KR100756875B1 - 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의추정이 가능한 변기 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심전도와 맥파를 측정하여 피검자의 혈압을 추정하기 위한 측정장치에 관한 것으로서, 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 심전도(ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정용 전극을 각각 설치하고, 그 하부면 적소에 광체적 변동도(PPG)를 측정하기 위한 광체적 변동 측정기를 설치함으로써 매일 아침에 용변을 보는 가운데 피검자가 자각 또는 의식을 하지 않는 무구속 상태에서 혈압을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자의 심전도(ECG : Electrocaridiogram)와 맥파(Pulse Wave)를 측정하여 피검자의 혈압을 추정할 수 있으며, 무구속으로 측정되는 심전도와 광체적 변동도를 통하여 심박수(Heart Rate), 심박의 변화(Heart rate variability), 동맥 경화 정도(Augmentation Index), 맥파 전달속도 등의 신체 관련 파라미터 및 이에 따른 건강 정보를 추출할 수 있는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은 신체에 접촉하여 심전도와 맥파를 측정하여 피검자의 혈압을 추정하기 위한 측정장치에 있어서, 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 설치되는 심전도 측정용 전극; 상기 변좌의 내부 적소에 구비되는 광체적 변동 측정기; 상기 심전도 측정용 전극 및 광체적 변동 측정기와 케이블로 연결되되, 인가되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기를 통하여 입력되는 신호에 따라 맥파 전달시간을 연산하여 혈압을 추정한 후 표시부로 출력하기 위한 디지털 신호처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
심전도, 맥파, 혈압, 광체적 변동도, 맥파 전달시간, 무구속, 구리테이프, 무게 감지부
Description
도 1은 종래 기술에 따른 심전도를 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 심전도 측정장치의 사용예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 종래 기술에 따른 맥파 전달시간에 대한 정의를 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도,
도 6a, 도 6b는 실제적인 맥파 전달시간과 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템의 맥파 전달시간을 비교하는 상관도,
도 7a, 7b, 7c는 다양한 혈압 변화를 발생시킬 수 있는 실험 프로토콜에 의해 측정된 혈압 및 맥파 전달시간을 나타내는 도면,
도 8a, 8b, 8c는 도 7a와 도 7b와 도 7c를 통한 실험 프로토콜을 다양한 피검자에게 적용하여 측정된 측정값을 나타내는 도면,
도 9는 도 8a, 8b, 8c를 통한 각 피검자에 따른 측정값을 나타내는 도표,
도 10a, 도 10b, 도 10c는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 시간의 흐름에 따라 여러 사람에게 적용할 경우의 혈압과 맥파 전달시간을 비교하는 도면,
도 11은 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템에 적용된 실제 측정된 혈압과 추정된 혈압을 혈압과 맥파 전달시간의 회귀 분석식을 통하여 비교하는 도면,
도 12는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 일상 생활에 15일간 적용하여 측정된 혈압과 추정된 혈압을 비교하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 변기 시스템, 3 : 변좌,
10 : 심전도 측정용 전극, 11 : 구리테이프,
30 : 광체적 변동 측정기, 31 : 광체적 변동도 센서,
33 : 발광부, 35 : 감지부,
50 : A/D 변환기, 70 : 디지털 신호처리부,
71 : 필터, 73 : 표시부.
본 발명은 신체에 접촉하여 심전도와 맥파를 측정하여 피검자의 혈압을 추정하기 위한 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 심전도(ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정용 전극을 각각 설치하고, 그 하부면 적소에 광체적 변동도(PPG)를 측정하기 위한 광체적 변동 측정기를 설치함으로써 매일 아침에 용변을 보는 가운데 피검자가 자각 또는 의식을 하지 않는 무구속 상태에서 혈압을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자의 심전도(ECG : Electrocaridiogram)와 맥파(Pulse Wave)를 측정하여 피검자의 혈압을 추정할 수 있으며, 무구속으로 측정되는 심전도와 광체적 변동도를 통하여 심박수(Heart Rate), 심박의 변화(Heart rate variability), 동맥 경화 정도(Augmentation Index), 맥파 전달 속도 등의 신체 관련 파라미터 및 이에 따른 건강 정보를 추출할 수 있는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 의학 분야에 있어서 혈압은 건강 진단을 측정하기 위한 기본으로 사용되고 있으며, 이러한 혈압은 고혈압의 조기 진단 또는 예방 등의 적절한 치 료를 위하여 사용되고 있다.
여기서, 혈압이란 혈액이 혈관 속을 흐르고 있을 때 혈관벽에 미치는 측압(側壓)을 말한다. 한편, 혈압은 동맥혈압 ·모세관혈압 ·정맥혈압 등으로 구별되는데, 보통 혈압이라고 하면 동맥혈압을 말한다.
상술한 바와 같이 건강 진단을 측정하기 위한 기본 파라미터로 사용되는 혈압의 측정 방법은 일반적으로 오실로메트릭 방법을 이용하며, 오실로메트릭 방법은 시중에 판매되는 전자 혈압계의 측정원리이다. 즉, 피검자의 팔에 착용되는 커프의 압력을 높여 팔을 조임으로써 동맥의 혈류를 방해한 후 커프의 압력을 낮춤으로써 좁아진 혈관을 지나는 혈류의 흐름을 측정하도록 이루어진다.
여기서, 일반적으로 사용되는 오실로메트릭 방법에 따라 혈압을 측정할 경우 잦은 측정에 따라 피검자의 팔에 멍이 드는 현상이 발생된다. 즉, 팔에 커프를 착용한 후 압력을 높여 동맥을 혈류를 방해함으로써 혈압을 측정하는 오실로메트릭 방법을 반복적으로 시행할 경우, 혈관을 흐르는 혈류의 이동을 방해함으로 인해 내부 조직이 괴사하여 멍이 드는 현상이 발생되며, 공기 주입으로 인한 압박으로 통증을 느끼는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점으로 인해 혈압을 보다 자유로운 상태에서 정확하게 측정하기 위한 많은 방법들이 제안되고 있으며, 그 중 하나가 맥파의 전달 시간이 혈압과 어느 정도의 상관 관계가 있음을 이용하는 방법이며, 피검자가 검사를 의식하지 않는 무구속 상태에서 혈압을 측정함으로써 보다 정확한 측정값을 얻어내고, 이로 인해 여러가지 건강 정보 등을 얻기 위한 다양한 장치 및 방법이 제안되고 있 는 실정이다.
한편, 심전도(ECG : Electrocaridiogram)란, 심장의 수축에 따른 활동 전류를 곡선으로 기록한 것으로 심장 전기도의 약칭으로서, 심근의 흥분은 정맥동(靜脈洞)에서 일어나 심방, 심실 방향으로 나아가므로 이 흥분을 임의의 두 점에서 전류계(심전계)에 유도하면 심장의 활동전류가 그래프로 묘사된다.
이와 같은 방법을 이용하여 심근이 활동할 때 일어나는 전기적인 흥분으로 인해 발생되는 활동 전위가 신체의 표면에 전달된 후 전류에 의한 파형으로 기록되는 것이 심전도이며, 심장질환을 진단하는데 있어 매우 중요하다.
여기서, 심장의 기저부(基底部)가 흥분해서 첨부(尖部)에 대하여 전기적으로 음성이 될 때 전류계의 지침(바늘)이 위쪽으로 향하게 곡선을 그릴 경우, 등전위선(等電位線)에서 돌출하는 곳을 W. 에인트호벤의 명명에 따라 P, Q, R, S, T, U파(波)라고 한다.
이렇게 심장질환을 진단하기 위한 심전도를 얻는 방법으로는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 양 손(제1 유도 : Lead Ⅰ), 오른손과 왼발(제2 유도 : Lead Ⅱ), 왼손과 왼발(제3 유도 : Lead Ⅲ)의 표준지유도(標準肢誘導)를 이용한 심전도 측정방법이 사용되고 있으며, 그 외에 단극유도(單極誘導) ·흉부유도 등이 있다.
심전도의 측정은 협심증이나 심근경색(心筋梗塞) 등의 관동맥 질환을 비롯하여 여러 가지 부정맥(不整脈)이나 전해질이상(電解質異常) 등을 진단함에 있어, 또는 수술 중의 심장이상의 유무의 조사, 확인함에 있어 그 응용면이 넓고, 심장질환의 진단학상 매우 중요하다.
이러한 심전도는 근전도, 뇌파, 생체 임피던스 신호와 더불어 대표적인 생체전기 신호로서, 피검자의 건강 상태를 비관혈적(non-invasive)인 방법으로 진단하는데 있어 가장 기본이 되는 신호이며, 심전도는 호흡 신호와 함께 가장 기본이 되는 바이탈 신호로 임상에서 널리 사용되고 있다.
이렇게 적절한 치료를 위해 심전도, 근전도, 뇌전도 등의 생체 전위를 측정하는 의학 분야에 있어 체내의 전기 신호를 외부 장치로 보내 적절한 치료를 위한 진단을 하는 방법이 근래 들어 상용화되고 있는 실정이다.
종래 기술에 따른 심전도의 측정장치 및 측정방법은 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 전도성 섬유 전극(100)과 심전도 앰프(200)로 구성되되, 상기 전도성 섬유 전극(100)은 침대 시트에 부착된 3개의 전도성 섬유 패치(101, 101')로 이루어진다.
여기서, 상기 전도성 섬유(100)는 폴리에스테르 필라멘트에 구리와 니켈이 코팅된 것으로 전기가 도통되도록 이루어진다.
피검자가 심전도를 측정하기 위하여 가슴 또는 어깨가 외부로 일부 노출되는 속옷 상의 및 반바지 등의 의복을 착용한 후 침대의 시트 바닥면에 등을 대고 누워 침대 시트의 바닥면 일측에 구비되는 2개의 전도성 섬유 패치(101)를 피검자의 등 또는 양 측 어깨에 맞닿도록 위치시키고, 타측에 구비되는 1개의 전도성 섬유 패치(101')를 피검자의 양 측 발이 맞닿도록 위치시킨다.
이렇게 피검자의 신체 일부를 각각의 전도성 섬유 패치(101, 101')에 맞닿도록 위치시킨 다음, 도 1에서 설명한 바와 같이, Lead Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ를 이용한 심전도 측정방법을 통하여 심전도 앰프로 측정하였다.
상술한 바와 같이, 혈압 또는 심전도를 정확히 측정하기 위해서는 병원 등의 의료기관을 이용하여야 하기 때문에 혈압 또는 심전도 측정을 위해서는 병원에 진료를 받기 위하여 가야 한다는 번거로움이 있었다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가정에서 혈압 또는 심전도를 측정할 수 있는 장치가 제안되었으나, 비숙련자가 가정에서 연속적으로 혈압 또는 심전도를 측정하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 비숙련자가 사용하기에 불편하다는 등의 한계가 있었다.
또한, 일반 가정에서 피검자가 혈압 또는 심전도 측정 시 측정을 의식하기 때문에 보다 정확한 측정값을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다. 즉, 피검자가 혈압 또는 심전도 측정을 의식한 상태에서 혈압 또는 심전도를 측정하기 때문에 혈압 또는 심전도 측정에 따른 오차(White coat effect)로 인해 부정확한 진단을 초래할 수 있다는 문제점이 있었다. 즉, 측정을 위하여 병원 등의 의료기관 및 의료기관의 진찰자 앞에 설 경우, 피검자는 긴장상태에 돌입하고, 이로 인해 혈압 또는 심전도가 평상 시와 달라 부정확한 측정값을 얻을 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 심전도(ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정용 전극을 각각 설치하고, 그 하부면 적소에 광체적 변동도(PPG)를 측정하기 위한 광체적 변동 측정기를 설치함으로써 매일 아침에 용변을 보는 가운데 피검자가 자각 또는 의식을 하지 않는 무구속 상태에서 혈압을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자의 심전도(ECG : Electrocaridiogram)와 맥파(Pulse Wave)를 측정하여 피검자의 혈압을 추정할 수 있으며, 무구속으로 측정되는 심전도와 광체적 변동도를 통하여 심박수(Heart Rate), 심박의 변화(Heart rate variability), 동맥 경화 정도(Augmentation Index), 맥파 전달 속도 등의 신체 관련 파라미터 및 이에 따른 건강 정보를 추출할 수 있어 실제 가정 생활에서 간편하고 용이하게 건강 진단을 위하여 사용될 수 있으며, 피검자가 측정을 의식하는 가운데 발생하는 오차(White Coat Effect)를 줄일 수 있어 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신체에 접촉하여 심전도와 맥파를 측정하여 피검자의 혈압을 추정하기 위한 측정장치에 있어서, 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 설치되는 심전도 측정용 전극; 상기 변좌의 내부 적소에 구비되는 광체적 변동 측정기; 상기 심전도 측정용 전극 및 광체적 변동 측정기와 케이블로 연결되되, 인가되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기를 통하여 입력되는 신호에 따라 맥파 전달시간을 연산하여 혈압을 추정한 후 표시부로 출력하기 위한 디지털 신호처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 심전도 측정용 전극은 구리테이프로 이루어진다.
여기서, 상기 광체적 변동 측정기가 적외선을 발산하는 발생부와 발산된 후 반사되는 적외선을 감지하는 감지부로 이루어지는 반사형 광체적 변동도 센서로 구비된다.
더불어, 상기 반사형 광체적 변동 측정기에 무게를 감지하기 위한 무게 감지부가 더 포함된다.
한편, 상기 디지털 신호처리부에 상기 A/D 변환기에서 출력되는 디지털 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터가 더 포함된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 나타내는 사시도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)은 심전도 측정용 전극(10)과 광체적 변동 측정기(30)와 A/D 변환기(50)와 디지털 신호처리부(70)로 구성된다.
상기 심전도 측정용 전극(10)은 일반적으로 가정 내에서 사용되는 로우탱크형 변기의 변좌(3), 즉 피검자의 둔부가 맞닿는 위치의 변좌(3) 상부면 소정위치에 다수개로 구비된다.
여기서, 상기 심전도 측정용 전극(10)은 전기의 도통이 가능한 구리테이프(11)로 이루어지며, 변좌(3)의 상부면에 부착되기 위하여 변좌(3)의 상부면에 맞닿는 일측면이 접착부재로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 심전도 측정용 전극(10)은 구리테이프(11)로 이루어져 있으나, 전기의 도통이 가능하고, 판체 또는 밴드형상으로 형성하여 변좌(3)의 상부면 적소에 부착가능하다면 기타 다양한 재질의 테이프로 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기 로우탱크형 변기의 변좌(3) 내부 적소에 반사형 광체적 변동도 센서로 이루어지는 광체적 변동 측정기(30)가 구비되며, 상기 광체적 변동 측정기(30)를 통하여 피검자의 맥파를 측정하도록 이루어진다.
여기서, 상기 광체적 변동 측정기(30)는 적외선을 발산하는 광체적 변동도 센서(31)로 이루어지고, 상기 광체적 변동도 센서(31)는 변좌(3)의 내부 적소에 구비되어 외부로 노출되지 않으며, 이로 인해 무구속으로 피검자의 광체적 변동도, 즉 맥파를 측정한다.
상기한 바와 같이, 변좌(3)의 내부에 구비되는 광체적 변동도 센서(31)에 의하여 신체의 경동맥, 요골동액, 지첨맥, 대퇴동맥, 족배동맥 등에서 발생되는 신호를 검출하게 된다.
여기서, 광체적 변동도 센서(31)는 발광부(33)와 감지부(35)로 구성되며, 상 기 발광부(33)는 피검자의 둔부 또는 허벅지에 적외선을 발산하도록 이루어지고, 상기 감지부(35)는 발광부(33)에서 발산된 후 반사되는 적외선을 감지하도록 이루어진다.
즉, 맥은 맥동에 의하여 혈관의 부피가 변동되며, 적외선 또는 가시광선 등의 일정한 파장을 가진 광을 제공하였을 경우 혈관 부피의 증, 감에 따라 흡수하는 양이 달라지며, 가령 100만큼의 광을 발산하였을 경우 흡수되지 않고 반사되는 양이 맥박이 뜀에 따라 바뀔 수 있다.
이러한 원리를 이용하여 발광부(33)를 통하여 발산된 후 반사되는 적외선의 속도 또는 양이 감지부(35)로 입력되고, 입력되는 적외선의 속도 또는 양에 따라 전류 및 전압이 다르게 나타나며, 이로 인해 광체적 변동도를 측정할 수 있다.
한편, 상기 A/D 변환기(50)는 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)에 케이블을 통하여 연결되되 상기 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)를 통하여 측정되는 심전도 및 맥파 측정값, 즉 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 역할을 담당한다.
상기 디지털 신호처리부(70)는 상기 A/D 변환기(50)를 통하여 디지털 신호로 변환된 심전도와 맥파 신호에서 노이즈를 제거하기 위한 필터(71)가 구비되고, 상기 필터를 통하여 노이즈가 제거된 신호에서 맥파 전달시간을 연산한 후 이에 따른 혈압을 추정하여 출력하기 위한 표시부(73)가 구비된다.
여기서, 상기 A/D 변환기(50)와 디지털 신호처리부(70)는 비데 기능을 갖는 변기 시스템(1)의 제어부에 구비되되, 상기 피검자의 심전도 및 맥파를 측정하기 위한 심전도 측정용 전극(10)과 광체적 변동 측정기(30)에 연결된다.
한편, 상기 디지털 신호처리부(70)에는 상기 심전도 측정용 전극(10)과 광체적 변동 측정기(30) 및 A/D 변환기(50)를 통하여 입력되는 각종 측정값을 제어 또는 연산하기 위한 제어부가 구비된다.
이하, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)을 이용한 심전도 및 맥파 측정과정을 설명한다.
먼저, 피검자가 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)의 변좌(3)에 앉는다.
상기한 바와 같이, 피검자가 변기 시스템(1)의 변좌(3)에 앉게 되면, 피검자의 둔부 또는 허벅지가 위치하는 변좌(3)의 상부면 소정위치에 구비되는 심전도 측정용 전극(10)은 도통하고 이로 인해 피검자가 의식하지 않는 무구속 상태로 심전도를 측정하고, 변기 시스템(1)의 변좌(3) 내부 적소에 구비되되 광체적 변동도 센서(31)로 이루어지는 광체적 변동 측정기(30)에서 발산되는 적외선에 의하여 피검자의 맥파를 측정한다.
다시 말하면, 피검자가 본 발명에 의한 변기 시스템(10)의 변좌에 앉게 되면, 변좌(3)의 상부면에 구리테이프(11)로 구비되는 심전도 측정용 전극(10)에 전기가 도통하여 피검자의 신체에서 발생되는 전류에 따른 전위차, 즉 생체 전기가 발생되어 피검자의 심전도값이 측정되고, 피검자가 변좌(3)의 상부에 앉음으로써 피검자의 하중에 의해 동맥이 가압되는 둔부 또는 허벅지에 광체적 변동도 센서(31)의 발광부(33)에서 적외선을 발산하고, 발산된 적외선 중 가압되는 동맥에 따라 혈류의 이동이 방해되는 둔부 또는 허벅지의 소정부분에 흡수된 후 반사되는 적외선의 속도 또는 양을 감지부(35)에서 감지하여 피검자의 맥파값이 측정된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 변기 시스템(1)의 변좌(3)에 앉음으로써 가압받는 피검자의 둔부 또는 허벅지에 광체적 변동도 센서(31)의 발광부(33)에서 적외선을 발산한 후 반사되는 적외선의 속도 또는 양을 감지부(35)에서 감지하여 피검자의 맥파값을 측정하도록 이루어져 있으나, 피검자의 둔부 또는 허벅지에 광체적 변동도 센서(31)의 발광부(33)에서 발산한 후 반사되는 적외선의 반사 시간을 감지부(35)에서 감지하여 피검자의 맥파값을 측정하도록 이루어지는 것도 바람직하다.
이렇게 상기 변기 시스템(1)의 변좌(3)에 구비되는 심전도 측정용 전극(10)과 광체적 변동 측정기(30)를 통하여 측정되는 심전도 및 맥파의 아날로그 측정값은 A/D 변환기(50)를 통하여 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호로 변환된 각각의 측정값은 디지털 신호처리부(70)로 입력된 후 필터(71)를 통하여 노이즈가 필터링되어 제거된 후 맥파 전달시간이 연산되고, 연산값에 따른 혈압을 추정하여 표시부(73)로 출력한다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 A/D 변환기(50)와 디지털 신호처리부(70)가 일상 생활에서 사용되는 비데 기능을 갖는 변기 시스템(1) 제어장치에 적용되고, 변좌(3)의 상부면 또는 내부에 구비되는 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)에 연결되도록 이루어져 있으나, 일반적으로 사용되는 로우탱크 변기 시스템(1)에 적용될 경우 상기 A/D 변환기(50)와 디지털 신호처리부(70)만을 적용할 수 있는 별도의 하우징이 구비되고, 상기 A/D 변환기(50)와 디지털 신호처리부(70)가 변좌(3)의 상부면 또는 내부에 구비되는 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)에 연결되도록 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)의 디지털 신호처리부(70)가 가정 내에 구비되는 전화기 또는 휴대용 이동통신 단말기, PDA 등의 통신장비와 유, 무선으로 연결되고, 상기 통신장비는 병원 등의 의료기관과 유, 무선으로 연결되도록 이루어짐으로써 피검자를 통하여 측정된 측정값에 따른 안전사고 발생 시 의료기관에 자동 연결되어 엠블런스 등의 구급차량을 지원받도록 이루어짐으로써 가정에서 발생될 수 있는 의료 안전사고를 예방하도록 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)의 디지털 신호 처리부(70)가 수용되는 제어장치의 적소에 USB 포트가 구비됨으로써 별도의 USB 연결 케이블을 이용하여 이동통신 단말기, PDA, 저장장치 등으로 피검자의 각종 측정값을 제공받을 수 있도록 이루어지는 것도 가능하며, 측정 년, 월, 일에 따른 피검자의 측정값 주기를 파악하도록 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 상기 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템이 휴대용 이동통신 단말기 또는 PDA 등의 무선 통신장비와 무선으로 연결되는 것도 가능하며, 이때에는 블루투스(Bluetooth) 또는 ZigBee 등의 무선통신을 통하여 데이터를 송/수신하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도로서, 도 4를 참조하여 설명한다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템(1)의 변좌(3)의 상부면 또는 그 내부에 심전도 측정용 전극(10)과 광체적 변동 측정기(30)가 설치되고, 이를 제외하고 실제 회로 부분과 연산을 담당하는 A/D 변환기(50) 및 디지털 신호처리부(70) 등의 마이크로 컨트롤러 부분은 비데형 변기 시스템(1)의 하우징 부분의 공간을 이용하여 삽입설치되는 것이 바람직하나, 비데형 변기 시스템(1)의 제어부 내에 구비되는 것도 가능하다.
더불어, 상기 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)와 A/D 변환기(50)를 상호 연결시키는 케이블 또한 비데형 변기 시스템(1)의 하우징 부분의 소정 공간을 이용하여 매립설치되도록 이루어지는 것도 가능하다.
도 6a, 도 6b는 실제적인 맥파 전달시간과 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템의 맥파 전달시간을 비교하는 상관도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 통하여 계산되는 맥파 전달시간이 실제적인 맥파 전달시간으로서의 기능을 수행할 수 있는지의 여부에 대한 검증을 나타내는 것으로 심전도와 발가락에서 측정한 맥파와의 맥파 전달시간을 나타낸 것과 심전도와 허벅지에서 측정한 맥파와의 맥파 전달시간을 나타낸 것이다.
한편, 기존에 알려진 바에 따르면 맥파 전달시간과 혈압간에 상관도가 있다는 것을 알 수 있으며, 이로 인해 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 이용하여 혈압을 추정할 경우, 변좌에 앉는 피검자의 허벅지 또는 둔부를 통하여 맥파 전달시간을 측정하게 된다.
여기서, 실제적인 맥파 전달시간은 일반적으로 사용되는 손가락과 발가락에서 측정되는 맥파 전달시간이며, 본 실시예에서는 변좌의 상부면에 맞닿고, 피검자의 하중에 의하여 가압되는 허벅지 또는 둔부를 통하여 측정되는 본 발명의 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템의 맥파 전달시간이 실제적인 맥파 전달시간으로서의 기능을 수행할 수 있는 지에 대한 실험이다.
실험 결과, 도 6a에서 도시하고 있는 바와 같이, x축이 실제 맥파 전달시간이고, y축이 본 발명에 의한 변기 시스템의 맥파 전달시간을 나타내는 것으로서, 각 맥파 전달시간의 상관도는 0.9774로 매우 높은 상관도를 갖는다. 이때, 각 맥파 전달시간에 따른 상관도가 1일 경우 가장 높은 상관도를 나타내고, 0일 경우 상관도가 없는 것을 나타내며, -1일 경우 반대 방향으로 가장 높은 상관도를 나타낸다.
또한, 도 6b에서 도시하고 있는 바와 같이, 실제적인 맥파 전달시간과 본 발명에 의한 맥파 전달시간에서의 차이를 나타내는 것으로서, y축의 0을 중심으로 수평방향으로 분포하는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 실제적인 맥파 전달시간과 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템의 맥파 전달시간에 차이가 없음을 알 수 있다.
이로 인해 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 통한 맥파 전달시간과 실제적인 맥파 전달시간은 매우 높은 상관도를 갖는다는 것을 알 수 있으며, 본 발명에 의한 변기 시스템을 통하여 기존의 맥파 전달시간으로서의 기능을 수행할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7a, 7b, 7c는 다양한 혈압 변화를 발생시킬 수 있는 실험 프로토콜에 의해 측정된 혈압 및 맥파 전달시간을 나타내는 도면이고, 도 8a, 8b, 8c는 도 7a와 도 7b를 통한 실험 프로토콜을 다양한 피검자에게 적용하여 측정된 측정값을 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8a, 8b, 8c를 통한 각 피검자에 따른 측정값을 나타내는 도표로서, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템과 다양한 실험 프로토콜에 따라 각 피검자의 맥파 전달시간이 실질적인 혈압과의 상관도를 알아보고, 회귀분석을 가능하게 만들기 위하여 다양한 혈압을 추정할 수 있는 실험 프로토콜을 나타내는 것이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c에 도시하고 있는 바와 같이, 숨을 들어 마시고, 내뱉는 가운데 갑자기 숨을 참고, 배에 힘을 주는 발살바 조정(Valsalva Manuever)에 따른 측정방법과 차가운 얼음물에 발을 1분간 담근 후 발을 얼음물 바깥으로 빼는 냉 압박(Cold pressor) 검사에 따른 측정방법과 기마 자세를 5분간 유지하여 측정된 정적근육 운동(Static exercise)에 따른 측정방법을 3명의 피검자에게 실험한 결과, 3명의 피검자에게 측정되어 계산된 혈압과 맥파 전달시간은 도면에서 도시하고 있는 바와 같다.
이를 토대로, 도 8a, 도8b, 도8c와 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이, 피검자 JS는 발살바 조정에 따른 상관계수가 -0.7004로 나타나고, 냉압박 검사에 따른 상관계수가 -0.9400으로 나타나며, 정적근육 운동에 따른 상관계수가 -0.9391로 나타남으로써 상기한 세가지 측정방법에 따른 상관계수가 -0.9625로 나타난다.
그리고, 피검자 JW는 발살바 조정에 따른 상관계수가 -0.9586으로 나타나고, 냉압박 검사에 따른 상관계수가 -0.7210으로 나타나며, 정적근육 운동에 따른 상관계수가 -0.9394로 나타남으로써 상기한 세가지 측정방법에 따른 상관계수가 -0.9504로 나타나며, 피검자 KK는 발살바 조정에 따른 상관계수가 -0.8263으로 나타나고, 냉압박 검사에 따른 상관계수가 -0.8217로 나타나며, 정적근육 운동에 따른 상관계수가 -0.7330으로 나타남으로써 상기한 세가지 측정방법에 따른 상관계수가 -0.8050으로 나타난다.
여기서, JS, JW, KK는 각 실험의 피검자를 나타내며, R은 상관계수를 의미하는 것으로 두 개의 상호 연관을 나타낼 때 쓰이는 용어이다.
이렇게 3명의 피검자에게 3가지 실험을 한 결과, 한 사람의 피검자에게 3가 지 실험에 대한 상관도는 유사하고, 이로 인해 3가지 실험을 합친 결과에 따른 상관도도 높게 나타나지만, 한가지 실험에 대한 3명의 피검자의 상관도는 떨어지는 것을 알 수 있다.
즉, 3명의 피검자의 각 기울기와 절편 등의 측정값은 상호 떨어져서 분포하고 있으나, 3명의 피검자 각각의 실험 관점에서 살펴보면 각각의 실험이 비교적 일치되는 직선상을 나타내는 것을 알 수 있다.
이를 통하여 본 발명에 의한 변기 시스템으로 계산된 맥파 전달시간을 회귀분석을 통해 혈압을 추정할 경우 여러 사람에 대해 일반적으로 적용하는 경우 보다 한 사람에게 적용할 경우, 정확한 측정값을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
즉, 일반 가정에 구성원이 4명일 경우, 4명의 피검자가 변좌(3)에 앉았을 때 측정되는 심전도와 맥파에 따라 피검자의 구별은 가능하나, 어느 한 구성원의 측정값에 따른 데이터베이스를 설정하기 위하여 4명의 구성원 중 어느 한 구성원의 심전도와 맥파를 다수번 측정하여 맥파 전달 시간에 따른 혈압값의 데이터 베이스를 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 변기 시스템(1)의 광체적 변동 측정기(30)의 광체적 변동도 센서(31)의 발생부(33) 및 감지부(35)를 통하여 변좌(3)에 앉는 피검자의 둔부 또는 허벅지로 적외선을 발산한 후 반사되는 적외선의 속도 또는 양에 따라 피검자를 구별하도록 이루어지나, 상기 변기 시스템(1)의 변좌(3) 내부에 구비되는 광체적 변동 측정기(30)가 변좌(3)에 앉는 피검자의 무게를 감지할 수 있는 별도의 무게 감지부가 포함되어 피검자의 무게를 측정한 후 변좌(3)에 앉는 피검자를 구별하도록 이루어지는 것도 가능하다.
도 10a, 도 10b, 도 10c는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 시간의 흐름에 따라 여러 사람에게 적용할 경우의 혈압과 맥파 전달시간을 비교하는 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 각기 다른 날에 측정된 데이터를 분석한 것으로 반복성에 대하여 검증한 화면으로 각각의 피검자의 경우 서로 다른날, 즉 시간의 흐름에 따라 측정하여 계산된 맥파 전달시간이 비교적 일치됨을 알 수 있으며, 그래프상에 사선방향으로 맥파 전달시간이 존재함을 확인할 수 있다.
즉, 한 사람의 피검자에 대한 다양한 실험 결과에 따른 각 측정값이 날짜의 흐름에 관계없이 유사한 상관도를 보이고, 이는 한 사람에 대해서 실험의 측정값에 따른 유사한 결론이 도출됨을 알 수 있다.
도 11은 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템에 적용된 실제 측정된 혈압과 추정된 혈압을 혈압과 맥파 전달시간의 회귀 분석식을 통하여 비교하는 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 피검자들의 회귀분석을 통하여 얻어진 식을 통해 실제 발살바 조정(Valsalva Manuever)에 따른 측정방법을 통하여 얻어진 혈압과 추정된 혈압을 나타낸 것으로 각각의 측정값이 일치함을 알 수 있으며, 심박율(Heart Rate)을 첨가한 다변수 회귀분석을 함으로써 더욱 오차를 줄일 수 있음 을 확인할 수 있다.
즉, 측정된 맥파 측정시간을 통하여 혈압값을 유추하고, 실제 측정된 혈압값을 비교한 결과 혈압은 맥파 전달시간에만 관계되지 않고, 심박동수와 연관이 있으며, 기타 다른 생체지수와 연관이 있는 것을 알 수 있다.
이렇게 심박동수를 동시에 측정하였을 경우 맥파 전달시간만으로 혈압을 추정한 경우와 심박동수와 맥파 전달시간을 동시에 고려하여 혈압을 추정한 경우를 비교하면 심박동수를 고려할 경우 혈압 추정의 오차가 감소함을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 일상 생활에 15일간 적용하여 측정된 혈압과 추정된 혈압을 비교하는 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템을 일상 생활에 적용하여 실제 15일간 매일 아침에 측정된 맥파 전달시간을 통하여 추정된 혈압값이 실제 측정된 혈압값과의 일치 정도를 나타내는 것으로 비교적 일치되고 있음을 알 수 있다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 피검자 JS의 데이터에서 "혈압 = 317.0151-0.6873 × 맥파 전달시간"임을 알 수 있으며, 이를 통하여 15일 동안의 피검자 JS의 추정되는 맥파 전달시간과 실제적인 맥파 전달시간을 비교한 결과이다.
여기서, 본 발명에 의한 변기 시스템을 통하여 추정되는 맥파 전달시간을 통 한 혈압 유추값과 실제적인 맥파 전달시간을 통한 실제 혈압값과의 차이가 없음을 알 수 있으며, 이를 통하여 본 발명에 의한 변기 시스템을 통하여 추정되는 맥파 전달시간으로 추정되는 혈액값이 실제적인 맥파 전달시간으로 측정된 혈액값과 비교적 일치함을 알 수 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 로우탱크형 변기의 변좌 상부면 소정위치에 심전도(ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정용 전극을 각각 설치하고, 그 하부면 적소에 광체적 변동도(PPG)를 측정하기 위한 광체적 변동 측정기를 설치함으로써 매일 아침에 용변을 보는 가운데 피검자가 자각 또는 의식을 하지 않는 무구속 상태에서 혈압을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자의 심전도(ECG : Electrocaridiogram)와 맥파(Pulse Wave)를 측정하여 피검자의 혈압을 추정할 수 있으며, 무구속으로 측정되는 심전도와 광체적 변동도를 통하여 심박수(Heart Rate), 심박의 변화(Heart rate variability), 동맥 경화 정도(Augmentation Index), 맥파 전달 속도 등의 신체 관련 파라미터 및 이에 따른 건강 정보를 추출할 수 있어 실제 가정 생활에서 간편하고 용이하게 건강 진단을 위하여 사용될 수 있으며, 피검자가 측정을 의식하는 가운데 발생하는 오차(White Coat Effect)를 줄일 수 있어 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
Claims (5)
- 신체에 접촉하여 심전도와 맥파를 측정하여 피검자의 혈압을 추정하기 위한 측정장치에 있어서,로우탱크형 변기의 변좌(3) 상부면 소정위치에 설치되는 심전도 측정용 전극(10);상기 변좌(3)의 내부 적소에 구비되는 광체적 변동 측정기(30);상기 심전도 측정용 전극(10) 및 광체적 변동 측정기(30)와 케이블로 연결되되, 인가되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 변환기(50); 및상기 A/D 변환기(50)를 통하여 입력되는 신호에 따라 맥파 전달시간을 연산하여 혈압을 추정한 후 표시부(73)로 출력하기 위한 디지털 신호처리부(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파 전달시간 및 속도 측정을 이용한 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 심전도 측정용 전극(10)은 구리테이프(11)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 광체적 변동 측정기(30)가 적외선을 발산하는 발생부(33)와 발산된 후 반사되는 적외선을 감지하는 감지부(35)로 이루어지는 반사형 광체적 변동도 센서(31)로 구비되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 반사형 광체적 변동 측정기(30)에 무게를 감지하기 위한 무게 감지부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 디지털 신호처리부(70)에 상기 A/D 변환기(50)에서 출력되는 디지털 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터(71)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무구속 맥파 전달시간 및 속도측정을 이용하여 혈압의 추정이 가능한 변기 시스템.
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