KR102191057B1 - 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템은 투과식 및 반사식 기반의 다중 센서, 상기 다중 센서로부터 측정된 수신 전압 값을 기반으로 사용자의 혈액에서의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부, 상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터와 비교하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정부 및 상기 산출된 보정값에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시키는 출력부를 포함한다.
Description
본 발명은 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 비침습식 기술은 최근 애플, 구글, 삼성 등의 IT 기업은 물론 메드트로닉스, 덱스콤, GE, 필립스 등과 같은 의료 선도기업 그리고 글루코트랙(GlucoTrack), 클루코와이지, CNOGA 메디컬 등의 기업에서 비침습형 형태의 의료기기 제품에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이와 관련하여 광 기반의 비침습 분야는 2000년대 초반부터 580~900nm, 850~1380nm 등 다양한 범위의 파장이 지속적으로 연구되고 있다. 그리고 최근에는 광범위 파장 대역을 갖는 복수의 광원을 이용하여 관련 신뢰성을 높이고 있다. 하지만 측정되는 데이터들 간의 잡음화로 후처리의 복잡도가 증대되고 있어 노이즈를 최소화할 수 있는 협대역 기반의 다수 광원 처리 기술이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 사람마다 다른 피부의 두께와 특성, 그리고 외부 빛 간섭을 통한 ‘변동 원’과 측정원의 프렉탈 현상에 따른 의한 노이즈 처리가 다수 발생되는 문제가 있으며, 이를 보정하기 위해 현재까지 광원이나 초음파, 열전 등 다양한 복합 센서원을 이용하여 노이즈를 최소화하는 연구가 진행되고 있다.
최근에는 초음파와 열전, 피부 전도도를 중심으로 이를 극복하는 방안이 제시 및 제품화되어 국내 판매되고 있으나, 이는 침습 기반의 잦은 보정이 요구되고, 센서가 소모성인 특성을 지니고 있어 보편화되기에는 한계를 갖는다.
특히, 가장 저렴한 광원 기반의 혈당 측정 방법의 경우 위 한계를 극복하기 위한 방안이 미흡한 실정이다.
앞서 측정과 분석 문제에서 가장 큰 영향을 미치는 노이즈는 사람마다 다른 피부의 두께와 특성에 종속적이다. 기존에 사람의 손가락과 귓볼 등에서 측정된 정보를 이용하는 연구는 다수 진행되고 있으나, 전술한 노이즈들을 보정하기 위한 별도의 연구는 매우 미흡하다.
이러한 100인 100색 특성을 갖는 사람의 손가락과 귓볼 등의 피부 특성을 보정하기 위해서는 다수의 데이터가 요구되며, 가장 빠른 방법 중 하나로 최근 MEMS LED Array로 구성된 광원 소스를 이용해 편차를 검증하는 방법이 있다.
하지만, 이러한 MEMS LED Array는 그리고 제조사마다의 개별 LED 파장 길이와 협대역 범위, 랜즈 특성 등 각각 다른 특이성을 가지고 있으며, 그리고 수신부의 포토 다이오드 또한 제조사에 따른 특이성을 갖고 있기 때문에, 이러한 편차에 따른 교차 검증을 통한 보정 방식이 필요하다. 또한, 혈액 내의 타 성분들의 양에 따라 혈당량이 일정하게 측정되지 못하는 문제점도 있다.
본 발명의 실시 예는 투과식과 반사식 기반의 다중 센서로부터 측정된 전압값에 기초하여 사용자의 혈액에서의 생체정보를 측정하고, 미리 준비된 비침습적 데이터와 비교한 결과에 기초하여 다중 센서의 출력 전압값을 보정할 수 있는 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템 및 방법을 제공한다.
다만, 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템은 투과식 및 반사식 기반의 다중 센서, 상기 다중 센서로부터 측정된 수신 전압 값을 기반으로 사용자의 혈액에서의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부, 상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터와 비교하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 보정하기 위한 보정 값을 산출하는 보정부 및 상기 산출된 보정 값에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시키는 출력부를 포함한다.
상기 다중 센서는, 광원이 사용자의 피부를 투과하도록 배치된 상기 투과식 기반의 제 1 광원 어레이 센서, 상기 제 1 광원 어레이 센서의 일면과 마주보는 타측면에 배치되며, 상기 제 1 광원 어레이 센서에서 출력되어 피부에 투과된 광원을 수광하는 제 1 포토 어레이 센서, 광원이 상기 사용자의 피부를 반사하도록 배치된 상기 반사식 기반의 제 2 광원 어레이 센서 및 상기 제 2 광원 어레이 센서와 일정 간격 이격 되도록 배치되며, 상기 제 2 광원 어레이 센서에서 출력되어 피부에서 반사되는 광원을 수광하는 제 2 포토 어레이 센서를 포함하고, 상기 출력부는 상기 보정값에 기초하여 상기 제 1 광원 어레이 센서의 출력 전압을 증감시키는 제 1 출력부 및 상기 제 2 광원 어레이 센서의 출력 전압을 증감시키는 제 2 출력부를 포함할 수 있다.
상기 생체정보 측정부는 상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서를 통해 각각 측정된 수신 전압값에 기초하여 상기 생체정보로 상기 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정하고, 상기 헤모글로빈 값에 기초하여 포도당 값으로 변환할 수 있다.
상기 생체정보 측정부는 상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서로부터의 수신 전압값으로부터 적어도 세 파장 이상의 전자기파들의 흡수로 인한 광변화 차이를 분석하여 상기 생체정보로 상기 헤모글로빈 값을 측정할 수 있다.
상기 생체정보 측정부는 상기 수신 전압값으로부터 형광 스펙트럼을 분석하여 상기 헤모글로빈 값을 측정할 수 있다.
상기 생체정보 측정부는 수신 전력신호를 기반으로 상기 형광 스펙트럼을 라만 스펙트럼 및 비어 스펙트럼 기법으로 분석하여 상기 헤모글로빈 값을 측정할 수 있다.
상기 생체정보 측정부는 혈액에서 다양하게 구성되어 있는 혈장과 혈구에서 빛에 따라 반응되는 혈색소의 상기 측정된 수신 전압값으로부터 산출 가능한 생체정보 중 상기 헤모글로빈 값과 상기 포도당 값을 제외한 나머지 요소를 제거할 수 있다.
상기 보정부는 상기 미리 준비된 침습적 데이터인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 상기 생체정보 측정부에 의해 획득된 포도당 값을 비교하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압의 보정값을 산출할 수 있다.
상기 보정부는 상기 비교 결과에 기초하여 상기 출력 전압의 보정값과 더불어 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 중 하나 이상의 광파장 타이밍을 보정하기 위한 보정값을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 방법은 투과식 및 반사식 기반의 광과 포토다이오드기반 다중 센서를 통해 전압 기반의 생체정보를 측정하는 단계; 상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시키는 단계를 포함한다.
투과식 및 반사식 기반의 다중 센서를 통해 전압 기반의 생체정보를 측정하는 단계는, 상기 투과식 기반의 제 1 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부를 투과함에 따라 제 1 포토 어레이 센서로 수광되는 단계; 상기 반사식 기반의 제 2 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부에서 반사됨에 따라 제 2 포토 어레이 센서로 수광되는 단계; 상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서를 통해 각각 측정된 수신 전압값에 기초하여 상기 생체정보로 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정하는 단계; 혈액에서 헤로글로빈 값 이외에 다른 반응 인자들을 제어하는 단계; 최종적으로 상기 헤모글로빈 값에 기초하여 포도당 값으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비교 결과에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시키는 단계는, 상기 미리 준비된 침습적 데이터인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 상기 헤모글로빈 값에 기초하여 변환된 포도당 값, 이 두가지를 비교하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압의 보정값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 보정값에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압을 증감시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시 예에 의하면, 표피에 최적화된 광원의 세기를 조절하기 위하여 다중 센서의 출력 전압 보정 과정을 수행함으로써 정확한 빛의 전달과 흡수율, 투과율을 기대할 수 있다.
또한, 다중 파장을 갖는 투과식 및 반사식 기반의 다중 센서를 구비함으로써 단일 센서를 이용한 경우 발생할 수 있는 측정 오차를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 반사식 광원과 피부 특성과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템의 블록도이다.
도 3은 다중 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 투과식 광원의 흡수율을 설명하기 위한 예시도이며, 도 4b는 반사식 광원에 의한 반응 주파수를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 보정부와 출력부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템의 블록도이다.
도 3은 다중 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 투과식 광원의 흡수율을 설명하기 위한 예시도이며, 도 4b는 반사식 광원에 의한 반응 주파수를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 보정부와 출력부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서 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.
도 1은 반사식 광원과 피부 특성과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
광원(P1)을 이용하여 비침습적으로 생체정보를 측정하고자 하는 경우, 피하조직의 굴절률과 표피(Epidermis)에서의 두께가 측정 결과에 큰 영향을 미치게 된다.
그리고 정확한 빛(P1)의 전달과 흡수율을 알기 위해서는 표피를 투과하면서, 또한 진피(Dermiso)에서 유두진피(Papillary)의 모세혈관(Capillaries)과 소동맥(Arteriole) 분석이 가능하도록 광원(P1)의 세기를 조절하는 것이 가장 중요하다.
이때, 광원(P1)을 이용하는 경우, 반사식을 통해서는 사람의 진피에서 유두진피의 모세혈관과 소동맥 분석이 가능하며, 투과식을 통해서는 소동맥의 투과율을 확인할 수 있다.
그런데 광원(P1)을 이용할 경우 대부분은 피하조직의 굴절률과 표피에서의 두께가 측정 결과에 큰 영향을 미치게 되므로, 정확한 빛의 전달과 흡수율을 알기 위해서는 표피의 노이즈를 극복을 위한 투과성을 지니면서도 조직에 영향이 없는 최적화된 광원(P1)의 세기가 중요하다.
특히, 사람마다 표피와 진피의 두께가 다르기 때문에, 이를 보정하는 방법을 추가적으로 도입하여 사람의 혈액에서의 빛(P1)의 반응에 대한 주성분의 특성을 정확하게 검증할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시 예는 다중 광원을 이용한 비침습식 복합 생체정보 측위 기법으로, 반사식과 투과식을 고려한 LED 광원 어레이와 포토 다이오드의 피드백 회로를 중심으로 복수 개의 LED가 연결된 MOSFET 기반의 전압, 전류 회로를 통해 출력 전압을 제어하고 PWM을 통해 발생주기 조절을 통한 LED 광원 어레이의 보정 방안을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예는 일정 기구에 접촉된 손가락 등의 신체부위에 대한 포도당과 헤모글로빈을 비침습적으로 측정하고 해당 측정을 위한 출력 전압을 보정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템(100)에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템(100)의 블록도이다. 도 3은 다중 센서(110)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템(100)은 다중 센서(110), 생체정보 측정부(120), 보정부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.
다중 센서(110)는 투과식 기반의 센서와 반사식 기반의 센서로 구성되며, 구체적으로 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115), 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면 제 1 광원 어레이 센서(111)는 투과식 기반으로 광원이 사용자의 피부를 투과하도록 배치된다.
그리고 제 1 포토 어레이 센서(113)는 제 1 광원 어레이 센서(111)의 일면과 마주보는 타측면에 수직 방향으로 일정 간격 이격되어 배치되며, 제 1 광원 어레이 센서(111)에서 출력되어 피부, 정확히는 혈관을 투과한 광원을 수광한다.
제 2 광원 어레이 센서(115)는 반사식 기반으로 광원이 사용자의 피부를 반사하도록 배치된다.
그리고 제 2 포토 어레이 센서(117)는 제 2 광원 어레이 센서(115)와 일정 간격 수평 방향으로 이격 되도록 배치되며, 제 2 광원 어레이 센서(115)에서 출력되어 피부, 정확히는 혈관에서 반사되는 광원을 수광한다.
한편, 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)는 480nm~1380nm 범위에서 3종 이상의 파장을 발생시킬 수 있는 LED 소자로 구성될 수 있으며, 예를 들어 IR, RED, GREEN, ORANGE 등의 LED 소자로 구성될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)는 생성된 광원을 집광하기 위한 구성, 예를 들어 광원들의 초점을 맞추기 위한 소정의 광학 시스템이 구비될 수도 있다.
예를 들어, LED에서 생성된 광원은 집광부에서 집광되어 손가락과 접촉되어 있는 기구의 구멍을 통하여 손가락의 일정부위로 입사될 수 있다.
이와 같이 입사된 광원들은 사용자의 신체부위 내의 혈액 성분들에 의하여 산란되고 반사되어 나오게 된다.
그리고 투과되거나 반사된 광원은 소정의 광학 시스템 형태의 수광부에서 모아져 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)로 전달된다.
한편, 포토 어레이 센서는 개별 협대역 LED 광원에 매칭되는 580nm, 640nm, 830nm, 880nm, 940nm 등을 개별 측정할 수 있는 개별의 광 수신 포토 센서를 하나의 광 센서처럼 패키징 한 것으로 LED 발광부와 상호 종속적으로 다수로 구성된 수신 센서 집단이다.
이때, 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)는 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)에서의 광원을 일정 단위로 수광할 수 있다.
이러한 제 1 및 제 2 포토 어레에 센서(113, 117)는 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)에 대응되도록 3종 이상의 포토다이어드로 구성될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)는 수광된 광원을 분광하여 광원별 전기신호의 반응을 통한 형광 스펙트럼으로 생성할 수 있으며, 소정의 센싱 수단을 이용하여 분광된 형광 스펙트럼들을 감지하고 이를 일정 전기적 신호로 변환할 수 있다.
그리고 아날로그 타입의 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 정확한 레벨값을 갖는 전압값으로 표현하여 개별 파장 주파수별로 후술하는 생체정보 측정부로 제공할 수 있다.
이때, 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)는 해당 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하기 위한 구성을 포함하거나 또는 별도로 구비할 수 있다.
생체정보 측정부(120)는 사용자의 신체부위에 압력이 인가되기 전과 후마다 각각 제 1 및 제 2 포토 어레이(113, 117)로부터 측정된 수신 전압값에 기초하여 사용자의 혈액에서의 생체정보를 측정한다.
구체적으로 생체정보 측정부(120)는 투과식의 경우, 제 1 포토 어레이 센서(113)를 통해 측정된 수신 전압값에 기초하여 사용자의 제 1 신체부위에 광원이 흡수로 인한 광 반사 계수의 파장에 변화 정도를 분석하여 생체정보로 혈액에서의 헤모글로빈(Hemoglobin) 값을 측정한다.
마찬가지로 반사식의 경우, 제 2 포토 어레이 센서(117)를 통해 측정된 수신 전압값에 기초하여 사용자의 제 2 신체부위에 광원이 투과 및 반사 그리고 빛의 편광량의 변화를 분석하여 생체 정보로 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정한다.
이와 같이 각각 측정된 헤모글로빈 값을 평균하거나 가중치 분석 등을 이용하여 포도당 값으로 변환할 수 있다.
이때, 생체정보 측정부(120)는 투과 또는 반사된 광원에 의한 수신 전압값으로부터 광원 파장에 따라 수신되는 정도를 형광 스펙트럼을 통해 분석하고, 형광 스펙트럼의 세기와, 라만 스펙트럼 및 비어 스펙트럼을 분석하여 혈액 내의 헤모글로빈 값을 측정할 수 있다.
도 4a는 투과식 광원의 흡수율을 설명하기 위한 예시도이며, 도 4b는 반사식 광원에 의한 반응 주파수를 설명하기 위한 예시도이다.
통상적으로 손가락과 같은 신체부위에 압력이 인가되기 전에는, 손가락 접촉 기구에 맞닿은 밑부분의 혈관에 혈액이 채워져 있다.
이러한 혈액에는 포도당, 헤모글로빈 이외에도 물, 적혈구, 백혈구, 전해질, 콜레스테롤 등이 존재한다.
이와 같은 혈액 성분들은 압력을 받으면 대부분 압력을 받지 않는 다른 곳으로 밀려나고, 압력을 받는 손가락 부위의 혈관에는 혈액 성분들이 최소화된 상태로 된다.
이때, 반사식과 투과식에 의한 측정 부위를 분석할 때, 광원 어레이 센서로 인해 포토 어레이 센서로 수신된 형광 스펙트럼이 광원에 의해 분자들이 산란되는 라만(Ramam) 특성에 의해 스펙트럼 전류의 값이 광원의 파장별로 달라지게 된다.
이와 같이, 투사된 광원 어레이 센서의 480nm~1380nm 사이에 있는 복수 개의 광원이 혈관 내의 백혈구의 주성분에 대한 빛의 반응 주파수에 의해서 주성분인 헤모글로빈의 산란이 분석되고, 적혈구의 다양한 성분들이 빛에 파장에 반응하면서, 이중에서 포도당 성분이 포함된 광주파수 성분이 산란되어 특정 파장에 크게 나타나는 라만 분석을 통해 혈당량을 예측할 수 있게 된다.
이 과정에서, 생체정보 측정부(120)는 혈액 내 적혈구의 상기 측정된 수신 전압 값으로부터 산출 가능한 생체정보 중 헤모글로빈 값과 포도당 값을 제외한 나머지 요소를 마이너스 펙터로 지정하여 제거함으로써 혈액 내의 헤모글로빈 값과 포도당 값을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
이를 위해 생체정보 측정부(120)는 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)로부터의 수신 전압값으로부터 적어도 세 파장 이상의 광파장들의 흡수와 반사 차이를 분석하여 헤모글로빈 값과 포도당 값을 정확하게 측정할 수 있다. 일 예로, 사용자의 신체부위에 압력이 인가되기 전과 후에 사용되는 전자기파들의 파장은 1380nm이내 일 수 있으며 상위 광원주파수 대역은 인체 내부 세포조직에 영향을 줄 수 있음으로 제외한다.
그밖에, 생체정보 측정부(120)는 형광 스펙트럼 중 혈관 내의 포도당과 용존 산소량 성분에 대하여 산란되어 해당 파장에서 크게 나타내는 라만 스펙트럼을 분석함으로써 혈당량을 예측할 수 있다.
보정부는 생체정보 측정부(120)에 의해 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터(D1)와 비교하여 다중 센서(110)의 출력 전압을 보정하기 위한 보정값을 산출한다.
이때, 본 발명의 일 실시 예는 정확한 포도당 값과 헤모글로빈 값을 측정하기 위하여 다중 센서(110)를 이용함과 동시에, 미리 준비된 침습적 데이터(D1)로 침습에 의해 측정된 헤모글로빈 값과 포도당 값을 기준 초기값으로 이용할 수 있다.
이러한 침습적 데이터(D1)는 사전에 혈당계, 포도당계 등의 의해 측정되어 입력된 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예는 이러한 침습적 데이터(D1)를 1회 또는 필요시에만 준비하면 될 뿐 반복적으로 필요로 하지 않는다는 점에서 종래 침습적 기반의 기술과 차별점을 갖는다.
보정부(130)는 미리 준비된 침습적 데이터(D1)인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 상기 생체정보 측정부(120)에 의해 획득된 헤모글로빈 값, 포도당 값을 비교하여, 제 1 광원 어레이 센서(111) 및 제 2 광원 어레이 센서(115) 중 하나 이상의 출력 전압을 보정하기 위한 보정값을 산출한다.
뿐만 아니라, 보정부(130)는 상기 비교 결과에 기초하여 출력 전압의 보정값과 더불어 제 1 및 제 2 광원 어레이(111, 115) 중 하나 이상의 광파장 타이밍을 보정하기 위한 보정값을 추가적으로 산출하여 출력부(140)로 제공할 수 있다.
출력부(140)는 보정부(130)에 의해 산출된 보정값에 기초하여 다중 센서(110)의 출력 전압을 증감시키도록 제어한다.
이때, 다중 센서(110)가 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)와 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서(113, 117)로 구성된 경우, 출력부(140)는 상기 보정값에 기초하여 제 1 광원 어레이 센서(111)의 출력 전압을 증감시키는 제 1 출력부(141)와, 제 2 광원 어레이 센서(115)의 출력 전압을 증감시키는 제 2 출력부(143)로 구성될 수 있다.
이후 보정된 출력 전압에 따라 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)가 구동되고, 이에 따른 측정 결과가 보정부(130)로 제공되면, 보정부(130)는 이를 다시 침습적 데이터(D1)와 비교하여 추가적으로 보정 과정을 수행할지 여부를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서 광원 어레이 센서(111, 115), 포토 어레이 센서(113, 117) 및 출력부(140)는 반드시 두 개의 쌍으로만 구성되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 개수로 확장 가능하다.
도 5는 보정부(130)와 출력부(140)를 설명하기 위한 블록도이다.
보정부(130)는 미리 준비된 침습적 데이터(D1)과 생체정보 측정부(120)에 의해 측정된 값을 비교하여, 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115) 중 하나 이상의 출력 전압을 보정하기 위한 보정값과 광파장 타이밍을 보정하기 위한 보정값을 산출할 수 있으며, 이를 위해 LED 제어부(131)와 광파장 타이밍 제어부(132)를 포함할 수 있다.
광파장 타이밍 제어부(132)는 산출된 광파장 타이밍 보정값을 LED 제어부(131)로 전달하며, LED 제어부(131)는 광파장 타이밍 정보와 출력 전압 정보를 보정값에 포함시켜 제 1 및 제 2 출력부(141, 143)로 제공한다.
이를 수신한 제 1 및 제 2 출력부(141, 143)는 디지털 신호 기반의 보정값을 수신하여 LED를 구동시키기 위한 아날로그 신호로 변환하고, LED 구동 드라이버를 통해 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서(111, 115)의 출력 전압과 광파장 타이밍을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 이와 같은 보정 과정 및 피드백 과정을 통해 사람마다 각각 다른 피부의 두께에 따른 영향을 최소화하여 혈액에 포함된 생체정보를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서 생체정보 측정부(120), 보정부(130) 등의 구성요소는 메모리 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.
예를 들어, 메모리는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시 예에 따른 도 2, 도 5에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템(100)에서 수행되는 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비침습식 생체정보 측위 방법은 먼저, 투과식 및 반사식 기반의 다중 센서(110)를 통해 전압 기반의 생체정보를 측정한다(S110).
이때, 본 발명의 일 실시 예는 투과식 기반의 제 1 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부를 투과함에 따라 제 1 포토 어레이 센서로 수광하고, 반사식 기반의 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부에서 반사됨에 따라 제 2 포토 어레이 센서로 수광한다.
그리고 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서를 통해 각각 측정된 수신 전압값에 기초하여 생체정보로 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정하고, 측정된 헤모글로빈 값을 포도당 값으로 변환하여 생체정보를 측정할 수 있다.
다음으로, 상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터(D1)와 비교하고(S120), 상기 비교 결과에 기초하여 다중 센서(110)의 출력 전압을 증감시킨다(S130).
즉, 본 발명의 일 실시 예는 출력 전압의 보정 과정으로, 미리 준비된 침습적 데이터(D1)인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 측정 결과로 획득된 포도당 값을 비교하여 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압의 보정값을 산출하고, 상기 산출된 보정값에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압을 증감시킬 수 있다.
한편 상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S130은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 5에서의 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템(100)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 6의 비침습식 생체정보 측위 방법에도 적용된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예는 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템
110: 다중 센서
111: 제 1 광원 어레이 센서
113: 제 1 포토 어레이 센서
115: 제 2 광원 어레이 센서
117: 제 2 포토 어레이 센서
120: 생체정보 측정부
130: 보정부
140: 출력부
141: 제 1 출력부
143: 제 2 출력부
110: 다중 센서
111: 제 1 광원 어레이 센서
113: 제 1 포토 어레이 센서
115: 제 2 광원 어레이 센서
117: 제 2 포토 어레이 센서
120: 생체정보 측정부
130: 보정부
140: 출력부
141: 제 1 출력부
143: 제 2 출력부
Claims (12)
- 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템에 있어서,
투과식 및 반사식 기반의 다중 센서,
상기 다중 센서로부터 측정된 수신 전압 값을 기반으로 사용자의 혈액에서의 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부,
상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터와 비교하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정부 및
상기 산출된 보정값에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시켜서 상기 다중 센서의 광원으로부터의 빛이 표피를 투과하면서, 또한 진피(Dermiso)에서 유두진피(Papillary)의 모세혈관(Capillaries)과 소동맥(Arteriole) 분석이 가능하도록 상기 광원의 세기를 조절하는 출력부
를 포함하는 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 다중 센서는,
광원이 사용자의 피부를 투과하도록 배치된 투과식 기반의 제 1 광원 어레이 센서,
상기 제 1 광원 어레이 센서의 일면과 마주보는 타측면에 배치되며, 상기 제 1 광원 어레이 센서에서 출력되어 피부에 투과된 광원을 수광하는 제 1 포토 어레이 센서,
광원이 상기 사용자의 피부를 반사하도록 배치된 반사식 기반의 제 2 광원 어레이 센서 및
상기 제 2광원 어레이 센서와 일정 간격 이격 되도록 배치되며, 상기 제 2 광원 어레이 센서에서 출력되어 피부에서 반사되는 광원을 수광하는 제 2 포토 어레이 센서를 포함하고,
상기 출력부는 상기 보정값에 기초하여 상기 제 1 광원 어레이 센서의 출력 전압을 증감시키는 제 1 출력부 및 상기 제 2 광원 어레이 센서의 출력 전압을 증감시키는 제 2 출력부를 포함하는 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 생체정보 측정부는 상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서를 통해 각각 측정된 수신 전압값에 기초하여 상기 생체정보로 상기 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정하고, 상기 헤모글로빈 값에 기초하여 포도당 값으로 변환하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 생체정보 측정부는 상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서로부터의 수신 전압값으로부터 적어도 세 파장 이상의 광파장들의 흡수와 반사 차이를 분석하여 상기 생체정보로 상기 헤모글로빈 값을 측정하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 생체정보 측정부는 상기 수신 전압값으로부터 형광 스펙트럼을 분석하여 상기 헤모글로빈 값을 측정하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 생체정보 측정부는 수신 전력신호를 기반으로 상기 형광 스펙트럼을 라만 스펙트럼 및 비어 스펙트럼을 기법으로 분석하여 상기 헤모글로빈 값을 측정하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 생체정보 측정부는 상기 측정된 수신 전압값으로부터 산출 가능한 생체정보 중 상기 헤모글로빈 값과 상기 포도당 값을 제외한 나머지 요소를 제거하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 보정부는 상기 미리 준비된 침습적 데이터인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 상기 생체정보 측정부에 의해 획득된 포도당 값을 비교하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압의 보정값을 산출하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 보정부는 상기 비교 결과에 기초하여 상기 출력 전압의 보정값과 더불어 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 중 하나 이상의 광파장 타이밍을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 것인 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템. - 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 방법에 있어서,
투과식 및 반사식 기반의 다중 센서를 통해 전압 기반의 생체정보를 측정하는 단계;
상기 측정된 생체정보를 미리 준비된 침습적 데이터와 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시켜서 상기 다중 센서의 광원으로부터의 빛이 표피를 투과하면서, 또한 진피(Dermiso)에서 유두진피(Papillary)의 모세혈관(Capillaries)과 소동맥(Arteriole) 분석이 가능하도록 상기 광원의 세기를 조절하는 단계
를 포함하는 비침습식 생체정보 측위 방법. - 제 10 항에 있어서,
투과식 및 반사식 기반의 다중 센서를 통해 전압 기반의 생체정보를 측정하는 단계는,
투과식 기반의 제 1 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부를 투과함에 따라 제 1 포토 어레이 센서로 수광되는 단계;
반사식 기반의 제 2 광원 어레이 센서에서의 광원이 사용자의 피부에서 반사됨에 따라 제 2 포토 어레이 센서로 수광되는 단계;
상기 제 1 및 제 2 포토 어레이 센서를 통해 각각 측정된 수신 전압값에 기초하여 상기 생체정보로 혈액에서의 헤모글로빈 값을 측정하는 단계;
상기 혈액에서 상기 헤모글로빈 값 이외의 다른 반응 인자들을 제어하는 단계; 및
상기 헤모글로빈 값에 기초하여 포도당 값으로 변환하는 단계를 포함하는 비침습식 생체정보 측위 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 비교 결과에 기초하여 상기 다중 센서의 출력 전압을 증감시키는 단계는,
상기 미리 준비된 침습적 데이터인 헤모글로빈 값, 포도당 값과 상기 헤모글로빈 값에 기초하여 변환된 포도당 값을 비교하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압의 보정값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 보정값에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 광원 어레이 센서 중 하나 이상의 출력 전압을 증감시키는 단계를 포함하는 비침습식 생체정보 측위 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180164282A KR102191057B1 (ko) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | 다중 센서를 이용한 비침습식 생체정보 측위 기반 보정 시스템 및 방법 |
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