KR100855043B1 - 비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정방법 - Google Patents

Abstract

신체 부위에 착용 및 분리가 편리하고 간편하게 요골 동맥 맥파를 측정하여 이로부터 상완/요골 및 중심 대동맥의 연속 혈압값 및 동맥 탄성도를 표시할 수 있는 비침습적 연속혈압, 동맥탄성도 측정 장치 및 그 방법이 개시된다. 이 장치는, 가압대(Cuff)를 사용하지 않고 신체의 요골 혹은 경동맥 부위에 장착하여 신체로부터 검출한 적어도 하나 이상의 맥파 신호, 적외선 흡수/반사 신호, 그리고 심전도 신호를 검출하는 센서부를 포함한 아날로그 신호 처리부, A/D 변환 및 디지털 신호처리부를 포함한 제어부, 디스플레이부 및 외부 기기와의 통신을 위한 인터페이스부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 장치 및 방법은 기존의 cuff 를 사용하여 측정하고 있는 손목이나 상완 혈압은 물론이고 임상적으로 가장 큰 의미를 지닌 대동맥 중심 혈압 값을 비침습적이며 연속적으로 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 혈압 값만으로는 나타나지 않을 수 있는 동맥 탄성도의 정량적인 제공도 동시에 가능하다는 측면에서 기존의 혈압 측정 장치를 대체할 수 있는 산업적인 가치를 가지고 있고, 그 외에도 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 나타낼 수 있으므로 심혈관계 질환의 조기 진단에 적극적으로 활용될 수 있을 것이다.

비침습적 연속 혈압 측정, 전달함수(Transfer Function), 상완/요골 동맥 혈압, 대동맥 혈압, 동맥경화도, 증강지수(Augmentation Index), 심혈관계 질환진단

Description

비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정방법 {Method for noninvasive, continuous, and simultaneous measurement of blood pressure and arterial stiffness}

본 발명은 인체의 특정 동맥부위에서 발생하는 맥파(pulse wave)의 이용에 관한 것으로 압력 센서, 적외선 센서, 그리고 전극을 이용하여 맥파 신호와 심전도 신호를 획득하고 분석한 결과를 디스플레이에 출력하는데, 특히 대동맥 및 상완 동맥의 연속 혈압 값, 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 제공하는 비침습적 연속 혈압 및 동맥탄성도 측정방법에 관한 것이다.

심혈관계 질환의 발생은 산업화 사회로 발전해 나가는 과정에서 일어나는 육체활동의 감소 및 식생활의 변화에 따라 증가하는 면도 있지만, 질환의 발생이 연령의 증가에 따라 급격히 증가하는 것 역시 사회의 발전에 수반되는 고령화에 따라 심혈관계 질환의 중요성이 증가하는 이유 중 하나이다. 1999년 World Health Report에 의하면 감염성 질환이 주된 사망 원인이던 사회에서 심혈관계 질환이 주요 사망원인으로 전환되는 시대에 들어섰을 뿐만 아니라 가속화 되고 있다고 발표 했으며, 순환기계 질환은 서구 선진국의 경우 유병율, 치사율에 있어서 가장 중요한 성인병 중의 하나이고 성인에게 일어날 수 있는 급사의 주된 원인이 바로 협심증, 심근경색 등과 같은 관상동맥 질환이다. 최근 우리나라에도 사회 문화 환경 및 식생활 등의 서구화에 따른 순환계 질환이 크게 증가하여 사망률이 전체 인구 사망률의 30％ 이상을 차지하고 있는데 그 중에서도 특히 허혈성 심장병 등 관상동맥 질환으로 인한 사망률이 최근 10년 이내에 수십 배로 급증하고 있다.

동맥혈압은 혈액의 양, 혈관의 탄력성, 수축 저항 등에 의해 결정되며 심혈관계의 이상이나 부적절함을 나타내는 생명징후의 하나로서 모든 조직의 관류에 영향을 미치며 특히 뇌혈류나 관상혈류를 조절하는 주요 인자가 되고 있다. 2003년 미국에서 발표된 고혈압 지침에 따르면 혈압이 120/80 mmHg 이상인 상태부터 합병증의 발생이 높아지므로 120∼139/80∼89 mmHg 상태를 전고혈압(prehypertension)으로 분류하여 예방적 차원의 접근을 권장하고 있다. 이는 최근의 메타 분석에서 115/75 mmHg부터 심혈관 질환의 위험이 상승하고 20/10 mmHg 상승할 때마다 2배가 된다는 사실을 인정하는 것이며, 이러한 기준을 토대로 하면 미국의 경우 전 국민의 22％에 해당하는 4,500만명 그리고 60세 이상 인구의 전체가 혈압 관리 및 치료의 대상이 된다는 점에서 중요성이 다시 강조되고 있다.

이러한 고혈압은 동맥경화증을 유발하고 각종 심혈관 질환, 뇌혈관 질환 그리고 신장 질환을 유발한다. 고혈압의 원인으로는 말초혈관 저항의 증가와 체내 수분 저류가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 대부분의 고혈압은 말초혈관 저항의 항진, 즉 말초소동맥의 수축에 의해 초래된다. 그러나, 말초혈관 저항이 높 아졌다 하더라도 좌심실의 박출량이 낮을 경우에는 높은 혈압 값을 나타내지 않는 경우도 있을 수 있다. 즉, 상완 혈압 값과 대동맥 혈압 값의 상시적인 모니터링이 중요하다는 것은 의심의 여지가 없으나 말초혈관 저항 값도 혈압 값과 함께 상시적으로 모니터링 해야 할 중요한 지표임을 간과하여서는 안된다.

현재 혈압을 측정하는 방법으로는 침습적(invasive)인 방법과 비침습적(noninvasive)인 방법이 있는데, 수술실이나 중환자실에서 고 위험도 환자를 관리하는 경우에는 지속적으로 동맥혈압을 감시할 수 있고 또한 동맥혈액 가스분석을 위해 수시로 동맥혈액을 채혈할 수 있는 침습적인 방법을 이용하고 있는 실정이다. 그러나 침습적인 방법은 준비와 시술이 매우 번거롭고 감염이나 혈관폐쇄에 의한 조직 손상 등의 합병증을 유발할 수도 있으며 그 적용대상이 대부분 중환자에게 국한되어 있고 관리에 많은 주의가 요구되고 있다. 따라서 일상적인 측정에서는 가압대(이하, 'cuff' 라 약칭함)를 이용한 비침습적 방법이 주류를 이루고 있으나 이 방법은 연속적으로 혈압을 감시할 수 없고, 측정자의 주관에 따라서 차이가 발생할 수 있으며 또한 혈압이 어느 정도 이하로 감소하면 측정이 어렵다는 단점이 있다. 특히 어린이나 중환자들에게는 적용이 힘들고 이완기 혈압이 70mmHg 이하인 환자에 대해서는 정확도가 현저히 떨어짐이 보고되고 있다. 또한 cuff를 사용할 때 cuff를 감는 부위의 둘레에 대한 고려가 되지 않으면 정확한 혈압 값을 제공할 수 없다는 단점이 있으나 현재로서는 사용자의 팔 둘레를 고려한 cuff를 적용한다는 것은 현실적으로 불가능한 상황이다. 더구나 cuff를 사용하게 되면 200mmHg 정도의 압력을 인가하는 과정이 필요하므로 혈관이나 조직에 손상을 입힐 가능성도 있다. 이러한 cuff를 사용하는데 따르는 단점들을 보완하기 위해서 cuff를 사용하지 않고 비침습적이고 연속적으로 혈압 값을 측정하기 위한 시도들이 이루어져왔으나, 현실적으로 신뢰성 있는 혈압 모니터링은 실현되지 못하고 있는 실정이다.

종래의 혈압측정 방법 중 비침습적 혈압측정 장치로서, 대한민국특허등록번호 10-0467056에 개시된 "자동혈압측정장치 및 방법" 및 특허등록번호 10-0430144에 개시된 "전자식 혈압측정장치" 를 포함한 많은 특허들이 있으나, 이들은 기본적으로 연속적인 혈압의 측정이 불가능하고, cuff 사용으로 인한 혈압 값 범위의 한계점 및 사용상의 불쾌감을 제공하고 있으며, 정확한 혈압 값을 계산하기 위해서 심전도나 귀볼, 손가락 부위에서의 산소포화도 등의 다른 생체신호를 사용하므로 인체에 부착 시 사용자의 생활을 불편하게 하는 문제점들을 갖는다.

한편, 비침습적이며 cuff를 사용하지 않으며 연속적인 혈압측정이 가능한 장치로서, 미국특허등록번호, US 6,413,223에 개시된 "Cuffless Continuous Blood Pressure Monitor" , US 6,669,648에 개시된 "Continuous Non-invasive Sphygmo- manometer" 등이 있다. 그러나 측정부위가 손가락에 한정되거나 손목부위에 고정이 용이하지 않은 위치에서 측정을 하는 제약이 있으며, 연속적인 혈압값을 측정하기 위해서 광원구동을 위한 부가적인 장치들을 구비해야 하므로 이 또한 인체에 부착 시 사용자의 생활을 불편하게 하는 문제점들은 해소하지 못하고 있다.

상기한 바와 같이 혈압의 측정이 중요한 진단 정보를 제공한다는 데는 의심의 여지가 없지만, 혈관의 탄성도 역시 혈압 값을 결정하는 중요한 인자이며 독립적인 중요한 의미를 가지고 있음도 이미 잘 알려져 있다. 대부분의 심혈관 질환은 고혈압(hypertension), 당뇨(diabetes), 비만, 흡연, 스트레스, 노화 등이 주요 원인일 뿐만 아니라 다양한 심혈관계 합병증으로 인한 사망률도 급증하고 있으므로 심혈관 질환에 따른 대동맥의 탄성도에 대한 조기 진단도 중요하다고 할 수 있다[MF. O'Rourke].

이러한 동맥 탄성도를 평가하는 방법들 중에서 근래에 주목을 받는 것이 PWV(pulse wave velocity)와 증강지수(augmentation index: 이하, "AIx"라 약칭함)이다. PWV는 혈관을 따라 진행하는 맥파의 전달 속도를 의미하며, 두 지점에서의 맥파를 검출하여 맥파의 전달 속도를 계산한다. 혈관의 탄력성이 감소하면 맥파의 전달 속도는 빨라지게 되므로 PWV는 혈관의 탄력성을 반영하는 좋은 지표이다. AIx의 원리는 대동맥에서 진행 맥파가 발생된 후 말초혈관에서 반사되어 돌아오는 반사파가 진행파의 맥파 파형에 더해지는 시점의 크기와 수축기 최고혈압 크기의 차이를 비율로 나타낸 것으로, 동맥의 경직성이 증가할수록 반사파가 빠르게 돌아오므로 더해지는 시점이 변화되게 된다. 특히 심장 부근 대동맥의 탄력성을 나타내는 좋은 지표로 보고되고 있다[JP. Murgo]. AIx에 대한 연구는 1980년 Murgo[P. Murgo, N. Westerhof, JP. Giolma, SA. Altobelli] 등에 의해 최초로 시도 되었으며, 맥파 파형의 형태를 증강점(augmentation point)의 위치와 AIx의 크기에 따라 A, B, C 형태로 분류하였다. AIx에 영향을 미치는 변수들로는 연령, 성별, 심박수, 혈압, 혈압강하제 등이 있으며 일반적으로 연령이 증가할수록 혈관의 탄력성이 감소하여 반사파가 수축기 맥파에 더해지는 시간이 빠르기 때문에 AIx는 증가하게 된다. 이러한 대동맥 혈관의 AIx를 구하기 위해서는 대동맥 혈관의 맥파를 측정했을 때 그 값을 정확하게 얻을 수 있지만 이러한 침습적인 방식은 실제 임상에 적용하기에는 측정의 어려움, 감염의 위험성, 비용 부담 등 한계가 있다. 이러한 문제를 보완하고 AIx를 임상에서 쉽게 적용할 수 있도록 하기 위해서 말초에서 비침습적으로 측정한 맥파를 전달함수를 통하여 대동맥 파형을 추정하고, 그 추정된 대동맥 파형에서 AIx를 구하는 연구들이 수행되었다[WW. Nichols, CH. Chen, B. Fetics].

US 6,659,958 "Augmentation-Index Measuring Apparatus" 에서는 cuff를 사용하여검출된 맥파로부터 AIx를 계산함을 개시하였고, US 6,793,628 "Blood Pressure Measuring Apparatus having augmentation Index Determining Function" 에서는 cuff를 사용하여 혈압 값과 AIx를 동시에 제공함을 개시하였는데, 이들은 cuff를 이용하기 때문에 연속적인 값을 제공하지 못할 뿐만 아니라 상기에서 설명한 cuff 사용시의 단점을 가지고 있다. 또한, cuff를 이용하여 검출되는 맥파 파형은 특정 동맥 지점의 맥파 파형이 아니라 cuff의 크기만큼 인가되는 전체적인 동맥 부위의 맥파 파형이므로 AIx 값이 정확한 정보를 제공한다고 볼 수 없다는 단점도 있다. 즉, 침습적인 동맥파 압력의 측정 방법을 비침습적으로 대체하기 위해서는 센서 및 효과적인 센싱 기술의 적용이 가장 중요한 부분이 된다.

정확하고 효과적인 센싱 방법으로 동맥 맥파 파형을 검출하였다는 가정하에, AIx 값을 계산하기 위한 중요한 요소들은 말초에서 얻은 파형으로부터 대동맥 중심압력 파형을 추정하는 전달함수를 수립하는 것과 추정된 대동맥 파형으로부터 진행파에 반사파가 더해지는 시점인 증강점(augmentation point)을 검출하는 것이다. 전달함수로는 GTF(generalized transfer function)을 주로 사용하는데 이때 함수의 차수와 계수의 선택이 결과에 영향을 미치는데 다양한 연구들은 수행되고 있으나 아직까지 표준화된 방법은 알려져 있지 않다. US 5,265,011 "Method for Ascertaining the Pressure Pulse and Related Parameters in the Ascending Aorta from the Contour of the Pressure Pulse in the Peripheral Arteries" 에서도 AIx 값을 계산하기 위한 알고리즘을 개시하였지만, 증강점의 자동 검출 방식은 추정된 대동맥 맥파 파형을 4차 미분한 파형으로부터 맥파의 시작점을 기준으로 최저 55ms부터 최고 161ms까지 다양한 시간 이후에 음의 기울기를 가지면서 기준선과 만나는 zero-crossing 지점을 계산함으로써 증강점을 검출한다. 이렇듯 현재는 다양한 방법에 기초하여 AIx를 계산하는데 이는 연령별, 인종별, 질환별 등의 여러 조건이 충분히 반영하고 있지 않으므로 그 결과 값의 신뢰성에 일관성이 없을 수 있다는 단점들을 안고 있다.

이와 같이, 신체의 특정 동맥부위에서 발생하는 맥파를 이용하여 cuff를 사용하지 않고, 연속적인 혈압 값 및 정량적인 동맥의 탄성도를 동시에 간편하게 측정하기 위해서는 신체 부착면을 고려한 센서의 배치 문제, 맥파 파형을 이용하여 혈압 값을 계산하는 문제, AIx를 구하기 위한 전달함수를 구하고 증강점을 검출하는 문제, 그리고 착용 및 분리가 편리하며 휴대하기에 용이한 문제 등의 해결 하여야 할 요소를 안고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 제 1 기술적 과제는 피검자의 손목에서의 맥파 신 호 측정을 위한 전원버튼, 메뉴 선택버튼, 메뉴 탐색버튼에 의해 조작된 값들을 제어부에서 검지하는 제 1 단계; 하나 이상의 적외선 센서를 이용해 동맥의 위치 및 깊이 정보를 획득하고, 압력센서를 이용해 맥파 신호를 측정하고, 심전도 센서를 이용해 심전도 신호를 측정하는 제 2단계; 상기 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호의 아날로그 신호처리 하는 제 3 단계; 상기 아날로그 신호 처리된 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호는 상기 제어부의 A/D 변환부의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환하는 제 4 단계; 상기 디지털 신호로 변환된 요골맥파 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 트렌드를 제거한 후 요골맥파 신호를 디스플레이하는 제 5 단계; 상기 신호 처리된 요골맥파 신호를 적외선 센서 신호의 위치 및 깊이 정보, 그리고 심전도 신호의 R-peak 시점과 요골맥파의 시작점, 피크점 및 절흔점 사이의 시간 차이를 연산하여 왜곡되지 않은 요골 맥파의 크기를 산출하고, 산출된 요골맥파의 크기에 따라 상완/요골동맥 혈압값으로 보정하는 제 6 단계; 상기 보정된 요골맥파 신호를 전달함수를 이용하여 대동맥 맥파 신호로 변환하며, 추정된 대동맥 맥파 신호를 접선-교점 방법을 이용하여 시작점 검출하는 제 7 단계; 상기 맥파의 시작점 검출을 통해 분당 맥박수를 계산하고 계산된 맥박수를 디스플레이하는 제 8 단계; 상기 시작점을 이용하여 구분된 각각의 맥파 신호를 평균하여 평균 맥파로 변환하고, 평균 맥파 신호로부터 수축기 혈압과 이완기 혈압을 검출하고 검출된 대동맥 혈압 값을 디스플레이하는 제 9 단계; 증강점(augmentation point)을 검출하여 증강압력(augmentation pressure)과 맥압(pulse pressure)을 구하고 증강지수(AIx)를 계산하며, 계산된 증강지수(AIx)를 디스플레이하는 제 10 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 제 2 기술적 과제는 압력센서, 적외선 센서, 그리고 전극을 이용하여 신체의 특정 동맥부위에서 발생하는 맥파 파형과 심전도를 획득하여 표시하고, 검출된 맥파를 처리하는 알고리즘을 수립하여 비침습적 연속 혈압 값 및 정량적인 AIx 값을 동시에 제공하고 저장이 가능한 비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 제 3 기술적 과제는 간편하게 휴대하면서 신체의 특정 동맥부위에 적용하여 검출된 맥파 파형, 혈압 값, 그리고 AIx 값을 이용하여 대동맥 및 상완 동맥의 연속 혈압 값, 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 나타낼 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제들은 기존의 cuff를 사용하지 않는 혈압 측정 장치의 부정확성을 현저하게 개선할 수 있는 맥파 센싱 시스템을 적용하고 있으며, 다양한 조건의 사용자를 고려한 정확한 혈압 값 및 동맥 탄성도 계산 알고리즘을 적용함으로써 신뢰성을 높일 수 있다는 신규성을 가지고 있다. 특히, 기존의 cuff를 사용하여 측정하고 있는 손목이나 상완 혈압값 뿐만 아니라 임상적으로 가장 큰 의미를 지닌 대동맥 중심 혈압 값을 비침습적이며 연속적으로 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 혈압 값 만으로는 나타나지 않을 수 있는 동맥탄성도의 정량적인 제공도 동시에 가능하다는 측면에서 기존의 혈압 측정 장치의 개념을 완전히 뛰어넘는 진보성을 가지고 있고, 다양한 의료 환경 및 산업에 적용 가능한 산업적 가치 또한 포함 하고 있다.

상기 제 1과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 비침습적 연속혈압, 동맥탄성도 측정 장치는, 신체의 특정 동맥부위서 검출되는 적어도 하나 이상의 맥파 신호와 심전도 신호를 아날로그 신호 처리하여 출력하는 센서부를 포함한 신호 검출부 및 상기 신호 검출부에서 신호 처리된 상기 맥파 신호를 디지털 신호 처리하고, 신호 처리된 결과로부터 상기 대동맥 및 상완 동맥의 연속 혈압 값, 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 표현하는 맥파 신호 분석부 및 상기 분석된 맥파 신호의 표시부 및 외부 장치와 데이터 통신을 위한 신호 인터페이스 부, 상기 측정 장치 전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제 2과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 비침습적 연속혈압, 동맥탄성도 측정 방법은, 신체의 특정 동맥부위로 부터 적어도 하나 이상의 맥파 신호와 심전도 신호를 검출하여 아날로그 신호 처리하는 단계, 상기 아날로그 신호 처리된 맥파 신호를 디지털 신호 처리하는 단계, 상기 추출된 맥파 변수(들)를 이용하여 전달함수(Transfer function)를 구하는 단계 및 신호 처리된 결과로부터 상기 대동맥 및 상완 동맥의 연속 혈압 값, 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 표현하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 외부 장치와 데이터 통신을 하기 위한 신호 인터페이스부의 활용은 필요에 따라 활용될 수 있는 단계로 이 루어지는 것이 바람직하다.

상기 제 3과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 비침습적 연속혈압, 동맥탄성도 측정 방법은, 빈도가 작은 시간, 빈도가 큰 시간, 혹은 시간이 짧은 시간, 긴 시간 동안 신체의 특정 동맥 부위로부터 검출된 적어도 하나 이상의 맥파 신호로부터 상기 동맥부위의 혈압을 표현할 수 있는 하나 이상의 맥파 신호와 심전도의 변수(들)를 추출하는 단계, 상기 맥파 변수(들)과 전달함수를 이용하여 상기 대동맥 및 상완 동맥의 연속 혈압 값, 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 표현하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 신체 부위에 착용 및 분리가 편리하며 휴대가 용이한 비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정 장치 및 그 방법은 기존의 cuff를 사용하지 않는 혈압 측정 장치의 부정확성을 현저하게 개선할 수 있는 시스템 개발에 적용 가능하고, 다양한 조건의 사용자를 고려한 정확한 혈압값 및 동맥 탄성도 계산 알고리즘을 적용할 뿐만 아니라 추정 혈관나이, 혈관 노화도, 혈관 탄성도, 심혈관계 관련 특정질환의 조기진단 및 향후 발병 가능성 추정 등에 대한 정량적인 값을 나타낼 수 있으므로 심혈관계 질환의 조기 진단에 적극적으로 활용될 수 있을 것이다.

특히, 기존의 cuff를 사용하여 측정하고 있는 손목이나 상완 혈압과 임상적으로 가장 큰 의미를 지닌 대동맥 중심 혈압 값을 비침습적이며 연속적으로 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 혈압 값 만으로는 나타나지 않을 수 있는 동맥 탄 성도의 정량적인 제공도 동시에 가능하다는 측면에서 기존의 혈압 측정장치를 대체할 수 있는 산업적인 가치를 가지고 있다. 혈압 및 대동맥 탄성도를 일상 생활 중에 정기적으로 저장된 데이터는 병원을 방문할 때 의사에게 제시하여 진단 및 처방에 도움을 받을 수도 있고, 하루 일과 중의 혈압 및 대동맥 탄성도의 변화 추이를 바탕으로 계획적인 건강 관리 지침을 제시하여 지나친 약물 남용을 줄일 수도 있는 웰빙 사회에서의 필수적인 건강관리 기기로 확대될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에 의한 비침습적 연속혈압 및 동맥탄성도 측정 장치의 구성과 동작 및 그 장치에서 수행하는 비침습적 연속혈압 및 동맥탄성도 측정 방법을 첨부할 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제1 실시예를 나타낸 사시도로 본 발명이 이루고자 하는 최종적인 형태이다. (100)

도면 부호 100은 본 발명에 따른 휴대가 용이한 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 구성을 나타내며,

피검자의 손목부위(350w)에 비침습적 연속혈압 및 동맥 탄성도 측정장치(500)를 장착하고, 전원버튼(101), 메뉴선택버튼(103), 메뉴탐색버튼(105)을 이용하여 장치(500)를 구동하며, 조작상태에 대한 정상 및 비정상 동작의 표시는 상태표시 LED(107)에 나타난다. 장치(500)을 이용하여 측정된 연속혈압 및 동맥 탄성도는 장치(500)의 디스플레이부(111)를 통해서 표시된다. 장치를 통해서 측정되는 신호는 펠스웨이브, 적외선 신호의 입사 및 반사를 통한 광량의 측정, 심전도 신호이며, 심전도를 측정하기 위해 피검자는 오른손 손가락 하나를 심전도 측정부(109)에 배치한다. 또한 정상 맥파를 검출하기 위해 센서압력조절장치(113)와 손목형 밴드(115)를 이용하여 압력과 위치를 조절한다. 장치(500)를 통해 측정된 연속혈압 및 동맥 탄성도는 외부기기와의 통신을 위해 통신단자(150)와 결합이 가능하다.

도면 부호 100에 나타난 휴대가 용이한 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(500)를 이용해 연속 혈압 및 동맥 탄성도를 측정하기 위해서는,

1) 장치(500)의 우측 상단부에 위치한 전원 버튼(101)을 눌러, 장치(500)에 전원을 인가한다.

2) 우측 하단부의 메뉴 탐색 버튼(105)과 메뉴 선택 버튼(103)을 눌러, 장치(500)를 측정 모드로 전환한다.

3) 센서부(도4의 400)를 피검자의 손목 부위(350w)의 피검자 요골 동맥(radial artery)부위(도 5b의 350a) 근처에 위치시키고,

4) 장치(500)의 손목형 밴드(115)를 이용하여 피검자의 손목(350w)에 장치(500)를 고정시킨다.

5) 고정된 장치(500)의 의 디스플레이부(111)를 통해서 안정된 맥파 신호가 나타나는지를 확인하고, 안정된 맥파 신호를 측정하기 위해 센서압력조절장치(113)를 이용해 센서부(도 4의 400)에 인가되는 압력을 조절하여 안정된 맥파를 측정한다.

6) 신호 크기가 일정 신호 레벨 이하일 경우 센서압력조절장치를 이용해 신 호 레벨을 조절한다.

7) 장치(500)에 고정되지 않은 반대편 손을 이용해 손가락 또는 손바닥을 장치(500)의 심전도 센서(109)에 접촉시켜 심전도 신호를 측정한다.

8) 이렇게 측정된 맥파와 심전도 신호는 본 장치(500)의 제어부(도 6의 470)의 RAM(도 6의 475)에 저장된다. 저장된 데이터들은 도 10, 도 13의 일련의 과정을 통해 연산 처리된 후 연속 혈압 및 동맥 탄성도 등의 결과를 디스플레이부(111)에 표시하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제2 실시예를 나타낸 사시도로 도 1과 동일한 기능을 가진 장치를 휴대용이 아닌 병원 침실이나 탁자 등에 거치 가능한 형태로 확장한 거치용의 형태의 실시예이다. 따라서 도 2의 장치(200)를 소형화 한 형태가 도 1에 도시된 바(100)와 같다.

도면 부호 200은 본 발명에 따른 거치가 용이한 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(217)의 구성을 나타내며,

하나 이상의 압력 센서, 적외선 센서를 포함하는 센서부(400), 센서부(400)의 지지 및 이동이 용이한 장치(201), 센서부(400)와 피검자의 손목(350w)과의 고정을 위한 밴드(205), 센서부(400)가 피검자의 손목(350w)에 닿을 시 그 압력의 조절이 용이한 압력조절장치(207), 장치(217)로 부터 센서부(400)에 전원을 공급하고, 센서부(400)에서 처리되어진 아날로그 신호를 장치(217) 내부의 아날로그 신호처리 입력부(도 6의 451, 453, 455)로 데이터 전송 할 수 있는 통신 케이블(209), 센서부(400)를 포함한 센서 이동 장치(201)와 거치대(219)를 연결하는 장치(211), 전원버튼(213), 상태표시부(215), 외부 전원공급부(221) 및 PC 또는 PDA등과 같은 외부 통신장치와의 통신을 위한 USB 연결단자(223)가 구성된다.

도면 부호 200에 나타난 거치가 용이한 형태의 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(217)를 이용해 연속 혈압 및 동맥 탄성도를 측정하기 위해서는,

1) 외부전원을 장치(217)의 전원공급부(221)에 연결하고,

2) USB 연결 단자(223)를 이용해 외부 PC 또는 PDA등과 같은 외부 통신장치와 인터페이스 한다.

3) 전원공급부(221)와 USB 연결단자(223)를 연결하고, 장치(217)의 전원버튼(213)을 통해 전원을 인가한 후,

4) 피검자의 팔목(350w)을 거치대(219)에 위치시키고,

5) 센서부(400)와 거치대(217)의 연결 장치(211)를 이용해 센서부(400)를 팔목(350w)에 위치시키고, 센서부(400)의 지지 및 이동이 용이한 장치(201)를 이용해 팔목(350w)의 동맥 위치에 센서부(400)를 위치시킨 다음, 밴드(205)를 이용해 고정하고, 압력조절장치(207)를 이용해서 센서부(400)에 인가되는 압력을 조절한다.

6) 측정되는 신호는 장치에 내장된 제어부(도 6의 470)를 이용해 연산하며, 측정되는 신호 및 데이터 연산 결과는 USB 연결단자(223)를 통해 외부 PC 또는 PDA의 디스플레이장치를 통해 표시 된다.

7) 또한 측정되는 데이터 및 연산 결과는 외부 PC 또는 PDA의 저장 장치에 저장된다.

도 3은 도 1 및 도 2와 같이 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제3 실시예를 나타내는 사시도이다(300). 도 3에 도시된 장치는 피검자의 경동맥(carotid artery) 부위(350c)를 대상으로 하여 비침습적 연속 혈압 및 동맥 탄성도를 측정한다.

도면 부호 300은 본 발명에 따른 경동맥 부위에서 측정이 용이한 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(310)의 구성을 나타내며,

하나 이상의 압력 센서, 적외선 센서를 포함하는 센서부(400), 센서부(400)를 고정하는 센서 고정부(313), 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 압력조절장치(311), 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목과 이루는 각도 조절이 용이한 각도조절장치(317), 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목에 미치는 위치를 조절하기 위한 위치조절장치(319), 높이조절장치(321), 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 탄성을 가진 압력조절장치(323), 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 탄성을 가진 압력조절장치(323)와 높이조절장치(321) 을 고정하기 위한 센서 조절 힌지 고정 장치(325) 및 센서부(400)에서 처리되어진 아날로그 신호를 장치(310) 내부의 아날로그 신호처리 입력부(도 6의 451, 453, 455)로 데이터 전송 할 수 있는 통신 케이블(327)로 구성되고, 도 2와 같이 외부 PC 또는 PDA와 같은 장치와 연결이 가능한 인터페이스를 하나 이상의 구성을 포함하는 것이 바람직하다.

도면 부호 300에 나타난 경동맥 부위에서 측정이 용이한 연속 혈압 및 동맥 탄성도 측정 장치(310)를 이용해 연속 혈압 및 동맥 탄성도를 측정하기 위해서는,

센서부(400)와 아날로그 회로부 연결 통신 케이블(327)을 이용해 내부 아날로그 신호처리 입력부(도 6의 451, 453, 455)와 연결하고, 외부 PC 또는 PDA를 통해 장치(310)를 구동시킨다. 장치(317)에 전원이 인가된 상태에서 피검자(350)를 침대에 눕힌 후 피검자의 목(350c)을 장치(310) 위에 위치하게 한다. 그리고 피검자의 목(350c) 부위에서 경동맥 부분을 찾은 후,

1) 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 탄성을 가진 압력조절장치(323)와 높이조절장치(321)를 이용해 피검자의 목(350c)의 동맥부위에 센서부(400)를 위치시킨다.

2) 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 탄성을 가진 압력조절장치(323)와 높이조절장치(321) 을 고정하기 위한 센서 조절 힌지 고정 장치(325)를 이용해 탄성을 가진 압력 조절장치(323)와 높이 조절 장치(321)를 고정한다.

3) 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목에 미치는 위치를 조절하기 위한 위치조절장치(319)를 이용해 정확한 동맥위치로 센서부(400)를 이동시킨다.

4) 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목과 이루는 각도 조절이 용이한 각도조절장치(317)를 이용해 센서부(400)와 피검자의 목(350c)이 이루는 각도를 직각이 되도록 조절한다.

5) 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 닿을 시 센서부(400)가 피검자의 목(350c)에 미치는 압력의 조절이 용이한 압력조절장치(311)를 이용해 센서부(400)가 피검자의 목을 누르는 압력을 조절하여 안정된 맥파 신호를 측정한다.

도 4는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 센서부(400)가 피검자의 손목 부위에 닿는 경우 그 센서부(400)내의 심전도 센서(401), 하나 이상의 적외선 센서(402), 하나 이상의 압력 센서(403) 등 센서들의 배치를 보여주는 저면도(도 4a, 도 4b)와 그 정면도(도 4c) 및 피검자의 손목(350w)에 장착된 실시예를 보여주는 정면도(도 4d)이다.

도4a, 도4b는 심전도 센서(401), 하나 이상의 적외선센서(402), 하나 이상의 압력 센서(403), 센서들을 장착하고 있는 PCB(410) 및 적외선 센서(402)를 둘러싸는 Gel(도4c의 430) 성분의 에폭시 처리부(420)로 구성되며,

도4c는 심전도 센서(401), 하나 이상의 적외선센서(402), 하나 이상의 압력센서(403), 압력센서(403)가 고정되어 있는 PCB(410), 적외선 센서(402)를 둘러싸는 Gel 성분의 에폭시 처리부(420) 및 압력센서(403)를 폐공간내에서 Gel(430)로 채운 부분으로 구성된다.

본 발명에서 구성 되어진 센서부(400)의 사용과 관련해서는, 심전도센서(401)는 심장의 수축, 이완에 따른 활동전위를 측정하여 심전도 신호가 아날로그 신호 처리부(도 6의 451)에 전달된다. 심전도 센서(401)의 두 부위에 위치한 것들과 본 발명에 의한 장치(500)의 외부에 위치한 전극(도1의 109)을 사용하게 되는데, 일반적으로 심전도 측정용 센서는 인체에 닿는 부분의 전기전도도가 좋은 재질을 이용하여 제작 되어진다. 몸에 접촉 되어야 측정이 가능하기 때문에 주변의 적 외선 센서와 같은 높이에 전극을 위치시켜야 측정에 바람직한 구성이라 할 수 있다.

상기 적외선 센서(402)는 포토다이오드(Photo Diode)부분과 포트트랜지스터(Photo Transistor)로 구성되어 있으며, 광원을 기준으로 보았을 때 포토다이오드(Photo Diode)는 송신기, 포트트랜지스터(Photo Transistor)는 수신기 역할을 한다. 포토다이오드(Photo Diode)에서 발광된 광원은 피검자의 손목(350w)에 있는 피부층을 거치는 과정에서 체지방 성분에 따라 일부 흡수 및 반사되고, 요골동맥에 다다르는 과정에 의해서도 일부 반사가 된다. 이렇게 반사된 광원에 해당하는 신호들은 포트트랜지스터(Photo Transistor)에서 수신되어 아날로그 출력신호를 이루게 된다. 본 발명에 의한 센서부(400)의 상기 적외선 센서(402)는 압력센서(403)군의 주변에 위치하며, 적외선센서(402) 각각의 출력 신호들은 제어부(도 6의 470)의 연산 프로그램에 의해 신호원들이 조합이 되고, 벡터 성분을 형성하게 된다.

상기 센서부(400) 신호원들의 조합에 의해 형성된 벡터 성분을 이용하여 압력센서(403)로부터 검출된 맥파에 대한 보정을 수행하게 된다. 따라서 적외선 센서(402)의 수가 많을수록 요골동맥의 자세한 맥파 위치 및 깊이 정보를 찾을 수 있게 되지만, 디지털 신호처리를 위해서는 센서부(400)를 구성하는 적외선 센서(402) 각각의 출력 신호 모두가 제어부(도 6의 470)를 통해 A/D 변환이 필요하므로, 선정되는 제어부(도 6의 470)의 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 채널수를 고려하여 구성할 수 있다.

상기 압력센서(403)는 인가되는 압력 신호를 전기 신호로 변환하는 센서이 다. 본 장치의 압력센서(403)는 동맥 위에 놓여서 혈관을 따라 흐르는 혈액이 혈관에 미치는 압력을 측정한다. 하나 이상의 압력센서(403)들을 PCB(410)에 배열하고, 센서부(400) 용기 내의 압력센서(403)의 압력이 인가되는 부분은 Gel(430)로 채우고, 측정이 반복됨에 따라 Gel이 밖으로 새어 나와 센서부(400) 용기 내의 Gel(430)의 밀도가 달라지지 않게 하기 위해, 센서부(400)가 피검자의 손목(350w)이나 피검자의 목(350c)과 닿는 부분에는 Gel(430)성분을 에폭시 처리부(420)로 가공하게 된다. Gel(430) 은 맥파 신호를 전달하는 전달 물질로 이용되므로, 그 밀도 및 그 구성에 따라 압력센서(403)에 전달되는 맥파 신호가 달라지게 된다.

피검자의 요골 동맥(radial artery)부위(도 5의 350a)와 센서부(400)가 이루는 각도에 따라 압력 센서(403)에 전달되는 맥파 신호는 달라지게 되며, 하나 이상의 구성으로 이루어진 압력센서(403)로부터 출력되는 맥파 신호는 제어부(도6의 470)의 연산 프로그램에 의해 연산을 거치게 되고, 연산된 신호는 연속혈압, 동맥 탄성도 분석에 이용된다.

따라서 정확한 동맥의 위치를 선정하고, 깨끗한 맥파 신호를 추출하기 위한 센서부(400)의 구성은 심전도센서(109, 401)를 포함하고, 적어도 하나 이상의 적외선센서(402)와 압력센서(403)로 구성하는 것이 바람직하며, 이를 통해 수집된 심전도 신호 및 맥파 신호를 활용하여 정확하고 재현성이 높은 연속 혈압 및 동맥 탄성도 분석에 응용이 가능하게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 도 1의 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 사시도(도5a) 및 좌측면도(도5b)이다.

도5a, 도5b는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치의 구성을 나타내며, 도 1에서 게시한 내용을 포함하며, 장치의 구성을 살펴보면,

피검자의 손목부위(350w)에 비침습적 연속혈압 및 동맥 탄성도 측정장치(500)를 장착하고, 전원버튼(101), 메뉴선택버튼(103), 메뉴탐색버튼(105)를 이용하여 장치(500)의 구동하며, 조작상태에 대한 정상 및 비정상 동작의 표시는 상태표시 LED(107)에 나타난다. 장치(500)를 이용하여 측정된 연속혈압 및 동맥 탄성도는 장치(500)의 디스플레이부(111)를 통해서 표시된다. 장치를 통해서 측정되는 신호는 맥파 신호, 적외선 신호의 입사 및 반사를 통한 광량의 측정, 심전도의 신호이며, 심전도를 측정하기 위해 피검자는 오른손 손가락 하나를 심전도 측정부(109)에 배치한다.

또한 정상 맥파 검출을 위해서는 센서압력조절장치(113), 손목형 밴드(115) 그리고, 벨크로(117)를 이용하여 센서부(400)가 피검자의 손목(350w)에 위치한 피검자의 요골뼈(radial bone)(350b) 근처의 피검자의 동맥부위(350a)에 가해지는 센서부(400)의 위치와 압력을 조절한다. 장치(500)를 통해 측정된 연속혈압 및 동맥 탄성도는 외부기기와의 통신을 위해 통신단자(150)와 결합이 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 블럭도를 나타낸다.

도 6에 나타난 블럭도의 구성을 살펴보면,

Operand에 해당하는 피검자(350)로부터, 심전도 신호를 측정하는 심전도 센서(401), 피검자의 손목(350w)에서 정확한 맥파 신호 측정을 위해 적어도 하나 이 상의 적외선 센서(402), 적어도 하나 이상의 압력센서(403)으로부터 맥파 신호를 측정한다. 심전도 센서(401)로부터 측정된 심전도 신호는 SC1(451)에 해당하는 아날로그 신호처리부에 의해 전원 노이즈를 비롯한 분석에 필요하지 않은 신호 성분들을 제거하고, 신호가 포화되지 않을 정도로 증폭한다. 이렇게 아날로그 신호처리 된 심전도 신호는 제어부(470)의 A/D 변환부(471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어, 디지털 신호로 변환되고, RAM(475)에 저장된다.

그리고 하나 이상의 적외선 센서(402)로부터 측정된 적외선 센서 신호는 각각 SC2(453)에 해당하는 아날로그 신호 처리부에 의해 필터링 및 증폭을 하게 된다. 아날로그 신호처리 된 적외선 센서 신호는 제어부(470)의 A/D 변환부(471)의 아날로그 입력단자에 입력되어 디지털 신호로 변환되고, ROM(477)에 저장되어 있는 위치 및 깊이 분석 프로그램을 통해 디지털 신호처리(473)되어, 디스플레이부(111)에 디스플레이 된다.

적외선 센서 신호에 의해 위치 및 깊이 정보를 확인 한 후, 다수의 압력 센서(403)를 이용해 측정된 맥파 신호는 SC3(455)에 해당하는 아날로그 신호처리부를 통해 증폭하고 필터링하여 A/D 변환부(471)의 아날로그 입력단자에 입력되고, 디스플레이부(111)에 디스플레이 되며, RAM(475)에 저장된다. RAM(475)에 저장되어 있는 심전도 신호와 맥파 신호는 ROM(477)에 저장되어 있는 연속 혈압, 동맥 탄성도 분석 프로그램에 의해 디지털 신호처리(473)를 거치게 되고, 그 분석 결과는 디스플레이부(111)에 디스플레이 되고, Flash Memory(479)에 저장된다. 저장된 연속 혈압, 동맥 탄성도 등의 결과값은 외부통신 단자와 같은 인터페이스 단자(150)를 이 용해 PC 또는 PDA와 같은 외부기기(480)에 전송이 가능하다. 제어부(470)의 조작을 위해서는 외부입력(103, 105)을 사용한다,

도 7은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)를 구동시키는 배터리 역전류 방지회로를 포함한 정전압 전원 및 기준전압 설정을 위한 회로도를 나타낸다.

도 7에 나타난 회로도의 구성을 살펴보면.

본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)에 역전류가 유입될 때, 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)와 제어부(도 6의 470)를 구성하는 전자부품(들)이 손상되는 것을 방지하기 위한 배터리 역전류 방지 회로도(11), 안정된 전원을 장치에 공급하기 위한 정전압 변환회로(13) 및 단일전원으로 구동되어는 장치의 기준전압 설정을 위한 기준 전압 설정회로(15)로 구성된다.

배터리 역전류 방지 회로(11)는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치에 전원을 연결할 때, 배터리의 극성을 반대로 하여 장치에 연결하거나 시스템 오류로 인해 발생할 수 있는 역 전류가 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)와 제어부(도 6의 470) 에 인가될 경우 발생할 수 있는 전자부품(들)의 손상을 방지하기 위한 보호 회로이다. 역전류 방지 회로(11)는 트랜지스터를 이용해 장치(500)에 역전류가 유입될 경우 회로에 전원이 인가되는 것을 차단하여 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)와 제어부(도 6의 470)를 구성하는 전자부품(들)의 손상을 방지한다.

정전압 변환 회로(13)는 배터리에서 공급되는 전원이 열 잡음이나 충격에 의 해 안정적으로 동작하지 않는 경우에 대비하여 최소 전원 이상에서 항상 동일한 직류 전원을 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)와 제어부(도 6의 470)등 회로에 공급할 수 있도록 설계하여야 한다. 본 발명에 의한 장치(500)는 정전압 변환 회로(13)에 의해 변환된 전원을 이용하여 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)와 제어부(도 6의 470)등의 전자부품(들)을 구동하므로, 내부에 사용된 전자부품(들)의 소비 전류 및 최소 구동 가능한 전원을 고려하여 전자부품(들)을 선정하고 회로를 구성해야 한다.

기준 전압 설정회로(15)에 관해서는, MCU(도 9의 470)가 받아들일 수 있는 아날로그 입력 신호는 모두 단일전원 신호인데 반하여, 측정하는 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호는 모두 양전원 성분을 나타내고 있어 전압레벨이 0V인 점을 기준으로 (-)성분의 신호는 제거될 우려가 있기 때문에, 측정된 신호의 기준을 일정 전압 레벨 이상으로 올려서, 제거되는 신호가 발생하지 않도록 한다. 측정 센서부(400)와 아날로그 신호처리부(도 6의 451, 453, 455)가 저전력 형태이므로 연산 증폭기를 이용하여 간단하게 회로의 기준 전압을 설정한다. 기준 전압 설정은 연산증폭기의 (+)입력부에 결합된 저항의 비(R1:R3)에 의해 설정된다.

도 8은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)에서 사용되는 압력센서, 적외선센서, 심전도 센서로부터 측정된 아날로그 신호들의 신호처리를 담당하는 회로도를 나타낸다.

도 8a는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)의 압력센 서(403)로부터 측정된 맥파 신호의 아날로그 신호처리를 담당하는 회로도를 나타내며, 회로도의 구성을 살펴보면,

압력 센서(도 6의 403)를 통해 측정된 피검자 손목(350w)의 맥파 신호는 두 개의 극성을 가진 신호가 아날로그 신호처리부(도 6의 455)의 입력부에 입력된다. 입력되는 두 신호(+신호, -신호)를 차동 증폭회로(21)의 입력으로 인가하면 동상에 해당하는 잡음성분은 제거되고, 두 신호의 차이만 증폭 되며, 차동 증폭기(21)의 증폭도는 입력 저항(R6=R9)과 피드백 저항(R4=R14)의 비로 조절된다. 초기 증폭된 신호는 0.1Hz 이하의 저대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 0.1Hz인 고역통과 필터(23)와 10Hz 이상의 고대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 10Hz인 4차 저역 통과 필터(25)를 사용하여 연속 혈압, 동맥 탄성도 분석에 불필요한 신호를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 공급 전원 이상 포화되지 않을 정도로 반전 증폭회로(27)에 의해 2차 증폭을 한 후, 제어부(도 6의 470)의 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

도 8b는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)의 적외선 센서(402)로부터 측정된 적외선 센서 신호의 아날로그 신호처리를 담당하는 회로도를 나타내며, 회로도의 구성을 살펴보면,

적외선 센서(도 6의 402)를 통해 측정된 피검자 손목(350w)의 적외선 센서 신호는 Photo Transistor의 Emitter 출력 신호는 0.1Hz 이하의 저대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 0.1Hz인 고역통과 필터(33)와 10Hz 이상의 고대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 10Hz인 4차 저역 통과 필터(35)를 사용하여 동맥 의 위치 정보 분석에 불필요한 신호를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 공급 전원 이상 포화되지 않을 정도로 반전 증폭회로(37)에 의해 2차 증폭을 한 후, 제어부(도 6의 470)의 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

도 8c는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)의 심전도 센서(401)로부터 측정된 심전도 신호의 아날로그 신호처리를 담당하는 회로도를 나타내며, 회로도의 구성을 살펴보면,

심전도 신호는 세 개의 심전도 센서(도 6의 401) 전극을 통해 측정하는 심장 내부의 활동전위를 전압으로 변환하여 보여지는 신호이며, 세 개의 전극은 각각 (+)극성, (-)극성, 접지(Ground)를 의미한다. 접지(Ground)는 출력값에 대한 신호의 기준점을 제시하고 (+)전극과 (-)전극으로부터 측정된 심전도 신호는 인체를 통해서 유입되는 동상성분의 잡음을 제거하는 CMRR이 높은 차동 증폭기(41)를 이용해 동상에 해당하는 잡음은 제거하고, (+),(-)두 전극의 전위차만을 증폭한다. 초기 증폭된 신호는 1Hz 이하의 저대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 1Hz인 고역통과 필터(43)와 30Hz 이상의 고대역 노이즈를 차단하기 위해 차단주파수가 30Hz인 4차 저역 통과 필터(45), 및 전극을 통해 유입되는 상용주파수(50/60Hz)에 의한 노이즈를 제거하기 위한 노치필터(47)를 사용하여 연속 혈압, 동맥 탄성도 분석에 불필요한 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 공급 전원 이상 포화되지 않을 정도로 반전 증폭회로(49)에 의해 2차 증폭을 한 후, 제어부(도 6의 470)의 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

도 9는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 입력부, 상태 표시부 및 디스플레이부를 포함하는 제어부(470)를 나타낸 회로도이다.

도 9에 나타난 회로도를 살펴보면,

본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)에서 제어부(470), 장치(500)의 디스플레이부(111), 장치(500)에 전원을 인가할 때 사용하는 전원 버튼(101), 장치(500)에서 제공하는 기능을 선택하기 위한 메뉴 선택 버튼(103), 장치(500)에서 제공하는 기능을 탐색하기 위한 메뉴 탐색 버튼(105), 장치(500)가 구동되는 상태를 표시하는 상태표시 LED, 및 PC 또는 PDA 등과 같은 외부 기기와 인터페이스 가능한 통신단자(150)로 구성된다.

본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)는 전원을 인가할때 사용하는 전원 버튼(101)과, 화면 선택 또는 다양한 기능 선택을 위한 위, 아래 방향을 조절하는 메뉴 탐색 버튼(105), 메뉴 탐색 버튼에 의해 선택된 메뉴를 확인하기 위한 메뉴 선택 버튼(103)으로 본 장치(500)를 제어한다. 또한 전원 인가 상태, 전원 부족 상태, 측정 진행 상태, 데이터 전송 상태 등을 표시하는 상태 표시 LED(107)를 이용해 본 장치(500)의 상태를 나타낸다. 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)는 Micro Controller 칩 하나를 이용하여 데이터 및 프로그램을 저장하고, 신호처리를 하게 된다.

아날로그 신호처리 된 맥파 신호, 적외선 센서 신호, 심전도 신호를 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 단자의 입력으로 받아 디지털 신호로 변환한다, 디지털 신호로 변환된 신호는 간단한 신호처리를 거친 후 디스플레이부(111)를 통 해 맥파 신호를 디스플레이하며, 제어부(470) 내의 RAM(도 6의 475)에 저장된다. 저장된 디지털 변환 신호는 제어부(470) 내의 ROM(도 6의 477)에 저장된 연속 혈압, 동맥 탄성도 분석 프로그램을 이용해, 연속 혈압 및 동맥 탄성도 등의 다양한 결과값을 디스플레이부(111)를 통해 표시된다.

연산된 결과 데이터들은 제어부의 flash memory(도 6의 479)부에 저장되고, 이 데이터는 통신 단자(150)를 이용해 PC나 PDA등과 같은 외부 기기에 전송이 가능하다.

상기에 사용된 제어부(470)는 8bit로 데이터를 연산하고, 16채널의 아날로그 입력단자를 가지고 있으며, 내장된 A/D변환부(도 6의 471)는 10bit의 해상도를 가지고 있다. 상기의 제어부(470)는 외부 통신 단자(150)를 내장하고 있어, 별도의 통신 인터페이스를 제작하지 않고도 PC 또는 PDA등과 같은 외부기기와 인터페이스가 가능하다. 그리고 제어부(470)는 내장된 ROM(도 6의 477)을 이용해 연산 프로그램을 저장할 수 있다. 상기 제어부(470)는 ROM(도 6의 477)에 저장된 연산 프로그램을 이용하여 하나 이상의 적외선 센서 신호를 조합하여 벡터성분을 형성하고, 형성된 벡터성분을 이용하여 정확한 동맥의 위치 및 깊이 정보를 찾고, 이를 통해 측정된 맥파 신호를 심전도 신호와 비교 분석하여 연속 혈압, 동맥 탄성도 등의 분석 결과를 나타낼 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 측정 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 10에 나타난 흐름도를 살펴보면,

본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)를 이용해 피검자의 손목(350w)에서의 맥파 신호 측정을 시작(F1)하게 되면, 전원버튼(도 1의 101), 메뉴 선택 버튼(도 1의 103), 메뉴 탐색 버튼(도 1의 105)에 의해 조작된 값들이 제어부(도 6의 470)의 외부 입력(도 6의 103, 105)으로 인가되고(F3), 하나 이상의 적외선 센서(도 6의 402)를 이용해 동맥의 위치 및 깊이 정보를 획득하고, 압력센서(도 6의 403)를 이용해 맥파 신호를 측정하고, 또한 심전도 센서(도 6의 401)를 이용해 심전도 신호를 측정하여(F5) 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호의 아날로그 신호처리 과정(F7))을 수행한다. 아날로그 신호 처리된 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호는 제어부(도 6의 470)의 A/D 변환부(도 6의 471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환된다(F9).

디지털 신호로 변환된 요골맥파 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 트렌드를 제거(F11)한 후 요골맥파 신호를 디스플레이(F12)한다. 신호 처리 된 요골맥파 신호를 적외선 센서 신호의 위치 및 깊이 정보와 심전도 신호의 R-peak시점을 활용하여 왜곡되지 않은 요골동맥 압력 값을 산출함으로써 상완/요골동맥 혈압 값으로 보정(F13)하고, 보정된 요골맥파 신호를 전달함수를 이용하여 대동맥 맥파 신호로 변환(F15)하며, 추정된 대동맥 맥파 신호를 접선-교점 방법을 이용하여 시작점 검출(F17)한다.

맥파의 시작점 검출을 통해 분당 맥박수를 계산(F18)하고 계산된 맥박수를 디스플레이(F19)한다. 시작점을 이용하여 구분된 각각의 맥파 신호를 평균하여 평균 맥파로 변환(F21)하고, 평균 맥파 신호로부터 수축기 혈압과 이완기 혈압을 검출(F23)하고 검출된 대동맥 혈압 값을 디스플레이(F24)한다.

또한 증강점(augmentation point)을 검출하여 증강압력(augmentation pressure)와 맥압(pulse pressure)를 구하고 AIx를 계산(F25)하며, 계산된 AIx를 디스플레이(F26)한다.

도 11은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)로부터 측정된 상완/요골 연속 혈압 측정 방법을 나타낸 흐름도로서, 측정된 요골동맥 맥파 신호(D1)로부터 최소값과 최대값을 검출한 후, 원 신호에서 그 최소값을 빼준 후 다시 최대값을 나누어 줌으로써 원 신호를 최대값 1, 최소값 1로 변환(D3)하여 정규화(normalize)한다. 적외선 신호들로부터 구해진 동맥의 위치 및 깊이 신호를 기준으로 정규화(normalize)된 맥파 신호를 보정(D4)하고, 심전도 신호의 R-peak를 기준으로 맥파의 시작점을 검출(D5)하여, 전기적인 맥파 신호의 크기를 압력값으로 환산한다. 환산된 압력 값으로부터 맥압(pulse pressure)을 구한 후, 정규화(normalizing)된 신호에서 맥압을 곱하여 상완동맥 맥압과 같은 값으로 변환(D6)하고, 상완동맥 맥압으로 보정된 요골동맥 맥파 신호에 상완동맥 이완기 혈압 값을 더해줌으로써 상완동맥 이완기 혈압과 같은 값으로 변환(D7)한다.

도 12는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)로부터 측정되고 도 11에 의하여 압력값으로 보정된 요골동맥 맥파 신호를 이용하여 도 10의 전달함수를 구하는 과정(도 12a)과 계산된 전달함수를 이용하여 대동맥 맥파 신호를 추정하는 과정(도 12b)을 나타낸 것이다.

압력센서를 이용하여 측정하고 혈압값으로 보정된 요골동맥 맥파와 설정된 상행 대동맥의 대동맥 맥파 신호(T1)에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 각 포인 트에서 신호의 평균을 제거하는 방법으로 트렌드를 제거(T3)한다.

전처리 과정을 마친 데이터들을 ARX 모델에 요골동맥 맥파는 입력으로 대동맥 맥파는 출력으로 인가시켜 최소제곱법을 이용하여 ARX 모델의 계수를 계산(T5)한다. ARX 모델과 전달함수(Transfer function)에 대한 수식은 [수식1]∼[수식14]에 나타나 있다.

ARX Model :

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

ARX 모델에서 전달함수 식은 [수학식2]와 [수학식3]을 이용하여 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 5]

다음은 [수학식5]의 각 계수들을 구하는 과정을 설명한 것이다.

[수학식1]에 [수학식2]와 [수학식3]을 대입하여 정리하면 다음과 같다.

[수학식 6]

[수학식 7]

위 식에서 계수들과 입출력 신호들을 벡터로 표현하면 다음과 같다.

[수학식 8]

[수학식 9]

[수학식 7]을 θ와

(t)를 이용해서 다시 나타내면 [수학식10]으로 표현할 수 있다.

[수학식 10]

[수학식 10]의 y(t) 는 계수들의 벡터인 θ에 의해 추정된 출력이므로 [수학식 11]과 같이 표현한다.

[수학식 11]

ARX 모델에서는 최소 제곱법을 이용하여 전달함수 계수들을 구하게 되는데, 최소 제곱법이란 실제 출력과 계산된 출력간의 차를 제곱해서 최소가 되는 계수들을 구하는 것이고 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

[수학식 12]

[수학식 12]을 θ에 대해서 미분하고 0이 되도록 하는θ 를

이라 하면, 최종적으로 구하고자 하는 전달함수의 계수

을 다음 식과 같이 정의 할 수 있다.

[수학식 13]

전달함수(Transfer function)는 정상인과 환자, 나이(30세 미만, 30세 ∼ 45 세, 45세 ∼ 65세, 65세 이상)로 구분하여 총 8개의 전달함수를 계산(T7)한다. 압력센서를 이용하여 측정한 요골동맥 맥파 신호(E1)에서 상완동맥 혈압으로 보정하고 평균맥파를 구하는 과정에서 계산되는 quality index가 85％ 이상 되는 데이터 중에서 환자 여부 및 나이에 의해 적용시킬 전달함수를 선택(E3)한다. 선택된 전달함수를 선형 미분 방정식에 적용하여 대동맥 맥파를 추정(E5)하고, 추정된 대동맥 맥파를 평균하여 평균 맥파를 구하고 대동맥 혈압 및 AIx를 계산(E7)한다.

대동맥 펄스의 추정은 [수학식13]의 과정을 통해 계산한 계수들과 입력 신호인 요골동맥 펄스를 다음의 [수학식14]에 인가하여 계산한다.

[수학식 14]

도 13은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)로부터 측정된 맥파를 평균한 신호로부터 AIx 계산을 위한 증강점 검출 과정을 나타낸 알고리즘에 해당하는 순서도의 예시이다. 본 장치(500)의 전원구동을 통한 시작(601)으로부터 수축기 피크 이전에서 증강점을 검출하기 위해 구간을 설정하며, 구간 설정은 평균 맥파 파형의 1차 미분 피크 지점에서 수축기 피크 지점까지를 범위로 정하는 것이 바람직하다(603).

평균 맥파 파형에 1차 미분을 시행(605)한 후 양의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(607)하고, 양의 기울기를 갖는 영점교차가 1개만 존재한다면, 이 영점교차 지점을 증강점으로 정한다. 양의 기울기를 갖는 영점교차가 2개 이상 존재한 다면 영점교차 이전에 나타나는 밸리(Valley)들 중 가장 큰 밸리(Valley) 이후의 영점교차 지점을 증강점으로 정한다(609). 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하지 않는다면 2차 미분을 시행(611)한 후 양의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(613) 한다.

양의 기울기를 갖는 영점교차가 1개만 존재한다면 그 영점교차 지점을 증강점으로 정하고, 양의 기울기를 갖는 영점교차가 2개 이상 존재한다면 영점교차 이후에 나타나는 피크들 중 가장 큰 피크와 그 다음 큰 피크의 크기를 비교(615)한 후 가장 큰 피크와 그 다음 큰 피크의 차가 가장 큰 피크의 20％(617)보다 큰 경우는 가장 큰 피크를 갖는 영점교차 지점을 증강점으로 정하며(621), 가장 큰 피크와 그 다음 큰 피크의 차가 가장 큰 피크의 20％(617)보다 작은 경우에는 평균 맥파 신호에 디지털 저역통과 필터의 차단주파수를 20Hz에서 15Hz으로 낮추어 적용시킨 후 2차 미분을 다시 시행한다(619). 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하지 않는다면 3차 미분을 시행(623)하여 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(625)한다.

음의 기울기를 갖는 영점교차 개수가 1개인 경우 그 영점교차 지점을 증강점으로 정하고, 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수가 2개 이상인 경우에는 영점교차 이후의 밸리(Valley)들 중 가장 큰 밸리(Valley)를 갖는 영점교차 지점을 증강점으로 정의한다(627).

음의 기울기를 갖는 영점교차가 없는 경우는 수축기 피크 이전에 증강점이 존재하지 않는 것으로 간주하여 수축기 피크 이후에서 증강점을 검출한다.

수축기 피크 이후에서 증강점 검출을 위한 구간 설정을 위해 절흔점을 검출하며, 절흔점 검출을 위해 1차 미분된 평균 맥파 신호에서 수축기 피크 이후에 나타나는 최대 밸리(Valley)부터 전체 맥파의 2/3 지점까지를 범위로 설정(A1)한다. 1차 미분을 시행(A3)한 후 양의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(A5)하여, 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재한다면 그 영점교차 지점을 절흔점으로 정의하고, 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하지 않는다면 2차 미분을 시행(A7)한 후 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(A9)한다.

음의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하는 경우는 첫 번째 영점교차 지점을 절흔점으로 정의(A11)하고, 음의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하지 않는 경우는 3차 미분을 시행(A13) 후 양의 기울기를 갖는 영점교차 지점을 검출하고, 요골동맥 맥파 신호에서 검출한 절흔점과 가장 인접한 영점교차 지점을 검출하여(A15) 이 지점을 절흔점으로 정의(A17)한다.

수축기 피크 이후에서 발생하는 증강점 검출을 위해 수축기 피크에서부터 절흔점 까지를 구간으로 설정(629)하여, 1차 미분을 시행(631)한 후 양의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(635)한다. 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재한다면 그 영점교차 지점을 증강점으로 정의하고, 양의 기울기를 갖는 영점교차가 존재하지 않는 경우 2차 미분을 시행(637)한 후 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(639)한다.

음의 기울기를 갖는 영점교차 개수가 1개만 존재하는 경우 그 영점교차 지점을 증강점으로 정의하고, 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수가 2개 이상 존재하는 경우는 영점교차 이후의 밸리(Valley)들 크기 중 가장 큰 밸리(Valley)를 갖는 영점교차 지점을 증강점으로 정의(641)한다.

음의 기울기를 갖는 영점교차 개수가 존재하지 않는 경우에는 3차 미분을 시행(643)한 후 음의 기울기를 갖는 영점교차 개수를 확인(645)한다. 음의 기울기를 갖는 영점교차가 1개만 존재하는 경우는 그 영점교차 지점을 증강점으로 정의하고, 음의 기울기를 갖는 영점교차가 2개 이상 존재하는 경우는 영점교차 이후의 밸리(Valley)들 중 가장 큰 밸리(Valley)를 갖는 영점교차 지점을 검출하여(647) 이 지점을 증강점으로 정의(649)한다.

이를 통해 최종적으로 증강점을 찾게 되면 본 알고리즘에 의한 일련의 연산과정은 종료(651)가 된다.

도 14는 본 발명에 따른 요골동맥 및 대동맥 혈압 값의 임상 실험 결과그래프를 나타내며, 도 14a는 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)의 맥파 신호, 적외선 신호, 심전도 신호를 이용하여 혈압 값으로 보정된 요골동맥 맥파 신호를 평균하고, 계산한 수축기 혈압과 이완기 혈압(G1), 그리고 실제 임상검증을 위하여 Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파 신호를 평균하고, 계산한 수축기 혈압과 이완기 혈압(G3) 및 요골동맥 맥파 신호를 전달함수를 통하여 추정한 대동맥 맥파 신호에서 검출한 수축기 혈압과 이완기 혈압(G5) 검출 결과의 한 예를 나타낸 것이다.

[표 1]은 수축기 혈압(Systolic Pressure) 과 맥압(Pulse pressure) 변수에 대한 측정한 대동맥 맥파(MA: Measured Aortic)와 추정한 대동맥 맥파(EA: Estimated Aortic)의 각 값과 두 맥파 간의 편차(Δ(EA-MA)) 및 Pearson 계수(r)의 값을 나타낸 것이다. (** p ＜ 0.01)

[표 1]

도 14b는 임상검증을 위하여 Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파 신호와 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 압력 센서(도 4의 403)를 통하여 측정한 요골동맥 맥파 신호로부터 추정한 대동맥 맥파 신호를 축의 값으로 갖는 그래프에서 수축기 혈압에 대한 산점도 그래프와 회귀방정식 및 상관계수를 나타낸 것이며(G7), Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파 신호와 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)의 압력 센서(도 4의 403)를 통하여 측정한 요골동맥 맥파신호로 부터 추정한 대동맥 맥파 신호를 축의 값으로 갖는 그래프에서 맥압에 대한 산점도 그래프, 회귀방정식 및 상관계수를 나타낸 것이다(G9).

도 14c는 임상검증을 위하여 Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파 신호와 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 압력센서를 통하여 측정한 요골동맥 맥파신호로 부터 추정한 대동맥 맥파 신호 두 신호 사이의 실제 파형간의 비교 그림이며(G11),

측정한 대동맥 맥파와 추정한 대동맥 맥파의 일치도 평가 그림(G13)을 나타낸 것이고,

[표 2]는 구출시간(ejection time)과 RWTT(Reflected Wave Transit Time) 변수에 대한 Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파와 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)의 압력센서를 통하여 측정한 요골동맥 맥파신호로 부터 추정한 대동맥 맥파의 각 값과 두 맥파간의 편차(Δ(EA-MA)) 및 Pearson 계수(r)의 값을 나타낸 것이다. (** p ＜ 0.01)

[표 2]

도 15는 Millar 카테터를 통하여 상행 대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파 신호에서 맥압과 augmentation pressure를 이용한 AIx 계산 방법을 나타내는 그래프(G15)이며, 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)를 통하여 측정한 요골동맥 맥파 신호로부터 추정한 대동맥 맥파 신호에서 맥압과 augmentation pressure를 이용하여 AIx 계산 방법을 나타내는 그래프(G17) 이다.

[표 3]은 AIx에 대한 Millar 카테터를 통하여 상행대동맥(Ascending Aorta)에서 검출한 대동맥 맥파와 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정장치(500)를 통하여 측정한 요골동맥 맥파 신호로부터 추정한 대동맥 맥파의 각 값과 두 맥파간의 편차(Δ(EA-MA)) 및 Pearson 계수(r)의 값을 나타낸 것이다. (** p ＜ 0.01)

[표 3]

도 16은 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)를 통하여 측정하고 혈압값으로 보정된 요골동맥 맥파 신호를 나타내고(G17), 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치(500)를 통하여 측정한 요골동맥 맥파 신호로부터 추정한 대동맥 맥파 신호를 나타낸 그래프(G19)의 실시예를 나타낸다.

* SBP : Systolic Blood Pressure

* DBP : Diastolic Blood Pressure

* MBP : Mean Blood Pressure → MBP(mmHg) = DBP + (SBP-DBP)/3

* AIx (Augmentation Index) - radial → AIx (％) = P2 / P1 x 100

* SIx ( Stiffness Index) → SIx (m/sec) = h /ΔT (h : height)

* AIx (Augmentation Index) - central → AIx (％) = AG / PP x 100

* SEP (Systolic Ejection Period) → SEP(sec) = time (Pup ∼ Pdicrotic notch)

이로부터 추정혈관나이(Estimated Vascular Age), 동맥의 나이도(Arterial Aging, (％)), 전체 동맥의 경직도(Overall Arterial Stiffness, (％)), 심혈관 질환 발생에 대한 위험도(Risk Factors for Cardiovascular Disease, (％))를 나타낸다.(G21)

도 1 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제1 실시예를 나타낸 사시도

도 2 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제2 실시예를 나타낸 사시도

도 3 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 제3 실시예를 나타낸 사시도

도 4 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치 센서부의 저면도 및 정면도와 피검자의 손목에 장착된 실시예를 나타낸 정면도

도 5 : 도 1의 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 사시도 및 측면도

도 6 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 블럭도

도 7 : 배터리 역전류 방지회로를 포함한 정전압 전원 및 기준전압 회로도

도 8 : 압력센서, 적외선센서, 심전도 센서로부터의 아날로그 신호처리부를 나타낸 회로도

도 9 : 입력부, 상태표시부 및 디스플레이부를 포함하는 제어부를 나타낸 회로도

도 10 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 방법을 나타낸 흐름도

도 11 : 본 발명에 따른 상완/요골 연속 혈압 측정 방법을 나타낸 흐름도

도 12 : 도 10의 전달함수 연산과정을 나타낸 흐름도

도 13 : 도 10의 증강점을 연산 과정을 나타낸 흐름도

도 14 : 본 발명에 따른 요골동맥 및 대동맥 혈압 값의 임상 실험 결과 그래프

도 15 : 본 발명에 따른 전달함수 처리된 대동맥 파형

도 16 : 본 발명에 따른 연속 혈압, 동맥 탄성도 측정 장치의 진단 결과 표시

* 도면부호에 대한 간단한 설명*

150 : 통신포트

350 : 피검자 (또는 사용자)

350a : 피검자의 요골동맥(radial artery)부위

350b : 피검자의 요골뼈(radial bone)부위

350c : 피검자의 경동맥(carotid artery)부위

350w : 피검자의 손목(wrist)부위

400 : 센서부

401 : 심전도센서

402 : 적외선센서

403 : 압력센서

500 : 비침습적 연속 혈압 및 동맥탄성도 측정장치

Claims (2)

1. 피검자의 손목(350w)에서의 맥파 신호 측정을 위한 전원버튼(101), 메뉴 선택버튼(103), 메뉴 탐색버튼(105)에 의해 조작된 값들을 제어부(470)에서 검지하는 제 1 단계;

   하나 이상의 적외선 센서(402)를 이용해 동맥의 위치 및 깊이 정보를 획득하고, 압력센서(403)를 이용해 맥파 신호를 측정하고, 심전도 센서(401)를 이용해 심전도 신호를 측정하는 제 2단계;

   상기 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호의 아날로그 신호처리 하는 제 3 단계;

   상기 아날로그 신호 처리된 심전도 신호, 적외선 센서 신호, 맥파 신호는 상기 제어부(470)의 A/D 변환부(471)의 아날로그 입력 단자에 입력되어 디지털 신호로 변환하는 제 4 단계(F9);

   상기 디지털 신호로 변환된 요골맥파 신호에 디지털 저역통과 필터를 적용하고, 트렌드를 제거(F11)한 후 요골맥파 신호를 디스플레이(F12)하는 제 5 단계;

   상기 신호 처리된 요골맥파 신호를 적외선 센서 신호의 위치 및 깊이 정보, 그리고 심전도 신호의 R-peak 시점과 요골맥파의 시작점, 피크점 및 절흔점 사이의 시간 차이를 연산하여 왜곡되지 않은 요골 맥파의 크기를 산출하고, 산출된 요골맥파의 크기에 따라 상완/요골동맥 혈압값으로 보정(F13)하는 제 6 단계;

   상기 보정된 요골맥파 신호를 전달함수를 이용하여 대동맥 맥파 신호로 변 환(F15)하며, 추정된 대동맥 맥파 신호를 접선-교점 방법을 이용하여 시작점 검출(F17)하는 제 7 단계;

   상기 맥파의 시작점 검출을 통해 분당 맥박수를 계산(F18)하고 계산된 맥박수를 디스플레이(F19)하는 제 8 단계;

   상기 시작점을 이용하여 구분된 각각의 맥파 신호를 평균하여 평균 맥파로 변환(F21)하고, 평균 맥파 신호로부터 수축기 혈압과 이완기 혈압을 검출(F23)하고 검출된 대동맥 혈압 값을 디스플레이(F24)하는 제 9 단계;

   증강점(augmentation point)을 검출하여 증강압력(augmentation pressure)과 맥압(pulse pressure)을 구하고 증강지수(AIx)를 계산(F25)하며, 계산된 증강지수(AIx)를 디스플레이(F26)하는 제 10 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 측정된 요골동맥 맥파 신호(D1)로부터 최소값과 최대값을 검출한 후, 원 신호에서 그 최소값을 빼준 후 다시 최대값을 나누어 줌으로써 원 신호를 최대값 1, 최소값 1로 변환(D3)하여 정규화(normalize)하는 단계;

   상기 적외선 신호들로부터 구해진 동맥의 위치 및 깊이 신호를 기준으로 정규화된 맥파 신호를 보정(D4)하고, 심전도 신호의 R-peak를 기준으로 맥파의 시작점을 검출(D5)하여, 전기적인 맥파 신호의 크기를 압력값으로 환산하는 단계;

   상기 환산된 압력 값으로부터 맥압(pulse pressure)을 구한 후, 정규화된 신 호에서 맥압을 곱하여 상완동맥 맥압과 같은 값으로 변환(D6)하고, 상완동맥 맥압으로 보정된 요골동맥 맥파 신호에 상완동맥 이완기 혈압 값을 더해주어 상완동맥 이완기 혈압과 같은 값으로 변환(D7)하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비침습적 연속 혈압, 동맥탄성도 측정방법.

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