KR102299361B1

KR102299361B1 - 혈압을 모니터링하는 장치 및 방법, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스

Info

Publication number: KR102299361B1
Application number: KR1020140117254A
Authority: KR
Inventors: 윤영준; 이재숭; 경지수; 노영근; 박연상; 백찬욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2021-09-07
Also published as: KR20160028303A; US10568527B2; US20160058300A1

Abstract

혈압을 모니터링하는 장치 및 방법은, 피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하고, 피검 부위로부터 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하고, 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정한다.

Description

혈압을 모니터링하는 장치 및 방법, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스{Apparatus and method for monitoring blood pressure, wearable device having function of blood pressure monitoring}

혈압을 모니터링하는 장치 및 방법, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스에 관한다.

혈압은 개인의 건강 상태를 파악하는 하나의 척도로 사용되고 있으며, 혈압을 측정할 수 있는 혈압계는 의료기관 및 가정에서 흔히 사용된다. 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)은 혈압계의 승인 기준으로 미국 선진의료기구협회(Association for the Advancement of Medical Instrumentation, AAMI)에서 요구하는 규격 기준을 만족할 것을 요구한다. 미국 선진의료기구협회가 발행하는 ANSI/AAMI SP10은 혈압계의 표시사항, 안전성 및 성능 요구조건의 기준을 제시하고 있다. 커프(cuff) 타입의 혈압계는 동맥혈이 지나는 부위에 혈액의 흐름이 멎도록 커프로 가압한 후 천천히 압력을 줄이면서 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 측정한다. 하지만, 커프 타입의 혈압계는 부피가 크고 휴대하기가 불편하여 실시간으로 개인의 연속적인 혈압의 변화를 모니터링하기에는 부적합하다. 따라서, 최근에는 커프리스(cuffless) 타입으로 혈압을 측정할 수 있는 혈압계에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

혈압을 모니터링하는 장치 및 방법, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스를 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 측면에 따르면, 혈압을 모니터링하는 장치는, 피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 상기 피검 부위로부터, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하는 스펙클 검출부; 및 상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 상기 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득한다.

또한, 상기 획득된 생체 신호는, 상기 분석된 스펙클 변동과 상기 용적 변화의 상관관계에 기초하여 변환된 PPG(photoplethysmogram) 신호를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여, 상기 생체 신호를 획득한다.

또한, 상기 스펙클 검출부는, 상기 레이저 스펙클을 검출하기 위한 적어도 하나의 포토 디텍팅(photo detecting) 소자를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 스펙클 검출부에 복수의 포토 디텍팅 소자들이 포함된 경우, 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 전부 또는 일부에 의해 검출된 상기 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각의 검출 감도에 기초하여 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 중 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택하는 선택부; 및 상기 선택된 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 상기 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정하는 혈압 추정부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 레이저가 조사된 후 소정 시간 동안 검출된 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동에 대응되는 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호로 변환하는 생체 신호 분석부; 및 상기 PPG 신호의 파형 특성에 기초하여 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정하는 혈압 추정부를 포함한다.

또한, 상기 레이저 조사부는 상기 레이저를 발진하기 위한 적어도 하나의 레이저 다이오드 소자를 포함하고, 상기 스펙클 검출부는 상기 레이저 스펙클을 검출하기 위한 복수의 포토 디텍팅 소자들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 레이저 다이오드 소자 및 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들은 제 1 기판 상에 패키징된다.

또한, 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각은, 상기 제 1 기판 상에서, 상기 레이저 다이오드 소자를 중심으로 소정 범위의 거리 내에 위치하도록 패키징된다.

또한, 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각은, 상기 레이저 다이오드 소자로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 패키징된다.

또한, 상기 제 1 기판은, 상기 조사된 레이저를 투과시키는 제 1 렌즈 및 상기 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저를 투과시키는 제 2 렌즈 중 적어도 하나가 삽입되고 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈가 삽입되지 않은 표면에 반사 방지(anti-reflective) 코팅된 제 2 기판이 적층된다.

또한, 상기 제 1 렌즈는 및 상기 제 2 렌즈는, 실린더 렌즈(cylinder lens) 및 플랫 렌즈(flat lens) 중 적어도 하나로 구현된다.

또한, 상기 조사된 레이저 및 상기 레이저 스펙클에 대응되는 상기 반사된 레이저는, 동일한 파장 대역을 갖는다.

다른 일 측면에 따르면, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스는, 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈; 상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈에 의해 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 유저 인터페이스 모듈; 및 상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈 및 상기 유저 인터페이스 모듈을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈은, 피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 상기 피검 부위로부터, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하는 스펙클 검출부; 및 상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 상기 획득된 생체 신호에 기초하여 상기 혈압을 추정하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득하고, 상기 스펙클 변동은, 시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여 분석된다.

또한, 상기 웨어러블 디바이스는, 피검자의 손목에 착용 가능한 손목시계 타입의 디바이스를 포함하고, 상기 혈관은, 상기 손목 내의 요골 동맥이다.

또한, 상기 웨어러블 디바이스는, 복수의 혈압 모니터링 모듈들이 구비된 경우, 상기 복수의 혈압 모니터링 모듈들 각각의 모니터링 감도에 따라 상기 복수의 혈압 모니터링 모듈들 전부 또는 일부를 이용하여 상기 혈압을 추정한다.

또 다른 일 측면에 따르면, 혈압을 모니터링하는 방법은, 피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 단계; 상기 피검 부위로부터, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하는 단계; 상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득하고, 상기 스펙클 변동은, 시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여 분석된다.

또한, 상기 방법은, 스펙클 검출부의 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각의 검출 감도에 기초하여 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 중 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 추정하는 단계는, 상기 선택된 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 상기 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정한다.

또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 레이저가 조사된 후 소정 시간 동안 검출된 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동에 대응되는 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호로 변환함으로써 상기 생체 신호를 획득하고, 상기 추정하는 단계는, 상기 PPG 신호의 파형 특성에 기초하여 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정한다.

상기된 바에 따르면, 커프리스(cuffless) 방식으로 사용자의 혈압을 측정할 수 있으므로, 연속적으로(continuously) 사용자의 혈압을 모니터링할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스에 내장된 혈압계를 이용하여 비접촉식 또는 접촉식으로 혈압을 측정할 수 있으므로, 사용자의 혈압 모니터링의 편의성을 도모할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 손목에 착용되어 혈압을 모니터링할 수 있는 웨어러블 디바이스의 컨셉을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 웨어러블 디바이스가 혈압을 측정하기 위한 손목의 부위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따라 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 웨어러블 디바이스에서 혈압 모니터링 모듈이 내장된 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른, 웨어러블 디바이스 내에 장착된 혈압 모니터링 모듈의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5b는 레이저 스펙클을 설명하기 위하여 레이저가 조사된 피검 부위를 촬영한 이미지를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 제어부의 상세 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 레이저 조사부의 레이저 다이오드 소자 및 스펙클 검출부의 포토 다이오드 소자를 포함하는 혈압 모니터링 모듈의 패키징 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 소자 및 포토 다이오드 소자를 포함하는 회로 기판에 별도의 투명 기판이 적층된, 혈압 모니터링 모듈의 패키징 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따라 레이저 다이오드 소자가 레이저를 요골동맥에 조사하고, 포토 다이오드 소자가 반사된 레이저를 검출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 소자들 및 포토 다이오드 소자들의 다양한 패키징 구조들에 대한 평면도들이다.
도 11a는 일 실시예에 따른 회로 기판에 적층될 투명 기판의 다양한 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 11b는 다른 일 실시예에 따른 회로 기판에 적층될 투명 기판의 다양한 예시들을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 일 실시예에 따라 제 1 렌즈로서 실린더 볼록 렌즈가 사용되는 경우, 조사되는 레이저의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12b는 다른 일 실시예에 따라 제 1 렌즈로서 실린더 오목 렌즈가 사용되는 경우, 조사되는 레이저의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 제 1 렌즈의 종류에 따른 레이저의 다양한 조사 형태들을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따라 요골동맥의 용적 변화에 따라 포토 다이오드 소자에서 검출된 광 신호의 세기가 변화되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 복수의 포토 다이오드 소자들에서 검출된 광 신호들을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따라 4개의 포토 다이오드 소자들 각각에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화에 대한 데이터를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따라 스펙클 검출부에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화로부터 변환된 생체 신호를 도시한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따라, PPG 신호에 나타난 심장의 수축기 및 이완기의 시점들을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따라 혈압 모니터링 모듈에서 혈압을 모니터링하는 방법의 흐름도이다.
도 20은 다른 일 실시예에 따라 복수의 혈압 모니터링 모듈들이 내장된 웨어러블 디바이스에서 혈압을 모니터링하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따라, 웨어러블 디바이스에서 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 다른 일 실시예에 따라, 웨어러블 디바이스에서 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따라 혈압 모니터링 모듈에서 광원으로서 LED를 이용하지 않고 레이저를 이용한 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따라 혈압을 모니터링하는 방법의 흐름도이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 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.

본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 “제 1” 또는 “제 2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

도 1은 일 실시예에 따른 손목에 착용되어 혈압을 모니터링할 수 있는 웨어러블 디바이스의 컨셉을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)는, 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 손목시계 타입, 팔찌 타입, 반지 타입, 안경 타입 또는 헤어밴드 타입 등의 디바이스들을 포함할 수 있다. 다만, 본 실시예들에서 웨어러블 디바이스(10)는 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 디바이스인 것으로 가정하여 설명하도록 하나, 본 실시예들은 이에 제한되지 않는다.

도 1의 (a)를 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)는 사용자의 손목에 착용된 상태에서 손목에 레이저(laser)를 조사함으로써, 사용자의 혈압(blood pressure)을 모니터링 또는 혈압을 측정할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 웨어러블 디바이스(10)에는 혈압 모니터링 모듈(100)이 내장되어 있다. 내장된 혈압 모니터링 모듈(100)은 사용자의 손목으로 레이저를 조사하고, 혈압 모니터링 모듈(100)은 손목으로부터 반사된 레이저에 대응되는 광 신호를 분석함으로써 사용자의 혈압을 모니터링할 수 있다. 즉, 웨어러블 디바이스(10)의 혈압 모니터링 모듈(100)은 레이저의 직진 특성을 이용하여 사용자의 손목에 접촉되거나 또는 약간 떨어진 거리에서 손목에 비접촉되더라도 사용자의 혈압을 측정할 수 있다.

도 1의 (b)를 참고하면, 사용자는 손목에 착용된 웨어러블 디바이스(10)의 유저 인터페이스 모듈(140)에 표시된 화면을 통해, 모니터링된 사용자의 혈압에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 혈압에 대한 정보는 예를 들어, 사용자의 최저 혈압(minimum　blood pressure) 및 최대 혈압(maximum blood pressure)에 대한 수치 정보, 사용자의 수축기 혈압(systolic blood pressure) 및 이완기 혈압(diastolic blood pressure)에 대한 수치 정보, 또는 현재 혈압 상태가 정상인지 비정상인지에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따라 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 웨어러블 디바이스가 혈압을 측정하기 위한 손목의 부위를 설명하기 위한 도면이다.

혈압은 심장에서 보내진 혈액이 혈관 속을 흐르고 있을 때 혈관벽에 미치는 압력을 의미하고, 혈관의 이름에 따라 동맥 혈압, 모세관 혈압, 정맥 혈압 등으로 구별된다. 동맥 혈압은 심장박동에 의하여 변동한다. 또한, 혈압은 심실이 수축하여 혈액이 동맥 속으로 밀려나갔을 때의 수축기 혈압 및 심실이 확장하여 혈액이 밀려나가지 않을 때의 이완기 혈압을 모두 포함한다.

도 2를 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)는 요골동맥(200)과 가까운 피부 표면에서 접촉식 또는 비접촉식으로 레이저를 조사함으로써 혈압을 측정할 수 있다. 즉, 웨어러블 디바이스(10)는 동맥 혈압을 측정하기 위하여, 요골동맥(200)을 대상으로 레이저를 조사함으로써 혈압을 측정할 수 있다. 요골동맥(200)이 지나가는 손목의 피부 표면에서 혈압이 측정될 경우, 손목 내부의 피부 조직의 두께 등과 같은 혈압 측정의 오차를 발생시키는 외부적 요인들의 영향을 가장 적게 받을 수 있다. 또한, 요골동맥(200)은 손목 내의 다른 종류의 혈관들보다 정확한 혈압을 측정할 수 있는 혈관에 해당되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 혈압 모니터링 모듈(100)은, 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하였을 때 요골동맥(200)을 향해 레이저를 조사할 수 있는 위치에서 웨어러블 디바이스(10)에 내장될 수 있다. 다만, 웨어러블 디바이스(10)는, 이에 제한되지 않고, 요골동맥(200) 외에도 손목의 다른 부위의 혈관들을 이용하여 혈압을 측정할 수도 있다.

도 3은 일 실시예에 따라 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 웨어러블 디바이스에서 혈압 모니터링 모듈이 내장된 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 혈압 모니터링 모듈(100)은, 앞서 도 2에서 설명된 바와 같이 요골동맥(200)으로부터 혈압을 측정하기 위하여, 웨어러블 디바이스(10)가 착용되었을 때 요골동맥(200)에 가장 가까워지도록, 특정 위치(300)에 내장될 수 있다. 하지만, 예를 들어, 웨어러블 디바이스(10)에서 혈압 모니터링 모듈(100)의 내장 위치는, 웨어러블 디바이스(10)가 왼손용인지, 오른손용인지 등에 따라 달라질 수도 있다. 또는, 웨어러블 디바이스(10)에서 혈압 모니터링 모듈(100)의 내장 위치는, 유저 인터페이스 모듈(140)의 뒷면에 위치할 수도 있다. 즉, 웨어러블 디바이스(10)에서 혈압 모니터링 모듈(100)의 내장 위치는 어느 하나에 제한되지 않고, 다양한 위치들에 내장될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)는 혈압 모니터링 모듈(100), 유저 인터페이스 모듈(101) 및 프로세서(102)를 포함할 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 웨어러블 디바이스(10)에 대해서는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다. 한편, 앞서 설명된 바와 같이, 웨어러블 디바이스(10)는 손목시계 타입 또는 손목밴드 타입의 디바이스에 해당될 수 있으나, 본 실시예는 이에 제한되지 않는다.

혈압 모니터링 모듈(100)은 사용자의 피검 부위(예를 들어, 손목의 요골동맥(도 2의 200))로부터 혈압을 측정하는 하드웨어이다. 앞서 도면들에서 설명된 바와 같이, 혈압 모니터링 모듈(100)은 웨어러블 디바이스(10)의 특정 위치(도 3의 300)에 내장된 형태로 웨어러블 디바이스(10)에 구비될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

혈압 모니터링 모듈(100)은 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하고 있는 동안, 특정한 임의의 시점에서의 혈압을 측정하거나, 또는 연속적으로 사용자의 혈압을 모니터링할 수 있다.

혈압 모니터링 모듈(100)은 레이저를 사용자의 피검 부위에 조사하고, 피검 부위로부터 반사된 레이저에 대응되는 광 신호를 분석하여, 혈압을 모니터링할 수 있다. 여기서, 피검 부위로부터 반사된 레이저는, 레이저 스펙클(laser speckle)을 나타내는 광 신호일 수 있다. 혈압 모니터링 모듈(100)의 상세한 하드웨어 구성, 물리적 구조, 동작 등에 대해서는 이하 해당 도면들에서 자세하게 설명하도록 한다.

혈압 모니터링 모듈(100)은 레이저를 이용하여 피검 부위의 혈압을 측정할 수 있기 때문에, 비침습적 방식의 혈압계로 분류될 수 있다. 또한, 혈압 모니터링 모듈(100)은 피검 부위의 피부에 직접 접촉하여 레이저를 조사하여 혈압을 측정하는 접촉 방식의 혈압계, 또는 피검 부위의 피부로부터 약간 떨어진 거리에서 레이저를 조사하여 혈압을 측정하는 비접촉 방식의 혈압계로도 분류될 수 있다.

한편, 도 4에서는 웨어러블 디바이스(10)가 단지 하나의 혈압 모니터링 모듈(100)만을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 웨어러블 디바이스(10)는 이에 제한되지 않고 도 20에 도시된 바와 같이 복수 개의 혈압 모니터링 모듈들(도 20의 2001, 2002 및 2003)을 구비할 수도 있다.

유저 인터페이스 모듈(101)은 혈압 모니터링 모듈(100)에 의해 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 하드웨어이다. 즉, 유저 인터페이스 모듈(101)은 화면 상의 표시를 통해, 사용자의 최저 혈압 및 최대 혈압에 대한 수치 정보, 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압에 대한 수치 정보, 또는 현재 혈압 상태가 정상인지 비정상인지에 대한 정보 등을 사용자에게 제공할 수 있다. 또는, 유저 인터페이스 모듈(101)은 위와 같은 정보들을 음성을 통해서도 제공할 수 있다.

혈압 정보 외에도, 유저 인터페이스 모듈(101)은, 웨어러블 디바이스(10) 내에서 처리된 각종 다양한 정보들을 표시할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(10)가 손목시계 타입인 경우, 유저 인터페이스 모듈(101)은 시간 정보를 표시할 수 있다. 즉, 유저 인터페이스 모듈(101)은, 정보를 표시하는 디스플레이 수단을 포함할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 모듈(101)은, 사용자로부터 다양한 정보들을 입력받는 기능을 수행하는 입력 수단도 포함할 수 있다. 유저 인터페이스 모듈(101)은 디스플레이 기능과 입력 기능이 결합된 터치 스크린 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 키패드 및 스크린이 별도로 구비되어 디스플레이 기능과 입력 기능이 분리된 형태로도 구현될 수 있다.

이 밖에도, 유저 인터페이스 모듈(101)은 오디오 신호, 음성 신호 등을 출력하는 스피커, 버저(Buzzer)나, 진동 신호를 출력하는 진동 모터 등과 같이 사용자에게 웨어러블 디바이스(10)에서 처리된 정보를 알려주기 위한 다양한 인터페이싱 수단들을 포함할 수 있다.

프로세서(102)는 혈압 모니터링 모듈(100) 및 유저 인터페이스 모듈(101)을 제어하는 하드웨어로서, 웨어러블 디바이스(10)의 전반적인 기능 및 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(102)는 하나의 마이크로프로세서 모듈의 형태로 구현되거나, 또는 둘 이상의 마이크로프로세서 모듈들이 조합된 형태로 구현될 수도 있다. 즉, 프로세서(102)의 구현 형태는 어느 하나에 의해 제한되지 않는다.

일 실시예에 따라, 혈압 모니터링 모듈(100) 내에 별도의 마이크로프로세서 모듈이 포함되지 않은 경우, 혈압 모니터링 모듈(100) 외부에 구현된 프로세서(102)는 혈압 모니터링 모듈(100)에 의해 검출된 레이저의 광 신호를 분석하여 혈압을 추정(estimate)할 수 있다. 또는, 다른 일 실시예에 따라, 혈압 모니터링 모듈(100) 내에 별도의 마이크로프로세서 모듈(예를 들어, 도 5a의 제어부(130))이 포함된 경우, 혈압 모니터링 모듈(100) 자체에서 혈압을 추정할 수 있고, 혈압 모니터링 모듈(100)의 외부의 프로세서(102)에 속하는 마이크로프로세서 모듈은 혈압 모니터링 모듈(100)에 의해 추정된 혈압에 대한 데이터를 유저 인터페이스 모듈(101)로 전달하는 제어 기능을 수행할 수 있다.

도 5a는 일 실시예에 따른, 웨어러블 디바이스 내에 장착된 혈압 모니터링 모듈의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 5a를 참고하면, 혈압 모니터링 모듈(100)은 레이저 조사부(110), 스펙클 검출부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 다만, 도 5a에 도시된 혈압 모니터링 모듈(100)에 대해서는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 5a에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다. 한편, 제어부(130)는 도 4에서 설명된 프로세서(102)의 일부 마이크로프로세서 모듈의 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

앞서 도면들에서 설명된 바와 같이, 혈압 모니터링 모듈(100)은 웨어러블 디바이스(10)의 특정 위치(도 3의 300)에 내장된 형태로 웨어러블 디바이스(10)에 구비될 수 있으나, 웨어러블 디바이스(10)의 다른 위치들에도 내장될 수 있다.

레이저 조사부(110)는 피검 부위(예를 들어, 손목) 내의 혈관(예를 들어, 요골동맥)을 향하여 레이저를 조사한다. 레이저 조사부(110)는 레이저를 발진하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode) 소자를 포함할 수 있다. 레이저 조사부(110)는 레이저 다이오드 소자 외에도, 레이저 발진(laser oscillation)을 제어하는 레이저 다이오드 드라이버를 포함할 수 있다.

스펙클 검출부(120)는 피검 부위(예를 들어, 손목)로부터, 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출한다. 레이저 스펙클이란, 간섭성을 가진 레이저를 산란체에 조사하였을 때 간섭 현상 또는 산란 현상에 의해 생기는 불규칙한 무늬(불규칙한 패턴)를 의미한다. 레이저 스펙클, 레이저가 조사된 피검 부위에 대하여 촬영된 이미지 상에서 산재된 점의 형태로 나타날 수 있다.

도 5b는 레이저 스펙클을 설명하기 위하여 레이저가 조사된 피검 부위를 촬영한 이미지를 도시한 도면이다.

도 5b를 참고하면, 레이저가 조사된 피검 부위를 촬영한 원본 이미지(510) 상에는 직진 특성을 갖는 레이저가 집중적으로 조사된 영역(511)과, 산란 현상 또는 간섭 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클 영역(513)이 구분되어 표시될 수 있다. 보다 뚜렷하게 레이저 스펙클 영역(513)을 구분하기 위하여 레이저 스펙클만 추출된 이미지(520)를 참고하면, 이미지(520) 상의 레이저 스펙클 영역(513)에서는 레이저 스펙클이 불규칙하게 산재된 점의 패턴으로 나타날 수 있다.

다시 도 5a를 참고하면, 스펙클 검출부(120)는 이와 같은 레이저 스펙클에 대응되는 광 신호를 검출할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 스펙클 검출부(120)는 도 5b와 같은 이미지 형태의 레이저 스펙클을 촬영하는 것이 아니라, 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저에 대응되는 광 신호를 검출하고, 또한 시간 변화에 따른 광 신호의 세기 변화를 검출할 수 있다. 즉, 스펙클 검출부(120)는 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 검출할 수 있다.

혈관(예를 들어, 요골동맥) 내에서 혈류량은 심장의 수축 또는 심장의 이완에 따라 수시로 바뀔 수 있고, 이에 따라 혈관의 용적도 수시로 바뀔 수 있다. 따라서, 혈관에 대해 레이저를 조사할 경우, 레이저 스펙클 영역(도 5b의 513 또는 521)의 변위는, 혈관의 용적 변화에 연동하여 변화될 수 있다. 이와 같이 레이저 스펙클의 변위가 발생되는 현상을 스펙클 변동이라 일컬을 수 있다.

스펙클 검출부(120)가 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저에 대응되는 광 신호를 계속적으로 수신하는 경우, 요골동맥의 용적 변화에 연동하여 수신된 광 신호는 계속적으로 변화될 수 있다.

스펙클 검출부(120)는 적어도 하나의 포토 디텍팅(photo detecting) 소자를 포함할 수 있다. 포토 디텍팅 소자는, 포토 다이오드 소자, 포토 트랜지스터 소자 등과 같이 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 따라서, 스펙클 검출부(120)는 포토 디텍팅 소자를 이용하여 레이저 스펙클에 대응되는 광 신호를 수신하고, 광 신호의 세기 변화를 검출할 수 있다.

제어부(130)는 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 혈관(예를 들어, 요골동맥)의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정한다.

제어부(130)는 시간 변화에 따른, 스펙클 검출부(120)에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여, 생체 신호를 획득할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 혈관(예를 들어, 요골동맥)의 용적 변화에 대응되는, 레이저 스펙클의 스펙클 변동을 분석함으로써 생체 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 생체 신호는, 분석된 스펙클 변동과 용적 변화의 상관관계에 기초하여 변환된 PPG(photoplethysmogram) 신호일 수 있다. 스펙클 검출부(120)에 의해 검출된 레이저 스펙클은 광 신호의 세기 변화의 형태로 검출되고 광 신호의 세기 변화는 혈관의 용적 변화에 기인한 것이므로, 스펙클 검출부(120)에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화는 결국, PPG 신호에 대응될 수 있다.

제어부(130)는 PPG 신호로부터 혈압을 산출하는 소정의 알고리즘들을 이용하여 PPG 신호의 파형 특성을 분석함으로써 사용자의 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정할 수 있다.

한편, 제어부(130)는 앞서 설명된 바와 같이, 프로세서(도 4의 102)의 일부 마이크로프로세서 모듈에 해당될 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른, 제어부의 상세 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참고하면, 제어부(130)는 선택부(131), 생체 신호 분석부(132) 및 혈압 추정부(133)를 포함할 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 제어부(130)에 대해서는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 그러나, 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함되거나, 도 6에 도시된 구성요소들 중 일부가 생략될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.

선택부(131)는, 스펙클 검출부(120)에 복수의 포토 디텍팅 소자들이 구비된 경우, 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각의 검출 감도에 기초하여 복수의 포토 디텍팅 소자들 중 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택(select)할 수 있다. 즉, 선택부(131)는, 스펙클 검출부(120)에 복수의 포토 디텍팅 소자들이 구비된 경우, 복수의 포토 디텍팅 소자들 중에서 검출 감도가 우수한 순으로 일부의 포토 디텍팅 소자를 선택할 수 있다. 다만, 제어부(130)는 선택부(131)의 동작을 선택적으로(optional) 활성화시킬 수 있다. 즉, 제어부(130)는 일부 포토 디텍팅 소자가 선택되지 않도록 선택부(131)의 동작을 비활성화할 수 있고, 이에 따라 제어부(130)는 모든 포토 디텍팅 소자들에 의해 검출된 결과들이 혈압 추정에 반영되도록 설정할 수 있다.

생체 신호 분석부(132)는 레이저가 조사된 후 소정 시간 동안 검출된 레이저 스펙클의 스펙클 변동에 대응되는 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호로 변환한다. 선택부(131)의 동작이 활성화된 경우, 생체 신호 분석부(132)는 선택부(131)에 의해 선택된 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 광 신호만이 PPG 신호로 변환될 수 있다. 그러나, 선택부(131)의 동작이 비활성화된 경우, 생체 신호 분석부(132)는 모든 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 광 신호를, PPG 신호로 변환할 수 있다.

혈압 추정부(133)는 PPG 신호의 파형 특성에 기초하여 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정한다. 여기서, 혈압 추정부(133)는, 선택부(131)의 동작이 활성화되었다면, 선택부(131)에 의해 선택된 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 레이저 스펙클에 기초하여 혈압을 추정할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 레이저 조사부의 레이저 다이오드 소자 및 스펙클 검출부의 포토 다이오드 소자를 포함하는 혈압 모니터링 모듈의 패키징 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참고하면, 혈압 모니터링 모듈(100)은 하나의 레이저 다이오드(LD)(710) 및 4개의 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724)을 포함할 수 있다. 다만, 도 7에서 레이저 다이오드(LD)(710)의 개수 및 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724)의 개수는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것일 뿐, 이와 같은 소자들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 혈압 모니터링 모듈(100)에는 레이저 다이오드(LD)(710) 대신에, 레이저를 발진할 수 있는 다른 종류의 소자가 사용될 수 있고, 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724) 대신에, 반사된 레이저를 검출할 수 있는 다른 종류의 소자가 사용될 수도 있다.

레이저 다이오드(LD)(710) 및 4개의 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724)은 동일한 회로 기판(730) 상에 패키징될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(LD)(710)는 포토 다이오드들(PDs)을 기준으로 중앙에 배치되고, 4개의 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724) 각각은 레이저 다이오드(LD)(710)의 주위를 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

4개의 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724) 각각은 레이저 다이오드(LD)(710)로부터 소정 범위의 거리 내에 위치하도록 패키징될 수 있다. 예를 들어, 4개의 포토 다이오드들(PDs)(721, 722, 723 및 724) 각각은 레이저 다이오드(LD)(710)로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 패키징될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 도 7에 도시된 패키징 구조를 갖는 혈압 모니터링 모듈(100)이, 도 3에서 설명된 웨어러블 디바이스(10)의 위치(300)에 내장될 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 소자 및 포토 다이오드 소자를 포함하는 회로 기판에 별도의 투명 기판(transparent substrate)이 적층된, 혈압 모니터링 모듈의 패키징 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참고하면, 도 7에 도시된 바와 유사하게, 회로 기판(830) 상에는 레이저 다이오드(LD)(810) 및 4개의 포토 다이오드들(PDs)(821, 822, 823 및 824)이 함께 패키징될 수 있다. 다만, 혈압 모니터링 모듈(100)에는 레이저 다이오드(LD)(810) 대신에, 레이저를 발진할 수 있는 다른 종류의 소자가 사용될 수 있고, 포토 다이오드들(PDs)(821, 822, 823 및 824) 대신에, 반사된 레이저를 검출할 수 있는 다른 종류의 소자가 사용될 수도 있다.

회로 기판(830)에는 투명 기판(840)이 적층될 수 있다. 투명 기판(840)은 레이저를 투과시킬 수 있는 투명성을 갖는다면, 예를 들어, 유리 재질, 플라스틱 재질, PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 다양한 재질들로 제작될 수 있다. 투명 기판(840)의 표면은 안티리플렉션 코팅(anti-reflection coating, AR coat)될 수 있다. 투명 기판(840)의 안티리플렉션 코팅은 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저가 다시 반사되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 투명 기판(840) 자체는 밴드패스(bandpass, BP) 필터의 기능을 수행하도록 제작될 수 있다. 투명 기판(840)의 밴드패스(BP) 필터 기능은, 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저 외의 다른 광을 차단하기 위함이다. 한편, 투명 기판(840) 상에서 레이저 다이오드(810)로부터 레이저가 투과되는 부분에는 렌즈(850)가 삽입될 수 있고, 렌즈(850)가 삽입된 표면에는 안티리플렉션 코팅되지 않을 수 있다. 여기서, 렌즈(850)는, 실린더(cylinder) 렌즈, 플랫(flat) 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 실린더 볼록 렌즈, 실린더 오목 렌즈 등의 다양한 종류의 렌즈들로 구현될 수 있다.

한편, 투명 기판(840)에는 별도로 제작된 렌즈(850)가 삽입되는 대신에, 투명 기판(840)은 투명 기판(840) 자체의 표면이 렌즈의 성질을 갖도록 사출 성형되어 제작될 수도 있다. 즉, 렌즈(850)는 별도로 제작되어 투명 기판(840)에 삽입되거나, 또는 투명 기판(840) 자체의 일부분이 렌즈(850)로 제작될 수 있는 것으로서, 어느 하나의 경우로 제한되지 않는다.

또한, 앞서 설명된 바와 달리, 투명 기판(840)의 표면은 안티리플렉션 코팅(AR coat)이 되지 않거나, 밴드패스(BP) 필터의 기능을 갖지 않도록 제작될 수 있다. 대신에, 포토 다이오드들(PDs)(821, 822, 823 및 824)의 표면 자체가 안티리플렉션 코팅(anti-reflection coating, AR coat)되거나, 또는 포토 다이오드들(PDs)(821, 822, 823 및 824)의 표면 자체가 밴드패스(bandpass, BP) 필터의 기능을 수행하도록 제작될 수도 있다.

도 8에 도시된 패키징 구조를 갖는 혈압 모니터링 모듈(100)은, 도 3에서 설명된 웨어러블 디바이스(10)의 위치(300)에 내장될 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따라 레이저 다이오드 소자가 레이저를 요골동맥에 조사하고, 포토 다이오드 소자가 반사된 레이저를 검출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참고하면, 레이저 다이오드(LD)(910)는 레이저(970)를 손목(960) 내의 요골동맥(961)을 향하여 조사한다. 이때, 레이저(970)는 투명 기판(940) 상에 삽입된 렌즈(950)를 투과하여 요골동맥(961)에 조사될 수 있다.

레이저(970)가 요골동맥(961)에 조사된 경우, 레이저(970)가 요골동맥(961)에 도달된 부위 주변에는 산란 현상 또는 간섭 현상에 의한 레이저 스펙클(975)이 발생될 수 있다. 레이저 스펙클(975)로부터는, 조사된 레이저(970)와 동일한 파장 대역을 갖는 레이저(981, 982, 983 및 984)가 반사될 수 있다.

레이저 스펙클(975)로부터 반사된 레이저(981, 982, 983 및 984)는 투명 기판(940)을 투과할 수 있고, 포토 다이오드들(PDs)(921, 922, 923 및 924)에 의해 검출될 수 있다.

포토 다이오드들(PDs)(921, 922, 923 및 924)에 의해 검출된 레이저(981, 982, 983 및 984)는 광 신호의 형태로 검출될 수 있다. 검출된 광 신호의 세기는, 요골동맥(961)의 용적 변화에 연동하여 변화될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 요골동맥(961)의 용적이 달라지면, 레이저 스펙클(975)의 위치가 달라질 수 있으므로, 포토 다이오드들(PDs)(921, 922, 923 및 924)에 의해 검출될 광 신호의 세기(검출될 레이저(981, 982, 983 및 984)의 세기)도 함께 달라질 수 있다.

도 9에서 설명된 혈압 모니터링 모듈(100)의 레이저 조사 및 레이저 검출은, 앞서 설명된 도면들에서의 혈압 모니터링 모듈(100)의 패키징 구조를 이용하여 수행될 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 소자들 및 포토 다이오드 소자들의 다양한 패키징 구조들에 대한 평면도들이다.

도 10을 참고하면, 각각의 패키징 구조에서는 2개의 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031) 및 4개의 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032)이 포함된 것으로 설명되었으나, 소자들의 개수는 이에 제한되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

도 10의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 2개의 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031) 및 4개의 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032)은 동일한 회로 기판(1010, 1020 또는 1030) 상에 패키징될 수 있다. 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031)은 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032)을 기준으로 중앙에 배치되고, 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032) 각각은 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031)의 주위를 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다.

4개의 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032) 각각은 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031)로부터 소정 범위의 거리 내에 위치하도록 패키징될 수 있다. 예를 들어, 4개의 포토 다이오드(PDs)(1012, 1022 또는 1032) 각각은 레이저 다이오드들(LDs)(1011, 1021 또는 1031)로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 패키징될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 다른 거리만큼 이격될 수도 있다.

도 11a는 일 실시예에 따른 회로 기판에 적층될 투명 기판의 다양한 예시들을 설명하기 위한 도면이다.

도 11a 및 이하의 도면들에서는 레이저 다이오드(LD)로부터 조사된 레이저가 투과하는 렌즈는 제 1 렌즈의 용어로 정의하고, 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저가 투과하는 렌즈는 제 2 렌즈의 용어인 것으로 정의하여 설명하도록 한다.

도 11a의 (a)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 실린더(cylinder) 렌즈(1111)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 플랫(flat) 렌즈들(1112)이 삽입될 수 있다. 도 11a의 (b)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 볼록 렌즈(1121)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈는 구비되지 않을 수 있다. 즉, 도 11a의 (b)에 도시된 투명 기판의 구조는 앞서 도 8에서 설명된 투명 기판(840)과 유사할 수 있다. 도 11a의 (c)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 실린더 렌즈(1131)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 실린더 렌즈들(1132)이 삽입될 수 있다. 도 11a의 (d)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 볼록 렌즈(1141)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 볼록 렌즈들(1142)이 삽입될 수 있다. 즉, 도 11a에 도시된 바와 같이, 투명 기판에는 다양한 종류들의 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈가 삽입될 수 있고, 도 11a에 도시된 조합 이외에도 투명 기판은 다양하게 제작될 수 있다.

도 11b는 다른 일 실시예에 따른 회로 기판에 적층될 투명 기판의 다양한 예시들을 설명하기 위한 도면이다.

도 11b를 참고하면, 도 11a와는 달리, 제 1 렌즈는 오목 렌즈, 실린더 오목 렌즈 또는 쐐기(wedge) 형 오목 렌즈 등의 종류들로 구현될 수 있다.

도 11b의 (a)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 실린더(cylinder) 오목 렌즈(1115)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 플랫(flat) 렌즈들(1116)이 삽입될 수 있다. 도 11b의 (b)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 쐐기 형 오목 렌즈(1125)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 플랫 렌즈들(1126)이 삽입될 수 있다. 도 11b의 (c)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 쐐기 형 오목 렌즈 (1135)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈는 구비되지 않을 수 있다. 도 11b의 (d)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 십자 쐐기 형 오목 렌즈(1145)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 플랫 렌즈(1146)가 삽입될 수 있다. 도 11b의 (e)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 오목 렌즈(1155)가 삽입될 수 있고, 제 2 렌즈는 구비되지 않을 수 있다. 도 11b의 (f)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 십자 쐐기 형 오목 렌즈(1165)삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 볼록 렌즈들(1166)이 삽입될 수 있다. 도 11b의 (g)를 참고하면, 투명 기판에는 제 1 렌즈로서 실린더 오목 렌즈(1175)삽입될 수 있고, 제 2 렌즈로서 실린더 볼록 렌즈들(1176)이 삽입될 수 있다. 즉, 도 11b에 도시된 바와 같이, 투명 기판에는 다양한 종류들의 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈가 삽입될 수 있고, 도 11b에 도시된 조합 이외에도 투명 기판은 다양하게 제작될 수 있다.

도 12a는 일 실시예에 따라 제 1 렌즈로서 실린더 렌즈가 사용되는 경우, 조사되는 레이저의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 12a를 참고하면, 레이저 다이오드(1210)로부터 조사된 레이저(1213)가, 투명 기판에 삽입된 실린더 볼록 렌즈(1220)를 투과하는 경우, 투과된 레이저(1223)는 가늘고 긴 패턴(elongated pattern)을 갖는다. 따라서, 손목(1230) 내의 요골동맥(1233)에는 가늘고 긴 패턴의 레이저(1223)가 조사될 수 있다. 이에 따라, 가늘고 긴 패턴의 레이저 스펙클(1240)이 발생될 수 있다. 즉, 요골동맥(1233)에 조사된 레이저(1223)의 형태에 따라 레이저 스펙클(1240)의 형태가 달라질 수 있고, 이에 따라 포토 다이오드들(PDs)의 배치가 달라질 수도 있다.

도 12b는 다른 일 실시예에 따라 제 1 렌즈로서 실린더 렌즈가 사용되는 경우, 조사되는 레이저의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 12b를 참고하면, 레이저 다이오드(1210)로부터 조사된 레이저(1213)가, 투명 기판에 삽입된 실린더 오목 렌즈(1225)를 투과하는 경우, 도 12a와 달리, 투과된 레이저(1227)는 실린더 오목 렌즈(1225)의 길이 방향과 수직하는, 가늘고 긴 패턴(elongated pattern)을 갖는다. 따라서, 손목(1230) 내의 요골동맥(1233)에는 가늘고 긴 패턴의 레이저(1227)가 조사될 수 있다. 이에 따라, 가늘고 긴 패턴의 레이저 스펙클(1241)이 발생될 수 있다. 즉, 요골동맥(1233)에 조사된 레이저(1227)의 형태에 따라 레이저 스펙클(1241)의 형태가 달라질 수 있고, 이에 따라 포토 다이오드들(PDs)의 배치가 달라질 수도 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 제 1 렌즈의 종류에 따른 레이저의 다양한 조사 형태들을 설명하기 위한 도면이다.

도 13의 (a)를 참고하면, 레이저 다이오드(LD)(1310)로부터 조사된 레이저가 플랜 렌즈(1320)로 제작된 제 1 렌즈를 투과하는 경우, 레이저는 점점 퍼지는(spread) 형태로 조사될 수 있다. 도 13의 (b)를 참고하면, 레이저 다이오드(LD)(1310)로부터 조사된 레이저가 실린더 렌즈(1330)로 제작된 제 1 렌즈를 투과하는 경우, 레이저는 가운데로 모이는 형태로 조사될 수 있다. 제 1 렌즈가 볼록 렌즈로 제작된 경우에도 실린더 렌즈(1330)의 경우와 같이 가운데로 모이는 형태의 레이저가 조사될 수 있다. 도 13의 (c)를 참고하면, 레이저 다이오드(LD)(1310)로부터 조사된 레이저가 메타물질의 플랫 렌즈(metamaterial flat lens)(1340)로 제작된 제 1 렌즈를 투과하는 경우, 레이저는 가운데로 모이는 형태로 조사될 수 있다. 도 13의 (d)를 참고하면, 레이저 다이오드(LD)(1310)로부터 조사된 레이저가 오목 렌즈(1350)로 제작된 제 1 렌즈를 투과하는 경우, 레이저는 점점 퍼지는(spread) 형태로 조사될 수 있다.

한편, 투명 기판에 삽입될 제 1 렌즈의 종류는 혈압 모니터링 모듈(100)이 웨어러블 디바이스(10)에 내장될 위치에 따라 달라질 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하였을 때 혈압 모니터링 모듈(100)이 요골동맥에서 가까운 경우, 제 1 렌즈는 플랜 렌즈(1320) 또는 오목 렌즈(1350)이더라도 무방할 수 있다. 하지만, 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하였을 때 혈압 모니터링 모듈(100)이 요골동맥에서 멀리 떨어진 경우, 제 1 렌즈가 플랜 렌즈(1320) 또는 오목 렌즈(1350)라면, 레이저가 집중되지 않고(또는 포커싱되지 않고) 사방으로 퍼지게 조사되므로, 원하는 범위의 레이저 스펙클을 발생시킬 수 없을 수 있다. 따라서, 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하였을 때 혈압 모니터링 모듈(100)이 요골동맥에서 멀리 떨어진 경우에는, 레이저가 무분별하게 퍼지게 조사되지 않도록 제 1 렌즈로서 실린더 렌즈(1330)를 사용할 수 있다. 즉, 실린더 렌즈(1330)에 의해 포커싱된 레이저가 적절한지 또는 플랜 렌즈(1320) 또는 오목 렌즈(1350)에 의해 퍼진 레이저가 적절한지 여부는, 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 착용하였을 때 혈압 모니터링 모듈(100)과 요골동맥 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 다만, 웨어러블 디바이스(10)의 착용 환경, 레이저 다이오드(LD)(1310)의 종류, 또는 포토 다이오드(PD)의 종류 등과 같은 다양한 인자들에 따라, 동일한 거리만큼 이격되었다 할지라도 포커싱된 레이저가 적절할 수도 있고, 또한 퍼진 레이저가 적절할 수도 있다. 다시 말하면, 혈압 모니터링 모듈(100)과 요골동맥 사이가 일정한 거리만큼 떨어졌을 때 반드시 포커싱된 레이저 및 퍼진 레이저 중 어느 하나만 절대적으로 유용한 것은 아닐 수 있고, 웨어러블 디바이스(10)의 착용 환경, 제작 환경 등에 따라 달라질 수 있다.

도 14는 일 실시예에 따라 요골동맥의 용적 변화에 따라 포토 다이오드 소자에서 검출된 광 신호의 세기가 변화되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참고하면, 좌측에 도시된 요골동맥(1401)과 우측에 도시된 요골동맥(1405)은 손목 내의 동일한 부위에서의 단면들로서, 서로 다른 시점들에서의 동맥 상태를 나타내는 것으로 가정한다. 예를 들어, 요골동맥(1401)은 t₁, t₃, ... 시점들에서의 동맥 상태이고, 요골동맥(1405)은 t₂, t₄, ... 시점들에서의 동맥 상태일 수 있다. 요골동맥(1401)에서 지점(1403)에는 레이저 다이오드(LD)의 레이저가 조사되고, 요골동맥(1405)에서 지점(1407)에는 레이저 다이오드(LD)의 레이저가 조사될 수 있다.

t₁, t₃, ... 시점들에서 요골동맥(1401)의 지점(1403)에 조사된 레이저는, 지점(1403)을 중심으로 하여 원형으로 분포된 레이저 스펙클(1430)을 발생시킬 수 있다. 레이저 스펙클(1430)로부터 반사된 레이저는 포토 다이오드(PD)(1410)에 의해 검출될 수 있다.

t₂, t₄, ... 시점들에서 요골동맥(1405)의 지점(1407)에 조사된 레이저는, 지점(1407)으로부터 우측으로 약간 떨어진 곳을 중심으로 하여 원형으로 분포된 레이저 스펙클(1435)을 발생시킬 수 있다. 레이저 스펙클(1435)로부터 반사된 레이저는 포토 다이오드(PD)(1410)에 의해 검출될 수 있다.

즉, 심장의 수축 및 이완에 따른 혈류량의 변화에 의해, t₁, t₃, ... 시점들에서 요골동맥(1401)의 지점(1403)에서의 용적(단면적)은, t₂, t₄, ... 시점들에서 요골동맥(1405)의 지점(1407)에서의 용적과 다르기 때문에, 레이저 스펙클(1430 또는 1435)이 발생되는 위치가 달라질 수 있다. 이로 인하여, 포토 다이오드(PD)(1410)에서 검출된 광 신호(레이저)의 세기가 달라질 수 있다. 즉, 스펙클 변동의 현상이 생길 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 도 14의 하단에 도시된 그래프(1420)는 시간 변화에 따라 포토 다이오드(PD)(1410)에서 검출된 광 신호의 세기 변화를 나타낸다. 예를 들어, t₁ 시점에서 검출된 포토 다이오드(PD)(1410)의 광 신호의 세기가 “PD1@t₁”(V, volt)인 경우, t₂ 시점에서 검출된 포토 다이오드(PD)(1410)의 광 신호의 세기는 “PD1@t₂”(V)로서, “PD1@t₁”(V) 보다 낮을 수 있다. 또한, t₃ 시점에서 검출된 포토 다이오드(PD)(1410)의 광 신호의 세기가 “PD1@t₃”(V)인 경우, t₄ 시점에서 검출된 포토 다이오드(PD)(1410)의 광 신호의 세기는 “PD1@t₄”(V)로서, “PD1@t₃”(V) 보다 낮을 수 있다. 즉, 포토 다이오드(PD)(1410)에서 검출된 광 신호의 세기 변화는, 스펙클 변동에 연동될 수 있고, 스펙클 변동은 요골동맥(1401 또는 1405)의 용적 변화에 기인한 것이므로, 결국 포토 다이오드(PD)(1410)에서 검출된 광 신호의 세기 변화는 요골동맥(1401 또는 1405)의 용적 변화가 반영된(매핑된) 것으로 해석될 수 있다. 앞서 도 5a 등에서 설명된 혈압 모니터링 모듈(100)의 제어부(130)는, 이와 같이 검출된 광 신호의 세기 변화를 PPG 신호로 변환할 수 있다.

한편, 도 14에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 포토 다이오드(PD)(1410)를 예로 들었으나, 앞서 설명된 바와 같이 본 실시예는 복수의 포토 다이오드들(PDs)에 의해 광 신호가 검출될 수 있다.

도 15는 일 실시예에 따른 복수의 포토 다이오드 소자들에서 검출된 광 신호들을 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참고하면, 앞서 도 14에서 설명된 바와 유사하게, 좌측에 도시된 요골동맥(1501)과 우측에 도시된 요골동맥(1505)은 손목 내의 동일한 부위에서의 단면들로서, 서로 다른 시점들에서의 동맥 상태를 나타내는 것으로 가정한다. 예를 들어, 요골동맥(1501)은 t₁, t₃, ... 시점들에서의 동맥 상태이고, 요골동맥(1505)은 t₂, t₄, ... 시점들에서의 동맥 상태일 수 있다. 요골동맥(1501)에서 지점(1503)에는 레이저 다이오드(LD)의 레이저가 조사되고, 요골동맥(1505)에서 지점(1507)에는 레이저 다이오드(LD)의 레이저가 조사될 수 있다.

앞서 도 14와는 달리, 지점(1503 또는 1507)에 조사된 레이저에 의해 발생된 레이저 스펙클은 4개의 포토 다이오드들(PD1, PD2, PD3 및 PD4)(1511, 1512, 1513 및 1514)에 의해 검출될 수 있다.

도 15의 하단에 도시된 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)을 참고하면, 같은 시점이라 할지라도, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에 의해 검출된 광 신호의 세기는 약간의 차이가 있을 수 있다. 또한, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화의 정도는 서로 다를 수 있다. 하지만, 도 14에서 설명된 바와 같이 t₁ 및 t₃ 시점에서의 세기는 t₂ 및 t₄ 시점에서의 세기보다 높게 검출되었으므로, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에서 검출된 광 신호의 세기 변화의 추이는 서로 유사할 수 있다. 즉, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에서 검출된 광 신호의 세기 변화는 요골동맥(1501 또는 1505)의 용적 변화가 반영된(매핑된) 것으로 해석될 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따라 4개의 포토 다이오드 소자들 각각에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화에 대한 데이터를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참고하면, 상단에 도시된 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)은 도 15의 하단에 도시된 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)에 해당될 수 있다.

도 16의 (a)에 도시된 일 예시와 같이, 도 5a의 제어부(130)는, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화를 나타내는 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)을 대표하는 하나의 그래프(1611)를 획득할 수 있다. 여기서, 제어부(130)는 각각의 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)의 세기 값들에 대한 평균 값을 계산함으로써, 그래프(1611)를 획득할 수 있다. 또한, 이 밖에도 제어부(130)는 평균 외에도 대표 값을 획득하기 위한 다양한 계산 방식들을 이용하여, 그래프(1611)를 획득할 수 있다.

도 16의 (b)에 도시된 다른 일 예시와 같이, 제어부(130)는, 각각의 포토 다이오드들(PDs)(1511, 1512, 1513 및 1514)에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화를 나타내는 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524) 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다. 이와 같은 선택은 도 6의 선택부(131)에 의해 수행될 수 있다. 선택부(131)는 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524) 중에서 검출 감도가 가장 우수하다고 판단되는 적어도 어느 하나의 그래프(예를 들어, 포토 다이오드 2(PD2)(1512)에 대응되는 그래프(1612))를 선택할 수 있다.

나아가서, 제어부(130)는 도 16의 (a) 및 (b)에서 설명된 방식들을 조합하여 그래프들(1521, 1522, 1523 및 1524)의 데이터들을 처리할 수 있다.

도 17은 일 실시예에 따라 스펙클 검출부에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화로부터 변환된 생체 신호를 도시한 도면이다.

도 17을 참고하면, 스펙클 검출부에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화로부터 변환된 생체 신호는 PPG 신호(1710)일 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제어부(130)는 스펙클 검출부에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호(1710)로 변환할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 제어부(130)의 생체 신호 분석부(132)는, 스펙클 검출부에 의해 검출된 광 신호의 세기 변화를 나타내는 그래프 데이터(예를 들어, 도 16의 그래프(1611), 그래프(1612) 등)에 대하여 동잡음 제거(motion artifact reduction) 알고리즘, baseline stabilization 알고리즘, 미분 신호 추출 알고리즘 등의 디지털 신호 처리(DSP) 알고리즘들을 적용함으로써, PPG 신호(1710)를 획득할 수 있다.

제어부(130)(혈압 추정부(133))는 획득된 PPG 신호(1710)에 포함된 다양한 파라미터들(Δt_a, Δt_b, Δt_c, Δt_d 또는 Δt_e)을 이용하여, 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정할 수 있다. PPG 신호(1710)로부터 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정하는 방법에 대해서는 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

도 18은 일 실시예에 따라, PPG 신호에 나타난 심장의 수축기 및 이완기의 시점들을 설명하기 위한 도면이다.

도 18의 (a)를 참고하면, PPG 신호에 포함된 어느 주기의 파형에 표시된 시점(1801)를 기준으로, 심장의 수축기 및 이완기가 구분될 수 있다. 또한, 다른 주기에 대해서도 시점(1801)과 유사한 변곡점을 기준으로, 심장의 수축기 및 이완기가 구분될 수 있다. 따라서, 제어부(130)(혈압 추정부(133))는 도 17에서 설명된 파라미터들(Δta, Δtb, Δtc, Δtd 또는 Δte)에 대한 정보와 도 18에서 설명된 시점들(1801, 1802, 1803 및 1804)에 정보를 이용하여, 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정할 수 있다.

도 18의 (b)는, 도 18의 (a)에서 어느 주기의 파형(1802)이 나타내는 생체 정보를 보다 상세하게 설명하기 위한 그래프이다. 앞서 설명된 바와 같이, 파형(1802)의 어느 시점(1803)을 기준으로, 심장의 수축기 및 이완기가 구분될 수 있다. 예를 들어 파형(1802)의 최대 값은 수축기 혈압에 대응될 수 있고, 최소 값은 이완기 혈압에 대응될 수 있다.

도 19는 일 실시예에 따라 혈압 모니터링 모듈에서 혈압을 모니터링하는 방법의 흐름도이다. 도 19를 참고하면, 혈압 모니터링 방법은 앞서 설명된 웨어러블 디바이스(10) 및 혈압 모니터링 모듈(100) 내에서 시계열적으로 처리되는 과정들이므로, 이하 생략된 내용이라 하더라도 앞서 설명된 웨어러블 디바이스(10) 및 혈압 모니터링 모듈(100)에 대해서 설명되었던 내용은 도 19의 혈압 모니터링 방법에도 적용될 수 있다.

1901 단계에서, 제어부(130)는, 레이저 조사부(110)의 레이저 다이오드(LD)의 발진을 제어함으로써 요골동맥을 향하여 레이저가 조사되도록 제어한다.

1902 단계에서, 제어부(130)는, 스펙클 검출부(120)를 제어하여, 스펙클 검출부(120)에 의해 검출된 레이저 스펙클에 대응되는 광 신호의 세기 변화를 측정한다.

1903 단계에서, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는 측정된 세기 변화의 그래프에 대하여 동잡음 제거(motion artifact reduction) 알고리즘, baseline stabilization 알고리즘, 미분 신호 추출 알고리즘 등의 디지털 신호 처리(DSP) 알고리즘들을 적용함으로써, 측정된 세기 변화의 그래프를 분석한다.

1904 단계에서, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는 분석 결과에 기초하여, 분석된 그래프를 PPG 신호로 변환한다.

1905 단계에서, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는 PPG 신호의 파형에서 파라미터들을 추출(extract)한다. 예를 들어, 파라미터들은, 도 17에서 설명된 파라미터들(Δt_a, Δt_b, Δt_c, Δt_d 또는 Δt_e)와 도 18에서 설명된 시점들(1801, 1802, 1803 및 1804)에 정보들을 포함할 수 있다.

1906 단계에서, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는, 혈압 추정 모델에 추출된 파라미터들을 적용한다. 여기서, 혈압 추정 모델은 예를 들어, 선형(linear) 모델 또는 비선형(non-linear) 모델일 수 있다. 비선형 모델은 신경망 학습(neural network learning) 모델, 커프(cuff) 혈압계에 의해 측정된 혈압과 비교하는 모델 등을 포함할 수 있다.

일 예시로 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는, 신경망 학습 모델에 PPG 신호의 파형으로부터 추출된 파라미터들을 적용할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 혈압 추정에 관한 신경망 학습 모델은, 특정한 파라미터들이 쿼리(query)로 입력된 경우, 미리 학습된 신경망 데이터 세트(neural network data set)를 이용하여 쿼리로 입력된 파라미터들에 매칭된 최종 혈압을 출력하는 모델이다. 여기서, 신경망 데이터 세트는, PPG 신호의 파형에서의 파라미터들 및 혈압과의 상관 관계에 대한 데이터 마이닝(data mining)을 통해 미리 학습된, 일종의 데이터베이스에 해당될 수 있다. 따라서, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는, 미리 학습된 신경망 데이터 세트로부터 최종 혈압을 획득하기 위하여, 예를 들어 도 17에서 설명된 파라미터들(Δt_a, Δt_b, Δt_c, Δt_d 또는 Δt_e)을 신경망 학습 모델의 쿼리로서 입력할 수 있다.

다른 일 예시로 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는, 선형 모델에 PPG 신호의 파형으로부터 추출된 파라미터들을 적용할 수 있다. 예를 들어, “SBP=a_SBP*T2+b_SBP, DBP=a_DBP*T2+b_DBP”라는 선형 모델이 알려져 있다. 여기서, SBP(systolic blood pressure)는 수축기 혈압 또는 최대 혈압을 의미하고, DBP(diastolic blood pressure)는 이완기 혈압 또는 최저 혈압을 의미하고, a_SBP 및 b_SBP는 수축기 혈압을 계산하기 위한 상수들을 의미하고, a_DBP 및 b_DBP는 이완기 혈압에 대한 상수들을 의미할 수 있다. 또한, T2는 이완기 시간을 의미할 수 있고, T2는 예를 들어, 도 17의 Δt_b에 해당될 수 있다. 즉, 제어부(130)(생체 신호 분석부(132))는, 최종 혈압을 획득하기 위하여, PPG 신호의 파형으로부터 추출된 파라미터들을, 위와 같은 선형 모델의 변수로서 입력할 수 있다.

한편, 앞서 설명된 바와 같이, 혈압을 추정하기 위하여, 신경망 학습 모델 또는 선형 모델 등에서 PPG 신호의 파형으로부터 추출된 파라미터들을 이용한다는 점은 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 보다 자세한 설명은 생략하도록 한다. 또한, 이 밖에도, 혈압을 추정하기 위한 다양한 선형 모델들 또는 비선형 모델들이 알려져 있고 이는 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

1906 단계에서, 제어부(130)(혈압 추정부(133))는 추출된 파라미터들이 혈압 추정 모델에 적용된 결과에 기초하여, 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정한다.

도 20은 다른 일 실시예에 따라 복수의 혈압 모니터링 모듈들이 내장된 웨어러블 디바이스에서 혈압을 모니터링하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 20을 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)에는 복수의 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003)이 내장될 수 있다. 각각의 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003)은 앞서 설명된 혈압 모니터링 모듈(100)에 해당될 수 있다. 따라서, 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003) 각각은 독립적으로 혈압 측정이 가능하다.

도 20의 표(2010)에 도시된 일 예시와 같이, 웨어러블 디바이스(10)의 프로세서(도 4의 102)는, 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003)에 의해 측정된 혈압들 중에서 어느 하나의 혈압 모니터링 모듈(module 2)(2002)에 의해 측정된 혈압이 최종 혈압인 것으로 선택할 수 있다. 이때, 프로세서(102)는, 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003) 각각의 혈압 측정의 정확도에 기초하여 어느 하나의 혈압 모니터링 모듈(module 2)(2002)을 선택할 수 있다.

도 20의 표(2020)에 도시된 다른 일 예시와 같이, 웨어러블 디바이스(10)의 프로세서(102)는, 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003)에 의해 측정된 혈압들을 대표하는 혈압을 계산함으로써, 최종 혈압을 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(102)는 혈압 모니터링 모듈들(2001, 2002 및 2003)에 의해 측정된 혈압들의 평균 값을 계산함으로써, 최종 혈압을 추정할 수 있다. 또한, 이 밖에도 프로세서(102)는 평균 외에도 대표 값을 획득하기 위한 다양한 계산 방식들을 이용하여, 최종 혈압을 추정할 수 있다.

나아가서, 프로세서(102)는 표(2010) 및 표(2020)에서 설명된 방식들을 조합하여 최종 혈압을 추정할 수 있다.

도 21은 일 실시예에 따라, 웨어러블 디바이스에서 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 21을 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)는 유저 인터페이스 모듈(140)의 디스플레이 화면을 통해 맥박수, 최저 혈압 및 최고 혈압 등을 포함하는 혈압 정보(2101)를 사용자에게 제공할 수 있다.

도 22는 다른 일 실시예에 따라, 웨어러블 디바이스에서 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 22를 참고하면, 웨어러블 디바이스(10)에 블루투스, 와이파이 등과 같은 무선 통신 기능이 구비된 경우, 웨어러블 디바이스(10)는 무선 통신 기능을 이용하여, 사용자의 스마트폰(2201)으로 모니터링된 혈압 정보(2203)를 전송할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 웨어러블 디바이스(10) 외에도, 스마트폰(2201)의 디스플레이 화면을 통해 혈압 정보(2203)를 제공받을 수 있다.

도 23은 일 실시예에 따라 혈압 모니터링 모듈에서 광원으로서 LED를 이용하지 않고 레이저를 이용한 이유를 설명하기 위한 도면이다.

도 23의 (a)는 광원으로서 레이저를 이용하여 스펙클을 검출한 결과이고, 도 23의 (b)는 광원으로서 LED를 이용하여 스펙클을 검출한 결과를 나타낼 수 있다.

도 23의 (a)를 참고하면, 레이저를 이용하여 검출된 스펙클에 대응되는 광 신호의 주기들에서의 파형 진폭의 평균은 0.01(V)일 수 있다. 하지만, 도 23의 (b)를 참고하면, LED를 이용하여 검출된 스펙클에 대응되는 광 신호의 주기들에서의 파형 진폭의 평균은 0.0002(V)일 수 있다. 즉, 레이저 광원과 LED 광원을 비교하면, LED 광원으로 스펙클을 검출할 때에는 레이저 광원일 때보다 상대적으로 매우 낮은 스펙클 검출 감도를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이는, LED 광원은 레이저 광원보다 낮은 직진 특성을 갖기 때문일 수 있다. 따라서, 혈압 모니터링 모듈(100)에서 LED 광원을 이용할 때에는 혈압 측정의 정확도가 매우 낮아질 수 있으므로, 혈압 모니터링 모듈(100)의 레이저 광원(레이저 조사부(110))을 LED 광원으로 대체하는 것은 적절하지 않을 수 있다.

도 24는 일 실시예에 따라 혈압을 모니터링하는 방법의 흐름도이다. 도 24를 참고하면, 혈압 모니터링 방법은 앞서 설명된 웨어러블 디바이스(10) 및 혈압 모니터링 모듈(100) 내에서 시계열적으로 처리되는 과정들이므로, 이하 생략된 내용이라 하더라도 앞서 설명된 웨어러블 디바이스(10) 및 혈압 모니터링 모듈(100)에 대해서 설명되었던 내용은 도 24의 혈압 모니터링 방법에도 적용될 수 있다.

2401 단계에서, 레이저 조사부(110)는 피검 부위(예를 들어, 손목) 내의 혈관(예를 들어, 요골동맥)을 향하여 레이저를 조사한다.

2402 단계에서, 스펙클 검출부(120)는 피검 부위로부터, 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출한다.

2403 단계에서, 제어부(130)는 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득한다.

2404 단계에서, 제어부(130)는 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정한다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 웨어러블 디바이스 100: 혈압 모니터링 모듈
101: 유저 인터페이스 모듈

Claims

피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부;
상기 피검 부위로부터, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하는 스펙클 검출부; 및
상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 상기 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 제어부를 포함하고,
상기 스펙클 검출부는
상기 레이저 스펙클을 검출하기 위한 복수의 포토 디텍팅(photo detecting) 소자들을 포함하고,
상기 제어부는
상기 복수의 포토 디텍팅 소자들에 의해 각각 검출된 레이저 스펙클의 검출 감도가 우수한 순서에 기초하여 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정하는, 혈압을 모니터링하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득하는, 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 획득된 생체 신호는
상기 분석된 스펙클 변동과 상기 용적 변화의 상관관계에 기초하여 변환된 PPG(photoplethysmogram) 신호를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여, 상기 생체 신호를 획득하는, 장치.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 레이저가 조사된 후 소정 시간 동안 검출된 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동에 대응되는 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호로 변환하는 생체 신호 분석부; 및
상기 PPG 신호의 파형 특성에 기초하여 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정하는 혈압 추정부를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 상기 레이저를 발진하기 위한 적어도 하나의 레이저 다이오드 소자를 포함하고,
상기 적어도 하나의 레이저 다이오드 소자 및 상기 복수의 포토 디텍팅 소자들은 제 1 기판 상에 패키징되는, 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각은
상기 제 1 기판 상에서, 상기 레이저 다이오드 소자를 중심으로 소정 범위의 거리 내에 위치하도록 패키징되는, 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 포토 디텍팅 소자들 각각은
상기 레이저 다이오드 소자로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 패키징되는, 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기판은
상기 조사된 레이저를 투과시키는 제 1 렌즈 및 상기 레이저 스펙클로부터 반사된 레이저를 투과시키는 제 2 렌즈 중 적어도 하나가 삽입되고 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈가 삽입되지 않은 표면에 반사 방지(anti-reflective) 코팅된 제 2 기판이 적층된, 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈는
실린더 렌즈(cylinder lens) 및 플랫 렌즈(flat lens) 중 적어도 하나로 구현되는, 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 조사된 레이저 및 상기 레이저 스펙클에 대응되는 상기 반사된 레이저는
동일한 파장 대역을 갖는, 장치.
적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈;
상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈에 의해 모니터링된 혈압에 대한 정보를 제공하는 유저 인터페이스 모듈; 및
상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈 및 상기 유저 인터페이스 모듈을 제어하는 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 혈압 모니터링 모듈은
피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 조사부;
상기 피검 부위로부터, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 검출하는 스펙클 검출부; 및
상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하고, 상기 획득된 생체 신호에 기초하여 상기 혈압을 추정하는 제어부를 포함하고,
상기 스펙클 검출부는
상기 레이저 스펙클을 검출하기 위한 복수의 포토 디텍팅(photo detecting) 소자들을 포함하고,
상기 제어부는
상기 복수의 포토 디텍팅 소자들에 의해 검출된 각 레이저 스펙클의 검출 감도가 우수한 순서에 기초하여 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정하는, 혈압 모니터링 기능을 갖는 웨어러블 디바이스.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득하고,
상기 스펙클 변동은
시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여 분석되는, 웨어러블 디바이스.
제 15 항에 있어서,
상기 웨어러블 디바이스는
피검자의 손목에 착용 가능한 손목시계 타입의 디바이스를 포함하고,
상기 혈관은
상기 손목 내의 요골 동맥인, 웨어러블 디바이스.
제 15 항에 있어서,
상기 웨어러블 디바이스는
복수의 혈압 모니터링 모듈들이 구비된 경우, 상기 복수의 혈압 모니터링 모듈들 각각의 모니터링 감도에 따라 상기 복수의 혈압 모니터링 모듈들 전부 또는 일부를 이용하여 상기 혈압을 추정하는, 웨어러블 디바이스.
혈압을 모니터링하는 방법에 있어서,
피검 부위 내의 혈관을 향하여 레이저를 조사하는 단계;
스펙클 검출부에서, 상기 조사된 레이저의 산란 현상에 의해 발생된 레이저 스펙클(laser speckle)을 상기 피검 부위로부터 검출하는 단계;
상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 혈관의 용적 변화를 나타내는 생체 신호를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 생체 신호에 기초하여 혈압을 추정하는 단계를 포함하고,
상기 방법은
상기 레이저 스펙클을 검출하기 위해 상기 스펙클 검출부에 구비된 복수의 포토 디텍팅(photo detecting) 소자들에 의해 검출된 레이저 스펙클의 검출 감도가 우수한 순서에 기초하여 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자를 선택하는 단계를 더 포함하고,
상기 추정하는 단계는
상기 선택된 적어도 하나의 포토 디텍팅 소자에 의해 검출된 레이저 스펙클에 기초하여 상기 혈압을 추정하는, 혈압을 모니터링하는 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 획득하는 단계는
상기 용적 변화에 대응되는, 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동(speckle fluctuation)을 분석함으로써 상기 생체 신호를 획득하고,
상기 스펙클 변동은
시간 변화에 따른 상기 스펙클 검출부에 의해 수신된 광 신호의 세기 변화에 기초하여 분석되는, 방법.
삭제
제 19 항에 있어서,
상기 획득하는 단계는
상기 레이저가 조사된 후 소정 시간 동안 검출된 상기 레이저 스펙클의 스펙클 변동에 대응되는 광 신호의 세기 변화를, PPG 신호로 변환함으로써 상기 생체 신호를 획득하고,
상기 추정하는 단계는
상기 PPG 신호의 파형 특성에 기초하여 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 추정하는, 방법.