로 혈압계를 이용하여 측정된다. 동맥벽(arterial wall)을 관통하여 침습적으로 측정을 수행하는 것은 일반적이지 않으며, 혈압 측정은 일반적으로 병원 설정(hospital setting)으로 제한된다. 비 침습적 청진(noninvasive auscultatory) 및 오실로 메트릭 측정(oscillometric measurements)은 침습적인 측정보다 간단하고, 사용자에게 친숙하고, 적용에 제한이 없으며, 사용하기 쉽고, 환자에게 통증을 유발하지 않지만, 비 침습적 방법은 낮은 정확도와 측정 수치에 작은 기계적 오차(systematic differences)를 갖는다.
청진 방법에 의한 혈압 측정은 청진기와 혈압계가 사용된다. 청진 방법에 의한 혈압 측정은, 수은 압력계 또는 아네로이드 압력계(aneroid manometer)에 연결되고, 심장과 거의 동일한 높이로 팔뚝 주위에 배치되는 커프(cuff)로, 구성된다.
표준으로써 간주되는 수은 압력계는, 수은 기둥의 높이를 측정하여 보정이 필요없는 절대적인 결과를 제공하므로, 오차 또는 보정 드리프트(drift of calibration)가 발생하지 않는다. 수은 압력계의 사용은 흔히 임산부와 같은 고위험 환자의 고혈압에 관한 임상 측정 및 임상 연구(clinical investigations)에 필요하다.
오실로 메트릭 방법은 혈류의 진동(펄스)에 의해 야기되는 혈압계 커프 압력의 진동에 대한 관측을 수반한다. 일반적으로, 오실로 메트릭 방법의 전자 버전은 긴 주기의 측정(long-term measurements)에 사용되기도 한다. 오실로 메트릭 방법은, 청진 방법과 마찬가지로 혈압계 커프를 사용하지만, 커프 압력의 진동을 관찰하기 위한 전자 압력 센서(변환기)와 커프의 자동 팽창 및 수축을 자동으로 해석하는 전자 장치를 사용한다. 이 경우, 압력 센서는 측정의 정확성을 유지하기 위해 주기적으로 교정되어야 한다.
최근에는 소위 맥파 속도 (pulse wave velocity, PWV) 원리에 기반한 새로운 기술들이 개발되었다. PWV 원리에 기반한 기술들은 동맥을 따라 이동하는 맥박의 속도가 혈압에 의존한다는 사실을 이용하며, 교정 작업 후, PWV 값을 혈압 값으로 변환함으로써 간접적으로 추정된 혈압을 제공한다. PWV 원리에 기반한 기술의 주된 이점은 상완 커프(brachial cuff)를 팽창시킬 필요가 없고, 의학적 감독 없이 PWV 값을 지속적으로 측정 할 수 있다는 것이다.
일부 실시예는, 커프를 사용하지 않고, 어디에서나 사용자의 혈압을 측정할 수 있는 방법 및 웨어러블 디바이스를 제공할 수 있다.
일부 실시예는, 피부, 모세 혈관 또는 사용자의 움직임에 의한 노이즈를 줄임으로써 사용자의 혈압을 정확하게 측정할 수 있는 방법 및 디바이스를 제공할 수 있다.
일부 실시예는, 다른 혈압 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 혈압값을 이용하여 보정 방법을 결정함으로써 보다 정확한 혈압값을 제공하는 방법 및 디바이스를 제공할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하고, 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하고, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정하는 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 모니터링하는 방법을 도시한다.
도 2는, 일 실시예에 따른, 디바이스가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 3은, 일 실시예에 따른, 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 검출하는 디바이스를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른, 디바이스에 구비되는 접촉판을 도시한다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 디바이스에 구비되는 편광 필터를 도시한다.
도 6a 내지 6c는, 일 실시예에 따른, 디바이스의 광학 회로를 도시한다.
도 7은, 일 실시예에 따른, 디바이스가 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 디스플레이하는 방법을 도시한다.
도 8은, 일 실시예에 따른, 디바이스가 디바이스 착용 가이드를 디스플레이하는 방법을 도시한다.
도 9는, 다른 실시예에 따른, 디바이스가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 10은, 일 실시예에 따른, 디바이스가 혈압 측정 시점을 선택하는 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스 이미지를 도시한다.
도 11은, 일 실시예에 따른, 디바이스가 참조 혈압값에 기초하여, 혈압값을 보정하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 12a 및 12b는 일 실시예에 따른, 디바이스가 참조 혈압값을 획득하는 방법을 도시한다.
도 13은, 다른 실시예에 따른, 디바이스가 참조 혈압값을 획득하는 방법을 도시한다.
도 14는, 일 실시예에 따른, 디바이스가 스펙클-상관 분석에 기초하여 혈류의 흐름을 시각화하는 방법을 도시한다.
도 15는, 일 실시예에 따른, 디바이스가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 16a 및 16b는, 일 실시예에 따른, 가우시안 윈도우에 대한 스펙클 및 가중 인자의 시간 공간적 평균화 알고리즘을 도시한다.
도 17 및 도 18은, 일 실시예에 따른, 디바이스의 블록도이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제 1 실시예는, 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하는 광원, 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하는 광수신기, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정하는 제어부 및 결정된 혈압값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는, 웨어러블 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는, 스트랩을 이용하여 사용자의 손목에 착용되는 스마트 와치이고, 광원 및 광수신기가 스트랩 내에 배치될 수 있다.
또한, 제어부는, 수신된 산란광의 세기를 나타내는 이미지를 결정하고, 가우시안 어버리징 윈도우 형태의 필터에 기초하여, 결정된 이미지의 데이터로부터 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는, 웨어러블 디바이스가 사용자의 손목에 착용되었을 때, 타겟 영역을 압박하기 위한 접촉 유리판을 더 포함할 수 있다.
또한, 접촉 유리판은, 광원으로부터 방출된 광이 타겟 영역으로 향하도록 광을 반사하는 거울을 포함할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는, 광원의 출력부에 배치되는 제 1 편광 필터 및 광수신기의 입력부에 배치되는 제 2 편광 필터를 더 포함하고, 제 1 편광 필터 및 제 2 편광 필터는 광학적으로 서로 직교할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는 광원으로부터 방출된 광이 타겟 영역으로 향하도록 광을 가이드하는 광가이드를 더 포함할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는 사용자의 참조 혈압값을 입력하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고, 제어부는 입력된 참조 혈압값에 기초하여 결정된 혈압을 보정할 수 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는 혈압 측정 시간을 설정하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고, 제어부는 설정된 혈압 측정 시간에, 사용자의 손목의 타겟 영역으로 광을 조사할 수 있다.
또한, 디스플레이부는 광수신기가 사용자의 손목의 요골 동맥 위에 위치하도록 가이드하기 위한 가이드 이미지를 디스플레이할 수 있다.
또한, 본 개시의 제 2 실시예는, 웨어러블 디바이스가, 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하는 단계, 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하는 단계, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정하는 단계 및 결정된 혈압값을 디스플레이하는 단계를 포함하는 혈압 측정 방법을 제공할 수 있다.
또한, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정하는 단계는, 수신된 산란광의 세기를 나타내는 이미지를 결정하는 단계, 및 가우시안 어버리징 윈도우 형태의 필터에 기초하여, 결정된 이미지의 데이터로부터 사용자의 혈압값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 혈압 측정 방법은, 사용자의 참조 혈압값을 입력하는 사용자 입력을 수신하는 단계 및 입력된 참조 혈압값에 기초하여 결정된 혈압을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 혈압 측정 방법은, 혈압 측정 시간을 설정하는 사용자 입력을 수신하는 단계를 더 포함하고, 사용자의 손목의 타겟 영역으로 광을 조사하는 단계는, 설정된 혈압 측정 시간에, 사용자의 손목의 타겟 영역으로 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 혈압 측정 방법은, 웨어러블 디바이스의 광수신기가 사용자의 손목의 요골 동맥 위에 위치하도록 가이드하기 위한 가이드 이미지를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서, 산란광의 세기를 나타내는 이미지는 “스펙클-변조된 이미지(Speckle-modulated image)”로 언급될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 스펙클-변조된 이미지 내의 작은 반점으로 보여지는 밝은 영역은 “스펙클(Speckle)”로 언급될 수 있다.
산란 입자가 움직이는 경우, 간섭에 변화가 일어나며, 수신된 산란광의 세기 또한 변한다. 이에 따라, 스펙클-변조된 이미지 내의 스펙클 패턴의 시간 및 공간에 대한 통계(statistics)는 산란 입자의 움직임에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 혈관 내의 적혈구의 움직임이 빨라질수록 스펙클 패턴은 보다 흐려지며(blurring), 디바이스는 흐려진 정도를 결정함으로써 혈류의 위치 또는 속도를 결정할 수 있다. 본 명세서에서, 스펙클-변조된 이미지 내에서 흐려진 정도를 정량적으로 나타낸 값은 “콘트라스트”로 언급될 수 있다. 산란 입자들의 움직임이 빨라지면 스펙클 패턴이 흐려지며, 스펙클 패턴이 흐려질수록 콘트라스트의 값은 작아질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 모니터링하는 방법을 도시한다.
도 1을 참조하면, 디바이스(1000)는 사용자의 혈류에 의해 산란된 산란광을 검출하고, 검출된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 검출할 수 있다. 사용자의 혈류에 관한 생체 정보는, 예를 들어, 혈압값, 혈류 속도, 혈류량, 맥파, 미소순환(Microcirculation) 및 심혈관계(Cardiovascular system)의 움직임을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
디바이스(1000)는 광원(1910) 및 광수신기(1930)를 포함할 수 있다.
광원(1910)은 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사할 수 있다. 광원(1910)은 레이저와 같은 단색광을 발생시키는 디바이스일 수 있다. 실시예에 따라, 광원은 펄스 모드뿐만 아니라 연속 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광원(1910)은 근적외선 스펙트럼 범위의 광을 생성하는 디바이스일 수 있다. 근적외선 범위(약 980 nm의 파장 부근)의 레이저는 가시광선 범위의 레이저와 비교하여, 적혈구에 의해 실질적으로(substantially) 산란되며, 표피층으로부터의 노이즈 산란이 보다 적게 발생한다. 따라서, 디바이스(1000)는 근적외선 스펙트럼 범위의 광을 사용함으로써, 피부 또는 모세 혈관 보다 깊게 위치한 동맥 내의 혈류에 대한 정보를 보다 정확하게 수신할 수 있으며, 모세 혈관 또는 피부에 의한 영향을 덜 받을 수 있다.
광원(1910)으로부터 발생된 근적외선 레이저는 사용자의 손목 내의 요골 동맥(10) 위의 피부로 조사될 수 있다. 레이저와 같은 단색광이 산란 입자(예를 들어, 적혈구, 5)가 위치하는 공간에 조사되면, 산란 입자(5)에 의해 확산 반사가 일어나며, 확산 반사로 인해 상호 간섭된 산란광은 광수신기(1930)에 의해 수신될 수 있다.
광수신기(1930)는 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서는, 예를 들어, CCD(Charge coupled device), CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor), 선형 이미지 센서, 어레이 실리콘 타입 이미지 센서 또는 InAsGa 센서 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 광수신기(1930)는 산란광의 세기를 디지털 신호로 변경할 수 있다.
광수신기(1930)가 산란광을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 산란광의 세기를 나타내는 스펙클-변조된 이미지를 결정할 수 있다. 산란광의 세기를 나타내는 스펙클-변조된 이미지는 작은 밝은 반점들로 구성되는 스펙클 패턴을 나타낼 수 있다.
실시예에 따라, 디바이스(1000)는 외부의 빛을 차단하기 위한 블렌드(1905)를 포함할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 광원(1910)으로부터 방출된 광을 콘택트 플레이트(미도시)의 접촉 영역의 크기로 증가시키고, 시준(collimate)하기 위한 렌즈(1920)를 포함할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 동맥(10) 으로부터 반사된 산란광을 광수신기(1930)로 수신하기 위한 렌즈(1937)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 디바이스(1000)는 사용자가 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스 일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 시계형 디바이스(1000) 또는 팔찌형 디바이스 일 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 스마트 폰 등의 스마트 기기가 제공하는 기능을 탑재한 스마트 와치(smart-watch)일 수 있다.
또한, 피부로부터의 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 제거하기 위해, 디바이스(1000)는 광원(1910)의 입력 부분 또는 광수신기(1930)의 출력 부분에 배치되는 편광 필터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원(1910)으로부터 방출된 광은 제 1 편광 필터(1942)를 통해 선형으로 편광될 수 있다. 또한, 예를 들어, 완전히 편광된 광이 광원(1910)으로부터 방출되는 경우(예를 들어, 레이저가 사용되는 경우)에, 적어도 하나의 제 2 편광 필터(1944)가 광수신기(1930)의 입력에 포함될 수 있다.
또한, 예를 들어, 광수신기(1930) 내의 센서의 센싱 영역은 서로 직교하도록 배향된 2 개의 선형 편광 필터(미도시)에 의해 씌워질 수 있다.
또한, 예를 들어, 광원(1910)으로부터 출력되는 광과 광수신기(1930)로 입사하는 광의 편광 방향이 직교하도록, 광원(1910)의 출력 부분에 제 1 편광 필터(1942)가 배치되고, 광수신기(1930)의 입력 부분에 제 2 편광 필터(1944)가 배치될 수 있으며, 제 1 편광 필터(1942) 및 제 2 편광 필터(1944)는 편광 방향이 서로 직교할 수 있다.
광원(1910)으로부터 출력된 레이저 광선은 신체 조직에 접촉되는 접촉 유리판인 도광판(light guide plate, 미도시)을 통해 타겟 영역으로 운반될 수 있다.
디바이스(1000)는 스펙클-변조된 이미지에 기초하여, 혈관의 직경 및 혈류의 속도를 결정할 수 있으며, 결정된 혈관의 직경 및 혈류의 속도에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다.
스펙클-변조된 이미지로부터 사용자의 혈관의 직경 및 혈류의 속도를 결정하는 방법 및 결정된 혈관의 직경 및 혈류의 속도로부터 사용자의 혈압값을 결정하는 방법은, 도 14 내지 도 16b를 참조하여 후술된다.
도 2는, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법에 관한 흐름도이다.
단계 S210에서, 디바이스(1000)는 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사할 수 있다.
디바이스(1000)는 손목에 착용하는 웨어러블 디바이스 일 수 있다. 디바이스(1000)가 손목에 착용하는 웨어러블 디바이스인 경우, 타겟 영역은 손목의 요골 동맥일 수 있다.
실시예에 따라, 타겟 영역은 손가락, 발가락, 콧볼 또는 귓볼일 수 있다. 이 경우, 디바이스(1000)는 손가락, 발가락, 콧볼 또는 귓볼에 착용하는 웨어러블 디바이스일 수 있다.
광은 가시광선 또는 근적외선일 수 있다. 디바이스(1000) 내의 광원(1910)으로부터 방출된 광은 거울과 같은 홀로그래픽 광학 엘리먼트에 의해 사용자의 손목의 타겟 영역으로 조사될 수 있다. 또한 광원(1910)의 출력 부분에 제 1 편광 필터(1942)가 구비될 수 있다.
단계 S220에서, 디바이스(1000)는, 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신할 수 있다.
사용자의 손목 아래의 요골 동맥으로 조사된 광은 요골 동맥 내의 적혈구와 같은 산란 입자에 의해 산란될 수 있다. 광이 산란 입자에 의해 산란됨에 따라, 디바이스(1000)의 광수신기(1930)는 산란광을 수신할 수 있다. 또한, 광수신기(1930)의 입력 부분에 제 2 편광 필터(1944)가 구비될 수 있다.
단계 S230에서, 디바이스(1000)는, 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다.
디바이스(1000)는 수신된 산란광의 세기를 나타내는 스펙클-변조된 이미지를 생성할 수 있다. 디바이스(1000)는 시간에 따른 스펙클-변조된 이미지들에 기초하여, 혈류의 위치 및 혈류의 속도를 결정할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 결정된 혈류의 위치에 기초하여 요골 동맥의 지름을 결정할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 요골 동맥의 지름 및 요골 동맥 내의 혈류의 속도에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다. 수신된 산란광의 세기에 기초하여 사용자의 혈압값을 결정하는 방법은 도 14 내지 16b를 참조하여 상세히 후술된다.
단계 S240에서, 디바이스(1000)는, 결정된 혈압값을 디스플레이할 수 있다.
디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 디스플레이부를 제어함으로써 혈압값을 디스플레이할 수 있으며, 실시예에 따라, 디바이스(1000)와 연결된 다른 장치에게 혈압값을 디스플레이할 것을 명령하는 신호를 전송할 수도 있다.
도 3은, 일 실시예에 따른, 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 검출하는 디바이스(1000)를 도시한다.
도 3을 참조하면, 디바이스(1000)는 사용자의 손목(30)에 착용되는 시계일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 갤럭시 기어™(Galaxy Gear)와 같은 스마트 와치일 수 있으며, 시계 기능만을 제공하는 아날로그 또는 디지털 시계일 수도 있다.
요골 동맥(10)은 일반적으로 맥을 짚을 때 촉진되는 동맥으로, 손목(30) 내에 위치해 있다. 손목(30) 내에는 척골(ulna bone)(64), 방사상 뼈(radial bone)(62) 및 요골 동맥(10)이 위치해 있다. 따라서, 디바이스(1000)가 시계 형태로 구현되는 경우, 요골 동맥(10)에 관한 생체 정보를 수신하는 모듈은 시간을 표시하는 시계 모듈과는 별개의 모듈로 시계의 스트랩(1850) 상에 위치할 수 있다.
디바이스(1000)가 시계 또는 스마트 와치인 경우, 디바이스(1000)는 기존의 시계 또는 스마트 와치가 제공하는 기능을 탑재한 메인 모듈(1800)과 사용자의 요골 동맥(10)에 관한 생체 정보를 수신하는 광학 모듈(1900)로 구성될 수 있다. 광학 모듈(1900)과 메인 모듈(1800)은 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 광학 모듈(1900)과 메인 모듈(1800)은 스트랩(1850) 내에 구비된 통신 라인을 이용하여 통신할 수 있으며, 근거리 통신 기술을 이용하여 통신할 수도 있다.
메인 모듈(1800)이 아날로그 시계인 경우, 메인 모듈(1800)은 하드웨어로만 구현될 수 있으며, 디지털 시계 또는 스마트 와치인 경우, 하드웨어 및 소프트웨어로 구현될 수 있다. 광학 모듈(1900)은 하드웨어로만 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어로도 구현될 수 있다. 광학 모듈(1900)은 메인 모듈(1800)에 의해 제어될 수 있으며, 메인 모듈(1800)과는 독립적으로 작동할 수도 있다. 광학 모듈(1900)은 디스플레이 장치를 포함할 수도 있다.
광학 모듈(1900)은 시계의 스트랩(1850) 또는 브레이슬릿의 일부로서 배치될 수 있다. 예를 들어, 메인 모듈(1800)이 사용자의 팔목의 손등 쪽에 위치하도록 사용자가 손목(30)에 시계를 착용했을 때, 광학 모듈(1900) 또는 광학 모듈(1900) 내의 광수신기가 사용자의 팔목 내의 요골 동맥(10) 위의 피부에 위치할 수 있도록 광학 모듈(1900)이 배치될 수 있다.
또한, 광학 모듈(1900)은 디바이스(1000)의 스트랩(1850) 내에 내장될 수 있으며, 디바이스(1000)의 스트랩(1850)에 도킹될 수도 있다. 또한 광학 모듈(1900)은 스트랩(1850)의 미리 정해진 위치에 배치되어 고정될 수 있으며, 사용자에 의해 스트랩(1850) 내에서 이동될 수도 있다.
도 3에는 디바이스(1000)가 메인 모듈(1800)과 광학 모듈(1900)로 분리된 디바이스(1000)로 개시되었으나, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 시계 기능과 요골 동맥(10)에 관한 생체 정보를 수신하는 기능을 모두 구비한 하나의 모듈로 구현될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 시계 기능을 구비하지 않고 사용자의 생체 정보 및 건강 관리 정보 등 헬쓰 케어 기능만을 제공하는 디바이스 일 수 도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)에 구비되는 접촉판을 도시한다.
요골 동맥은 손목의 표피층 아래에 있기 때문에, 산란광으로부터 검출된 신호는 잡음(noise)을 많이 포함할 수 있다. 잡음은 피부(30)의 미세순환(microcirculation) 및 사용자의 인위적인 움직임으로 인해 나타날 수 있다.
피부(30)를 기계적으로 압축하는 경우, 피부(30)의 미세 순환이 억제되며, 표피층이 광학적으로 보다 투명해질 수 있다. 도 4를 참조하면, 디바이스(1000)는 피부(30)에 압착되는 접촉 유리판(1960)을 구비할 수 있다.
접촉 유리판(1960)은 타겟 영역의 피부(30)에 압착될 수 있다. 피부(30)에 압착된 접촉 유리판(1960)은, 맥파 전파(pulse wave propagation)에 의해 진동하는 피부(30)의 움직임을 억제 할 수 있다.
접촉 유리판(1960)은, 사용자가 디바이스(1000)를 착용했을 때, 사용자의 요골 동맥 위의 피부(30)에 압착되도록 디바이스(1000)에 배치될 수 있으며, 광원의 광이 접촉 유리판(1960)을 통과하여 타겟 영역에 조사될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 접촉 유리판(1960)은 광원으로부터 방출된 광을 타겟 영역으로 전송하는 광가이드 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, 접촉 유리판(1960)은 내부에 거울을 포함할 수 있으며, 광원으로부터 방출된 광이 타겟 영역으로 향하도록 광의 진행 방향을 바꿀 수 있다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)에 구비되는 편광 필터를 도시한다.
요골 동맥은 피부 및 모세 혈관 보다 깊은 곳에 위치해 있으므로, 요골 동맥으로부터 산란되어 광수신기(1930)로 산란되는 산란광은 피부 표면에 의한 노이즈와 모세 혈관에 의한 노이즈를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 디바이스(1000)는 피부 표면에 의한 노이즈와 모세 혈관에 의한 노이즈를 제거하기 위한 편광 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 광원(1910)의 출력에 제 1 편광 필터(1942)를 구비하고, 광수신기(1930)의 입력에 제 2 편광 필터(1944)를 구비할 수 있으며, 제 1 편광 필터(1942)와 제 2 편광 필터(1944)의 편광 방향은 서로 직교할 수 있다. 광학적으로 직교하는 편광 필터가 광원(1910)의 출력과 광수신기(1930)의 입력에 구비됨으로써, 피부 표면에 의한 노이즈와 모세 혈관에 의한 노이즈가 제거될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 편광 방향이 직교하는 두 개의 편광 필터가 광수신기(1930)의 입력에 구비될 수도 있다.
디바이스(1000)에 편광 필터가 구비됨에 따라, 디바이스(1000)는 수신된 산란광으로부터, 모세 혈관 보다 깊게 위치하는 요골 동맥 내의 혈류 속도 및 요골 동맥의 위치에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 신호 대 잡음비를 높이고, 혈압값 측정의 정확성을 높일 수 있다.
도 6a 내지 6c는, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)의 광학 회로를 도시한다.
디바이스(1000)는 광원(1910)으로부터 방출된 광을 타겟 영역(30)에 시준하거나, 요골 동맥으로부터 수신된 산란광을 광수신기(1930)로 수집하기 위한 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 홀로그래픽 광학 엘리먼트는 렌즈, 거울, 격자(grating), 프리즘 및 스플리터(splitter)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 도 6a를 참조하면, 디바이스(1000)는 광원(1910)의 광을 타겟 영역(30)에 시준하기 위한 광가이드(1970)를 포함할 수 있다. 광가이드(1970)는 홀로그래픽 광학 엘리먼트로써 거울(1980)을 포함할 수 있으며, 광원(1910)으로부터 방출되는 광이 광가이드(1970) 내의 거울(1980)로 입사되도록 설정될 수 있다. 광가이드(1970)는 복수의 거울을 포함할 수 있으며, 복수의 거울은 광원(1910)으로부터 입사된 광을 타겟 영역(30)으로 시준하도록 배치될 수 있다. 따라서, 광원(1910)으로부터 방출되는 광이 직접적으로 사용자의 타겟 영역(30)으로 향하지 않더라도, 광가이드(1970)를 통해 타겟 영역(30)에 도달할 수 있다.
타겟 영역(30)으로 입사된 광이 타겟 영역(30) 아래의 동맥에 의해 산란됨에 따라, 산란광은 렌즈(1937)에 의해 광수신기(1930)로 수신될 수 있다.
실시예에 따라, 디바이스(1000)는 타겟 영역(30)에 광을 전송하기 위한 적어도 두 개의 렌즈를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 6b 및 6c를 참조하면, 디바이스(1000)는 시준용 원통형 렌즈(1920) 및 광가이드(1970)를 포함할 수 있다.
광원(1910)은 레이저 다이오드일 수 있다. 시준용 원통형 렌즈(1920)는 광학 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 광가이드(1970)는 광학 유리 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 평행 육면체 형태일 수 있다. 또한, 광가이드(1970)는 광가이드(1970)의 한 측면(1972)이 다른 측면에 대해 소정 각도로 경사진 포물선 실린더 형태일 수 있다. 광가이드(1970)의 경사진 측면(1972)에는 거울 코팅이 구비될 수 있다. 실시예에 따라, 광가이드(1970)는 사용자의 손목의 피부(30)에 접촉되어 피부(30)를 압박하는 접촉판 역할 또한 할 수 있다.
또한, 디바이스(1000)는 투영형(projection type) 렌즈(1937), 편광 필터(1944), 멀티 패드 광수신기(CCD, CMOS)(1930)를 포함할 수 있다.
광원(1910)으로부터의 레이저 광은, 원통형 렌즈(1920, 콜리메이터)에 의해 광가이드(1970)의 한쪽 면에 시준될 수 있다.
광원으로부터 방출된 광은 광가이드(1970)의 한쪽 면을 통해 광가이드(1970) 내로 도입되고 도입된 면의 반대쪽 면(1972)까지 전파될 수 있다. 반대쪽 면(1972)은 포물선 거울이므로, 광은 시준될 수 있으며, 사용자의 손목이 있는 측면을 향하여 방향이 바뀌고, 광가이드(1970)로부터 방출되어 손목의 피부(30)를 관통할 수 있다. 손목의 피부(30) 내로 관통된 광은 요골 동맥 내에서 확산 반사될 수 있으며, 확산 반사된 광은 투영 렌즈(1937)로 향하는 방향으로 재조정될 수 있다.
디바이스(1000)가 광원(1910)으로부터 방출된 광을 타겟 영역에 시준하기 위한 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 엘리먼트를 포함함으로써, 디바이스(1000)의 크기는 작아질 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 타겟 영역에서부터 광수신기까지의 거리는 약 5mm 이내로 작아질 수 있으며, 디바이스(1000)의 구성 중 타겟 영역에 접촉되는 구성인 광가이드의 가로 길이는 약 10mm 이내로 작아질 수 있다.
또한, 광가이드(1970)가 광을 피부(30)로 시준시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 피부(30)에 압력을 가하는 접촉 유리판 역할을 하므로, 혈압값 측정의 정확성을 높일 수 있다.
사용자의 피부(30)으로부터 투영 렌즈(1937) 방향으로의 광가이드(1970)는 평행 평판(plane-parallel plate)과 같으므로, 사용자의 피부(30)로부터 방출된 광은 광가이드(1970)를 통과하여 투영 렌즈(1937)로 입사될 수 있다. 투영 렌즈(1937)는 광가이드(1970)를 통과한 광의 초점을 광수신기(1930) 상에 맞출 수 있다. 따라서, 디바이스(1000)는 손목 내의 요골 동맥의 반전된 실상을 획득할 수 있다. 또한, 추가적인 편광 분석을 위해, 디바이스(1000)는 편광 필터(1944)를 구비할 수 있다.
광원(1910)으로부터 방출된 광이 단색(monochromatic)이기 때문에, 시준용 원통형 렌즈(1920) 및 투영 렌즈(1937)는 회절 또는 홀로 그래픽 광학 엘리먼트(holographic optical elements)로써 형성될 수 있다.
도 7은, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 디스플레이하는 방법을 도시한다.
도 7을 참조하면, 디바이스(1000)는 생체 정보를 화면 상에 디스플레이할 수 있다.
디바이스(1000)는 측정된 혈압값을 디스플레이하기 위한 혈압 메뉴를 제공할 수 있으며, 혈압 메뉴를 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 혈압값을 디스플레이할 수 있다. 디스플레이된 혈압값은 수축기 혈압값(710) 및 이완기 혈압값(720)을 포함할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 혈압값 측정시 함께 측정된 심박수, 혈당, 체온 등의 생체 정보를, 측정된 혈압값과 함께 디스플레이할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압 측정 직후에, 별도의 사용자 입력 없이, 결정된 혈압값을 디스플레이할 수도 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 혈압을 측정하기 위한 하드웨어 버튼(700)을 포함할 수도 있다. 버튼(700)을 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압값을 결정하고, 결정된 혈압값을 디스플레이할 수 있다.
또한, 디바이스(1000)는 측정된 사용자의 맥파(730)를 디스플레이할 수도 있다.
실시예에 따라, 디바이스(1000)는 디바이스(1000)와 근거리 통신 연결이 설정된 기기에 측정 데이터를 전송할 수도 있다. 이 경우, 측정된 데이터는 근거리 통신 연결이 설정된 기기의 화면 상에 디스플레이 될 수 있다.
도 8은, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 디바이스 착용 가이드를 디스플레이하는 방법을 도시한다.
사용자의 혈류에 관한 생체 정보를 정확하게 측정하기 위해서, 디바이스(1000)의 광원 또는 광수신기가 사용자의 요골 동맥 위에 위치하는 것이 중요할 수 있다. 이에 따라, 디바이스(1000)는, 광원 또는 광수신기가 사용자의 요골 동맥 위에 위치하도록 안내하는 가이드 이미지(810)를 디스플레이할 수 있다.
디바이스(1000)에는 혈류에 관한 생체 정보를 측정하는 하드웨어 구성의 위치, 예를 들어, 광원 또는 광수신기의 디바이스(1000) 내의 위치를 나타내는 표시자(820)가 표시되어 있을 수 있다.
예를 들어, 도 8과 같이, 디바이스(1000)가 시계 또는 스마트 와치인 경우, 혈류에 관한 생체 정보를 측정하는 하드웨어 구성은 스트랩 또는 브레이슬릿의 일부분에 구비될 수 있으며, 따라서, 표시자(820)는 스마트 와치의 스트랩 또는 브레이슬릿의 일부분에 표시될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 혈류에 관한 생체 정보를 측정하는 하드웨어 구성이 디바이스(1000)의 메인 구성인 경우, 혈류에 관한 생체 정보를 측정하는 하드웨어 구성은 디스플레이 화면과 하나의 모듈로 구성될 수 있으며, 이 경우, 표시자는 디바이스(1000)의 베젤 영역에 표시될 수도 있다.
도 9는, 다른 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법에 관한 흐름도이다.
단계 S910에서, 디바이스(1000)는 혈압 측정 시점인지 여부를 결정할 수 있다.
디바이스(1000)에는 혈압 측정을 시작하기 위한 버튼이 구비되어 있을 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 혈압 측정을 시작하기 위한 메뉴를 디스플레이할 수 있다. 혈압 측정을 시작하기 위한 버튼 또는 메뉴를 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 혈압 측정을 시작할 수 있다.
또한, 혈압 측정 시점은 사용자에 의해 미리 설정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 디바이스(1000)는 측정 시간 주기를 선택하기 위한 메뉴를 제공할 수 있으며, 특정한 측정 시점을 설정하기 위한 메뉴를 제공할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 활동을 기준으로 혈압 측정 시점을 선택하기 위한 메뉴를 제공할 수도 있으며, 랜덤한 시점에 혈압 측정이 시작되는 메뉴를 제공할 수도 있다.
또한, 디바이스(1000)는 사용자가 디바이스(1000)를 착용했을 때를 혈압을 측정할 시점으로 결정할 수도 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 센서를 이용하여 디바이스(1000)의 버클이 채워졌는지 여부를 결정하고, 디바이스(1000)의 버클이 채워진 것으로 결정됨에 따라, 혈압 측정을 시작할 수도 있다.
또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 디바이스(1000)와 근거리 무선 통신 연결이 설정된 혈압 측정 장치로부터 사용자의 혈압값을 수신한 시점에 혈압 측정을 시작할 수도 있다. 디바이스(1000)는 수신된 혈압값을 참조 혈압값으로 저장하고, 참조 혈압값과 측정된 혈압값을 비교하여 혈압 보정 방법을 결정할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)가 웨어러블 디바이스인 경우, 디바이스(1000)는 디바이스(1000)와 근거리 무선 통신 연결이 설정된 모바일 디바이스로부터 혈압 측정 시작 명령을 수신할 수도 있다.
단계 S920에서, 디바이스(1000)는 사용자가 혈압 측정에 적합한 상태인지 여부를 결정할 수 있다.
혈압값은 사용자의 심신이 안정적인 때 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 사용자가 운동을 하는 중이거나, 긴장 또는 흥분 상태인 경우, 일시적으로 혈압값이 상승할 수 있다. 심신이 불안정할 때 측정된 혈압은 사용자에게 무의미할 수 있으므로, 사용자의 심신이 안정적인지 여부를 확인할 필요가 있다.
따라서, 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 센서를 이용하여 사용자가 혈압 측정에 적합한 상태인지 여부를 결정하고, 혈압 측정에 적합한 상태인 경우에만, 사용자의 혈압값을 측정할 수 있다.
예를 들어, 디바이스(1000)는 미리 결정된 시간 동안 사용자의 움직임이 기준 이하인 경우에만, 사용자의 혈압 측정을 시작할 수 있다. 이를 위해, 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 동작 인식 센서, 예를 들어, 지자기 센서, 가속도 센서, 고도계, 자이로 센서 등을 이용하여 사용자의 움직임 정도를 결정할 수 있다.
또한, 디바이스(1000)는 사용자의 생체 데이터가 나타내는 생체 수치가 미리 결정된 수치 이내인 경우에만, 사용자의 혈압 측정을 시작할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 사용자의 심박수가 미리 결정된 수치 범위를 만족하는 경우에만, 사용자의 혈압 측정을 시작할 수 있다. 이를 위해, 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 심전도 센서를 이용하여 사용자의 심박수를 결정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 디바이스(1000)는 사용자의 스트레스 수치 또는 긴장 수치가 미리 결정된 수치 범위를 만족하는 경우에만, 사용자의 혈압 측정을 시작할 수 있다. 이를 위해, 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 GSR(Galvanic skin response)센서를 이용하여 사용자의 스트레스 수치, 긴장 수치 또는 흥분 수치 등을 결정할 수 있다.
단계 S910에서 혈압 측정 시점인 것으로 결정한 후, 단계 S920에서 사용자가 혈압 측정에 적합한 상태가 아닌 것으로 결정한 경우, 디바이스(1000)는 미리 결정된 시간 후에, 사용자의 상태를 다시 측정할 수 있다.
단계 S930에서, 디바이스(1000)는 사용자에게 혈압 측정을 시작할 것을 알릴 수 있다.
디바이스(1000)는 혈압 측정을 시작하기 전에, 혈압 측정을 시작할 것을 알리기 위한, 소리, 이미지 또는 진동을 출력할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는, 혈압 측정이 시작될 것임을 알리는 카운트 다운 이미지를 디스플레이할 수 있다. 또한, 예를 들어, 디바이스(1000)는 혈압 측정이 시작될 것임을 알리는 부저음 또는 안내 멘트를 출력할 수 있다. 또한, 예를 들어, 디바이스(1000)는 혈압 측정이 시작될 것임을 알리는 진동 패턴을 출력할 수 있다. 사용자에게 혈압 측정을 시작할 것을 미리 알림으로써 사용자의 움직임을 방지할 수 있다.
단계 S940에서, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압을 측정할 수 있다.
사용자의 혈압을 측정하는 방법은, 도 2를 참조하여 설명될 수 있다. 디바이스(1000)는 결정된 사용자의 혈압값을 디스플레이할 수 있다.
도 10은, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 혈압 측정 시점을 선택하는 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스 이미지를 도시한다.
도 10을 참조하면, 디바이스(1000)는 혈압 측정 시점을 선택하기 위한 메뉴를 제공할 수 있다.
디바이스(1000)는 혈압 측정의 주기를 설정하기 위한 메뉴(1010)를 제공할 수 있다. 주기를 설정하기 위한 메뉴(1010)를 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 시간 주기를 설정할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이할 수 있다. 시간 주기는 10분, 30분 또는 1 시간 등으로 제한 없이 설정될 수 있으며, 시간 주기의 시작 시간 및 종료 시간과 함께 설정될 수 있다.
또한, 디바이스(1000)는 혈압을 측정할 특정 시간을 설정하기 위한 메뉴(1020)을 제공할 수 있다. 특정 시간을 설정하기 위한 메뉴(1020)을 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 특정 시간을 설정하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이할 수 있다.
또한, 도시되지 않았으나, 디바이스(1000)는 사용자의 활동을 기준으로 혈압 측정 시점을 선택하기 위한 메뉴를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 기상 시점을 기준으로 사용자에 의해 설정된 시간이 경과한 후에 혈압을 측정하는 메뉴를 제공할 수도 있다. 이를 위해, 디바이스(1000)는 사용자의 움직임을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 디바이스(1000)는 디바이스(1000) 내의 센서를 이용하여 사용자가 기상했는지 여부를 결정하고, 기상 시점으로부터 사용자에 의해 설정된 시간이 경과한 후에 혈압 측정을 시작할 수 있다.
도 11은, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 참조 혈압값에 기초하여, 혈압값을 보정하는 방법에 관한 흐름도이다.
단계 S1110에서, 디바이스(1000)는 사용자의 혈류 파라미터를 결정할 수 있다.
사용자의 혈류 파라미터는 동맥의 지름 및 혈류의 속도를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 사용자의 혈류 파라미터를 결정하는 방법은, 도 14 내지 도 15를 참조하여 설명될 수 있다.
단계 S1120에서, 디바이스(1000)는 사용자의 참조 혈압값을 획득할 수 있다.
예를 들어, 디바이스(1000)는 참조 혈압값을 입력하기 위한 메뉴를 이용하여 참조 혈압값을 입력하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 다른 종류의 혈압계로 자신의 혈압값을 측정하고, 디바이스(1000) 내의 참조 혈압값을 입력하기 위한 메뉴를 이용하여, 측정된 혈압값을 디바이스(1000)에 입력할 수 있다. 메뉴를 이용하여 참조 혈압값을 수신하는 실시예는 도 12를 참조하여 후술된다.
또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 디바이스(1000)에 연결된 다른 종류의 혈압 측정 장치로부터 참조 혈압값을 직접 수신할 수도 있다. 다른 종류의 혈압 측정 장치로부터 참조 혈압값을 수신하는 실시예는 도 13을 참조하여 후술된다.
단계 S1130에서, 디바이스(1000)는 사용자의 혈류 파라미터 및 참조 혈압값에 기초하여, 혈압 보정 방법을 결정할 수 있다.
디바이스(1000)는 사용자의 혈류로부터 측정된 혈류 파라미터가 보정 시스템의 입력으로 결정되었을 때, 참조 혈압값이 보정 시스템의 출력으로 결정되도록 보정 시스템을 결정할 수 있다.
보정 시스템은 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 혈류 파라미터 및 참조 혈압값을 수신할 때마다 업데이트 될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 신경망(Newral Network) 알고리즘을 이용하여, 사용자의 혈류의 속도 및 혈관의 지름이 신경망의 입력으로 결정되었을 때, 참조 혈압값이 신경망의 출력으로 결정되도록 신경망의 계수를 결정할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 디바이스(1000)는 사용자의 혈류 파라미터에 기초하여 결정된 측정 혈압값이 보정 시스템의 입력으로 결정되었을 때, 참조 혈압값이 보정 시스템의 출력으로 결정되도록 보정 시스템을 결정할 수도 있다.
보정 시스템이 결정됨에 따라, 디바이스(1000)는 보정 시스템의 출력을 사용자의 최종 혈압값으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 보정 시스템이 결정된 이후, 다시 디바이스(1000)가 사용자의 혈압값을 결정할 때, 사용자의 혈류 파라미터를 보정 시스템의 입력으로 대입하였을 때 결정된 보정 시스템의 출력을 사용자의 최종 혈압값으로 결정할 수 있다.
도 12a 및 12b는 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 참조 혈압값을 획득하는 방법을 도시한다.
도 12a를 참조하면, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압 리스트(1215)를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 측정된 혈압을 보기 위한 메뉴를 선택하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압 리스트(1215)를 디스플레이할 수 있다. 이 경우, 디바이스(1000)는 시간 순서로 사용자의 혈압 리스트를 디스플레이 할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 디스플레이된 혈압 리스트 중 하나를 선택하는 사용자 입력에 따라, 디바이스(1000)는 선택된 혈압값에 대한 참조 혈압값을 입력하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 사용자에 의해 선택된 혈압값 및 선택된 혈압값이 측정된 시간을 디스플레이할 수 있다. 수축기 참조 혈압값(1225) 및 이완기 참조 혈압값(1235)을 입력하는 사용자 입력을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 선택된 혈압값 또는 선택된 혈압값의 혈류 파라미터가 보정 시스템의 입력일 때, 사용자에 의해 입력된 참조 혈압값이 보정 시스템의 출력이 되도록 보정 시스템을 결정할 수 있다.
도 13은, 다른 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 참조 혈압값을 획득하는 방법을 도시한다.
도 13을 참조하면, 디바이스(1000)는 디바이스(1000)에 연결된 혈압 측정 장치(2000)로부터 사용자의 참조 혈압값을 수신할 수 있다.
디바이스(1000)와 혈압 측정 장치(2000) 간에 미리 근거리 무선 통신 연결이 설정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)와 혈압 측정 장치(2000)가 블루투스(Bluetooth) 기능을 구비한 경우, 사용자는 디바이스(1000)의 블루투스 연결 메뉴에서, 검색된 혈압 측정 장치(2000)를 추가할 수 있다.
사용자가 혈압 측정 장치(2000)를 이용하여 혈압값을 측정함에 따라, 혈압 측정 장치(2000)는 근거리 무선 통신을 이용하여 측정된 혈압값을 디바이스(1000)로 전송할 수 있다.
혈압 측정 장치(2000)로부터 측정된 혈압값을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 혈압 측정 장치(2000)로부터 수신된 혈압값을 참조 혈압값으로써 저장할 수 있다.
또한, 혈압 측정 장치(2000)로부터 참조 혈압값을 수신함에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 혈압 측정을 시작할 수 있다. 디바이스(1000)는 혈압 측정 장치(2000)로부터 수신된 사용자의 참조 혈압값과 참조 혈압값이 수신된 시점에 디바이스(1000)에 의해 측정된 사용자의 혈압값 또는 혈류 파라미터에 기초하여, 혈압 보정 방법을 결정할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 참조 혈압값을 화면에 디스플레이할 수 있다.
도 14는, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 스펙클-상관 분석에 기초하여 혈류의 흐름을 시각화하는 방법을 도시한다.
디바이스(1000)는 광수신기(1930), 광원(1910) 및 도저(1985)를 포함할 수 있다.
레이저, 예를 들어, 간섭광을 조사 할 때, 샘플의 단편에 대한 이미지가 기록될 수 있다. 실험의 최종 주제는 숨겨진 혈류이기 때문에, 스펙클 이미징은 980 nm의 파장을 갖는 단일 모드 근적외선 레이저 다이오드를 사용하여 구현될 수 있다. 비록, 수신된 이미지의 이미지 품질에 예측 가능한 열화가 있는 가시 파장 범위(예를 들어, 폰 카메라 플래시와 유사한 플래시 광)도 사용될 수 있지만, 980 nm의 파장에서, 적혈구에 의해 프로빙 방사선(probing radication)의 실질적인(substantial) 산란이 발생하고, 표피층으로부터의 노이즈 산란이 최소일 수 있다.
도 14에서, 근적외선 레이저(예를 들어, 980 또는 1300nm의 파장을 갖는) 빔은 광원(1910)에 의해 피부층 아래의 동맥을 가장하는(simulating) 타겟(1415)으로 조사될 수 있다. 조사된 영역의 스펙클-변조된 이미지는 광수신기(1930), 예를 들어, 단색 CMOS 카메라(656 × 491의 픽셀 수, 픽셀 크기 9.9 × 9.9 micron)에 의해 기록될 수 있다.
실시간으로 측정을 수행하기 위해, 0.1 내지 20ms의 시간 동안 스펙클-변조된 이미지들이 평균화될 수 있다. 평균화하는 시간이 증가할 때, 기록된 스펙클에서 콘트라스트 감소 비율은, 타겟 볼륨 내의 스캐터링 중심이 프로빙 방사선의 파장만큼의 거리를 이동하는 평균 시간 및 타겟 볼륨 내에서 방사선이 전파하는 동안 스캐터링 이벤트의 평균 횟수에 따라 달라질 수 있다.
주어진 수의 스펙클을 포함하는 영역에 대한 고정된 시간에서의 국부적인 콘트라스트 값을 분석함으로써, 산란 중심에서의 속도가 프로브된 전체 볼륨에 대해 평균한 것과는 본질적으로 다른 영역들이 가시화 될 수 있다. 콘트라스트 값은 조직 표면의 분석된 부분의 스펙클-변조된 이미지들을 처리함으로써 계산될 수 있다.
타겟(1415)을 통한 유체의 이동을 위해, 미리 설정된 파라미터로 액체의 흐름을 형성하는 전자적으로 제어되는 도저(1985)가 사용되고, 액체의 흐름은 광원(1910)로부터 방출되어 타겟(1415)으로부터 반사된 광이 광수신기(1930)에 의해 수신됨으로써 광수신기(1930)에 등록될 수 있다.
신호 대 잡음비를 높이고 혈압값 측정의 정확성을 높이기 위해, 추가 기술이 사용될 수 있다. 초기 콘트라스트를 증가시키고 피부의 프레넬 반사를 배제하기 위해 편광 이미징(Polarizing imaging) 방법이 사용될 수 있다. 표피층을 광학적으로 보다 투명하게 만들고, 숨겨진 혈관을 보다 선명하게 만들기 위해, 피부를 기계적으로 압축하는 방법 (피부에 압착되는 접촉 유리판의 적용)이 사용될 수 있다.
디바이스(1000)는 혈류 특성에 의해 정의된 파라미터를 추적함으로써 혈압값을 결정한다. 일 실시예에 따르면, 디바이스(1000)는 사용자의 타겟 영역에서의 혈류의 선속도(linear velocity)(수축기 및 이완기에서), 동맥 지름(수축기 및 이완기에서)에 기초하여, 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다. 콘트라스트 다이내믹(값의 증가 또는 감소)은 적혈구의 유속 V에 반비례하며, 콘트라스트의 공간적 분포는 동맥의 내경(D)을 나타낸다. 이에 따라, 디바이스(1000)는 사용자의 타겟 영역에 대한 콘트라스트 값에 기초하여, 혈류의 선속도를 결정할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 콘트라스트의 공간적 분포에 기초하여 동맥의 지름을 결정할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 속도와 콘트라스트 간의 관계를 나타내는 "룩업 테이블 (look up table)"을 사용하여, 획득된 실험 데이터(혈압값계 사용에 의한 동시 압력 측정 중에 획득된 스펙클 콘트라스트 데이터)로부터 혈류의 속도를 결정할 수 있다.
디바이스(1000)는 타겟 영역에 대한 콘트라스트에 기초하여 사용자의 혈압값을 추정하므로, 콘트라스트에 기초하여 결정된 혈압값은, 공지된 압력 측정 기술에 의해 측정된 혈압값과 오차 범위 내에서 다를 수 있다. 디바이스(1000)는 공지된 압력 측정 기술에 의해 측정된 혈압값과 콘트라스트에 기초하여 결정한 혈압값을 비교함으로써, 보정 방법을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 최초 사용 전에, 공지된 압력 측정 기술에 의해 획득된 사용자의 실제 혈압값이 디바이스(1000)에 입력됨으로써 혈압값은 보정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디바이스(1000)는 신경망(Newral Network) 알고리즘을 이용하여, 혈압값을 보정할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 사용자의 콘트라스트에 의해 결정된 혈류 파라미터가 입력으로 선택되었을 때, 공지된 압력 측정 기술에 의해 획득된 혈압값이 출력으로 결정되도록, 신경망을 트레이닝 할 수 있다.
도 15는, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)가 사용자의 혈압값을 결정하는 방법을 도시한다.
단계 S1510에서, 디바이스(1000)는 요골 동맥 내의 혈류에 관한 스펙클 다이내믹을 캡쳐할 수 있다.
단계 S1520에서, 디바이스(1000)는 스펙클 분석 알고리즘을 이용하여, 스펙클 패턴 이미지를 결정할 수 있다.
단계 S1530에서, 디바이스(1000)는 스펙클 패턴 이미지에 기초하여, 혈류 속도 및 요골 동맥의 직경을 동적으로 결정할 수 있다.
단계 S1540에서, 디바이스(1000)는 캘리브레이션 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 단계 S1550에서, 디바이스(1000)는 생체 내 측정 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S1560에서, 디바이스(1000)는 캘리브레이션 데이터 및 생체 내 측정 데이터를 비교함으로써 사용자의 혈압값을 결정할 수 있다.
스펙클 분석을 이용한 흐름 시각화 기술은, 스펙클-변조된 이미지의 등록시, 노출 시간에 기초하여 시간-평균된 동적 스펙클들의 콘트라스트 계산에 기반할 수 있다. 주어진 수의 스펙클들을 갖는 영역 내에서 행해진, 고정 노출 시간에 대한 콘트라스트 Vk의 국부적인 추정은 산란 입자들이 본질적으로 상이한 속도를 갖는 조직의 영역을 가시화하는 것을 가능하게 할 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000001
(1)
식 (1)에서, k는 스펙클-변조된 이미지들의 시퀀스에서의 프레임의 개수이며, (I)k 및 σIk 는 각각 분석된 프레임에 대해 평균화된 산란광 세기 및 픽셀 밝기의 변동 성분의 평균 제곱근(root-mean-square) 값이다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000002
(2)
Figure PCTKR2017007803-appb-I000003
(3)
식 (2) 및 식 (3)에서, M 및 N은, 각각, 프레임의 분석된 영역의 행 및 열에서의 픽셀 수이다. 또한, Ik(m,n)는 k번째 프레임(k-frame)의 m번째 행 및 n번째 열에 위치한 픽셀((m,n)-pixel)의 밝기이다.
정량적 속도 측정의 문제는, 스펙클들의 콘트라스트와 산란 중심들의 속도(또는 속도 분포) 간의 상호 관계를 이해하는 것과 관련되어 있을 수 있다. 고정된 노출 시간에 대하여, 산란 중심의 속도가 높아질 수록, 사용자로부터 반사되어 수신된 광의 세기의 변동은 빨라지며, 스펙클들의 콘트라스트는 보다 낮게 측정될 수 있다. 콘트라스트와 광의 세기 변동의 시간적 자기상관함수 사이의 상호 관계는 다음의 식으로 설명될 수 있다. :
Figure PCTKR2017007803-appb-I000004
(4)
Figure PCTKR2017007803-appb-I000005
는 스펙클 패턴에서, 공간적 세기 변동의 분산이다. T는 노출 시간이다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000006
는 자기상관 계수의 유사체(analogue)인, 각각의 스펙클의 시간적인 세기 변동의 공분산 함수이다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000007
(5)
Figure PCTKR2017007803-appb-I000008
(6)
식 (4) 내지 식 (6)은 전장(full-field) 스펙클-코릴로메트리(speckle-correlometry)와 움직이는 물체 또는 입자에 의해 산란된 레이저 광의 세기 변동을 이용하는 방법 간의 상호 관계를 결정할 수 있다. 기본적인 방법은 파필드(far-field) 영역에서 스펙클-변조를 사용하는 반면, 전장 스펙클-코릴로메트리는 이미지의 영역에서 스펙클-변조를 사용한다.
스펙클-코릴로메트리의 경우, 측정된 스펙클 콘트라스트(
Figure PCTKR2017007803-appb-I000009
로 정의 됨)와 상관 시간(correlation time) τc 사이의 관계를 구체화하기 위해 몇 가지 추가적인 가정이 전제될 수 있다. 연구된 모션의 유형에 따라 다른 모델들이 사용될 수 있다. 로렌츠(Lorentz) 속도 분포의 경우, 방정식은 다음과 같은 형식을 취할 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000010
(7)
식 (7)은 주어진 T에 대한 스펙클 콘트라스트와 상관 시간 τc를 관련시킨다. 전장 스펙클-코릴로메트리는 모든 주파수-시간적인 방법들이 직면하는 문제, 즉, 상관 시간에 대한 결정(evaluation)이, 산란 입자들의 속도 분포의 형태, 다중 스캐터링, 산란 입자(이 경우, 적혈구)들의 크기, 산란 입자들의 모양, 액체의 비 뉴톤 유체 흐름(non-Newtonian flow), 적은 수의 산란 입자들 때문에 발생하는 비 가우스 통계(non-Gaussian statistics)등에 의해 영향을 받는 문제에 직면할 수 있다. 언급된 요인들로 인한 불확실성 때문에, 절대적인 측정보다는 조직의 동적인 팬텀(phantom)을 사용하여 적절히 보정될 수 있다.
스펙클 패턴의 시간적 통계를 결정하기 위해, 각각의 스펙클의 세기가 추적 될 수 있다. 이 경우, 광수신기의 광 수신 영역(aperture)은 평균 스펙클 크기 보다 작아야 하며, 그렇지 않으면, 어떠한 공간적 평균(spatial averaging)이 나타나고, 1차 통계(first-order statistics)가 방해(disturbed)될 수 있다. 전장 스펙클-코릴로메트리는 픽셀 세트를 사용하여 스펙클의 국부적인 콘트라스트를 계산하는 것을 의미하며, 픽셀의 수는 조작자에 의해 제어될 수 있다. 처리된 영역이 넓을수록, 양질의 통계가 수신될 수 있다. 그러나, 픽셀의 수뿐만 아니라 많은 수의 스펙클을 처리하는 것도 중요하다. 스펙클 크기가 픽셀의 크기 보다 훨씬 큰 경우, 보다 작은 수의 스펙클이 처리될 수 있다. 이러한 상황은 적절한 크기의 스펙클을 찾는 데 약간의 제한이 있음을 의미한다. 스펙클이 너무 작으면, 각 픽셀은 하나 이상의 스펙클을 포함하게 되고, 이는, 평균화를 유도하고, 측정된 콘트라스트를 감소시킬 수 있다. 스펙클이 너무 큰 경우, 스펙클의 수가 너무 적기 때문에, 양질의 통계를 제공할 수 없다. 따라서, 스펙클의 크기는 신중하게 제어되어야하며, 광학 시스템의 이미지 애퍼처(aperture)가 스펙클 사이즈를 결정하므로, 이미지 애퍼처를 선택함으로써 구현될 수 있다. 반면에, 카메라 셔터 노출 시간이 측정된 속도의 범위에 의해 지정되기 때문에, 이미지 애퍼처를 선택하는 것은 카메라에 들어가는 광속(light flux)을 제어할 수 있는 가능성을 제한 할 수 있다. 카메라의 다이나믹 레인지(dynamic range)가 크지 않으면, 카메라에 들어가는 광속을 제어할 수 없는 것은 한계가 될 수 있으며, 중립 필터(neutral filter)를 사용하여 광수신기에 적합한 광속 레벨이 제공될 수 있다.
또 다른 문제는, 이론에 의해 개시된 모든 범위의 콘트라스트 변화를 실험적으로 얻는 것이 어렵다는 것이다. 이론적으로 정지된 사용자의 콘트라스트는 1(unity, σ = <I>)이어야 한다. 또한, 산란 입자의 빠른 움직임의 경우에 발생하는 완전히 얼룩진(smeared) 스패클 패턴의 콘트라스트는 0이어야 한다. 예를 들어, 로렌츠(Lorentz) 모델을 이용하면, 비율 τc /T에 대한 콘트라스트 σ/<T>의 의존성이 예측될 수 있다. 주어진 노출 시간 T에 대해, 0.1에서 0.9까지의 콘트라스트 측정의 동적 범위는 τc (따라서 속도)에 대해 약 2.5 차수의 크기와 일치해야 한다.
신호 대 잡음비(SNR)를 높이기 위해, 편광 이미징 기능이 스펙클 처리 알고리즘에 추가될 수 있다. 편광 식별(polarization discrimination)의 원리는 랜덤한 시퀀스의 산란 이벤트를 겪은 편광된 빛의 편광도의 점진적 감소 효과에 기초할 수 있다. 횡축으로 일관된 길이(transverse coherence length)(관측 평면 내의 특징적인 스펙클 크기) 차원의 공간적 스케일에서, 스펙클-변조된 산란장의 편광 특성에 대한 다중 산란의 효과는 정적 또는 동적 스펙클 패턴과 관련된 국부적인 편광 구조의 발생으로서 나타날 수 있다. 전형적으로, 스패클 패턴에서 각각의 스펙클은 방위각(선형으로(linearly) 편광된 입사빔(incident beam)의 편광 방향에 대한) 및 이심률(eccentricity)이 랜덤한 값을 갖는 국부적인 편광 타원(polarization ellipse)에 의해 야기될 수 있다. 방위각 및 이심률은 하나의 스펙클로부터 다른 스펙클로 랜덤하게 다양하며, 동일 편광(co-polarized) 및 교차 편광(cross-polarized)된 다중 산란광의 개별 검출을 이용한 스펙클 패턴에 대한 스펙클 세기의 공간적 평균화는, 다중 산란광의 잔류 직선 편광도(residual linear polarization degree)를 다음과 같이 추정할 수 있게 한다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000011
(8)
식 (8)에서,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000012
는 입사빔 방향의 편광 방향을 갖는 광의 세기의 평균이고,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000013
는 직교 편광 방향을 갖는 광의 세기의 평균이다.
다중 산란에 의한 편광 감쇠의 현상학적(phenomenological) 모델의 틀에서, 동일 편광 및 교차 편광된 세기는 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000014
(9)
식 (9)에서, I는 산란 매질에서 나오는 빛의 총 세기, ρ(s)는 다중 산란된 스펙클 변조된 필드를 형성하는 부분파(partial waves)에 대한 경로 길이 분포(path length distribution)의 확률 밀도 함수이며, ξ는 사용된 파장, 매질의 산란 이방성(scattering anisotropy), 프로브된 매질의 산란 이방성(scattering anisotropy), 프로브된 매질 조명 및 산란광 검출의 방법에 의해 결정되는 탈분극 길이(depolarization length)이다.
매질에서 프로브 광이 확산 전파(diffuse propagation)되는 극단적인 경우, 파장(propagating waves)의 평균 경로 길이(<s>)가 탈분극 길이를 상당히 초과 할 때,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000015
되며, 나가는 빛이 거의 완전히 탈분극 된다.
반대로, 거의 투명한 매질에서, 약하게 산란하는 경우에는
Figure PCTKR2017007803-appb-I000016
이고, 산란장의 동일-편광된 성분이 교차-편광된 성분(나가는 광이 강하게 편광 됨)보다 우세하다. 이러한 특징들 때문에, 교차-편광된 스펙클만을 획득하여 다중 산란 매질에 내재된 동적 불균일(dynamic inhomogeneities)의 스펙클 기반 검출은 크게 개선이 필요하다. 이러한 개선은 다음과 같은 이유로 예상된다.
첫째, 검출에서 선형 편광된 스펙클의 형성은 스펙클 콘트라스트의 값을 증가시킬 수 있다. 스펙클 패턴의 직교 편광 성분이 제외되며, 두 개의 상관되지 않은(non-correlated) 직교 편광된 랜덤 스펙클 패턴에 대한 비 일관된(non-coherent) 세기 합산이 제거될 수 있다.
둘째, 다중 산란광의 동일-편광된 성분의 차단은, 얕은 깊이에 있는 프로브된 매질에서 전파하는 단거리 부분파로부터의 기여를 제외시킬 수 있다. 이는 검출 된 신호에서, 깊은 깊이 성분의 비율(fraction)을 증가시킬 것이고, 따라서 내제된 동적 불균일의 스펙클 기반 특성화의 과정에서 신호 대 잡음 비의 증가로 이어질 수 있다.
결정된 탈분극 길이에 대한 산란 과정의 영향은 프로브된 매질의 산란 이방성에 의해 결정될 수 있다. 작은 산란 이방성 (Rayleigh systems)을 갖는 매질의 경우, 잔류 선형 편광도는 후방 산란 모드(backscattering mode )에서 높고 전방 산란 모드(forward scattering mode)에서는 낮을 수 있다. 반대로, 미(Mie) 산란 과정의 경우, 후방 산란 과정은 나가는 빛(outgoing light)의 거의 완전한 탈분극을 특징으로 한다. 전방 산란은 전파하는 광의 선형 편광을 강하게 유지할 수 있다.
이러한 특성은 내재된 동적 불균일의 스펙클 기반 측정에서 신호 대 잡음비를 추정할 때 고려되어야 하며, 식 (9)는 식 (10)과 같이 수정될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000017
(10)
s'의 값이, 어떠한 매질에서 숨겨진 동적 불균일에 도달하는데 필요한 프로브 광의 특징적인 전파 경로에 의해 결정되는 경우, 값
Figure PCTKR2017007803-appb-I000018
및
Figure PCTKR2017007803-appb-I000019
는 각각 전방 및 후방 산란 과정에 대한 탈분극 길이이다. 검출된 스펙클 변조된 신호에서 동일-편파 성분과 교차-편파 성분의 분율의 대략적인 추정을 위해 식 (10)은 식 (10’)과 같이 재 작성될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000020
(10’)
식 (10)에서, 컷오프 값
Figure PCTKR2017007803-appb-I000021
는, 분석적 또는 수치적 시뮬레이션의 경우, 매우 긴 경로 원인을 제거하기 위해 설정될 수 있다. 성분
Figure PCTKR2017007803-appb-I000022
의 가중치를 도입하면, 식 (10’)은 식 (10’’)으로 다시 작성될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000023
(10’’)
이에 따라, 편광 식별을 하는 스펙클-상관-기반 장치에서, 나가는 빛의 잔류 선형 편광도는 식 (11)과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000024
(11)
따라서, 처리된 이미지는 상이한 편광 상태를 갖는 2 개의 이미지의 감산 결과일 수 있다.
동맥의 흐름은 표피층에 숨겨져 있기 때문에, 검출된 신호는 매우 잡음(noise)이 많을 수 있다. 잡음은 피부의 미세순환(microcirculation) 및 사용자의 인위적인 움직임으로 인해 나타날 수 있다. 피부 미세 순환을 억제하기 위해, 기계적 압축 접근법에 의한 광학적 제거가 사용될 수 있다. 접촉 유리판은 조직의 타겟 부위(예를 들어, 손목 또는 팔)의 영역 내의 피부에 압착될 수 있다. 피부에 압착된 유리판은, 맥파 전파(pulse wave propagation) 후, 피부 움직임을 억제 할 수 있다. 또한, 신체의 조직 표면에 압착된 접촉 유리판을 사용하면, 조직이 없는 공간 계면(space interface)의 경우와 비교하여 유리판의 투명한 매질과 신체의 조직의 굴절률의 부분 매칭 및 접촉 유리판에 의한 압축으로 인한 신체 조직의 광학 전달 파라미터 및 신체 조직의 지오메트리의 변화로 인하여, 나가는 빛의 동적으로 산란된 성분을 검출하는데 영향을 미칠 수 있다.
프로브된 조직과 유리판의 투명 매질의 굴절률의 부분적인 매칭은, 경계에서의 확산광(diffusing light)의 다중 내부 반사를 억제하고, 조직 내의 광의 평균 전파 경로를 감소시킬 수 있다.
반대로, 조직의 압축은 이동 평균 자유 경로(transport mean free path)의 증가를 초래할 수 있으며, 결과적으로, 불균일 깊이의 유효 값은 감소될 수 있다. 검출된 신호에서 동적으로 산란된 성분의 일부(비율)는 불균일 깊이에 매우 민감하며, 확장된 지수 함수로 근사될 수 있다. 따라서, 광학 이동 파라미터(특히, 이동 평균 자유 경로)의 변화의 효과는 굴절률 매칭의 부정적인 역할보다 우선할 수 있다.
도 16a 및 16b는, 일 실시예에 따른, 가우시안 윈도우에 대한 스펙클 및 가중 인자의 시간 공간적 평균화 알고리즘을 도시한다.
사용자의 피부 스캐터링 특성을 고려하여 최종값을 노멀라이즈하고, 피부의 미세순환에 의한 스펙클 노이즈를 감소시키기 위해 디바이스(1000)는 가우시안 어버리징 윈도우를 이용할 수 있다.
동맥 혈류 역학의 분석을 통한 혈압 연구는, 레이저 빔을 스캐닝하지 않고 적혈구 흐름을 실시간으로 시각화 할 수 있는 비 침습적 비접촉식 방법이기 때문에 전장 스펙클-코릴로메트리 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 전장 스펙클-코릴로메트리는 시간-평균된 스펙클의 공간적 통계의 분석, 특히 스펙클 패턴의 공간적 콘트라스트의 분석을 통해 동맥혈 이미징의 문제를 해결할 수 있다.
스펙클 패턴의 공간적 콘트라스트의 분석 방법은, 콘트라스트 값이 연속적으로 획득된 이미지의 세트를 이용하여 계산되는 스펙클 패턴의 시간적 콘트라스트의 분석 방법과 비교하여 더 큰 시간 분해능을 가지기 때문에, 복잡한 동역학을 갖는 사용자로부터의 시간 의존 산란을 측정할 수 있도록 할 수 있다.
타겟부의 깊은 조직의 흐름 시각화를 위해 디리클레 윈도우(Dirichlet window)와 비교하여 고주파 노이즈를 더 억제하는 정교한 윈도우 형태의 데이터 처리 응용 프로그램이 사용될 수 있다. 지점들의 (point-to-point 또는 voxel-to-voxel) 콘트라스트 결정을 위해, 스펙클 세기의 평균 및 표준 편차에 대하여 가우시안 공간적-시간적 윈도우(Gaussian spatial-temporal windows) 및 중앙값-기반 추정(median-based estimates)이 이용될 수 있다.
도 16a를 참조하면, (두 공간 차원과 한 시간 차원을 가진 3D 박스에 대해 평균화하는) 3D 공간에서의 콘트라스트 결정을 위한 가장 일반적인 표현식은 식 (12)와 같을 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000025
(12)
Figure PCTKR2017007803-appb-I000026
는 j 번째 프레임에서 m, n 번째 픽셀의 밝기이며,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000027
는 공간 도메인에서의 가중치이며,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000028
는 시간 도메인에서의 가중치이다. 여기서, 공간 도메인에서 기본(XY) 방향으로 동일한 차원을 갖는, 단일 복셀 콘트라스트 결정에 사용된, 3D 박스가 고려될 수 있다.
또한, N 및 L의 값은 계산된 콘트라스트 값을 3D 박스 중심에 할당하기 위해 홀수일수 있다. 식 (12)과 관련된 3D 박스의 적용은 현재 캡쳐된 프레임에 대하여 콘트라스트 값을 계산할 때 시간 지연을 발생시킬 수 있다. 지연 값은 L / 2 (시간 도메인 윈도우의 절반 폭)와 동일할 수 있다. 온라인 데이터 처리에 적합한 비대칭 시간 도메인 윈도우의 적용은 개별적으로 고려될 수 있다.
공간 및 시간 도메인에서 직사각형(Dirichlet) 윈도우를 사용하여 평균을 구하는 경우, 모든 가중치는 동일한 값(
Figure PCTKR2017007803-appb-I000029
;
Figure PCTKR2017007803-appb-I000030
)을 가질 수 있다. 이러한 윈도우에 대한 스펙트럴 함수는 싱크(sinc) 함수로 설명되며, 따라서 콘트라스트 값의 계산된 시퀀스는, 고주파 아티팩트를 야기하는 진동 및 부호 변경 특성을 가질 수 있다.
도 16b를 참조하면, 반대로 공간 (또는 시간) 도메인에서 매끄럽게 감쇠하는 가우시안 윈도우는 주파수 도메인에서 매끄러운 감쇠를 특징으로 하며, 따라서 고주파 노이즈가 완전히 억제될 수 있다.
가우시안 윈도우의 가중치는 식 (13)으로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000031
(13)
식 13에서 정규화 계수 C는 식 (14)와 같은 정규화 조건으로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000032
(14)
유사하게, 시간 도메인에서의 가우시안 가중(Gaussian weighting)은 식 (15)와 같이 기술될 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000033
(15)
식 15에서 정규화 계수 C는 식 (16)과 같은 정규화 조건으로 계산될 수있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000034
(16)
공간 및 시간 도메인에서 가우시안 윈도우를 사용하면, 샘플링 볼륨은 시간 좌표를 따라 배향된 회전축을 갖는 "아포다이즈된(apodized)" 타원체의 형태를 나타낼 수 있다.
또한, 중앙값 필터링(median filtering)의 원리를 이용함으로써, 복셀들의 콘트라스트 추정에서 노이즈가 감소될 수 있다. 중앙값-기반 알고리즘은, 3D 직사각형 샘플링 박스에 의해 선택된 픽셀 밝기 데이터에 적용될 수 있다. 데이터 샘플의 중앙값은 데이터 샘플들에 대한 평균값의 추정치일 수 있다. 중앙값 필터링에 기반한 콘트라스트 결정의 과정에는 다음의 단계가 포함될 수 있다.
- 데이터 샘플을 오름차순(내림차순)으로 재정렬하고 재정렬된 샘플의 중앙 위치에있는 값으로 중앙값
Figure PCTKR2017007803-appb-I000035
를 할당하는 단계
- 데이터 샘플들에 대하여
Figure PCTKR2017007803-appb-I000036
를 계산하는 단계
- 오름차순 (내림차순)으로
Figure PCTKR2017007803-appb-I000037
값을 재정렬하고, 재정렬된 시퀀스의 중심 위치의 값으로 중간값
Figure PCTKR2017007803-appb-I000038
을 할당하는 단계
Figure PCTKR2017007803-appb-I000039
으로 중앙값-기반 콘트라스트
Figure PCTKR2017007803-appb-I000040
를 계산하는 단계
혈압 모니터링은 연속적이거나 단일 일 수 있다. 연속 모니터링 모드에서 혈압값은 디바이스(1000)에 의해 시간에 따라 추적될 수 있다. 단일 모니터링 모드에서 디바이스(1000)는 디바이스(1000)의 디스플레이 화면, 예를 들어, 스마트-와치 화면에 한번 혈압값을 표시할 수 있다.
디바이스(1000)는 식 (17)과 같은 시거트 비율(Siegert ratio)을 이용하여 스펙클의 공간적 및 시간적 분포로부터 혈류 속도와 동맥의 지름을 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000041
(17)
식 (17)에서,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000042
는 방사선 수신 조건에 의해 결정된 상수이며,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000043
는 광의 세기 변동(intensity fluctuations)의 정규화된 자기상관 함수이며,
Figure PCTKR2017007803-appb-I000044
는 매질의 표면의 임의 지점(random point)에서 산란장(scattered field)의 변동(fluctuation)의 정규화된 자기상관 함수의 모듈이다. 디바이스(1000)는 동맥이 있는 신체의 일부분의 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1000)는 필드의 측정값으로부터, 이미지의 각 요소(픽셀)에 대해, 식 (18)과 같은 픽셀값을 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000045
(18)(단색 이미지에서 픽셀값)
디바이스(1000)는 보정 데이터에 기초하여 훈련된 신경망을 이용하여 혈류 속도 및 동맥의 지름을 결정할 수 있다.
디바이스(1000)는 혈류 속도, 수축기 및 이완기의 동맥 지름, 예비적으로 유도 된 보정 압력값을 푸차죄유(Poiseuille) 식 (17)에 대입함으로써, 동맥의 수축기 및 이완기 혈압값을 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2017007803-appb-I000046
(19)
식 (19)에서, Q는 체적 혈류를 나타내며, V * ρ * S(V - 혈류 속도, ρ - 혈관 밀도, S - 혈관 단면적)로 계산될 수 있다. 또한, d는 혈관 직경, η는 혈액 점도이다. 또한, l은 광수신기(광학 센서)의 커버리지 영역에 상응하는 혈관의 길이이며, 상수일 수 있다. 또한, ΔP 는 p2-p1로써 계산될 수 있으며, p2 는 보정 압력, p1는 사용자의 압력(구하고자 하는 압력)이다.
푸아젤(Puayzel)의 공식은 모든 필요한 파라미터가있는 혈관에서, 유체 역학(hydrodynamic) 시스템을 가장 완벽하게 설명할 수 있다.
따라서, 주요 결과는 보정(참고) 데이터와 푸아젤의 식 (17)에 기초한 최종 수축기 및 이완기 압력의 계산이며, 디바이스(1000)는 신경망을 사용할 수 있다. 동맥에서 발생하는 과정들의 불연속성과 복잡성으로 인하여, 최종 산출물을 산출하기 위해, 일반적으로 많은 양의 연산 자원과 시간이 소요되는 값과 조건의 체적 데이터베이스(volumetric database)를 수집해야 한다.
이러한 결점을 해결하기 위해, 신경망이 짧은 시간 단위 동안 많은 파라미터들의 조합을 고려할 수 있기 때문에, 디바이스(1000)는 신경망을 사용할 수 있다. 이러한 신경망에서 처리 변동(processing variations)의 수와 시간은 소비된 시간에는 영향을 미치지 않는다.
훈련은 측정 데이터를 입력하고, 원하는 출력 결과를 가리킴으로써 수행 된다. 뉴런(가중치 인자)간의 결합(훈련)의 재분배는 관측된 변수간의 알려지지 않은 결합 확률 분포(joint distribution of probability)의 통계적 구조를 고정하는 공통 요인의 선택이다.
신경망을 훈련시키기 위해서는, 혈압값 측정의 일반적인 방법으로, 커프 혈압값계 (아네로이드 또는 디지털 혈압값계)를 사용하여 얻은 정확한 보정 참조 데이터가 사용될 수 있다.
도 17 및 도 18은, 일 실시예에 따른, 디바이스(1000)의 블록도이다.
디바이스(1000)는 집적된 전자 모듈을 구비한 구조적으로 손목에 착용 가능한 팔찌 형태의 디바이스 일 수 있다. 전자 모듈은 통신 라인을 통해 구조적 및 기능적으로 상호 접속되는 광원(1910), 광수신기(1930) 및 제어부(1300)를 포함할 수 있다. 광원(1910)은 동맥 위의 피부의 일부분을 조사하도록 디바이스(1000)에 배치될 수 있다.
실시 예들 중 하나에서, 팔찌 형태의 디바이스(1000)는, 광원(1910)으로부터 방출된 광이 피부 안으로 보다 양호하게 침투할 수 있도록, 피부의 압축을 위한 콘택트 플레이트(미도시), 특히 콘택트 유리판을 구비함으로써, 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있으며, 혈압값 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 광원(1910), 광수신기(1930), 사용자 입력부(1100), 출력부(1200) 및 제어부(1300)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 17에 도시된 구성 요소 모두가 디바이스(1000)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 17에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 디바이스(1000)가 구현될 수도 있고, 도 17에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 디바이스(1000)가 구현될 수도 있다.
예를 들어, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 광원(1910) 및 광수신기(1930)만을 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 제어부(1300), 광원(1910) 및 광수신기(1930)만을 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 제어부(1300), 통신부(미도시), 광원(1910) 및 광수신기(1930)만을 포함할 수 있다.
또한, 도 17 및 18에 도시되지 않았으나, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 광원(1910) 및 광수신기(1930)에 더하여, 광가이드, 편광필터, 렌즈, 거울 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따른 디바이스(1000)는, 광원(1910), 광수신기(1930), 사용자 입력부(1100), 출력부(1200) 및 제어부(1300) 이외에 통신부(1500), 센싱부(1400), A/V 입력부(1600), 및 메모리(1700)를 더 포함할 수도 있다.
사용자 입력부(1100)는, 사용자가 디바이스(1000)를 제어하기 위한 데이터를 입력하는 수단을 의미한다. 예를 들어, 사용자 입력부(1100)에는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 등이 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 사용자 입력부(1100)는, 디바이스(1000)에 구비된 물리적인 혈압 측정 버튼을 포함할 수 있다. 또한, 사용자 입력부(1100)는 사용자의 참조 혈압값을 입력하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 또한, 사용자 입력부(1100)는 혈압 측정 혈압 측정 시간을 설정하는 사용자 입력을 수신할 수 있다.
출력부(1200)는, 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 진동 신호를 출력할 수 있으며, 출력부(1200)는 디스플레이부(1210), 음향 출력부(1220), 및 진동 모터(1230)를 포함할 수 있다.
디스플레이부(1210)는 디바이스(1000)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어, 디스플레이부(1210)는, 사용자의 혈압 리스트를 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1210)는, 광수신기가 사용자의 손목의 요골 동맥 위에 위치하도록 가이드하기 위한 가이드 이미지를 디스플레이할 수 있다.
한편, 디스플레이부(1210)와 터치패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(1210)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
음향 출력부(1220)는 통신부(1500)로부터 수신되거나 메모리(1700)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 진동 모터(1230)는 진동 신호를 출력할 수 있다.
제어부(1300)는, 통상적으로 디바이스(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(1300)는, 메모리(1700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 사용자 입력부(1100), 출력부(1200), 광원(1910) 및 광수신기(1930) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어부(1300)는 메모리(1700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도 16b에서의 디바이스(1000)의 동작을 수행할 수 있다.
제어부(1300)는 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 주문형(application specific) 집적 회로, 회로 등의 종래 기술에 공지되어 있고 특정 기능을 수행할 수 있는 하드웨어로 구현될 수 있다.
제어부(1300)에 의해 판독되어, 디바이스(1000)가 특정 기능을 수행하도록 지시하는 명령(instruction, commands)을 나타내는 디바이스(1000)의 소프트웨어 부분은 제어부(1300)의 내부 또는 외부 메모리에 저장될 수 있으며, 내부 또는 외부 메모리는 예를 들어, 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리, RAM, ROM, 레지스터, 플래시 메모리, 광학 또는 자기 기록 매체상의 판독 전용 메모리 또는 당해 분야에 공지되어 있고 명령을 저장, 기록 및 판독하기에 적합한 다른 저장 매체일 수 있다.
제어부(1300), 특히 프로세서는 메모리에 저장된 미리 프로그래밍 된 알고리즘에 따라 정보를 조작하는 디지털 수단이고, 광수신기로부터 획득된 특정 데이터의 처리(스펙클 콘트라스트 분석 기술의 수행, 획득된 혈압값 분석 결과에 의한 계산)에 충분한 기능성을 가질 수 있다.
구체적으로, 제어부(1300)는, 사용자에게 광을 조사하도록 광원(1910)을 제어할 수 있다. 제어부(1300)는, 레이저와 같은 간섭성 광원(1910)에 의한 간섭성 광을, 아래에 동맥이 위치한 손목 피부의 일부와 같은 신체의 타겟 부위에 조사하도록 광원(1910)을 제어할 수 있다. 또한, 디바이스(1000)는 타겟 부위에 조사되는 광 또는 디바이스(1000)로 수신되는 광이, 미리 결정된 파라미터들을 만족하도록 광을 제어하는 렌즈 시스템(미도시) 또는 평면 광학기(flat optics, 미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부(1300)는 사용자로부터 방출된 산란광을 수신하도록 광수신기(1930)을 제어할 수 있다. 광수신기(1930)는 디바이스(1000)에 구비된 카메라(1610)일 수 있다. 수신된 산란광으로부터 결정되는 결과가 코히어런트 에미터(coherent emitter)에 의해 얻은 단색 이미지이므로, 최종적으로 결정된 혈압값은 땀, 체온 등과 같은 변화에 영향을 받지 않을 수 있다. 수신된 산란광으로부터 결정되는 이미지(시거트 공식을 사용하여 처리 된 후)는 가변 직경 및 혈류 속도를 갖는 동맥을 나타낼 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 디바이스(1000)는 2 개의 편광 필터, 예를 들어, 편광 방향이 서로 90 °만큼 시프트된 2 개의 편광 필름(미도시)을 포함할 수 있다. 표면 반사가 교차 편광 필터(crossed polarizers)에 의해 필터링되기 때문에, 피부 표면으로부터의 빛 반사의 조건을 변경하더라도, 디바이스(1000)의 출력은 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 화학적 조성의 변화의 특성 시간(characteristic time)은 혈압값 변동의 특성 시간보다 훨씬 크기 때문에, 스펙클 필드의 동적 특성은 조직의 화학적 조성의 변화에 영향을 받지 않을 수 있다.
또한, 제어부(1300)는 광수신기(1930)에 의해 수신된 광을 레이져 스펙클 콘트라스트 분석 기술을 이용하여 처리하고, 2 개의 공간 차원과 1 개의 시간 차원을 갖는 3D 박스를 평균하는 가우시안 윈도우를 이용하여 스펙클을 처리함으로써, 스펙클의 공간적 및 시간적 분포를 획득할 수 있다.
또한, 제어부(1300)는 식 (17)과 같은 시거트 비율(Siegert ratio)을 이용하여 스펙클의 공간적 및 시간적 분포로부터 혈류 속도와 동맥의 지름을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(1300)는 기존의 혈압 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 참조 혈압값을 이용하여 혈압 보정 방법을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1300)는 제어부(1300)에 의해 결정된 사용자의 혈류 파라미터가 입력일 때, 참조 혈압값이 출력으로 산출되도록 신경망의 계수를 결정할 수 있다. 이 경우, 신경망의 종류는 알려진 결과가 출력으로 전달되고 관련 데이터가 신경망의 입력에 도달하면, 신경망의 가중 계수(weighting coefficients)가 선택되는, 표준 역전파 방법(standard back-propagation method)일 수 있다.
센싱부(1400)는, 디바이스(1000)의 상태 또는 디바이스(1000) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 제어부(1300)로 전달할 수 있다.
센싱부(1400)는, 지자기 센서(Magnetic sensor)(1410), 가속도 센서(Acceleration sensor)(1420), 온/습도 센서(1430), 적외선 센서(1440), 자이로스코프 센서(1450), 위치 센서(예컨대, GPS)(1460), 기압 센서(1470), 근접 센서(1480), 및 RGB 센서(illuminance sensor)(1490) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 센서들의 기능은 그 명칭으로부터 당업자가 직관적으로 추론할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
통신부(1500)는, 근거리 통신부(1510), 이동 통신부(1520), 방송 수신부(1530)를 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit)(151)는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이동 통신부(1520)는, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
방송 수신부(1530)는, 방송 채널을 통하여 외부로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 구현 예에 따라서 디바이스(1000)가 방송 수신부(1530)를 포함하지 않을 수도 있다.
메모리(1700)는, 제어부(1300)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 디바이스(1000)로 입력되거나 디바이스(1000)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수도 있다.
메모리(1700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
메모리(1700)에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 분류할 수 있는데, 예를 들어, UI 모듈(1710), 터치 스크린 모듈(1720), 알림 모듈(1730) 등으로 분류될 수 있다.
UI 모듈(1710)은, 애플리케이션 별로 디바이스(1000)와 연동되는 특화된 UI, GUI 등을 제공할 수 있다. 터치 스크린 모듈(1720)은 사용자의 터치 스크린 상의 터치 제스처를 감지하고, 터치 제스처에 관한 정보를 제어부(1300)로 전달할 수 있다. 일부 실시예에 따른 터치 스크린 모듈(1720)은 터치 코드를 인식하고 분석할 수 있다. 터치 스크린 모듈(1720)은 컨트롤러를 포함하는 별도의 하드웨어로 구성될 수도 있다.도 3에 도시된 메인 모듈(1800)은 도 17에 도시된 사용자 입력부(1100), 출력부(1200) 및 제어부(1300)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 메인 모듈(1800)은 사용자 입력부(1100), 출력부(1200) 및 제어부(1300) 이외에 도 18에 도시된 센싱부(1400), 통신부(1500), A/V 입력부(1600) 및 메모리(1700)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 모든 측정된 데이터는 혈압값 결정의 결과를 출력하는 신경망에 입력되고, 신경망의 훈련은 보정 데이터를 사용하여 수행될 수 있다.
실시예는 여기에서 설명된 것에 제한되지 않으며, 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예는 본 기술 분야의 지식뿐만 아니라 본 명세서에 포함 된 정보에 기초하여 당업자에게 명백 할 것이다. 또한, 단수 형태로 언급된 요소(element)는 특별히 언급하지 않는 한 복수의 요소를 배제하지 않는다.
요소의 작동 가능한 연결은 이들 요소가 서로 올바르게 상호 작용하고 요소의 기능을 구현하도록 하는 관계로 이해되어야 한다. 동작 가능한 접속의 특정예는 정보의 교환에 적합한 접속일 수 있고, 전류를 전송하기 위해 적합한 접속일 수 있고, 기계적 움직임을 전달하기에 적합한 접속일 수 있고, 광, 소리, 전자기 또는 기계적 진동 등을 전달하기에 적합한 접속일 수 있다. 동작 가능한 접속의 특별한 형태는 상기 요소들의 상호 작용의 방법에 의해 결정되며, 달리 지시되지 않는한, 당업계에 공지된 원리를 사용하여 잘 알려진 수단에 의해 제공된다.
본 명세서에 개시된 방법은 개시된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 본 방법의 단계들 및 / 또는 동작들은 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 다시 말해, 단계 또는 동작의 특정 순서가 정의되지 않는 한, 특정 단계 및 / 또는 동작의 순서 및 / 또는 사용은 청구 범위를 벗어나지 않고 수정될 수 있다.
본 출원은 도면들에서 블록들을 구현하기 위한 특정 하드웨어 및 소프트웨어를 특정하지 않지만, 본 발명의 본질은 특정 하드웨어 또는 소프트웨어 구현에 제한되지 않으며 따라서, 본 기술 분야에서 알려진 적합한 하드웨어 및 소프트웨어가 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다.
따라서, 하드웨어는 하나 이상의 주문형 집적 회로, 디지털 신호 처리기, 디지털 신호 처리 장치, 프로그래머블 논리 장치, 현장 프로그램 가능 게이트 어레이, 프로세서, 제어기, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서, 전자 장치, 여기에 설명 된 기능을 수행하기 위해 채택된 다른 전자 장치, 컴퓨터, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
예시적인 실시 예들이 상세히 설명되고 첨부 도면들에 도시되었지만, 당업자에게는 다양한 다른 변형이 명백할 수 있으므로, 그러한 실시예들은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 청구된 발명을 제한하지 않으며, 본 발명은 도시되고 예시된 레이아웃 및 디자인에 국한되지 않는다.
상이한 종속 항들에서 언급된 특징들 및 설명의 다른 부분들에 개시된 실시 예들은 이러한 조합의 가능성이 명시적으로 개시되지 않은 경우에도 유리한 효과들을 달성하도록 결합될 수 있다.
본 명세서 또는 도면의 자료에 기재된 어떠한 수치값은, 보다 낮은값과 보다 높은값 사이에 적어도 2 개의 단위 요소의 간격이 존재한다면, 보다 낮은값 및 보다 높은값을 포함하는 모든값을 포함하도록 의도되었다.

Claims (15)

  1. 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하는 광원;
    상기 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하는 광수신기;
    상기 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 상기 사용자의 혈압값을 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 혈압값을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는, 스트랩을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용되는 스마트 와치이고, 상기 광원 및 상기 광수신기가 상기 스트랩 내에 배치되는, 웨어러블 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수신된 산란광의 세기를 나타내는 이미지를 결정하고, 가우시안 어버리징 윈도우 형태의 필터에 기초하여, 상기 결정된 이미지의 데이터로부터 상기 사용자의 혈압값을 결정하는, 웨어러블 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는, 상기 웨어러블 디바이스가 상기 사용자의 손목에 착용되었을 때, 상기 타겟 영역을 압박하기 위한 접촉 유리판(contact glass plate)을 더 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 접촉 유리판은, 상기 광원으로부터 방출된 광이 상기 타겟 영역으로 향하도록 상기 광을 반사하는 거울을 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는, 상기 광원의 출력부에 배치되는 제 1 편광 필터 및 상기 광수신기의 입력부에 배치되는 제 2 편광 필터를 더 포함하고, 상기 제 1 편광 필터 및 상기 제 2 편광 필터는 광학적으로 서로 직교하는, 웨어러블 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는 상기 광원으로부터 방출된 광이 상기 타겟 영역으로 향하도록 상기 광을 가이드하는 광가이드를 더 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는 상기 사용자의 참조 혈압값을 입력하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 입력된 참조 혈압값에 기초하여 상기 결정된 혈압을 보정하는, 웨어러블 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는 혈압 측정 시간을 설정하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 설정된 혈압 측정 시간에, 상기 사용자의 손목의 타겟 영역으로 광을 조사하는, 웨어러블 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이부는 상기 광수신기가 상기 사용자의 손목의 요골 동맥 위에 위치하도록 가이드하기 위한 가이드 이미지를 디스플레이 하는, 웨어러블 디바이스.
  11. 웨어러블 디바이스가, 사용자의 타겟 영역으로 광을 조사하는 단계;
    상기 타겟 영역 아래의 혈류에서 산란되는 산란광을 수신하는 단계;
    상기 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 상기 사용자의 혈압값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 혈압값을 디스플레이하는 단계를 포함하는, 혈압 측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는, 스트랩을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용되는 스마트 와치이고, 상기 웨어러블 디바이스의 광원 및 광수신기가 상기 스트랩 내에 배치되는, 혈압 측정 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 수신된 산란광의 세기에 기초하여, 상기 사용자의 혈압값을 결정하는 단계는,
    상기 수신된 산란광의 세기를 나타내는 이미지를 결정하는 단계; 및
    가우시안 어버리징 윈도우 형태의 필터에 기초하여, 상기 결정된 이미지의 데이터로부터 상기 사용자의 혈압값을 결정하는 단계를 포함하는, 혈압 측정 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 웨어러블 디바이스는, 상기 웨어러블 디바이스가 상기 사용자의 손목에 착용되었을 때, 상기 타겟 영역을 압박하기 위한 접촉 유리판(contact glass plate)을 더 포함하는, 혈압 측정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 접촉 유리판은, 상기 웨어러블 디바이스의 광원으로부터 방출된 광이 상기 타겟 영역으로 향하도록 상기 광을 반사하는 거울을 포함하는, 혈압 측정 방법.
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