KR101069489B1 - 말초 혈관 및 혈류상태 진단장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 커프를 이용하여 말초혈관의 혈류 흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류 변화에 따른 PPG 신호의 변화를 간단하게 측정하고 분석하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 말초 혈관의 PPG 신호파형과 온도를 측정하는 측정부; 외부로 연결된 공기 주입관을 통해 조절되는 표준 공압에 따라 커프 압력이 변화되어 손목 또는 발목의 동맥 혈관을 가압 또는 해제하는 공압 커프부; 상기 측정부에서 측정되는 각 표준 공압별 PPG 신호와 온도를 증폭 및 신호처리하고, 디지털 변환하여 시간 정보와 함께 저장하는 신호 처리 및 저장부; 미리 지정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부를 구동시켜 손목이나 발목의 동맥 혈관에 대한 개폐동작을 제어하고, 상기 동맥 혈관의 개폐 동작에 따라 상기 신호 처리 및 저장부에 저장되는 PPG 신호와 온도 측정값 및 시간값으로부터 말초 혈관 및 혈류상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여 착용자의 건강상태를 판별하는 주제어부;를 포함하는, 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치 및 그 방법을 제공한다.
공압 커프, 말초 혈관, 혈류 상태, 분석, 진단
Description
본 발명은 말초 혈관 및 혈류상태 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음압 커프를 이용하여 요골동맥이나 상완동맥의 혈류흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류변화에 따른 PPG 신호 파형의 변화 및 온도변화를 측정하고 그 측정 결과를 분석하여 말초혈관 및 혈류상태를 간단하게 평가하고 진단할 수 있는 휴대용 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
인체로부터 측정되는 광전용적맥파(Photoplethysmogram : 이하는 'PPG'라 칭함)신호의 파형은 건강을 진단하는 데에 필요한 중요한 지표로서, 혈관이나 혈류 장애 등이 원인이 되는 많은 노인성 질환을 진단하는데에 중요하게 사용되고 있다.
노인성 질환으로는 말초 혈관 및 혈류장애에 의한 한증 질환군이 증가하고 있는 추세이며, 이러한 질환군은 만성질환 및 퇴행성질환의 대부분을 차지하고 있다. 특히, 주로 많이 발생되는 노인성 질환으로는 수족의 냉증으로 인한 모세혈류 및 말초혈류의 순환장애가 있으며, 말초신경감각의 저하로 인한 말초신경장애로 감 각이 마비되거나, 시리고 저린 증상이 발생하게 된다.
한편, 당뇨병, 버거씨병 등에 의한 합병증으로 인하여 손과 발의 말초혈관/혈류장애가 발생하게 되는 등의 문제점이 있었다.
그러나 일반적으로 병, 의원에서 주로 사용하고 있는 혈관 및 혈류상태 측정 및 진단기기는 가격이 매우 고가이며, 이러한 혈관 및 혈류상태 측정 및 진단기기는 대부분 고주파성 초음파를 이용하는 도플러 방식이거나 현미경을 이용하여 관찰하는 방식으로서, 뇌혈류 및 뇌혈관 상태를 진단하는 장치가 대부분이다.
또한 기존의 혈관 또는 혈류상태 측정 및 진단장치는 동맥에서의 혈류 속도 및 혈류량을 측정하는 것으로서, 대부분이 동맥혈관의 개폐에 따른 변화를 측정하기 때문에 이러한 측정 결과로부터 혈관의 문제인지 혈류의 문제인지를 선택적으로 진단해내기가 매우 어려운 문제점이 있었다.
또한 기존의 혈관 또는 혈류상태 측정 및 진단장치는 수족냉증 및 당뇨 합병증과 같은 염증성 질환에 의한 온도 변화, 혈류속도와 산소포화도(SpO2 농도)를 동시에 측정할 수 없어 사용상의 많은 한계가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 커프를 이용하여 요골동맥이나 상완동맥의 혈류 흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류 변화에 따른 PPG 신호의 변화를 간단하게 측정 및 분석할 수 있도록 함으로써, 말초 혈관 및 혈류 상태를 간단하게 진단할 수 있는 휴대용 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 커프를 이용하여 요골동맥이나 상완동맥의 혈류 흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류 변화에 따른 PPG 신호의 파형 및 온도 변화를 측정 및 분석하고 표시할 수 있도록 함으로써, 말초 혈관 및 혈류 상태 평가 및 진단결과를 착용자가 쉽게 인식할 수 있도록 하는 휴대용 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 센서를 구비하며, 말초 혈관이 분포하는 손가락이나 발가락의 단부에 부착되어 PPG 신호파형과 온도를 측정하는 측정부; 손가락이나 발가락 단부의 말초 혈관으로 연결되는 동맥 혈관을 외부에서 가압할 수 있도록 착용자의 손목 또는 발목에 탈부착되며, 외부로 연결된 공기 주입관을 통해 조절되는 표준 공압에 따라 커프 압력이 변화되어 손목 또는 발목의 동맥 혈관을 가압 또는 해제하는 공압 커프부; 상기 측정부에서 측정되는 각 표준 공압별 PPG 신호와 온도를 신호전처리하고, 디지털 변환하여 시간 정보와 함께 저장하는 신호 처리 및 저장부; 미리 지정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부를 구동시켜 손목이나 발목의 동맥 혈관에 대한 개폐동작을 제어하고, 상기 동맥 혈관의 개폐 동작에 따라 상기 신호 처리 및 저장부에 저장되는 PPG 신호와 온도 측정값 및 시간값으로부터 말초 혈관 및 혈류상태 분석 을 위한 파라미터를 추출하여 착용자의 건강상태를 판별하는 주제어부를 포함하는, 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치이다.
상술한 본 발명의 말초혈관 및 혈류 표시장치는, 상기 주제어부에서 추출된 파라미터와 건강상태 판별 결과를 간단하게 표시하는 표시부;를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 손목이나 말목에 부착되어 그 곳을 지나는 동맥 혈관을 가압하는 공압 커프부와, 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관에서 PPG 파형의 평균 최대값, 산소포화도, 온도 변화를 측정하는 측정부, 및 상기 측정 결과를 분석하여 착용자의 건강 상태를 판별하는 주제어부를 포함하는 장치에서의 혈관 및 혈류 상태 진단 및 평가방법에 있어서, (a) 건강 상태 판별을 위한 PPG 파형의 변화량 기준치(M_ref)와 변화시간 기준치(t_ref)를 미리 저장해둔 상태에서, 공압 커프부에 의한 동맥 혈관의 가압이 있기 이전에 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M0), 산소포화도(P0), 온도(T0)를 측정하고 그때의 시간(t0)을 체크하는 제1단계; (b) 미리 설정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부에 의해 동맥 혈관을 가압한 상태에서 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M1), 산소포화도(P1), 온도(T1)를 측정하고 그때의 시간(t1)을 체크하는 제2단계; (c) 상기 공압 커프부에 의해 가해지는 압력을 제거한 상태에서 혈관 회복시 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M2), 산소포화도(P2), 온도(T2)를 측정하고, 그때의 시간(t2)을 체크하는 제3단계; (d) 상 기 각 단계에서 측정 및 체크되는 값들로부터 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여 건강상태를 판별하는 제4단계;를 포함하여 이루어지는, 말초 혈관 및 혈류 상태 진단방법이다.
본 발명에 의하면, 커프를 이용하여 요골동맥이나 상완동맥의 혈류흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류변화에 따른 PPG 신호의 변화를 간단하게 측정 및 분석할 수 있도록 함으로써, 말초혈류 및 혈류상태를 간단하게 진단할 수 있게 되는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 커프를 이용하여 요골동맥이나 상완동맥의 혈류흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류변화에 따른 PPG 신호의 파형 및 온도변화를 측정 및 분석하고 그 분석결과를 간단하게 표시할 수 있도록 함으로써, 말초혈관 및 혈류상태를 간단하게 진단하고 인식할 수 있게 되며, 또한 시간과 장소에 관계없이 간단하게 휴대하여 혈관 및 혈류상태 등을 손쉽게 진단하는 데에 유용하게 사용할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 혈관 피부 탄성도 측정장치 및 방법의 구성 및 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치의 구성예를 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 측정부와 공압 커프부가 손과 발에 적용된 상태를 예시한 실시예도로서, 본 발명은 크게 측정부(10)와, 신호 처리 및 저장 부(20)와, 공압 커프부(30)와, 주제어부(40), 및 표시부(50)를 포함한다.
측정부(10)는 한 개 이상의 손가락이나 발가락의 단부에 탈부착될 수 있는 다수의 센서 케이스로 구성되며, 말초 혈관이 분포하는 손가락이나 발가락 단부의 PPG 신호파형과 온도를 측정하여 신호처리 및 저장부(20)로 전송한다. 여기서 상기 각각의 센서 케이스는 손가락 또는 발가락 단부를 삽입할 수 있도록 일측이 개방된 내부 공간을 몸체에 각각 구비하며, 적어도 PPG 센서(11)와 온도 센서(12)를 각각 구비한다.
PPG 센서(11)는 상기 센서 케이스의 내부에 설치되어 내부 공간으로 삽입되는 손가락 또는 발가락 단부에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 신호를 측정하여 신호 처리 및 저장부(20)로 전달한다.
온도 센서(12)는 상기 센서 케이스의 내부에 설치되어 내부 공간으로 삽입되는 손가락 또는 발가락 단부의 피부 온도를 측정하여 신호 처리 및 저장부(20)로 전달한다.
신호처리 및 저장부(20)는 상기 측정부의 각 센서에서 측정되는 PPG 신호와 온도를 신호전처리하고, 그 전처리된 신호를 디지털 변환하여 그때의 시간 정보와 함께 저장한다. 여기서 신호 전처리라 함은 미세한 검출신호의 증폭 또는 잡음 제거를 위한 필터링 중에서 적어도 하나 또는 둘 모두를 포함하는 처리과정을 의미한다.
공압 커프부(30)는 상기 손가락이나 발가락 단부에 분포되는 말초 혈관으로 연결되는 동맥 혈관을 커프 압력으로 가압할 수 있도록 착용자의 손목 또는 발목에 탈부착되며, 공기 주입관(31)이 외부로 연결되어 이 공기 주입관을 통해 조절되는 표준 공압에 따라 손목 또는 발목의 동맥 혈관을 가압하거나 또는 해제한다. 이러한 공압 커프부(30)는 다수 개의 커프로 구성되며, 각각의 커프는 표준공압 발생 제어부(41)에 의해 동시에 공기가 주입 또는 배출될 수 있도록 공기 주입관(31)을 통해 병렬로 연결된다.
주제어부(40)는 표준공압 발생 제어부(41)와 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)로 구성된다. 상기 표준 공압 발생 제어부(41)를 통해서는 미리 지정된 두 레벨의 표준 공압, 즉 예를 들면 동맥 혈관 가압을 위한 표준 공압 200mmHg로 상기 공압 커프부(30)를 구동시켜 손목이나 발목의 동맥 혈관을 가압하고, 동맥 혈관 가압 해제를 위한 표준 공압 0mmHg로 상기 공압 커프부(30)를 구동시켜 손목이나 발목의 동맥 혈관에 대한 가압동작을 해제하는 프로세스를 처리한다. 상기 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)를 통해서는 상기 표준공압 발생 제어부(41)에 의한 동맥 혈관의 개폐 동작에 따라 상기 신호 처리 및 저장부(20)에 저장되는 PPG 신호와 온도 측정값 및 시간값으로부터 말초 혈관 및 혈류상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여 착용자의 건강상태를 판별하고 그 판별 결과를 표시부(50)로 전달하여 외부로 표시가 이루어지도록 하는 프로세스를 처리한다.
상기 말초 혈류/혈관상태 판단부(42)는 상기 측정부(10)의 각 센서(11,12)에서 측정되는 상기 PPG 신호와 온도 측정값, 및 내장 타이머에 의한 시간값을 체크하여 말초 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한 하나 이상의 파라미터를 추출하고, 상기 추출된 파라미터들로부터 말초 혈류 및 혈관상태를 분석하여 건강상태를 판별한다. 여기서 상기 말초 혈류/혈관상태 판단부(42)는 상기 표준공압 발생 제어부(41)의 초기 동작 시점을 기준으로, 표준 공압이 발생되기 이전의 상태인 평상시와, 미리 설정된 200mmHg의 표준 공압이 발생되어 동맥혈관에 가압이 이루어진 상태인 가압시와, 가압 후 0mmHg의 표준 공압이 가해져 원상태로 복귀되는 상태인 회복시, 각각의 PPG 파형의 평균 최대값(M0,M1,M2), 산소포화도(P0,P1,P2), 온도값(T0,T1,T2)들로부터 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한 다수의 파라미터를 추출하여 말초 혈류/혈관상태를 분석한다.
표시부(50)는 상기 주제어부(40)에서 추출된 파라미터와 건강상태 판별결과를 표시한다. 도 3은 본 발명에 의한 표시부를 통해 디스플레이되는 추출 파라미터 및 분석 결과 표시예를 도시한 것으로서, 각 부위별 측정 파라미터를 테이블상의 수치와 막대 그래프로 각각 표시하고, 건강상태 분석결과를 온도와 산소포화도 및 혈류속도와 함께 수치와 문자, 그리고 막대 그래프로 표시한 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 의해 분석될 수 있는 말초 혈류/혈관상태를 광학현미경을 통해 관찰하여 예시한 모세 혈관 참고사진으로서, 정상적인 건강상태와 비정상적인 건강상태 분석결과에 따른 참고사진을 예시하고 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 의한 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치에서 주제어부(40)에 의해 이루어지는 동작 흐름도로서, 평상시 PPG 파형의 평균 최대값(M0), 산소포화도(P0), 온도(T0) 측정 및 시간(t0) 체크하는 제1단계(S101-S105)와, 가압시 PPG 파형의 평균 최대값(M1), 산소포화도(P1), 온도(T1) 측정 및 시간(t1) 체크하는 제2단계(S107-S111)와, 회복시 PPG 파형의 평균 최대값(M2), 산소 포화도(P2), 온도(T2) 측정 및 시간(t2) 체크하는 제3단계(S113-S125)와, 파라미터 추출 및 건강상태 판별하는 제4단계(S127-S131), 및 제5단계의 표시단계(S133)로 이루어지는 과정을 예시하고 있다.
도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1단계는 측정동작이 개시되는지를 확인하는 단계(S101)와, 건강 상태 판별을 위한 PPG 파형의 변화량 기준치(M_ref)와 변화시간 기준치(t_ref)를 미리 설정하여 저장하는 단계(S103)와, 공압 커프부에 의한 동맥 혈관의 가압이 있기 이전에 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 평상시의 PPG 파형의 평균 최대값(M0), 산소포화도(P0), 온도(T0)를 측정하고 그때의 시간(t0)을 체크하는 단계(S105)를 포함하여 이루어진다.
제2단계는 미리 설정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부(30)에 의해 동맥 혈관을 가압한 상태에서 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 가압시 PPG 파형의 평균 최대값(M1), 산소포화도(P1), 온도(T1)를 측정하고 그때의 시간(t1)을 체크하는 단계(S107)와, 동맥 혈관 가압 이전의 초기에 측정된 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 동맥 혈관 가압 시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)에 대한 차이값(M10)을 산출하는 단계(S109)와, 동맥 혈관 가압 이전의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)이 측정된 시점(t0)과 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제1시간차(t10)를 계산하는 단계(S111)를 포함하여 이루어진다.
제3단계는 현재 시간(t)의 경과 여부를 체크하는 단계(S113)와, 상기 체크 결과 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)으로부터 제1시간차(t10) 만큼 더 경과되는지의 여부를 판단하는 단계(S115)와, 상기 공압 커프부(30)에 의해 가해지는 압력을 제거한 상태에서 동맥 혈관 회복시 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M2), 산소포화도(P2), 온도(T2)를 측정하고, 그때의 시간(t2)을 체크하는 단계(S117)와, 현재 PPG 파형의 평균 최대값(M)을 계속해서 체크하는 단계(S119)와, 현재 PPG 파형의 평균 최대값(M)이 상기 제1단계에서 측정된 초기의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 같은 값이 되는 시점에서의 시간값(t)을 복귀 시간(t2)으로 설정하는 단계(S121,S123)와, 상기 복귀 시간(t2)과 상기 가압시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제2시간차(t21)를 계산하는 단계(S125)를 포함하여 이루어진다.
제4단계는 동맥 혈관 가압 이전의 초기에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M20)을 산출하는 단계(S127)와, 동맥 혈관 가압시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M21)을 산출하는 단계(S129)와, 상기 각 단계에서 측정 및 체크되는 값들로부터 혈관 및 혈류 상태를 분석하여 건강상태를 판별하는 단계(S131)이다. 상기 건강상태 판별 단계(S131)에서는 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과, 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 미리 설정된 PPG 파형 기준치(M_ref)보다 크거나 같고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)의 차이값이 시간 기준치(t_ref)보 다 작거나 같으면 정상군으로 판별한다. 반대로, 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 PPG 신호 기준치(M_ref)보다 작고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)의 차이값이 시간 기준치(t_ref)보다 크면 비정상군으로 판별한다. 이러한 판별동작을 위해서는 선행적으로 정상군에 대한 임상 데이터베이스를 근거로 정상 범위와 비정상 범위를 설정해 두는 것이 바람직할 것이다.
제5단계는 상기 추출된 각 부위별 파라미터와 건강상태 분석 결과를 표시하는 단계(S133)이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 전체적인 동작과정 및 그에 의한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다. 표준공압 발생 제어부(41)와 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)
먼저, 주제어부(40)는 제1단계에서 동작 초기 또는 측정동작이 개시되는지를 확인(S101)하여, 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)를 통해 건강 상태 판별 기준치가 되는 PPG 파형의 변화량 기준치(M_ref)와 변화시간 기준치(t_ref)를 미리 설정하여 저장(S103)해둔다.
이어서 주제어부(40)는 공압 커프부(30)에 의한 동맥 혈관의 가압이 있기 이전에, 측정부(10)와 신호 처리 및 저장부(20)를 통해 전송되는 측정값들, 즉 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 측정되는 평상시의 PPG 파형의 평균 최대값(M0), 산소포화도(P0), 온도(T0) 측정값, 및 그때의 시간(t0)을 체크(S105)하여 신호 처리 및 저장한다.
다음으로 주제어부(40)는 제2단계에서 표준공압 발생 제어부(41)를 통해 미리 설정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부(30)에 의해 동맥 혈관을 가압하고, 그 가압 상태에서, 측정부(10)와 신호 처리 및 저장부(20)를 통해 전송되는 측정값들, 즉 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 측정되는 가압시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1), 산소포화도(P1), 온도(T1) 측정값, 및 그때의 시간(t1)을 체크(S107)하여 신호 처리 및 저장한다.
이어서 주제어부(40)는 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)를 통해, 상기 제1단계에서 동맥 혈관 가압 이전의 초기에 측정된 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과, 제2단계에서 동맥 혈관 가압 시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)에 대한 차이값(M10)을 산출(S109)한다. 이와 아울러 주제어부(40)는 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)를 통해 동맥 혈관 가압 이전의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)이 측정된 시점(t0)과, 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제1시간차(t10)를 계산(S111)한다.
다음으로 주제어부(40)는 제3단계에서 현재 시간(t)의 경과 여부를 체크(S113)하고, 상기 시간 체크 결과 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)으로부터 제1시간차(t10) 만큼 더 경과되는지의 여부를 판단(S115)하여, 이후의 동작 실행여부를 결정하게 된다.
상기 시간(t1+t10) 경과가 이루어지고 나면, 주제어부(40)는 표준공압 발생 제어부(41)를 통해 상기 공압 커프부(30)에 의해 가해지는 압력을 0mmHg로 낮춰줌으로써, 동맥 혈관의 회복이 이루어질 수 있게 하며, 이러한 회복상태에서, 측정 부(10)와 신호 처리 및 저장부(20)를 통해 전송되는 측정값들, 즉, 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 측정되는 회복시의 PPG 파형의 평균 최대값(M2), 산소포화도(P2), 온도(T2) 측정값, 및 그때의 시간(t)을 체크(S117)하여 신호 처리 및 저장한다. 아울러 주제어부(40)는 현재 PPG 파형의 평균 최대값(M)을 계속해서 체크(S119)하여, 현재 PPG 파형의 평균 최대값(M)이 상기 제1단계에서 측정된 초기의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 같은 값이 되는 시점에서의 시간값(t)을 복귀 시간(t2)으로 설정(S121,S123)하고, 상기 복귀 시간(t2)과 상기 가압시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제2시간차(t21)를 계산(S125)한다.
마지막으로 제4단계에서 주제어부(40)는 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)를 통해 동맥 혈관 가압 이전의 초기에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M20)을 산출(S127)하고, 아울러 동맥 혈관 가압시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M21)을 산출(S129)한다.
이렇게 산출된 파라미터들은 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)에 미리 설정된 기준치들, 즉 PPG 파형의 변화량 기준치(M_ref)와 변화시간 기준치(t_ref)들과 비교될 수 있으며, 그 비교결과로 혈관 및 혈류 상태를 분석하여 건강상태를 정상군 또는 비정상군으로 구분하여 판별(S131)하고, 그 결과를 표시부(50)를 통해 표시할 수 있게 된다.
상기 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)에서 이루어지는 정상군에 대한 판별 동작은, PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과, 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 미리 설정된 PPG 파형 기준치(M_ref)보다 크거나 같고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)이 시간 기준치(t_ref)보다 작거나 같은 경우를 추출하여 정상군으로 판별한다. 즉, 이러한 판단 기준치에 의하면, 가압시 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 빠르게 감소하거나 회복시 PPG 파형의 평균 최대값(M2)이 빠르게 증가할수록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M0,M1)에 대한 차이값(M10)이 크고 제1시간차(t10)가 짧을수록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M0,M2)에 대한 차이값(M20)이 작고 제1시간차(t10)가 짧을수록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 클수록 정상군으로 추출되기 쉬울 것이다.
반대로, 상기 말초 혈류/혈관 상태 판단부(42)에서 이루어지는 비정상군에 대한 판별 동작은, 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 미리 설정된 PPG 파형 기준치(M_ref)보다 작고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)이 시간 기준치(t_ref)보다 큰 경우를 추출하여 비정상군으로 판별한다.
즉, 이러한 판단 기준치는 가압시 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 느리게 감소하거나 회복시 PPG 파형의 평균 최대값(M2)이 느리게 증가할수록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M0,M1)에 대한 차이값(M10)이 작고 제1시간차(t10)가 길수록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M0,M2)에 대한 차이값(M20)이 작고 제2시간차(t21)가 길수 록, 또는 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 작을수록 비상군으로 추출되기 쉬울 것이다
상기와 같은 판별동작 및 그 기준치의 설정을 위해서는 선행적으로 정상군에 대한 임상 데이터베이스를 근거로 정상 범위와 비정상 범위를 설정해 두는 것이 바람직할 것이다.
이상의 본 발명에 의하면, 손목과 발목의 동맥 혈관을 가압할 수 있는 커프와, PPG 신호와 온도 측정이 가능한 다수 개의 센서 케이스를 휴대하여, 동맥개폐에 의한 혈류회복속도를 간단하고 신속하게 측정할 수 있게 되므로, 말초 혈류 및 혈관 상태의 정상 또는 비정상 여부를 장소에 관계없이 간단하게 진단할 수 있게 되는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 커프를 이용하여 동맥의 혈류흐름을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류변화에 따른 PPG 신호의 파형 및 온도변화를 측정 및 분석하고 그 분석결과를 간단하게 표시할 수 있도록 함으로써, 말초혈관 및 혈류상태를 간단하게 진단하고 인식할 수 있게 되며, 또한 시간과 장소에 관계없이 간단하게 휴대하여 혈관 및 혈류상태 등을 손쉽게 진단할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것이 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용 예가 가능한 것임은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 측정부와 공압 커프부가 손과 발에 적용된 상태를 예시한 실시예도이다.
도 3은 본 발명에 의한 표시부를 통해 디스플레이되는 추출 파라미터 및 분석 결과 표시예도이다.
도 4는 본 발명에 의해 분석될 수 있는 말초 혈류/혈관상태를 광학현미경을 통해 관찰하여 예시한 모세 혈관 참고사진이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 의한 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치에서 주제어부에 의해 이루어지는 동작 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 측정부 11 : PPG 센서
12 : 온도 센서 20 : 신호 처리 및 저장부
30 : 공압 커프부 31 : 공기 주입관
40 : 주제어부 41 : 표준공압 발생 제어부
42 : 말초 혈류/혈관 상태 판단부 50 : 표시부
Claims (16)
- 손목 또는 발목에 공압 커프부를 착용하고 상기 공압 커프부의 커프 압력을 조절함에 의해 손목 또는 발목에 있는 동맥 혈관을 개폐함에 따라 손가락과 발가락의 끝에서의 혈류 변화에 따른 PPG 신호의 변화를 측정하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치에 있어서,손가락 또는 발가락을 삽입시키기 위한 내부 공간을 구비하되, 상기 내부 공간에는 PPG 센서 및 온도센서가 장착되어, 말초 혈관의 PPG 신호 및 피부온도를 검출하도록 이루어진 센서 케이스;상기 PPG 센서 및 온도센서에 의해 측정되는 PPG 신호와 온도를 신호전처리하고 A/D변환하여 시간 정보와 함께 저장하는 신호 처리 및 저장부;상기 신호 처리 및 저장부에 저장되는 PPG 신호, 온도 신호 및 시간 정보로부터 말초 혈관 및 혈류상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여, 상기 파라미터를 기 설정된 기준치와 비교하는 주제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 적어도 하나의 센서를 구비하며, 말초 혈관이 분포하는 손가락이나 발가락의 단부에 부착되어 PPG 신호파형과 온도를 측정하는 측정부;상기 손가락이나 발가락 단부의 말초 혈관으로 연결되는 동맥 혈관을 외부에서 가압할 수 있도록 착용자의 손목 또는 발목에 탈부착되며, 외부로 연결된 공기 주입관을 통해 조절되는 표준 공압에 따라 커프 압력이 변화되어 손목 또는 발목의 동맥 혈관을 가압 또는 해제하는 공압 커프부;상기 측정부에서 측정되는 각 표준 공압별 PPG 신호와 온도를 신호전처리하고, 디지털 변환하여 시간 정보와 함께 저장하는 신호 처리 및 저장부;미리 지정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부를 구동시켜 손목이나 발목의 동맥 혈관에 대한 개폐동작을 제어하고, 상기 동맥 혈관의 개폐 동작에 따라 상기 신호 처리 및 저장부에 저장되는 PPG 신호와 온도 측정값 및 시간값으로부터 말초 혈관 및 혈류상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여, 상기 파라미터를 기 설정된 기준치와 비교하는 주제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 제2항에 있어서,상기 추출된 파라미터와 상기 기준치를 비교한 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는,손가락 또는 발가락 단부를 삽입할 수 있는 내부 공간을 몸체에 구비하며, 그 내부 공간에 손가락 또는 발가락이 삽입될 수 있도록 몸체의 한 면이 개방된 센서 케이스;상기 센서 케이스의 내부에 설치되어 내부 공간으로 삽입되는 손가락 또는 발가락 단부의 혈관으로부터 PPG 신호를 측정하는 PPG 센서;상기 센서 케이스의 내부에 설치되어 내부 공간으로 삽입되는 손가락 또는 발가락의 피부 온도를 측정하는 온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공압 커프부는,서로 다른 부위에 부착 탈부착 가능하도록 다수 개의 공압 커프로 구성되며, 각각의 공압 커프에는 상기 표준공압 발생 제어부에 의해 동시에 공기가 주입 또는 배출될 수 있도록 공기 주입관을 통해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주제어부는,미리 지정된 값의 표준 공압을 발생시켜 상기 공압 커프부를 통해 손목이나 말목의 동맥 혈관을 가압한 후 다시 원상태로 복귀시키는 표준공압 발생 제어부;상기 측정부에서 측정되는 상기 PPG 신호와 온도 측정값 및 시간값을 체크하여 말초 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한 하나 이상의 파라미터를 추출하고, 상기 추출된 파라미터와 기 설정된 기준치와 비교하는 말초 혈류/혈관상태 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초혈관 및 혈류상태 진단장치.
- 제6항에 있어서, 상기 말초 혈류/혈관상태 판단부는,상기 표준공압 발생 제어부의 구동 시점을 기준으로, 공압이 발생되기 이전의 상태인 평상시와, 미리 설정된 표준 공압이 발생되어 동맥혈관에 가압이 이루어진 상태인 가압시와, 가압 후 원상태로 복귀되는 상태인 회복시의 PPG 파형의 평균 최대값, 산소포화도, 온도값들로부터 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한 파라미터를 추출하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 제3항에 있어서, 상기 표시부는,각 부위별 파라미터와 건강상태 판별결과를 막대그래프로 표시하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 진단장치.
- 손목이나 발목에 부착되어, 부착된 부위를 지나는 동맥 혈관을 가압하는 공압 커프부와, 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관에서 PPG 파형의 평균 최대값, 산소포화도, 온도 변화를 측정하는 측정부, 및 상기 측정부의 측정 결과로 부터, 말초 혈관 및 혈류상태 분석을 위한 파라미터를 추출하여, 기 설정된 기준치와 비교하는 주제어부를 포함하는 장치에서의 혈관 및 혈류 상태 분석방법에 있어서,(a) PPG 파형의 변화량 기준치(M_ref)와 변화시간 기준치(t_ref)를 미리 저장해둔 상태에서, 공압 커프부에 의한 동맥 혈관의 가압이 있기 이전에 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M0), 산소포화도(P0), 온도(T0)를 측정하고 그때의 시간(t0)을 체크하는 제1단계;(b) 미리 설정된 표준 공압으로 상기 공압 커프부에 의해 동맥 혈관을 가압한 상태에서 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M1), 산소포화도(P1), 온도(T1)를 측정하고 그때의 시간(t1)을 체크하는 제2단계;(c) 상기 공압 커프부에 의해 가해지는 압력을 제거한 상태에서 혈관 회복시 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M2), 산소포화도(P2), 온도(T2)를 측정하고, 그때의 시간인, 복귀시간(t2)을 체크하는 제3단계;(d) 상기 제1단계 내지 상기 제3단계에서의 손가락이나 발가락에 분포하는 말초 혈관으로부터 PPG 파형의 평균 최대값(M0, M1, M2), 산소포화도(P0, P1, P2), 온도(T0, T1, T2), 시간(t0, t1, t2)의 값들로부터, 혈관 및 혈류 상태 분석을 위한, 손가락의 파라미터 또는 발가락의 파라미터를 추출하여, 기 설정된 기준치와 비교하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제9항에 있어서,(e) 상기 제4단계에서 추출된 손가락의 파라미터 또는 발가락의 파라미터를 표시하며,상기 제4단계에서 추출된 손가락의 파라미터 또는 발가락의 파라미터를 기 설정된 기준치와 비교한 결과를 표시하는 제5단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2단계는,동맥 혈관 가압 이전에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 동맥 혈관 가압 시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)에 대한 차이값(M10)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제2단계는,동맥 혈관 가압 이전의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)이 측정된 시점(t0)과, 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제1시간차(t10)를 계산하는 단계; 를 더 포함하고,상기 제3단계는,현재 시간(t)의 경과 여부를 체크하여, 상기 동맥 혈관 가압 시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)으로부터 상기 제1시간차(t10) 만큼 더 경과되는지의 여부를 판단하는 단계;를 포함하여, 상기 판단 결과 현재 시간(t)이 제1시간차(t10) 만큼 더 경과된 이후에 동작을 개시하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제12항에 있어서,상기 제3단계는,상기 공압 커프부에 의해 가해지는 압력을 제거한 상태에서 혈관 회복시 PPG 파형의 평균 최대값을 계속하여 체크하며,현재 PPG 파형의 평균 최대값이, 상기 제1단계에서 측정된 동맥 혈관 가압 이전의 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 같은 값이 되는 시점에서의 현재 시간(t)의 값을 상기 복귀시간(t2)으로 설정하는 단계;상기 복귀 시간(t2)과 상기 가압시의 PPG 파형의 평균 최대값(M1)이 측정된 시점(t1)과의 차이값인 제2시간차(t21)를 계산하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제4단계는,동맥 혈관 가압 이전에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M0)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M20)을 산출하는 단계;동맥 혈관 가압시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M1)과 동맥 혈관 가압 후 원상태로 회복시에 측정된 PPG 파형의 평균 최대값(M2)에 대한 차이값(M21)을 산출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제4단계는,상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과, 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 PPG 파형 변화량 기준치(M_ref)보다 크거나 같고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)이 변화시간 기준치(t_ref)보다 작거나 같으면 정상군으로 판별하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제4단계는,상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M0)에 대한 차이값(M10)과 상기 PPG 파형의 평균 최대값(M1,M2)에 대한 차이값(M21)이 PPG 파형 변화량 기준치(M_ref)보다 작고, 제1시간차(t10)와 제2시간차(t21)에 대한 차이값(t2-1)이 변화시간 기준치(t_ref)보다 크면 비정상군으로 판별하는 것을 특징으로 하는 말초 혈관 및 혈류 상태 분석방법.
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