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KR20230032212A - 체온 추정 장치 및 방법 - Google Patents

체온 추정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20230032212A
KR20230032212A KR1020210114781A KR20210114781A KR20230032212A KR 20230032212 A KR20230032212 A KR 20230032212A KR 1020210114781 A KR1020210114781 A KR 1020210114781A KR 20210114781 A KR20210114781 A KR 20210114781A KR 20230032212 A KR20230032212 A KR 20230032212A
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KR
South Korea
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temperature
sensor
body temperature
sensor board
heat flux
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020210114781A
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English (en)
Inventor
이소영
김상규
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

피검체의 심부 체온 추정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 체온 추정 장치는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드, 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재, 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드, 제1 센서 보드에 배치되어 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서 및 제2 센서 보드에 배치되어 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함하는 센서, 및 피검체의 표면 온도 및 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고, 제1 센서 보드와 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.

Description

체온 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BODY TEMPERATURE}
복수의 센서를 이용하여 심부 체온을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 체온은 4대 활력징후(vital sign) 중의 하나로서 매우 중요한 임상적 의의를 지닌다. 체온 센서는 환자의 감염 여부, 약물의 열적 부작용 여부, 여성의 배란 시기 체크 등 다양한 애플리케이션에 적용이 가능하다. 하지만 피부 체온과 심부 체온은 외부 온도에 따라 차이가 날 수 있기 때문에 웨어러블 기기와 같이 휴대형 기기에서 심부 온도를 측정하는 것은 쉽지 않다. 일반적인 체온 센서는 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있다. 접촉식 센서에는 RTD(Resistance Temperature Detector), 서미스터(thermistor) 등 전기적 저항 변화를 검출하는 센서, 기전력을 검출하는 서모커플(thermocouple) 등이 있다. 또한, 비접촉식 센서에는 서모파일(thermopile), 마이크로 볼로미터 등이 있는데 이들은 체표면에서 복사하는 적외선을 검출하여 체온을 측정한다. 일반적인 체온 측정 기술은 외부 주변 온도의 변화와 습도, 공기 흐름 등 열전달에 영향을 미치는 환경 요소의 변화에 의해 영향을 많이 받게 된다.
복수의 온도 센서를 기반으로 피검체의 심부 체온을 추정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 체온 추정 장치는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드, 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재, 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드, 제1 센서 보드에 배치되어 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서 및 제2 센서 보드에 배치되어 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함하는 센서, 및 피검체의 표면 온도 및 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고, 제1 센서 보드와 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
체온 추정 장치는 제1 센서 보드의 하단에 위치하고 피검체와 접촉하는 접촉층을 더 포함할 수 있다.
접촉층은 열전도도가 1 W/mK 이상 500 W/mK 이하일 수 있다.
제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
열전도 소재는 열전도도가 0.1 W/mK 이하일 수 있다.
열전도 소재는 0.1 mm 이상 5 mm 이하의 두께일 수 있다.
열전도 소재는 공기(air)를 포함할 수 있다.
제1 온도 센서 중에서 적어도 하나와 제2 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터일 수 있다.
제1 온도 센서 중에서 적어도 하나와 제2 온도 센서 중에서 적어도 하나는 일직선상에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
프로세서는 피검체의 표면 온도와 열전도 소재의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 열유속을 측정할 수 있다.
프로세서는 열전도 소재의 저항값 및 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 피검체의 표면 온도를 결합하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
체온 추정 장치는 센서로부터 소정의 거리로 이격되어, 센서의 상단으로부터의 대류를 차단하기 위한 제1 대류 차단부 및 센서의 측면으로부터의 대류를 차단하기 위한 제2 대류 차단부를 더 포함할 수 있다.
이때, 소정의 거리는 0.1 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다.
센서는 제2 센서 보드의 상부에 위치하여 열유속을 증대시키는 열유속 증가부를 더 포함할 수 있다.
열유속 증가부는 열전도도가 10 W/mK 이상 500 W/mK 이하일 수 있다.
일 양상에 따르면 체온 추정 방법은 센서의 제1 센서 보드에 배치된 제1 온도 센서를 통해 피검체의 표면 온도를 측정하는 단계, 센서의 제2 센서 보드에 배치된 제2 온도 센서를 통해 제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이에 배치된 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 단계, 피검체의 표면 온도 및 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하는 단계, 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 단계를 포함하고, 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
열유속을 측정하는 단계는 피검체의 표면 온도와 열전도 소재의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 열유속을 측정할 수 있다.
심부 체온을 추정하는 단계는 열전도 소재의 저항값 및 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 피검체의 표면 온도를 결합하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
일 양상에 따르면, 전자 장치는 본체 및 본체 내에 체온 추정 장치를 포함하고, 체온 추정 장치는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드, 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재, 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드, 제1 센서 보드에 배치되어 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서, 및 제2 센서 보드에 배치되어 상기 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함하는 센서, 및 피검체의 표면 온도 및 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고, 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
전자 장치는 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 목걸이 및 이어(ear) 타입 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
체온 추정 장치 내에 포함된 센서의 배치와 열전달 특성을 구체화하여 웨어러블 기기 내에서 안정적으로 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 체온 추정 장치의 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 센서 보드와 제2 센서 보드의 연결된 구조를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서의 배치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6는 센서를 이용하여 측정된 열유속을 기초로 피검체의 심부 체온을 추정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 체온 추정 장치의 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 일반적인 체온계에 의해 측정된 심부 온도와 열유속을 이용해 측정된 심부 온도를 도시한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 11 내지 도 16은 체온 추정 장치를 포함하는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다. 도 2는 체온 추정 장치의 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 체온 추정 장치(100)는 센서(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
센서(110)는 피검체로부터 심부 체온 추정을 위한 데이터를 획득할 수 있으며, 프로세서(120)는 센서(110)에서 획득된 데이터를 이용하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 센서(110)는 제1 센서 보드(210), 열전도 소재(220) 및 제2 센서 보드(230)를 포함할 수 있다. 제1 센서 보드(210)는 제1 온도 센서(240)를 포함할 수 있으며 제2 센서 보드(230)는 제2 온도 센서(250)를 포함할 수 있다. 다만, 제1 온도 센서(240)와 제2 온도 센서(250)의 개수는 도시된 바에 제한되지 않는다. 프로세서(120)는 센서(110)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 체온 추정 요청시 센서(110)를 제어할 수 있다.
제1 센서 보드(210)는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치할 수 있으며, 제2 센서 보드(230)는 제1 센서 보드(210) 상단에 위치하는 열전도 소재(220)의 상단에 위치하여 피검체 접촉면으로부터 상대적으로 먼 곳에 위치할 수 있다. 제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230)는 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다. 또한, 제1 센서 보드(210)와 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있으며, 제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230) 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230)는 분리된 구조로 서로 이격되어 배치될 수 있으며 또한 연결된 구조로 이격되어 배치될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 센서 보드와 제2 센서 보드의 연결된 구조를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 원형의 제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230)는 접히는 부분(310)을 통해서 연결되어 있으며 예를 들어, 접히는 부분(310)을 접어서 웨어러블 기기 내에 실장하는 경우 서로 이격되어 하단과 상단에 각각 배치될 수 있다. 이때 접히는 부분(310)은 5 mm 이하일 수 있으며 제1 센서 보드(210) 및 제2 센서 보드(230)의 바깥 테두리 부분의 지름은 23 mm 이하일 수 있으며 안쪽 부분의 지름은 15 mm 이하일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 열전도 소재(220)는 예를 들어, 0.1 mm 이상 5 mm 이하의 두께를 가지는 절연체일 수 있으며 열전도도가 0.1 W/mK 이하인 소재(예: 폴리우레탄 폼)일 수 있다. 또한 열전도도가 매우 낮은 공기(air)를 이용하여 제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230) 사이에 별도의 소재를 이용하지 않고 공기를 채우는 구조도 가능하다.
제1 온도 센서(240)는 제1 센서 보드(210)에 배치되어 피검체의 표면 온도를 측정할 수 있으며, 제2 온도 센서(250)는 제2 센서 보드(230)에 배치되어 열전도 소재(220)의 표면 온도를 측정할 수 있다. 제1 온도 센서(240)와 제2 온도 센서(250)는 각각 제1 센서 보드(210)와 제2 센서 보드(230)에 적어도 하나 이상 배치될 수 있으며 제1 온도 센서(240) 중에서 적어도 하나와 제2 온도 센서(250) 중에서 적어도 하나는 서미스터를 포함할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서의 배치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 제1 온도 센서(240)와 제2 온도 센서(250)는 쌍으로 배치될 수 있으며, 또한 서로 마주보도록 일직선상에 배치되거나 대각선상에 배치될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 온도 센서(240) 및 제2 온도 센서(250)는 각각 제1 센서 보드(210) 및 제2 센서 보드(230)의 상부 또는 하부에 부착될 수 있다. 제1 온도 센서(240)와 제2 온도 센서(250)는 각각 제1 센서 보드(210) 및 제2 센서 보드(230)에 복수의 쌍으로 배치될 수 있다. 예를 들어 각 쌍에서 측정된 측정값의 평균을 이용하여 체온을 추정할 수 있으며 복수의 제1 온도 센서(240)에서 측정된 측정값의 평균 및 복수의 제2 온도 센서(250)에서 측정된 측정값의 평균을 각각 구하여 체온을 추정할 수 있다. 또한 복수의 쌍 중에서 피검체와 접촉이 불량하다고 판단된 위치의 쌍은 제외하고 체온을 추정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 쌍에서 측정된 측정값 중에서 최소값 및 최대값은 제외하고 나머지 측정값들을 이용하여 체온을 추정할 수 있다.
도 2 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 체온 추정 장치는 제1 센서 보드(210) 하단에 위치하고 피검체와 접촉하는 접촉층(260)을 더 포함할 수 있다.
접촉층(260)은 열전도도가 1 W/mK 이상 500 W/mK 이하의 높은 열전도도의 물질일 수 있으며 예를 들어, 워치형 웨어러블 기기에 적용되는 경우 뒷면 케이스로 형성될 수 있다.
프로세서(120)는 제1 온도 센서(240)에서 측정된 피검체의 표면 온도 및 제2 온도 센서(250)에서 측정된 열전도 소재(220)의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 피검체의 표면 온도와 열전도 소재(220)의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 열유속을 측정할 수 있으며, 열전도 소재(220)의 열저항값 및 측정된 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 측정된 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 피검체의 표면 온도를 결합하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 5 및 도 6는 센서를 이용하여 측정된 열유속을 기초로 피검체의 심부 체온을 추정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 심부 체온(Tcore)과 피검체의 표면 온도(Tbottom) 간의 차이가 열유속(q)으로 표현될 수 있다. 심부로부터의 열전달을 직렬 회로로 가정하면 제1 온도 센서(240)에 의한 피검체의 표면 온도 및 제2 온도 센서(250)에 의한 열전도 소재(220)의 표면 온도(Ttop)의 온도차(Tbottom - Ttop)로부터도 동일한 열유속(q)을 측정할 수 있다. 이때 제1 온도 센서(240) 및 제2 온도 센서(250)의 열이동과 관련하여 옴의 법칙(V=IR)에 의해 수학식 1이 유도될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 Rskin은 피부 저항, Rinsulator는 열전도 소재의 열저항, I는 열 전류를 의미한다.
수학식 1의 I는 다시 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서 β는 보정 계수를 의미한다. 즉 프로세서(120)는 열전도 소재(220)의 열저항값(Rinsulator) 및 열유속(Tbottom - Ttop)을 기초로 보정 계수(β)를 산출할 수 있다.
수학식 2는 다시 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서
Figure pat00004
는 Tcore의 벡터값을 의미한다. 즉 프로세서(120)는 측정된 열유속(Tbottom - Ttop)과 보정 계수(β)와의 비율과 피검체의 표면 온도(Tbottom)를 결합하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 7은 체온 추정 장치의 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 체온 추정 장치는 센서(110)로부터 소정의 거리로 이격되어, 센서(110)의 상단으로부터 대류를 차단하기 위한 제1 대류 차단부(710) 및 센서의 측면으로부터의 대류를 차단하기 위한 제2 대류 차단부(720)를 더 포함할 수 있으며, 또한 체온 추정 장치에서 센서(110)는 제2 센서 보드(230)의 상부에 위치하여 열유속을 증대시키는 열유속 증가부(730)를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 열전달은 전도 외에도 대류에 의해서도 영향을 받는다. 심부에서 피검체의 표면을 통해 전자 장치로 전달되는 열을 기초로 전자 장치 내의 체온 추정 장치는 심부 체온을 추정하는데 이때 전자 장치 내에서 발생하는 대류에 의한 영향을 최소화 하여야 한다. 즉 전자 장치 내의 그 밖의 다양한 구성들 예를 들어, 센서, 배터리 또는 프로세서 등에서 발생하는 발열 등에 의한 대류를 차단하여야 정확한 심부 체온 측정이 가능하다.
도 7을 참조하면, 제1 대류 차단부(710)는 센서(110)의 상단으로부터 소정 거리로 이격되어 상단 부분의 대류를 차단할 수 있으며, 제2 대류 차단부(720)는 센서(110)의 측면으로부터 소정 거리로 이격되어 있어 측면으로부터의 대류를 차단할 수 있다. 이때 소정 거리는 각각 0.1 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다. 제1 대류 차단부(710) 및 제2 대류 차단부(720)는 예를 들어, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 폼, 플라스틱, 규조토와 같은 열전도도 1 W/mK 이하의 물질일 수 있다. 또한 제1 대류 차단부(710) 및 제2 대류 차단부(720)는 예를 들어, 전자 장치에 추가적으로 포함되는 별도의 구조물일 수 있으며, 또는 전자 장치를 형성하는 본래의 구조물로서 예를 들어, 센서를 둘러 싸는 위치에 배치되어 있는 예컨대, PCB나 워치의 케이스를 대신 이용할 수 있다.
한편 제1 대류 차단부(710) 및 제2 대류 차단부(720)를 이용하는 경우 차단의 효과로 인하여 심부로부터의 열전달이 감소해 열유속이 감소하는 효과가 발생하는데 이를 열유속 증가부(730)를 이용하여 보상할 수 있다.
센서(110)는 센서(110)의 상단부 특히 제2 센서 보드(230)의 상부에 위치하여 열유속을 증대시키는 열유속 증가부(730)를 더 포함할 수 있다. 열유속 증가부(730)는 열전도도가 10 W/mk 이상 500 W/mk 이하인 열전도도가 상대적으로 높은 물질로 형성되며 이로 인해 센서(110)의 상단 부분이 쉽게 냉각되어 심부와 센서(110)의 상단 부분의 온도차가 커지게 되어 열유속이 증가하는 효과를 가져올 수 있다. 열유속 증가부(730)는 센서(110)의 하단부에도 배치될 수 있으며 하단부에 배치되는 경우 전자 장치 내의 구조물 예를 들어, 접촉층(260)이 대체할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 일반적인 체온계에 의해 측정된 심부 온도와 열유속을 이용해 측정된 심부 온도를 도시한 도면이다.
특히 도 8a는 대류 차단부나 열유속 증가부를 배치하지 않은 경우, 도 8b는 대류 차단부만 배치한 경우, 도 8c는 열유속 증가부만 배치한 경우, 도 8d는 대류 차단부와 열유속 증가부를 함께 배치한 경우 열유속을 이용해 심부 온도를 측정하였다. 핫 플레이트(hot plate)위에 인체 조직을 모사한 구조물을 올려놓고 핫 플레이트의 온도를 올려가면서 구조물 위의 센서인 제1 온도 센서와 제2 온도 센서를 이용하여 열유속을 측정하여 시간에 따른 심부 온도를 추정하였다.(도 8a 내지 도 8d의 점으로 표시) 또한 핫 플레이트와 구조물 접촉면에서 심부 온도를 측정하였다.(도 8a 내지 도 8d의 선으로 표시) 단순 선형 회귀를 이용하여 전체 데이터의 30%를 랜덤으로 골라 회귀식을 만든 후, 나머지 70%의 데이터에 대해 심부 온도를 추정하였다. 14시 30분, 14시 50분 및 15시 10분 근처에서 선풍기를 이용하여 대류를 발생시키고, 상기 도 8a 내지 도 8d에 해당하는 각 센서의 구조별로 심부 온도를 추정하는 성능을 비교하였다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 도 8a와 같이 아무런 장치가 없는 경우에는 실제로 측정된 심부 온도와 열유속에 의해 추정된 심부 온도의 차이가 큼을 알 수 있다. 도 8b와 같이 대류 차단부만 있는 경우와 도 8c와 같이 열유속 증가부만 있는 경우도 실제로 측정된 심부 온도와 열유속에 의해 추정된 심부 온도의 차이가 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 그러나 도 8d와 같이 대류 차단부와 열유속 증가부를 모두 배치하는 경우 실제로 측정된 심부 온도와 열유속에 의해 추정된 심부 온도의 차이는 작게 나타난 것을 알 수 있다.
본 실시예들은 열유속을 이용하여 심부 체온을 측정하는 경우 오차를 발생할 수 있는 대류를 차단하며 차단의 효과로 인해 감소하는 열유속을 보상하여 심부 체온 추정시 추정의 정확성을 높일 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 체온 추정 장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 체온 추정 장치(900)는 센서(910), 프로세서(920), 저장부(930), 출력부(940) 및 통신부(950)를 포함할 수 있다. 이때, 센서(910), 프로세서(920) 구성은 도 1의 실시예의 센서(110) 및 프로세서(120)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
저장부(930)는 심부 체온 추정과 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어 피검체의 표면 온도, 열전도 소재의 표면 온도, 프로세서(920)의 처리 결과, 예컨대 열유속, 보정 계수 등을 저장할 수 있다.
저장부(930)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 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
출력부(940)는 프로세서(920)의 처리 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 출력부(940)는 디스플레이에 프로세서(920)의 체온 추정값을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값이 정상 범위를 벗어나면 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하거나 정상 범위를 함께 표시함으로써 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다. 또한, 출력부(940)는 시각적 표시와 함께 또는 단독으로 스피커 등의 음성 출력 모듈, 햅틱 모듈 등을 이용하여 음성, 진동, 촉감 등의 비시각적인 방식으로 사용자에게 심부 온도 추정값을 제공할 수 있다.
통신부(950)는 외부 기기와 통신하여 심부 체온 추정과 관련된 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 체온 추정 결과를 사용자의 스마트폰 등의 외부 기기에 전송하여 사용자가 상대적으로 성능이 우수한 기기를 통해 성분 분석 결과를 관리 및 모니터링하도록 할 수 있다.
통신부(950)는 블루투스(Bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함하는 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 일 실시예에 따른 체온 추정 방법의 흐름도이다.
도 10은 도 1 및 도 9의 실시예에 따른 체온 추정 장치(100,900)에 의해 수행되는 체온 추정 방법의 일 실시예이다. 앞에서 상술하였으므로 중복 설명을 피하기 위해 간단히 설명한다.
도 10을 참조하면, 먼저 체온 추정 장치는 센서의 제1 센서 보드에 배치된 제1 온도 센서를 통해 피검체의 표면 온도를 측정할 수 있다(1010). 제1 센서 보드는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치할 수 있으며, 제1 센서 보드와 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
그 다음, 센서의 제2 센서 보드에 배치된 제2 온도 센서를 통해 제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이에 배치된 열전도 소재의 표면 온도를 측정할 수 있다(1020).
열전도 소재는 예를 들어, 0.1 mm 이상 5 mm 이하의 두께를 가지는 절연체일 수 있으며 열전도도가 0.1 W/mK 이하인 소재(예: 폴리우레탄 폼)일 수 있다. 또한 열전도도가 매우 낮은 공기(air)를 이용하여 제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이에 별도의 소재를 이용하지 않고 공기를 채우는 구조도 가능하다. 제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
그 다음, 피검체의 표면 온도 및 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정할 수 있다(1030). 예를 들어, 피검체의 표면 온도와 열전도 소재(220)의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 열유속을 측정할 수 있다.
그 다음, 측정된 열유속 및 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정할 수 있다(1040). 예를 들어, 열전도 소재의 저항값 및 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 피검체의 표면 온도를 결합하여 상기 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다.
도 11 내지 도 16은 체온 추정 장치(100, 900)를 포함하는 전자 장치의 구조들을 예시적으로 나타낸 도면이다. 전자 장치는 스마트 폰 뿐만 아니라 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 목걸이 및 이어(ear) 타입 웨어러블 기기를 포함하며 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11을 참조하면, 전자 장치는 스마트 워치 타입의 웨어러블 장치(1100)로 구현될 수 있으며 본체(MB)와 손목 스트랩(ST)을 포함할 수 있다.
본체(MB)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 본체(MB) 및/또는 스트랩(ST)의 내부에는 각종 구성에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다. 스트랩(ST)은 본체의 양단에 연결되어 본체를 사용자의 손목에 착용시키며 사용자의 손목을 감싸는 형태로 구부려질 수 있도록 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 스트랩(ST)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩의 일단부는 각각 본체(MB)의 양측에 연결되고, 제1 스트랩과 제2 스트랩의 타단부에 형성된 체결수단을 이용하여 서로 체결될 수 있다. 이때, 체결수단은 자석 결합, 벨크로(velcro) 결합, 핀 결합 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(ST)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
본체(MB)는 체온 추정 장치를 포함할 수 있다. 체온 추정 장치는 센서(1110), 프로세서, 출력부, 저장부 및 통신부가 장착될 수 있다. 다만, 폼 팩터(form factor)의 사이즈 및 형태 등에 따라 표시부, 저장부 및 통신부 중의 일부는 생략될 수 있다.
센서(1110)는 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드, 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재, 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드, 제1 센서 보드에 배치되어 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서 및 제2 센서 보드에 배치되어 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함할 수 있으며, 본체(MB)가 사용자의 손목에 착용될 때 사용자의 손목 상부에 접촉하여 손목으로부터 심부 체온 측정을 위한 데이터를 획득할 수 있도록 본체(MB)의 후면에 배치될 수 있다. 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하일 수 있다.
도 12을 참조하면, 센서(1110)는 본체(MB)의 후면뿐만 아니라 손목 스트랩(ST)에도 배치되어 데이터를 획득할 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 조작부(1160)는 도시된 바와 같이 본체(MB)의 측면에 형성될 수 있다. 조작부(1160)는 사용자의 명령을 수신하여 프로세서로 전달할 수 있다. 또한, 조작부(1160)는 웨어러블 기기(1100)의 전원을 온/오프시키는 전원 버튼을 포함할 수 있다.
본체(MB)에 탑재된 프로세서는 센서(1110)를 비롯한 다양한 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 복수의 센서(1110)에서 획득된 데이터를 이용하여 피검체의 심부 체온을 추정할 수 있다. 예를 들어 피검체의 표면 온도 및 상기 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 상기 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정할 수 있다.
본체(MB)의 전면에는 디스플레이가 마련되어, 체온 정보, 시간 정보, 수신 메시지 정보 등을 포함하는 다양한 어플리케이션 화면이 표시될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이에 심부 체온 추정값을 표시할 수 있다. 이때, 체온 추정값이 정상 범위를 벗어나면 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 색깔이나 선의 굵기 등을 조절하거나 정상 범위를 함께 표시함으로써 사용자에게 경고 정보를 제공할 수 있다. 또한 사용자의 요청에 의해 현재의 심부 체온 추정값을 표시하는 것뿐만 아니라 시간에 따른 연속적인 심부 체온 추정값을 디스플레이에 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 체온 변화량 예를 들어, 하루 중 체온 변화를 그래프 형태로 도시할 수 있으며 체온 변화에 따른 숙면 여부도 디스플레이에 표시할 수 있다.
도 13을 참조하면, 전자장치는 이어(ear) 웨어러블 장치(1300)로도 구현될 수 있다.
이어(ear) 웨어러블 장치(1300)는 본체와 이어 스트랩(ear strap)을 포함할 수 있다. 사용자는 이어 스트랩을 귓바퀴에 걸어 착용할 수 있다. 이어 스트랩은 이어 웨어러블 장치(1300)의 형태에 따라 생략이 가능하다. 본체는 사용자의 외이도(external auditory meatus)에 삽입될 수 있다. 본체에는 센서(1310)가 탑재될 수 있다. 이어 웨어러블 장치(1300)는 성분 추정 결과를 사용자에게 음향으로 제공하거나, 본체 내부에 마련된 통신 모듈을 통해 외부 기기 예컨대, 모바일, 테블릿, PC 등으로 전송할 수 있다.
도 14을 참조하면, 전자 장치는 이어 타입의 웨어러블 장치와 스마트폰의 조합에 의해 구현될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐 다양한 전자 장치들의 조합이 가능하다. 일 예로, 스마트폰(1400)의 본체에는 심부 체온을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 스마트폰(1400)의 프로세서는 체온 측정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 장치(1300)의 본체 내부에 실장된 통신부와 통신하여 센서(1310)에 의해 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(1300)로부터 열유속, 표면 온도 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 심부 체온을 추정하여 출력부를 통해 도시된 바와 같이 스마트폰(1400)의 디스플레이에 그 결과를 출력할 수 있다.
도 15를 참조하면, 전자 장치는 스마트 폰(smart phone)과 같은 모바일 장치(1500)로 구현될 수 있다.
모바일 장치(1500)는 하우징 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 하우징은 모바일 장치(1500)의 외관을 형성할 수 있다. 하우징의 제1 면에는 디스플레이 패널 및 커버 글래스(cover glass)가 차례로 배치될 수 있고, 디스플레이 패널은 커버 글래스를 통해 외부로 노출될 수 있다. 하우징의 제2 면에는 센서(1510), 카메라 모듈, 및/또는 적외선 센서 등이 배치될 수 있다.
일 실시예로, 스마트폰(1500) 본체의 후면에는 사용자로부터 데이터를 획득할 수 있는 복수의 센서가 배치될 수 있으며, 본체 전면 지문 센서, 측면 전원 버튼, 볼륨 버튼이나 본체 전후면의 별도의 위치에도 센서 등이 배치되어 심부 체온을 추정할 수 있다.
또한, 사용자가 모바일 장치(1500)에 탑재된 어플리케이션 등을 실행하여 체온 추정을 요청하는 경우 센서(1510)를 이용하여 데이터를 획득하고 모바일 장치(1500) 내의 프로세서를 이용하여 심부 체온을 추정하고 사용자에게 추정값을 영상 및/또는 음향으로 제공할 수 있다.
도 16를 참조하면, 전자 장치는 시계 타입의 웨어러블 장치와 스마트폰의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 스마트폰(1600)의 본체에는 심부 체온을 추정하는 프로세서가 실장될 수 있다. 스마트폰(1600)의 프로세서는 체온 측정 요청을 수신하면 통신부를 통해 웨어러블 장치(1610) 본체 내부에 실장된 통신부와 통신하여 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(1610)로부터 피검체의 표면 온도 등의 데이터를 수신하면 프로세서는 심부 체온을 추정하여 출력부를 통해 도시된 바와 같이 스마트폰(1600)의 디스플레이에 그 결과를 출력할 수 있다. 이때, 사용자의 요청에 의해 현재의 심부 체온 추정값을 표시하는 것뿐만 아니라 시간에 따른 연속적인 심부 체온 추정값을 디스플레이에 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 체온 변화량 예를 들어, 하루 중 체온 변화를 그래프 형태로 도시할 수 있으며 체온 변화에 따른 숙면 여부도 디스플레이에 표시할 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 본 발명이 속하는 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, 900: 체온 추정 장치
110, 910, 1110, 1310, 1510: 센서
120, 920: 프로세서
210: 제1 센서 보드 220: 열전도 소재
230: 제2 센서 보드 240: 제1 온도 센서
250: 제2 온도 센서 260: 접촉층
710: 제1 대류 차단부 720: 제2 대류 차단부
730: 열유속 증가부 930: 저장부
940: 출력부 950: 통신부
1100: 스마트 워치 타입 웨어러블 장치
1300: 이어 타입 웨어러블 장치
1400, 1600: 스마트폰 1500: 모바일 장치
1610: 웨어러블 장치

Claims (20)

  1. 피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드,
    상기 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재,
    상기 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드,
    상기 제1 센서 보드에 배치되어 상기 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서 및
    상기 제2 센서 보드에 배치되어 상기 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함하는 센서; 및
    상기 피검체의 표면 온도 및 상기 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 상기 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고,
    상기 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하인 체온 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 보드의 하단에 위치하고 상기 피검체와 접촉하는 접촉층을 더 포함하는 체온 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접촉층은 열전도도가 1 W/mK 이상 500 W/mK 이하인 체온 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 보드와 상기 제2 센서 보드 사이의 거리는 10 mm 이하인 체온 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 소재는 열전도도가 0.1 W/mK 이하인 체온 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 소재는 0.1 mm 이상 5 mm 이하의 두께인 체온 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 소재는 공기(air)를 포함하는 체온 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 중에서 적어도 하나와 상기 제2 온도 센서 중에서 적어도 하나는 서미스터(thermistor)인 체온 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 중에서 적어도 하나와 상기 제2 온도 센서 중에서 적어도 하나는 일직선상에 서로 마주보도록 배치되는 체온 추정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 피검체의 표면 온도와 상기 열전도 소재의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 상기 열유속을 측정하는 체온 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 열전도 소재의 저항값 및 상기 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 상기 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 상기 피검체의 표면 온도를 결합하여 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 체온 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센서로부터 소정의 거리로 이격되어, 상기 센서의 상단으로부터의 대류를 차단하기 위한 제1 대류 차단부 및 상기 센서의 측면으로부터의 대류를 차단하기 위한 제2 대류 차단부를 더 포함하는 체온 추정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소정의 거리는 0.1 mm 이상 10 mm 이하인 체온 추정 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 센서는
    상기 제2 센서 보드의 상부에 위치하여 상기 열유속을 증대시키는 열유속 증가부를 더 포함하는 체온 추정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열유속 증가부는 열전도도가 10 W/mK 이상 500 W/mK 이하인 체온 추정 장치.
  16. 센서의 제1 센서 보드에 배치된 제1 온도 센서를 통해 피검체의 표면 온도를 측정하는 단계;
    상기 센서의 제2 센서 보드에 배치된 제2 온도 센서를 통해 상기 제1 센서 보드와 제2 센서 보드 사이에 배치된 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 단계;
    상기 피검체의 표면 온도 및 상기 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하는 단계;
    상기 측정된 열유속 및 상기 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하인 체온 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 열유속을 측정하는 단계는
    상기 피검체의 표면 온도와 상기 열전도 소재의 표면 온도를 차감한 값을 기초로 상기 열유속을 측정하는 체온 추정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 심부 체온을 추정하는 단계는
    상기 열전도 소재의 저항값 및 상기 열유속을 기초로 보정 계수를 산출하고 상기 열유속과 산출된 보정 계수와의 비율과 상기 피검체의 표면 온도를 결합하여 상기 피검체의 심부 체온을 추정하는 체온 추정 방법.
  19. 본체 및 상기 본체 내에 체온 추정 장치를 포함하고,
    상기 체온 추정 장치는
    피검체 접촉면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 센서 보드,
    상기 제1 센서 보드의 상단에 위치하는 열전도 소재,
    상기 열전도 소재의 상단에 위치하는 제2 센서 보드,
    상기 제1 센서 보드에 배치되어 상기 피검체의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제1 온도 센서, 및
    상기 제2 센서 보드에 배치되어 상기 열전도 소재의 표면 온도를 측정하는 적어도 하나의 제2 온도 센서를 포함하는 센서; 및
    상기 피검체의 표면 온도 및 상기 열전도 소재의 표면 온도를 기초로 열유속을 측정하고 측정된 열유속 및 상기 피검체의 표면 온도를 기초로 심부 체온을 추정하는 프로세서를 포함하고,
    상기 제1 센서 보드와 상기 피검체 접촉면 사이의 거리는 10 mm 이하인 전자 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전자 장치는
    스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 안경, 스마트 목걸이 및 이어(ear) 타입 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치.

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