WO2020009496A1 - 생체 정보 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2020009496A1
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biometric information
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황정은
고병훈
최창목
박상윤
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삼성전자 주식회사
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    • A61B5/7278—Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesising signals from measured signals

Definitions

  • a device and method for measuring biometric information are described.
  • a pressure cuff method As a general blood pressure measurement method, a pressure cuff method is used.
  • the pressurized cuff method is a discontinuous measurement method in which a blood vessel is tightened to a maximum blood pressure and then released.
  • the pressurized cuff method is not easy to apply to a portable device due to the configuration of a pressure pump or the like.
  • the blood pressure measuring apparatus of the pressureless cuffless system which measures a blood pressure without using a cuff has been studied.
  • a pulse transit time (PTT) type blood pressure measuring device and a pulse wave analysis (PWA) type blood pressure measuring device.
  • PTT pulse transit time
  • PWA pulse wave analysis
  • the PTT method is inconvenient to be calibrated for each individual for accurate measurement, and to measure the pulse wave speed, it is difficult to construct a compact device because the bio signals must be measured at two or more positions. Since the PWA method estimates blood pressure only through pulse wave waveform analysis, it is vulnerable to noise and thus has limitations in accurate blood pressure measurement.
  • An object of the present invention is to provide a biometric information measuring apparatus and method.
  • an apparatus for measuring biometric data may include a pulse wave sensor configured to form a curved surface in which a contact surface in contact with a subject is convex toward a subject contact surface, and to measure one or more pulse wave signals from the subject in contact with the contact surface, and a lower portion of the pulse wave sensor. Or a force sensor disposed on a side to measure a contact force of the subject, and a processor configured to estimate biometric information of the subject based on the measured one or more pulse wave signals and the measured contact force.
  • the pulse wave sensor may include a housing in which the contact surface is curved, and a pulse wave measuring unit mounted in the housing to measure one or more pulse wave signals from a subject in contact with the contact surface.
  • the housing may be formed in a semi-cylindrical shape, semi-elliptic shape, or hemisphere.
  • the housing may be formed in a size smaller than the size of a finger.
  • the housing may be formed to a size smaller than the average finger size of a plurality of users.
  • the housing may have a first radius of curvature R1 of 2 mm or more and 10 mm or less, and a second radius of curvature R2 of 0.5 * R1 or more and 4 * R1 or less.
  • the housing may be formed in a semi-cylindrical shape or a semi-elliptic shape having a length of more than 0 and 16 mm or less.
  • the housing may have a surface roughness of 1.6 ⁇ m or less.
  • the housing may have a strength of 0.5 GPa or more.
  • the pulse wave signal may be a photoplethysmogram (PPG) signal.
  • PPG photoplethysmogram
  • the pulse wave measuring unit may include one or more light sources for irradiating light onto the subject, and a photo detector that receives light returned from the subject and measures one or more pulse wave signals.
  • the processor may acquire an oscillometric waveform using the one or more pulse wave signals and the contact force, and estimate the biometric information by analyzing an oscillometric waveform change.
  • the processor may select one or more pulse wave signals from the one or more pulse wave signals, and acquire an oscillometric waveform using the selected one or more pulse wave signals and the contact force.
  • the processor may select one or more pulse wave signals based on at least one of a maximum amplitude value, an average amplitude value, and a difference between the maximum amplitude value and the minimum amplitude value of each pulse wave signal.
  • the processor may generate and provide contact pressure guide information based on the measured contact force while the pulse wave signal is measured.
  • the biometric information may be blood pressure.
  • the biometric information measuring device may not include a contact area sensor that measures a contact area with the subject.
  • a method of measuring biometric data includes measuring at least one pulse wave signal from a subject in contact with a contact surface of a pulse wave sensor formed into a convex curved surface toward a subject contact surface, and contact force between the pulse wave sensor and the subject. Estimating biometric information of the subject based on the measured one or more pulse wave signals and the measured contact force.
  • the pulse wave may be a photoplethysmogram.
  • the measuring of the one or more pulse wave signals may include irradiating light onto the subject and measuring one or more pulse wave signals by receiving light returned from the subject.
  • the estimating of the biometric information may include obtaining an oscillometric waveform using the one or more pulse wave signals and the contact force, and estimating the biometric information by analyzing an oscillometric waveform change. Can be.
  • the acquiring the oscillometric waveform may include selecting one or more pulse wave signals from the one or more pulse wave signals, and obtaining an oscillometric waveform using the selected one or more pulse wave signals and the contact force. have.
  • the selecting one or more pulse wave signals may select one or more pulse wave signals based on at least one of a maximum amplitude value, an average amplitude value, and a difference between the maximum amplitude value and the minimum amplitude value of each of the pulse wave signals.
  • the method of measuring biometric information may further include generating and providing contact pressure guide information based on the measured contact force while the pulse wave signal is measured.
  • the biometric information may be blood pressure.
  • the contact surface of the pulse wave sensor By forming the contact surface of the pulse wave sensor into a curved surface, it is possible to measure a more accurate pulse wave signal, thereby improving the accuracy of biometric information estimation.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an apparatus for measuring biometric information.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of the structure of the housing.
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of the structure of the housing.
  • 5 is a view for explaining the size of the housing.
  • 6A is a view for explaining the relationship between contact pressure and contact force when the pulse wave sensor is formed in a hemispherical shape.
  • 6B is a view for explaining the relationship between contact pressure and contact force when the pulse wave sensor is formed in a semi-cylindrical shape.
  • FIG. 7A illustrates one embodiment of an oscillometric waveform.
  • FIG. 7B illustrates one embodiment of a pulse wave signal and a contact force of an oscillometric waveform.
  • 7C is a diagram showing data of contact force values and diastolic blood pressure values obtained from a plurality of subjects in XY coordinates.
  • 7D is a diagram showing data of contact force values and systolic blood pressure values obtained from a plurality of subjects in XY coordinates.
  • 8A is a diagram illustrating an embodiment of a pulse wave measuring unit.
  • 8B is a view illustrating another embodiment of the pulse wave measuring unit.
  • 8C is a view illustrating another embodiment of the pulse wave measuring unit.
  • 9A is a diagram illustrating an embodiment of a light source and a photo detector arrangement when the pulse wave sensor is formed in a semi-cylindrical shape.
  • 9B is a diagram illustrating an embodiment of a light source and a photo detector arrangement when the pulse wave sensor is formed in a semi-elliptic shape.
  • 9C is a diagram illustrating an embodiment of the arrangement of the light source and the photo detector when the pulse wave sensor is formed in a hemispherical shape.
  • FIG. 10 is a view showing another embodiment of a biometric information measuring device.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an embodiment to which a biometric information measuring device is applied.
  • FIG 12 illustrates another embodiment to which the biometric information measuring apparatus is applied.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating another embodiment to which a biometric information measuring device is applied.
  • FIG. 14 is a view showing another embodiment to which the biometric information measuring apparatus is applied.
  • 15 is a diagram illustrating another embodiment to which a biometric information measuring device is applied.
  • 16 is a view showing another embodiment to which a biometric information measuring device is applied.
  • 17 is a view showing another embodiment to which a biometric information measuring device is applied.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an embodiment of a biosignal measuring method.
  • each step may occur differently from the stated order unless the context clearly indicates a specific order. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but are only used to distinguish one component from another component. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and the terms 'comprise' or 'have', etc., refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is to be understood that the present invention is intended to indicate that there is, and does not preclude the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof in advance.
  • each component may perform additionally some or all of the functions of other components in addition to its main functions, and some of the main functions of each component are dedicated by other components. May be performed.
  • Each component may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a biometric information measuring apparatus
  • Figures 2 to 4 is an illustration of the structure of the housing
  • Figure 5 is a view for explaining the size of the housing
  • Figures 6a and 6b It is a figure for demonstrating the relationship of a contact pressure and a contact force by the structure of a pulse wave sensor.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an embodiment of an oscillometric waveform
  • FIG. 7B is a diagram illustrating an embodiment of a pulse wave signal and a contact force of an oscillometric waveform
  • FIG. 7C is a contact force value obtained from a plurality of subjects
  • Fig. 7D is a diagram showing data of diastolic blood pressure values in XY coordinates
  • Fig. 7D shows data of contact force values and systolic blood pressure values obtained from a plurality of subjects.
  • the biometric information measuring apparatus 100 of FIG. 1 may be mounted on an electronic device, an accessory of the electronic device (eg, a protective case of the electronic device), a stylus pen, or the like.
  • the electronic device may include a mobile phone, a smartphone, a tablet, a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation device, an MP3 player, a digital camera, a wearable device, and the wearable device is a wrist watch. It may include a wrist band type, ring type, belt type, necklace type, ankle band type, thigh band type, forearm band type and the like.
  • the electronic device is not limited to the above-described example, and the wearable device is not limited to the above-described example.
  • the biometric information measuring apparatus 100 may include a pulse wave sensor 110, a force sensor 120, and a processor 130.
  • the pulse wave sensor 110 may have a curved contact surface in contact with a subject, and measure one or a plurality of pulse wave signals from the subject in contact with the contact surface.
  • the pulse wave signal may be a photoplethysmogram (PPG) signal.
  • PPG photoplethysmogram
  • the pulse wave signals may be pulse wave signals measured using light having different wavelengths.
  • the subject may be a part of the human body in which a pulse wave signal is easily measured as a living area that may be in contact with the pulse wave sensor 110.
  • the subject may be a peripheral part of the human body such as a finger or a toe, or an upper wrist region through which capillary or venous blood passes to an area of the wrist surface adjacent to the radial artery.
  • a peripheral part of the human body such as a finger or a toe, or an upper wrist region through which capillary or venous blood passes to an area of the wrist surface adjacent to the radial artery.
  • the subject will be described with an example of a finger.
  • the elastic force of the finger is affected by the strength and structure of the contact object. For example, comparing the case where the contact object is curved and the case where the flat object is flat, the finger deformation may be made deeper when the same case is applied with the same force than when the case where the contact object is curved. Accordingly, the pulse wave sensor 110 according to an exemplary embodiment may form a contact surface in contact with a finger in a curved surface, thereby applying the same pressure to the finger as in the plane with less force than in the plane.
  • the pulse wave sensor 110 may include a housing 111 and a pulse wave measuring unit 112.
  • the housing 111 may be formed as a curved surface in which a contact surface in contact with a finger is convex toward the finger contact surface in consideration of an elastic force and an anatomical structure of the finger.
  • the housing 111 may be formed in a semi-cylindrical shape as shown in FIG. 2, a semi-elliptic shape as shown in FIG. 3, or hemispherical shape as shown in FIG. 4.
  • the housing 111 may be formed to have a size smaller than the size of the finger so that the contact area between the finger and the housing 111 may be constant.
  • the housing 111 may have a size smaller than the average finger size of a plurality of users in consideration of the age of the user, the gender of the user, the type of finger used (eg, thumb, index finger, middle finger, ring finger, and the like). It can be formed as.
  • the housing 111 has a first radius of curvature R1 of 2 mm or more and 10 mm or less, and a second radius of curvature R2 of 0.5 in consideration of the maximum width / thickness of the finger and / or the size of the pulse wave sensor 110. It may be formed so that it is * R1 or more and 4 * R1 or less.
  • the length L of the housing 111 may be formed to be greater than 0 and 16 mm or less considering the width of the finger.
  • the structure of the housing allows the pressure to be transferred to the inside of the finger with a small force as compared to the planar structure, it is possible to easily reach the maximum pulse pressure when measuring blood pressure by the oscillometric technique.
  • the biometric information measuring apparatus 100 can accurately and closely position the biometric information acquisition target (for example, blood vessel, etc.) so that the information of the inside of the finger (for example, blood vessel and blood in the skin) can be obtained. It is possible to obtain easily.
  • the force of the finger generates friction when it comes into contact with the object by the anatomical structure of the finger bones, the adhesion and elasticity of the finger skin. Since the frictional force varies depending on the shape and material of the surface in contact with the finger, even if a certain pressure is applied to the finger, the frictional force with the contact object occurs, so that the pressure applied from the outside of the finger is not transmitted to the inside of the finger. Can be. Therefore, it is necessary to appropriately select the material and / or structure of the housing 111 to minimize the effect of the friction force.
  • the housing 111 may be formed of a material stronger than rubber or polyethylene.
  • the housing 111 may be formed of a material having a strength of 0.5 GPa or more (eg, carbon fiber, high strength plastic, metal, etc.).
  • the housing 111 Since contact objects with high surface roughness have high contact friction and adhesion when a finger touches, the housing 111 has a smooth surface of a predetermined level or less to reduce such contact friction and adhesion. It may be formed of a material having a. For example, the housing 111 may be formed of a material having a surface roughness of 1.6 ⁇ m or less.
  • the pulse wave measuring unit 112 may be mounted in the housing 111 to measure one or a plurality of pulse wave signals from a finger contacting the curved surface of the housing 111.
  • the pulse wave signals may be pulse wave signals measured using light having different wavelengths.
  • the pulse wave measuring unit 112 may include one or a plurality of light sources for irradiating light to the subject in contact with the curved surface of the housing 111 and a light detector for receiving the light from the subject. have.
  • the force sensor 120 may measure a contact force between the subject and the pulse wave sensor 110.
  • the force sensor 120 may be disposed on the lower side or the side of the pulse wave sensor 110, but is not limited thereto.
  • the force sensor 120 may measure a force applied to the force sensor 120 according to the contact between the subject and the pulse wave sensor 110.
  • the force sensor 120 is a voltage resistive force sensor, an ultrasonic force sensor, a load cell sensor, a capacitive force sensor, a pyroelectric force sensor, a strain gauge force sensor, an electrochemical force sensor, an optical force sensor Magnetic force sensors, and the like.
  • FIG. 6A and 6B are views for explaining the relationship between the contact pressure and the contact force according to the structure of the pulse wave sensor. More specifically, FIG. 6A is a view for explaining the relationship between the contact pressure and the contact force when the pulse wave sensor is formed in a hemispherical shape, and FIG. 6B illustrates the relationship between the contact pressure and the contact force when the pulse wave sensor is formed in a semi-cylindrical shape. It is a figure for following.
  • the contact region may appear as the radius of a circle.
  • the radius a of the contact region may be represented by Equation 1
  • the maximum contact pressure P max that appears at the center of the contact region may be represented by Equation 2.
  • E 1 and E 2 represent the modulus of elasticity of the sphere with radius R 1 and the modulus of elasticity of the hemisphere with radius R 2 , respectively, and v 1 and v 2 are Poisson's ratios of the sphere with radius R 1 , respectively. (poisson's ratio) and the radius of R 2 is the Poisson's ratio of the hemisphere, F can represent the force exerted on the sphere R 1 from the outside.
  • the maximum contact pressure of the two objects P max is the force F and the contact area to be applied to obtain this radius R 1 from the outside of Can be determined by. Therefore, if the size of the housing 111 is smaller than the size of the finger, the contact area regardless of the size of the finger It is possible to fix the, and even without a separate contact area sensor it is possible to calculate the contact pressure between the subject and the housing 111 with only the force sensor 120.
  • the contact region (contact area) has a width 2b and has a length L which may appear as a rectangle.
  • the half-width b of the contact region may be represented by Equation 3
  • the maximum contact pressure P max that appears along the center line of the contact region may be represented by Equation 4.
  • E 1 and E 2 represent the modulus of elasticity of the cylinder with radius R 1 and the modulus of elasticity of the semicylinder with radius R 2 , respectively, and v 1 and v 2 are the cylinders with radius R 1 , respectively.
  • Poisson's ratio of the (Poisson's ratio) and the radius of the semi-cylinder of the semi-cylinder of R 2 F represents the force applied to the cylinder of the radius R 1 from the outside, L can represent the contact length.
  • the maximum contact pressure of the two objects P max is the force F and the contact area applied to the radial outside of the R 1 cylinder Can be determined by. Therefore, if the size of the housing 111 is implemented to be smaller than the size of the subject (for example, the finger), the contact area is independent of the size of the subject (for example, the finger). It is possible to fix the and even without a separate contact area sensor it is possible to calculate the contact pressure between the subject and the housing 111 only with the force sensor 120.
  • the processor 130 may control overall operations of the biometric information measuring apparatus 100.
  • the processor 130 may control the pulse wave sensor 110 to measure one or a plurality of pulse wave signals necessary for measuring biometric information.
  • the processor 130 may generate a pulse wave sensor control signal to control the pulse wave sensor 110.
  • Sensor driving conditions for controlling the pulse wave sensor may be stored in the storage device in advance.
  • the processor 130 may control the pulse wave sensor 110 by referring to a sensor driving condition stored in the storage device.
  • the sensor driving condition may include an emission time, a driving sequence, a current intensity, a pulse duration of each light source, and the like.
  • the processor 130 may generate and provide the contact pressure guide information for guiding the pressure that the user should add or subtract to the pulse wave sensor 110 while the pulse wave signal is measured.
  • the processor 130 may visually display the contact pressure guide information or provide it in a non-visual manner such as voice or vibration.
  • the contact pressure can be calculated from the value measured at the force sensor 120 as described above.
  • the contact pressure guide information may be provided before or after the time when the pulse wave sensor 110 starts measuring the pulse wave signal.
  • the contact pressure guide information may be continuously provided while the pulse wave signal is measured from the subject by the pulse wave sensor 110.
  • the contact pressure guide information may be preset for each user based on user characteristics such as the user's age, gender, health condition, contact area of the subject, and the like.
  • the contact pressure guide information may be a pressure value itself to be added or subtracted from the pulse wave sensor 110, but the present invention is not limited thereto, and the user's operation information may be used to induce a change in pressure applied to the pulse wave sensor 110 by a subject. It may include.
  • the processor 130 may control the force sensor 120 by generating a control signal such that the force sensor 120 measures the contact force.
  • the processor 130 continuously receives the contact force measurement value from the force sensor 120, calculates a contact pressure value based on the received contact force measurement value, and uses the calculated contact pressure value to generate contact pressure guidance information. It can be created and provided to the user. For example, the processor 130 may provide contact pressure guidance information based on a difference between a contact pressure value at a specific time point and a contact pressure value to be applied to the pulse wave sensor 110 at a specific time point.
  • the processor 130 may acquire an oscillometric waveform using one or more pulse wave signals obtained through the pulse wave sensor 110 and contact force obtained through the force sensor 120.
  • the oscillometric waveform may represent a change in the pulse wave signal according to a change in contact pressure as shown in FIG. 7A.
  • the processor 130 selects one or a plurality of pulse wave signals from a pulse wave signal obtained from the pulse wave sensor 110 according to a preset reference, and obtains a combination of the selected pulse wave signals and the force sensor 120.
  • the contact pressure calculated based on one contact force can be used to obtain an oscillometric waveform.
  • the preset reference may include at least one of a maximum amplitude value, an average amplitude value, and a difference between the maximum amplitude value and the minimum amplitude value of each pulse wave signal.
  • the present invention is not limited thereto, and the pulse wave signal measured by using light having a predetermined wavelength among the pulse wave signals may be selected.
  • the processor 130 may select one pulse wave signal having the largest difference between the maximum amplitude value and the minimum amplitude value of the pulse wave signal among the pulse wave signals, and obtain an oscillometric waveform using the selected pulse wave signal and the contact pressure. have.
  • the processor 130 may estimate the biometric information by analyzing the oscillometric waveform change according to the change in contact pressure.
  • the biometric information may include blood pressure, blood sugar, cholesterol, blood vessel age, arteriosclerosis degree, aortic pressure waveform, stress index, and fatigue degree, but are not limited thereto.
  • the blood pressure will be described as an example for convenience of description.
  • Blood pressure may include diastolic blood pressure (DBP), systolic blood pressure (SBP), and mean arterial pressure (MAP), and the contact pressure applied to the finger is the external pressure acting on the blood vessel.
  • DBP diastolic blood pressure
  • SBP systolic blood pressure
  • MAP mean arterial pressure
  • the contact pressure applied to the finger is the external pressure acting on the blood vessel.
  • MAP average blood pressure
  • MAP mean arterial pressure
  • the processor 130 may analyze the change in the oscillometric waveform according to the contact pressure and estimate the mean arterial pressure (MAP) using the contact pressure at the point where the amplitude of the oscillometric waveform is maximum.
  • the processor 130 estimates diastolic blood pressure (DBP) using the contact pressure at the point having the amplitude of the first ratio (eg, 0.7) to the maximum amplitude of the oscillometric waveform, and estimates the oscillometric waveform.
  • DBP diastolic blood pressure
  • Systolic blood pressure may be estimated using the contact pressure at the point having the amplitude of the second ratio (eg, 0.6) to the maximum amplitude.
  • the correlation between the contact pressure and the average blood pressure when the amplitude of the oscillometric waveform is maximum the correlation between the contact pressure and the systolic blood pressure at the point having the amplitude of the first ratio to the maximum amplitude, and the amplitude of the second ratio to the maximum amplitude
  • the correlation between the contact pressure and the diastolic blood pressure at the point with can be defined in advance through experiments.
  • the user may contact the housing 111 of the biometric information measuring device 100 with the finger, and then gradually increase the force applied to the housing 111.
  • the pulse wave sensor 110 of the biometric information measuring device 100 may output the pulse wave signal of the oscillometric waveform as shown in the upper part of FIG. 7b, and the force sensor 120 as shown in the lower part of FIG. 7b. It is possible to output a contact force signal that increases with time.
  • the contact area between the finger and the sensor in the initial stage of gradually increasing the force from the first contact of the finger to the housing 111 there may be a change in the contact area between the finger and the sensor in the initial stage of gradually increasing the force from the first contact of the finger to the housing 111. have. However, there is little or no change in contact area in the time range in which significant pulse wave information is obtained for estimating blood pressure. Therefore, when the blood pressure is measured through the biometric information measuring apparatus 100, the contact area between the user's finger and the housing 111 may be regarded as fixed. For example, in the pulse wave signal shown in the upper part of FIG. 7B, the finger and the housing 111 are located from the time t 0 when the user first touches the finger to the housing 111 to the time t a at which the contact force is increased to some extent. It may be a section in which the contact area of the liver is increased. However, the section after time t a is a section in which there is little change in contact area, and a pulse wave signal necessary for blood pressure estimation
  • the processor 130 may estimate the blood pressure of the user using a blood pressure estimation function using the contact force value obtained from the force sensor 120 as an input parameter without calculating the contact pressure value.
  • the blood pressure estimation function may be stored in an internal or external memory of the processor 130, and the diastolic blood pressure estimation function and the systolic blood pressure estimation function may exist independently.
  • the blood pressure estimation function may be obtained through experiments on a plurality of subjects in advance.
  • a pulse wave signal and a contact force signal of an oscillometric waveform may be obtained for a plurality of subjects.
  • the pulse wave signal and the contact force signal obtained from each subject may have a form similar to that shown in FIG. 7B.
  • the diastolic blood pressure and systolic blood pressure of the subjects may be measured by using a separate blood pressure measuring device such as a cuff blood pressure monitor.
  • the blood pressure measurement of the subjects may be performed at a time when a significant difference with the actual blood pressure of the subjects does not occur when measuring pulse wave signals and contact force signals of the subjects using the biometric information measuring apparatus.
  • the time point for measuring blood pressure of the subjects may be in the middle of measuring pulse wave signals and contact force signals of the subjects using the biometric information measuring apparatus.
  • the time point for measuring the blood pressure of the subjects may be immediately before or immediately after the pulse wave signals and the contact force signals of the subjects are measured using the biometric information measuring apparatus.
  • the blood pressure estimation function can be derived using the pulse wave signal, the contact force signal, and the blood pressure value obtained through the above process. For example, it is assumed that a pulse wave signal having an oscillometric waveform of the form shown at the top of FIG. 7B is obtained for one subject. A time point t 1 at which a pulse wave having an amplitude A 1 having a first ratio to the maximum amplitude A max is shown among the pulse waves displayed on the left side of the graph based on the time point t r having the largest amplitude in the pulse wave signal. ) Can be selected. The contact force value f 1 obtained through the force sensor at the selected time point t 1 may be obtained.
  • the contact force value thus obtained (f 1 ) and the diastolic blood pressure measured for the subject can be mapped and stored.
  • a plurality of contact force values and diastolic blood pressure values corresponding to each contact force value can be obtained.
  • the diastolic blood pressure candidate function 720 may be obtained through regression analysis of the data 710. More specifically, through a regression analysis using the contact force value of the data set 710 as an independent variable and the diastolic blood pressure value as a dependent variable, a relationship between the contact force and the diastolic blood pressure may be derived, and the diastolic blood pressure candidate function 720 Can be used as) It is also possible to use other mathematical techniques besides regression analysis.
  • the first ratio used when acquiring the data set 710 may be used as a condition for obtaining a contact force value, which is an input parameter, when the derived diastolic blood pressure candidate function 720 is used as a diastolic blood pressure estimation function.
  • Changing the first ratio in FIG. 7B may also change the contact force value f 1 .
  • the data 710 of FIG. 7C is obtained by setting the first ratio to X 1
  • the first ratio is adjusted to X 2 , X 3 , and the like, and configured as a changed contact force value and a diastolic blood pressure value corresponding thereto.
  • Yet another data set can be obtained.
  • the diastolic blood pressure candidate functions may be derived for each of the plurality of data sets, and each diastolic blood pressure candidate function may output the diastolic blood pressure value expected when the contact force value of the data set is input.
  • the average error between the diastolic blood pressure value obtained through each diastolic blood pressure candidate function and the actual diastolic blood pressure value included in the data set is calculated, and the diastolic blood pressure candidate function having the smallest mean error can be selected and used as the diastolic blood pressure estimation function.
  • the final diastolic blood pressure estimation function and the first ratio corresponding thereto are stored in an internal or external memory of the processor 130 of the biometric information measuring apparatus 100 described with reference to FIG. 1, so that the processor 130 may measure the diastolic blood pressure of the user. It can be used when calculating
  • Equation 5 An example of the diastolic blood pressure estimation function obtained through the above process may be expressed by Equation 5.
  • the user may gradually increase the pressing force after the finger contacts the biometric information measuring device 100.
  • the pulse wave signal and the contact force signal of the oscillometric waveform obtained have a form similar to that of FIG. 7B. If the signal as shown in FIG. 7B is obtained, among the pulse waves displayed on the left side of the graph on the basis of the time point t r at which the amplitude in the pulse wave signal is maximum, the amplitude of the first ratio to the maximum amplitude A max ( The contact force value f 1 at the time point t 1 at which the pulse wave with A 1 ) appears may correspond to f n in Equation 5.
  • a and b are constants and may be determined according to characteristics of a sensor to be used or characteristics of a subject population.
  • the systolic blood pressure estimation function can also be obtained in a manner similar to the diastolic blood pressure estimation function described above.
  • the maximum amplitude (A) of the pulse waves displayed on the right side of the graph on the basis of the time point t r having the largest amplitude in the pulse wave signal of the oscillometric waveform measured for one subject. max ) may select a time point t 2 at which a pulse wave having an amplitude A 2 of the second ratio appears.
  • the contact force value f 2 obtained through the force sensor at the selected time point t 2 can be obtained.
  • the contact force value (f 2 ) thus obtained can be stored by mapping the systolic blood pressure values measured for the subject.
  • the systolic blood pressure candidate function 740 can be obtained from the regression analysis of these data 730. More specifically, through a regression analysis using the contact force value of the data set 730 as an independent variable and the systolic blood pressure value as a dependent variable, a relationship between the contact force and the systolic blood pressure can be derived, which is a candidate systolic blood pressure function 740. Can be used as) It is also possible to use other mathematical techniques besides regression analysis.
  • the second ratio used when acquiring the data set 730 may be used as a condition for obtaining a contact force value that is an input parameter when the derived systolic blood pressure candidate function 740 is used as a systolic blood pressure estimation function.
  • Changing the second ratio in FIG. 7B may also change the contact force value f 2 .
  • the data 730 of FIG. 7D is obtained by setting the second ratio to Y 1
  • the second contact ratio is adjusted to Y 2 , Y 3 , and the like, and configured as a changed contact force value and a corresponding systolic blood pressure value.
  • Yet another data set can be obtained.
  • Systolic blood pressure candidate functions may be derived for each of the plurality of data sets, and each systolic blood pressure candidate function may output the systolic blood pressure value expected when the contact force value of the data set is input.
  • the average error between the systolic blood pressure value obtained through each systolic blood pressure candidate function and the actual systolic blood pressure value included in the data set can be calculated, and the systolic blood pressure candidate function having the smallest mean error can be selected and used as the systolic blood pressure estimation function.
  • the final systolic blood pressure estimation function and the second ratio corresponding thereto are stored in an internal or external memory of the processor 130 of the biometric information measuring apparatus 100 described with reference to FIG. 1, so that the processor 130 may store the systolic blood pressure of the user. It can be used when calculating
  • Equation 6 An example of the systolic blood pressure estimation function obtained through the above process may be expressed by Equation 6.
  • the user may gradually increase the pressing force after the finger contacts the biometric information measuring device 100.
  • the pulse wave signal and the contact force signal of the oscillometric waveform obtained have a form similar to that of FIG. 7B. If the signal as shown in FIG. 7B is obtained, among the pulse waves displayed on the right side of the graph on the basis of the time point t r at which the amplitude of the pulse wave signal is maximum, the amplitude of the second ratio to the maximum amplitude A max ( The contact force value f 2 at the time point t 2 at which the pulse wave with A 2 ) is shown may correspond to f m in Equation 6.
  • c and d are constants and may be determined according to the characteristics of the sensor to be used or the characteristics of the subject population.
  • the diastolic blood pressure estimating function and the systolic blood pressure estimating function have been described as first-order functions, respectively.
  • the blood pressure estimation function may be a multiple order function or another type of function. It is also possible to use a lookup table composed of contact force values and estimated blood pressure values instead of functions.
  • 8A to 8C illustrate examples of the pulse wave measuring unit.
  • 8A to 8C may be embodiments of the pulse wave measuring unit 112 of FIG. 1.
  • various embodiments of the configuration of a pulse wave measuring unit for measuring a plurality of pulse wave signals from a subject will be described with reference to FIGS. 8A to 8C.
  • the pulse wave measuring unit 810 may be formed as an array of pulse wave measuring units to measure a plurality of pulse wave signals. As shown, the pulse wave measuring unit 810 may include a first pulse wave measuring unit 811 and a second pulse wave measuring unit 812. However, this is only for convenience of description and the number of pulse wave measuring units forming the pulse wave measuring array is not particularly limited.
  • the first pulse wave measuring unit 811 may include a first light source 811a that irradiates a subject with light having a first wavelength.
  • the first pulse wave measuring unit 811 may include a first photo detector 811 b that receives the light of the first wavelength irradiated from the first light source 811 a and returns from the object to measure the first pulse wave signal. Can be.
  • the second pulse wave measuring unit 812 may include a second light source 812a that irradiates the subject with light having a second wavelength.
  • the second pulse wave measuring unit 812 may include a second detector 812b that receives the light of the second wavelength irradiated from the second light source 812a and returns from the object to measure the second pulse wave signal.
  • the first wavelength and the second wavelength may be different wavelengths.
  • the first light source 811a and the second light source 812a may include, but are not limited to, a light emitting diode (LED), a laser diode, a phosphor, and the like.
  • the first photodetector 811b and the second photodetector 812b may include a photo diode, a photo transistor, or an image sensor (eg, a charge-coupled device (CCD), a complementary metal). Or an oxide semiconductor (complementary metal-oxide semiconductor).
  • the pulse wave measuring unit 820 may include a light source unit 821 and a light detector 822 including a plurality of light sources 821a and 821b.
  • 8B illustrates two light sources in the light source unit 821, but this is only for convenience and is not particularly limited to the number of light sources.
  • the first light source 821a may irradiate the subject with light of the first wavelength
  • the second light source 821b may irradiate the subject with light of the second wavelength.
  • the first wavelength and the second wavelength may be different wavelengths.
  • the first light source 821a and the second light source 821b may be driven by a time division method under the control of the processor to sequentially irradiate light onto a subject or simultaneously irradiate light onto the subject.
  • light source driving conditions such as emission time, driving order, current intensity, and pulse duration of the first light source 821a and the second light source 821b may be preset.
  • the processor may control the driving of each light source 821a and 821b with reference to the light source driving condition.
  • the photo detector 822 simultaneously or sequentially emits light of the first wavelength and light of the second wavelength that are irradiated to the subject simultaneously or sequentially by the first light source 821a and the second light source 821b and return from the subject. By detecting the first pulse wave signal and the second pulse wave signal can be measured.
  • the pulse wave measuring unit 830 may include a single light source 831 and a light detector 832.
  • the photo detector 832 may include a first photo detector 832a and a second photo detector 832b.
  • 8C shows two photo detectors in the photo detector 832, this is for convenience of description only and is not particularly limited to the number of photo detectors.
  • the single light source 831 may irradiate the subject with light of a predetermined wavelength band.
  • the single light source 831 may be formed to irradiate light of a wide wavelength range including visible light.
  • the light detector 832 may receive light from a predetermined wavelength band returned from the subject and measure a plurality of pulse wave signals. To this end, the light detector 832 may be formed to have a plurality of different response characteristics.
  • the first photodetector 832a and the second photodetector 832b may be formed of photodiodes having different measurement ranges so as to respond to light of different wavelengths returned from the subject.
  • a color filter may be mounted on the front of one photodetector so that the first photodetector 832a and the second photodetector 832b react to light having different wavelengths, or different color filters may be mounted on the front of the two photodetectors. I can attach it.
  • the first photodetector 832a and the second photodetector 832b may be disposed at different distances from the single light source 831.
  • the photodetector disposed at a relatively close distance from the single light source 831 detects light in the short wavelength band
  • the photodetector disposed at a relatively long distance from the single light source 831 detects light in the long wavelength band.
  • FIGS. 8A to 8C So far, embodiments of the pulse wave measuring unit for measuring a plurality of pulse wave signals have been described with reference to FIGS. 8A to 8C. However, this is only an example and is not limited thereto.
  • the number and arrangement of light sources and photo detectors may vary, and may be variously changed according to the purpose of utilizing the pulse wave measuring unit and the size and shape of the electronic device on which the pulse wave measuring unit is mounted. have.
  • FIG. 9A-9C illustrate embodiments of a light source and photo detector arrangement. More specifically, FIG. 9A illustrates an embodiment of a light source and a photo detector arrangement when the pulse wave sensor is formed in a semi-cylindrical shape, and FIG. 9B illustrates an embodiment of a light source and photo detector arrangement when the pulse wave sensor is formed in a semi-elliptic shape. 9C is a diagram illustrating an embodiment of a light source and a photo detector arrangement when the pulse wave sensor is formed in a hemispherical shape. 9A to 9C show that the pulse wave sensor 110 includes two light sources 910a and 910b and one light detector 920, but this is for convenience of description and is specifically limited to the number of light sources and light detectors. This is not the case.
  • the pulse wave sensor 110 may include two light sources 910a and 910b and one photo detector 920.
  • the photo detector 920 is disposed at the center of the curved surface which is the contact surface, and the two light sources 910a and 910b are symmetrically disposed in the longitudinal direction of the pulse wave sensor 110 or the tangential direction of the curved surface with respect to the photo detector 920. Can be.
  • the two light sources 910a and 910b may be disposed inward (for example, 0.1L to 0.9L (L is the length of the pulse wave sensor)) rather than the edge portion in order to reduce the influence of the edge on pressure or force. have.
  • the biometric information measuring apparatus 1000 of FIG. 10 may be mounted on an electronic device, an accessory of the electronic device (eg, a protective case of the electronic device), a stylus pen, or the like.
  • the electronic device may include a mobile phone, a smartphone, a tablet, a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation device, an MP3 player, a digital camera, a wearable device, and the wearable device is a wrist watch. It may include a wrist band type, ring type, belt type, necklace type, ankle band type, thigh band type, forearm band type and the like.
  • the electronic device is not limited to the above-described example, and the wearable device is not limited to the above-described example.
  • the apparatus 1000 for measuring biometric information may include a pulse wave sensor 110, a force sensor 120, a processor 130, an input unit 1010, a storage unit 1020, a communication unit 1030, and an output unit ( 1040).
  • the pulse wave sensor 110, the force sensor 120, and the processor 130 are the same as described above with reference to FIGS. 1 to 9C, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the input unit 1010 may receive various operation signals from a user.
  • the input unit 1010 may include a key pad, a dome switch, a touch pad (static pressure / capacitance), a jog wheel, a jog switch. , H / W button and the like.
  • a touch pad static pressure / capacitance
  • a jog wheel a jog switch.
  • H / W button a button that controls the touch pad.
  • the touch pad forms a mutual layer structure with the display, this may be referred to as a touch screen.
  • the storage unit 1020 may store a program or commands for operating the biometric information measuring apparatus 1000, and may store data input to the biometric information measuring apparatus 1000 and data output from the biometric information measuring apparatus 1000. have. In addition, the storage 1020 may store data processed by the biometric information measuring apparatus 1000 and data necessary for data processing of the biometric information measuring apparatus 1000.
  • the storage unit 1020 may include a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (eg, 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, Optical Disk And at least one type of storage medium.
  • the biometric information measuring apparatus 1000 may operate an external storage medium such as a web storage that performs a storage function of the storage 1020 on the Internet.
  • the communication unit 1030 may communicate with an external device.
  • the communication unit 1030 transmits data handled by the biometric information measuring apparatus 1000 or processing result data of the biometric information measuring apparatus 1000 to an external device, or measures pulse wave signals and contact pressures from an external device and / or Various data may be received that are necessary or helpful for biometric information estimation.
  • the external device may be a medical device using data handled by the biometric information measuring apparatus 1000 or processing result data of the biometric information measuring apparatus 1000, or a print or display device for outputting a result.
  • the external device may be a digital TV, a desktop computer, a mobile phone, a smartphone, a tablet, a notebook, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation device, an MP3 player, a digital camera, a wearable device, and the like. It doesn't work.
  • the communication unit 1030 may include Bluetooth communication, BLE (Bluetooth Low Energy) communication, Near Field Communication (Near Field Communication), WLAN communication, Zigbee communication, Infrared Data Association (IrDA) communication, WFD (Wi-Fi Direct) communication, ultra-wideband (UWB) communication, Ant + communication, WIFI communication, Radio Frequency Identification (RFID) communication, 3G communication, 4G communication and 5G communication can be used to communicate with external devices. However, this is only an example and is not limited thereto.
  • the output unit 1040 may output data handled by the biometric information measuring apparatus 1000 or processing result data of the biometric information measuring apparatus 1000.
  • the output unit 1040 may include at least one of an auditory method, a visual method, and a tactile method for data handled by the biometric information measuring apparatus 1000 or processing result data of the biometric information measuring apparatus 1000. You can output it by To this end, the output unit 840 may include a display, a speaker, a vibrator, and the like.
  • 11 to 17 are diagrams showing examples of implementing the biometric information measuring apparatus.
  • the biometric information measuring apparatuses 100 and 1000 may include the edge of the smart phone (see FIG. 11), the side button of the smart phone (see FIG. 12), the home button of the smart phone (see FIG. 13), the button or frame of the stylus pen (FIG. 14), the edge of the protective case of the smart phone (see FIG. 15), the button or the edge of the joystick (see FIG. 16), and the edge or the strap of the watch-type wearable device (see FIG. 17).
  • biometric information measuring apparatuses 100 and 1000 may be applied without limitation as long as the biometric information measuring apparatus 100 or 1000 is formed in a curved surface or a button in an electronic device, an accessory of the electronic device (eg, a protective case of the electronic device), a stylus pen, a joystick, or the like.
  • an accessory of the electronic device eg, a protective case of the electronic device
  • a stylus pen e.g., a joystick, or the like.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an embodiment of a biosignal measuring method.
  • the biosignal measuring method of FIG. 18 may be performed by the biometric information measuring apparatuses 100 and 1000 of FIGS. 1 and 10.
  • the apparatus for measuring biometric information may measure one or a plurality of pulse wave signals from a subject in contact with a contact surface of a pulse wave sensor having a curved surface (1810).
  • the pulse wave signal may be a photoplethysmogram (PPG) signal.
  • the biometric information measuring apparatus measures the plurality of pulse wave signals
  • the plurality of pulse wave signals may be pulse wave signals measured using light having different wavelengths.
  • the biometric information measuring apparatus may measure one or more pulse wave signals by irradiating light on a subject contacted with a curved contact surface and receiving light returned from the subject.
  • the biometric information measuring apparatus may measure a contact force between the subject and the pulse wave sensor (1820). According to an embodiment, the biometric information measuring apparatus may measure a force applied to a force sensor disposed on the lower side or the side of the pulse wave sensor according to the contact between the subject and the pulse wave sensor.
  • the biometric information measuring apparatus may estimate biometric information of the subject based on the measured one or more pulse wave signals and the measured contact force (1830).
  • the biometric information measuring apparatus may acquire an oscillometric waveform using a pulse wave signal and a contact force.
  • the apparatus for measuring biometric information may select one or more pulse wave signals from among one or more measured pulse wave signals according to a preset reference, and calculate the contact pressure using the measured contact force.
  • the biometric information measuring apparatus may acquire an oscillometric waveform using a combination of one or more selected pulse wave signals and a contact force.
  • the preset reference may include at least one of a maximum amplitude value, an average amplitude value, and a difference between the maximum amplitude value and the minimum amplitude value of each pulse wave signal.
  • the biometric information measuring apparatus may select the pulse wave signal measured by using light having a predetermined wavelength among one or more pulse wave signals.
  • the biometric information measuring apparatus may estimate the biometric information by analyzing the oscillometric waveform change according to the change in the contact pressure.
  • the biometric information may include blood pressure, blood sugar, cholesterol, blood vessel age, arteriosclerosis degree, aortic pressure waveform, stress index, fatigue level, and the like.
  • Blood pressure may include diastolic blood pressure (DBP), systolic blood pressure (SBP), and mean arterial pressure (MAP), and the contact pressure applied to the subject is external to the blood vessel. Can act as pressure.
  • DBP diastolic blood pressure
  • SBP systolic blood pressure
  • MAP mean arterial pressure
  • the contact pressure applied to the subject is external to the blood vessel. Can act as pressure.
  • MAP average blood pressure
  • MAP average blood pressure
  • MAP average blood pressure
  • the biometric information measuring apparatus may analyze the change in the oscillometric waveform according to the contact pressure and estimate the mean arterial pressure (MAP) using the contact pressure at the point where the amplitude of the oscillometric waveform becomes maximum.
  • the biometric information measuring apparatus estimates systolic blood pressure (SBP) using the contact pressure at the point having the amplitude of the first ratio (eg, 0.6) to the maximum amplitude, and estimates the second ratio (eg, the maximum ratio of the maximum amplitude).
  • SBP systolic blood pressure
  • DBP Diastolic Blood Pressure
  • the biometric information measuring apparatus may estimate the blood pressure by using the measured contact force value and the blood pressure calculation formulas such as Equations 5 and 6 described above.
  • the pulse wave signal measuring step 1610 and the contact force measuring step 1620 may be simultaneously performed for a predetermined time, without the existence of time behind each other.
  • the biometric information measuring device may generate and provide contact pressure guidance information to the user based on the calculated contact pressure while the pulse wave signal is measured.
  • the above technical contents can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. Codes and code segments implementing the above program can be easily deduced by computer programmers in the art.
  • the computer-readable recording medium may include all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is created and executed in a distributed fashion.

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Abstract

일 양상에 따른 생체 정보 측정 장치는, 피검체와 접촉되는 접촉면이 피검체 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성되고 상기 접촉면에 접촉한 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서와, 상기 맥파 센서의 하부 또는 측면에 배치되어 상기 피검체와 상기 맥파 센서 사이의 접촉 힘을 측정하는 힘 센서와, 상기 측정된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 측정된 접촉 힘을 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

생체 정보 측정 장치 및 방법
생체 정보를 측정하는 장치 및 방법과 관련된다.
일반적인 혈압 측정 방식으로 가압식 커프(cuff) 방식이 사용되고 있다. 가압식 커프 방식은 커프를 이용하여 최대 혈압 부근까지 혈관을 조였다가 푸는 방법으로 측정하는 비연속적인 측정 방식이다. 그런데, 가압식 커프 방식은 가압 펌프 등의 구성으로 인해 휴대 기기에 적용하기가 용이하지 않다.
최근에는, 커프를 이용하지 않고 혈압을 측정하는 무가압식 커프리스 방식의 혈압 측정 장치가 연구되고 있다. 예컨대, 맥파 전파 시간(Pulse Transit Time, PTT) 방식의 혈압 측정 장치와 맥파형 분석(Pulse Wave Analysis, PWA) 방식의 혈압 측정 장치가 있다. 그런데, PTT 방식은 정확한 측정을 위해 개인마다 보정을 해 주어야 하는 불편이 있으며, 맥파의 속도를 측정하기 위해서는 2개 이상의 위치에서 생체 신호를 측정해야 하기 때문에, 콤팩트한 장치로 구성하기 어렵다. PWA 방식은 맥파 파형 분석만을 통해 혈압을 추정하기 때문에, 잡음에 취약하여 정확한 혈압 계측에 한계가 있다.
생체 정보 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 생체 정보 측정 장치는, 피검체와 접촉되는 접촉면이 피검체 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성되고 상기 접촉면에 접촉한 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서와, 상기 맥파 센서의 하부 또는 측면에 배치되어 상기 피검체의 접촉 힘을 측정하는 힘 센서와, 상기 측정된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 측정된 접촉 힘을 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 맥파 센서는, 상기 접촉면이 곡면으로 형성된 하우징과, 상기 하우징 내부에 탑재되어 상기 접촉면에 접촉된 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 반원통형, 반타원체형, 또는 반구형(hemisphere)으로 형성될 수 있다.
상기 하우징은 손가락의 크기보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
상기 하우징은 복수의 사용자의 평균적인 손가락 크기보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 제1 곡률 반경(R1)이 2mm 이상 10mm 이하이고, 제2 곡률 반경(R2)이 0.5*R1 이상 4*R1 이하일 수 있다.
상기 하우징은, 길이가 0 초과 16mm 이하인 반원통형 또는 반타원체형으로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 표면 거칠기가 1.6㎛ 이하일 수 있다.
상기 하우징은, 강도가 0.5GPa 이상일 수 있다.
상기 맥파 신호는 광용적맥파(Photoplethysmogram, PPG) 신호일 수 있다.
상기 맥파 측정부는, 상기 피검체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원과, 상기 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 광 검출기를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭(oscillometric) 파형을 획득하고, 오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 생체 정보를 추정할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 하나 이상의 맥파 신호 중에서 하나 이상의 맥파 신호를 선택하고, 상기 선택된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 기초로 하나 이상의 맥파 신호를 선택할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 맥파 신호가 측정되는 동안, 상기 측정된 접촉 힘을 기초로 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 제공할 수 있다.
상기 생체 정보는 혈압일 수 있다.
상기 생체 정보 측정 장치는 상기 피검체와의 접촉 면적을 측정하는 접촉 면적 센서를 포함하지 않을 수 있다.
다른 양상에 따른 생체 정보 측정 방법은, 피검체 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성된 맥파 센서의 접촉면에 접촉된 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계와, 상기 맥파 센서와 상기 피검체 사이의 접촉 힘을 측정하는 단계와, 상기 측정된 하나 이상의 맥파 신호 및 상기 측정된 접촉 힘을 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 맥파는 광용적맥파(Photoplethysmogram)일 수 있다.
상기 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계는, 상기 피검체에 광을 조사하는 단계와, 상기 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생체 정보를 추정하는 단계는, 상기 하나 이상의 맥파 신호 및 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭(oscillometric) 파형을 획득하는 단계와, 오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 상기 생체 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오실로메트릭 파형을 획득하는 단계는, 상기 하나 이상의 맥파 신호 중에서 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는 단계와, 상기 선택된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는 단계는, 맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 기초로 하나 이상의 맥파 신호를 선택할 수 있다.
생체 정보 측정 방법은, 상기 맥파 신호가 측정되는 동안, 상기 측정된 접촉 힘을 기초로 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보는 혈압일 수 있다.
맥파 센서의 접촉면을 곡면으로 형성함으로써 보다 정밀한 맥파 신호를 측정할 수 있고 이를 통해 생체 정보 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 생체 정보 측정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 하우징의 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 하우징의 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 하우징의 구조의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 하우징의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 맥파 센서가 반구형으로 형성되는 경우 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 맥파 센서가 반원통형으로 형성되는 경우 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 오실로메트릭 파형의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7b는 오실로메트릭 파형의 맥파 신호와 접촉 힘의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7c는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 이완기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이다.
도 7d는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 수축기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이다.
도 8a는 맥파 측정부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8b는 맥파 측정부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8c는 맥파 측정부의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9a는 맥파 센서가 반원통형으로 형성된 경우 광원 및 광 검출기 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9b는 맥파 센서가 반타원체형으로 형성된 경우 광원 및 광 검출기 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9c는 맥파 센서가 반구형으로 형성되는 경우 광원 및 광 검출기의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 생체 정보 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 생체 정보 측정 장치가 적용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 생체 정보 측정 장치가 적용된 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 생체 정보 측정 장치가 적용된 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 14는 생체 정보 측정 장치가 적용된 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 15는 생체 정보 측정 장치가 적용된 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 생체 정보 측정 장치가 적용된 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 생체 정보 측정 장치가 적용된 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 18은 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 생체 정보 측정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 하우징의 구조의 예시도이고, 도 5는 하우징의 크기를 설명하기 위한 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 맥파 센서의 구조에 따른 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7a는 오실로메트릭 파형의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 7b는 오실로메트릭 파형의 맥파 신호와 접촉 힘의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 7c는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 이완기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이고, 도 7d는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 수축기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이다.
도 1의 생체 정보 측정 장치(100)는 전자 장치, 전자 장치의 액세서리(예컨대, 전자 장치의 보호 케이스 등), 스타일러스 펜 등에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 장치, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 생체 정보 측정 장치(100)는 맥파 센서(110), 힘 센서(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
맥파 센서(110)는 피검체와 접촉되는 접촉면이 곡면으로 형성되어, 접촉면에 접촉한 피검체로부터 하나 또는 복수의 맥파 신호를 측정할 수 있다. 여기서, 맥파 신호는 광용적맥파(Photoplethysmogram, PPG) 신호일 수 있다. 맥파 센서(110)가 복수의 맥파 신호를 측정 하는 경우, 복수의 맥파 신호는 서로 다른 파장의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호일 수 있다. 여기서 피검체는 맥파 센서(110)와 접촉할 수 있는 생체 영역으로 맥파 신호 측정이 용이한 인체의 부위일 수 있다. 예를 들어, 피검체는 손가락, 발가락 등 인체의 말초 부위일 수도 있고, 요골 동맥과 인접한 손목 표면의 영역으로 모세혈이나 정맥혈이 지나가는 손목 상부 영역일 수도 있다. 이하 설명의 편의를 위해 피검체는 손가락인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
손가락의 탄성력은 접촉 물체의 강도와 구조에 의해 영향을 받는다. 예컨대, 접촉 물체가 곡면(curved)인 경우와 평면(flat)인 경우를 비교하면, 곡면인 경우가 평면인 경우보다 동일한 힘을 가했을 때 더 깊게까지 손가락 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 맥파 센서(110)는 손가락과 접촉되는 접촉면을 곡면으로 형성함으로써, 평면일 때보다 적은 힘으로 평면일 때와 동일한 압력을 손가락에 가하는 것이 가능하다.
맥파 센서(110)는 하우징(111) 및 맥파 측정부(112)를 포함할 수 있다.
하우징(111)은 손가락의 탄성력과 해부학적 구조를 고려하여 손가락과 접촉되는 접촉면이 손가락 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하우징(111)은 도 2에 도시된 바와 같이 반원통형, 도 3에 도시된 바와 같이 반 타원체형, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 반구형으로 형성될 수 있다. 이때, 하우징(111)은 도 5에 도시된 바와 같이 손가락과 하우징(111)이 접촉하는 접촉면적이 일정할 수 있도록 손가락의 크기보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(111)은 사용자의 나이, 사용자의 성별, 사용되는 손가락의 타입(예, 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지) 등을 고려하여 복수의 사용자의 평균적인 손가락 크기보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(111)은 손가락의 최대 너비/두께 및/또는 맥파 센서(110)의 크기 등을 고려하여 제1 곡률 반경(R1)이 2mm 이상 10mm 이하이고, 제2 곡률 반경(R2)이 0.5*R1 이상 4*R1 이하가 되도록 형성될 수 있다. 또한 하우징(111)이 반원통형 및/또는 반타원체형으로 형성되는 경우, 하우징(111)의 길이(L)는 손가락의 너비를 고려하여 0 초과 16mm 이하로 형성될 수 있다. 그러나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 하우징의 구조를 통해 평면 구조와 대비하여 적은 힘으로 손가락 내부에 압력을 잘 전달할 수 있으므로, 오실로메트리 기법으로 혈압 측정시 최대 맥압에 쉽게 도달하는 것이 가능하다. 또한, 생체 정보 취득 대상(예컨대, 혈관 등)에 정확하고 밀접하게 위치시킬 수 있는, 상술한 하우징 구조를 통해 생체 정보 측정 장치(100)는 손가락 내부(예컨대, 피부 속 혈관 및 혈액 등)의 정보를 용이하게 취득하는 것이 가능하다.
손가락의 힘은 손가락 뼈의 해부학적 구조, 손가락 피부의 부착력과 탄성력에 의해 물체와 접촉시 마찰력이 생긴다. 손가락에 접촉된 면이 어떠한 모양과 재질이냐에 따라 마찰력이 변화하기 때문에 소정의 압력이 손가락에 가해지더라도 접촉 물체와의 마찰력에 의한 손실이 발생하여 손가락 외부에서 가한 압력이 손가락 내부에 전부 전달되지 않을 수 있다. 그러므로 마찰력에 의한 영향을 최소화할 수 있도록 하우징(111)의 재질 및/또는 구조를 적절히 선택할 필요가 있다.
접촉 물체의 강도(stiffeness)가 손가락의 강도보다 약하거나 비슷하면 손가락이 접촉 물체에 힘을 가했을 때 손가락과 함께 접촉 물체도 변형되므로, 접촉 물체의 변형에 이용된 힘은 소실되어 손가락에 전달되지 않을 수 있다. 따라서 하우징(111)의 강도는 손가락의 강도보다 매우 커서 가해진 힘에 의해 변형이 없는 수준의 강도가 되어야 하며, 하우징(111)은 고무나 폴리에틸렌 보다 강한 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(111)은 강도가 0.5GPa 이상의 물질(예컨대, 탄소 섬유, 고강도 플라스틱, 메탈 등)로 형성될 수 있다.
표면 거칠기(surface roughness)가 높은 접촉 물체는 손가락이 접촉하였을 때 접촉 마찰력(friction)과 부착력(adhesion)이 커지므로, 이러한 접촉 마찰력과 부착력을 감소시키기 위해 하우징(111)은 소정 수준 이하의 매끄러운 표면을 가진 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 하우징(111)은 표면 거칠기가 1.6㎛ 이하인 물질로 형성될 수 있다.
맥파 측정부(112)는 하우징(111) 내부에 탑재되어, 하우징(111)의 곡면에 접촉된 손가락으로부터 하나 또는 복수의 맥파 신호를 측정할 수 있다. 맥파 측정부(112)가 복수의 맥파 신호를 측정 하는 경우, 복수의 맥파 신호는 서로 다른 파장의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 맥파 측정부(112)는 하우징(111)의 곡면에 접촉된 피검체에 광을 조사하는 하나 또는 복수의 광원 및 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하는 광 검출기를 포함할 수 있다.
힘 센서(120)는 피검체와 맥파 센서(110) 간의 접촉 힘을 측정할 수 있다. 힘 센서(120)는 맥파 센서(110)의 하부 또는 측면 등에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 따르면, 힘 센서(120)는 피검체와 맥파 센서(110)의 접촉에 따라 힘 센서(120)에 가해지는 힘을 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 힘 센서(120)는 전압저항식 힘 센서, 초음파식 힘 센서, 로드셀 센서, 정전용량식 힘 센서, 초전기식 힘 센서, 스트레인 게이지식 힘 센서, 전기화학식 힘 센서, 광학식 힘 센서, 자기식 힘 센서 등을 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 맥파 센서의 구조에 따른 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 더욱 상세하게는 도 6a는 맥파 센서가 반구형으로 형성되는 경우 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 맥파 센서가 반원통형으로 형성되는 경우 접촉 압력과 접촉 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 반지름이 R1인 구와 반지름이 R2인 반구가 접촉하는 경우, 접촉 영역(contact area)은 반지름이 a인 원으로 나타날 수 있다. 이때, 접촉 영역의 반지름 a는 수학식 1로 표현되며, 접촉 영역의 중심에서 나타나는 최대 접촉 압력 Pmax는 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000001
[수학식 2]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000002
여기서, E1 및 E2는 각각 반지름이 R1인 구의 탄성 계수(modulus of elasticity) 및 반지름인 R2인 반구의 탄성 계수를 나타내며, v1 및 v2는 각각 반지름이 R1인 구의 포아송비(poisson's ratio) 및 반지름인 R2인 반구의 포아송비를 나타내며, F는 외부에서 반지름이 R1인 구에 가해지는 힘을 나타낼 수 있다.
수학식 2와 같이, 반지름이 R1인 구와 반지름이 R2인 반구가 접촉하는 경우, 두 물체의 최대 접촉 압력 Pmax는 외부에서 반지름이 R1인 구에 가해지는 힘 F와 접촉 면적
Figure PCTKR2019008215-appb-I000003
에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 하우징(111)의 크기를 손가락의 크기보다 작게 구현하면, 손가락의 크기와 상관없이 접촉 면적
Figure PCTKR2019008215-appb-I000004
을 고정시키는 것이 가능하며, 별도의 접촉면적센서를 구비하지 않더라도 힘 센서(120)만으로도 피검체와 하우징(111) 사이의 접촉 압력을 계산하는 것이 가능하다.
도 6b를 참조하면, 반지름이 R1인 원통과 반지름이 R2인 반원통이 접촉하는 경우, 접촉 영역(contact area)은 폭이 2b이고 길이가 L인 직사각형으로 나타날 수 있다. 이때, 접촉 영역의 반폭(half-width) b는 수학식 3으로 표현되며, 접촉 영역의 중심선에 따라 나타나는 최대 접촉 압력 Pmax는 수학식 4로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000005
[수학식 4]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000006
여기서, E1 및 E2는 각각 반지름이 R1인 원통의 탄성 계수(modulus of elasticity) 및 반지름이 R2인 반원통의 탄성 계수를 나타내며, v1 및 v2는 각각 반지름이 R1인 원통의 포아송비(poisson's ratio) 및 반지름이 R2인 반원통의 포아송비를 나타내며, F는 외부에서 반지름이 R1인 원통에 가해지는 힘을 나타내며, L은 접촉 길이를 나타낼 수 있다.
수학식 4와 같이, 반지름이 R1인 원통과 반지름이 R2인 반원통이 접촉하는 경우, 두 물체의 최대 접촉 압력 Pmax는 외부에서 반지름이 R1인 원통에 가해지는 힘 F와 접촉 면적
Figure PCTKR2019008215-appb-I000007
에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 하우징(111)의 크기를 피검체(예컨대 손가락)의 크기보다 작게 구현하면, 피검체(예컨대 손가락)의 크기와 상관없이 접촉 면적
Figure PCTKR2019008215-appb-I000008
을 고정시키는 것이 가능하며 별도의 접촉면적센서를 구비하지 않더라도 힘 센서(120)만으로도 피검체와 하우징(111) 사이의 접촉 압력을 계산하는 것이 가능하다.
프로세서(130)는 생체 정보 측정 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 생체 정보 측정에 필요한 하나 또는 복수의 맥파 신호를 측정하기 위해 맥파 센서(110)를 제어할 수 있다. 프로세서(130)는 사용자로부터 생체 정보 측정 요청이 수신되면 맥파 센서 제어 신호를 생성하여 맥파 센서(110)를 제어할 수 있다. 맥파 센서를 제어하기 위한 센서 구동 조건은 미리 저장 장치에 저장될 수 있다. 프로세서(130)는 생체 정보 측정 요청이 수신되면 저장 장치에 저장된 센서 구동 조건을 참고하여 맥파 센서(110)를 제어할 수 있다. 이때, 센서 구동 조건은 각 광원의 방출 시간, 구동 순서, 전류의 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 맥파 신호가 측정되는 동안 사용자가 맥파 센서(110)에 가감해야 하는 압력을 안내하는 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. 프로세서(130)는 접촉 압력 안내 정보를 시각적으로 표시하거나, 음성 또는 진동 등의 비시각적인 방법으로 제공할 수 있다. 접촉 압력은 전술한 바와 같이 힘 센서(120)에서 측정된 값으로부터 계산될 수 있다.
접촉 압력 안내 정보는 맥파 센서(110)가 맥파 신호 측정을 시작하는 시점의 전후 또는 동시에 제공될 수 있다. 접촉 압력 안내 정보는 맥파 센서(110)에 의해 피검체로부터 맥파 신호가 측정되는 동안 지속적으로 제공될 수 있다. 접촉 압력 안내 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태, 피검체의 접촉 부위 등의 사용자 특성을 기초로 사용자별로 미리 설정될 수 있다. 접촉 압력 안내 정보는 사용자가 맥파 센서(110)에 가감해야 하는 압력 값 자체일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 피검체에 의해 맥파 센서(110)에 가해지는 압력의 변화를 유도하는 사용자의 동작 정보 등을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 생체 정보 측정 요청이 수신되면, 힘 센서(120)가 접촉 힘을 측정하도록 제어신호를 생성하여 힘 센서(120)를 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 힘 센서(120)로부터 지속적으로 접촉 힘 측정값을 수신하고, 수신된 접촉 힘 측정값을 기초로 접촉 압력값을 계산하고, 계산된 접촉 압력값을 이용하여 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 특정 시점의 접촉 압력 값과 특정 시점에서 사용자가 맥파 센서(110)에 가해야 할 접촉 압력 값의 차이를 기초로 접촉 압력 안내 정보를 제공할 수 있다.
프로세서(130)는 맥파 센서(110)를 통하여 획득한 하나 또는 복수의 맥파 신호와 힘 센서(120)를 통하여 획득한 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다. 이때 오실로메트릭 파형은 도 7a에 도시된 바와 같이 접촉 압력 변화에 따른 맥파 신호의 변화를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(130)는 맥파 센서(110)로부터 획득한 맥파 신호 중에서 미리 설정된 기준에 따라 하나 또는 복수의 맥파 신호를 선택하고, 선택된 맥파 신호의 조합과 힘 센서(120)로부터 획득한 접촉 힘을 기반으로 계산된 접촉 압력을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다. 이때, 미리 설정된 기준은 맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 맥파 신호 중 미리 설정된 파장의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호를 선택하는 것도 가능하다. 일 예로, 프로세서(130)는 맥파 신호 중에서 맥파 신호의 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이가 가장 큰 하나의 맥파 신호를 선택하고, 선택된 맥파 신호와 접촉 압력을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 접촉 압력 변화에 따른 오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈당, 콜레스테롤, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 혈압을 예로 들어 설명하기로 한다.
혈압은 이완기 혈압(Diastolic Blood Pressure, DBP), 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure, SBP) 및 평균 혈압(Mean Arterial Pressure, MAP)을 포함할 수 있고, 손가락에 가해지는 접촉 압력은 혈관에 작용하는 외부 압력으로서 작용할 수 있다. 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)보다 작아지면, 조직의 탄성 복원력이 혈관을 압축시키는 방향으로 작용하게 되므로 오실로메트릭 파형의 진폭은 작아지게 되고, 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)과 동일하면, 조직의 탄성 복원력은 영(zero)이 되어 혈관에 작용하지 않게 되므로 오실로메트릭 파형의 진폭은 최대가 된다. 또한, 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)보다 커지면, 조직의 탄성 복원력이 혈관을 팽창시키는 방향으로 작용하게 되므로 오실로메트릭 파형의 진폭은 작아지게 된다. 따라서, 프로세서(130)는 접촉 압력에 따른 오실로메트릭 파형의 변화를 분석하고 오실로메트릭 파형의 진폭이 최대가 되는 지점의 접촉압력을 이용하여 평균 혈압(Mean Arterial Pressure, MAP)을 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 오실로메트릭 파형의 최대 진폭 대비 제1 비율(예컨대, 0.7)의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력을 이용하여 이완기 혈압(Diastolic Blood Pressure, DBP) 을 추정하고, 오실로메트릭 파형의 최대 진폭 대비 제2 비율(예컨대, 0.6)의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력을 이용하여 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure, SBP)을 추정할 수 있다. 이때 오실로메트릭 파형의 진폭이 최대일 때의 접촉압력과 평균 혈압간의 상관관계, 최대 진폭 대비 제1 비율의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력과 수축기 혈압간의 상관관계, 및 최대 진폭 대비 제2 비율의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력과 이완기 혈압간의 상관관계는 실험을 통하여 사전에 정의될 수 있다.
혈압을 측정하기 위해서, 사용자는 손가락을 생체 정보 측정 장치(100)의 하우징(111)에 접촉한 후, 하우징(111)에 가하는 힘을 서서히 증가시킬 수 있다. 이때, 생체 정보 측정 장치(100)의 맥파 센서(110)는 도 7b 상단에 도시한 바와 같은 오실로메트릭 파형의 맥파 신호를 출력할 수 있으며, 힘 센서(120)는 도 7b 하단에 도시한 바와 같이 시간에 따라서 증가하는 접촉 힘 신호를 출력할 수 있다.
전술한 바와 같은 구조의 생체 정보 측정 장치(100)를 사용할 경우, 사용자가 손가락을 하우징(111)에 처음 접촉한 때부터 서서히 힘을 증가시키는 초기에는 손가락과 센서 사이의 접촉 면적에 변화가 있을 수 있다. 그러나, 혈압을 추정하는데 유의미한 맥파 정보가 획득되는 시간 범위에서는 접촉 면적 변화가 미미하거나 거의 없다. 따라서, 생체 정보 측정 장치(100)를 통해 혈압을 측정할 때, 사용자의 손가락과 하우징(111) 간의 접촉 면적은 고정된 것으로 볼 수 있다. 예를 들어 도 7b의 상단에 도시된 맥파 신호에서 사용자가 하우징(111)에 손가락을 처음 접촉한 시점(t0)부터 접촉 힘이 어느 정도 증가된 시점(ta)까지는 손가락과 하우징(111) 간의 접촉 면적이 증가되는 구간일 수 있다. 그러나, 시점 ta 이후의 구간은 접촉 면적에 변화가 거의 없는 구간이며, 혈압 추정을 위해 필요한 맥파 신호는 이 구간에 포함될 수 있다.
따라서, 프로세서(130)는 접촉 압력값을 계산하지 않고, 힘 센서(120)로부터 획득한 접촉 힘값을 입력 파라미터로 하는 혈압 추정 함수를 이용하여 사용자의 혈압을 추정할 수 있다. 혈압 추정 함수는 프로세서(130)의 내부 또는 외부 메모리에 저장되어 있을 수 있고, 이완기 혈압 추정 함수와 수축기 혈압 추정 함수가 독립적으로 존재할 수 있다. 혈압 추정 함수는 사전에 다수의 피검체들을 대상으로 한 실험을 통해 획득될 수 있다.
이하, 혈압 추정 함수를 획득하는 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 통해 설명한 구조의 생체 정보 측정 장치를 사용하여, 다수의 피검체를 대상으로 오실로메트릭 파형의 맥파 신호와 접촉 힘 신호를 획득할 수 있다. 각 피검체로부터 획득한 맥파 신호 및 접촉 힘 신호는 도 7b에 도시한 것과 유사한 형태를 가질 수 있다. 이와 함께, 커프 혈압계 등과 같은 별도의 혈압 측정 기기를 이용하여 피검체들의 이완기 혈압과 수축기 혈압을 측정할 수 있다. 이때 피검체들의 혈압 측정은 생체 정보 측정 장치를 이용하여 피검체들의 맥파 신호와 접촉 힘 신호를 측정할 때의 피검체들의 실제 혈압과 큰 차이가 발생하지 않는 시점에 수행될 수 있다. 예를 들어, 피검체들의 혈압을 측정하는 시점은 생체 정보 측정 장치를 이용하여 피검체들의 맥파 신호 및 접촉 힘 신호를 측정하는 도중일 수 있다. 또는, 피검체들의 혈압을 측정하는 시점은 생체 정보 측정 장치를 이용하여 피검체들의 맥파 신호 및 접촉 힘 신호를 측정하기 직전이거나 측정한 직후일 수 있다.
위과 같은 과정을 거쳐서 획득한 맥파 신호, 접촉 힘 신호, 혈압값을 이용하여 혈압 추정 함수를 도출할 수 있다. 예를 들어, 어느 한 피검체에 대해 도 7b의 상단에 도시된 형태의 오실로메트릭 파형의 맥파 신호를 얻었다고 가정한다. 맥파 신호에서 진폭이 가장 큰 시점(tr)을 기준으로, 그래프 상의 좌측에 표시된 맥파들 중에서, 최대 진폭(Amax) 대비 제1 비율의 진폭(A1)을 갖는 맥파가 나타난 시점(t1)을 선택할 수 있다. 선택된 시점(t1)에서 힘 센서를 통해 획득한 접촉 힘값(f1)를 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 접촉 힘값(f1)과 해당 피검체에 대해 측정했던 이완기 혈압값을 매핑하여 저장해둘 수 있다. 복수의 피검체에 대해 상기와 같은 과정을 반복하여, 복수의 접촉 힘값과 각 접촉 힘값에 대응되는 이완기 혈압값을 얻을 수 있다.
도 7c는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 이완기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이다. 이 데이터들(710)의 회귀분석을 통해 이완기 혈압 후보 함수(720)를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 데이터 셋(710)의 접촉 힘값을 독립변수로 하고 이완기 혈압값을 종속변수로 하는 회귀분석을 통해서, 접촉 힘과 이완기 혈압 간의 관계식을 도출할 수 있으며, 이를 이완기 혈압 후보 함수(720)로 사용할 수 있다. 이때, 회귀분석 이외에 다른 수학적 기법을 사용하는 것도 가능하다. 데이터 셋(710) 획득 시 사용한 제1 비율은, 도출된 이완기 혈압 후보 함수(720)가 이완기 혈압 추정 함수로 사용될 경우에, 입력 파라미터인 접촉 힘값을 얻기 위한 조건으로 사용될 수 있다.
도 7b에서 제1 비율을 변경하면 접촉 힘값(f1)도 변경될 수 있다. 만약, 도 7c의 데이터들(710)이 제1 비율을 X1으로 설정하여 획득한 것이라면, 제1 비율을 X2, X3 등으로 조절하면서, 변경된 접촉 힘값 및 그에 대응되는 이완기 혈압값으로 구성되는 또 다른 데이터 셋들을 획득할 수 있다. 복수의 데이터 셋 각각에 대해 이완기 혈압 후보 함수들을 도출할 수 있고, 각 이완기 혈압 후보 함수는 데이터 셋의 접촉 힘값을 입력으로 할 때 예상되는 이완기 혈압값을 출력할 수 있다. 각 이완기 혈압 후보 함수를 통해 얻은 이완기 혈압값과 데이터 셋에 포함된 실제 이완기 혈압값 간의 평균 에러를 계산하고, 가장 작은 평균 에러를 갖는 이완기 혈압 후보 함수를 선정하여 이완기 혈압 추정 함수로 사용할 수 있다.
최종 결정된 이완기 혈압 추정 함수와 그에 대응되는 제1 비율은, 도 1을 통해 설명한 생체 정보 측정 장치(100)의 프로세서(130)의 내부 또는 외부 메모리에 저장되어, 프로세서(130)가 사용자의 이완기 혈압을 계산할 때 사용될 수 있다.
위와 같은 과정을 통해서 획득한 이완기 혈압 추정 함수의 일 예는 수학식 5로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000009
수학식 5를 이용하여 이완기 혈압을 추정할 때에도, 사용자는 생체 정보 측정 장치(100)에 손가락을 접촉한 후, 누르는 힘을 서서히 증가시킬 수 있다. 이때 얻어지는 오실로메트릭 파형의 맥파 신호와 접촉 힘 신호는 도 7b와 유사한 형태를 갖는다. 만약 도 7b와 같은 신호가 획득된 경우라면, 맥파 신호에서 진폭이 최대가 되는 시점(tr)을 기준으로 그래프 상의 좌측에 표시된 맥파들 중에서, 최대 진폭(Amax) 대비 제1 비율의 진폭(A1)을 갖는 맥파가 나타난 시점(t1)에서의 접촉 힘값(f1)이 수학식 5에서의 fn에 해당될 수 있다. 수학식 5에서 a와 b는 상수이며, 사용하려는 센서의 특성이나 피검체 모집단의 특성에 따라서 결정될 수 있다.
앞서 설명한 이완기 혈압 추정 함수와 유사한 방식으로 수축기 혈압 추정 함수도 얻을 수 있다. 도 7b를 참조하여 설명하면, 어느 한 피검체를 대상으로 측정한 오실로메트릭 파형의 맥파 신호에서 진폭이 가장 큰 시점(tr)을 기준으로 하여 그래프 상의 우측에 표시된 맥파들 중에서, 최대 진폭(Amax) 대비 제2 비율의 진폭(A2)을 갖는 맥파가 나타난 시점(t2)을 선택할 수 있다. 선택된 시점(t2)에서 힘 센서를 통해 획득한 접촉 힘값(f2)를 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 접촉 힘값(f2)과 해당 피검체에 대해 측정했던 수축기 혈압값을 매핑하여 저장해둘 수 있다. 복수의 피검체에 대해 상기와 같은 과정을 반복하여, 복수의 접촉 힘값과 각 접촉 힘값에 대응되는 수축기 혈압값을 얻을 수 있다.
도 7d는 복수의 피검체로부터 얻은 접촉 힘값 및 수축기 혈압값의 데이터를 XY 좌표에 표시한 도면이다. 이 데이터들(730)의 회귀분석을 통해 수축기 혈압 후보 함수(740)를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 데이터 셋(730)의 접촉 힘값을 독립변수로 하고 수축기 혈압값을 종속변수로 하는 회귀분석을 통해서, 접촉 힘과 수축기 혈압 간의 관계식을 도출할 수 있으며, 이를 수축기 혈압 후보 함수(740)로 사용할 수 있다. 이때, 회귀분석 이외에 다른 수학적 기법을 사용하는 것도 가능하다. 데이터 셋(730) 획득 시 사용한 제2 비율은, 도출된 수축기 혈압 후보 함수(740)가 수축기 혈압 추정 함수로 사용될 경우에, 입력 파라미터인 접촉 힘값을 얻기 위한 조건으로 사용될 수 있다.
도 7b에서 제2 비율을 변경하면 접촉 힘값(f2)도 변경될 수 있다. 만약, 도 7d의 데이터들(730)이 제2 비율을 Y1으로 설정하여 획득한 것이라면, 제2 비율을 Y2, Y3 등으로 조절하면서, 변경된 접촉 힘값 및 그에 대응되는 수축기 혈압값으로 구성되는 또 다른 데이터 셋들을 획득할 수 있다. 복수의 데이터 셋 각각에 대해 수축기 혈압 후보 함수들을 도출할 수 있고, 각 수축기 혈압 후보 함수는 데이터 셋의 접촉 힘값을 입력으로 할 때 예상되는 수축기 혈압값을 출력할 수 있다. 각 수축기 혈압 후보 함수를 통해 얻은 수축기 혈압값과 데이터 셋에 포함된 실제 수축기 혈압값 간의 평균 에러를 계산하고, 가장 작은 평균 에러를 갖는 수축기 혈압 후보 함수를 선정하여 수축기 혈압 추정 함수로 사용할 수 있다.
최종 결정된 수축기 혈압 추정 함수와 그에 대응되는 제2 비율은, 도 1을 통해 설명한 생체 정보 측정 장치(100)의 프로세서(130)의 내부 또는 외부 메모리에 저장되어, 프로세서(130)가 사용자의 수축기 혈압을 계산할 때 사용될 수 있다.
위와 같은 과정을 통해서 획득한 수축기 혈압 추정 함수의 일 예는 수학식 6으로 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2019008215-appb-I000010
수학식 6을 이용하여 수축기 혈압을 추정할 때에도, 사용자는 생체 정보 측정 장치(100)에 손가락을 접촉한 후, 누르는 힘을 서서히 증가시킬 수 있다. 이때 얻어지는 오실로메트릭 파형의 맥파 신호와 접촉 힘 신호는 도 7b와 유사한 형태를 갖는다. 만약 도 7b와 같은 신호가 획득된 경우라면, 맥파 신호에서 진폭이 최대가 되는 시점(tr)을 기준으로 그래프 상의 우측에 표시된 맥파들 중에서, 최대 진폭(Amax) 대비 제2 비율의 진폭(A2)을 갖는 맥파가 나타난 시점(t2)에서의 접촉 힘값(f2)이 수학식 6에서의 fm에 해당될 수 있다. 수학식 6에서 c와 d는 상수이며, 사용하려는 센서의 특성이나 피검체 모집단의 특성에 따라서 결정될 수 있다.
앞선 설명에서 이완기 혈압 추정 함수와 수축기 혈압 추정 함수는 각각 1차 함수로 설명하였으나, 이는 실시예일뿐이다. 혈압 추정 함수는 다차 함수일 수도 있고, 다른 유형의 함수일 수도 있다. 또한 함수 대신 접촉 힘값과 추정 혈압값으로 구성되는 룩업 테이블을 사용하는 실시예도 가능하다.
도 8a 내지 도 8c는 맥파 측정부의 실시예들이다. 도 8a 내지 도 8c는 도 1의 맥파 측정부(112)의 실시예들일 수 있다. 이하, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 피검체로부터 복수의 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부 구성의 다양한 실시예들을 설명한다.
도 8a를 참조하면, 일 실시예에 따른 맥파 측정부(810)는 복수의 맥파 신호를 측정하기 위하여 맥파 측정부들의 어레이로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이 맥파 측정부(810)는 제1 맥파 측정부(811)와 제2 맥파 측정부(812)를 포함할 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 맥파 측정부 어레이를 형성하는 맥파 측정부의 개수에 특별히 제한이 있는 것은 아니다.
제1 맥파 측정부(811)는 제1 파장의 광을 피검체에 조사하는 제1 광원(811a)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 맥파 측정부(811)는 제1 광원(811a)에서 조사되어 피검체로부터 되돌아오는 제1 파장의 광을 수신하여 제1 맥파 신호를 측정하는 제1 광 검출기(811b)를 포함할 수 있다.
제2 맥파 측정부(812)는 제2 파장의 광을 피검체에 조사하는 제2 광원(812a)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 맥파 측정부(812)는 제2 광원(812a)에서 조사되어 피검체로부터 되돌아오는 제2 파장의 광을 수신하여 제2 맥파 신호를 측정하는 제2 검출기(812b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 파장과 제2 파장은 서로 다른 파장일 수 있다.
이때, 제1 광원(811a) 및 제2 광원(812a)은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 제1 광 검출기(811b) 및 제2 광 검출기(812b)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor) 또는 이미지 센서(예컨대, 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD), 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS))등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 8b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 맥파 측정부(820)는 복수의 광원(821a, 821b)을 포함하는 광원부(821)와 광 검출기(822)를 포함할 수 있다. 다만, 도 8b는 광원부(821)에 두 개의 광원을 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의일 뿐 광원의 개수에 특별히 제한되지 않는다.
제1 광원(821a)은 피검체에 제1 파장의 광을 조사하고, 제2 광원(821b)는 피검체에 제2 파장의 광을 조사할 수 있다. 이때, 제1 파장 및 제2 파장은 서로 다른 파장일 수 있다.
예를 들어, 제1 광원(821a) 및 제2 광원(821b)은 프로세서의 제어에 따라 시분할 방법으로 구동되어 순차적으로 피검체에 광을 조사하거나 동시에 피검체에 광을 조사할 수 있다. 이때, 제1 광원(821a)과 제2 광원(821b)의 방출 시간, 구동 순서, 전류의 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등의 광원 구동 조건이 미리 설정될 수 있다. 프로세서는 광원 구동 조건을 참조하여 각 광원(821a, 821b)의 구동을 제어할 수 있다.
광 검출기(822)는 제1 광원(821a) 및 제2 광원(821b)에 의해 동시 또는 순차적으로 피검체에 조사되어 피검체로부터 되돌아오는 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광을 동시 또는 순차적으로 검출하여 제1 맥파 신호 및 제2 맥파 신호를 측정할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 다른 실시예에 따른 맥파 측정부(830)는 단일 광원(831) 및 광 검출부(832)를 포함할 수 있다. 광 검출부(832)는 제1 광 검출기(832a) 및 제2 광 검출기(832b)를 포함할 수 있다. 다만, 도 8c는 광 검출부(832)에 두 개의 광 검출기를 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의일 뿐 광 검출기의 개수에 특별히 제한되지 않는다.
단일 광원(831)은 피검체에 소정 파장대의 광을 조사할 수 있다. 이때, 단일 광원(831)은 가시광선을 포함하는 넓은 파장대의 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
광 검출부(832)는 피검체로부터 되돌아오는 소정 파장대의 광을 수신하여 복수의 맥파 신호를 측정할 수 있다. 이를 위해, 광 검출부(832)는 복수 개의 서로 다른 응답 특성을 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 광 검출기(832a) 및 제2 광 검출기(832b)는 피검체로부터 되돌아오는 서로 다른 파장의 광에 반응하도록 서로 다른 측정 범위를 갖는 포토 다이오드들로 형성될 수 있다. 또는, 제1 광 검출기(832a) 및 제2 광 검출기(832b)가 서로 다른 파장의 광에 반응하도록 어느 광 검출기의 전면에 컬러 필터를 장착하거나, 두 개의 광 검출기의 전면에 서로 다른 컬러 필터를 장착할 수 있다. 또는, 제1 광 검출기(832a) 및 제2 광 검출기(832b)를 단일 광원(831)으로부터 서로 다른 거리 상에 배치할 수 있다. 이 경우, 단일 광원(831)으로부터 상대적으로 가까운 거리에 배치되는 광 검출기는 단파장 대역의 광을 검출하고, 단일 광원(831)으로부터 상대적으로 먼 거리에 배치되는 광 검출기는 장파장 대역의 광을 검출할 수 있다.
지금까지 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 복수의 맥파 신호를 측정하기 위한 맥파 측정부의 실시예들을 설명하였다. 다만, 이는 예시에 불과한 것이므로 이에 제한되는 것은 아니며, 광원 및 광 검출기의 개수 및 배열 형태 등은 다양하며 맥파 측정부의 활용 목적 및 맥파 측정부가 탑재되는 전자 장치의 크기와 형태 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 광원 및 광 검출기 배치의 실시예들을 도시한 도면이다. 더욱 상세하게는 도 9a는 맥파 센서가 반원통형으로 형성된 경우 광원 및 광 검출기 배치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 9b는 맥파 센서가 반타원체형으로 형성된 경우 광원 및 광 검출기 배치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 9c는 맥파 센서가 반구형으로 형성된 경우 광원 및 광 검출기 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 9a 내지 도 9c는 맥파 센서(110)가 2개의 광원(910a, 910b)과 1개의 광 검출기(920)를 포함하는 도시하나 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 광원 및 광 검출기의 개수에 특별히 제한이 있는 것은 아니다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 맥파 센서(110)는 2개의 광원(910a, 910b)과 1개의 광 검출기(920)를 포함할 수 있다.
광 검출기(920)는 접촉면인 곡면의 중심에 배치되고, 2개의 광원(910a, 910b)는 광 검출기(920)를 중심으로 맥파 센서(110)의 길이 방향 또는 곡면의 접선 방향으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 이때, 2개의 광원(910a, 910b)는 압력 또는 힘에 대한 에지(edge)의 영향을 줄이기 위해 에지 부분보다는 안쪽(예컨대, 0.1L~0.9L (L은 맥파 센서의 길이))에 배치될 수 있다.
도 10은 생체 정보 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 10의 생체 정보 측정 장치(1000)는 전자 장치, 전자 장치의 액세서리(예컨대, 전자 장치의 보호 케이스 등), 스타일러스 펜 등에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 장치, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 10을 참조하면, 생체 정보 측정 장치(1000)는 맥파 센서(110), 힘 센서(120), 프로세서(130), 입력부(1010), 저장부(1020), 통신부(1030) 및 출력부(1040)를 포함할 수 있다. 여기서 맥파 센서(110), 힘 센서(120) 및 프로세서(130)는 도 1 내지 도 9c를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(1010)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(1010)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(1020)는 생체 정보 측정 장치(1000)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 정보 측정 장치(1000)에 입력되는 데이터 및 생체 정보 측정 장치1000)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(1020)는 생체 정보 측정 장치(1000)에서 처리된 데이터, 및 생체 정보 측정 장치(1000)의 데이터 처리에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
저장부(1020)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 정보 측정 장치(1000)는 인터넷 상에서 저장부(1020)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(1030)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(1030)는 생체 정보 측정 장치(1000)에서 취급하는 데이터 또는 생체 정보 측정 장치(1000)의 처리 결과 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 맥파 신호 및 접촉 압력 측정 및/또는 생체 정보 추정에 필요하거나 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 생체 정보 측정 장치(1000)에서 취급하는 데이터 또는 생체 정보 측정 장치(1000)의 처리 결과 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(1030)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(1040)는 생체 정보 측정 장치(1000)에서 취급하는 데이터 또는 생체 정보 측정 장치(1000)의 처리 결과 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(1040)는 생체 정보 측정 장치(1000)에서 취급하는 데이터 또는 생체 정보 측정 장치(1000)의 처리 결과 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(840)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 11 내지 도 17은 생체 정보 측정 장치가 구현된 예를 도시한 도면이다.
생체 정보 측정 장치(100, 1000)는 스마트 폰의 엣지(도 11 참조), 스마트 폰의 옆면 버튼(도 12 참조), 스마트 폰의 홈 버튼(도 13 참조), 스타일러스 펜의 버튼 또는 프레임(도 14 참조), 스마트 폰의 보호 케이스의 엣지(도 15 참조), 조이스틱의 버튼 또는 엣지(도 16 참조) 및 시계형 웨어러블 디바이스의 엣지 또는 스트랩(도 17 참조)에 적용될 수 있다.
한편, 도 11 내지 도 17은 일 실시예에 불과할 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 생체 정보 측정 장치(100, 1000)는 전자 장치, 전자 장치의 액세서리(예컨대, 전자 장치의 보호 케이스 등), 스타일러스 펜, 조이스틱 등에서 곡면으로 형성되는 곳 또는 버튼이라면 제한없이 적용이 가능하다.
도 18은 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 18의 생체 신호 측정 방법은 도 1 및 도 10의 생체 정보 측정 장치(100, 1000)에 의해 수행될 수 있다.
도 18을 참조하면, 생체 정보 측정 장치는 곡면으로 형성된 맥파 센서의 접촉면에 접촉한 피검체로부터 하나 또는 복수의 맥파 신호를 측정할 수 있다(1810). 여기서, 맥파 신호는 광용적맥파(Photoplethysmogram, PPG) 신호일 수 있다. 생체 정보 측정 장치가 복수의 맥파 신호를 측정하는 경우, 복수의 맥파 신호는 서로 다른 파장의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 장치는 곡면으로 형성된 접촉면에 접촉된 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 하나 이상의 맥파 신호를 측정할 수 있다.
생체 정보 측정 장치는 피검체와 맥파 센서 간의 접촉 힘을 측정할 수 있다(1820). 일 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 장치는 피검체와 맥파 센서의 접촉에 따라 맥파 센서의 하부 또는 측면 등에 배치된 힘 센서에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.
생체 정보 측정 장치는 측정된 하나 또는 복수의 맥파 신호와 측정된 접촉 힘을 기반으로 피검체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1830). 생체 정보 측정 장치는 맥파 신호와 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다. 예를 들어, 생체 정보 측정 장치는 측정된 하나 또는 복수의 맥파 신호 중에서 미리 설정된 기준에 따라 하나 이상의 맥파 신호를 선택하고, 측정된 접촉 힘을 이용하여 접촉 압력을 계산할 수 있다. 또한 생체 정보 측정 장치는 선택된 하나 이상의 맥파 신호의 조합과 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득할 수 있다. 이때, 미리 설정된 기준은 맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 생체 정보 측정 장치는 하나 이상의 맥파 신호 중 미리 설정된 파장의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호를 선택하는 것도 가능하다. 생체 정보 측정 장치는 접촉 압력 변화에 따른 오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보는 혈압, 혈당, 콜레스테롤, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함할 수 있다.
혈압은 이완기 혈압(Diastolic Blood Pressure, DBP), 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure, SBP) 및 평균 혈압(Mean Arterial Pressure, MAP)을 포함할 수 있고, 피검체에 가해지는 접촉 압력은 혈관에 작용하는 외부 압력으로서 작용할 수 있다. 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)보다 작아지면, 조직의 탄성 복원력이 혈관을 압축시키는 방향으로 작용하게 되므로 맥파 신호의 진폭은 작아지게 되고, 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)과 동일하면, 조직의 탄성 복원력은 영(zero)이 되어 혈관에 작용하지 않게 되므로 오실로메트릭 파형의 진폭은 최대가 된다. 또한, 접촉 압력이 평균 혈압(MAP)보다 커지면, 조직의 탄성 복원력이 혈관을 팽창시키는 방향으로 작용하게 되므로 오실로메트릭 파형의 진폭은 작아지게 된다. 따라서, 생체 정보 측정 장치는 접촉 압력에 따른 오실로메트릭 파형의 변화를 분석하고 오실로메트릭 파형의 진폭이 최대가 되는 지점의 접촉압력을 이용하여 평균 혈압(Mean Arterial Pressure, MAP)을 추정할 수 있다. 또한, 생체 정보 측정 장치는 최대 진폭 대비 제1 비율(예컨대, 0.6)의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력을 이용하여 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure, SBP)을 추정하고, 최대 진폭 대비 제2 비율(예컨대, 0.7)의 진폭을 가지는 지점의 접촉압력을 이용하여 이완기 혈압(Diastolic Blood Pressure, DBP)을 추정할 수 있다.
예컨대, 생체 정보 측정 장치는 측정된 접촉 힘값과 전술한 수학식 5 및 수학식 6과 같은 혈압 계산식을 이용하여 혈압을 추정할 수 있다.
한편, 맥파 신호 측정 단계(1610) 및 접촉 힘 측정 단계(1620)는 서로 시간의 선후가 존재하는 것이 아니고 소정 시간 동안 동시에 수행될 수 있다.
추가적 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 장치는 맥파 신호가 측정되는 동안, 계산된 접촉 압력을 기초로 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다.
이상의 기술적 내용은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.

Claims (25)

  1. 피검체와 접촉되는 접촉면이 피검체 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성되고 상기 접촉면에 접촉한 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 맥파 센서;
    상기 맥파 센서의 하부 또는 측면에 배치되어 상기 피검체의 접촉 힘을 측정하는 힘 센서; 및
    상기 측정된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 측정된 접촉 힘을 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 프로세서; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥파 센서는,
    상기 접촉면이 곡면으로 형성된 하우징; 및
    상기 하우징 내부에 탑재되어 상기 접촉면에 접촉된 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 반원통형, 반타원체형, 또는 반구형(hemisphere)으로 형성되는,
    생체 정보 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 손가락의 크기보다 작은 크기로 형성되는,
    생체 정보 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은 복수의 사용자의 평균적인 손가락 크기보다 작은 크기로 형성되는,
    생체 정보 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    제1 곡률 반경(R1)이 2mm 이상 10mm 이하이고,
    제2 곡률 반경(R2)이 0.5*R1 이상 4*R1 이하인,
    생체 정보 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    길이가 0 초과 16mm 이하인 반원통형 또는 반타원체형으로 형성되는,
    생체 정보 측정 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    표면 거칠기가 1.6㎛ 이하인,
    생체 정보 측정 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    강도가 0.5GPa 이상인,
    생체 정보 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 맥파 신호는 광용적맥파(Photoplethysmogram, PPG) 신호인,
    생체 정보 측정 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 맥파 측정부는,
    상기 피검체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및
    상기 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 광 검출기; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭(oscillometric) 파형을 획득하고, 오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 생체 정보를 추정하는,
    생체 정보 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 하나 이상의 맥파 신호 중에서 하나 이상의 맥파 신호를 선택하고, 상기 선택된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득하는,
    생체 정보 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 기초로 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는,
    생체 정보 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 맥파 신호가 측정되는 동안, 상기 측정된 접촉 힘을 기초로 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 제공하는,
    생체 정보 측정 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 생체 정보는 혈압인,
    생체 정보 측정 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 생체 정보 측정 장치는 상기 피검체와의 접촉 면적을 측정하는 접촉 면적 센서를 포함하지 않는,
    생체 정보 측정 장치.
  18. 피검체 접촉면 쪽으로 볼록한 곡면으로 형성된 맥파 센서의 접촉면에 접촉된 피검체로부터 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계;
    상기 맥파 센서와 상기 피검체 사이의 접촉 힘을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 하나 이상의 맥파 신호 및 상기 측정된 접촉 힘을 기반으로 상기 피검체의 생체 정보를 추정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 맥파는 광용적맥파(Photoplethysmogram)인,
    생체 정보 측정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계는,
    상기 피검체에 광을 조사하는 단계; 및
    상기 피검체로부터 되돌아오는 광을 수신하여 하나 이상의 맥파 신호를 측정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 생체 정보를 추정하는 단계는,
    상기 하나 이상의 맥파 신호 및 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭(oscillometric) 파형을 획득하는 단계; 및
    오실로메트릭 파형 변화를 분석하여 상기 생체 정보를 추정하는 단계; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 오실로메트릭 파형을 획득하는 단계는,
    상기 하나 이상의 맥파 신호 중에서 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 하나 이상의 맥파 신호와 상기 접촉 힘을 이용하여 오실로메트릭 파형을 획득하는 단계; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는 단계는,
    맥파 신호 각각의 최대 진폭값, 평균 진폭값, 및 최대 진폭값과 최소 진폭값의 차이 중 적어도 하나를 기초로 하나 이상의 맥파 신호를 선택하는,
    생체 정보 측정 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 맥파 신호가 측정되는 동안, 상기 측정된 접촉 힘을 기초로 접촉 압력 안내 정보를 생성하여 제공하는 단계; 를 더 포함하는,
    생체 정보 측정 방법.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 생체 정보는 혈압인,
    생체 정보 측정 방법.
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