인간의 피부 수분 공급 및 신체 땀 손실을 현장에서 지속적으로 모니터링하기 위한 SmartWatch의 다중 스펙트럼 센서 융합

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13371(2023) 이 기사 인용

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팬데믹 이후 의료 운영이 단기 현실이 되면서 웨어러블에 대한 논의가 늘어나고 있습니다. 웨어러블 건강 솔루션은 웰니스와 헬스케어 사이의 격차를 메우기 위해 어떻게 이 기회를 효과적으로 배포하고 활용합니까? 본 논문에서는 광학 다파장 센서 융합을 활용한 피부 수분 모니터링에 중점을 두고 웨어러블 헬스케어 진단에 대해 설명합니다. 인간의 피부 수분 공급을 지속적으로 모니터링하는 것은 피트니스 애호가를 위한 수분 손실 역학을 유지하는 것은 물론 피부 아름다움, 온전함 및 몸 전체의 건강을 위해 가장 중요한 작업입니다. 적절한 수준의 수분 공급을 유지하면 체중의 일관성이 보장되고 심리적 상태에 긍정적인 영향을 미치며 노화 과정을 늦추는 동시에 혈압과 "나쁜" 콜레스테롤 수치를 감소시키는 것으로 입증되었습니다. 피부의 수분 함량 상태를 결정하는 전통적인 방법은 다양한 소비자, 임상 및 화장품 적용에 필요한 지속적이고 비침습적인 모니터링을 허용하지 않습니다. 우리는 피부 수분 공급 현상과 그에 따른 변화를 포착, 모델링 및 분석하기 위한 새로운 감지 기술과 파이프라인을 제시합니다. SmartWatch 센서에 내장된 감지 기능을 확장하고 이를 고급 모델링 및 기계 학습(ML) 알고리즘과 결합하여 광용적맥파측정(PPG) 신호의 몇 가지 중요한 특성과 피부 수분 함량의 역학에 해당하는 스펙트럼 감도를 식별했습니다. 하드웨어 측면에서는 970nm와 1450nm의 파장을 갖춘 적외선 광원으로 SmartWatch 기능의 확장을 새롭게 제안합니다. PPG 센서의 정확성과 특성 평가는 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 생체의학 광학 기반 시뮬레이션 프레임워크를 통해 수행되었습니다. 우리는 실험 및 임상 연구를 통해 개발된 기술에 대한 엄격한 검증을 수행했습니다. 개발된 파이프라인은 차세대 광학 감지 기술에 대한 지속적인 연구의 도구 역할을 합니다.

1977년 PolarElectroto1은 가슴 끈 송신기와 손목 착용 수신기로 구성된 세계 최초의 무선 심박수(HR) 모니터를 출시하면서 운동선수들에게 "운동 중 실시간 피드백"을 제공하면서 웨어러블 기술 분야에서 여러 가지 주목할 만한 성과를 거두었습니다. 만들어졌습니다. 지난 10년 동안 삼성은 웨어러블 기기의 체지방, 골격근량, 심박수(HR), 심장 박동, 피부 온도 및 스트레스 수준을 측정하는 SoC(시스템 온 칩)인 고급 스마트 바이오 프로세서를 출시했습니다2 요즘 우리의 스마트 시계에는 훨씬 더 발전된 소형 기술로 발전한 삼성의 BioActive 센서3가 장착되어 있으며 심박수, 걸음 수, 칼로리를 "단순히" 계산할 수 있을 뿐만 아니라 수면 모니터링, 혈압 측정 등도 할 수 있습니다4,5 ,6,7,8 이 주목할만한 성공의 중추이자 주요 원동력은 PPG 기술입니다. PPG 기술은 손목에 착용하는 스마트워치/피트니스 팔찌에 센서가 편리하게 배치되어 있기 때문에 건강 상태9를 지속적으로 모니터링하는 데 널리 사용됩니다10. 건강 및 피트니스 모니터링을 위한 PPG 활용은 지난 몇 년 동안 상당한 소비자 관심을 불러일으켰습니다. 현재 스마트 시계, 피트니스 트래커 등 웨어러블 장치는 PPG 신호를 정기적으로 모니터링/분석하고 최근 온도, 혈중 산소 농도(SpO2) 등 모니터링 기능이 추가되어 앞서 언급한 인체 건강 지표에 대한 비침습적 정보를 제공합니다. 12. PPG 신호는 스트레스와 수면 패턴을 평가하는 데 사용됩니다13. 현재 심방세동(A-fib)은 스마트 워치14의 PPG를 사용하여 일상적으로 감지할 수 있습니다. 스마트폰 애플리케이션이 동맥 경직 증가와 관련된 혈관 노화를 판단하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 입증되었습니다15. 반면, 소비자의 기본 생리학적 매개변수에 대한 지식이 필요한 특정 피트니스 프로그램의 SmartWatch 지원 계획 및 운동을 통해 주목할 만한 발전이 이루어졌습니다. 예를 들어, 펄스 존에 대한 정보를 통해 순환계를 통해 근육 운동에 산소가 전달되는 효율성을 평가할 수 있습니다. 사용자의 운동을 장기간 모니터링하면 SmartWatch가 효과적인 개인 훈련 계획을 세울 수 있습니다. 사용자의 운동 루틴을 지속적으로 추적하면 SmartWatch 애플리케이션이 효율적이고 개인화된 피트니스 계획을 세울 수 있습니다. 이러한 경우 PPG 신호를 지속적으로 모니터링하고 펄스 영역의 지정된 경계를 위반할 때 신속하게 알림을 받는 것이 중요합니다.