KR101030442B1 - 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치에 관한 것으로, 운동이나 일상생활 중에도 무구속 상태로 정확한 심박수를 측정할 수 있는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 사용자의 움직임을 동잡음(motion artifact)으로서 감지하는 가속도 센서부와, 혈류량을 측정하는 적외선 센서부가 내장된 이어폰부와; 상기 측정된 혈류량의 신호에서 상기 동잡음을 제거하는 노이즈 제거부와, 상기 동잡음이 제거된 혈류량 신호를 기초로 심박수를 산출하는 심박수 산출부를 포함하는 본체부와; 상기 이어폰부와 상기 본체부 사이의 신호를 전달하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 정확하게 심박수를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 일상생활이나 운동중에도 무구속적으로 사용할 수 있고, 휴대 및 착용이 간편하여 사용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이어폰, 심박수, 가속도센서, 적외선 센서

Description

이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치{Apparatus for measuring heart rate based earphone}

본 발명은 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 혈류량 및 움직임을 감지하는 센서부를 이어폰에 내장하고 움직임에 대한 동잡음을 제거하여 운동이나 일상생활 중에도 무구속 상태로 정확한 심박수를 측정할 수 있는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 심박수 측정은 가장 중요한 건강 정보이며 가장 기본이 되는 건강 정보로 여겨지고 있다.

특히, 일상생활 및 운동중의 심박수는 또한, 일상생활 및 운동 중의 심박수는 평상 시와 부하 시의 심혈관계의 정보를 얻을 수 있어 사람의 상태를 평가하는 매우 중요한 정보로 알려져 있으며, 스트레스, 체력, 심혈관계 진단 등 많은 부분에 활용이 가능하다.

이러한 일상생활 및 운동 중에 대한 심박수 측정 방식은 가슴에 스트랩을 착용하여 심박수를 측정하는 방식이 일반화되어 사용되어왔다.

그러나, 이와 같은 종래의 심박수 측정 방식은 가슴을 압박하는 나쁜 착용감 과 여성의 사용 불편성 등의 단점이 있다.

또한, 운동시의 심박수를 측정하는 것이 보다 과학적인 운동이 될 수 있는 점을 감안하여 운동중에 심박수를 측정하는 경우에는 사용자의 움직임 등에 의해 불편함이 발생하여 무구속적인 새로운 측정 방식이 요구되고 있다.

한편, 광 혈류량 측정기(Photo Plethysmo Graphy; PPG)는 소정 개수의 LED와 광 검출기를 이용하여 심장 박동과 관련되는 혈류량 신호를 검출하는 것으로 간단한 센서모듈을 신체의 일부분, 예를 들면, 손가락, 귀에 접촉하여 접촉점을 통해 혈류량 정보를 추출한다.

그러나 이와 같은 종래의 광 혈류량 측정기는 약간의 움직임에도 큰 진폭의 동잡음을 야기하며, 이러한 동잡음은 혈류량 신호를 검출하는 과정에서 사용자의 몸 떨림과 작음 움직임 등에 의해 발생하는 노이즈 신호로서 정확한 측정에 큰 장애 요인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 사용자의 움직임에 대한 동잡음을 제거하고 착용 및 휴대의 불편함을 최소화하여 무구속 상태로 정확하게 심박수를 측정할 수 있는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사용자의 움직임을 동잡 음(motion artifact)으로서 감지하는 가속도 센서부와, 혈류량을 측정하는 적외선 센서부가 내장된 이어폰부와; 상기 측정된 혈류량의 신호에서 상기 동잡음을 제거하는 노이즈 제거부와, 상기 동잡음이 제거된 혈류량 신호를 기초로 심박수를 산출하는 심박수 산출부를 포함하는 본체부와; 상기 이어폰부와 상기 본체부 사이의 신호를 전달하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 적외선 센서부는 적외선신호를 방출하는 발광부와 상기 방출된 적외선신호가 사용자의 신체에 반사된 신호를 감지하는 수광부를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 본체부는, 상기 산출된 심박수를 표시하는 표시부와 상기 산출된 심박수를 저장하는 저장부를 추가로 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 이어폰부는 상기 연결부와의 접촉부위에 고정용 연장부가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치는 가속도 센서에 의해 감지된 동잡음을 적외선 센서에 의해 측정된 혈류량 신호로부터 제거하고, 각 센서를 이어폰에 내장하여 정확하게 심박수를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 일상생활이나 운동중에도 무구속적으로 사용할 수 있고, 휴대 및 착용이 간편하여 사용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치(10)는 사용자의 귀에 착용 가능하며 움직임 및 혈류량 감지를 위한 센서가 내장된 이어폰부(100)와, 사용자의 상완이나 허리부분에 착용 가능하며 이어폰부(100)에 의한 감지신호를 기초로 움직임 잡음을 처리하여 심박수를 산출 및 표시하는 본체부(200)를 포함한다.

본 발명은 이어폰에 가속도 센서를 내장하고 움직임에 대한 잡음, 즉, 동잡음을 직접 측정하여 이를 바탕으로 심박수 검출 신호에 혼합된 동잡음을 제거함으로써 심박수 검출의 정확성을 확보한다.

또한, 본 발명은 무구속적인 측정으로 사용자의 사용성을 높이기 위해 이어폰과 결합된 심박수 측정 방식으로 구성된다.

이어폰 기반 무구속적인 측정

도 2는 도 1의 이어폰부의 일 예를 나타낸 외관 사시도이며, 도 3은 도 2의 이어폰부를 사용자가 착용한 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 이어폰부의 다른 예의 외관을 나타낸 사진(a)과 내부를 나타낸 사진(b)이다.

이어폰부(100)는 사용자의 움직임을 동잡음으로서 감지하는 가속도 센서부(110)와, 혈류량을 측정하는 적외선 센서부(120)와, 연결부(140)와의 접촉부위에 형성된 고정용 연장부(130)와, 본체부(200)와의 신호를 전달하는 연결부(140)를 포함한다.

이러한 이어폰부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자의 귀에 착용되어 외이(外耳)의 바깥쪽 끝부분과 접촉되는 부분에서 적외선 센서부(120)를 이용하여 혈류속도를 측정한다.

가속도 센서부(110)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 이어폰부(100)에 내장되며, 사용자의 움직임을 감지하는데, 이는 측정된 혈류량 신호로부터 동잡음을 제거하기 위하여 동잡음을 집적 측정하는 것이다.

적외선 센서부(120)는 모세 혈관이 많은 곳, 특히, 귀 안쪽의 혈관에 적외선을 조사한 후 혈관에서 반사되어 오는 적외선 신호를 수신해서 혈류량을 측정하는데, 혈류 속도에 따라 적외선의 투과량이 변화하게 되므로 이러한 적외선 투과량의 변화에 근거하여 혈류량을 측정한다.

적외선 센서부(120)는 적외선신호를 방출하는 발광부(120a)와, 방출된 적외선신호가 사용자의 신체에 반사된 신호를 감지하는 수광부(120b)를 포함한다.

이러한 발광부(120a)와 수광부(120b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 이어폰부(100)의 외주면에 형성된다.

연장부(130)는 사용자의 움직임 정도에 따라 이어폰부(100)가 사용자의 귀로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 연결부(140)와의 접촉부위에 연장형성되어, 사용자가 귀에 이어폰부(100)를 착용했을 경우 고정시키는 기능을 갖는다.

연결부(140)는 센서 기능을 갖는 이어폰부(100)와 독립적으로 구성된 본체부(200)와의 사이에 신호를 전송할 수 있는 전선으로 이루어진다.

이러한 구성에 의해 사용자의 운동 및 일상생활에서도 무구속적으로 사용이 가능하여 사용자의 사용성이 향상될 수 있다.

동잡음 제거

본체부(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자의 움직임에 대한 동잡음을 제거하는 노이즈 제거부(210)와, 동잡음이 제거된 심박수를 산출하는 심박수 산출부(220)와, 산출된 심박수를 표시하는 표시부(230)와, 산출된 심박수를 저장하는 저장부(240)를 포함한다.

이러한 본체부(200)는 적외선 센서부(120)의 신호와 가속도 센서부(110)의 신호로부터 심박수 검출 및 움직임에 대한 잡음처리를 수행하며, 이어폰부(100)와 분리되어 사용자의 상완이나 허리부분에 착용 가능하도록 구성된다.

노이즈 제거부(210)는 적외선 센서부(120)로부터 측정된 혈류량의 신호와 가속도 센서부(110)로부터 감지된 동잡음 신호를 입력으로 받아 혈류량 신호에서 동잡음 신호를 제거한다.

여기서, 적외선 센서부(120)에서 측정된 혈류량 신호에는 사용자의 움직임에 대한 동잡음이 혼합되어 있기 때문에 정확한 심박수 산출을 위해서 동잡음을 제거해야한다.

즉, 노이즈 제거부(210)는 가속도 센서부(110)에서 감지된 동잡음 신호로부터 혈류량 신호에 포함된 동잡음의 정도를 산출하여 그 값을 차감한다.

예를 들면, 노이즈 제거부(210)는 적응형(adaptive) 필터로 구성될 수 있으며, 동잡음 신호의 게인을 이용하여 혈류량 신호의 게인을 조정함으로써 동잡음을 제거할 수 있다.

심박수 산출부(220)는 노이즈 제거부(210)로부터 동잡음이 제거된 혈류량 신호를 입력받아 심박수를 산출하는데, 예를 들면, 혈류량 신호의 피크 포인트를 검출하여 그 횟수를 카운트하고 일정시간 동안 카운트된 수치를 평균하여 심박수를 산출한다.

표시부(230)는 산출된 심박수를 표시하는데, 심박수 산출부(220)의 설정에 따라 혈류량 신호와 함께 산출된 심박수를 표시할 수도 있다.

저장부(240)는 산출된 심박수 또는 혈류량 신호가 저장되며, 예를 들면, 사용자의 설정에 따라 일자별, 사용자별 데이터를 저장한다.

이러한 구성에 의해 사용자가 이어폰을 귀에 착용하고 있는 것만으로 무구속적인 상태에서 정확한 심박수를 측정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이고,

도 2는 도 1의 이어폰부의 일 예를 나타낸 외관 사시도이며,

도 3은 도 2의 이어폰부를 사용자가 착용한 상태를 나타낸 도면이고,

도 4는 도 1의 이어폰부의 다른 예의 외관을 나타낸 사진(a)과 내부를 나타낸 사진(b)이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치

100 : 이어폰 부 110 : 가속도 센서부

120 : 적외선 센서부 120a : 발광부

120b : 수광부 130 : 연장부

140 : 연결부 200 : 본체부

210 : 노이즈 제거부 220 : 심박수 산출부

230 : 표시부 240 : 저장부

Claims (4)

1. 사용자의 움직임을 동잡음(motion artifact)으로서 감지하는 가속도 센서부와, 혈류량을 측정하는 적외선 센서부가 내장되며, 귀에 착용 가능한 이어폰부와;

   상기 측정된 혈류량의 신호에서 상기 동잡음을 제거하는 노이즈 제거부와, 상기 동잡음이 제거된 혈류량 신호를 기초로 심박수를 산출하는 심박수 산출부와, 상기 산출된 심박수를 표시하는 표시부와, 상기 산출된 심박수를 저장하는 저장부를 포함하며 사용자의 신체에 착용 가능한 본체부와;

   상기 이어폰부와 상기 본체부 사이의 신호를 전달하는 연결부;를 포함하되,

   상기 적외선 센서부가 상기 이어폰부의 외주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적외선 센서부는 적외선신호를 방출하는 발광부와 상기 방출된 적외선신호가 사용자의 신체에 반사된 신호를 감지하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이어폰부는 상기 연결부와의 접촉부위에 고정용 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰 기반 무구속 심박수 측정 장치.

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