KR102409382B1

KR102409382B1 - 생체 정보 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102409382B1
Application number: KR1020140139069A
Authority: KR
Inventors: 강재민; 권용주; 김선권; 김연호; 박상윤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2022-06-15
Also published as: KR20160044271A; US20160106325A1; US9883811B2

Abstract

피검체의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치는 수광 소자와 복수의 발광 소자를 구비하는 생체 신호 측정부; 상기 복수의 발광 소자를 순서대로 구동시키며 상기 수광 소자에 검출되는 신호를 센싱하고, 센싱된 신호로부터 피검체의 요골 동맥 위치를 추적하는 트래킹 라인을 정하는 트래킹부; 상기 트래킹 라인 상의 두 개 이상의 지점에서 맥파 신호를 검출하고, 검출된 맥파 신호로부터 생체 정보를 분석하는 분석부;를 포함한다.

Description

생체 정보 검출 장치 및 방법{Method and apparatus for detecting information of the living body}

본 개시는 생체 정보 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

건강에 관한 관심이 증가됨에 따라 다양한 종류의 생체 정보 검출 장치가 개발되고 있다. 특히 피검자가 직접 착용할 수 있는 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)가 보급되면서 헬스 케어에 특화된 기기들이 개발되고 있다.

맥파와 같은 생체 정보 검출 방법은 크게 침습적(invasive)인 방법과 비침습적(noninvasive)인 방법으로 구분할 수 있으며, 피검자의 통증을 발생시키지 않으며 간단하게 맥파를 검출할 수 있는 비침습적 방법이 많이 사용된다.

정확한 맥파 분석(pulse wave analysis:PWA)를 위해서는 피검체의 일정한 체표면에서의 광신호 기반 또는 압력 신호 기반의 정보를 얻을 수 있어야 한다. 이러한 정보들을 기반으로 하여 피검자의 생체 정보를 얻을 수 있으며 측정 오차를 줄이기 위하여 다양한 방법들이 사용된다.

한국 공개 제10-2008-0009030호

생체 정보 검출 장치 및 방법을 제공한다.

일 유형에 따르는 생체 정보 검출 장치는 피검체의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치에 있어서, 수광 소자와 복수의 발광 소자를 구비하는 생체 신호 측정부; 상기 복수의 발광 소자를 순서대로 구동시키며 상기 수광 소자에 검출되는 신호를 센싱하고, 센싱된 신호로부터 피검체의 요골 동맥 위치를 추적하는 트래킹 라인을 정하는 트래킹부; 상기 트래킹 라인 상의 두 개 이상의 지점에서 맥파 신호를 검출하고, 검출된 맥파 신호로부터 생체 정보를 분석하는 분석부;를 포함한다.

상기 생체 신호 측정부는 상기 복수의 발광 소자가 상기 수광 소자를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

상기 복수의 발광 소자가 상기 수광 소자에 대해 등방적으로 배치될 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 복수의 수광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 각각을 둘러싸는 형태로 배치된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 하나의 수광 소자와 이를 둘러싸는 복수의 수광 소자가 하나의 서브 유닛을 이루며, 상기 서브 유닛 복수개가 벌집형으로 반복 배치된 구조를 가질 수 있다.

상기 분석부는 상기 두 개 이상의 지점간의 시간차를 측정하고, 상기 시간차로부터 PTT(pulse transit time)를 연산할 수 있다.

상기 분석부는 상기 PTT로부터, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 분석할 수 있다.

상기 발광 소자는 발광다이오드(light emitted diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함하며, 상기 수광 소자는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor: PTr) 또는 전하 결합소자(charge-couple device: CCD)를 포함할 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 분석된 상기 생체 정보에 대한 결과를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 분석된 상기 생체 정보에 대한 결과를 외부 기기로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 신호 측정부는 피검체에게 착용 가능(wearable)하도록 구성될 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치는 피검체에게 착용 가능(wearable)하도록 구성될 수 있다.

또한, 일 유형에 따르는 요골 동맥 트래킹 방법은 복수의 발광 소자를 순차적으로 구동하며 피검체에 광을 조사하는 단계; 상기 복수의 발광 소자의 순차 구동에 맞추어, 상기 수광 소자에서 신호를 검출하는 단계; 상기 수광 소자에서 검출된 신호로부터, 신호대 잡음비가 큰 순서에 따른 두 개의 검출 신호에 각각 대응하는 두 개의 발광 소자를 연결한 선을 트래킹 라인으로 정하는 단계;를 포함한다.

또한, 일 유형에 따르는 생체 정보 검출 방법은 복수의 발광 소자를 순차적으로 구동하며 피검체에 광을 조사하는 단계; 상기 복수의 발광 소자의 순차 구동에 맞추어, 상기 수광 소자에서 신호를 검출하는 단계; 상기 수광 소자에서 검출된 신호로부터, 신호대 잡음비가 큰 순서에 따른 두 개 이상의 검출 신호간의 시간차를 측정하고, 상기 시간차를 이용하여 생체 정보를 분석하는 단계;를 포함한다.

상기 생체 정보는 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압일 수 있다.

상기 생체 정보 검출 장치 및 방법에 따르면, 사람마다 다른 요골 동맥의 패턴에 맞추어 요골 동맥의 트래킹이 가능하다.

또한, 트래킹된 복수 지점에서의 맥파 신호를 이용하여, 다양한 생체 정보를 분석할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부의 발광소자, 수광소자의 배치를 보인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 다채널 생체 신호 측정부에서 사람마다 다른 요골 동맥의 패턴에 맞추어 선택적으로 일부 발광 소자가 활성화된 것을 예시적으로 보인다.
도 4는 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 의해 수행되는 요골 동맥 트래킹 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5e는 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 의해 요골 동맥 트래킹이 수행될 때 다채널 생체 신호 측정부의 일부 발광소자만이 활성화된 것을 예시적으로 보인다.
도 6은 도 5a 내지 도 5e의 구동에서의 검출 신호로부터 요골 동맥을 트래킹한 결과를 예시적으로 보인다.
도 7은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에서 요골 동맥을 트래킹한 후, 생체 정보를 분석하는 과정을 보인 흐름도이다.
도 8은 트래킹된 요골 동맥 상의 복수 지점에서 검출된 신호 패턴을 예시적으로 보인다.
도 9는 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부의 발광 소자, 수광 소자의 배치를 보인다.
도 10은 도 9의 다채널 생체 신호 측정부를 구비하는 생체 정보 검출 장치에서 수행되는 요골 동맥 트래킹 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 11은 도 10의 흐름도에 따라 트래킹된 요골 동맥 패턴에 맞추어 일부 발광 소자가 활성화된 것을 예시적으로 보인다.
도 12는 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에서 요골 동맥을 트래킹한 후, 생체 정보를 분석하는 과정에 대한 흐름도이다.
도 13은 트래킹된 요골 동맥 상의 복수 지점에서 검출된 신호 패턴을 예시적으로 보인다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부의 발광 소자, 수광 소자의 배치를 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(500)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 2는 도 1의 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부(100)의 발광소자, 수광소자의 배치를 보인 평면도이다.

생체 정보 검출 장치(500)는 피검체(OBJ)의 생체 정보를 검출하는 장치로서, 다채널 생체 신호 측정부(100), 다채널 생체 신호 측정부(100)를 제어하고, 측정 결과에 따라 생체 정보 분석을 위한 다양한 처리를 수행하는 프로세서(200)를 포함한다. 또한, 생체 정보 검출 장치(500)는 메모리(300), 사용자 인터페이스(400)를 더 포함할 수 있다.

다채널 생체 신호 측정부(100)는 발광부(120)와 수광부(130)를 포함한다. 발광부(120)는 피검체(OBJ)에 광을 조사하고, 수광부(130)는 피검체(OBJ)로부터 산란, 반사된 광을 검출한다. 검출된 광 신호는 생체 정보 분석을 위해 다양하게 사용되며, 이에 대해서는 보다 상세히 후술할 것이다.

피검체(OBJ)는 생체 정보 검출 대상으로서 생체 정보 검출 장치(500)의 다채널 생체 신호 측정부(100)와 접촉 또는 인접할 수 있는 생체부일 수 있으며, PPG(photoplethysmography)를 통한 맥파 측정이 용이한 인체 부위일 수 있다. 예를 들어 손목 표면의 요골 동맥부와 인접한 영역일 수 있다. 요골 동맥이 지나가는 손목의 피부 표면에서 맥파가 측정될 경우, 손목 내부의 피부 조직의 두께 등과 같은 측정의 오차를 발생시키는 외부적 요인들의 영향을 비교적 적게 받을 수 있다. 요골 동맥은 또한, 손목 내의 다른 종류의 혈관들보다 정확한 혈압을 측정할 수 있는 혈관에 해당되는 것으로 알려져 있다. 다만, 피검체(OBJ)는 이에 제한되지 않으며 기타 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락 또는 귓볼 등 인체의 말초 부위일 수 있다.

도 2를 참조하면, 다채널 생체 신호 측정부(100)의 발광부(120)는 복수의 발광 소자(121~126)를 포함하고, 수광부(130)는 수광 소자(131)를 포함한다. 복수의 발광 소자(121~126)는 수광 소자(131)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 도면에서는 여섯개의 제 1 내지 제6 발광 소자(121~126)가 수광 소자(131)의 주위에 등방적으로 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제 1 내지 제 6 발광 소자(121~126)로 발광 다이오드(light emitted diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode)가 사용될 수 있다. 제 1 내지 제 6 발광 소자(121~126)는 순서대로 하나씩 구동되며 피검체(OBJ)에 광을 조사할 수 있다.

수광부(130)로 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor: PTr) 또는 전하 결합소자(charge-couple device: CCD)가 사용될 수 있다. 수광 소자(131)는 피검체(OBJ)로부터 산란, 반사되는 광 신호를 센싱한다. 예를 들어, 피검체(OBJ)에 조사된 레이저 광의 산란 형상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출할 수 있다. 레이저 스펙클이란, 간섭성을 가진 레이저를 산란체에 조사하였을 때 간섭 현상 또는 산란 현상에 의해 생기는 불규칙한 무늬(불규칙한 패턴)를 의미한다. 수광부(130)는 이와 같은 레이저 스펙클에 대응되는 광 신호를 검출할 수 있다.

프로세서(200)는 트래킹부(220), 맥파 분석부(240), 생체 정보 분석부(260)를 포함할 수 있다.

트래킹부(220)는 다채널 생체 신호 측정부(100)에 구비된 복수의 발광 소자(121~126)를 순서대로 구동시키며 수광부(130)에 검출되는 신호를 센싱하고, 센싱된 신호로부터 피검체의 요골 동맥 위치를 추적할 수 있다. 구체적으로, 다채널 생체 신호 측정부(100)가 피검체(OBJ)에 접촉 또는 인접하여 광 조사 및 광신호 검출을 수행할 때, 피검체(OBJ)의 요골 동맥에 대한 복수의 발광 소자(121~126)의 상대적 위치에 따라 검출된 광신호의 신호대 잡음비는 달라지게 된다. 예를 들어, 복수의 발광 소자(121~126) 중, 상대적으로 요골 동맥에 가까운 발광 소자에서 광을 조사할 때 수광부(130)에서 검출되는 광 신호는 신호대 잡음비가 상대적으로 크게 나타나며, 상대적으로 요골 동맥에서 먼 위치의 발광 소자가 광을 조사할 때 수광부(130)에서 검출되는 광 신호는 노이즈 성분이 많아 신호대 잡음비가 낮게 나타날 것이다. 이와 같이 검출된 광신호의 신호대 잡음비를 분석하여, 적어도 두 개의 발광 소자를 선택할 수 있고, 이의 위치들을 연결한 선을 요골 동맥 트래킹 라인으로 정할 수 있다.

맥파 분석부(240)는 트래킹부(220)에서 정해진 트래킹 라인 상의 두 개 이상의 지점에서의 맥파 신호를 분석한다. 맥파 분석부(240)는 구체적으로, 수광부(130)에서 검출된 광신호의 시간별 세기 변화를 분석한다. 맥파 분석부(240)는 피검체(OBJ)의 혈관(예를 들어, 요골 동맥)의 용적 변화에 대응되는 레이저 스펙클의 변동(fluctuation)을 분석함으로써 생체 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 생체 신호는, 분석된 스펙클 변동과 용적 변화의 상관관계에 기초하여 변환된 PPG(photoplethysmogram) 신호일 수 있다. 맥파 분석부(240)는 PPG 맥파 신호의 파형 특성을 분석하여 PPG 맥파 신호에 포함된 다양한 파라미터들을 분석한다. 예를 들어, 맥파 신호간의 시간차(delay time)를 산출하며, 이로부터 PTT(pulse transit time)를 연산할 수 있다. 이 과정에서, 노이즈 제거 알고리즘, 미분 신호 추출 알고리즘 등 다양한 디지털 신호 처리 알고리즘을 사용할 수 있다.

생체 정보 분석부(260)는 맥파 신호 분석 결과를 지표로 사용하여 다양한 생체 정보를 분석한다. 생체 정보 분석부(260)는 맥파 분석부(240)에서 분석된 PTT(pulse transit time)로부터 다양한 생체 정보를 산출하는 소정의 알고리즘을 이용하여 생체 정보를 분석할 수 있다. 예를 들어, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 (systolic blood pressure) 또는 이완기 혈압 (diastolic blood pressure) 등을 추정할 수 있다.

메모리(400)에는 프로세서(200)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입/출력되는 데이터들 이 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(200)에서 수행되는 상기한 트래킹, 맥파 분석, 생체 정보 분석을 위한 프로그램이 코드로 저장될 수 있다. 또한, 프로세서(200)에서의 처리에 필요한, 다채널 생체 신호 측정부(100)에서의 측정 결과들이 저장될 수 있다.

메모리(300)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.

사용자 인터페이스(400)는 사용자 및/또는 외부기기와의 인터페이스로서, 입력부와 출력부를 포함한다. 여기서, 사용자는 사용자는 생체 정보를 측정하고자 하는 대상, 즉, 피검체(OBJ)일 수도 있지만, 의료 전문가 등 상기 생체 정보 검출 장치(100)를 이용할 수 있는 사람으로서, 피검체(OBJ)보다 넓은 개념일 수 있다. 사용자 인터페이스(400)를 통해 생체 정보 검출 장치(100)를 동작하기 위해 필요한 정보가 입력되고, 분석된 결과가 출력될 수 있다. 사용자 인터페이스(400)는 예를 들어, 버튼, 커넥터, 키패드, 디스플레이부 등을 포함할 수 있고, 또한, 음향 출력부나 진동 모터와 같은 구성을 더 포함할 수도 있다.

생체 정보 검출 장치(500)는 또한, 분석된 결과를 외부의 다른 기기로 전송하기 위한 통신부(450)를 더 구비할 수도 있다. 외부 기기는 예를 들어, 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비일 수 있으며, 결과물을 프린트하기 위한 프린터일 수 있고, 또는, 분석 결과를 디스플레이하는 표시 장치일 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

통신부(450)는 외부 기기와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 통신부(165)는 외부 기기와 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 WIFI 통신 방법을 이용하여 통신할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

생체 정보 검출 장치(500)는 피검체(OBJ)에 착용될 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)의 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형으로 구현될 수 있으며, 이외에도, 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형으로 구현될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

또는, 생체 정보 검출 장치(500)의 일부 구성만이, 예를 들어, 다채널 생체 신호 측정부(100) 부분이 피검체(OBJ)에 상기 예시와 같이, 착용될 수 있는 형태로 구성될 수도 있다.

도 3a 내지 도 3c는 다채널 생체 신호 측정부(100)에서 사람마다 다른 요골 동맥의 패턴에 맞추어 선택적으로 일부 발광 소자가 활성화된 것을 예시적으로 보인다.

도 3a를 참조하면, 요골 동맥(RA)상의 가장 근접한 위치의 제 3 발광 소자(123), 제 6 발광 소자(126)가 활성화되고, 도 3b를 참조하면, 요골 동맥(RA)상의 가장 근접한 위치의 제 3 발광 소자(123), 제 6 발광 소자(126)가 활성화되고, 도 3c를 참조하면, 요골 동맥(RA)상의 가장 근접한 위치의 제 1 발광 소자(121), 제 4 발광 소자(124)가 활성화되어 있다.

상기 도면들은 생체 정보 검출 장치(500)에서 다채널 생체 신호 측정부(100)를 이용한 트래킹 결과에 따라 사람마다 다른 요골 동맥 패턴이 트래킹된 것을 예시하는 것이다. 맥파 신호 검출시, 상기 활성화된 것으로 표시된 복수의 발광 소자가 하나씩 구동되며 광신호가 검출된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상기 활성화된 것으로 표시된 복수의 발광 소자가 동시에 구동되며 광신호가 검출될 수도 있다.

도 4는 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(500)에 의해 수행되는 요골 동맥 트래킹 방법을 설명하는 흐름도이다. 그리고, 도 5a 내지 도 5e는 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(500)에 의해 요골 동맥 트래킹이 수행될 때 다채널 생체 신호 측정부(100)의 일부 발광소자만이 활성화된 것을 예시적으로 보인다. 도 6은 도 5a 내지 도 5e의 구동에서의 검출 신호로부터 요골 동맥을 트래킹한 결과를 예시적으로 보인다.

도 4를 참조하면, 채널수, 즉, 발광 소자의 개수만큼의 회수로, 광 조사, 수광 소자에서 광신호 검출 및 맥파의 신호 레벨을 판별하고 저장하는 과정(S201~S204)을 반복한다.

먼저, 도 5a와 같이, 제 1 발광 소자(121)만을 구동시키고 나머지는 오프 상태로 한 상태에서, 수광 소자(131)에서 광신호를 검출한다 (S202).

검출된 광신호는 전술한 바와 같이, 요골 동맥의 용적 변화에 연동하여 시간에 따른 세기 변화를 포함할 수 있다. 검출된 신호로부터 맥파를 분석하고, 요골 동맥 트래킹을 위해 사용될 지표로서, 맥파의 신호 레벨을 판별하여 결과를 저장한다(S203). 맥파의 신호 레벨은 신호대 잡음비와 같은 정보를 포함할 수 있다.

다음, 도 5b 내지 도 5e와 같이, 제 2 발광 소자(122) 내지 제 6 발광 소자(126)만을 각각 구동시키고 나머지는 오프로 한 상태에서 수광 소자(131)에서 광신호를 검출하고(S202), 맥파의 신호 레벨을 판별하여 결과를 저장한다(S203).

다음, 저장된 결과들을 비교하여, 두 개의 최적 지점을 선택하고 트래킹 라인을 결정한다(S204). 두 개의 최적 지점은 신호대 잡음비가 큰 순서대로, 두 개를 선택할 수 있다. 예를 들어, 신호대 잡음비가 가장 큰 경우와 두 번째 큰 경우에 해당하는 발광 소자를 선택하고, 그 위치를 연결한 선을 트래킹 라인으로 정할 수 있다.

제 1 발광 소자(121), 제 4 발광 소자(124)는 요골 동맥(RA)과 마주하는 위치에 있으므로, 도 5a, 도 5d의 경우에 수광 소자(131)에서 검출되는 광신호는 다른 경우에 비해 신호대 잡음비가 크게 나타나게 된다. 즉, 도 6에 표시한 것과 같이, 제 1 발광 소자(121)와 제 4 발광 소자(124)의 위치를 연결한 선을 요골 동맥 트래킹 라인으로 정할 수 있다.

상기 설명에서는 두 개의 발광 소자가 요골 동맥과 마주하는 위치에 있는 경우를 예시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 다양한 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 하나의 발광 소자가 요골 동맥과 마주하고, 나머지는 이에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 신호대 잡음비가 가장 큰 경우는 명확히 나타나지만, 두번째, 세번째의 경우는 그 차이가 미미할 수 있다. 이 때에는, 신호대 잡음비가 가장 큰 경우에 해당하는 발광 소자 위치를 첫번째 최적 지점으로 정하고, 두번째, 세번째로 큰 신호대 잡음비를 발생시키는 발광 소자들의 중간 지점을 두번째 최적 지점으로 정할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치(100)에서 요골 동맥을 트래킹한 후, 생체 정보를 분석하는 과정을 보인 흐름도이다. 도 8은 트래킹된 요골 동맥 상의 복수 지점에서 검출된 신호 패턴을 예시적으로 보인다.

요골 동맥 트래킹 라인이 정해지면, 트래킹 라인 상의 두 지점에서의 PPG 맥파 신호를 획득한다(S206). 상기 두 지점은 도 4, 도 5a 내지 도 5e의 과정에서 결정된 두 개의 최적 지점일 수 있다. 이에 해당되는 위치로 광을 조사하고 광신호 검출, 맥파 분석을 수행할 수 있다. 또는, 도 4의 S203단계에서 저장한 결과를 사용할 수도 있다.

다음, 두 맥파 신호로부터 PTT를 분석한다(S207).

도 8에 도시된 바와 같이, 획득된 두 개의 맥파 신호(P1, P2)의 파형을 비교하여 시간차(time delay)(Δt)를 분석한다. 상기 시간차(Δt)는 PTT(pulse transit time) 정보와 관련된 파라미터로서, 이로부터 PTT를 분석할 수 있다.

다음, 맥파 신호 파형, PTT 정보등을 이용하여 생체 정보를 분석할 수 있다. 생체 정보는 혈과 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 수축기 혈압(systolic blood pressure) 또는 이완기 혈압(diastolic blood pressure)을 포함할 수 있고, 또한, 현재 혈압 상태가 정상인지 비정상인지에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부(100')의 발광 소자, 수광 소자의 배치를 보인다.

다채널 생체 신호 측정부(100')는 복수의 수광 소자와, 상기 복수의 수광 소자 각각을 둘러싸는 형태로 배치된 복수의 발광 소자를 포함한다.

구체적으로, 제 1 수광 소자(130_1)와 이를 둘러싸는 복수의 발광 소자(11~16)이 제 1 서브 유닛(SU1)을 구성하고, 제 2 수광 소자(130_2)와 이를 둘러싸는 복수의 발광 소자(21~24, 15, 16)가 제 2 서브 유닛(SU2)을 구성하며, 제 3 수광 소자(130_3)와, 이를 둘러싸는 복수의 발광 소자(31~33, 25, 15, 14)가 제 3 서브 유닛(SU3)을 구성할 수 있다.

도 10은 도 9의 다채널 생체 신호 측정부(100')를 구비하는 생체 정보 검출 장치에서 수행되는 요골 동맥 트래킹 방법을 설명하는 흐름도이다.

하나의 서브 유닛에 대하여, 이에 포함된 복수의 발광 소자들을 순차적으로 하나씩 선택하여 구동하고 나머지는 오프시킨 상태에서(S211), 수광 소자에서 광신호를 검출하고(S212), 맥파의 신호 레벨 판별 및 저장(S213)한다. 상기 서브 유닛에 포함된 모든 발광 소자들에 대한 상기한 과정이 끝난 후, 저장된 맥파 신호 레벨을 비교하여 최적 지점을 선택한다(S215). 이 때, 선택된 최적 지점은 하나 또는 그 이상일 수 있고, 또는 0개일 수도 있다. 본 실시예에서는 복수의 서브 유닛에 대해 상기한 측정을 반복하므로, 최종적으로 두 개 또는 그 이상의 최적 지점이 선택되게 되며, 일부 서브 유닛에서는 최적 지점이 선택되지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 서브 유닛에서는 모든 채널에서의 신호대 잡음비가 모두 낮아 무의미한 차이를 가질 수 있고, 이러한 경우는 최적 지점을 선택하지 않을 수 있다.

S210~S215 과정을 복수의 서브 유닛, 즉, 제 1 내지 제3 서브 유닛(SU1, SU2, SU3)에 대해 반복하고 그 결과를 저장한다(S216).

각 서브 유닛에 대한 측정에서 정해진 최적 지점으로부터 트래킹 라인을 결정한다(S217). 트래킹 라인은 두 개 이상의 최적 지점으로 결정될 수 있으며, 이 경우, 예를 들어, S215 단계에서 선택된 최적 지점 중 일부는 최종 결정되는 트래킹 라인에 반영되지 않을 수도 있다. 이와 같은 결정에는 복수 서브 유닛 각각에 대한 측정에서 선택된 최적 지점 간의 연결 관계나, 채널 전체의 신호대 잡음비 레벨을 고려할 수 있다.

도 11은 도 10의 흐름도에 따라 트래킹된 요골 동맥 패턴에 맞추어 일부 발광 소자가 활성화된 것을 예시적으로 보인다.

도면을 참조하면, 발광 소자(11, 14, 32)의 위치가 트래킹 라인을 결정하고 있다.

도 12는 도 9의 다채널 생체 신호 측정부(100')을 사용하여 요골 동맥을 트래킹한 후, 생체 정보를 분석하는 과정에 대한 흐름도이고, 도 13은 트래킹된 요골 동맥 상의 복수 지점에서 검출된 신호 패턴을 예시적으로 보인다.

요골 동맥 트래킹 라인이 정해지면, 트래킹 라인 상의 복수 지점에서의 PPG 맥파 신호를 획득한다(S218). 상기 두 지점은 도 10의 과정에서 결정된 두 개 이상의 최적 지점일 수 있다. 예를 들어, 도 11에 예시한 바와 같이, 세 개의 지점일 수 있다. 이에 해당되는 위치로 광을 조사하고 광신호 검출, 맥파 분석에 따라 PPG 맥파 신호가 획득될 수 있다. 또는, 도 10의 S213단계에서 저장한 결과를 사용할 수도 있다.

다음, 복수의 맥파 신호로부터 PTT를 분석한다(S219).

도 13에 도시된 바와 같이, 획득된 세 개의 맥파 신호(P1, P2, P3)의 파형을 비교하여 시간차(time delay)(Δt1, Δt1)를 분석한다. 상기 시간차(Δt1, Δt1)는 PTT(pulse transit time) 정보와 관련된 파라미터로서, 이로부터 PTT를 분석할 수 있다.

다음, 맥파 신호 파형, PTT 정보등을 이용하여 생체 정보를 분석할 수 있다(S220). 생체 정보는 혈과 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 수축기 혈압(systolic blood pressure) 또는 이완기 혈압(diastolic blood pressure)을 포함할 수 있고, 또한, 현재 혈압 상태가 정상인지 비정상인지에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

상술한 설명에서, 도 9의 다채널 생체 신호 측정부(100')가 세 개의 서브 유닛을 포함하는 것으로 예시하였으나, 이에 제한되지 않으며, 다채널 생체 신호 측정부(100')는 세 개 이상의 서브 유닛을 포함할 수도 있다.

도 14는 또 다른 실시예에 따른 생체 정보 검출 장치에 채용되는 다채널 생체 신호 측정부(100")의 발광 소자, 수광 소자의 배치를 보인다.

본 실시예의 다채널 생체 신호 측정부(100)는 수광 소자(130_k)와 이를 둘러싼 복수의 발광 소자(k1~k6)으로 이루어진 서브 유닛(SUk) 복수개가 벌집형으로 배치된 구조를 갖는다. 이러한 다채널 생체 신호 측정부(100)를 구비한 생체 정보 검출 장치의 구동은 전술한 설명들과 실질적으로 동일하다.

서브 유닛(SUk)의 개수가 많아질수록, 요골 동맥 트래킹 라인 분석의 정확도, 이에 근거한 맥파 분석 및 생체 정보 분석의 정확도는 높아질 수 있다.

한편, 상술한 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이러한 본원 발명인 생체 정보 검출 장치 및 방법은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

500 -생체 정보 검출 장치
100, 100', 100" -다채널 생체 신호 측정부
121~126, 11~16, 21~24, 31~33 -발광 소자
131, 130_1, 130_2, 130_3, 130_k -수광 소자
SU1, SU2, SU3, SUk -서브 유닛

Claims

피검체의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치에 있어서,
벌집형으로 배치된 복수의 서브 유닛을 포함하며, 상기 복수의 서브 유닛 각각은 수광 소자와 상기 수광 소자를 등방적으로 둘러싸는 복수의 발광 소자를 구비하는, 생체 신호 측정부;
상기 복수의 서브 유닛 각각에 대해 상기 복수의 발광 소자를 순서대로 구동시키며 상기 수광 소자에 검출되는 신호를 센싱하고, 센싱된 신호로부터 피검체의 요골 동맥 위치를 추적하는 트래킹 라인을 정하는 트래킹부; 및
상기 트래킹 라인 상의 두 개 이상의 지점에서의 맥파 신호와 시간차를 획득하고, 상기 시간차로부터 PTT(pulse transit time)를 연산하며 생체 정보를 분석하는 분석부;를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
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제1항에 있어서,
상기 분석부는
상기 PTT로부터, 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압을 분석하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 발광 소자는 발광다이오드(light emitted diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함하며,
상기 수광 소자는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor: PTr) 또는 전하 결합소자(charge-couple device: CCD)를 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서,
분석된 상기 생체 정보에 대한 결과를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서,
분석된 상기 생체 정보에 대한 결과를 외부 기기로 전송하는 통신부를 더 포함하는 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호 측정부는 피검체에게 착용 가능(wearable)하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 정보 검출 장치는 피검체에게 착용 가능(wearable)하도록 구성된 생체 정보 검출 장치.
벌집형으로 배치된 복수의 서브 유닛을 포함하며 상기 복수의 서브 유닛 각각은 수광 소자와 상기 수광 소자를 등방적으로 둘러싸는 복수의 발광 소자를 구비하는 생체 신호 측정부가 상기 복수의 발광 소자를 순차적으로 구동하며 피검체에 광을 조사하는 단계;
상기 생체 신호 측정부가 상기 복수의 발광 소자의 순차 구동에 맞추어, 상기 수광 소자에서 신호를 검출하는 단계; 및
트래킹부가 상기 수광 소자에서 검출된 신호로부터, 신호대 잡음비가 큰 순서에 따른 두 개의 검출 신호에 각각 대응하는 두 개의 발광 소자를 연결한 선을 트래킹 라인으로 정하는 단계;를 포함하는 요골 동맥 트래킹 방법.
생체 신호 측정부와 트래킹부가 제13항의 요골 동맥 트래킹 방법을 수행하는 단계; 및
분석부가, 상기 트래킹 라인 상의 두 개 이상의 지점에서의 맥파 신호와 시간차를 획득하고, 상기 시간차로부터 PTT(pulse transit time)를 연산하여 생체 정보를 분석하는 단계;를 포함하는 생체 정보 검출 방법.
제14항에 있어서,
상기 생체 정보는 혈관 탄성도, 혈류 속도, 동맥 경화도, 혈관의 수축기 혈압 또는 이완기 혈압인 생체 정보 검출 방법.