웨어러블 디바이스는 신체에 직접 착용하는 스마트 기기이다 (그림 1). 이 디바이스는 사용자의 몸에 하루종일 붙어 있으면서 신체 변화 및 건강 상태를 실시간으로 체크해준다. 따라서 웨어러블 디바이스는 가족보다 사용자의 상태를 더욱 세밀하게 파악하고, 케어를 해줄 수 있는 대안으로 떠올랐다. 이러한 장점에 기반하여 2020년 국내 웨어러블 디바이스 시장은 2019년과 비교하여 50.7% 성장하였다. 2021년에는 1341만 대가 판매될 것으로 예상되고 있다.
초기의 웨어러블 디바이스는 단순하게 심박수 및 심전도 등을 확인하고, 스마트폰으로 정보를 전달하는 역할을 수행하였다. 하지만 이후로 5G 통신, 인공지능 및 사물인터넷 등이 웨어러블 디바이스에 결합되면서 더욱 다양하고 개선된 성능을 보여주고 있다. 예를 들어, 삼성전자의 “갤럭시워치4”는 기존의 기능들 (심박수, 심전도 측정)에 무채혈 혈당 측정 기능까지 추가됨에 따라 큰 기대를 모르고 있다. 여기서 소개하는 특허는 기존의 기능들 중 하나인 정확한 심박과 관련된 지표를 판단하는 방식에 대한 내용이다.
그림 1. 삼성전자의 웨어러블 디바이스
그림 2는 심박 지표 판단 장치를 도시한 도면이다. 그림 2에서 보는 바와 같이 심박 지표 판단 장치 (100)는 맥파 획득부 (110) 및 프로세서 (120)으로 구성되어 있다. 맥파 획득부 (110)는 피검체의 복수의 맥파 신호를 획득한다. 맥파 신호는 광용적맥파 (Photoplethysmogram, PPG) 신호일 수 있으며, 복수의 맥파 신호는 서로 다른 파장 (예를 들어, 블루 (blue) 대역, 그린 (green) 대역, 레드 (red) 대역, 적외선 (infrared) 대역 등)의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호이다. 프로세서 (120)는 피검체의 심박 지표 판단에 필요한 복수의 맥파 신호를 획득하기 위해 맥파 획득부 (110)를 제어한다. 맥파 획득부 (110)는 두 가지의 경우로 맥파 신호를 수신한다. 맥파 획득부 (110)가 외부 장치로부터 피검체의 맥파 신호를 수신하도록 구현된 경우, 프로세서 (120)는 맥파 획득부 (110)를 통하여 복수의 맥파 신호를 그 외부 장치에 요청한다. 또 다른 경우인 맥파 획득부 (110)가 복수의 맥파 신호를 측정하도록 구현된 경우, 프로세서 (120)는 소정의 구동 조건에 따라 맥파 획득부 (110)를 구동시켜 복수의 맥파 신호를 측정한다.
그림 2. 심박 지표 판단 장치
그림 3은 심박 지표 판단 장치의 구성을 도시한 도면이다. 맥파 획득부 (110)과 프로세서 (120)은 그림 2에서 설명하였다. 따라서 그 외의 역할에 대해 설명하겠다. 심박 지표 판단 장치 (400)는 맥파 획득부 (110), 프로세서 (120), 입력부 (410), 저장부 (420), 통신부 (430) 및 출력부 (440)로 구성되어 있다. 입력부 (410)는 키 패드 (key pad), 돔 스위치 (dome switch) 등을 이용하여 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받는다. 저장부 (420)는 플래시 메모리 타입 (flash memory type), 하드 디스크 타입 (hard disk type) 등을 이용하여 심박 지표 판단 장치 (400)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장한다. 그리고 이 장비 (420)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력되는 데이터, 심박 지표 판단 장치 (400)에서 처리된 데이터, 심박 지표 판단 장치 (400)에서 데이터 처리를 위해 필요한 데이터 및 심박 지표 판단 장치 (400)로부터 출력되는 데이터를 저장한다. 통신부 (430)는 블루투스 (bluetooth) 통신, BLE (Bluetooth Low Energy) 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신을 수행한다. 예를 들어, 통신부 (430)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력된 데이터, 저장된 데이터 및 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 심혈관 정보 추정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신한다. 출력부 (440)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력된 데이터, 저장된 데이터 및 처리된 데이터 등을 출력한다.
그림 3. 심박 지표 판단 장치의 구성
그림 4는 심박 지표를 판단하는 방법을 도시한 도면이다. 단계 (510)에서 심박 지표 판단 장치는 피검체의 복수의 맥파 신호를 획득한다. 심박 지표 판단 장치는 단계 (515)에서 획득된 맥파 신호에서 잡음을 제거한다. 여기서 심박 지표 판단 장치는 밴드 패스 필터, 이동 평균 등의 다양한 필터링 기법을 이용하여 맥파 신호에서 잡음을 제거한다. 단계 (520)에서 심박 지표 판단 장치는 복수의 맥파 신호를 분석하여 파장별 심박 지표값들을 판단한다. 심박 지표 판단 장치는 각 맥파 신호에서 피크점 (peak point) 또는 풋점 (foot point)를 검출하고, 검출 된 피크점 (peak point) 또는 풋점 (foot point)을 기반으로 피크 사이 간격 (peak to peak interval)을 판단한다. 심박 지표 판단 장치는 단계 (530)에서 판단된 파장별 심박 지표값들 중 가장 많이 나타나는 심박 지표값을 최종 심박 지표값으로 판단한다. 단계 (535)으로부터 심박 지표 판단 장치는 파장별 심박 지표값들의 일치도 (agreement)에 따라 최종 심박 지표값의 신뢰도를 판단한다 .
그림 4. 심박 지표를 판단하는 방법
헬스케어 디바이스 시장에 성장함에 따라 수 많은 스타트업, 중소 및 대기업들이 헬스케어 시장에 진출하고 있다. 새롭게 형성되는 시장에서 삼성전자는 삼성이라는 브랜드와 스마트 헬스 기능을 갖춘 제품군을 제공하여 구매자의 마음을 사로잡고자 하는 것으로 보인다. 삼성전자가 어떠한 전략으로 구매자들에게 웨어러블 디바이스 제품군을 어필할지 지켜볼 필요가 있다.
특허법인ECM
변리사 김시우
swkim@ecmpatent.com
02-568-2670
웨어러블 디바이스는 신체에 직접 착용하는 스마트 기기이다 (그림 1). 이 디바이스는 사용자의 몸에 하루종일 붙어 있으면서 신체 변화 및 건강 상태를 실시간으로 체크해준다. 따라서 웨어러블 디바이스는 가족보다 사용자의 상태를 더욱 세밀하게 파악하고, 케어를 해줄 수 있는 대안으로 떠올랐다. 이러한 장점에 기반하여 2020년 국내 웨어러블 디바이스 시장은 2019년과 비교하여 50.7% 성장하였다. 2021년에는 1341만 대가 판매될 것으로 예상되고 있다.
초기의 웨어러블 디바이스는 단순하게 심박수 및 심전도 등을 확인하고, 스마트폰으로 정보를 전달하는 역할을 수행하였다. 하지만 이후로 5G 통신, 인공지능 및 사물인터넷 등이 웨어러블 디바이스에 결합되면서 더욱 다양하고 개선된 성능을 보여주고 있다. 예를 들어, 삼성전자의 “갤럭시워치4”는 기존의 기능들 (심박수, 심전도 측정)에 무채혈 혈당 측정 기능까지 추가됨에 따라 큰 기대를 모르고 있다. 여기서 소개하는 특허는 기존의 기능들 중 하나인 정확한 심박과 관련된 지표를 판단하는 방식에 대한 내용이다.
그림 1. 삼성전자의 웨어러블 디바이스
그림 2는 심박 지표 판단 장치를 도시한 도면이다. 그림 2에서 보는 바와 같이 심박 지표 판단 장치 (100)는 맥파 획득부 (110) 및 프로세서 (120)으로 구성되어 있다. 맥파 획득부 (110)는 피검체의 복수의 맥파 신호를 획득한다. 맥파 신호는 광용적맥파 (Photoplethysmogram, PPG) 신호일 수 있으며, 복수의 맥파 신호는 서로 다른 파장 (예를 들어, 블루 (blue) 대역, 그린 (green) 대역, 레드 (red) 대역, 적외선 (infrared) 대역 등)의 광을 이용하여 측정된 맥파 신호이다. 프로세서 (120)는 피검체의 심박 지표 판단에 필요한 복수의 맥파 신호를 획득하기 위해 맥파 획득부 (110)를 제어한다. 맥파 획득부 (110)는 두 가지의 경우로 맥파 신호를 수신한다. 맥파 획득부 (110)가 외부 장치로부터 피검체의 맥파 신호를 수신하도록 구현된 경우, 프로세서 (120)는 맥파 획득부 (110)를 통하여 복수의 맥파 신호를 그 외부 장치에 요청한다. 또 다른 경우인 맥파 획득부 (110)가 복수의 맥파 신호를 측정하도록 구현된 경우, 프로세서 (120)는 소정의 구동 조건에 따라 맥파 획득부 (110)를 구동시켜 복수의 맥파 신호를 측정한다.
그림 2. 심박 지표 판단 장치
그림 3은 심박 지표 판단 장치의 구성을 도시한 도면이다. 맥파 획득부 (110)과 프로세서 (120)은 그림 2에서 설명하였다. 따라서 그 외의 역할에 대해 설명하겠다. 심박 지표 판단 장치 (400)는 맥파 획득부 (110), 프로세서 (120), 입력부 (410), 저장부 (420), 통신부 (430) 및 출력부 (440)로 구성되어 있다. 입력부 (410)는 키 패드 (key pad), 돔 스위치 (dome switch) 등을 이용하여 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받는다. 저장부 (420)는 플래시 메모리 타입 (flash memory type), 하드 디스크 타입 (hard disk type) 등을 이용하여 심박 지표 판단 장치 (400)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장한다. 그리고 이 장비 (420)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력되는 데이터, 심박 지표 판단 장치 (400)에서 처리된 데이터, 심박 지표 판단 장치 (400)에서 데이터 처리를 위해 필요한 데이터 및 심박 지표 판단 장치 (400)로부터 출력되는 데이터를 저장한다. 통신부 (430)는 블루투스 (bluetooth) 통신, BLE (Bluetooth Low Energy) 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신을 수행한다. 예를 들어, 통신부 (430)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력된 데이터, 저장된 데이터 및 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 심혈관 정보 추정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신한다. 출력부 (440)는 심박 지표 판단 장치 (400)에 입력된 데이터, 저장된 데이터 및 처리된 데이터 등을 출력한다.
그림 3. 심박 지표 판단 장치의 구성
그림 4는 심박 지표를 판단하는 방법을 도시한 도면이다. 단계 (510)에서 심박 지표 판단 장치는 피검체의 복수의 맥파 신호를 획득한다. 심박 지표 판단 장치는 단계 (515)에서 획득된 맥파 신호에서 잡음을 제거한다. 여기서 심박 지표 판단 장치는 밴드 패스 필터, 이동 평균 등의 다양한 필터링 기법을 이용하여 맥파 신호에서 잡음을 제거한다. 단계 (520)에서 심박 지표 판단 장치는 복수의 맥파 신호를 분석하여 파장별 심박 지표값들을 판단한다. 심박 지표 판단 장치는 각 맥파 신호에서 피크점 (peak point) 또는 풋점 (foot point)를 검출하고, 검출 된 피크점 (peak point) 또는 풋점 (foot point)을 기반으로 피크 사이 간격 (peak to peak interval)을 판단한다. 심박 지표 판단 장치는 단계 (530)에서 판단된 파장별 심박 지표값들 중 가장 많이 나타나는 심박 지표값을 최종 심박 지표값으로 판단한다. 단계 (535)으로부터 심박 지표 판단 장치는 파장별 심박 지표값들의 일치도 (agreement)에 따라 최종 심박 지표값의 신뢰도를 판단한다 .
그림 4. 심박 지표를 판단하는 방법
헬스케어 디바이스 시장에 성장함에 따라 수 많은 스타트업, 중소 및 대기업들이 헬스케어 시장에 진출하고 있다. 새롭게 형성되는 시장에서 삼성전자는 삼성이라는 브랜드와 스마트 헬스 기능을 갖춘 제품군을 제공하여 구매자의 마음을 사로잡고자 하는 것으로 보인다. 삼성전자가 어떠한 전략으로 구매자들에게 웨어러블 디바이스 제품군을 어필할지 지켜볼 필요가 있다.
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변리사 김시우
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