KR20170124943A - 심혈관 특성 추출 장치 및 방법 - Google Patents

심혈관 특성 추출 장치 및 방법 Download PDF

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KR20170124943A
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Abstract

심혈관 특성 추출 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 심혈관 특성 추출 장치는 피검체의 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 측정하는 제1 센서부와, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부와, 진동 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성에 관한 동작을 수행하는 처리부 및 제1 센서부, 제2 센서부 및 처리부가 장착되는 본체를 포함할 수 있다.

Description

심혈관 특성 추출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING CARDIOVASCULAR CHARACTERISTIC}
심혈관 특성을 추출하는 장치 및 방법과 관련된다.
압박 커프 등을 사용하지 않고 심혈관계 특징을 비침습적으로 추출하기 위한 기술은 대표적으로 PWA(pulse wave analysis)법과 PWV(pulse wave velocity) 법이 있다. PWA법은 체말단(손가락 끝, 요골 동맥 등)에서 광용적 맥파나 체표 압력 신호를 얻은 후 그 모양을 분석하여 심혈관계 특성을 추출하는 방법이다. 좌심실에서 박출된 혈액은 신동맥이나 장골동맥 등 큰 분지가 있는 지점에서 반사를 일으키게 되고 이는 체말단에서 측정한 광용적 맥파 또는 체표 압력파 등의 모양에 영향을 주게 된다. 따라서 이 모양을 분석함으로써 동맥 경화도나 혈관 나이, 대동맥압 파형 등을 유추할 수 있다. PWV법은 맥파의 전달 시간을 측정하여 심혈관계 특성을 추출하는 방법으로서, 심전도와 체말단의 광용적 맥파를 측정하여 심전도의 R 피크(peak) (좌심실 수축 구간)와 손가락 또는 요골동맥의 광용적 맥파나 압력 맥파의 피크 사이의 지연 시간(pulse transit time, PTT)을 측정하고, 이것으로 팔의 길이 근사치를 나누어 심장에서 출발한 혈액이 체말단에 도달하기에 까지 걸린 속도를 구한다.
일반적으로 심전도를 측정하기 위해서는 측정위치 1, 심장, 측정위치 2가 심장을 가운데 놓고 체표면을 통해 폐회로를 구성하여야 하므로 오른손과 왼손을 동시에 측정 시스템의 전극에 접촉하거나, 몸통 또는 가슴의 피부 면에서 심장에 대해 일측인 한 지점과 다른 일측인 한 지점에 시스템의 전극이 접촉해야 한다. 이로 인해 개인용 웨어러블 기기에서 심전도를 활용하는 것이 쉽지 않다.
손목형 기기의 스트랩에 별도의 센서를 내장할 필요없이 심혈관 특성을 추출하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 심혈관 특성 추출 장치는 피검체의 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 측정하는 제1 센서부, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부, 측정된 진동 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성에 관한 동작을 수행하는 처리부 및 제1 센서부, 제2 센서부 및 처리부가 장착되는 본체를 포함할 수 있다.
또한, 심혈관 특성 추출 장치는 피검체의 손목을 감싸도록 형성되어 상기 본체에 연결되며, 장력에 의해 손목을 감싼 상태로 유지하여 상기 본체를 손목에 고정하는 스트랩을 더 포함할 수 있다.
제1 센서부는 스트랩이 장력에 의해 손목을 감싼 상태에서, 요골 동맥에서 맥파의 발생시 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동을 측정할 수 있다.
제1 센서부는 본체를 통해 전달되는 맥파의 진동을 측정하기 위한 압전 센서를 포함할 수 있다.
제1 센서부는 본체를 통해 전달되는 피검체의 접촉 압력을 측정하는 힘 센서(force sensor) 또는 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함할 수 있다.
제1 센서부는 변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender), 피에조 벤더와의 사이에 캐비티(cavity)를 형성한 상태로 피에조 벤더의 양단을 지지하도록 기기 본체 내에 장착되는 강성 지지체 및 맥파의 진동을 전달받아 피에조 벤더를 가압하여 변형시키는 가압블록을 포함할 수 있다.
제1 센서부는 변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender), 피에조 벤더와의 사이에 캐비티(cavity)를 형성한 상태로 피에조 벤더의 양단을 지지하도록 상기 본체 내에 장착되는 강성 지지체 및 본체를 통해 전달되는 피검체의 접촉 압력을 측정하며, 맥파의 진동을 전달받아 피에조 벤더를 가압하여 변형시키는 힘 센서(force sensor)를 포함할 수 있다.
본체는 하우징을 포함하며, 하우징은 제2 센서부를 피검체를 향해 노출시킨 상태로 장착할 수 있다.
이때, 제2 센서부와 하우징의 연결 부위는 신축 가능하게 형성될 수 있다.
이때, 하우징은 제1 센서부를 처리부보다 제2 센서부에 가깝게 수용할 수 있다.
제2 센서부는 센서 보드, 피검체에 광을 조사하도록 센서 보드에 실장되는 광원 및 피검체로부터 되돌아오는 광을 검출하도록 센서 보드에 실장되는 디텍터를 포함할 수 있다.
이때, 광원은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
처리부는 측정된 진동 신호와 맥파 신호 간의 지연시간을 계산하는 지연시간 계산부 및 계산된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출하는 심혈관 특성 추출부를 포함할 수 있다.
처리부는 진동 신호와 맥파 신호의 피크(peak), 밸리(valley), 기울기의 최대 및 최소점 중의 적어도 하나를 특징점으로 추출하는 특징점 추출부를 더 포함하고, 지연시간 계산부는 추출된 특징점을 이용하여 지연시간을 계산할 수 있다.
또한, 심혈관 특성 추출 장치는, 본체에 장착되며, 진동 신호, 맥파 신호, 특징점, 지연시간, PWV(pulse wave velocity) 및 심혈관 특성 중의 적어도 하나를 외부 장치에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 심혈관 특성은 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 심혈관 특성 추출 장치는 처리부의 제어에 따라 상기 추출된 심혈관 특성을 사용자에게 제공하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
처리부는 제1 센서부 및 제2 센서부에 의해 측정된 신호를 전처리하는 전처리부 및 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부를 포함할 수 있다.
다른 양상에 따르면, 심혈관 특성 추출 장치는 본체, 본체에 연결되며, 피검체의 손목을 감싸도록 형성되는 스트랩, 본체에 장착되며, 맥파 발생시 상기 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동에 의한 피검체의 접촉 압력 신호를 측정하는 힘 센서(force sensor) 또는 스트레인 게이지(strain guage)를 포함하는 제1 센서부, 본체에 장착되며, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부 및 본체에 장착되며, 접촉 압력 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 처리부를 포함할 수 있다.
처리부는 접촉 압력 신호를 AC 성분 신호와 DC 성분 신호로 분리할 수 있다.
처리부는 AC 성분 신호 및 맥파 신호의 지연시간을 계산하고, 계산된 지연시간을 기초로 상기 심혈관 특성을 추출할 수 있다.
처리부는 DC 성분 신호를 기초로 힘 센서 또는 스트레인 게이지의 접촉 상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 기초로 상기 심혈관 특성의 추출 여부를 판단할 수 있다.
처리부는 DC 성분 신호를 기초로 지연시간과 심혈관 특성 사이의 관계를 나타내는 추정 모델 또는, 추출된 심혈관 특성 값을 보정할 수 있다.
다른 양상에 따르면, 심혈관 특성 추출 장치는 본체, 본체에 연결되며, 피검체의 손목을 감싸도록 형성되는 스트랩, 본체에 장착되며, 맥파 발생시 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동에 의하여 발생되는 음파 신호를 측정하는 마이크로폰을 포함하는 제1 센서부, 본체에 장착되며, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부 및 본체에 장착되며, 음파 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 처리부를 포함할 수 있다.
이때, 마이크로폰은 일렉트렛 마이크로폰 및 MEMS 마이크로폰 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 센서부는 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동 신호를 음파 신호로 변환하여 마이크로폰에 전달하는 다이어프램을 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 제1 센서부와 제2 센서부가 장착된 본체를 포함하는 심혈관 특성 장치가 심혈관 특성을 추출하는 방법은, 제1 센서부를 통해 피검체의 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 측정하는 단계, 제2 센서부를 통해 피검체의 맥파 신호를 측정하는 단계 및, 진동 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
진동 신호를 측정하는 단계는 본체에 연결된 스트랩에 의해 피검체의 손목을 감싼 후 스트랩의 장력에 의해 본체를 손목에 고정한 상태에서, 맥파 발생시 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동 신호를 측정할 수 있다.
동작을 수행하는 단계는 진동 신호와 맥파 신호 간의 지연시간을 계산하는 단계, 계산된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
동작을 수행하는 단계는 진동 신호와 맥파 신호로부터 피크(peak), 밸리(valley), 기울기의 최대 및 최소점 중의 적어도 하나를 특징점으로 추출하는 단계를 더 포함하고, 지연시간을 계산하는 단계는 추출된 특징점을 기초로 지연시간을 계산할 수 있다.
또한, 심혈관 특성 추출 방법은 추출된 심혈관 특성을 사용자에게 표시부를 통해 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
손목형 기기의 스트랩에 별도의 센서를 내장할 필요없이 심혈관 특성을 추출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 개략적인 전체 구조도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2의 처리부 구성의 일 실시예를 도시한 상세 블록도이다.
도 4a 내지 도 4c는 심혈관 특성 추출 장치의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 블록도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다.
도 6b는 심혈관 특성 추출 장치의 제1 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예들에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 방법의 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 방법 중의 심혈관 동작 수행 단계의 상세 흐름도이다.
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, 심혈관 특성 추출 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 개략적인 전체 구조도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치(1)는 손목에 착용가능한 웨어러블 기기일 수 있다. 도시된 바와 같이, 심혈관 특성 추출 장치(1)는 기기 본체(100)와, 기기 본체(100)에 연결되어 피검체의 손목을 감싸도록 플렉시블하게 형성되며, 장력에 의해 손목을 감싼 상태로 유지하여 본체를 손목에 고정하는 스트랩(121,122)을 포함한다.
또한, 심혈관 특성 추출 장치(1)의 기기 본체(100)에는 표시부(110) 및 조작부(115)가 장착될 수 있다.
표시부(110)는 심혈관 특성과 관련된 다양한 정보, 예컨대, 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 등의 심혈관 특성 정보나, 심혈관 특성을 추출하는데 이용된 다양한 센서신호, 센서신호의 분석 정보, 추출된 심혈관 특성에 따른 경고나 알람 등의 추가 정보를 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 표시부(110)는 미리 정의된 다양한 시각적/비시각적 방식으로 사용자에게 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 추출된 혈압이 위험 수치에 해당하는 경우 빨간색으로 표시할 수 있으며, 반대로 정상 수치에 해당하면 초록색으로 표시할 수 있다.
한편, 표시부(110)에는 터치 입력 기능을 탑재할 수 있으며, 사용자가 터치 입력 기능을 이용해 다양한 명령을 입력하고, 필요한 동작을 수행할 수 있도록 사용자 인터페이스를 출력할 수 있다.
조작부(115)는 사용자의 제어명령을 수신하여 처리부(220)로 전달할 수 있으며, 심혈관 특성 추출 장치(1)의 전원을 온/오프시키는 명령을 입력하기 위한 전원 버튼을 포함할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 일 양상에 따른 기기 본체(200)에는 센서부(210) 및 처리부(220)가 추가로 장착될 수 있다.
센서부(210)는 심혈관 특성을 추출하기 위해 필요한 센서신호를 측정한다. 도시된 바와 같이, 센서부(210)는 제1 센서부(211) 및 제2 센서부(212)를 포함할 수 있다.
제1 센서부(211)는 피검체의 맥파에 의해 생성된 제1 신호를 측정한다. 예를 들어, 스트랩(121,122)이 장력에 의해 손목을 감싼 상태에서 요골동맥에서 맥파가 발생하게 되면 스트랩(121,122)을 통해 본체(100)로 기계적 진동이 전달된다. 이때, 제1 센서부(211)는 스트랩(121,122)을 통해 본체(100)로 전달되는 진동 신호를 제1 신호로서 측정할 수 있다.
제1 센서부(211)는 스트랩(121,122)를 통해 본체(100)로 전달되는 요골 맥파의 진동을 측정하기 위한 센서 요소를 포함하며, 이때, 센서 요소는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 압전 특성을 갖는 압전 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 판상의 압전 센서로서 기계적 변형에 따라 전위가 발생하는 피에조 벤더, 또는 이들의 직렬/병렬 연결로 구현될 수 있다. 이때, 압전 센서는 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전 세라믹, PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 압전 폴리머에 기반한 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 맥파의 기계적 진동을 측정할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
제2 센서부(212)는 피검체의 맥파에 의해 생성된 제2 신호를 측정한다. 예를 들어, 제2 센서부(212)는 피검체에 광을 조사하고, 피검체로부터 되돌아오는 광을 검출하여 맥파 신호를 제2 신호로서 측정할 수 있다. 제2 센서부(212)는 손목의 손등 영역에 밀착되도록 본체(100)에 형성될 수 있으며, 손목의 모세혈이나 정맥혈에서 발생되는 맥파 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제2 센서부(212)는 맥파 신호를 측정하기 위한 센서 요소로서 피검체에 광을 조사하는 광원과, 피검체로부터 되돌아 오는 광을 검출하여 맥파 신호를 측정하는 디텍터를 포함할 수 있다. 이때, 광원은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 센서부(211) 및 제2 센서부(212)는 손목 영역의 혈관과의 정합, 신호 품질의 향상을 위해 필요한 경우 복수의 센서 요소들의 어레이로 형성될 수 있다.
처리부(220)는 측정된 제1 신호 및 제2 신호를 수신하고, 수신된 제1 신호와 제2 신호를 이용하여 심혈관 특성의 추출과 관련된 다양한 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 도 2의 처리부 구성의 일 실시예를 도시한 상세 블록도이다. 도 4a 내지 도 4c는 심혈관 특성 추출 장치의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여, 처리부(220)의 일 실시예를 보다 상세히 설명한다. 도시된 바와 같이 처리부(220)는 전처리부(221), 신호 변환부(222), 특징점 추출부(223), 지연시간 계산부(224) 및 심혈관 특성 추출부(225)를 포함할 수 있다.
전처리부(221)는 제1 센서부(211) 및 제2 센서부(212)로부터 제1 신호와 제2 신호가 수신되면 수신된 신호의 노이즈 제거, 신호의 증폭 등의 전처리를 수행한다. 예를 들어, 신호를 정규화하고 추세와 오프셋을 제거하는 디트렌딩(detrending), 신호 스무딩(smoothing) 및 로우 패스 필터(low pass filter)를 이용한 고주파 잡음의 제거와 같은 전처리 작업을 수행할 수 있다.
신호 변환부(222)는 측정된 제1 신호 및 제2 신호가 아날로그 신호인 경우 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 4a는 제1 센서부(211) 제2 센서부(212)에 의해 측정된 제1 신호(411) 및 제2 신호(412)를 1000Hz로 아날로그 디지털 변환하고, 전처리하여 획득한 신호들의 파형을 도시한 것이다.
특징점 추출부(223)는 도 4a에 도시된 제1 신호(411)와 제2 신호(412) 사이의 지연시간을 획득하기 위한 특징점을 추출한다. 예를 들어, 특징점 추출부(223)는 제1 신호(411) 및 제2 신호(412)에서 두드러진 지점을 특징점으로 추출하고, 추출된 특징점 또는 특징점들을 조합하여 도 4b와 같이 각 신호(411,412)에 마킹(M1,M2)할 수 있다. 이때, 특징점은 제1 신호(411) 및 제2 신호(412)의 피크(peak) 지점, 밸리(valley) 지점, 기울기의 최대 지점 및 최소 지점 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 도 4b는 제1 신호(411)와 제2 신호(412)의 양의 기울기의 최대점을 특징점으로 추출하여 마킹한 것을 예시한 것이다.
지연시간 계산부(224)는 제1 신호(411)와 제2 신호(412)의 마킹(M1,M2)된 특징점들 사이의 지연을 계산할 수 있다. 이때, 지연시간은 요골동맥의 맥동이 손등 방향의 손목에 맥파에 반영되는데 걸리는 시간을 의미한다. 제1 센서부(211)에 의해 측정된 제1 신호는 요골동맥의 맥파에 의해 발생된 기계적 진동 신호이고, 제2 센서부(212)에 의해 측정된 제2 신호 예컨대 맥파 신호는 요골동맥을 통해 전달된 동맥혈이 손목, 손의 주요 혈관들을 거치고 난 후 반영된 후에 측정된 맥파 신호이므로, 제1 센서부(211)에서 측정된 기계적 진동 신호와 제2 센서부(212)에서 측정된 맥파 신호 사이의 지연시간은 체말단의 국소적 맥파전달속도 PWV(pulse wave velocity)와 유사한 특성을 갖는다고 할 수 있다.
심혈관 특성 추출부(225)는 지연시간 계산부(224)에 의해 연속적으로 계산된 제1 신호와 제2 신호들 사이의 지연시간을 기초로 일련의 패턴을 획득할 수 있다. 또한, 이와 같이 획득된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출할 수 있다. 이때, 심혈관 특성은 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 4c의 하단은 연속적으로 획득된 제1 신호와 제2 신호 사이의 지연시간을 통해 획득되는 일련의 패턴을 도시한 그래프이며, 도 4c의 상단은 수축기 혈압을 도시한 그래프로서, 브레스 홀딩(breath holding)이나 아이소메트릭 엑서사이즈(isometric exercise) 등을 통해 수 분 단위로 혈압 변화를 유도하였을 때의 수축기 혈압을 나타낸 것이다. 도 4c를 참조하면, 제1 신호와 제2 신호 간의 지연시간에 의해 획득된 일련의 패턴과 수축기 혈압 간에는 일정한 상관관계가 있음을 알 수 있다.
한편, 심혈관 특성 추출부(225)는 이와 같이 제1 신호와 제2 신호 사이의 지연시간과 수축기 혈압과의 상관 관계를 나타내는 상관 모델을 생성할 수 있다. 이때, 상관 모델은 예컨대 제1 신호와 제2 신호 간의 평균 지연시간으로부터 혈압을 추정할 수 있는 수학식 알고리즘 형태로 생성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 매칭 테이블 형태로 저장장치에 저장될 수 있다. 이때, 저장 장치는 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 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 심혈관 특성 추출부(225)는 소정 시간 동안 제1 신호와 제2 신호를 측정하여 학습데이터로 수집하고, 수집된 학습데이터를 이용하여 제1 신호와 제2 신호 간의 지연시간을 계산할 수 있다. 또한, 브레스 홀딩이나 아이소메트릭 엑서사이즈 등을 통해 소정 시간 동안의 수축기 혈압을 측정하고, 학습데이터를 이용하여 계산된 지연시간과 수축기 혈압을 이용하여 상관관계를 나타내는 혈압 추정식을 상관모델로서 생성할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면 심혈관 특성 추출 장치(1)의 본체(500)에는 센서부(210), 처리부(220)외에 통신부(510)가 추가로 장착될 수 있다.
이때, 센서부(210)는 전술한 바와 같이 요골 동맥에서 발생된 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 제1 신호로서 측정하는 제1 센서부(211)와 요골 동맥을 통해 전달된 동맥혈이 손목 밀 손의 주요 혈관들을 거치고 난 후 반영된 손목 상부의 모세혈이나 정맥혈의 맥파 신호를 제2 신호로 측정하는 제2 센서부(212)를 포함한다.
처리부(220)는 제1 센서부(211) 및 제2 센서부(212)에 의해 측정된 제1 센서와 제2 센서를 이용하여 다양한 동작을 처리한다. 이때, 처리부(220)는 통신부(510)를 제어하여 외부 장치(550)와 연결하고, 연결된 외부 장치(550)와 협업을 통해 다양한 동작을 처리할 수 있다. 이때, 처리부(220)는 연계된 외부 장치(550)가 탑재하고 있는 심혈관 특성 추출 관련 기능의 정도에 따라 필요한 정보, 예컨대, 측정된 제1 신호 및 제2 신호, 전처리된 신호, 계산된 지연시간, PWV, 상관모델, 추출된 특징점, 추출된 심혈관 특성 정보 등을 제공할 수 있다.
통신부(510)는 처리부(220)의 제어에 따라 통신 기술을 활용하여 통신망에 접속하고, 동일 통신망에 접속되어 있는 외부 장치(550)와 연결하여 필요한 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 통신 기술은 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 기술이 될 수 있으며 여기에 국한되지는 않는다.
일 예로, 처리부(220)는 제1 신호 및 제2 신호를 기초로 심혈관 특성이 추출되면, 추출된 심혈관 특성을 통신부(510)를 통해 외부 장치(550)에 전송하여 외부 장치(550)에 탑재되어 있는 인터페이스 모듈 예컨대, 스피커, 디스플레이, 햅틱장치 등을 통해 사용자에게 제공되도록 할 수 있다. 이때, 외부 장치(550)는 심혈관 특성 추출 장치(1)보다 상대적으로 컴퓨팅 성능이 뛰어난 사용자가 휴대할 수 있는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 단말일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 다양한 정보 제공 장치를 포함할 수 있다.
다른 예로, 외부 장치(550)가 상대적으로 컴퓨팅 성능이 우수하며, 센서 신호들을 이용하여 심혈관 특성을 추출할 수 있는 기능을 탑재하고 있는 경우, 통신부(510)는 처리부(220)의 제어에 따라 제1 센서부(211) 및 제2 센서부(212)에 의해 측정된 제1 신호와 제2 신호를 외부 장치(550)에 전송하여, 심혈관 특성 추출 동작을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 외부 장치(550)는 심혈관 특성 추출 기능을 탑재한 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC, 서버 등의 장치일 수 있다. 외부 장치(550)는 통신부(510)로부터 센서 신호가 수신되면 심혈관 특성을 추출하고, 외부 장치(550)에 탑재된 인터페이스 모듈을 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 처리부(220)는 통신부(510)를 통해 외부 장치(550)로부터 심혈관 특성 정보가 수신되면 표시부를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
또 다른 예로, 처리부(220)가 제1 신호 및 제2 신호 간의 지연시간을 계산하여 외부 장치(550)에 지연시간 정보를 제공하면, 외부 장치(550)는 관리하고 있는 상관 모델을 이용하여, 수신된 지연시간을 이용하여 사용자의 혈압 등의 심혈관 특성을 추출할 수 있다.
다만, 본 실시예의 심혈관 특성 장치(1)와 외부 장치(550) 간의 협업 동작은 이러한 예시들에 국한되는 것은 아니다.
도 6a는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다. 도 6b는 심혈관 특성 추출 장치의 제1 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치(1)의 본체(600) 구조는 제1 센서부(610), 제2 센서부(620), 메인보드(630), 디스플레이(640) 및 하우징(650)을 포함한다.
제1 센서부(610)는 하우징(650) 내에 실장된다. 이때, 하우징(650)은 제1 센서부(610)를 처리부가 실장되는 메인보드(630)보다 상대적으로 제2 센서부(620)에 가깝게 수용한다.
제1 센서부(610)는 압력에 의해 기계적 변형되고 변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender)(611)를 포함할 수 있다. 피에조 벤더(611)는 도시된 바와 같이 둘 이상의 적층 형태의 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 피에조 벤더(611)는 제2 센서부(620)의 센서보드(623)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 피에조 벤더(611)에서 발생된 전기적 신호는 제1 신호로서 센서보드(623)로 전달된다. 다만, 이에 제한되지 않으며 피에조 벤더(611)는 메인보드(640)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 발생된 전기적 신호가 바로 메인보드로 전달되도록 하는 것도 가능하다.
제1 센서부(610)는 피에조 벤더(611)의 기계적 변형을 발생시키는 가압 블록(612)을 더 포함할 수 있다. 이때, 가압 블록(612)은 일측이 센서보드(623)에 밀착되고 타측이 피에조 벤더(611)에 밀착되도록 형성될 수 있다. 가압 블록(610)은 도 6b에 도시된 바와 같이 (1) 요골 맥파에 의해 발생된 기계적 진동이 (2) 스트랩(680)의 장력을 통해 본체(600)로 전달되어 센서보드(623)의 움직임이 발생하면 (3) 센서보드(623)의 움직임에 따라 피에조 벤더(611)를 가압하여 변형을 발생시킬 수 있다. 이때, 가압 블록(612)은 강성 물질로 형성될 수 있다.
또한, 제1 센서부(610)는 피에조 벤더(611)와의 사이에 캐비티(cavity)(615)를 형성한 상태로 피에조 벤더(611)의 양단을 지지하도록 강성 물질로 형성된 강성 지지체(613)를 더 포함할 수 있다.
제2 센서부(620)는 피검체 즉, 사용자의 손등 방향으로 노출되도록 하우징(650)에 장착된다. 제2 센서부(620)는 피검체에 밀착되어 광을 조사하도록 센서보드(623)에 실장되는 광원(621)과, 피검체로부터 되돌아오는 광을 검출하도록 센서보드에 실장되는 디텍터(622)를 포함한다.
또한, 제2 센서부(620)는 양단이 하우징(650)과 연결된 센서보드(623)를 더 포함할 수 있다. 이때, 센서보드(623)와 하우징(650)의 연결부위(625)는 신축 가능하게 형성될 수 있다. 요골 동맥에 의해 생성된 기계적 진동이 스트랩(680)을 통해 본체(600)의 하우징(650)으로 전달되면, 하우징(650)의 신축 가능하게 형성된 연결 부위(625)는 기계적 진동을 받아 센서보드(623)의 움직임을 발생시키고, 이에 따라 전술한 바와 같이 제1 센서부(610)의 가압 블록(612)은 피에조 벤더(611)를 변형시키게 된다.
센서보드(623)는 광원(621) 및 디텍터(622)와 전기적으로 연결되어, 광원(621)에 처리부의 제어신호를 송신하고, 디텍터(622)로부터 측정된 제2 신호를 수신할 수 있다.
메인보드(630)는 커버(651)에 의해 지지되고 일면에 사용자에게 각종 정보를 제공하기 위한 표시부(640)가 장착될 수 있다. 또한, 메인보드(630)는 소자(631)를 통해 센서보드(623)와 전기적으로 연결된다. 또한, 메인보드(630)에는 전술한 처리부(220)가 장착될 수 있으며, 처리부(220)는 센서보드(623)와 전기적으로 연결된 소자(631)를 통해 수신된 제1 신호 및 제2 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 필요한 각종 동작을 수행할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다. 본 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체의 구조는 도 6a의 실시예에서 제1 센서부를 변형한 일 실시예이다.
도 7을 참조하면, 제1 센서부(710), 제2 센서부(620), 메인보드(630), 디스플레이(640) 및 하우징(650)을 포함한다. 이하, 도 6a의 실시예와 중복되지 않은 구성을 위주로 설명한다.
제1 센서부(710)는 하우징(650) 내에 실장되며, 하우징(650)은 제1 센서부(710)를 처리부가 실장되는 메인보드(630)보다 상대적으로 제2 센서부(620)에 가깝게 수용한다. 제1 센서부(710)는 압력에 의해 기계적 변형되고 변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender)(611)를 포함하고, 이때, 피에조 벤더(611)는 도시된 바와 같이 둘 이상의 적층 형태의 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 피에조 벤더(611)는 제2 센서부(620)의 센서보드(623)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 피에조 벤더(611)에서 발생된 전기적 신호는 센서보드(623)로 전달된다. 다만, 이에 제한되지 않으며 피에조 벤더(611)는 메인보드(640)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 발생된 전기적 신호가 바로 메인보드로 전달되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 제1 센서부(710)는 도 6a의 실시예와 달리 힘 센서(force sensor)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 스트레인 게이지(strain guage) 등과 같이 접촉 압력을 측정하기 위한 다양한 센서를 포함할 수도 있다. 힘 센서(force sensor)(711)는 센서보드(623)의 하단에 밀착 형성되어, 본체(700)를 통해 전달되는 피검체의 접촉 압력 신호를 측정한다. 또한, 힘 센서(711)는 요골동맥에서 발생된 맥파의 진동을 스트랩을 통해 전달받아 피에조벤더(611)를 가압하여 변형시킬 수 있다. 이때, 일 예에 따르면 힘 센서(711)의 하단에는 피에조 벤더(611)를 용이하게 가압시키기 위한 가압 부재(712)가 형성될 수 있다.
이때, 힘 센서(711)에 의해 측정된 접촉 압력 신호는 피에조 벤더(611)에 의해 측정된 진동 신호와 함께 제1 신호로서 센서보드(623)에 전달되고, 센서보드(623)와 메인보드(630)를 연결하는 소자에 의해 메인보드(630)로 전달된다.
또한, 제1 센서부(710)는 피에조 벤더(611)와의 사이에 캐비티(cavity)(615)를 형성한 상태로 피에조 벤더(611)의 양단을 지지하도록 강성 물질로 형성된 강성 지지체(613)를 더 포함할 수 있다.
메인보드(630)에 장착된 처리부(220)는 센서보드(623)와 전기적으로 연결된 소자(631)를 통해 수신된 제1 신호 및 제2 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 필요한 각종 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 처리부(220)는 제1 신호의 진동 신호와 제2 신호의 맥파 신호를 기초로 지연시간을 계산하고, 계산된 지연시간을 이용하여 심혈관 특성을 추출할 수 있다. 또한, 처리부(220)는 센서가 피부를 누르는 압력을 반영하는 제1 신호의 DC 성분을 접촉 압력 신호로 이용하여 혈관 관류(blood perfusion), 모세혈관의 컴플라이언스(compliance) 등을 모니터링할 수 있다.
제2 센서부(620)는 사용자의 손등 방향으로 노출되도록 하우징(650)에 장착되며, 센서보드(623)에 실장되는 광원(621)과 디텍터(622)를 포함한다. 또한, 제2 센서부(620)는 양단이 하우징(650)과 연결된 센서보드(623)를 더 포함하고, 센서보드(623)와 하우징(650)의 연결부위(625)는 요골 동맥의 맥파에 의해 생성된 기계적 진동을 힘 센서(711)에 효과적으로 전달할 수 있도록 신축 가능하게 형성될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예들에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조도이다. 본 실시예들에 따른 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조는 도 7의 실시예에서 제1 센서부를 변형한 실시예들이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 센서부(810)는 도 7a의 제1 센서부(710)에서 피에조 벤더(611)를 생략한 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 센서부(810)는 적정 감도의 힘 센서(811)와, 캐비티(615)를 형성한 상태에서 힘 센서(811)의 가압 부재(812)의 가압을 지지하는 강성 지지체(813)를 포함할 수 있다. 여기서, 힘 센서는 접촉 압력을 측정하기 위한 센서의 일 예일 뿐 이에 제한되는 것은 아니며 스트레인 게이지 등 접촉 압력을 측정할 수 있는 다양한 센서들이 포함될 수 있다.
전술한 바와 같이, 요골 동맥의 맥파에 의해 생성된 기계적 진동이 스트랩(680)을 통해 본체(800) 특히, 제2 센서부(620)의 센서보드(623)로 전달되면, 센서보드(623)의 하단에 형성된 힘 센서(811)는 가압 부재(812)가 강성 지지체(813)를 가압함에 따라 생성되는 접촉 압력 신호를 제1 신호로서 센서보드(623)에 전달할 수 있다.
메인보드(630) 내에 장착된 처리부(220)는 접촉 압력 신호를 제1 신호로 수신하면, 수신된 제1 신호를 AC 성분 신호와 DC 성분 신호로 분리할 수 있다. 또한, 처리부(220)는 분리된 AC 성분 신호와 제2 센서부(620)에 의해 측정된 제2 신호인 맥파 신호를 이용하여 두 신호 간의 지연시간을 계산하고, 계산된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출할 수 있다.
또한, 처리부(220)는 분리된 DC 성분 신호를 이용하여 힘 센서(811)가 피검체를 누르는 접촉 압력을 포함한 힘 센서의 접촉 상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 기초로, 측정된 신호들을 이용하여 심혈관 특성을 추출할지 신호들을 재측정할지 여부를 판단할 수 있으며, 또한, 추출된 심혈관 특성이나 심혈관 특성에 필요한 추정 모델을 보정(callibration) 여부를 판단할 수 있다.
일 예로, 본체(800)가 착용되는 손목의 두께 또는 착용 상태나 움직임 등에 따른 착용 위치의 변화 등으로 인해 본체(800)가 정확한 피검 지점에 위치하지 않을 수 있다. 이 경우, 처리부(220)는 힘 센서(811)가 피검체를 누르는 접촉 압력을 미리 설정된 임계치와 비교하여, 접촉 압력이 임계치 이상이면 제1 센서부(810) 및 제2 센서부(620)에 의해 측정된 신호들을 이용하여 심혈관 특성 추출 동작을 수행하고, 그렇지 않으면 측정된 신호들이 정확하지 않다고 판단하여 제1 센서부(810) 및 제2 센서부(820)로 하여금 재측정하도록 제어할 수 있다.
또한, 힘 센서(811)에 의한 접촉 압력은 혈액 관류(blood perfusion)나 모세혈관의 유순도(compliance) 등에 영향을 주기 때문에, 처리부(220)는 DC 성분을 기초로 접촉 압력을 계산하고, 계산된 접촉 압력에 따른 혈액 관류나 모세혈관의 유순도 등의 변화량을 지연시간과 심혈관 특성 사이의 관계를 나타내는 추정 모델이나 추정된 심혈관 특성 값에 반영하여 보정할 수 있다. 이때, 추정 모델은 지연시간과 심혈관 특성 사이의 수학식 형태이거나 지연시간과 심혈관 특성 값을 매핑한 매핑 테이블 형태일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 8b를 참조하면, 심혈관 특성 추출 장치의 본체 구조의 일 실시예는 도 8a의 실시예에 따른 제1 센서부(810)에서 강성 지지체(813)가 생략될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 센서부(810)를 지지하는 하우징(650)의 하단 지지부가 강성 물질로 형성될 수 있으며, 제1 센서부(810)의 힘 센서(811)는 하우징(650)의 하단 지지부를 가압하여 접촉 압력 신호를 측정할 수 있다. 본 실시예에 따르면 본체 구조의 부피를 줄일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 장치는 도 6a의 실시예에서 제1 센서부를 변형한 실시예이다. 제1 센서부를 제외한 본체(900)의 기본 구조는 도 6a의 실시예와 동일하다고 전제한다.
도 9를 참조하면, 본체(900) 내의 제1 센서부는 마이크로폰(910)을 포함할 수 있다. 마이크로폰(910)은 (1) 요골 동맥에서 맥파가 발생할 때 (2) 스트랩(680)을 통해 본체(900)로 전달되는 기계적 진동에 의해 발생되는 (3) 음파 신호를 측정할 수 있다. 마이크로폰에 의해 측정된 음파 신호는 제1 신호로서 처리부에 전달될 수 있다. 예를 들어, 마이크로폰은 일렉트렛(electret) 마이크로폰, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 마이크로폰 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 센서부는 스트랩의 장력을 통해 전달되는 기계적 진동 신호를 음파 신호로 변환하여 마이크로폰(910)으로 전달하기 위하여 마이크로폰(910)의 전단에 다이어프램(diaphragm)을 더 포함할 수 있다.
이때, 처리부(220)는 마이크로폰(910)에 의해 측정되어 전달된 음파 신호와 제2 센서부에 의해 측정된 맥파 신호를 이용하여 지연시간을 계산하고, 지연시간을 이용하여 심혈관 특성을 추출할 수 있다.
도 6a 내지 도 9를 참조하여 심혈관 특성 추출 장치(1)의 본체 구조의 다양한 변형 실시예들을 설명하였다. 다만, 이는 하나의 예시들에 불과하므로 예시된 실시예들에 국한되는 것은 아니며 다양하게 변형 실시가 가능하다.
도 10은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 방법의 흐름도이다. 도 11은 일 실시예에 따른 심혈관 특성 추출 방법 중의 심혈관 동작 수행 단계의 상세 흐름도이다.
도 10을 참조하여 심혈관 특성 추출 장치(1)가 수행하는 심혈관 특성 추출 방법의 일 실시예를 설명하면, 먼저, 심혈관 특성 추출 장치(1)는 제1 센서부를 통해 피검체의 맥파에 의해 생성된 제1 신호를 측정한다(1010). 예를 들어, 심혈관 특성 추출 장치(1)의 스트랩이 장력에 의해 손목을 감싼 상태에서 요골동맥에서 맥파가 발생하게 되면 스트랩을 통해 본체로 기계적 진동이 전달되면, 진동 신호를 제1 신호로서 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서부는 기계적 진동에 따라 변형되어 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더와 같은 압전 센서를 포함할 수 있다.
그 다음, 제2 센서부를 통해 피검체의 맥파에 의해 생성된 제2 신호를 측정한다(1020). 예를 들어, 제2 센서부는 손목의 손등 영역에 밀착되도록 본체에 형성되어, 손목의 상부에 광을 조사하고 되돌아오는 광을 검출하여 손목의 모세혈이나 정맥혈에서 발생되는 맥파 신호를 측정할 수 있다.
그 다음, 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 심혈관 특성의 추출과 관련된 다양한 동작을 수행할 수 있다(1030).
도 11을 참조하여 단계(1030)을 상세하게 설명하면, 제1 센서부와 제2 센서부로부터 제1 신호와 제2 신호를 수신한다(1031). 이때, 제1 신호와 제2 신호를 필요에 따라 디트렌딩(detrending), 신호 스무딩(smoothing) 및 로우 패스 필터(low pass filter)를 이용한 고주파 잡음의 제거와 같은 전처리 작업 및, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 동작을 수행할 수 있다.
그 다음, 수신된 각 신호 또는 전처리된 신호로부터 특징점을 추출할 수 있다(1032). 이때, 특징점은 두 신호 간의 지연시간을 계산하기 위한 두 신호의 두드러진 지점을 나타내며, 예컨대 제1 신호 및 제2 신호의 피크(peak) 지점, 밸리(valley) 지점, 기울기의 최대 지점 및 최소 지점 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
그 다음, 각 신호에서 특징점이 추출되면, 특징점을 기초로 제1 신호와 제 신호 간의 지연시간을 계산할 수 있다(1033). 이때, 지연시간은 요골동맥의 맥동이 손등 방향의 손목의 맥파에 반영되는데 걸리는 시간으로서 체말단의 국소적 맥파전달속도 PWV를 반영하는 인자라고 할 수 있다.
그 다음, 계산된 지연시간을 이용하여 사용자의 심혈관 특성을 추출할 수 있다(1034). 이때, 미리 생성된 상관모델을 이용하여 계산된 지연시간에 해당하는 심혈관 특성을 추출하는 것도 가능하다. 이 경우, 상관모델은 지연시간과 혈압과 같은 심혈관 특성 사이의 상관 관계를 나타내는 수학식이나 매칭 테이블 형태로 미리 생성될 수 있다.
그 다음, 추출된 심혈관 특성을 표시부를 통해 사용자에게 제공할 수 있다(1035). 이때, 추출된 심혈관 특성은 미리 정의된 다양한 시각적/비시각적인 방식으로 사용자에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자별로 또는 공통적으로 적용 가능한 기준에 따라 추출된 혈압의 해당 범위에 상응하는 색상으로 혈압 정보를 제공할 수 있다. 또한, 추출된 심혈관 특성의 수치에 따라 적절한 안내나 경고 정보를 표시할 수도 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.
1: 심혈관 특성 추출 장치
100,200,500,600,700,800,900: 본체
110,640: 표시부 115: 조작부
121,122,600: 스트랩 210: 센서부
211,610,710,810: 제1 센서부 212,620: 제2 센서부
220: 처리부 221: 전처리부
222: 신호 변환부 223: 특징점 추출부
224: 지연시간 계산부 225: 심혈관 특성 추출부
510: 통신부 611: 피에조 벤더
612: 가압블록 613: 강성 지지체
621: 광원 622: 디텍터
623: 센서보드 630: 메인보드
650: 하우징 600: 스트랩
711,811: 힘 센서 712,812: 가압블록
813: 강성 지지체 910: 마이크로폰

Claims (31)

  1. 피검체의 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 측정하는 제1 센서부;
    피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부;
    상기 측정된 진동 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성에 관한 동작을 수행하는 처리부; 및
    상기 제1 센서부, 제2 센서부 및 처리부가 장착되는 본체를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    피검체의 손목을 감싸도록 형성되어 상기 본체에 연결되며, 장력에 의해 손목을 감싼 상태로 유지하여 상기 본체를 손목에 고정하는 스트랩을 더 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    상기 스트랩이 장력에 의해 손목을 감싼 상태에서, 요골 동맥에서 맥파의 발생시 상기 스트랩을 통해 상기 본체로 전달되는 진동을 측정하는 심혈관 특성 추출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    상기 본체를 통해 전달되는 맥파의 진동을 측정하기 위한 압전 센서를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    상기 본체를 통해 전달되는 피검체의 접촉 압력을 측정하는 힘 센서(force sensor) 또는 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender);
    상기 피에조 벤더와의 사이에 캐비티(cavity)를 형성한 상태로 상기 피에조 벤더의 양단을 지지하도록 상기 본체 내에 장착되는 강성 지지체; 및
    상기 맥파의 진동을 전달받아 상기 피에조 벤더를 가압하여 변형시키는 가압블록을 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부는,
    변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 피에조 벤더(piezo bender);
    상기 피에조 벤더와의 사이에 캐비티(cavity)를 형성한 상태로 상기 피에조 벤더의 양단을 지지하도록 상기 본체 내에 장착되는 강성 지지체; 및
    상기 본체를 통해 전달되는 피검체의 접촉 압력을 측정하며, 상기 맥파의 진동을 전달받아 상기 피에조 벤더를 가압하여 변형시키는 힘 센서(force sensor)를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 하우징을 포함하며;
    상기 하우징은 상기 제2 센서부를 피검체를 향해 노출시킨 상태로 장착한 심혈관 특성 추출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 센서부와 상기 하우징의 연결 부위는 신축 가능하게 형성된 심혈관 특성 추출 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 제1 센서부를 처리부보다 제2 센서부에 가깝게 수용하는 심혈관 특성 추출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서부는,
    센서 보드;
    피검체에 광을 조사하도록 상기 센서 보드에 실장되는 광원; 및
    피검체로부터 되돌아오는 광을 검출하도록 상기 센서 보드에 실장되는 디텍터를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 중 선택된 어느 하나인 심혈관 특성 추출 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 측정된 진동 신호와 상기 맥파 신호 간의 지연시간을 계산하는 지연시간 계산부; 및
    상기 계산된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출하는 심혈관 특성 추출부를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 진동 신호와 맥파 신호의 피크(peak), 밸리(valley), 기울기의 최대 및 최소점 중의 적어도 하나를 특징점으로 추출하는 특징점 추출부를 더 포함하고,
    상기 지연시간 계산부는
    상기 추출된 특징점을 이용하여 상기 지연시간을 계산하는 심혈관 특성 추출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 본체에 장착되며, 상기 진동 신호, 맥파 신호, 특징점, 지연시간, PWV(pulse wave velocity) 및 심혈관 특성 중의 적어도 하나를 외부 장치에 전송하는 통신부를 더 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 심혈관 특성은 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 스트레스 지수 및 피로도 중의 적어도 하나를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 처리부의 제어에 따라 상기 추출된 심혈관 특성을 사용자에게 제공하는 표시부를 더 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 처리부는,
    제1 센서부 및 제2 센서부에 의해 측정된 신호를 전처리하는 전처리부; 및
    상기 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  19. 본체;
    상기 본체에 연결되며, 피검체의 손목을 감싸도록 형성되는 스트랩;
    상기 본체에 장착되며, 맥파 발생시 상기 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동에 의한 피검체의 접촉 압력 신호를 측정하는 힘 센서(force sensor) 또는 스트레인 게이지(strain guage)를 포함하는 제1 센서부;
    상기 본체에 장착되며, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부; 및
    상기 본체에 장착되며, 상기 접촉 압력 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 처리부를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 접촉 압력 신호를 AC 성분 신호와 DC 성분 신호로 분리하는 심혈관 특성 추출 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 AC 성분 신호 및 상기 맥파 신호의 지연시간을 계산하고, 계산된 지연시간을 기초로 상기 심혈관 특성을 추출하는 심혈관 특성 추출 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 DC 성분 신호를 기초로 상기 힘 센서의 접촉 상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 기초로 상기 심혈관 특성의 추출 여부를 판단하는 심혈관 특성 추출 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 DC 성분 신호를 기초로 상기 지연시간과 관계를 나타내는 추정 모델 또는 상기 추출된 심혈관 특성 값을 보정하는 심혈관 특성 추출 장치.
  24. 본체;
    상기 본체에 연결되며, 피검체의 손목을 감싸도록 형성되는 스트랩;
    상기 본체에 장착되며, 맥파 발생시 상기 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동에 의하여 발생되는 음파 신호를 측정하는 마이크로폰을 포함하는 제1 센서부;
    상기 본체에 장착되며, 피검체의 맥파 신호를 측정하는 제2 센서부; 및
    상기 본체에 장착되며, 상기 음파 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 처리부를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 마이크로폰은
    일렉트렛 마이크로폰 및 MEMS 마이크로폰 중의 적어도 하나를 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제1 센서부는
    상기 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동 신호를 음파 신호로 변환하여 마이크로폰에 전달하는 다이어프램을 더 포함하는 심혈관 특성 추출 장치.
  27. 제1 센서부와 제2 센서부가 장착된 본체를 포함하는 심혈관 특성 장치가 심혈관 특성을 추출하는 방법에 있어서,
    제1 센서부를 통해 피검체의 맥파에 의해 생성된 진동 신호를 측정하는 단계;
    제2 센서부를 통해 피검체의 맥파 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 진동 신호 및 맥파 신호를 기초로 심혈관 특성 추출에 관한 동작을 수행하는 단계를 포함하는 심혈관 특성 추출 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 진동 신호를 측정하는 단계는,
    상기 본체에 연결된 스트랩에 의해 피검체의 손목을 감싼 후 스트랩의 장력에 의해 본체를 손목에 고정한 상태에서, 맥파 발생시 스트랩을 통해 본체로 전달되는 진동 신호를 측정하는 심혈관 특성 추출 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 동작을 수행하는 단계는,
    상기 진동 신호와 맥파 신호 간의 지연시간을 계산하는 단계;
    상기 계산된 지연시간을 기초로 심혈관 특성을 추출하는 단계를 포함하는 심혈관 특성 추출 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 동작을 수행하는 단계는
    상기 진동 신호와 맥파 신호로부터 피크(peak), 밸리(valley), 기울기의 최대 및 최소점 중의 적어도 하나를 특징점으로 추출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 지연시간을 계산하는 단계는
    상기 추출된 특징점을 기초로 상기 지연시간을 계산하는 심혈관 특성 추출 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 추출된 심혈관 특성을 사용자에게 표시부를 통해 제공하는 단계를 더 포함하는 심혈관 특성 추출 방법.
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