KR20080090194A

KR20080090194A - 혈압 검출 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20080090194A
Application number: KR1020070033411A
Authority: KR
Inventors: 오현호; 심봉주; 이윤재; 이귀로; 조성문; 홍형기
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-08
Also published as: US8206309B2; US20080249382A1; EP1977688B1; EP1977688A3; DE602008001744D1; EP1977688A2

Abstract

본 발명은 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 맥파 분석 정보 및 신체 특성 정보를 근거로 혈압을 정확하게 검출할 수 있고, 맥파를 검출할 때 발생되는 잡음을 제거함으로써 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, S/N)를 개선하여 소비 전력을 줄임과 동시에 혈압과 같은 생체 신호의 검출 정밀도를 높일 수 있는 혈압 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 혈압 검출 방법은, 피측정자의 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하는 단계와; 상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 상기 피측정자의 신체 특성 정보를 근거로 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 단계로 이루어 진다.

Description

혈압 검출 방법 및 그 장치{METHOD FOR DETECTING BLOOD PRESSURE AND APPARATUS THEREOF}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 나타낸 도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈압 검출 방법을 나타낸 흐름도 이다.

도3은 맥파 및 심전도 파형을 나타낸 도이다.

도4a는 대표적인 심전도 파형을 나타낸 도이다.

도4b는 PPG 검출부를 통해 손가락 끝에서 검출된 대표적인 맥파의 파형을 나타낸 도이다.

도 4c는 가속도 맥파 파형을 나타낸 도이다.

도 5는 본 발명에 따른 혈압 검출 장치를 갖는 이동 통신 단말기를 나타낸 도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈압 검출 장치를 나타낸 구성도이다.

도 7a-7d는 본 발명의 제2실시예에 따른 혈압 검출 장치를 통해 출력되는 출력 신호를 나타낸 도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 혈압 검출 장치의 소비 전력에 따른 신호 대 잡음비를 나타낸 도이다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 나타낸 도이다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 나타낸 도이다.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10: 심전도 검출부 11: 심전도 검출 전극

12: 심전도 검출 회로 20: PPG 검출부

21: PPG 센서 22: PPG 검출 회로

30: 수신부 40: 제어부

50: 저장부 60: 표시부

본 발명은 혈압 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 혈압은 심박출량(心搏出量, cardiac output, 사람의 심장, 즉 심실에서 1분 동안 분출되는 혈액의 양), 혈관의 탄성도, 환자의 생리적인 변화에 대한 정보를 포함하고 있는 중요한 생리적 지표(Biological index)이다. 혈압을 검출하는 방법은 크게 비침습적 혈압(non invasive blood pressure) 검출 방법과 침습적 혈압(invasive blood pressure) 검출 방법이 있다. 즉, 상기 침습적 혈압 검출 방법은 카테터(catheter)를 혈관에 삽입하여 지속적으로 혈압을 검출할 수 있는 방법이고, 비침습적 혈압 검출 방법은 커프(Blood pressure cuff)를 사용하여 압력을 가하면서 소리나 진동을 감지하여 혈압을 검출하는 방법이다.

그러나, 종래 기술에 따른 침습적 및 비침습적 혈압 검출 방법은 개개인의 혈압을 정확하게 검출할 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 맥파 분석 정보 및 신체 특성 정보를 근거로 혈압을 정확하게 검출할 수 있는 혈압 검출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 맥파를 검출할 때 발생되는 잡음을 제거함으로써 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, S/N)를 개선하여 소비 전력을 줄임과 동시에 혈압과 같은 생체 신호의 검출 정밀도를 높일 수 있는 혈압 검출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 혈압 검출 방법은, 피측정자의 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하는 단계와; 상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 상기 피측정자의 신체 특성 정보를 근거로 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 단계로 이루어 진다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은, 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 단계와; 상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 단계와; 상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 생체 신호를 검출하는 단계로 이루어진다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 맥파 및 심전도를 근거로 피측정자의 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하고, 상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 신체 특성 정보를 회귀식에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 제어부로 구성된다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 생체 신호 검출 장치는, 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 광 센서와; 상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 잡음 차단부와; 상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 생체 신호를 검출하는 제어부로 구성된다.

이하에서는, 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT), 맥파 분석 정보 및 신체 특성 정보를 근거로 혈압을 정확하게 검출할 수 있고, 맥파를 검출할 때 발생되는 잡음을 제거함으로써 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, S/N)를 개선하여 소비 전력을 줄임과 동시에 혈압 검출 정밀도를 높일 수 있는 혈압 검출 방법 및 그 장치의 바람직한 실시예들을 도1~도10을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 피측정자의 성별, 몸무게, 키, 팔 길이, 나이 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 신 체 특성 정보를 수신하는 수신부(30)와; 상기 피측정자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 검출하는 심전도 검출부(10)와; 상기 피측정자의 맥파(pulse wave, photo plethysmo-graphic signal(PPG signal))를 검출하는 PPG 검출부(20)와, 상기 검출된 심전도 값과 상기 검출된 맥파 값을 근거로 상기 피측정자의 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT) 및 맥파 분석 정보를 구하고, 상기 구해진 맥파 전달 시간, 상기 구해진 맥파 분석 정보, 상기 신체 특성 정보를 회귀식(regression equation)에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)에 의해 검출된 혈압 값을 화면 상에 표시하는 표시부(60)로 구성된다. 여기서, 상기 혈압 검출 장치는 상기 검출된 혈압 값을 저장하는 저장부(50)를 더 구성할 수도 있다.

상기 심전도 검출부(10)는 심전도 검출 전극(11)과, 상기 심전도 검출 전극(11)에 의해 검출된 전기적인 신호를 근거로 심전도를 검출하는 심전도 검출 회로(12)로 구성된다.

상기 PPG 검출부(20)는 PPG 센서(예를 들면, PPG finger sensor, PPG ear sensor, 등)(21)와, 상기 PPG 센서(21)에 의해 검출된 전기적인 신호를 근거로 맥파를 검출하는 PPG 검출 회로(22)로 구성된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 독립적인 혈압 검출 장치로서 구성되거나, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), PMP(Portable Multimedia Player), MP3 플레이어와 같은 이동 단말기에 적용될 수도 있다. 또한, 상기 수신부(30), 제어부(40), 저장부(50), 표시부(60)는 이동 단말기(예를 들면, 이동 통신 단말기)에 구성된 수단(예를 들면, 이동 통신 단말기의 키 패드(수신부), 이동 통신 단말기의 제어부, 이동 통신 단말기의 LCD(표시부), 이동 통신 단말기의 메모리(저장부))으로 대체될 수도 있다. 예를 들면, 이동 통신 단말기에는 하나 이상의 디지털 신호 처리부를 갖는 제어부가 포함되어 있으므로 별도의 제어부를 추가하지 않고도 이동 통신 단말기의 기존 제어부를 통해 심전도 및 맥파와 같은 생체 신호를 검출하는 수단을 구현함으로써, 적은 비용으로 정밀하고 다양한 생체 신호를 검출할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈압 검출 장치의 동작을 도1 및 도2를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 수신부(30)는 사용자에 의해 입력된 신체 특성 정보를 수신하고, 그 수신된 신체 특성 정보를 상기 제어부(40)에 출력한다(S11). 예를 들면, 상기 수신부(30)는 피측정자의 성별, 몸무게, 키, 팔 길이, 나이 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 신체 특성 정보를 수신하고, 그 수신된 신체 특성 정보를 상기 제어부(40)에 출력한다.

이후, 상기 심전도 검출부(10)는 심전도 검출 전극(11) 및 심전도 검출 회로(12)를 통해 상기 피측정자의 심전도를 검출하고, 그 검출된 심전도 값을 상기 제어부(40)에 출력한다. 여기서, 상기 심전도를 검출하는 기술은 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 PPG 검출부(20)는 PPG 센서(21) 및 PPG 검출 회로(22)를 통해 상기 피 측정자의 맥파를 검출하고, 그 검출된 맥파 값을 상기 제어부(40)에 출력한다(S12). 여기서, 상기 맥파를 검출하는 기술은 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제어부(40)는 상기 검출된 심전도 값 및 검출된 맥파 값을 근거로 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 구한다(S13, S14). 상기 맥파 전달 시간은, 혈액이 심장에서 출발하여 손끝이나 발끝과 같은 말초 부위(peripheral structure)에 도달하기까지 걸리는 시간으로서, 심전도의 R파와 맥파를 근거로 구한다. 심장은, 폐와 온몸으로 혈액을 순환시키기 위해 수축과 이완을 반복하고, 심근 세포들을 동시에 수축시키기 위한 전기적 신호를 동방결절(洞房結節, sinoauricular node)과 방실결절(房室結節, atrioventricular node)에서 보내게 된다. 따라서, 인체에 대해 심전도를 검출하면 상기 전기적 신호를 얻을 수 있다.

또한, 혈압과 맥파 전달 시간 간의 관계식은 다음의 수학식1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, c는 맥파 속도(Pulse Wave Velocity)이고,

혈액의 밀도, V는 혈액의 부피, P는 혈압을 나타낸다. 혈액의 밀도가 일정하다고 가정하면 상기 [수학식1]을 다음의 [수학식2]와 같이 간단하게 표현할 수도 있다.

상기 [수학식2]는 맥파 속도와 혈액의 부피의 변화로부터 혈압 값을 추정할 수 있다는 것을 의미한다.

상기 제어부(40)는 상기 맥파 전달 시간, 맥파 분석 정보 및 피측정자의 신체 특성 정보를 회귀식에 적용시킴으로써 혈압 값을 계산하고, 그 계산된 혈압 값을 상기 표시부(60)에 출력한다(S15, S16).

상기 표시부(60)는 상기 계산된 혈압 값을 수신하고, 그 수신된 혈압 값을 화면 상에 표시한다(S17).

이하에서는, 맥파 및 심전도 파형을 도3 및 4a-4c를 참조하여 설명한다.

도3은 맥파 및 심전도 파형을 나타낸 도이다.

도4a는 대표적인 심전도 파형을 나타낸 도이다.

도4a에 도시한 바와 같이, 심전도 파형은 심전도 파형의 피크 값에 따라 P파, Q파, R파, S파, T파로 분류된다. 상기 제어부(40)는 상기 R파와 맥파를 근거로 상기 맥파 전달 시간을 구하며, 상기 R파는 혈액이 심장에서 방출되어 나오는 시점이다.

도4b는 PPG 검출부(20)를 통해 손가락 끝에서 검출된 대표적인 맥파의 파형을 나타낸 도이다.

도4b에 도시한 바와 같이, 상기 맥파는 심장이 수축과 이완을 반복하면서 혈류량의 변화가 생기므로, 도4b와 같은 맥파의 파형이 검출된다. 맥파 전달 시간(PTT)을 검출하기 위해서는 맥파 신호에서 어느 한 점을 기준점으로서 설정해야 하며, 일반적으로 도 3과 같이 맥파의 신호가 상승하는 중간 지점을 상기 기준점으로서 설정하기도 하고, 맥파의 1차 미분의 최대점 또는 맥파의 2차 미분의 최대점을 상기 기준점으로서 설정할 수도 있다.

도 4(c)는 가속도 맥파 파형을 나타낸 도이다.

도4c에 도시한 바와 같이, 상기 맥파 분석 정보는 맥파의 파형을 분석하여 얻을 수 있으며, PPG 검출부(20)를 통해 얻어진 맥파의 신호(PPG 검출값)를 2차 미분을 통해 가속도 맥파 파형을 얻을 수 있다. 상기 가속도 맥파 파형은 Kenji Takazawa(American Heart Association, 1998)에서 발표되어 공지된 기술이다(미국 특허 번호 6,616,613에도 개시됨). 상기 제어부(40)는 맥파의 2차 미분 파형의 피크 값들 또는 그 피크 값들이 발생되는 시간을 근거로 일반적인 혈관의 노화도 또는 혈관의 나이를 산출한다. 예를 들면, 상기 제어부(40)는 상기 가속도 맥파 파형에서 도 4c와 같이 각 피크를 a, b, c, d, e로 구분하며, a, b, c, d, e 값들을 근거로 혈관의 노화도 또는 혈관의 나이를 산출한다. 여기서, 상기 제어부(40)는 (-b+c+d+e)/a 식에 의해 혈관 노화도 또는 혈관의 나이를 정의한다. 상기 혈관의 노화도 또는 혈관의 나이를 계산하는 방법은 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제어부(40)는 상기 맥파의 1차 미분의 최대점들 사이의 시간으로부터 맥박수를 산출하고, 2차 미분의 파형에서의 각 피크점인 a, b, c, d, e 값들을 추출하고, 상기 맥박수 및 상기 피크 값들을 근거로 혈압 값을 산출한다. 여기서, 혈관벽에 혈전이 쌓이면 혈액이 지나갈 수 있는 통로가 상대적으로 줄어들고, 이에 따라 저항이 커져 혈압에 영향을 줄 수 있으므로 혈관의 상태(혈관의 노화도 및/또는 혈과의 나이)를 고려할 수 있다.

상기 맥파의 신호(예를 들면, 손끝에서 검출된 맥파 신호)는 PPG 센서(21)에 가해진 힘의 세기에 의해 영향을 받을 수도 있다. 상기 PPG 센서(21)에 가해진 힘에 의한 영향은 상기 검출된 맥파 파형의 패턴을 분석하여 해결할 수도 있고, 압력 센서를 PPG 센서(21) 하단에 설치함으로써 일정한 힘을 PPG 센서(21)에 가하도록 사용자에게 유도할 수도 있다.

한편, 신체의 다리나 손발과 같은 말초 부위의 체온은 혈류량의 감소로 인해 일정치 않고 변화될 수도 있다. 따라서, 손가락의 온도가 낮을 때 맥파 신호가 잘 검출되지 않으므로, 상기 PPG 센서(21) 부근에 별도의 온도 센서를 구성하여 PPG 센서(21)에서 맥파를 검출하는 신체 부위의 온도를 검출하고, 그 검출된 온도 값을 혈압 값을 산출하는 인자로서 사용할 수도 있다. 또한, 인체의 평균 온도(36.5도)를 초과하는 범위의 온도(예를 들면, 35.5도 이하 및 37.5도 이상)가 검출될 때, 인체(예를 들면, 손, 발) 마사지 등을 통해 체온을 평균 체온까지 상승시킨 후 맥파를 검출할 수 있도록 사용자에게 유도할 수도 있다.

상기 제어부(40)는 상기 신체 특성 정보에 해당하는 키, 몸무게, 나이, 성별, 팔 길이 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 신체 특성 정보를 혈압 값 산출을 위한 회귀식의 인자로서 사용한다. 예를 들면, 상기 제어부(40)는 이하의 수학식 3을 통해 혈압 값(P)을 계산할 수 있다.

여기서, 상기 k1, k2i, k3j, k4는 회귀분석으로부터 검출된 각 인자에 해당하는 계수값을 나타낸다. 상기 신체 온도는 수학식 3에 적용되지 않을 수도 있으나, 혈압 값을 정확하게 검출하기 위해 적용될 수도 있다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 심전도 검출 전극(11A, 11B, 11C)은 이동 통신 단말기 본체(100)의 좌우 측면(11A, 11C)과 폴더(101)의 외측 하부(11B)에 각각 설치될 수 있으며, 상기 PPG 센서(21)도 폴더 외측 하부의 전극(11B) 근처에 함께 설치될 수도 있다. 예를 들면, 상기 제어부(40)는 피측정자의 한 손이 휴대폰을 감싸면서 두 손가락(예를 들면, 왼손의 엄지와 검지)이 좌우측면 전극(11A, 11C)에 접촉되고, 다른 한 손의 한 손가락(예를 들면, 오른손의 검지)이 폴더 외측 하부의 전극(11B)과 PPG 센서(21)에 모두 접촉됨으로써 심전도와 맥파를 동시에 검출할 수 있다.

반면, 상기 이동 통신 단말기의 좌측면에 3개의 전극으로 구성된 심전도 검출 전극(11)의 두 개의 전극을 위치시키고, 상기 이동 통신 단말기의 우측면에 상기 심전도 검출 전극(11)의 나머지 하나의 전극을 위치시킨다. 이때, 상기 이동 통신 단말기의 우측면 전극 아래 상기 PPG 센서(21)를 위치시킬 수도 있다. 따라서, 상기 제어부(40)는 피측정자의 양손의 한 손가락씩(예를 들면, 양손의 검지) 두 손가락만이 심전도 검출 전극(11) 및 상기 PPG 센서(21)에 접촉되어도 심전도와 맥파 신호를 검출할 수 있으므로 혈압 값을 용이하게 검출할 수 있다. 여기서, 상기 심전도 검출 전극(11)은 3개 또는 2개의 전극으로 구성될 수도 있다. 상기 이동 통신 단말기의 구조에 따라 상기 심전도 검출부(10) 및 PPG 검출부(20)의 위치는 변경될 수도 있다.

따라서, 본 발명은 생체 신호(예를 들면, 심전도, 맥파, 혈압)를 검출함은 물론이고, 이동 통신 단말기의 사용자 인터페이스와 연산 기능 및 표시 기능을 활용하여 통화 중에 사용자의 생체 신호를 검출하거나, 사용자가 이동 통신 단말기를 휴대할 때 사용자의 생체 신호를 검출함으로써 사용자의 건강 상태를 자동적으로 확인해 주도록 하거나, 사용자의 생체 신호를 이용한 서비스(예를 들면, 혈압 또는 맥박이 높아지면 차분한 음악(예를 들면, 클래식 음악)을 제공하거나 건강 상태를 알리는 문자 또는 음성 서비스)를 제공해줄 수 도 있다.

이하에서는, 맥파(PPG 신호)를 검출할 때 발생되는 잡음 신호를 제거함으로써, 소비 전력을 감소시키고, 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 혈압 검출 장치 및 그 방법을 도6~ 도10을 참조하여 설명한다. 예를 들면, 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 그 인체로부터 반사된 광 신호를 복조하고, 그 복조된 신호를 근거로 맥파와 같은 생체 신호를 검출함으로써, 맥파(PPG 신호)를 검출할 때 발생되는 잡음 신호를 제거할 수 있고, 신호 대 잡음비를 향상시켜 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈압 검출 장치를 나타낸 구성도이다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈압 검출 장치에 필터링부(200) 및 A/D 변환부(300)를 더 구성함으로써, 맥파(PPG 신호)를 검출할 때 발생되는 잡음 신호를 제거하고, 소비 전력을 감소시키고, 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.

도6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 상기 피측정자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 검출하는 심전도 검출부(10)와; 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호(예를 들면, 300Hz 이상의 대역의 변조 주파수(fm)에 따라 변조된 근적외선)를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하고, 그 수신된 광 신호에 대응하는 전기적 신호를 발생하는 광 센서(100)와, 상기 전기적 신호를 증폭하고, 그 증폭된 신호를 필터링하는 필터링부(200)와, 상기 필터링된 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 출력하는 A/D(아날로그/디지털) 변환부(300)와; 상기 심전도 값과 상기 디지털 신호(예를 들면, 맥파에 대응하는 값)를 근거로 상기 피측정자의 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT) 및 맥파 분석 정보를 구하고, 상기 구해진 맥파 전달 시간, 상기 구해진 맥파 분석 정보, 상기 신체 특성 정보를 회귀식(regression equation)에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 계산하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)에 의해 계산된 혈압 값을 화면 상에 표시하는 표시부(60)로 구성된다.

여기서, 상기 광 센서(100)는 PPG 검출부(20)에 해당될 수 있으며, 상기 제어부(40)는 상기 디지털 신호를 근거로 맥파와 같은 기본적인 생체 신호뿐만 아니 라 체지방, 체수분, 체열, 체성분, 골밀도 등을 검출할 수도 있다. 상기 광 센서(100)는 상기 제어부(40)의 제어 하에 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하거나, 발광소자 구동부(400)로부터 출력된 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 도6을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 광 센서(200)는 특정 주파수에 따라 변조된 근적외선(예를 들면, 300Hz 이상의 대역의 변조 주파수(fm)에 따라 변조된 근적외선)를 발생하는 근적외선 발생부(101)와, 상기 발생된 근적외선의 반사광을 수신하는 근적외선 수신부(102)로 구성된다. 예를 들면, 상기 근적외선 발생부(101)는 특정 주파수에 따라 변조된 근적외선을 인체에 방사하고, 상기 근적외선 수신부(102)는 그 인체로부터 반사된 근적외선을 수신한다.

상기 광 센서(100)는 일반적인 근적외선 발생부에 의해 발생되는 단순한 직류(DC) 광이 아니라 잡음 신호를 제거하기 위해 특정 주파수에 따라 변조된 근적외선이다. 따라서, 상기 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호가 인체로부터 반사되거나 상기 인체의 일부를 투과하더라도 상기 특정 주파수는 그대로 유지되게 된다. 이때, 상기 근적외선 수신부(102)는 상기 인체로부터 반사된 광 신호(반사광)를 수신하고, 그 반사광을 전기적인 신호로 변환하고, 그 전기적인 신호를 상기 필터링부(200)에 출력한다.

여기서, 상기 광 센서(100)로서 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등이 사용 될 수도 있다. 상기 포토 다이오드, 포토 트랜지스터는 광 신호에 따라 변화되는 전류를 출력한다.

상기 필터링부(200)는 상기 근적외선 수신부(102)로부터 출력되는 전기적인 신호(예를 들면, 전류 신호)를 전압 신호로 변환하는 전류/전압 변환부(201)와, 상기 전압 신호를 동조시켜 그 전압 신호를 필터링(1차 필터링)함으로써 잡음을 제거한 후 그 필터링된 전압 신호를 증폭시키는 동조 증폭부(202)와, 상기 동조 증폭된 전압 신호를 상기 변조 신호를 근거로 복조한 후 상기 복조된 전압 신호에 포함된 고조파 잡음 성분을 제거하는 잡음 차단부(210)로 구성된다. 여기서, 상기 전류/전압 변환부(201)는 상기 근적외선 수신부(102)에서 출력되는 신호가 전압 신호일 때 사용되지 않을 수도 있다.

상기 잡음 차단부(210)는 상기 근적외선 발생부(101)을 구동시키기 위해 사용된 변조 신호(변조 주파수)를 근거로 상기 증폭된 전압 신호를 복조하는 복조부(211)와, 상기 복조부(211)에 의해 복조된 신호 중에서 고조파 신호를 차단하는 저역 통과 필터(212)로 구성된다.

상기 저역 통과 필터(212)는 상기 고조파 신호가 차단된 아날로그 신호(잡음이 제거된 신호)를 A/D 변환부(300)에 출력한다.

상기 A/D 변환부(300)는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 그 디지털 신호를 상기 제어부(40)에 출력한다. 여기서, 상기 A/D 변환부(300)는 상기 제어부(40)에 내장되거나 외장 될 수도 있다.

상기 제어부(40)는 상기 디지털 신호를 근거로 상기 맥파와 같은 생체 신호 를 검출한다. 예를 들면, 상기 제어부(40)는 상기 디지털 신호를 근거로 맥파와 같은 기본적인 생체 신호뿐만 아니라 체지방, 체수분, 체열, 체성분, 골밀도를 검출할 수 있고, 과일의 당도 검출이나 식물의 내부 성분 분석 또는 다양한 소재의 종류 구별 등에도 폭넓게 활용될 수도 있다. 따라서, 상기 제어부(40)는 여러 종류의 다양한 검출 값들을 통합적으로 실현할 수 있도록 각각의 검출 종류(제어부에 입력되는 디지털 신호)에 따른 결과를 제공하기 위한 연산 알고리즘, 데이터베이스, 룩업 테이블 등을 구비할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 혈압 검출 장치는 필터링부(20)을통해 DC 오프셋이나 외부 광 잡음(예를 들면, 60Hz의 형광등 잡음이나 그 배수의 고조파 잡음들)을 신호 왜곡 없이 제거할 수 있으며, 상기 잡음 신호들이 분리되어 생체 신호(예를 들면, 맥파 신호)가 검출되기 때문에 근적외선 발생부(101)의 출력 신호가 높지 않아도 신호 대 잡음비를 높게 유지할 수 있다. 또한, 상기 혈압 검출 장치와 같은 생체 신호 검출 장치에서 가장 큰 전력을 소모하는 근적외선 발생부(101)의 소비 전력을 감소시킴으로써 상기 생체 신호 검출 장치의 전체 소비 전력을 크게 줄일 수도 있다. 상기 근적외선 발생부(101)의 소비 전력이 감소됨으로 인해, 저용량 배터리를 사용하는 다양한 생체 신호 검출 장치의 휴대성을 크게 높일 수도 있다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 직류/전압 변환부(201)는 상기 근적외선 수 신부(102)로부터 출력된 전류 신호를 전압 신호로 변환한다. 이때, 상기 전압 신호는 상기 변조 주파수(fm)로 변조된 광 신호(반사광) 이외에도 DC 오프셋 잡음과, 외부 광 잡음(예를 들면, 60Hz, 120Hz)이 혼선되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 근적외선 발생부(101)는 상기 잡음 신호가 발생되는 대역보다 높은 대역(예를 들면, 적어도 300Hz 이상의 대역)에 존재하는 변조 주파수(fm)로 변조된 광 신호를 발생함으로, 상기 전압 신호에 포함된 검출 신호(예를 들면, PPG 신호)와 잡음 신호는 완전히 분리되어 있음을 확인할 수 있다.

도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 동조 증폭부(202)는 변조 주파수(fm)를 기준으로 분포된 전압 신호(예를 들면, PPG 신호)를 중심 주파수(fm) 기준으로 필터링 및 증폭한다. 여기서, 도7b에 도시된 점선은 상기 전압 신호의 통과 대역 부분이 되며, 상기 전압 신호(예를 들면, PPG 신호)는 DC 오프셋 잡음과 외부 광잡음(예를 들면, 60Hz, 120Hz) 대역보다 높은 대역에 존재하므로 상기 각종 잡음들이 제거된 것을 볼 수 있다. 상기 전압 신호는, 증폭되지 않을 수도 있고, 설계자가 원하는 만큼 증폭될 수도 있다. 상기 전압 신호의 증폭 정도는 신호 대 잡음비를 높이기 위한 것이라기 보다는 상기 제어부(40)에서 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환했을 때의 양자화 정밀도(quantization precision)를 높이기 위한 것이다.

도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 복조부(211)는 상기 근적외선 발생부(101)을 구동시키기 위해 사용된 변조 신호를 근거로 상기 증폭된 전압 신호를 복조한다. 상기 변조 신호는, 고정된 것일 수도 있으나, 상기 제어부(40)에 의해 가변되 어 상기 발광 소자 구동부(400) 및 복조부(211)에 제공될 수도 있다. 상기 복조 과정을 통해 검출된 신호는 실제 직류(DC) 영역의 신호로 변환됨과 아울러 상기 변조 주파수(fm)의 2배가 되는 대역(2fm)의 고조파가 발생되게 된다.

도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 저역 통과 필터(212)는 상기 복조된 신호에 포함된 고조파 성분을 차단한다. 상기 저역 통과 필터(212)의 통과 대역은 상기 변조 주파수(fm)보다 작으며, 도7d에 도시된 점선은 저역 통과 필터(212)의 통과 대역을 나타낸 것이다. 상기 도 7d에 도시된 신호는 직류 잡음 및 외부 광 잡음이 제거된 신호로서, 신호 왜곡이 발생되지 않아 검출 정밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다.

도8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 근적외선 발생부(101)의 전력 소비량에 따른 신호 대 잡음비는 완만한 그래프를 나타낸다. 예를 들면, 상기 근적외선 발생부(101)의 전력 소비량을 5mW로 제한하였을 때 본 발명의 제2실시예에 따른 혈압 검출 장치는 70dB의 신호 대 잡음비를 제공한다. 또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 혈압 검출 장치는 상기 근적외선 발생부(101)의 전력 소비량을 감소시켜도 큰 변동 없이 70dB에 근접한 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 근적외선 발생부(101)의 구동 전압을 크게 낮추더라도 정밀한 신호(예를 들면, PPG 신호)를 얻을 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 나타낸 도이 다. 즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 혈압 검출 장치의 제어부(40-1)는 잡음 차단부(210)의 기능을 추가로 수행한다.

도9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 상기 피측정자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 검출하는 심전도 검출부(10)와; 상기 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호(예를 들면, 300Hz 이상의 대역의 변조 주파수(fm)에 따라 변조된 근적외선)를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하고, 그 수신된 광 신호에 대응하는 전기적 신호를 발생하는 광 센서(100)와; 상기 전기적인 신호(예를 들면, 전류 신호)를 전압 신호로 변환하는 전류/전압 변환부(201)와; 상기 전압 신호를 동조시켜 그 전압 신호를 필터링(1차 필터링)함으로써 잡음을 제거한 후 그 필터링된 전압 신호를 증폭시키는 동조 증폭부(202)와; 상기 증폭된 전압 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 출력하는 A/D 변환부(300)와; 상기 디지털 신호를 상기 변조 신호를 근거로 복조한 후 상기 복조된 디지털 신호를 필터링(2차 필터링)하고, 그 필터링된 디지털 신호(예를 들면, 맥파에 대응하는 값)와 상기 심전도 값을 근거로 상기 피측정자의 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT) 및 맥파 분석 정보를 구하고, 상기 구해진 맥파 전달 시간, 상기 구해진 맥파 분석 정보, 상기 신체 특성 정보를 회귀식(regression equation)에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 계산하는 제어부(40-1)로 구성된다.

상기 제어부(40-1)는 FIR(Finite Impulse Response; 유한 충격 응답) 필터나 IIR(Infinite Impulse Response; 무한 충격 응답) 필터를 통해 상기 디지털 신호의 고주파 신호를 차단할 수 있다. 여기서, 상기 제어부(40-1)는 일반적인 산술 연산 기능을 통해 상기 디지털 신호를 복조할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 혈압 검출 장치의 구성을 나타낸 도이다. 즉, 본 발명의 제4실시예에 따른 혈압 검출 장치의 제어부(40-2)는 동조 증폭부(202) 및 잡음 차단부(210)의 기능을 추가적으로 수행한다.

도10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 혈압 검출 장치는, 상기 피측정자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 검출하는 심전도 검출부(10)와; 상기 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호(예를 들면, 300Hz 이상의 대역의 변조 주파수(fm)에 따라 변조된 근적외선)를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하고, 그 수신된 광 신호에 대응하는 전기적 신호를 발생하는 광 센서(100)와; 상기 전기적인 신호(예를 들면, 전류 신호)를 전압 신호로 변환하는 전류/전압 변환부(201)와; 상기 전압 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 출력하는 A/D 변환부(300)와; 상기 디지털 신호를 필터링(1차 필터링)함으로써 잡음을 제거한 후 그 필터링된 디지털 신호를 증폭시키고, 상기 증폭된 디지털 신호를 상기 변조 신호를 근거로 복조한 후 상기 복조된 디지털 신호를 필터링(2차 필터링)하고, 그 필터링된 디지털 신호(예를 들면, 맥파에 대응하는 디지털신호)와 상기 심전도 값을 근거로 상기 피측정자의 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT) 및 맥파 분석 정보를 구하고, 상기 구해진 맥파 전달 시간, 상기 구해진 맥파 분석 정보, 상기 신체 특성 정보를 회귀식(regression equation)에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 계산하는 제어부(40-2)로 구 성된다. 즉, 상기 제어부(40-2)는 상기 디지털 신호를 소정 비율로 증가시키고, 그 증가된 디지털 신호를 내부 디지털 신호 처리부에 포함된 FIR 또는 IIR 필터를 통해 필터링을 수행한다.

한편, 상기 전류/전압 변환부(201)는 상기 근적외선 수신부(102)에 내장될 수 있으며, 상기 발광 소자 구동부(400)는 스위칭 소자로서 구성될 수도 있다. 상기 제어부(40-2)는 상기 스위칭 소자가 상기 제어부(40-2)에 적용될 때 소비 전력이 낮고, 신뢰성과 정밀도가 높고, 작은 사이즈(예를 들면, 마이크로 컴퓨터와 같은 제어부를 베어 칩(Bare Chip) 형태로 적용하는 경우 등)로 구현될 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 혈압 검출 방법 및 그 장치는, 맥파 전달 시간, 맥파 분석 정보 및 신체 특성 정보를 근거로 혈압을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예들에 따른 혈압 검출 방법 및 그 장치는, 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 근거로 혈압을 검출할 때 피측정자의 키, 몸무게, 나이, 성별, 팔 길이 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 신체 특성 정보, 맥파 전달 시간, 맥파 분석 정보를 회귀식에 적용시켜 혈압을 검출함으로써, 비침습적이면서 커프를 사용하지 않고도 혈압을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 혈압 검출 방법 및 그 장치는, 특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 복조하고, 그 복조된 신호를 필터링함으로써, 맥파(PPG 신호)와 같은 생체 신호를 검출할 때 발생되는 잡음 신호를 제거할 수 있고, 신호 대 잡음비를 향상시켜 소비 전력을 감소시킴과 동시에 생체(예를 들면, 혈압) 검출 정밀도를 높일 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 혈압 검출 방법 및 그 장치는 필터링부 및 잡음 차단부를 제어부에 내장시킴으로써 혈압 검출 장치의 크기를 줄일 수 있으며, 혈압 검출 장치의 휴대성을 높일 수 있는 효과도 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

피측정자의 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하는 단계와;

상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 상기 피측정자의 신체 특성 정보를 근거로 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하는 단계는,

상기 피측정자의 심전도를 검출하는 단계와;

상기 피측정자의 맥파를 검출하는 단계와;

상기 검출된 심전도 및 맥파를 근거로 상기 맥파 전달 시간 및 상기 맥파 분석 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제2항에 있어서,

상기 맥파 분석 정보는,

상기 맥파의 1차 미분의 최대점들 사이의 시간으로부터 산출된 맥박수 및 2차 미분된 맥파의 피크 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 신체 특성 정보는,

상기 피측정자의 성별, 몸무게, 키, 팔 길이, 나이 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 혈압 값(P)은

식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 k1, k2i, k3j는 회귀분석으로부터 검출된 각 인자에 해당하는 계수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 혈압 값(P)은

식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 k1, k2i, k3j, k4는 회귀분석으로부터 검출된 각 인자에 해당하는 계수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제2항에 있어서,

상기 맥파를 검출하는 단계는,

특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반 사된 광 신호를 수신하는 단계와;

상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 단계와;

상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 상기 맥파를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제2항에 있어서,

상기 맥파를 검출하는 단계는,

특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 단계와;

상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 발생하는 단계와;

상기 전기적인 신호를 필터링하고, 상기 필터링된 신호를 증폭하는 단계와;

상기 증폭된 신호를 복조한 후 상기 증폭된 신호에 포함된 고조파 잡음 성분을 차단하는 단계와;

상기 고조파 잡음 성분이 차단된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와;

상기 디지털 신호를 근거로 상기 맥파를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 혈압 값을 검출하는 단계는,

상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 상기 피측정자의 신체 특성 정보를 회귀식에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 혈압 검출 방법.
특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 단계와;

상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 단계와;

상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 생체 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 방법.
제10항에 있어서,

상기 생체 신호는 맥파, 체지방, 체수분, 체열, 체성분, 골밀도 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 방법.
맥파 및 심전도를 근거로 피측정자의 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보를 검출하고, 상기 검출된 맥파 전달 시간 및 맥파 분석 정보와, 신체 특성 정보를 회귀식에 적용함으로써 상기 피측정자의 혈압 값을 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 혈압 검출 장치는,

상기 심전도를 검출하는 심전도 검출부와;

상기 맥파를 검출하는 맥파 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 맥파 분석 정보는,

상기 맥파의 1차 미분의 최대점들 사이의 시간으로부터 산출된 맥박수 및 2차 미분된 맥파의 피크 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 신체 특성 정보는,

상기 피측정자의 성별, 몸무게, 키, 팔 길이, 나이 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 혈압 값(P)은

식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 k1, k2i, k3j는 회귀분석으로부터 검출된 각 인자에 해당하는 계수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 혈압 값(P)은

식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 k1, k2i, k3j, k4는 회귀분석으로부터 검출된 각 인자에 해당하는 계수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제13항에 있어서,

상기 맥파 검출부는,

특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 광 센서와;

상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 필터링부를 더 포함하며, 여기서, 상기 제어부는 상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 상기 맥파를 검출하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
제13항에 있어서,

상기 맥파 검출부는,

특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하고, 상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 발생하는 광 센서와;

상기 전기적인 신호를 필터링하고, 상기 필터링된 신호를 증폭하는 동조 증폭부와;

상기 증폭된 신호를 복조한 후 상기 증폭된 신호에 포함된 고조파 잡음 성분을 차단하는 잡음 차단부와;

상기 고조파 잡음 성분이 차단된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 더 포함하며, 여기서, 상기 제어부는 상기 디지털 신호를 근거로 상기 맥파를 검출하는 것을 특징으로 하는 혈압 검출 장치.
특정 주파수에 따라 변조된 광 신호를 인체에 방사하고, 상기 인체로부터 반사된 광 신호를 수신하는 광 센서와;

상기 수신된 광 신호에 대응하는 전기적인 신호를 복조한 후 상기 복조된 신호에 포함된 잡음 성분을 차단하는 잡음 차단부와;

상기 잡음 성분이 차단된 신호를 근거로 생체 신호를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 장치.
제20항에 있어서,

상기 생체 신호는 맥파, 체지방, 체수분, 체열, 체성분, 골밀도 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 장치.