KR20200097144A - 생체정보 추정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
생체정보 추정 장치는 피검체에 광을 조사하고 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 센서부와, 검출된 광의 세기를 기초로 기준 시점 대비 제1 흡수계수 변화 및 생체정보 추정을 위한 제1 산란계수 변화를 획득하고, 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하며 획득된 제2 산란계수 변화를 기초로 제1 산란계수 변화를 보정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
비침습적으로 생체정보를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 비침습적으로 중성지방을 측정하는 방법은 광원 및 광센서로 구성되어 있는 측정 장치를 혈관 위에 올려 놓고 혈액을 거쳐온 산란광 신호를 측정함으로써 혈중 중성지방의 농도를 추정한다. 혈중 중성지방의 농도 변화는 혈액의 산란계수 변화로 나타나게 되므로 산란광 신호의 변화로부터 산란계수 변화를 획득하고 이를 기반으로 혈중 중성지방의 농도를 추정하게 된다. 산란광 신호 변화를 통해 혈중 중성지방의 농도를 정확히 추정하기 위해서는 혈액의 산란계수 변화만이 산란광 신호 변화를 유발해야 하지만 실제로는 혈액의 산란계수 변화 이외에 피부의 물리적/화학적 변화, 혈류 역학 변화 등의 다양한 노이즈 요소들이 산란광 신호에 영향을 주게 된다. 또한, 혈액의 산란계수는 혈액 내 중성지방 외에 다른 혈중 물질들에 의하여도 변화하므로 정확도가 감소하게 된다.
흡수계수 변화를 이용하여 생체정보 추정을 위한 산란계수 변화를 보정하는 생체정보 추정 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 장치는 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 센서부 및, 검출된 광의 세기를 기초로 기준 시점 대비 제1 흡수계수 변화 및 생체정보 추정을 위한 제1 산란계수 변화를 획득하고, 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하며, 획득된 제2 산란계수 변화를 기초로 제1 산란계수 변화를 보정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서는 제1 흡수계수 변화를 기초로 제2 흡수계수 변화를 획득하고, 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 관계식을 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득할 수 있다.
프로세서는 제1 흡수계수 변화 또는, 제1 흡수계수 변화를 소정 비율로 감소시킨 값을 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다.
이때, 소정 비율은 미리 설정된 고정 값이거나, 사용자별 특성 및 추정하고자 하는 생체정보의 종류 중의 적어도 하나를 고려하여 적응적으로 조절되는 값일 수 있다.
이때, 관계식은 생체정보 관련 성분의 변화가 소정 기준 이하인 두 혈액을 기초로 정의될 수 있다.
이때, 제2 산란계수 변화는 생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수 변화를 나타낼 수 있다.
프로세서는 보정된 제1 산란계수 변화 및 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다.
생체정보는 혈당, 콜레스테롤, 중성지방, 피부 온도, 단백질 및 요산 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
센서부는 피검체에 광을 조사하는 광원 및, 광원에 의해 조사되어 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하고, 검출된 광 신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 디텍터를 포함할 수 있다.
이때, 광원은 발광 다이오드(light emitted diode, LED) 및 레이저 다이오드(laser diode) 중의 적어도 하나를 포함하고, 디텍터는 포토 다이오드, 이미지 센서 및 포토 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 프로세서의 처리 결과를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 장치는 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 추정 방법은 피검체에 광을 조사하는 단계, 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 단계, 검출된 광의 세기를 기초로 기준 시점 대비 제1 흡수계수 변화 및 생체정보 추정을 위한 제1 산란계수 변화를 획득하는 단계, 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하는 단계 및 획득된 제2 산란계수 변화를 기초로 상기 제1 산란계수 변화를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
제2 산란계수 변화를 획득하는 단계는 제1 흡수계수 변화를 기초로 제2 흡수계수 변화를 획득하는 단계 및 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 관계식을 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
제2 흡수계수 변화를 획득하는 단계는 획득된 제1 흡수계수 변화 또는, 획득된 제1 흡수계수 변화를 소정 비율로 감소시킨 값을 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다.
이때, 소정 비율은 미리 설정된 고정 값이거나, 사용자별 특성 및 추정하고자 하는 생체정보의 종류 중의 적어도 하나를 고려하여 적응적으로 조절되는 값일 수 있다.
관계식은 생체정보 관련 성분의 변화가 소정 기준 이하인 두 혈액을 기초로 정의될 수 있다.
제2 산란계수 변화는 생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 보정된 제1 산란계수 변화 및 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 추정 방법은 생체정보 추정 결과를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
흡수계수 변화를 기초로 산란계수 변화를 보정함으로써 생체정보 추정의 민감도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 생체정보 추정 장치의 프로세서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 노이즈에 의한 산란계수 변화와 흡수계수 변화 사이의 관계식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 생체정보 추정 장치의 프로세서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 노이즈에 의한 산란계수 변화와 흡수계수 변화 사이의 관계식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
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. 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.
이하, 생체정보 추정 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 2는 다른 실시예에 따른 생체정보 추정 장치의 블록도이다. 도 3은 도 1 및 도 2의 생체정보 추정 장치의 프로세서의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도 4는 노이즈에 의한 산란계수 변화와 노이즈에 의한 흡수계수 변화 사이의 관계식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 생체정보 추정 장치(100,200)는 센서부(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
센서부(110)는 피검체에 광을 조사하는 광원과, 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 디텍터를 포함할 수 있다.
광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등을 포함할 수 있다. 광원은 복수의 어레이로 형성될 수 있으며, 복수의 광원 어레이는 프로세서(120)의 제어에 따라 시분할 방식으로 순차적으로 구동될 수 있다. 복수의 광원 어레이는 동일한 파장 또는 각각 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 광원은 중성지방 추정을 위해 800 nm 파장 대역의 광을 조사하도록 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며 생체정보의 종류, 피검체의 피검 특성, 사용자의 특성 등에 따라 다른 파장 대역의 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
디텍터는 광원에 의해 조사된 광이 피검체에 의해 반사 또는 산란되면, 그 반사 또는 산란된 광을 검출할 수 있다. 디텍터는 검출된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 전기적인 신호는 전기적인 전류신호일 수 있다. 디텍터는 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 및 이미지 센서 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 디텍터는 복수의 디텍터 어레이로 형성될 수 있으며, 각 디텍터는 광원으로부터 서로 다른 거리 상에 배치될 수 있다.
프로세서(120)는 센서부(110)에 의해 검출된 광의 세기를 기초로 생체정보 추정을 위하여 산란계수 변화를 획득하고, 획득된 산란계수 변화를 기초로 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 산란계수는 광원에 의해 조사된 광이 단위의 길이를 이동할 때 산란에 의해 광의 강도가 감소되는 수치를 나타낸다. 예를 들어, 프로세서(120)는 검출된 광의 세기와, 광원과 디텍터 사이의 거리 또는 광원에 의해 조사된 광의 세기 등을 함께 고려하여 산란계수를 산출할 수 있다.
생체정보는 혈당(blood sugar), 콜레스테롤(cholesterol), 중성지방(triglycerides, TG), 피부 온도(skin temperature), 단백질(protein) 및 요산(uric acid) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 중성지방을 위주로 설명하기로 한다.
일반적으로 중성지방을 추정함에 있어 혈액의 산란계수 변화는 중성지방 이외의 혈중 물질에 의해서도 변화할 수 있으므로 산란계수 변화를 이용하여 중성지방을 추정하는 경우 정확도가 감소할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(120)는 이하 도 3을 참조하여 설명하는 바와 같이 흡수계수 변화를 기초로 생체정보 추정을 위한 산란계수 변화를 보정함으로써 생체정보 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 프로세서(120)는 전처리부(310), 흡수계수 획득부(320), 산란계수 획득부(330), 산란계수 보정부(340) 및 생체정보 추정부(350)를 포함할 수 있다.
전처리부(310)는 센서부(110)로부터 수신된 신호를 전처리 할 수 있다. 예를 들어, 센서부(110)로부터 전기적인 신호가 수신되면 전기적인 신호를 증폭하거나, 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 또한, 필터를 통해 노이즈 제거, 정규화 또는 스무딩(smoothing) 등의 전처리를 수행할 수 있다.
한편, 전처리부(310)는 검출되는 광 신호가 복수인 경우 복수의 광 신호 중에서 생체정보 추정에 이용할 하나의 광 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전처리부(310)는 광의 세기가 가장 큰 광 신호를 선택하거나, 광의 세기가 임계치 이상인 복수의 광 신호 또는 전체 광 신호를 결합하여 생체정보 추정을 위한 광 신호를 결정할 수 있다. 또는 두 개의 광 신호 사이의 유사도를 구하고 유사도가 임계치 이상인 광 신호를 결합하여 생체정보 추정을 위한 광 신호를 결정할 수 있다. 이러한 기준은 미리 설정될 수 있으며 예시된 바에 제한되는 것은 아니다. 이때, 유사도는 유클리디안 거리(Euclidean distance), 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient), 스피어만 상관계수(Spearman correlation coefficient) 및 코사인 유사도(Cosine similarity) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
흡수계수 획득부(320)는 센서부(110)에 의해 검출된 광의 세기 예컨대, 전처리 된 전기적인 신호의 세기를 기초로 기준시점 대비 흡수계수 변화를 획득할 수 있다. 이때, 기준시점은 현재 생체정보 추정 시점 이전의 임의의 시점으로서 캘리브레이션 시점일 수 있다. 기준시점은 사용자가 공복인 상태의 시점을 포함할 수 있다.
예를 들어, 각 시점의 흡수계수는 아래의 수학식 1을 통해 획득할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, R(ρ)는 디텍터에 의해 검출된 광의 세기, ρ는 광원과 디텍터 사이의 거리를 나타낸다. μa는 흡수계수, μeff는 유효 감쇠계수(effective attenuation coefficient), S0는 광원에 의해 조사된 광의 세기를 나타낸다.
이와 같이 기준시점 및 추정시점에서 각각 흡수계수가 구해지면, 추정시점의 흡수계수에서 기준시점의 흡수계수를 빼서 흡수계수 변화를 획득할 수 있다. 아래의 수학식 2는 중성지방 추정을 위한 흡수계수 변화를 예시한 것이다.
여기서, Δμa는 흡수계수 변화를 나타낸다. Δμa,TG는 중성지방에 의한 흡수계수 변화를 나타내며, Δμa,noise는 중성지방 이외의 노이즈 성분에 의한 흡수계수 변화를 나타낸다.
흡수계수 획득부(320)는 센서부(110)에 의해 검출된 광 세기를 이용하여 흡수계수 변화(이하, "제1 흡수계수"라 함)를 획득하면, 제1 흡수계수 변화를 기초로 생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 흡수계수 변화(이하, "제2 흡수계수 변화"라 함)를 획득할 수 있다.
예를 들어, 흡수계수 획득부(320)는 생체정보 관련 성분에 의한 흡수계수의 변화를 0으로 가정하여 제1 흡수계수 변화 자체를 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다. 또는, 제1 흡수계수 변화를 소정 비율만큼 감소시킨 값을 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다. 이때, 소정 비율은 전처리 과정을 통해 얻어진 고정 값일 수 있다. 또는 사용자의 성별, 나이 또는 건강 상태와 같은 사용자 특성이나 추정하고자 하는 생체정보의 종류 등을 고려하여 적응적으로 조절된 값일 수 있다.
산란계수 획득부(330)는 센서부(110)에 의해 검출된 광의 세기를 기초로 기준시점 대비 산란계수 변화를 획득할 수 있다. 이때, 기준시점은 생체정보 추정 시점 이전의 임의의 시점으로서 캘리브레이션 시점일 수 있으며, 사용자가 공복인 상태의 시점을 포함할 수 있다.
예를 들어, 각 시점의 산란계수는 아래의 수학식 3을 통해 획득할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, R(ρ)는 디텍터에 의해 검출된 광의 세기, ρ는 광원과 디텍터 사이의 거리를 나타낸다. μs는 산란계수, μeff는 유효 감쇠계수(effective attenuation coefficient), S0는 광원에 의해 조사된 광의 세기를 나타낸다.
다른 예로, 디텍터가 복수인 경우 아래의 수학식 4의 관계식을 이용하여 산란계수를 산출할 수 있다.
여기서, ρ1는 광원과 제1 디텍터 사이의 거리, 및 ρ2는 광원과 제2 디텍터 사이의 거리를 나타낸다. R(ρ1)는 제1 디텍터에 의해 검출된 광의 세기, R(ρ2)는 제2 디텍터에 의해 검출된 광의 세기를 나타낸다. μs는 산란계수를 나타낸다. 이와 같은 산란계수 산출식은 광원에서 조사된 빛을 검출하는 디텍터의 개수에 따라 다르게 정의될 수 있다.
산란계수 획득부(330)는 기준시점 및 추정시점에서 각각 산란계수가 구해지면, 추정시점의 산란계수에서 기준시점의 산란계수를 빼서 산란계수 변화를 획득할 수 있다. 아래의 수학식 5는 중성지방 추정을 위한 산란계수 변화를 예시한 것이다.
여기서, Δμs는 산란계수 변화를 나타낸다. Δμs,TG는 중성지방에 의한 산란계수의 변화를 나타내며, Δμs,noise는 중성지방 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수의 변화를 나타낸다.
산란계수 획득부(330)는 센서부(110)에 의해 검출된 광 세기를 기초로 산란계수 변화(이하, "제1 산란계수 변화"라 함)를 획득하면, 흡수계수 획득부(320)에 의해 획득된 제2 흡수계수 변화를 기초로 생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수 변화(이하, "제2 산란계수 변화"라 함)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 산란계수 획득부(330)는 제2 흡수계수가 획득되면 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 관계식을 이용하여 제2 산란계수를 구할 수 있다.
한편, 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 관계식은 생체정보 관련 성분의 변화가 소정 기준 이하인 두 개의 혈액을 이용하여 정의될 수 있다. 이때, 두 혈액은 복수의 사용자들로부터 침습적인 방법으로 획득될 수 있다. 또는, 특정 사용자로부터 침습적인 방법으로 복수 회 획득할 수 있다. 이때, 소정 기준은 생체정보의 종류나 사용자의 특성 등에 따라 다르게 설정될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며 생체정보 관련 성분을 제외하고 노이즈 성분의 양을 변화시켜 인체 혈액과 유사하게 모사한 둘 이상의 샘플 용액을 이용하여 관계식을 도출할 수 있다.
예를 들어, 두 혈액 사이의 중성지방이 서로 동일하거나 거의 차이가 없어 중성지방 변화가 소정 기준(예: 3 mg/dL) 이하인 두 혈액을 이용하여 두 혈액 사이의 흡수계수 변화와 산란계수 변화를 구하면, 구해진 흡수계수 변화와 산란계수 변화는 노이즈 성분에 의한 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화로 볼 수 있다. 이와 같은 기준을 만족하도록 제2 흡수계수 변화 및 제2 산란계수 변화 데이터를 복수 회 획득하고 도 4와 같이 그래프 상에 표시하면 수학식 6과 같이 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 사이의 선형 관계식을 도출할 수 있다. 다만, 반드시 선형 관계식으로 한정되는 것은 아니며, 그 밖의 회귀분석(linear/nonlinear regression analysis), 신경망(neural network), 딥러닝(deep learning) 등의 다양한 방법을 이용하여 선형/비선형 관계식으로 정의할 수 있다.
여기서, y는 구하고자 하는 제2 산란계수 변화를 나타내고, x는 제2 흡수계수 변화를 나타낸다. a 및 b는 위의 과정을 통해 구해진 계수이다.
산란계수 보정부(340)는 제2 산란계수 변화가 획득되면, 획득된 제2 산란계수 변화를 이용하여 제1 산란계수 변화를 보정할 수 있다. 예를 들어, 수학식 5의 관계를 이용하여 즉 제1 산란계수 변화에서 제2 산란계수 변화를 빼서 생체정보 관련 성분에 의한 산란계수 변화를 획득할 수 있다.
생체정보 추정부(350)는 보정된 제1 산란계수 변화를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 생체정보 추정부(350)는 보정된 제1 산란계수에 생체정보 추정 모델을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체정보 추정 모델은 산란계수와 생체정보 추정값 사이의 상관 관계를 나타내는 선형/비선형 함수식 또는 매칭 테이블 형식으로 생성될 수 있다.
한편, 생체정보 추정 모델은 기준시점 대비 제1 산란계수 변화를 기초로 기준시점 대비 생체정보의 변화량을 구하는 모델일 수 있다. 이 경우, 추정 시점의 생체정보 변화량이 구해지면 기준시점의 생체정보 값을 오프셋으로 사용하여 추정 시점의 생체정보 추정값을 획득할 수 있다. 아래의 수학식 7은 중성지방 산출식의 예이다.
여기서, TGest는 중성지방 추정값이며, ΔTGest는 추정시점의 중성지방 변화량, TGcal은 기준시점의 중성지방 값을 나타낸다.
다시 도 2를 참조하면, 생체정보 추정 장치(200)는 출력부(210), 저장부(220) 및 통신부(230)를 더 포함할 수 있다.
출력부(210)는 프로세서(120)의 처리 결과를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 추정된 중성지방 수치를 디스플레이와 같은 시각적 출력 모듈, 스피커와 같은 음성 출력 모듈 또는 진동이나 촉감 등으로 정보를 제공하는 햅틱 모듈 등을 이용하여 시각적/비시각적인 다양한 방법으로 사용자에게 정보를 제공할 수 있다. 또한, 중성지방 수치가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 경고 정보를 출력할 수 있다. 이때, 디스플레이에 출력되는 중성지방 수치의 색상을 변경하거나, 햅틱 모듈을 통해 촉감이나 진동 등의 방법으로 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다.
저장부(220)는 생체정보 추정에 필요한 각종 기준 정보, 프로세서(120)의 처리 결과 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 기준 정보는 광원 구동 조건, 제2 흡수계수와 제2 산란계수 간의 관계식, 생체정보 추정 모델 등의 정보, 사용자의 연령, 성별 및 건강 상태 등의 사용자 정보 등을 포함할 수 있다.
저장부(220)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(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 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
통신부(230)는 외부 기기(250)와 통신 연결하여 생체정보 추정을 위한 각종 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 외부 기기(250)는 다양한 사용자들을 대상으로 제2 흡수계수와 제2 산란계수 간의 관계식, 생체정보 추정 모델 등을 구축하는 의료 관련 장치일 수 있다. 또한, 외부 기기(250)는 프로세서(120)의 처리 결과를 수신하여 사용자에게 제공하는 장치일 수 있으며, 예컨대 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다.
통신부(230)는 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, 3G, 4G 및 5G 통신 기술 등을 활용할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 생체정보 추정 장치(100,200)에 의해 수행되는 생체정보 추정 방법의 일 실시예이다.
생체정보 추정 장치(100,200)는 생체정보 추정 요청에 따라 광원을 구동하여 피검체에 광을 조사할 수 있다(920). 생체정보 추정 요청은 사용자 또는 외부 기기에 의해 입력될 수 있다. 또는 생체정보를 연속적으로 추정하는 경우 미리 설정된 추정 주기에 추정 요청이 자동 발생할 수 있다. 또한, 광원은 발광 다이오드(light emitted diode, LED) 및 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있다. 광원은 복수의 어레이로 형성될 수 있으며 각 광원이 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
그 다음, 디텍터를 통해 피검체에 의해 산란 또는 반사된 광을 검출할 수 있다(520). 디텍터는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 또는 이미지 센서 등을 포함할 수 있으며, 복수의 어레이로 형성될 수 있다. 디텍터는 피검체에 의해 산란 또는 반사되는 광을 검출하여 전기적인 신호로 변환 출력할 수 있다.
그 다음, 단계(520)에서 검출된 광의 세기를 기초로 제1 흡수계수 변화를 획득할 수 있다(530). 예를 들어, 위 수학식 1과 같은 관계식을 이용하여 기준 시점과 추정 시점의 흡수계수를 획득하고, 획득된 각 시점의 흡수계수를 이용하여 두 시점 간의 흡수계수 변화를 획득할 수 있다.
또한, 단계(520)에서 검출된 광의 세기를 기초로 제1 산란계수 변화를 획득할 수 있다(540). 예를 들어, 위 수학식 3 또는 4와 같은 관계식을 이용하여 기준시점과 추정 시점의 산란계수를 획득하고, 획득된 각 시점의 산란계수를 이용하여 두 시점 간의 산란계수 변화를 획득할 수 있다.
그 다음, 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득할 수 있다(550). 예를 들어, 기준 시점과 추정 시점 사이의 제1 흡수계수 변화에서 생체정보 관련 성분에 의한 흡수계수 변화가 크지 않은 것으로 가정하여, 제1 흡수계수 변화 자체를 노이즈 성분에 의하여 변화하는 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다. 또는, 제1 흡수계수 변화에서 사용자의 특성이나 구하고자 하는 생체정보의 종류 등을 고려하여 결정된 소정 비율 만큼 감소시킨 값을 제2 흡수계수 변화로 획득할 수 있다.
이와 같이, 제2 흡수계수 변화가 획득되면, 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 관계식을 이용하여 제2 산란계수를 획득할 수 있다. 이때, 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 사이의 관계식은 둘 사이의 생체정보 관련 성분의 변화(예: 중성지방 변화)가 거의 없는 두 혈액을 이용하여 도출될 수 있다. 즉, 두 혈액의 중성지방이 동일한 경우 두 혈액 사이의 흡수계수 변화나 산란계수 변화는 노이즈 성분에 의하여 변화한 것으로 볼 수 있으므로 이와 같은 두 혈액에서 획득한 흡수계수 변화와 산란계수 변화를 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화로 간주하여 둘 사이의 관계식을 도출할 수 있다.
그 다음, 단계(550)에서 제2 산란계수 변화가 획득되면, 제2 산란계수 변화를 이용하여 제1 산란계수 변화를 보정할 수 있다(560). 예를 들어, 위 수학식 5의 관계식을 이용하여 제1 산란계수 변화에서 제2 산란계수 변화를 빼 줌으로써 생체정보 관련 성분에 의한 산란계수 변화를 획득할 수 있다.
그 다음, 단계(560)에서 보정된 제1 산란계수 변화 즉, 획득된 생체정보 관련 성분에 의한 산란계수 변화를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다(570). 예를 들어, 보정된 제1 산란계수 변화에 생체정보 추정 모델을 적용하여 기준 시점 대비 생체정보 변화량을 구하고, 구해진 생체정보 변화량에 오프셋을 적용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 이때, 오프셋은 기준 시점에 측정된 생체정보 값일 수 있다.
그 다음, 생체정보 추정 결과를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다(580). 예를 들어, 디스플레이 모듈을 이용하여 시각적으로 출력하거나, 스피커 모듈이나 햅틱 모듈 등을 이용하여 음성, 진동 또는 촉감 등의 비시각적인 방식으로 출력할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 도시한 도면이다. 도 6은 전술한 생체정보 추정 장치(100,200)가 탑재된 스마트 워치(Smart Watch) 또는 스마트 밴드(Smart Band)형 웨어러블 기기를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 웨어러블 기기(600)는 스트랩(610)과 스트랩이 연결된 본체(620)을 포함할 수 있다. 스트랩(610) 또는 본체(620)의 내부에는 웨어러블 기기(600)에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
스트랩(610)은 사용자의 손목을 감싸 본체가 손목에 고정되도록 플렉서블하게 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 분리형으로 형성되거나 일체형으로 형성될 수 있다.
본체(620)에는 생체정보 추정 장치(100,200)의 구성들과 그 밖의 기능을 수행하기 위한 구성들이 장착될 수 있다.
본체(620)의 후면에는 사용자의 손목이 접촉할 때 손목 피부에 광을 조사하고, 손목 피부 및 혈관 등의 생체조직에 의해 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 센서부가 장착될 수 있다. 센서부는 복수의 광원 어레이 또는 복수의 디텍터 어레이로 형성될 수 있으며, 각 광원은 동일한 파장 또는 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다. 광원은 발광 다이오드(light emitted diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등을 포함할 수 있으며, 디텍터는 포토 다이오드, 이미지 센서 또는 포토 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
본체(620)의 후면에는 이미지를 획득하는 촬영부가 탑재될 수 있다. 촬영부는 손목이 본체 후면에 접촉할 때 접촉 상태의 가이드를 위한 손목 이미지를 획득할 수 있다.
본체(620)에는 생체정보 추정을 위한 각종 기능 및 그 밖의 기능들을 처리하기 위한 프로세서가 실장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 센서부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 사용자의 생체정보 추정 요청에 따라 센서부를 제어하거나, 센서부에 의해 측정된 광 신호를 수신할 수 있다.
프로세서는 수신된 광 신호를 이용하여 생체정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 광 신호의 세기를 기초로 흡수계수 변화 및 산란계수 변화를 획득하고, 획득된 흡수계수 변화를 이용하여 산란계수 변화를 보정함으로써 구하고자 하는 생체정보 관련 성분에 의한 산란계수 변화를 획득할 수 있다. 이와 같이 획득된 생체정보 관련 성분에 의한 산란계수 변화를 이용하여 생체정보를 추정함으로써 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본체(620)의 전면에는 표시부(621)가 장착될 수 있다. 표시부(621)는 사용자의 터치 입력을 가능하게 하는 터치 스크린을 포함할 수 있다. 표시부(621)는 사용자의 터치 입력을 수신하여 프로세서에 전달할 수 있다. 또한, 표시부(621)는 프로세서의 처리 결과를 시각적으로 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본체(620)의 일 측면에는 사용자가 각종 명령을 입력할 수 있도록 하는 조작부(622)가 장착될 수 있다. 조작부(622)는 사용자로부터 입력된 명령을 프로세서에 전달할 수 있다. 조작부(622)는 웨어러블 기기(600)의 전원을 온/오프하는 기능을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 해당 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100,200: 생체정보 추정 장치
110: 센서부
120: 프로세서 210: 출력부
220: 저장부 230: 통신부
310: 전처리부 320: 흡수계수 획득부
330: 산란계수 획득부 340: 산란계수 보정부
350: 생체정보 추정부 600: 웨어러블 기기
610: 스트랩 620: 본체
621: 표시부 622: 조작부
120: 프로세서 210: 출력부
220: 저장부 230: 통신부
310: 전처리부 320: 흡수계수 획득부
330: 산란계수 획득부 340: 산란계수 보정부
350: 생체정보 추정부 600: 웨어러블 기기
610: 스트랩 620: 본체
621: 표시부 622: 조작부
Claims (20)
- 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 센서부; 및
상기 검출된 광의 세기를 기초로 기준 시점 대비 제1 흡수계수 변화 및 생체정보 추정을 위한 제1 산란계수 변화를 획득하고, 상기 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하며, 획득된 제2 산란계수 변화를 기초로 상기 제1 산란계수 변화를 보정하는 프로세서를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 흡수계수 변화를 기초로 제2 흡수계수 변화를 획득하고, 제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 관계식을 이용하여 상기 제2 산란계수 변화를 획득하는 생체정보 추정 장치. - 제2항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 흡수계수 변화 또는, 상기 제1 흡수계수 변화를 소정 비율로 감소시킨 값을 상기 제2 흡수계수 변화로 획득하는 생체정보 추정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 소정 비율은
미리 설정된 고정 값이거나, 사용자별 특성 및 추정하고자 하는 생체정보의 종류 중의 적어도 하나를 고려하여 적응적으로 조절되는 값인 생체정보 추정 장치. - 제2항에 있어서,
상기 관계식은
생체정보 관련 성분의 변화가 소정 기준 이하인 두 혈액을 기초로 정의되는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 산란계수 변화는
생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수 변화를 나타내는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 보정된 제1 산란계수 변화 및 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 생체정보 추정 장치. - 제7항에 있어서,
상기 생체정보는
혈당, 콜레스테롤, 중성지방, 피부 온도, 단백질 및 요산 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 센서부는
피검체에 광을 조사하는 광원; 및
상기 광원에 의해 조사되어 피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하고, 검출된 광 신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 디텍터를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 광원은
발광 다이오드(light emitted diode, LED) 및 레이저 다이오드(laser diode) 중의 적어도 하나를 포함하고,
상기 디텍터는
포토 다이오드, 이미지 센서 및 포토 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서의 처리 결과를 출력하는 출력부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서의 처리 결과를 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함하는 생체정보 추정 장치. - 피검체에 광을 조사하는 단계;
피검체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 단계;
상기 검출된 광의 세기를 기초로 기준 시점 대비 제1 흡수계수 변화 및 생체정보 추정을 위한 제1 산란계수 변화를 획득하는 단계;
상기 제1 흡수계수 변화를 이용하여 제2 산란계수 변화를 획득하는 단계; 및
상기 제2 산란계수 변화를 기초로 상기 제1 산란계수 변화를 보정하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2 산란계수 변화를 획득하는 단계는
상기 제1 흡수계수 변화를 기초로 제2 흡수계수 변화를 획득하는 단계; 및
제2 흡수계수 변화와 제2 산란계수 변화 사이의 관계식을 이용하여 상기 제2 산란계수 변화를 획득하는 단계를 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제2 흡수계수 변화를 획득하는 단계는
상기 획득된 제1 흡수계수 변화 또는, 상기 획득된 제1 흡수계수 변화를 소정 비율로 감소시킨 값을 상기 제2 흡수계수 변화로 획득하는 생체정보 추정 방법. - 제15항에 있어서,
상기 소정 비율은
미리 설정된 고정 값이거나, 사용자별 특성 및 추정하고자 하는 생체정보의 종류 중의 적어도 하나를 고려하여 적응적으로 조절되는 값인 생체정보 추정 방법. - 제14항에 있어서,
상기 관계식은
생체정보 관련 성분의 변화가 소정 기준 이하인 두 혈액을 기초로 정의되는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2 산란계수 변화는
생체정보 관련 성분 이외의 노이즈 성분에 의한 산란계수 변화를 나타내는 생체정보 추정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 보정된 제1 산란계수 변화 및 생체정보 추정 모델을 이용하여 생체정보를 추정하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법. - 제19항에 있어서,
생체정보 추정 결과를 출력하는 단계를 더 포함하는 생체정보 추정 방법.
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