스마트링으로 심혈관 지표를 정확히 측정할 수 있을까?

기본 정보

제목: A Dataset and Toolkit for Multiparameter Cardiovascular Physiology Sensing on Rings
저자: Tang, J.; Wang, K.; Ding, Y.; Ji, J.; Wang, Z. 외 다수
저널: arXiv (Tsinghua University HCI Lab)
출판연도: 2025
DOI: 10.48550/arXiv.2505.04172
근거 수준: 데이터셋 논문 (이중 연구 설계, 34명)

이 연구는 스마트링 센서의 심혈관 모니터링 성능을 평가하기 위한 최초의 공개 데이터셋과 오픈소스 분석 툴킷(RingTool)을 제시했다. 34명 참여자로부터 28.21시간의 PPG 및 가속도계 데이터를 수집하여, 심박수, 호흡수, SpO2, 혈압의 4가지 심혈관 지표 추정 성능을 벤치마킹했다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

스마트링은 24시간 착용이 가능한 비침습적 폼팩터로 급성장하고 있으나, 이 폼팩터에 특화된 공개 벤치마크 데이터셋이 존재하지 않았다. 기존 웨어러블 데이터셋은 대부분 손목 착용 기기 기반으로, 반지의 고유한 광학 경로(반사형/투과형)와 물리적 제약을 반영하지 못했다.

스마트링 하드웨어와 신뢰할 수 있는 심혈관 지표 추정 방법 사이의 갭을 메우기 위해, 공개 데이터셋과 표준화된 분석 도구가 필요했다.

특히 정적 상태뿐 아니라 저산소 시뮬레이션, 딥 스쿼트 같은 생리학적 변이와 일상 활동 중 모션 아티팩트까지 포함하는 체계적 실험 설계가 필요했다.

2. 어떻게 연구했을까

연구진은 OmniRing에서 영감을 받아 티타늄 합금 외부와 투명 레진 내부로 구성된 경량(2.5g) 연구용 반지 플랫폼을 설계했다. 반사형과 투과형 두 가지 광학 경로의 PPG 센서(적외선 및 적색 채널)와 3축 가속도계를 탑재했다.

34명 참여자를 대상으로 7가지 활동(안정, 저산소 시뮬레이션, 딥 스쿼트 등)에서 28.21시간의 데이터를 수집했다. 실측 데이터는 Contec CMS50E+ 맥박산소계(BVP, HR, SpO2), HKH-11C+ 호흡밴드(호흡 파형), Omron U726J 혈압계로 수집했다. RingTool 오픈소스 툴킷은 전처리, 물리 기반 알고리즘, 지도학습 모델(ResNet, InceptionTime, Transformer, Mamba)을 포함한다.

3. 무엇을 발견했을까

최적 성능 기준으로 심박수 MAE 5.18 BPM, 호흡수 MAE 2.98 BPM, SpO2 MAE 3.22%, 수축기/이완기 혈압 MAE 13.33/7.56 mmHg를 달성하여, 상용 스마트링 대비 우수한 성능을 보였다.

SpO2 MAE 3.22%와 혈압 MAE 13.33/7.56 mmHg는 링 폼팩터의 심혈관 모니터링 가능성을 보여주는 동시에, 임상 기준 충족까지는 추가 개선이 필요함을 시사한다.

정적 상태에서는 높은 정확도를 보였으나, 모션 아티팩트가 있는 일상 활동에서는 성능이 저하되어, 링 기반 측정의 현실적 한계도 정량적으로 드러났다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

RingTool 오픈소스 툴킷을 활용하여 스마트링 사용자의 심혈관 데이터를 분석하는 알고리즘을 개발하거나 벤치마킹할 수 있다. SpO2와 심박수 추정에서의 성능은 이미 실용적 수준이므로, 야간 SpO2 모니터링이나 안정 시 심박수 추적 기능에 활용 가능하다.

콘텐츠 활용

"스마트링은 심장 건강을 얼마나 정확히 측정할 수 있을까"
"반지 하나로 산소포화도와 심박수를 측정하는 기술의 현재"

적용 시 주의사항

링 기반 혈압 측정은 MAE 13.33 mmHg로, 트렌드 모니터링에는 사용 가능하나 정확한 수치 기반 의사결정에는 부적합하다. "스마트링으로 심혈관 건강 트렌드를 모니터링할 수 있습니다" 수준의 표현이 적절하다.

5. 한계점

34명의 참여자와 28시간의 데이터라는 비교적 소규모로, 대규모 다양한 인구에서의 검증이 필요하다. 연구용 반지 플랫폼으로 수집한 데이터이므로, 상용 스마트링(Oura, Galaxy Ring 등)에서의 성능은 다를 수 있다.

저산소 시뮬레이션과 딥 스쿼트가 포함되어 있지만, 수면 중이나 장시간 일상 활동 중의 데이터는 포함되지 않았다. 혈압 추정의 MAE가 임상 기준을 충족하기에는 아직 부족하다.

마무리

이 데이터셋과 RingTool은 스마트링이라는 새로운 폼팩터에 특화된 최초의 공개 벤치마크로, 반지 기반 건강 모니터링의 표준 평가 기준을 제공한다. 스마트링 시장의 급성장과 함께 이 벤치마크의 중요성은 더욱 커질 것이다.