[생활속과학]내 손목 위 스마트밴드, 어떻게 내 심박수를 알지?

혈관 속 헤모글로빈의 광학적 특성 이용
비슷한 원리의 혈중 산소포화도 측정 기기도 손목으로 올라와

애플워치6에 새롭게 탑재된 '혈중 산소 포화도 측정' 기능과 측정을 위한 4개 LED 클러스터. © 뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 손가락을 손목이나 목에 두고 지그시 누르면 맥박이 느껴진다. 스마트 밴드·워치는 꽉 조이지 않아도 맥박을 측정한다. 어떤 원리일까?

엑스레이(X-ray)의 원리와 본질적으로는 비슷하다. 뼈와 근육, 다른 신체 조직이 엑스레이를 통과시키는 정도가 다르다는 것을 이용한다. 엑스레이는 뼈를 거의 통과하지 못해서 감광판에 도달하지 못한다. 감광판에는 보통 엑스레이가 닿으면 변화가 일어나는 물질이 발라져있다. 뼈가 있는 부분에는 엑스레이가 통과하지 못해 사진에는 하얗게 나타나고 익숙하게 볼 수 있는 뼈 사진이 나온다.

스마트 기기에 쓰이는 맥박 센서에는 엑스레이보다는 에너지가 작아 안전한 녹색광·적색광·적외선 등이 이용된다. 한쪽에서 엑스레이를 몸에 쐬어주고 감광판으로 읽어내는 것처럼 맥박 센서도 빛을 쏘는 부분과 읽는 부분으로 구성돼있다.

센서에 쓰이는 빛(녹색광·적색광·적외선)은 피부 속으로 들어가면서 일부는 반사되고 일부는 혈관에 도달한다. 혈관에 도달한 빛은 핏속의 헤모글로빈에서 색에 따라 흡수·반사된다. 이렇게 헤모글로빈 때문에 달라진 빛을 측정하는 것이다. 이 측정값을 분석하면 혈관이 심장 박동에 따라 부풀었다 줄어드는 것을 알 수 있어 맥박을 재는 것이다.

갤럭시 S10 5G 카메라 부위 가장 오른쪽에 심박센서가 있다. (삼성전자 제공) 2019.2.21/뉴스1

빛을 내보내는 부품·읽어내는 부품·분석 장치만 있으면 되므로 맥박 측정 스마트폰 애플리케이션도 있다. 카메라와 플래시의 빛을 이용해 분석하는 것이다. 맥박 측정과 비슷한 원리로 개나 고양이 발톱을 자를 때 혈관을 피할 수 있도록 만들어진 반려동물용 발톱 깍기도 개발됐다. 이 역시 발톱과 발톱 혈관의 LED 광선 투과율 차이를 이용한다.

병원에서 손끝에 끼우는 혈중 산소포화도 측정기도 비슷한 원리를 이용한다. 헤모글로빈이 산소와 많이 결합할수록 피는 선홍빛을 띠고, 헤모글로빈이 산소와 떨어지면 검붉은 색(암홍색)을 뜬다. 이렇게 색이 달라지는 이유는 헤모글로빈과 산소가 결합하면서 빛의 파장에 따라 흡수하는 정도가 다르기 때문이다. 산소포화도 측정기에서는 여러 파장의 빛을 이용해 파장에 따른 헤모글로빈 흡수율 차이로 혈액의 산소포화도를 분석하는 것이다.

맥박 측정기와 산소포화도 측정기의 원리가 비슷한 만큼 점차 맥박뿐 아니라 산소포화도도 함께 측정해주는 웨어러블 기기도 발매되고 있다. 다만 이러한 기기들은 의료기기로 검증받지 않은 경우도 있다. 그럴 경우 일상적 건강 관리용으로만 참고하고 정확한 측정값을 알려면 의료기관 등을 이용해야 한다.

seungjun241@news1.kr