KR101161537B1

KR101161537B1 - 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101161537B1
Application number: KR1020090128505A
Authority: KR
Inventors: 조재걸
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2012-07-02
Also published as: US20110152699A1; KR20110071839A; US8500649B2

Abstract

본 발명은 모든 피측정자들에게 공통적으로 적용 가능하게 혈관의 탄성도를 측정할 수 있는 혈압 측정 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 커프 압력 변화에 따라 맥파 전달 시간이 달라진다는 점을 이용하여, 압력을 가하지 않았을 때의 맥파 전달 시간을 산출하고, 커프에 의해 압력이 변화하는 구간에서의 맥파 전달 시간을 산출한 후, 그 맥파 전달 시간들을 이용하여 혈관의 탄성도를 구하는 과정으로 이루어진다. 이와 같이 혈관의 탄성도와 관련된 맥파 전달 시간을 이용함으로써 혈압이나 개인 편차와 무관한 절대적인 지표로 사용할 수 있는 혈관의 탄성도를 구할 수 있게 된다.

혈압, PTT, 탄성도

Description

혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MEASURING BLOOD PRESSURE FOR MEASURING ARTERIAL STIFFNESS}

본 발명은 혈압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 피측정자는 다양한 의료기기 제품들을 사용하여 자신의 건강 상태를 측정할 수 있게 되었다. 이에 따라 피측정자는 자신의 혈압, 심박수, 맥박 등의 생체 신호를 측정할 수 있는데, 그 중에서도 고혈압 등을 예방하기 위해 정기적으로 동맥 경화 등의 혈관의 건강도를 미리 파악하는 것이 무엇보다도 중요하다.

여기서, 혈관의 건강도는 일반적으로 동맥 경화도를 나타낸다고 볼 수 있으며, 동맥 경화도는 혈관 내벽에 이물질이 쌓임으로써 혈관 내벽이 두꺼워지고 탄력을 잃게 되는 정도를 뜻한다. 따라서 혈관의 동맥경화도는 혈관의 탄성도를 측정함으로써 추정할 수 있다. 도 1은 압력에 따른 동맥 혈관의 탄성계수 영률(Young's Modulus)을 예시한 것으로, 압력이 증가할수록 영률 E가 지수적으로(exponentially) 증가하는 것을 알 수 있다. 여기서, E의 물리적 의미는 단위 직 경의 증가에 필요한 혈관의 탄성도(tension)이므로 y축 절편이 동일할 경우 그래프의 기울기가 급할수록 동일한 동맥 지름의 증가에 더 많은 힘이 필요하다는 것을 나타낸다. 다시 말해서 도 1에서의 기울기가 급할수록 동맥 경화도가 높은, 즉 혈관 탄성도가 낮은 상태를 나타내는 것이며 일반적으로 E는 다음과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 1에서, E₀ 와 α는 상수, P는 혈관 내부의 압력을 나타내며 이와 같이 지수 형태로 E를 표시하게 되면 압력 변화에 따른 혈관 탄성도는 상수 α에 의해 결정된다고 볼 수 있다. 인체 동맥 혈관의 E 또는 α를 직접 측정하는 방법은 쉽지 않으므로 그 대신 맥파 전달 속도(Pulse Wave Velocity, PWV)를 이용하는 방법이 혈관 탄성도 측정 방법으로 널리 사용된다. 이러한 맥파 전달 속도를 이용한 방법을 설명하기 위해 도 2를 참조한다. 도 2는 일반적인 맥파 전달 시간(Pulse Transit Time, PTT)와 맥파 전달 속도(Pulse Wave Velocity, PWV) 간의 관계를 설명하기 위한 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 동맥 펄스가 예컨대, 심장에서 출발하여 손끝이나 발끝과 같은 말초 지점까지 도달하는데 걸리는 시간을 맥파 전달 시간으로 정의하며 혈관 길이를 맥파 전달 시간으로 나눈 것이 맥파 전달 속도가 된다. 맥파 전달 속도는 하기 수학식 2와 같이 표현되며, E의 함수가 사용되므로 일반적으로 혈관 탄성도가 낮아질수록 맥파 전달 속도는 큰 값을 나타내 게 된다. 특히 대동맥의 맥파 전달 속도는 일반적으로 혈관의 노화, 동맥경화, 고혈압, 당뇨, 고지혈증, 신장 질환 등의 조기 발견 지표로 알려져 있다.

상기 수학식 2에서, R은 혈관 반지름(Blood Vessel Radius), h는 혈관 두께(Wall Thickness), ρ는 혈관 밀도(Blood Density)이다. 수학식 2에서와 같이, 혈관이 두꺼울수록 맥파 전달 속도는 빨라지는 등 그 맥파 전달 속도는 혈압, 혈관 직경, 혈관 두께에 따라 달라짐을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 맥파 전달 속도는 동맥 내부의 압력, 즉 혈압에 따라 값이 변화하며 상기 수학식 2에서와 같이 혈관의 두께, 반지름, 혈액의 밀도 등 개인 별로 편차가 존재하는 특성에도 의존하는 값이다. 따라서 동일한 혈관에 대해 동일한 혈압에서 측정한 값이 아니라면 맥파 전달 속도를 이용한 절대적인 혈관 탄성도의 평가는 불가능하다. 즉, 맥파 전달 속도 측정을 통하여 다른 사람과 비교했을 때 혈관 탄성도가 높다 또는 낮다 등과 같은 평가를 내릴 수는 없으며 단지 한 개인에 대하여 동일한 혈압에서 지속적으로 측정했을 때 혈관 탄성도의 개선 또는 악화 경향을 확인할 수 있을 뿐이다.

따라서 본 발명은 모든 피측정자들에게 공통적으로 적용 가능하게 혈관의 탄성도를 측정할 수 있는 혈압 측정 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 간편하게 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치 및 방법을 제공한다.

상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은, 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치에 있어서, 심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 맥파 전달 속도를 측정하는 맥파 전달 속도 측정 모듈과, 커프를 가압 또는 감압함으로써 혈압을 측정하는 혈압 측정 모듈과, 상기 커프를 가압하지 않았을 때의 상기 맥파 전달 속도를 이용하여 초기 맥파 전달 시간을 산출하고, 상기 커프에 의해 압력을 가했을 때 상 기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 산출하고, 상기 초기 맥파 전달 시간 및 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 이용하여 혈관 탄성도를 산출하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법에 있어서, 심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 맥파 전달 속도를 측정하는 과정과, 커프를 가압 또는 감압함으로써 혈압을 측정하는 과정과, 상기 커프를 가압하지 않았을 때의 상기 맥파 전달 속도를 이용하여 초기 맥파 전달 시간을 산출하는 과정과, 상기 커프에 의해 압력을 가했을 때 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 산출하는 과정과, 상기 초기 맥파 전달 시간 및 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 이용하여 혈관 탄성도를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 피측정자의 혈압을 측정하면서 동시에 혈관의 탄성도를 측정할 수 있어 피측정자의 편의성을 제공할 수 있는 이점이 있다. 또한 본 발명은 모든 피측정자들에게 공통적으로 적용 가능하게 범용의 혈관의 탄성도를 측정할 수 있는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 혈압이나 개인 편차에 의존하지 않으므로 심혈관 진단이나 측정 장치에 유용하게 활용될 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 맥파 전달 속도의 특성을 살펴보기 위해 도 3을 참조한다. 도 3은 동맥경화나 고혈압과 같은 심혈관 관련 질환이 없는 한국인 여성의 맥파 전달 속도 측정값을 연령별로 나타낸 그래프이다. 일반적으로 나이가 들면서 동맥경화도가 증가하는 것은 주지의 사실이며, 도 3에 도시된 바와 같이 연령이 증가할수록 맥파 전달 속도도 증가하는 경향을 보이고 있다. 다만, 맥파 전달 속도 는 개인의 신체적 특성인 혈관의 직경과 두께, 그리고 혈압에도 의존하므로 개인 편차가 매우 큰 특성을 보이게 되며, 도 3에 도시된 바와 같이 매우 넓은 분포도를 가진다. 이에 따라 맥파 전파 속도 측정 방법을 절대적인 혈관 탄성도 지표로 사용하기에는 적합하지 않다. 따라서 절대적인 혈관 탄성도 지표로 사용할 수 있는 방법이 요구된다.

이를 고려하여, 본 발명에서는 커프 압력에 따라 맥파 전달 시간이 변화한다는 특징을 이용한다. 도 4는 본 발명에서 이용되는 혈압 측정 시 커프 압력(P)(mmHg)과 맥파 전달 시간(PTT)(msec) 측정 결과 간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이 커프 압력(P)이 증가할수록 맥파 전달 시간(PTT)이 증가하는 경향을 보이고 있으며, 맥파 전달 시간의 값과 압력에 따른 증가분의 크기는 피측정자에 따라 상이함을 알 수 있다. 여기서, 맥파 전달 시간은 혈액이 심장에서부터 출발하여 손끝이나 발끝과 같은 말초 부위에 도달하기까지 걸리는 시간으로써, 심전도의 신호와 맥파 신호를 근거로 구해진다.

이러한 맥파 전달 시간은 혈관 내 압력과 혈관 두께, 혈관 직경, 혈관 탄성도에 의존하는 값인데, 커프 압력에 의해 혈관 내 압력이 변화하게 되면 그 맥파 전달 시간도 함께 변화하게 되는 것이다. 상기 수학식 1의 압력 P는 혈관 내부의 압력(Transmural Pressure)을 의미하며, 혈관 내부의 압력(Transmural Pressure)은 혈압과 외부에서 가해지는 압력(커프 압력)의 차이로부터 얻어지는 값이다. 즉, 커프가 없을 경우에 혈관 내부의 압력은 평균 혈압과 동일한 값이지만 커프의 압력이 증가하게 되면 혈관 내부의 압력은 감소하게 되고 커프의 압력이 계속 증가하여 평 균 혈압과 동일하게 되면 혈관 내부의 압력은 0이 되는 것이다.

따라서 커프 압력이 증가하면 상기 수학식 1의 혈관 내부 압력 P는 감소하고, 상기 수학식 2의 E값이 감소하게 되므로 맥파 전달 시간이 증가(맥파 전달 속도는 감소)하게 된다. 커프 압력이 증가할수록 맥파 전달 시간의 증가분도 함께 증가하게 되는데 그 증가분의 크기는 피측정자에 따라 서로 다른 값을 나타낸다.

혈관 길이는 심장에서부터 맥파가 측정되는 말초 지점까지이며, 압력을 가하지 않았을 때의 맥파 전달 시간과, 압력을 가했을 때의 그 압력을 가한 구간의 길이와 그 구간에서의 맥파 전달 시간을 산출한다면, 커프 압력 변화에 따라 측정된 맥파 전달 시간 값들을 이용하여 각 피측정자의 혈관 탄성도, 보다 정확히는 상기 수학식 1의 상수 α를 구할 수 있다.

상기와 같은 기능을 구현하기 위해 본 발명에서는 오실로메트리(oscillometry) 방식의 전자식 혈압 측정 장치에 맥파 전달 시간 측정용 센서를 추가한 장치를 제안한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈관 탄성도 측정을 위한 혈압 측정 장치의 내부 블록 구성도이다.

도 5를 참조하면, 혈압 측정 장치는 크게 맥파 전달 속도 측정 모듈(500) 부분과 혈압 측정 모듈(505) 부분으로 이루어진다.

먼저, 혈압 측정 모듈(505) 부분을 살펴보면, 본 발명에 따른 혈압 측정 모듈(505) 부분은 오실로메트리 방식 혈압계의 구성과 유사하다. 혈압 측정 모듈(505)의 동작은 커프(cuff)(510)를 사용하여 동맥을 가압/감압하면서 발생하는 진동(oscillation)으로부터 혈압을 측정하며, 심장 박동에 의한 펄스가 최대 진폭 을 가질 때의 커프 압력을 평균 혈압으로 추정하는 동작을 수행한다. 이에 따라 혈압 측정 모듈(505)은 표시부(515), 에어펌프(520), 압력 센서(525), 아날로그-디지털 컨버터(530) 및 밸브 조정부(535)를 포함한다.

구체적으로, 커프(510)는 동맥의 흐름을 차단하거나 조절하기 위한 수단이며, 표시부(515)는 혈압 측정 결과 및 혈관 탄성도 등을 표시하며, 에어펌프(520)는 커프(510)를 가압하는 역할을 하며, 압력 센서(525)는 압력을 검출하여 아날로그-디지털 컨버터(530)를 통해 전기적 신호로 변환한다. 밸브 조절부(535)는 커프(510)의 압력을 감압하는 역할을 하며, 원하는 속도로 감압하기 위한 수단으로 사용자가 수동으로 조절하거나 자동으로 제어 가능하도록 구성될 수도 있다.

맥파 전달 속도 측정 모듈(500)은 크게 광혈류 측정(Photoplethysmography: PPG) 모듈(540)과 심전도 측정(Electrocardiogram: ECG) 모듈(545)을 포함한다. PPG 모듈(540)은 피측정자의 광혈류 측정 즉, 맥파 신호를 검출하기 위한 센서로서, 손가락 끝에 장착되는 클립형 광 센서가 이용될 수 있다. 이러한 광 센서는 맥파 신호 측정을 위해 피부에 광을 입사시키는 하나 이상의 광원과, 그 광이 피부에 입사된 후 산란되어 피부 외부로 나오는 광을 검출하기 위한 하나 이상의 광 검출기로 구성된다. 이러한 맥파 신호는 맥파 전달 시간을 산출하기 위하여 제어부(550)로 전달된다. 또한 ECG 모듈(545)은 심전도 전극을 통해 피측정자의 심전도 신호를 입력받아 제어부(550)로 전달한다. 도 5에서는 심전도 전극으로는 패치형 전극을 예시하며, 맥파 측정을 위한 센서로는 손가락 투과형 센서를 예시하였으나, 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 형태의 센서로도 대체 가능함은 물론이다.

또한 산출된 혈압 측정값 및 혈관 탄성도 정보 등을 휴대폰, PDA, PC 등과 통신 매개체를 이용하여 피측정자에게 제공하도록 본 발명에 따른 혈압 측정 장치에는 무선 송수신부로써 블루투스 모듈(555)이 추가될 수 있다. 또한 맥파 전달 시간 계산 시 사용자의 성별, 키 등의 정보를 입력받기 위한 입력부(도시하지 않음)를 구비할 수도 있으며, 블루투스 모듈(555)을 통해 그 정보를 수신할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 혈압 측정 장치의 장착 예를 살펴보면, 커프(510)는 피측정자의 상완(upper arm)에 감겨지며, 광 센서는 그 커프(52)가 장착된 팔의 손가락 끝에 장착되며, 심전도 측정을 위한 전극들은 피측정자의 신체에 바람직하게는 피측정자의 양팔 또는 양 손에 각각 접촉되도록 장착된다. 이러한 장착을 통해 피측정자의 혈압 측정과 동시에 맥파 전달 속도를 측정할 수 있다.

제어부(550)는 ECG 모듈(545)에서 측정한 심전도 신호와 PPG 모듈(54)에서 측정한 맥파 신호를 이용하여 맥파 전달 시간을 산출한다. 여기서, 맥파 전달 시간은 혈관 길이 L을 맥파 전달 속도(PWV)로 나눔으로써 산출된다. 이러한 맥파 전달 시간의 측정은 에어 펌프(520)와 밸브 조절부(535)의 제어를 통해 연속적 또는 불연속적으로 이루어질 수 있다. 이러한 맥파 전달 시간을 수학식으로 표현하면 하기 수학식 3과 같다.

상기 수학식 3에서 맥파 전달 속도(PWV)에는 상기 수학식 1 및 수학식 2를 대입한다. 상기 수학식 3으로부터 맥파 전달 시간(PTT)은 혈관 탄성도를 결정하는 역할을 하는 혈관 탄성 계수인 α와 관련있음을 알 수 있으며 커프 압력 변화에 따른 맥파 전달 시간 변화로부터 혈관 탄성 계수 α를 구할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 도 4에서와 같이 커프 압력이 가해질 때 맥파 전달 시간도 함께 증가하는 데, 그 커프 압력이 가해지는 구간에서 맥파 전달 시간이 얼마만큼 증가했는지를 나타내는 증가분과 그 커프 압력 간의 관계를 통해 혈관 탄성 계수α를 계산하는 것이다. 동일한 커프 압력 변화에 대해 맥파 전달 시간 증가분이 크다는 것은 혈관 탄성 계수 α가 크다, 즉, 혈관 탄성도가 낮다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 혈관 탄성 계수α를 구할 수 있다면 혈관 탄성도 지표로 사용할 수 있게 된다.

이에 따라 제어부(550)는 커프(510)에 의해 압력을 가할 때의 그 커프 압력과, 그 압력을 가할 때의 혈압 및 커프 압력을 가했을 때 맥파 전달 시간의 증가분을 구한다. 다시 말하면, 제어부(550)는 압력을 가하지 않았을 때의 맥파 전달 시간과 압력을 가했을 때의 맥파 전달 시간을 이용하여 혈관 탄성도를 산출한다.

이러한 혈관 측정 장치에서의 동작 흐름도는 도 6과 같다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 도 7을 예시하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 600단계에서 심전도 신호와 맥파신호를 측정한 후, 그 심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 610단계에서 초기 맥파 전달 시간(PTT₀)을 산출한다. 도 7에서는 혈관 내부의 압력 즉, 평균 혈압이 Pm, 혈관 길이가 L인 동맥을 커프 길이가 Lc(단위 Cm)인 커프로 압력을 가하는 경우를 예시하고 있다. 그 중에 서도 도 7(a)는 커프에 압력이 가해지지 않은 경우 초기 맥파 전달 시간을 구하는 방법을 예시하고 있다. 이러한 커프가 감긴 구간에서의 혈관 내부의 압력은 평균 혈압 Pm으로 커프가 감기지 않은 구간에서의 평균 혈압과 동일하다. 이러한 평균 혈압 Pm은 수축기 혈압과 이완기 혈압, 혈압 파형으로부터 하기 수학식 4와 같이 구해질 수 있다.

상기 수학식 4에서, Pd는 이완기 혈압, Ps는 수축기 혈압, k는 파형 계수를 나타낸다. 여기서, 파형 계수 k로는 대체로 1/3을 사용한다.

상기 수학식 5에서, 동맥의 길이 L은 심장부터 맥파가 측정되는 손가락 끝부분까지의 거리를 나타내다. E₀ 는 커프 압력이 0일 때의 영률이며, α는 혈관 탄성 계수로써 상수이며, Pm은 평균 혈압을 나타내며, R은 혈관 반지름(Blood Vessel Radius), h는 혈관 두께(Wall Thickness), ρ는 혈관 밀도(Blood Density)이다. 여기서, 길이 L은 실제 측정을 통해서도 구할 수 있고 성별과 키를 이용한 회귀식을 이용하여 구할 수도 있다. 이러한 회귀식의 예로는 하기 수학식 6과 같으며, 본 발명에서 이용되는 회귀식은 이에 한정되지 않는다.

상기 수학식 6은 한국 남성의 심장에서 손가락까지의 길이를 나타낸 회귀식이다.

상기 수학식 5를 참조하면, 혈압을 측정하게 되면 수학식 4를 통해 평균 혈압을 구할 수 있으며, 이렇게 구한 평균 혈압 Pm을 상기 수학식 5에 대입한 후, 그 심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 610단계에서와 같이 초기 맥파 전달 시간(PTT₀)을 산출한다. 그리고나서 혈압 측정 장치는 620단계에서 커프에 압력을 가하여 630단계에서 그 압력을 가했을 때의 맥파 전달 시간을 산출한다.

도 7(b)는 커프에 의해 압력이 가해졌을 때의 맥파 전달 시간을 구하는 방법을 예시하고 있다. 도 7(b)에서 커프에 의해 압력이 가해지면 커프 부분의 혈관에 가해지는 압력은 Pm이 아니라 Pm에서 반대 방향의 커프 압력 Pc를 뺀 Pt로 변환하게 된다. 이를 수학식으로 표현하면 하기 수학식 7과 같다.

상기 수학식 7에서 Pt는 커프에 의해 압력이 가해진 구간에서의 혈관 내부 압력이며, Pc는 커프 압력을 나타낸다.

이때, 커프에 의해 압력이 가해지는 구간 Lc에서는 그 커프 압력이 증가함에 따라 맥파 전달 시간도 이전보다 증가하게 된다. 하지만, 전체 길이 L에서 커프에 의해 압력이 가해지는 구간 Lc을 뺀 구간에서의 맥파 전달 속도는 초기 맥파 전달 속도와 동일하다고 가정한다. 따라서 커프에 의해 압력이 가해지는 구간 Lc에서의 맥파 전달 시간의 증가분을 Δ라고 하면, 맥파 전달 시간은 하기 수학식 8과 같이 표현될 수 있다. 이 때 Δ는 Pt의 함수로서 커프 압력에 따라 변화하는 값이다.

상기 수학식 8에서 초기 맥파 전달 시간(PTT₀)은 압력을 가하지 않았을 때의 맥파 전달 시간이며, Δ는 커프 압력에 따라 변화하는 값으로 커프에 의해 압력이 가해지는 구간 Lc에서의 맥파 전달 시간의 증가분을 나타내며, 단위는 msec이다. 이러한 Δ는 측정값으로써 도 4에서와 같은 그래프를 이용하여 구해질 수 있다. 상기 수학식 8을 정리하면 하기 수학식 9와 같다.

상기 수학식 9에서, 커프 압력에 따른 맥파 전달 시간 증가분 Δ를 포함하는 좌변과, 커프에 의해 압력이 가해진 구간에서의 혈압(Pt) 간의 선형 회귀식을 구하면 혈관 탄성 계수 α를 구할 수 있다. 이러한 혈관 탄성 계수 α에 대한 수학식으로 정리하면 하기 수학식 10과 같다.

상기 수학식 10에서 slope 함수는 두 변수의 선형 회귀분석에서 얻어지는 기울기를 나타내는 함수를 의미한다. 이와 같이 혈관 측정 장치는 640단계에서 산출된 맥파 전달 시간들을 이용하여 혈관 탄성도를 상기 수학식 10에서와 같이 산출한다. 커프의 압력을 변화시킴으로써 Pt의 변화에 대한 맥파 전달 시간의 변화를 측정하면, 그 측정 결과들의 회귀분석으로부터 혈관 탄성 계수 α를 구할 수 있다.

상기 수학식 10에서와 같이 혈관 탄성 계수 α는 커프에 의해 압력이 가해진 구간에서의 혈압(Pt), 초기 맥파 전달 시간(PTT₀), 커프 길이(Lc), 동맥 길이(L), 맥파 전달 시간의 증가분(Δ) 등에 의해 결정된다. 이와 같이 혈관 탄성 계수 α는 피측정자들에 대해 공통적으로 구해질 수 있는 인자에 의해 결정되므로, 개인 편차가 제거된 것이며, 이에 따라 절대적인 혈관 탄성도 지표로 사용할 수 있다.

도 1은 일반적인 압력에 따른 동맥 혈관의 탄성계수 Young's Modulus를 예시한 그래프,

도 2는 일반적인 맥파 전달 시간을 설명하기 위한 도면,

도 3은 한국인 여성의 맥파 전달 속도 측정값을 연령별로 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에서 이용되는 혈압 측정 시 커프 압력과 맥파 전달 시간 측정 결과 간의 관계를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈관 탄성도 측정을 위한 혈압 측정 장치의 내부 블록 구성도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 혈관 탄성도 측정을 위한 혈압 측정 장치에서의 동작 흐름도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 맥파 전달 시간을 구하는 방법을 예시한 도면.

Claims

혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치에 있어서,

심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 맥파 전달 속도를 측정하는 맥파 전달 속도 측정 모듈과,

커프를 가압 또는 감압함으로써 혈압을 측정하는 혈압 측정 모듈과,

상기 커프를 가압하지 않았을 때의 상기 맥파 전달 속도를 이용하여 초기 맥파 전달 시간을 산출하고, 상기 커프에 의해 압력을 가했을 때 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 산출하고, 상기 초기 맥파 전달 시간 및 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 이용하여 혈관 탄성도를 산출하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 맥파 전달 속도 측정 모듈은,

상기 심전도 신호를 측정하는 심전도 측정부와,

상기 맥파 신호를 측정하는 맥파 측정부를 포함함을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 혈압 측정 모듈은,

피측정자의 팔 상단에 감겨지도록 장착되며 압력에 의해 동맥을 가압 또는 감압하는 커프와,

상기 커프를 가압하는 에어 펌프와,

상기 커프에 가압하는 압력을 검출하는 압력 센서와,

상기 압력 센서로부터의 신호를 전기적 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터와,

상기 커프의 압력을 감압하는 밸브 조절부를 포함함을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 초기 맥파 전달 시간은,

심장으로부터 맥파 측정 지점까지의 동맥 길이를 상기 맥파 전달 속도로 나눈 것이며, 상기 맥파 전달 속도에는 동맥 혈관의 탄성계수 영률이 대입된 것임을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 커프 구간에서의 혈압은,

평균 혈압에서 상기 커프에 의한 압력을 뺀 것임을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 동맥 길이는,

상기 심장으로부터 맥파 측정 지점까지의 길이를 실제 측정하거나 피측정자의 성별 및 키를 이용한 회귀식을 통해 구해지는 것임을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 동맥 길이에 해당하는 구간에서의 평균 혈압에 따른 상기 초기 맥파 전달 시간과, 상기 커프에 의해 압력이 가해질 때 상기 커프 구간에서의 혈압에 따른 상기 커프 구간의 맥파 전달 시간의 증가분을 이용하여 상기 동맥 혈관의 탄성계수 영률(Young's Modulus)에 대한 혈관 탄성 계수를 산출함을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.
제7항에 있어서, 상기 혈관 탄성 계수는 하기 수학식 10과 같이 표현되는 것임을 특징으로 하는 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 혈압 측정 장치.

[수학식 10]

상기 수학식 10에서 slope 함수는 두 변수의 선형 회귀분석에서 얻어지는 기울기를 나타내는 함수를 의미하며, Pt는 상기 커프 구간에서의 혈관 내부의 압력, PTT₀는 상기 초기 맥파 전달 시간, Lc는 커프 길이, L은 상기 동맥 길이, Δ는 Pt에 따른 상기 커프 구간에서의 맥파 전달 시간의 증가분을 나타냄.
혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법에 있어서,

심전도 신호와 맥파 신호를 이용하여 맥파 전달 속도를 측정하는 과정과,

커프를 가압 또는 감압함으로써 혈압을 측정하는 과정과,

상기 커프를 가압하지 않았을 때의 상기 맥파 전달 속도를 이용하여 초기 맥파 전달 시간을 산출하는 과정과,

상기 커프에 의해 압력을 가했을 때 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 산출하는 과정과,

상기 초기 맥파 전달 시간 및 상기 압력이 가해진 커프 구간의 맥파 전달 시간을 이용하여 혈관 탄성도를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 상기 초기 맥파 전달 시간은,

심장으로부터 맥파 측정 지점까지의 동맥 길이를 상기 맥파 전달 속도로 나눈 것이며, 상기 맥파 전달 속도에는 동맥 혈관의 탄성계수 영률이 대입된 것임을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 상기 커프 구간에서의 혈압은,

평균 혈압에서 상기 커프에 의한 압력을 뺀 것임을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 상기 동맥 길이는,

상기 심장으로부터 맥파 측정 지점까지의 길이를 실제 측정하거나 피측정자의 성별 및 키를 이용한 회귀식을 통해 구해지는 것임을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 상기 혈관 탄성도를 산출하는 과정은,

상기 동맥 길이에 해당하는 구간에서의 평균 혈압에 따른 상기 초기 맥파 전달 시간과, 상기 커프 구간에서의 상기 커프 구간에서의 혈압에 따른 상기 커프 구간의 맥파 전달 시간의 증가분을 이용하여 상기 동맥 혈관의 탄성계수 영률(Young's Modulus)에 대한 혈관 탄성 계수를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.
제13항에 있어서, 상기 혈관 탄성 계수는 하기 수학식 10과 같이 표현되는 것임을 특징으로 하는 혈압 측정 장치에서 혈관의 탄성도를 측정하기 위한 방법.

[수학식 10]

상기 수학식 10에서 slope 함수는 두 변수의 선형 회귀분석에서 얻어지는 기울기를 나타내는 함수를 의미하며, Pt는 상기 커프 구간에서의 혈관 내부의 압력, PTT₀는 상기 초기 맥파 전달 시간, Lc는 커프 길이, L은 상기 동맥 길이, Δ는 Pt에 따른 상기 커프 구간에서의 맥파 전달 시간의 증가분을 나타냄.