우리들의 일상에서 분리할 수 없는 이것!
바로 '스마트 워치!'
하지만 이 스마트 워치의 심박수를 측정하는 광혈류 측정 방식인 PPG의 오차와 정확도
저하는 아직도 인간의 과학기술이 해결해 나가야하는 숙제이다.
1. 스마트워치 PPG 측정 방식의 근본적 한계
스마트워치의 심박 측정은 간단히 말해 ‘빛을 쏘고 반사된 양을 읽는다’ 정도로 단순하게 설명되지만,
실제로는 훨씬 복잡한 해석 과정을 거친다.
시계 바닥에서 방출된 LED가 피부를 지나 혈관에 도달하고, 혈류가 흐르는 동안 빛이 미세하게 변형되어
다시 센서로 돌아오는 과정은 여러가지 변수에 영향을 받는다.
이 광학 기반 방식은 외부 간섭을 매우 민감하게 흡수하는 특성이 있어 사용자의 건강상태가 조금만 달라져도 반사광 패턴이
즉시 변형된다. 이를 데이터로 해석하는 알고리즘은 흔들리는 신호의 방향성을 파악하기 위해 끊임없이 추정 작업을 수행한다.
문제는 이 방식이 구조적으로 ‘완벽한 기준점’을 갖기 어렵다는 데 있다. 심전도(ECG)처럼 전기 신호를 직접 측정하는 것이 아니라, 혈액 흐름이 빛을 어떻게 다루는지 간접적으로 해석해야 하기 때문인데 완벽한 환경에서는 비교적 정확하게 작동할 수 있지만
실제 손목에서는 그 환경이 거의 유지되는 것이 어렵다.
사용자의 온도, 피부 구조, 수분량, 손목의 탄력 정도, 혈관의 깊이 등 수많은 변수가 한꺼번에 영향을 미칠 수 있다.
이런 요소는 단순히 ± 오차 문제를 넘어서, 근본적으로 센서가 읽어야 하는 신호형태 자체를 바꿔버리기도 한다
2. 스마트워치 PPG 센서 오차가 발생하는 동역학적 요소
PPG 신호는 정적일 때보다 동적 상황에서 크게 흔들린다. 예를 들어 러닝이나 빠른 걷기처럼 손목이 앞뒤로 크게 움직이는 경우, 광센서가 받아들이는 신호는 혈류의 변화를 반영하기 전에 외부 흔들림에 먼저 반응한다. 센서는 이 외란을 보정하려고 하지만, 신호가 워낙 일정하지 않기 때문에 보정 알고리즘이 ‘무엇이 진짜 맥박인지’ 판단하기 어려워진다. 이 과정에서 심박이 실제보다 높게 튀거나 반대로 일부 구간에서 심박을 놓치는 현상이 발생한다.
피부색이나 문신 또한 오차를 유발하는 요인이다. 빛의 반사와 흡수는 색소 침착 정도와 표피 특성에 따라 달라지는데, 특히 문신처럼 색소가 깊게 들어간 영역은 특정 파장의 빛을 완전히 흡수하거나 왜곡한다. 이 경우 센서는 정상적인 파형을 구성하는 데 필요한 일관된 반사 정보를 얻기 어렵고, 결과적으로 알고리즘은 불안정한 데이터를 기반으로 값을 추정하게 된다. 체모가 많은 경우에도 빛의 경로가 흐트러져 반사광의 패턴이 깨지기 때문에 신호 품질이 저하된다.
또 다른 문제는 착용 압력이다. 사용자는 ‘좀 더 꽉 끼면 정확하겠지’라고 생각하지만, 실제로 지나치게 압박하면 미세 혈류 흐름이 왜곡되어 파형이 오히려 불규칙해진다. 반대로 너무 느슨하면 외부광이 유입되고, 이는 센서가 강하게 반응하는 노이즈로 들어온다. 결국 PPG 센서는 외부 환경에 지나치게 예민한 측정 방식이라는 점이 한계로 남는다.
3. 운동 상황에서 드러나는 스마트워치 PPG의 취약성
스마트워치 심박값이 운동 중 갑자기 치솟거나 반대로 들쑥날쑥하게 떨어지는 사례가 흔한 이유는, 손목이라는 부위가 운동 시 가장 불규칙하게 움직이는 구조이기 때문이다. 손가락이나 귀 같은 부위보다 손목은 형태 변형
이 크고 근육 작용도 다양해, 빛이 투과되는 깊이가 지속적으로 달라진다. 센서는 이 변화를 혈류 변화로 오인하는 경우가 많아 실제보다 높게 해석되거나, 반대로 혈류 신호가 가려져 낮게 판단되기도 한다.
또한 운동 중에는 땀이 흐르면서 피부 표면의 굴절률이 순간적으로 바뀐다. 이 작은 변화만으로도 반사되는 빛의 성질이 변형된다. 특히 고강도 훈련 시 땀이 방울 형태로 맺히면 센서 위에 작은 렌즈가 생성된 것처럼 굴절이 일어나, 파형이 비정상적으로 확대 혹은 축소된다. 이는 알고리즘이 정상적인 심박 패턴을 분리해내기 어렵게 만드는 원인이 된다.
심박은 규칙적이지만 PPG 파형은 매우 민감하기 때문에, 운동 중 신호 품질은 순식간에 떨어질 수밖에 없다. 결국 이 방식은 정적 환경과 동적 환경에서의 오차 편차가 극단적으로 벌어진다. 이 차이는 기기 성능 차이보다 구조적 특성의 문제에 가깝다.
4. 스마트워치 PPG 오차를 줄이기 위한 현실적 해결방법
완벽한 PPG 측정은 구조적으로 불가능하지만, 오차를 줄이는 방법은 분명 존재한다. 먼저 착용 위치를 손목뼈 바로 위가 아니라 약간 더 위쪽, 즉 맥박이 강하게 촉지되는 영역에 맞추는 것이 좋다. 이 위치는 피부가 상대적으로 평평하고 혈관이 가깝기 때문에 빛의 반사 패턴이 안정된다. 또 너무 꽉 조이기보다 손목이 흔들리지 않을 정도의 안정된 압력만 유지하는 것이 중요하다.
기기 선택도 유의해야 한다. 최근 모델일수록 여러 파장을 이용해 데이터를 종합한다. 과거에는 녹색 LED만 사용했다면, 최신 기기는 적외선·적색·청색을 혼합해 다양한 깊이의 혈류를 관찰한다. 이는 특정 피부 조건에서 생기는 왜곡을 최소화하는 데 도움이 된다. 또한 AI 기반 노이즈 제거 알고리즘이 탑재된 모델은 신체 움직임을 비롯한 외란을 분석해, 불필요한 신호를 걸러내고 맥박에 가까운 패턴만 남기려는 시도를 한다.
결국 PPG 심박은 ‘완벽한 수치’가 아니라 ‘경향성 지표’로 이해하는 것이 가장 현명하다. 절대값이 아니라 패턴을 읽는 데 활용해야 한다. 이 방식이 가진 근본적인 특성을 이해하고 사용한다면, 오차가 있더라도 충분히 의미 있는 데이터를 얻을 수 있다.
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