KR102608633B1 - 전자 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
전자 장치가 개시된다. 본 개시의 전자 장치는 센서, 통신부 및 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 센서로부터 수신하고, 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 통신부를 통해 외부 전자 장치로부터 수신하며, 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 센서로부터 수신된 제2 생체 신호 및 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하고, 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득하는 프로세서를 포함하며, 기설정된 신체 기관으로부터 제1 생체 신호가 전파되는 속도는, 제2 생체 신호가 전파되는 속도보다 빠른 전자 장치로 구현될 수 있다.
Description
본 발명은 복수의 생체 신호를 획득하는 전자 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 전자 장치가 개발 및 보급되고 있다. 특히, 휴대 가능한 다양한 전자 장치가 사용자의 다양한 생체 정보를 센싱하여 건강 상태를 쉽게 확인할 수 있게 되었다.
그러나, 단일 측정 지점에서 센싱된 생체 신호를 기초로 정확한 심혈관계 생체 정보를 획득하는데 어려움이 있었다. 예를 들어, 단일 측정 지점에서 센싱된 맥파 이동 시간을 기초로 혈압과 같은 정보를 정확히 획득하는데 어려움이 있었다.
이에 따라, 복수의 측정 부위에서 센싱된 생체 신호를 기초로 하여 심혈관계 정보를 획득할 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은, 특정 생체 신호를클록 신호로 하여, 복수의 측정 부위에서 센싱한 생체 신호를 기초로 생체 정보를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치는 센서, 통신부 및 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 상기 센서로부터 수신하고, 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 상기 통신부를 통해 외부 전자 장치로부터 수신하며, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호를 기준으로 상기 센서로부터 수신된 상기 제2 생체 신호 및 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 상기 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득하는 프로세서를 포함하며, 기설정된 신체 기관으로부터 상기 제1 생체 신호가 전파되는 속도는, 상기 제2 생체 신호가 전파되는 속도보다 빠를 수 있다.
또한, 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제1 크기의 제1 생체 신호가 측정되는 시간 차이는, 상기 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제2 크기의 제2 생체 신호가 측정되는 시간 차이보다 작을 수 있다.
한편, 상기 프로세서는, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 동기화하며, 상기 제1 생체 신호는 심탄도(ballistocardiogram, BCG)를 포함하고, 상기 제2 생체 신호는 용적맥파(plethysmogram, PPG)를 포함한다.
이 경우, 상기 센서는, 가속도계 및 PPG 센서를 포함하며, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호는, 상기 가속도계에 의해 센싱되고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제2 생체 신호는, 상기 PPG 센서에 의해 센싱된다.
한편, 상기 프로세서는, 상기 동기화된 제2 생체 신호들을 cross-correlation 연산하여 상기 제3 생체 신호를 획득한다.
한편, 상기 프로세서는, 인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 상기 제3 생체 신호로부터 혈압 측정 정보를 획득한다.
이 경우, 상기 제3 생체 신호는, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 호흡수(respiration rate), 심박수(heart rate) 및 용적맥파 모양(PPG shape) 중 적어도 하나를 포함한다.
한편, 상기 혈압 측정 정보는, 혈압, 일회박출량(stroke volume) 및 혈관탄성(vascular elasticity) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법에 있어서, 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 수신하고, 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 외부 전자 장치로부터 수신하는 단계, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호를 기준으로 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호 및 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 상기 제2 생체 신호를 동기화 하는 단계 및 상기 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득하는 단계를 포함하고, 기설정된 신체 기관으로부터 상기 제1 생체 신호가 전파되는 속도는, 상기 제2 생체 신호가 전파되는 속도보다 빠를 수 있다.
이 경우, 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제1 크기의 제1 생체 신호가 측정되는 시간 차이는, 상기 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제2 크기의 제2 생체 신호가 측정되는 시간 차이보다 작을 수 있다.
한편, 상기 동기화 하는 단계는, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 동기화하며, 상기 제1 생체 신호는 심탄도(ballistocardiogram, BCG)를 포함하고, 상기 제2 생체 신호는 용적맥파(plethysmogram, PPG)를 포함한다.
한편, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호는, 가속도계에 의해 센싱되고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제2 생체 신호는, PPG 센서에 의해 센싱된다.
또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 동기화된 제2 생체 신호들을 cross- correlation 연산하여 상기 제3 생체 신호를 획득한다.
한편, 상기 획득하는 단계는, 인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 상기 제3 생체 신호로부터 혈압 측정 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제3 생체 신호는, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 호흡수(respiration rate), 심박수(heart rate) 및 용적맥파 모양(PPG shape) 중 적어도 하나를 포함한다.
한편, 상기 혈압 측정 정보는, 혈압, 일회박출량(stroke volume) 및 혈관탄성(vascular elasticity) 중 적어도 하나를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 특정 생체 신호를 클록 신호로 이용하여, 복수의 장치를 동기화함으로써 정확한 생체 정보를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전자 장치가 생체 신호를 수신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따라 생체 신호의 동기화를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 cross-correlation 연산을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전자 장치가 생체 신호를 수신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따라 생체 신호의 동기화를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 cross-correlation 연산을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 개시의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시의 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 발명된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 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.
본 개시에서 "모듈" 혹은 "부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈" 혹은 복수의 "부"는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 "모듈" 혹은 "부"를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템(1000)은 전자 장치(100) 및 외부 전자 장치(200)를 포함할 수 있다.
전자 장치(100) 및 외부 전자 장치(200)는 스마트폰, 스마트 워치, 이어폰, 스마트 글래스 등 다양한 휴대용 기기 또는 웨어러블 기기로 구현될 수 있으나, 가전 기기, 의료 기기, 통신 기기로도 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(100)와 외부 전자 장치(200)는 서로 다른 측정 부위에서 생체 신호를 센싱할 수 있다. 외부 전자 장치(200)에서 센싱한 생체 신호를 전자 장치(100)로 전송하고, 전자 장치(100)는 수신된 생체 신호와 전자 장치(100)가 센싱한 생체 신호를 함께 처리하여 다양한 생체 정보를 획득할 수 있다.
일 예로, 전자 장치(100) 및 외부 전자 장치(200)는 서로 다른 측정 부위에서 생체 신호를 측정함에 따라, 전자 장치(100)는 맥파 이동 시간을 획득할 수 있다. 즉, 서로 다른 복수의 측정 부위에서 생체 신호를 측정함에 따라 일정 거리 이격된 서로 다른 측정 부위를 통과하는 맥파 이동 시간을 획득할 수 있다.
그러나, 맥파 이동 시간에 한정되지 않으며, 머신 러닝 기술을 기초로 다양한 생체 신호를 획득할 수 있다. 일 예로, 서로 다른 측정 부위에서 전자 장치(100) 및 외부 전자 장치(200)가 센싱한 생체 신호를 기반으로 머신 러닝을 수행하여, 심박수 등 다양한 생체 데이터를 획득할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치는 센서(110), 통신부(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
센서(110)는 사용자의 다양한 생체 신호를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(110)는 신체의 특정 부위에 접촉되어 맥박에 따른 변화량에 기초한 생체 신호를 센싱할 수 있다. 생체 신호는 BCG(심탄도, ballistocardiogram), PPG(용적맥파, plethysmogram)를 포함할 수 있다. 센서(110)는 생체 신호를 센싱하여 프로세서(130)로 전송하며, 센서(110)에 대한 자세한 사항은 도 2b에서 후술한다.
통신부(120)는 다양한 유형의 전자 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부(120)는 IR(Infrared), WI-FI(Wireless Fidelity), Bluetooh, Zigbee, 비콘(Beacon), NFC(near field communication), WAN, 이더넷(Ethernet), IEEE 1394, HDMI, USB, MHL, AES/EBU, 옵티컬(Optical), 코액셜(Coaxial) 등과 같은 다양한 통신 방식을 통해 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 통신부(120)는 외부 전자 장치(200)와 다양한 생체 신호를 송수신할 수 있으며, 서버(미도시)로부터 생체 신호의 분석에 필요한 다양한 정보를 송수신할 수 있다.
프로세서(130)는 전자 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 프로세서(130)는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로 프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서(130)는 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 센서(110)로부터 수신하고, 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 통신부(120)를 통해 외부 전자 장치(200)로부터 수신할 수 있다.
프로세서(130)는 기설정된 신체 기관으로부터 전파되는 속도가 제2 생체 신호보다 큰 제1 생체 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 생체 신호는 BCG(심탄도, ballistocardiogram)를 포함하며, 제2 생체 신호는 PPG(용적맥파, plethysmogram)를 포함할 수 있다. 이 경우, 프로세서(130)는 전파되는 속도가 큰 제1 생체 신호를 기준으로 전자 장치(100) 및 외부 전자 장치(200)에서 획득한 제2 생체 신호를 처리할 수 있다.
프로세서(130)는 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 센서(110)로부터 수신된 제2 생체 신호 및 외부 전자 장치(200)로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(130)는 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호 및 외부 전자 장치(200)로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하는 제1 동기화를 수행하고, 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 외부 전자 장치(200)로부터 수신된 제1 생체 신호를 동기화하는 제2 동기화를 수행할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는 제2 생체 신호를 동기화하고, 제1 생체 신호를 동기화 할 수 있다. 이에 대한 자세한 사항은 도 4에서 후술한다.
프로세서(130)는 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득할 수 있다.
일 예로, 프로세서(130)는 동기화된 제2 생체 신호들을 cross-correlation 연산하여 제3 생체 신호를 획득할 수 있다. cross-correlation 연산을 수행함으로써 두 개의 파형의 시간 지연을 판단할 수 있다. Cross-correlation 연산에 대해서는 도 5에서 후술한다.
이에 따라, 프로세서(130)는 Cross-correlation 연산에 의해 제2 생체 신호들의 시간 지연을 판단할 수 있으며, 시간 지연에 기초하여 제3 생체 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 BCG와 PPG를 이용하여 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 호흡수(respiration rate), 심박수(heart rate) 및 용적맥파 모양(PPG shape) 중 적어도 하나를 포함하는 제3 생체 신호를 획득할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 제3 생체 신호로부터 심혈관계 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 Random Forest, k-Means와 같은 Shallow 러닝 또는 NN, RNN, CNN과 같은 Deep 러닝 기술을 이용하여, 제3 생체 신호로부터 심혈관계 정보를 획득할 수 있다. 이 경우, 심혈관계 정보는 혈압, 일회박출량(stroke volume) 및 혈관탄성(vascular elasticity) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 프로세서(130)는 맥파 전달 시간을 다양한 회귀 모델(Regression Model)에 대입하여 혈압 정보를 획득할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 센서(110)는 다양한 생체 신호를 센싱할 수 있으며, 가속도 센서(111), 자이로스코프 센서(112), 이미지 센서(113) 및 PPG 센서(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
가속도 센서(111) 및 자이로스코프 센서(112)는 측정 부위의 운동량에 기초하여 생체 신호를 획득할 수 있으며, 일 예로, 생체 신호는 BCG(심탄도, ballistocardiogram)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 가속도 센서(111) 및 자이로스코프 센서(112)는 심박동에 따른 측정 부위의 미세한 진동을 전기적 신호로 바꾸어 프로세서(130)로 전송하고, 프로세서(130)는 전기적 신호를 분석하여 BCG를 식별할 수 있다.
이미지 센서(113)는 촬상 부위의 미세한 진동 및 피부 색상 변화 중 적어도 하나를 연속적인 영상으로 획득할 수 있다.
구체적으로, 이미지 센서(113)는 촬상 부위의 미세한 진동을 연속된 영상으로 촬영하여 촬영된 이미지 데이터를 프로세서(130)로 전송하면, 프로세서(130)는 진동수에 기초하여 촬상 부위의 BCG를 획득할 수 있다.
또한, 이미지 센서(113)는 촬상 부위의 색상 변화를 연속된 영상으로 촬영하여 촬영된 이미지 데이터를 프로세서(130)로 전송하면, 프로세서(130)는 촬상 부위의 붉은 정도가 변화되는 주기에 기초하여 촬상 부위의 BCG를 획득할 수 있다. 한편, 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)등과 같은 이미지 센서로 구현될 수 있다.
PPG 센서(114)는 측정 부위에 특정 광을 조사하고, 조사된 광이 PPG 센서로 반사되면, 반사된 광에 관한 정보를 프로세서(130)로 전송할 수 있다. 프로세서(130)는 수신된 정보를 분석하여 PPG를 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전자 장치가 생체 신호를 수신하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 따르면, 전자 장치(100)와 외부 전자 장치(200)는 서로 다른 측정 부위에서 BCG와 PPG를 함께 측정할 수 있다. 일 예로 측정 부위는 가슴(심장), 머리, 손목, 손가락을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 전자 장치(100)는 스마트 워치로 구현될 수 있으며, 외부 전자 장치(200)는 스마트 폰으로 구현될 수 있다. 이 경우, 제1 측정 부위는 손목이 될 수 있으며, 제2 측정 부위는 손가락이 될 수 있다.
즉, 전자 장치(100)는 제1 측정 부위(예를 들어, 손목)에서 BCG와 PPG 신호를 센서(110)로부터 수신할 수 있으며, 외부 전자 장치(200)는 제2 측정 부위(예를 들어, 손가락)에서 BCG와 PPG 신호를 센싱하여 전자 장치(100)로 전송할 수 있다.
한편, 도 3에 따르면, BCG는 전파속도가 비교적 빠르기 때문에 각각의 측정 부위에서 시간 이동이 거의 없지만, PPG는 전파속도가 비교적 느리기 때문에 각각의 측정 부위에서 시간 이동이 발생한다.
이에 따라 BCG를 포함하는 제1 생체 신호는 기준 신호로 사용되며, PPG를 포함하는 제2 생체 신호의 시간 차이를 계산하여 맥파 전달 시간을 포함하는 제3 생체 신호를 측정하기 위한 신호로 이용될 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따라 생체 신호의 동기화를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 제1 측정 부위(P1)에서 센싱한 BCG1, PPG1 및 제2 측정 부위(P2)에서 센싱한 BCG2, PPG2를 동기화할 수 있다. BCG1 및 PPG1은 센서(110)가 센싱하여 프로세서(130)가 수신한 생체 신호이며, BCG2 및 PPG2는 외부 전자 장치(200)가 센싱하여 전자 장치(100)가 수신한 생체 신호이다.
프로세서(130)가 수행하는 동기화는 제1 동기화 및 제2 동기화를 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 PPG1과 PPG2를 비교하여 제1 동기화를 수행한다.
프로세서(130)는 특정 심박동에 따라 서로 다른 측정 부위에서 나타나는 PPG의 신호 대비 잡음비(SNR)가 BCG보다 크기 때문에, PPG를 이용하여 제1 동기화를 수행한다. 즉, 프로세서(130)는 PPG 파형에서 발생하는 왜곡이 BCG보다 작기 때문에 먼저 PPG를 이용하여 제1 동기화를 수행한다.
구체적으로, 프로세서(130)는 기설정된 펄스 개수를 포함하는 PPG1과 PPG2를 비교하여 수 십에서 수 백 밀리초(msec)의 오차를 갖는 제1 동기화를 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 PPG1과 PPG2의 cross-correlation 연산을 수행한 결과 값이 최대가 되는 지점을 식별할 수 있다. 프로세서(140)는 최대가 되는 지점의 시간 값을 시간 지연으로 식별하여, 시간 지연만큼 보상하는 동기화를 수행할 수 있다. 이 경우, 프로세서(140)는 BCG2와 PPG2 각각 시간 지연만큼 보상하여 제1 동기화를 수행한다.
프로세서(130)는 제1 동기화를 수행함에 따라 PPG1과 PPG2가 갖는 1초 에서 10초 사이의 크기를 갖는 오차를 제거할 수 있다.
다만, 지연된 시간 지연만큼 보상하더라도 PPG의 속도가 느리기 때문에, 여전히 수 십에서 수 백 밀리초의 오차를 가질 수 있다.
이에 따라, 프로세서(130)는 BCG1과 BCG2를 비교하여 제2 동기화를 수행한다. 즉, 프로세서(130)는 PPG1과 PPG2를 이용하여 raw 동기화(제1 동기화)를 수행한 이후, BCG1과 BCG2를 이용하여 오차가 더 적은 fine 동기화(제2 동기화)를 수행할 수 있다. BCG의 전파 속도는 약 1400m/s로 PPG의 전파 속도인 약 10m/s보다 크기 때문이다.
구체적으로, 프로세서(130)는 수 십에서 수 백 밀리초까지 오차를 낮춘 후, BCG1과 BCG2를 비교하여 제2 동기화를 수행할 수 있다.
BCG의 신호 대비 잡음비가 PPG보다 낮기 때문에 BCG에 파형 왜곡이 다소 발생하더라도, 프로세서(130)는 제1 동기화를 이용하여 오차를 작은 범위까지 좁혀놓았기 때문에 BCG를 이용한 동기화를 수행할 수 있다.
프로세서(130)는 기설정된 펄스 개수를 포함하는 BCG1과 BCG2를 비교하여 수 십에서 0.5 밀리초 이내의 오차를 갖는 제2 동기화를 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 BCG1과 BCG2의 cross-correlation 연산을 수행한 결과 값이 최대가 되는 지점을 식별할 수 있다. 프로세서(140)는 최대가 되는 지점의 시간 값을 시간 지연으로 식별하여, 시간 지연만큼 보상하는 동기화를 수행할 수 있다. 이 경우, 프로세서(140)는 BCG2와 PPG2 각각 시간 지연만큼 보상하는 동기화를 수행한다.
프로세서(130)는 제1 동기화와 제2 동기화를 완료하여, BCG1과 BCG2의 시간 지연을 없애고 BCG를 기준 신호(클록 신호)로 사용할 수 있다. 프로세서(130)는 제1 동기화 및 제2 동기화를 수행한 이후, PPG1과 PPG2의 시간 지연을 제1 측정 부위와 제2 측정 부위 간 PTT12 = - 으로 식별할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 PPG1과 PPG2 간 cross-correlation을 수행하여, 최대 값을 갖는 지점을 맥파 전달 시간으로 식별할 수 있다. cross-correlation을 수행하는 과정은 도 5에서 후술한다.
한편, 프로세서(130)는 심장과 제1 측정 부위간 PTT도 식별할 수 있다.
도 4에 따르면, 프로세서(140)는 BCG와 PPG의 특징점(41)을 식별할 수 있다. 일 예로, 특징점(41)은 최대값을 포함할 수 있다.
도 4와 같이, 심장에서의 BCG0와 PPG0의 최대값이 발생하는 시간은 일치한다. 심박출에 따른 압력이 최대가 되는 지점에서 BCG와 PPG의 최대값(41)이 형성되기 때문이다.
이에 따라, 프로세서(130)는 BCG1과 PPG1의 특징점이 나타나는 시간 차이를 심장과 제1 측정 부위간 PTT11로 식별할 수 있다. 다만, 이 경우엔 BCG0과 BCG1의 제2 동기화를 수행하지 않기 때문에 1ms 이내의 오차가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이, 프로세서(130)는 심장 및 제1 측정부위, 심장 및 제2 측정부위, 제1 측정부위 및 제2 측정부위에서의 PTT를 식별할 수 있다. 측정부위의 수는 이에 한정되지 않으며, 외부 전자 장치(200)의 수가 많아질수록 다양한 맥파 전달 시간을 식별할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 cross-correlation 연산을 설명하기 위한 도면이다.
프로세서(130)는 cross-correlation 연산으로 양 신호의 시간 지연을 식별할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 PPG1과 PPG2의 시간 지연을 식별할 수 있다.
프로세서(130)는 PPG1과 PPG2의 cross-correlation 연산을 수행하여, 연산을 수행한 결과에서 최대 값이 나타나는 시간을 시간 지연으로 식별할 수 있다. cross-correlation 연산이 두 신호의 유사도를 측정하기 위한 연산 방법이다. 연산 결과 최대 값이 식별되는 시간이 두 신호가 완전히 겹쳐져 일치하는 시간이기 때문에, 최대 값이 나타나는 시간을 지연 시간으로 식별할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a)에 따르면, 스마트폰(100)과 이어폰(200)의 조합으로 각 측정 부위에서의 BCG 및 PPG를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스마트폰(100)의 가속도 센서 또는 자이로스코프 센서를 이용하여 손 부위의 BCG를 획득하고, 스마트폰(100)의 PPG 센서를 이용하여 손 부위의 PPG를 획득할 수 있다. 또한, 이어폰(200)의 가속도 센서 또는 자이로스코프 센서를 이용하여 머리 부위의 BCG를 획득하고, 이어폰(200)의 PPG 센서를 이용하여 머리 부위의 PPG를 획득할 수 있다. 이어폰(200)에서 획득된 BCG 및 PPG는 다양한 통신방법을 이용하여 스마트폰(100)으로 전송될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 스마트폰(100)의 이미지 센서를 이용하여 머리를 촬영하면, 머리 부위의 BCG 및 PPG를 획득할 수도 있다. 이 경우, 스마트폰(100)은 머리 부위의 BCG 및 PPG를 획득하고, 상술한 바와 같이 손 부위의 BCG 및 PPG도 동시에 획득할 수 있다.
도 6(b)에 따르면, 스마트폰(100)과 스마트 워치(200)의 조합으로 각 측정 부위에서의 BCG 및 PPG를 획득할 수 있다.
스마트 워치(200)에 포함된 가속도 센서 또는 자이로스코프 센서를 이용하여 손목 부위의 BCG를 획득하고, 스마트 워치(200)의 PPG 센서를 이용하여 손목 부위의 PPG를 획득할 수도 있다. 스마트 폰(100)은 도 6(a)에서 상술한 바와 같이 머리 부위 또는 손 부위의 BCG 및 PPG를 획득할 수 있다.
도 6(c)에 따르면, 이어폰(100)과 스마트 워치(200)의 조합으로 각 측정 부위에서의 BCG 및 PPG 를 획득할 수 있다. 이어폰(100)과 스마트 워치(200)가 BCG 및 PPG를 획득하는 방법은 도 6(a) 및 도 6(b)에서 상술한 바와 동일하므로 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
전자 장치(100)는 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 수신하고, 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 외부 전자 장치(200)로부터 수신(S710)할 수 있다.
이 경우, 제1 생체 신호는 BCG를 포함할 수 있으며, 제2 생체 신호는 PPG를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 예에 한정되지는 않으며, 제1 생체 신호의 전파 속도가 제2 생체 신호보다 커서 제1 생체 신호가 기준 신호로 활용될 수 있는 다양한 예를 포함할 수 있다.
전자 장치(100)는 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호 및 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화(S720)할 수 있다.
이 경우, 전자 장치(100)는 제1 동기화 및 제2 동기화를 수행할 수 있다. 제1 동기화는 파형 왜곡이 적은 제2 생체 신호를 이용하여 오차 범위가 상대적으로 큰 동기화를 포함하며, 제2 동기화는 파형 왜곡이 크지만 오차 범위가 상대적으로 작은 제1 생체 신호를 이용한 동기화를 포함한다. 즉, 전자 장치(100)는 제1 동기화를 이용하여 전처리를 한 후, 제2 동기화에 따라 수 밀리초 이내의 정확한 동기화를 수행할 수 있다.
전자 장치(100)는 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득(S730)할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(100)는 제1 측정 부위에서의 제2 생체 신호와 제2 측정 부위에서의 제2 생체 신호의 지연 시간을 식별하여, 지연 시간을 제1 측정 부위 및 제2 측정 부위간 맥파 전달 시간(PTT)을 획득할 수 있다. 다만, 맥파 전달 시간에 한정되지는 않으며, 호흡수, 심박수, 용적맥파 모양 등 다양한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 전자 장치(100)는 획득된 제3 생체 신호를 입력 데이터로 이용하여 shallow 러닝 또는 deep 러닝을 이용하여 혈압, 심박출량, 혈관 탄성과 같은 생체 정보를 획득할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들 중 적어도 일부 구성은 기존 전자 장치에 설치 가능한 어플리케이션 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들 중 적어도 일부 구성은, 기존 전자 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드, 또는 하드웨어 업그레이드 만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들 중 적어도 일부 구성은 전자 장치 에 구비된 임베디드 서버, 또는 전자 장치의 외부 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들 중 적어도 일부 구성은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시 예들 중 적어도 일부 구성이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들 중 적어도 일부 구성은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 프로세싱 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium) 에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 전자 장치 200 : 외부 전자 장치
1000 : 전자 시스템
1000 : 전자 시스템
Claims (16)
- 센서;
통신부; 및
제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 상기 센서를 통해 획득하고,
상기 제1 측정 부위와는 다른 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 상기 통신부를 통해 외부 전자 장치로부터 수신하며,
상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호를 동기화하고,
상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하고,
상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 동기화하고,
상기 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득하는 프로세서;를 포함하며,
기 설정된 신체 기관으로부터 상기 제1 생체 신호가 전파되는 속도는, 상기 제2 생체 신호가 전파되는 속도보다 빠르고, 상기 제1 생체 신호는 심탄도(ballistocardiogram, BCG)를 포함하고, 상기 제2 생체 신호는 용적맥파(plethysmogram, PPG)를 포함하는, 전자 장치. - 제1항에 있어서,
서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제1 크기의 제1 생체 신호가 측정되는 시간 차이는, 상기 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제2 크기의 제2 생체 신호가 측정되는 시간 차이보다 작은, 전자 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 센서는, 가속도계 및 PPG 센서를 포함하며,
상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호는, 상기 가속도계에 의해 센싱되고,
상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제2 생체 신호는, 상기 PPG 센서에 의해 센싱되는, 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 동기화된 제2 생체 신호들을 cross-correlation 연산하여 상기 제3 생체 신호를 획득하는, 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 상기 제3 생체 신호로부터 혈압 측정 정보를 획득하는, 전자 장치. - ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제6항에 있어서,
상기 제3 생체 신호는, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 호흡수(respiration rate), 심박수(heart rate) 및 용적맥파 모양(PPG shape) 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 장치. - ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제6항에 있어서,
상기 혈압 측정 정보는, 혈압, 일회박출량(stroke volume) 및 혈관탄성(vascular elasticity) 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 장치. - 사용자의 제1 측정 부위에서 생체 정보를 센싱하는 전자 장치 제어 방법에 있어서,
상기 전자 장치의 프로세서가 상기 전자 장치의 센서를 통해 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 획득하는 단계;
상기 프로세서가 상기 전자 장치의 통신부를 통해 상기 제1 측정 부위와는 다른 상기 사용자의 제2 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 외부 전자 장치로부터 수신하는 단계;
상기 프로세서가 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제2 생체 신호를 동기화하고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 제1 생체 신호를 기준으로 상기 외부 전자 장치로부터 수신된 제1 생체 신호를 동기화하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 동기화된 제2 생체 신호들에 기초하여 제3 생체 신호를 획득하는 단계;를 포함하고,
기 설정된 신체 기관으로부터 상기 제1 생체 신호가 전파되는 속도는, 상기 제2 생체 신호가 전파되는 속도보다 빠르고, 상기 제1 생체 신호는 심탄도(ballistocardiogram, BCG)를 포함하고, 상기 제2 생체 신호는 용적맥파(plethysmogram, PPG)를 포함하는, 제어 방법. - 제9항에 있어서,
서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제1 크기의 제1 생체 신호가 측정되는 시간 차이는, 상기 서로 다른 측정 부위에서 기설정된 제2 크기의 제2 생체 신호가 측정되는 시간 차이보다 작은, 제어 방법. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제1 생체 신호는, 상기 센서에 포함된 가속도계에 의해 센싱되고, 상기 제1 측정 부위에서 센싱된 상기 제2 생체 신호는, 상기 센서에 포함된 PPG 센서에 의해 센싱되는, 제어 방법. - 제9항에 있어서,
상기 획득하는 단계는,
상기 동기화된 제2 생체 신호들을 cross- correlation 연산하여 상기 제3 생체 신호를 획득하는, 제어 방법. - 제9항에 있어서,
상기 획득하는 단계는,
상기 프로세서가 인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 상기 제3 생체 신호로부터 혈압 측정 정보를 획득하는 단계;를 더 포함하는, 제어 방법. - ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제14항에 있어서,
상기 제3 생체 신호는, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 호흡수(respiration rate), 심박수(heart rate) 및 용적맥파 모양(PPG shape) 중 적어도 하나를 포함하는, 제어 방법. - ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제14항에 있어서,
상기 혈압 측정 정보는, 혈압, 일회박출량(stroke volume) 및 혈관탄성(vascular elasticity) 중 적어도 하나를 포함하는, 제어 방법.
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