KR20240085329A - 생체 신호 보정 기능이 지원되는 듀얼 웨어러블 밴드 - Google Patents

Abstract

생체 신호를 센싱하는 센서부가 각각 구비되고, 멀티 페어링이 지원되는 단말기와 무선 연결되는 제1 웨어러블 밴드 및 제2 웨어러블 밴드;를 포함하며, 상기 제1,2 웨어러블 밴드는, 제1 웨어러블 밴드에서 감지된 제1 생체신호와 제2 웨어러블 밴드에서 감지된 제2 생체신호의 정확도를 분석하고, 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하며, 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정하는 제어부; 및 상기 기준신호 및 상기 오차 보정부에 의해 보정된 생체신호를 상기 단말기에 전송하는 통신부;를 포함하는 듀얼 웨어러블 밴드가 개시된다.

Description

생체 신호 보정 기능이 지원되는 듀얼 웨어러블 밴드{Dual Wearable Bands Supporting Bio-Signal Correction Function}

본 발명은 양쪽 손목에 착용되고 생체 신호를 측정하는 듀얼 웨어러블 밴드에 관한 것으로, 특히 양쪽 손목의 생체 신호를 모두 측정하면서 정확도가 높게 측정된 생체 신호를 기준으로 오차 보정을 지원하는 듀얼 웨어러블 밴드에 관한 것이다.

수면은 신체 및 정서적 건강, 면역력 유지에 중요한 역할을 하고 각성 상태에서 발생한 뇌와 신체 조직의 피로를 회복시키고 에너지를 보존하여 정상적인 일상생활을 가능하게 해 주며, 학습 및 기억능력의 발달과 유지에도 중추적인 기능을 담당한다.

수면이 충분하지 않거나 수면의 질이 저하되면 두통, 피로, 새로운 지식의 습득이나 학습의 곤란, 활동력의 감소 및 주간 졸림 등과 같은 신체적 문제나 불안, 우울감, 무력감 등의 정서적 어려움을 초래할 수 있다. 불면증 환자는 일반인 보다 임상적으로 심각한 우울증이 발생할 위험도가 9.82배 증가하며 이로 인하여 삶의 질 저하를 초래하는 것으로 알려져 있고, 우울증이 발생되면 수면의 질이 더욱 나빠지는 등 악순환에 빠지게 된다.

이에, 수면 장애의 치료에 있어서, 개개인에 대하여 수면 상태를 정확하게 분석하고, 수면에 영향을 주는 요소가 무엇인지 파악하는 것은 중요한 요소일 수 있다.

수면 장애는 잠자는 동안 발생하기 때문에 본인 조차 증상을 파악하기 어려워 정확한 진단을 위해 수면 동안의 뇌파, 근육 움짐익, 호흡, 심전도, 산소 포화도 등을 종합적으로 검사하는 수면다원검사(polysomnography)가 이용될 수 있다. 그러나 수면다원검사는 고가의 분석 비용 때문에 검사와 치료가 쉽지 않은 상황이다.

이에 따라, 이상의 한계를 극복하고 효과적으로 수면의 질을 분석할 수 있는 시스템에 대한 개발이 요구되고 있다. 특히, 수면 장애를 갖는 사용자에 대하여 수면의 질을 분석하고, 이에 대한 원인을 분석하여 사용자에게 제공하기 위한 수면 분석 방법 및 디바이스의 개발은 수면 장애의 예방, 진단, 치료에 있어서 매우 중요할 수 있다.

등록특허공보 제10-1771835호(생체신호기반 수면 상호영향 분석방법, 이하, 종래기술1)는 한 공간에서 수면을 취하는 두 사람으로부터 측정한 다양한 생체 신호를 바탕으로 결합 특성 중심으로 분석하여, 두 사람 수면의 상호 작용을 판단하는 다양한 지표 제공을 위해, 컴퓨터를 이용한 생체신호기반 수면 상호영향 분석 방법으로, 상기 방법은 컴퓨터 입출력장치를 이용하여, 같은 공간에서 수면을 취하는 두 사람으로부터 각각 수면 중 생체신호인 호흡, 심전도 및 뇌전도 신호를 측정하고, 상기 신호를 처리하여 생체정보인 호흡 간격, 심박 위치, 심박 간격, 대역 뇌파, 및 수면단계를 추출하고, 상기 추출한 정보로부터 생체정보의 위상정보 및 순간위상 정보를 획득하는, 생체정보 획득단계; 컴퓨터 연산장치를 이용하여, 상기 두 사람으로부터 측정한 동일한 생체정보의 위상에 동기화 분석기술을 적용하여 동기화 지표를 계산하고, 상기 동기화 지표 값이 미리 정한 값 이상인 경우에 동기화되었다고 판단하여, 동기화구간을 검출하고 전체 수면구간으로 나눈 비율을 계산하여 정량화하는 생체 시스템간 동기화특성 분석단계; 컴퓨터 연산장치를 이용하여, 상기 두 사람의 수면단계, 심박간격, 호흡 간격, 대역 뇌파의 교차상관관계를 분석하되, 상기 두 사람의 수면단계를 평활화하여 교차상관관계를 분석하고, 상기 두 사람의 심박 위치로부터 심박간격을 추출하고 30초 단위로 평균 심박수를 계산하며 상기 평균 심박수를 평활화하여 평균 심박수경향을 산출하고 상기 평균 심박수경향을 교차상관(cross correlation) 분석하여 상관관계를 분석하며, 상기 두 사람의 대역 뇌파의 30초 단위 파워를 계산하고 평활화하여 교차상관관계를 분석하고, 상기 두 사람의 호흡 간격에서 30초 단위 평균 호흡수를 계산하고 평활화하여 교차상관관계를 분석하여 교차상관의 지연시간과 상관계수값으로 산출하는 생체 시스템간 상관관계 분석단계; 컴퓨터 연산장치를 이용하여, 상기 두 사람 중 어느 한 사람의 생체정보 위상이 변화하는데 다른 한 사람의 생체정보가 기여하는 정도를 EMA(Evolution Map Approach) 방법으로 각각 평가하여 30초 단위로 방향성계산을 하고, 상기 생체정보 중 심박 간격으로부터 심박변이율 지표를 계산하여 자율신경계 영향을 분석하고, 대역 뇌파로부터 간섭성 지표를 계산하여 중추신경계 영향을 분석하며, 상기 방향성계산의 방향인 영향력의 세기를 판단하며, 상기 자율신경계 영향 분석 및 상기 중추신경계 영향 분석에서 상기 방향성계산 차이에 따른 수면단계별 심박변이율 지표 및 간섭성 지표 각각의 차이에 대한 비율을 통해 긍정적 영향 또는 부정적 영향을 계산하는, 생체 시스템간 영향특성 분석단계; 및 컴퓨터 연산장치를 이용하여, 상기 두 사람 중 어느 한 사람의 수면단계가 변한 상태에서 다른 한 사람의 수면 단계가 같은 단계로 변한 개수와 지속시간을 계산하고, 상기 개수와 지속시간을 전체 수면에 대해 비율로 환산하는, 수면 상호영향 분석단계를 포함하고, 상기 생체정보 획득단계에서 신호를 측정할 때 상기 두 사람 중 어느 한 사람의 깨어남 구간을 왜곡구간으로 제외하며, 상기 동기화구간은 수면 중 측정한 생체신호 사이에서 설정하는, 생체신호기반 수면 상호영향 분석방법을 개시하고 있다.

종래기술1은 한 침대 또는 이웃한 침대에서 자는 부부, 형제, 자매 등 가족을 대상으로 어느 일방의 수면장애나 숙면이 다른 사람에게 영향을 끼치는 즉, 수면 중 상호 영향을 조사하는 방법으로, 특정 대상의 수면 상태를 체크하여 우울증 진단을 유추하는 기술과는 거리가 있다.

등록특허공보 제10-1771835호(공고일자 2017년08월25일)

정수현, 박정현, 윤형준, 김정호, 김남철, 김상훈. '대학생들의 수면의 질과 우울증상과의 관계:긍정심리의 조절효과', 생물치료정신의학 제24권 제3호, 2018.

본 발명이 해결하고자 하는 대표적 과제는 사용자의 생체신호를 측정하여 건강상태 모니터링 및 우울증, 강박증을 유추하는데 있어서, 측정되는 생체신호의 정확도를 높이기 위해 양쪽 손목의 생체 신호를 모두 측정하면서 정확도가 높게 측정된 생체 신호를 기준으로 오차 보정을 지원하는 듀얼 웨어러블 밴드를 제공하려는데 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명이 제안하는 듀얼 웨어러블 밴드는 생체 신호를 센싱하는 센서부가 각각 구비되고, 멀티 페어링이 지원되는 단말기와 무선 연결되는 제1 웨어러블 밴드 및 제2 웨어러블 밴드를 포함한다.

특히 상기 제1,2 웨어러블 밴드는 제1 웨어러블 밴드에서 감지된 제1 생체신호와 제2 웨어러블 밴드에서 감지된 제2 생체신호의 정확도를 분석하고 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하며 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정하는 제어부와, 상기 기준신호 및 상기 제어부에 의해 보정된 생체신호를 상기 단말기에 전송하는 통신부를 포함한다.

상기와 같은 듀얼 웨어러블 밴드에 있어서, 상기 제어부는 센서부의 PPG 동작으로 반사되는 빛의 강도가 설정 강도 이상인 것을 정확도가 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 제어부는 센서부의 PPG 동작으로 반사되는 빛의 강도가 설정 강도 미만이면, 상기 통신부를 통해 상기 단말기에 웨어러블 밴드와 손목과의 밀착 착용을 권고하는 메시지를 전송할 수 있다.

또한 상기 센서부는 손목의 혈관 또는 근육의 상태를 감지하는 음향 진동 센서, 광학 센서, 압력 센서, 홀 센서, 가속도 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 센서부에 의해 센싱되는 생체 신호는 심박수, 심전도, 근전도, 호흡, 산소포화도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제어부는 상기 센서부가 동작 중인 상태에서 상기 제1 웨어러블 밴드 또는 제2 웨어러블 밴드 중 설정 시간 동안 생체 신호 감지가 중단된 웨어러블 밴드를 상기 단말기로부터 페어링 해제시킬 수 있다.

또는 상기 제1 생체신호와 제2 생체신호 중 어느 하나가 기준신호 대비 오차 범위를 초과하는 경우, 해당 신호를 송신하는 웨어러블 밴드를 상기 단말기로부터 페어링 헤제시킬 수 있다.

이때 단말기와 페어링이 해제된 웨어러블 밴드는 기설정된 다른 단말기와 자동 페어링될 수 있다.

본 발명에 의해 나타나는 대표적 효과는 사용자의 생체신호를 측정하는데 있어서 오차 보정이 지원되므로 정확도가 향상된다.

또한 정확도가 향상된 생체신호를 기반으로 우울증을 유추하므로, 진단 정확도가 향상되고, 우울증 조기 대응에 활용될 수 있다.

또한 평상시에는 가까운 사람과 듀얼 웨어러블 밴드를 나누어 착용하다가 생체신호를 정확하게 측정해야 하는 상황일 때에 듀얼모드로 사용하는 것이어서, 가족에게 적합하고 듀얼모드로 사용한 후 각각 착용으로 두 개의 웨어러블 밴드의 생체신호가 상이해지면 원래 이용자의 스마트폰으로 자동 페어링 되므로 사용하기에도 편리하다.

도 1은 본 발명에 따른 듀얼 웨어러블 밴드의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 웨어러블 밴드의 작동 예시를 나타낸 도면,
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 듀얼 웨어러블 밴드의 또 다른 다양한 작동 예시를 나타낸 도면.

본 발명은 생체 신호 보정 기능이 지원되는 듀얼 웨어러블 밴드에 관한 것으로, 특히 기존 싱글밴드의 경우 생체 신호 오차가 많았던 점, 심전도 측정을 위해서는 접지가 필요했던 점 등을 개선하는 것에 더하여 수면 중 심박수, 호흡수, 수면시간을 측정하여 사용자가 모니터링하도록 관련 데이터를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명(이하, 듀얼 웨어러블 밴드)의 바람직한 실시예들에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 듀얼 웨어러블 밴드는 생체 신호를 센싱하는 센서부(11,12)가 각각 구비되고, 멀티 페어링이 지원되는 단말기(200)와 무선 연결되는 제1 웨어러블 밴드(10) 및 제2 웨어러블 밴드(20)를 포함한다. 상기 단말기(200)는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 중 어느 하나일 수 있다.

상기 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)는 제1 웨어러블 밴드(10)에서 감지된 제1 생체신호와 제2 웨어러블 밴드(20)에서 감지된 제2 생체신호의 정확도를 분석하고 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하며 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정하는 제어부(12,22)와, 상기 기준신호 및 상기 제어부(12,22)에 의해 보정된 생체신호를 상기 단말기(200)에 전송하는 통신부(13,23)를 포함한다. 여기서 정확도라 함은 예를 들어 PPG(Photoplethysmogram)의 동작으로 반사되는 빛의 세기가 설정 강도 이상이거나 일정하게 수신되는 상태를 의미할 수 있으므로, 정확도가 높다라 함은 반사되는 빛의 세기가 설정 강도 이상이면서, 비교했을 때 빛의 세기가 더 큰 상태를 의미할 수 있다.

제1 웨어러블 밴드(10)의 제1 생체신호는 단말기(200)를 통해 제2 웨어러블 밴드(20)에 제공될 수 있고, 제2 웨어러블 밴드(20)의 제2 생체신호 또한 단말기(200)를 통해 제1 웨어러블 밴드(10)에 제공될 수 있다. 때문에 제어부(12,22)가 제1 웨어러블 밴드(10)에서 감지된 제1 생체신호와 제2 웨어러블 밴드(20)에서 감지된 제2 생체신호의 정확도를 분석하고 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하며 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정할 수 있다. 이와 같은 과정은 단말기(200)에서 수행할 수도 있다. 즉, 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)의 제1,2 생체신호가 단말기(200)에 전송되고, 단말기(200)는 제1,2 생체신호의 정확도를 분석하고 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하여 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정한다.

제1,2 웨어러블 밴드(10,20)는 손목에 배치할 수 있는 형태로 마련되어, 착용자의 생체 신호를 수집할 수 있다. 수집된 생체 신호는 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)에서 자체 처리되어 특정 기능을 지원할 수 있다. 또한 수집된 생체 신호는 단말기(200)에 전달되어 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)에 특정 기능을 수행하도록 처리될 수 있다. 예를 들어 단말기(200)의 처리과정으로, 또는 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)의 제어부(12,22)의 자체 판단으로 센서부(11,21)의 PPG 동작에 의한 반사 빛이 설정 강도 미만이면 도 2와 같이 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)에서 손목과의 밀착 착용을 권고하는 메시지가 출력될 수 있다. 또는 단말기(200)에서 상기 권고 메시지가 출력될 수 있다.

센서부(11,21)는 손목의 혈관 또는 근육의 상태를 감지하는 음향 진동 센서, 광학 센서, 근전도 센서, 압력 센서, 홀 센서, 가속도 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 센서부(11,21)에 의해 센싱되는 생체 신호는 심박수, 심전도, 근전도, 호흡, 산소포화도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제1,2 웨어러블 밴드(10,20)는 센서부(11,21) 및 상기 메시지 권고 등으로 인해 손목에서 검출되는 생체신호를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

또한 근전도 센서 및 광학 센서, 근전도 센서 및 음향 진동 센서, 또는 근전도 센서 및 가속도 센서를 운용하여 근전도 센서만으로 감지하기 어려운 수지신근이나 소지신근의 움직임 정보에 해당하는 생체 신호를 보다 정확히 검출할 수 있다.

음향 진동 센서는 피부 표면에서 진동을 측정하기 위한 센서로 피에조 센서 혹은 마이크로폰, 레이저 거리센서, 가속도계, 근육 진동 센서(mechano-myography, MMG) 등을 포함할 수 있다. 근육 진동 센서는 근육의 활성화시 나타나는 근섬유들의 부피 변화로 인한 미세진동을 측정하는 방식으로 비침습적으로 측정할 수 있다. 근육 진동 센서는 근육의 피로도 측정, 움직임 의도 파악 등을 위한 신호 수집을 지원할 수 있다. 근육 진동 센서는 작은 크기로 미세 근육까지 측정 가능할 수 있다. 뼈의 밀도나 근육 두께 등의 차이 때문에 생체 부위에 따라 고유한 소리가 날 수 있다. 근육 진동 센서는 소리들의 차이를 인식하여 예컨대 손가락이 동작하는 위치를 감지할 수 있다. 이러한 근육 진동 센서는 위치에 따른 기계적 진동분석에 의해 반응을 결정할 수 있다. 손가락 등이 특정 물체에 터치를 할 때 인체 내에 미세한 음향 신호가 발생하게 된다. 이 신호는 피부표면과 팔 근육과 뼈를 통해 퍼져 나간 후 부드러운 근육조직과 딱딱한 관절을 지나면서 파장이 각각 달라진다. 근육 진동 센서는 골밀도와 근육질량 등의 차이를 계산해 역추적하여 음향이 처음 발생한 지점을 검출할 수 있다.

근수축과 함께 활동근의 체표면에는 미세한 진동이 발생한다. 진동은 수축근의 근섬유가 측방으로 확대, 변형함으로 발생하는 압력파에 기인할 수 있다. 근육 진동 센서는 미세한 저 주파 대역(100Hz 미만)의 진동을 기록, 분석함으로써 근활동을 평가할 수 있다. 근전도(Electromyogram: EMG) 센서는 활동근의 전기적 상태를 반영하나, 근육 진동 센서는 활동근의 기계적 상태를 반영할 수 있다. 근육 진동 센서는 근섬유의 기계적 수축과 관련하여 생체 신호를 검출하기 때문에 운동 단위 동원(motor unit recruitment) 및 발사 빈도(firing rate)등의 근활동 전략에 관한 기계적 측면의 판단을 지원할 수 있다.

음향 진동 센서는 인체의 체표면상에서 기록되는 진동으로 진전(tremor)을 검출하는 센서를 포함할 수 있다. 진전은 유의적 근활동의 유무에 따라 rest tremor와 action tremor로 구분할 수 있다. 근육 진동과 유사하게 근수축시에 발생하는 진전으로 등척성 진전(forcetremor: FT)이 있으며, 신체의 관성, 신장반사 등과 관련된 3~6Hz와 중추에서 운동 뉴런에의 율동적 입력과 관련된 8~12Hz의 주파수 영역에서 동시에 나타날 수 있다. 따라서, 음향 진동 센서가 센싱하는 신호는 근섬유의 측방 변화에 따른 저주파 진동을 측정하는 MMG파형에 FT파형이 혼입될 수 있다. 등척성 진전 파형은 일종의 생리학적 artifact로서, 근육의 길항작용에 있어 주동근(agonist)보다 길항근(antagonist) 쪽 움직임과 관련한 센싱 신호 검출을 지원한다. 근조직의 진동 특성에 대해 근활동이 증가하면 연조직(soft tissue)의 감쇠계수가 증가하며 공진을 감쇠시킨다.

따라서 활동량이 큰 주동근보다 활동량이 작은 길항근에서 등척성 진전의 영향이 크게 나타날 수 있다. 음향 진동 센서는 콘덴서 마이크로폰(MIC), 가속도 센서(ACC) 등을 더 포함할 수 있다. 콘덴서 마이크로폰은 공기실(air chamber)을 센서에 부착하여 체표면 진동으로 인한 공기실의 공기압 변화를 측정한다. 가속도 센서가 콘덴서 마이크로폰보다 등척성 진전의 영향을 크게 받을 수 있다. 피로성 근수축시, 길항근과 주동근을 비교함으로써, 음향 진동 센서는 콘덴서 마이크로폰(MIC)과 가속도 센서(ACC)로 측정한 MMG(각각 MMG MIC, MMG ACC)에 대한 등척성 진전의 영향을 비교하여 피로도 등의 값을 구할 수 있도록 지원한다.

근전도 센서는 요골 동맥과, 척골 동맥 주변의 근전도 측정을 수행할 수 있다. 근전도 센서는 전완(foream)신근부로부터 근전도를 획득할 수 있다. 전완신근부의 근전도 센싱을 위하여 근전도 센서의 부착 위치를 손가락 운동에 관여하는 전완신근의 수지신근과 소지신근 사이에 부착하고, 손가락의 움직임에 관여된 신호를 측정할 수 있다. 근전도 센서는 손목의 엄지방향의 굴절이나 소지방향의 굴절에 대한 근전도 측정이 가능하다.

광학 센서는 광학적으로 근육 활성화도를 측정한다. 비침습적으로 피부에서 빛을 발광하였을 때, 피부, 피하지방, 근육 등의 피부 조직에서 일부는 투과되고, 일부는 반사하게 된다. 근육을 제외한 피부조직들은 인체 움직임에 따라 광학적 특성이 변하지 않으나, 근육에서의 광학 특성은 위에서 나타낸 원리에 따라서 변하게 되므로, 그 반사된 빛의 양을 이용하여 근육의 활성화 정도를 측정할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하기 위하여 근육의 활성화 과정을 살펴보면, 움직임 관련 정보를 담은 신경신호가 뇌로부터 중추 신경계를 통하여 각 지역으로 뻗어있는 움직임 관련 근육으로 전달되어 자극된다. 자극으로 활성화된 근육은 근섬유 내부에 있는 I-band를 구성하는 actin과 A-band를 구성하는 myosin이 서로 잡아당겨서 근육이 수축하게 되어 전체 근섬유 다발은 짧아지며, 두꺼워지게 된다. 이에 따라서 근섬유의 밀집으로 근육은 더 밀도 있게 되고, 경도가 강해진다. 이러한 형상은 광학적 특성 변화도 동시에 가져오게 되며, 근육의 밀도차이에 의하여, 빛의 반사 및 투과율이 변하게 된다. 또한, 피부 표면에서 발광된 빛은 각 표피, 근육, 혈관 및 뼈 등의 광학적 특성에 따라 일부는 투과되고 흡수되기도 하며, 일부는 각 매질에서 반사하게 된다. 이 중에 각 매질에서 반사된 빛이 발광부 바로 옆에 붙어있는 수광부를 통하여 획득하게 된다. 이때 표피나 뼈와 같은 조직에서는 인체의 움직임에도 광학적 특성이 변하지 않으며, 혈관 조직의 경우 심장 박동에 따라 작은 교류신호를 발생하게 된다. 하지만 위에 언급한 바와 같이 근육조직에서는 움직임으로 인한 밀도변화와 근육의 두께 변화로 인하여 광학적 특성인 반사율이 변하게 되어 수광부에서 얻어지는 빛의 양이 변하게 된다. 이러한 변화로 광학 센서는 근육이 수축하면 센싱하는 신호의 크기 값이 증가하며, 반대로 이완 시에는 센싱하는 신호의 크기 값이 감소하게 된다.

광학 센서는 근육 움직임, 뼈 움직임, 헤모글로빈 광 투과 또는 반사 등의 특성을 이용하여 센싱값을 검출한다. 광학 센서는 손가락 힘줄 변화(Finger Flexor Tendons)를 이용한 finger motion을 인식할 수 있도록 지원할 수 있다.

광학 센서는 맥박 센서를 포함할 수 있다. 맥박 센서는 고휘도 LED로 구성될 수 있다. 맥박 센서는 맥박 측정 및 산소포화도 측정을 지원한다. 맥박 센서는 펄스옥시미터(pulse oximeter)센서를 포함한다. 펄스옥시미터 센서는 말초혈류량(Photoelectric lethysmography : PPG)을 이용하여 맥박과 산소포화도 측정을 지원한다.

맥박 센서는 반도체 소자에서 두 개의 다른 파장의 빛을 손끝에 대어서 혈액의 산소 포화도를 비혈관적으로 측정할 수 있도록 지원한다. 혈액 속의 산화 헤모글로빈(oxidised haemoglobin : HbO2)과 헤모글로빈(reduced haemoglobin(Hb))은 500nm에서 1000nm사이의 파장을 가지는 빛을 쏘았을 때 각기 다른 스펙트럼 특징을 가진다.

-HbO2와 Hb는 빛의 흡수율에서 다른 양상을 보이며 동맥을 통해 손가락으로 유입되는 혈액량은 심장박동과 함께 변한다. 맥박 센서의 수광부에 배치된 포토다이오드는 혈액량에 비례한 혈액 속의 Hbo2와 Hb의 양에 따라 입사 과정에서 달라지는 빛의 량에 비례하여 변화된 출력 전압을 측정함으로써 맥박을 추정할 수 있도록 지원한다.

또한 맥박 센서는 빛의 량의 변화에 대응하여 산소포화도를 구할 수 있도록 지원한다.

홀 센서는 혈압 및 맥박 측정을 지원할 수 있다. 홀 센서는 손목의 요골 돌출부 또는 척골돌출부(손목 아래쪽에 툭 튀어나온 뼈)에 배치되어 요골동맥의 맥진파를 측정할 수 있다. 홀(Hall) 센서(114)는 인듐안티모나이드(InSb), 인듐아세나이드(InAs), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 등으로 구성된 반도체를 포함할 수 있다. 홀 센서는 자기장에 의한 홀 기전력을 이용하여 자기장의 세기를 측정할 수 있기 때문에, 자기장이나 미소 부분의 자기장을 측정할 수 있으며 자기장의 변화가 위치 등에 기인할 때 이들 위치의 측정이 가능하다. 홀 센서는 자성 홀소자를 이용하여 요골 동맥에 놓여 있는 영구자석의 위치 변화에 따른 전압의 변화를 전기적 신호로 얻을 수 있다. 전기적 신호는 맥의 파형 신호를 의미하는데 이 신호는 다시 회로의 하드웨어를 통해 신호들을 미분하여 자기장 변화에 따른 신호만 얻을 수 있다.

한편, 혈압을 조절하는 감각신경계 중 하나인 대동맥소체에 위치한 화학수용체가 CO2 증가와 O2 감소를 감지하고 원활한 산소 공급을 위해 혈액량이 증가하게 되면서 혈압이 상승한다. 혈액 공급량을 증가시키기 위해 심박수가 증가하고 이에 따라 맥박수도 증가하여 혈압이 상승하게 된다. 홀 센서는 심장에서 나가는 요골 동맥의 주맥파와 복대 동맥에서 요골동맥으로 반사되는 반사파의 이격 시간차가 발생(고혈압의 경우 같이 합쳐지는 형상을 보임)하는 특성을 이용하여 맥진파의 형태에 의한 구분을 수행할 수 있도록 지원한다. 또한 상술한 특성을 통해 개인의 혈관특성을 알 수 있으며 개괄적인 혈압의 특성을 알 수 있도록 지원한다.

가속도 센서는 3축 선형 가속도 센서(중력 제거)를 포함할 수 있다. 가속도 센서는 손목 비틀기, 손동작 등에 대한 동작 측정을 지원한다. 가속도계는 정해진 방향의 가속도를 측정하는 센서로서, 사용자가 디바이스를 움직이는 동작에 따라 해당 가속도 정보를 획득할 수 있다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 듀얼 웨어러블 밴드의 또 다른 다양한 작동 예시를 나타낸 도면으로, 도 3은 제1 웨어러블 밴드(10) 또는 제2 웨어러블 밴드(20) 중 어느 하나라도 생체신호가 감지되지 않는 상태에서 일정 시간이 지나면 페어링이 해제되는 동작관계를 나타낸다.

이러한 동작관계는 상기 센서부(11,21)가 동작 중인 상태를 전제로 한다. 즉, 상기 제1 웨어러블 밴드(10) 또는 제2 웨어러블 밴드(20) 중 설정 시간 동안 생체 신호 감지가 중단된 웨어러블 밴드는 상기 단말기(200)와 페어링이 해제된다. 예를 들어 제1 웨어러블 밴드(10)의 센서부(11)에서 신호감지가 이루어지는지 확인하고(S11), 신호감지가 없으면 신호 감지가 없는 시점으로부터 일정 시간이 경과됐는지 확인한다(S12). 이때 일정 시간이 경과되지 않았으면 신호 감지가 이루어지는지 확인하고, 신호 감지가 이루어지지 않은 시점으로부터 일정 시간이 경과되면 제1 웨어러블 밴드(10)는 단말기(200)와의 페어링을 해제한다.

이와 같은 상황은 사용자가 제1 웨어러블 밴드(10)를 신호가 감지되지 않을 정도로 헐겁게 착용했거나, 착용 해제한 상태를 의미할 수 있다. 따라서 헐겁게 착용한 경우, 밀착 착용 메시지에도 불구하고 신호 감지가 없는 상태이므로 페어링을 해제함으로써 오차 보정을 위해 수행되는 불필요한 연산 과정을 차단하여 제1 웨어러블 밴드(10)의 과부하 내지는 전력 손실을 방지한다. 또는 착용 해제인 경우 페어링이 해제됨으로 인해 다른 단말기와의 페어링시 이전 단말기와의 페어링 해제 과정이 생략되므로, 다른 단말기와의 페어링 편의 및 시간을 단축시킬 수 있다.

도 4는 생체 신호 감지가 되고 정상 신호이지만 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)에서 수집되는 생체 신호가 확연이 다른 상태일 때 페어링을 해제하는 과정을 나타낸다. 도 4의 경우도 하나의 단말기(200)에 멀티 페어링이 이루어진 상태에서의 과정으로, 제1 웨어러블 밴드(10)를 예로서 설명하면, 생체 신호가 감지되는지 확인하고(S11), 정상신호인지 확인하며(S14), 제2 웨어러블 밴드(20)의 생체 신호와 비교했을 때 오차범위가 설정된 오차범위를 초과하는지 확인하고(S15), 오차범위를 초과하지 않으면 단말기(200)에 신호를 전달하며(S16), 그렇지 않은 경우는 페어링을 해제한다(S17). 페어링의 해제는 제1 웨어러블 밴드(10)의 생체신호가 제2 웨어러블 밴드(20)의 기준신호와 비교했을 때 오차범위를 초과한 상태로서, 제1 웨어러블 밴드(10)를 다른 사람이 착용한 것으로 판단할 수 있어 페어링의 해제는 다른 사람의 빠른 페어링을 위해서도 바람직하다.

도 5와 도6의 경우 페어링이 해제 됐는지 확인하고(S18), 페어링 해제가 확인되면 타 단말기와 페어링(S19)을 자동으로 진행하는 것을 나타낸다. 이때 타 단말기는 미리 등록된 것이어야 한다는 것을 전제하며, 이를 위해 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)에는 자동 페어링을 위해 오토스위칭부가 구비될 수 있다. 제어부(12,22)는 수면시간 동안 멀티 페어링을 유지하면서, 아침 기상시 제1,2 웨어러블 밴드(10,20)가 도 3 및 도 4와 같은 상황일 때 오토스위칭부를 통해 단말기(200)와의 페어링을 해제하면서 곧 바로 미리 등록된 타 단말기와 페어링한다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

10: 제1 웨어러블 밴드
20: 제2 웨어러블 밴드
11,21: 센서부
12,22: 제어부
13,23: 통신부
200: 단말기

Claims (8)

1. 생체 신호를 센싱하는 센서부가 각각 구비되고, 멀티 페어링이 지원되는 단말기와 무선 연결되는 제1 웨어러블 밴드 및 제2 웨어러블 밴드;를 포함하며,
   상기 제1,2 웨어러블 밴드는,
   제1 웨어러블 밴드에서 감지된 제1 생체신호와 제2 웨어러블 밴드에서 감지된 제2 생체신호의 정확도를 분석하고, 정확도가 높은 생체신호를 기준신호로 선정하며, 상기 기준신호로 나머지 생체신호를 보정하는 제어부;
   상기 기준신호 및 상기 제어부에 의해 보정된 생체신호를 상기 단말기에 전송하는 통신부;
   를 포함하는 듀얼 웨어러블 밴드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 센서부의 PPG 동작으로 반사되는 빛의 강도가 설정 강도 이상인 것을 정확도가 있는 것으로 판단하는, 듀얼 웨어러블 밴드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는 센서부의 PPG 동작으로 반사되는 빛의 강도가 설정 강도 미만이면, 웨어러블 밴드에 또는 상기 통신부를 통해 상기 단말기에 웨어러블 밴드와 손목과의 밀착 착용을 권고하는 메시지를 전송하는, 듀얼 웨어러블 밴드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는 손목의 혈관 또는 근육의 상태를 감지하는 음향 진동 센서, 광학 센서, 압력 센서, 홀 센서, 가속도 센서 중 하나 이상을 포함하는, 듀얼 웨어러블 밴드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 센서부에 의해 센싱되는 생체 신호는,
   심박수, 심전도, 근전도, 호흡, 산소포화도 중 적어도 하나를 포함하는, 듀얼 웨어러블 밴드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 센서부가 동작 중인 상태에서,
   상기 제1 웨어러블 밴드 또는 제2 웨어러블 밴드 중 설정 시간 동안 생체 신호 감지가 중단된 웨어러블 밴드는 상기 단말기와 페어링이 해제되는, 듀얼 웨어러블 밴드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 생체신호와 제2 생체신호 중 어느 하나가 기준신호 대비 오차 범위를 초과하는 경우, 해당 신호를 송신하는 웨어러블 밴드는 상기 단말기와 페어링이 해제되는, 듀얼 웨어러블 밴드.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 단말기와 페어링이 해제된 웨어러블 밴드는 기설정된 다른 단말기와 자동 페어링되는 오토스위칭부를 포함하는, 듀얼 웨어러블 밴드.