KR101440991B1 - 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법 - Google Patents

오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오실로매트릭(oscillometric) 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치는, 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와, 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와, 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와, 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 혈관 경화 분석부를 제공함으로써, 전문가의 도움없이 병원 또는 가정 등에서 간편하게 개인이 동맥의 경화도를 검사해 볼 수 있다.

Description

오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법{Monitoring apparatus and method of sclerosis of the blood vessels based on oscillometric arterial blood pressure measurement}
본 발명은 오실로매트릭(oscillometric) 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 윈도우 구간 중 제1 구간과 제2 구간에 해당하는 맥파 신호로부터 검출된 최소 진폭값들을 이용하여 혈관 경화를 측정하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
동맥 경화란 혈관 관내 벽에 지방, 콜레스테롤, 이상 조직 등이 침착하여 혈관 내경이 좁아지고 동맥벽이 굳어져 딱딱하게 되는 현상을 말하며 뇌경색, 협심증, 심근 경색, 말초 혈관 폐쇄, 신장 경화증 등 위험한 합병증을 일으키게 된다. 이런 동맥 경화를 조기에 발견하고 관리하게 되면 합병증을 예방할 수 있으며 보통 혈압 측정, 콜레스테롤 검사, 당뇨 검사 등으로 동맥 경화 위험 요인을 스크린한다. 그러나 이런 검사들은 실제 동맥의 탄력성이 어느 정도인지를 나타낼 수 없고, 단지 동맥 경화를 잘 일으키는 요인을 밝혀줄 뿐이다.
한편, 동맥 경화 검사(Pulse Wave Velocity)는 혈관의 탄력성과 혈관 내벽의 침전 정도를 측정하여 혈관이 얼마나 딱딱한지를 나타내는 동맥 경화도를 측정하여 조기에 동맥 경화를 스크린할 수 있다. 현재 사용되고 있는 동맥 경화 검사 방법은 심장 수축시 대동맥에 압력파를 발생하며, 이 압력파는 대동맥을 따라 말초 동맥으로 전달된다. 말초 동맥에 도달하는 압력파는 심장에서 말초 동맥까지의 거리에 따라서 도달 시간에 차이가 있어 이 압력파가 전달되어 온 거리를 도달 시간의 차이로 나눈 것으로 표시한다.
동맥 경화 검사 측정의 문제점은 맥파가 전달되는 정확한 거리의 측정이다. 맥파가 전달되는 정확한 거리의 측정이 문제가 되는 이유는 몸의 비만도와 굴곡에 따라서 차이가 있고, 동맥 경화가 많이 진행되거나 선천적으로 대동맥의 굴곡이 심한 환자의 경우에는 혈류 속도가 빠름에도 불구하고, 맥파가 진행되는 실제 거리가 길어서 동맥 경화 검사 값이 작게 측정되기도 한다. 또한 이러한 동맥 경화 검사 방법의 원리를 이해하지 못한 상태에서 기록된 맥파가 깨끗하지 못하면 맥파 간 시간 차이가 정확히 측정되지 않아 잘못된 값을 구할 수도 있다. 그러므로 이러한 동맥 경화 검사를 사용하는 사용자들은 항상 표준화된 환경을 구성하고 검사자를 정기적으로 교육해야 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 1분 정도 팔목 또는 손목에 커프 압력을 이용하여 발생하는 맥파 신호의 혈압 패턴을 분석하여 동맥의 경화에 의한 탄력성의 감소 정도를 측정가능하게 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 윈도우 구간 중 제1 구간과 제2 구간에 해당하는 맥파 신호로부터 검출된 최소 진폭값들을 이용하여 혈관 경화를 측정하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치는, 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와, 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와, 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와, 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 혈관 경화 분석부를 제공한다.
혈관 경화 분석부는 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값의 차이값을 이용하여 혈관 경화도를 분석한다.
오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치는 동일의 피측정자로부터 얻어진 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화된 맥파 신호를 생성하고 맥파 진폭 검출부로 출력하는 맥파 신호 정규화부를 더 포함하고, 맥파 진폭 검출부는 맥파 신호 정규화부로부터 출력된 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출할 수 있다.
맥파 신호 정규화부는 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트한 것을 이용하여 정규화하는 것이 바람직하다.
혈관 경화 분석부는 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값에서 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값을 뺀 차이 값이, 양수이면서 값이 크면 클수록 동맥 경화도가 높은 것으로 분석하고, 음수이면서 값이 작으면 작을수록 동맥 경화도가 낮은 것으로 분석하는 것이 바람직하다.
맥파 진폭 검출부는 복수의 윈도우의 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하고, 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치는 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용한 고혈압 여부 및 혈관 경화 분석부에서 분석된 혈관 경화도를 이용하여 개인적인 특성을 분석하는 개인 특성 분석부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하는 윈도우 개수는 최소 진동 파형 수와 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수에 기초하여 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법은 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와, 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와, 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 단계와, 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
개인적인 특성을 분석하는 단계는, 피측정자마다 얻은 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 분석할 수 있다.
상술한 구성들에 의해, 본 발명은 전문가의 도움없이 병원 또는 가정 등에서 간편하게 개인이 동맥의 경화도를 검사해 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 복수의 피측정자에 대하여 각 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 기록된 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 커프의 압력 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 도시된 맥파 추출부에서 추출된 맥파 신호를 도시한 도면이다.
도 6은 하나의 윈도우 구간에서의 최소 진폭값이 도시된 도면이다.
도 7은 동일한 피측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 및 정규화된 맥파 신호를 이용하여 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값이 도시된 도면이다.
도 8은 정규화된 맥파 신호의 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들의 차이값을 이용한 동맥 경화도를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 20세에서 80세에 해당하는 캐나다인 85명의 데이터로부터 고혈압과 의사 고혈압, 정상 혈압을 분류하고, 해당 분류에 따른 동맥 경화도의 평균 분포도를 도시한 도면이다.
또한, 도 12 내지 도 14는 20세에서 80세에 해당하는 한국인 180명의 종합 건강 검진시의 데이터들로부터 고혈압과 의사 고혈압, 정상 혈압을 분류하고, 해당 분류에 따른 동맥 경화도의 평균 분포도를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 16은 도 15에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 17은 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 고혈압 군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 18은 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 정상군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 19는 47세 한국인 남성으로 140/80mmHg의 고혈압 군에 속하고 '비만'인 피측정자의 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 도시한 도면이다.
도 20은 23세 한국인 남성으로 144/81mmHg의 고혈압 군에 속한 피측정자의 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치를 도시한 도면이다.
심장은 박동할 때마다 동맥을 따라 혈액을 밀어내며, 이러한 혈액의 흐름으로 인하여 동맥이 팽창과 이완을 되풀이하게 되는데 이를 맥박이라고 한다. 혈압을 측정하기 위한 방법 중의 하나인 오실로매트릭(oscillometric) 방법은 일반적으로 심장 수축시 및 심장 확장시의 선형적 또는 단계적으로 팔 등의 혈관 압력을 측정하고, 측정된 압력으로부터 맥파 신호를 추출하여 최대 혈압(수축기 혈압) 및 최소 혈압(이완기 혈압)을 구한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치(100)는 커프(110), 압력 검출 센서부(120), 맥파 추출부(130), 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150), 혈관 경화 분석부(160), 저장부(170) 및 디스플레이부(180)를 포함한다.
커프(110)는 혈압을 측정할 때 측정 부위에 감겨지는 것으로, 주로 팔 또는 팔목 등에 감겨지며 내부 배관(미도시됨)을 통해 가압 펌프(미도시됨) 및 배기 밸브(미도시됨) 등과 연결된다.
압력 검출 센서부(120)는 내부 배관을 통해 커프(110)와 연결되어 맥파의 영향을 포함하는 커프압, 즉 커프(110)의 압력을 검출한다.
맥파 추출부(130)는 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압으로부터 전 구간의 동맥의 맥파 신호를 추출한다. 한편, 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여, 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 추출부(130)로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 정규화(normalization)하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 출력한다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 추출부(130)로 입력된 맥파 신호 또는 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간마다 각각 최소 진폭값(MIAP : Minimum Amplitude Pulse)을 검출한다.
혈관 경화 분석부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석한다.
저장부(170)는 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우에 이용될 수 있다. 이 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호가 저장부(170)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
디스플레이부(180)는 혈관 경화 분석부(160)에서 분석된 혈관 경화도 정보 등을 표시할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 혈관 경화 측정 장치(100)는 혈압계 등의 하나의 장치로 구현될 수도 있지만, 커프(110), 압력 검출 센서부(120) 및 맥파 추출부(130)를 포함하는 혈압계와, 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150), 혈관 경화 분석부(160), 저장부(170) 및 디스플레이부(180)를 포함하는 컴퓨터/모니터로 구분되어 실시될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 복수의 피측정자에 대하여 각 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 기록된 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 커프의 압력 신호를 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 도시된 맥파 추출부에서 추출된 맥파 신호를 도시한 도면이고, 도 6은 하나의 윈도우 구간에서의 최소 진폭값이 도시된 도면이고, 도 7은 동일한 측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 정규화된 맥파 신호를 이용하여 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값이 도시된 도면이고, 도 8은 정규화된 맥파 신호의 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들의 차이값을 이용한 동맥 경화도를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 2에 도시된 흐름도에 따라 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반하여 혈관 경화도를 분석 방법을 설명하고자 한다.
커프(110)가 인체 팔 또는 팔목 등에 감겨지고, 혈관 경화 측정 장치(100)가 혈압을 측정하기 위해 동작하면, 압력 검출 센서부(120)를 통해 커프압이 검출된다(S202). 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압 신호가 도 4에 도시되어 있다.
압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압은 맥파 추출부(130)에서 전 구간의 동맥의 맥파 신호가 추출된다(S204). 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호가 도 5에 도시되어 있다. 이 맥파 신호는 압력 검출 센서부(120)로부터 순차적으로 입력되는 커프압의 차분 정보를 이용하며, 또한 차분 정보에 포함된 커프압의 평균 감압량의 영향을 제거하는 것에 의해 추출될 수 있다.
그리고 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻을 때까지 맥파 추출부(120)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)에 저장될 수 있다(S206). 각 피측정자에 대하여 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 도 3에 도시되어 있다.
즉, 저장부(170)에는 커프압으로부터 추출된 맥파 신호 및 맥파 신호의 진동 파형 수가 저장되며, 아울러 피측정자의 나이 및 성별과 또한 청진기를 통해 간호사에 의해 측정된 최대 혈압(수축기 혈압) 및 최소 혈압(이완기 혈압)이 저장될 수 있다. 또한 각 피측정자로부터 복수 회에 걸쳐 각각의 데이터, 즉 복수 회에 걸쳐 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호, 커프압으로부터 추출된 맥파 신호 및 청진기를 통해 측정된 최대 혈압 및 최소 혈압이 저장부(170)에 저장될 수 있다.
도 3에서 동일한 피측정자들은 5회 측정한 진동 파형수가 유사함을 알 수 있다. 이것은 동일한 피측정자는 유사한 크기의 맥파 신호를 갖는다는 것을 의미한다.
동일한 피측정자를 위한 측정 횟수가 N회에 도달하면, 맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여 정규화(normalization)를 수행한다(S208). 즉, 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반하여 개인적인 특성을 좀 더 정확하게 분석할 수 있음을 보여주는 데이터를 얻기 위하여 저장부(170)에 저장된 동일한 피측정자에 대한 복수의 맥파 신호에 대하여 정규화를 수행한다.
맥파 신호 정규화부(140)에서의 정규화는 아래의 수학식 1에 기초하여 피측정자에 대응하는 맥파 신호를 정규화할 수 있다.
먼저, 얻어진 총 데이터들의 수(도 3에서는 60임)를 W라 하고, 피측정자의 수(도 3에는 피측정자의 수가 12명으로 도시되어 있음)를 N로 표현하여,
Figure 112013013367132-pat00001
를 얻을 수 있다. 그리고 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 신호들은
Figure 112013013367132-pat00002
로 표현될 수 있으며, 맥파 신호(Wij)는 i번째 피측정자의 j번째 맥파 신호를 의미한다.
Figure 112013013367132-pat00003
여기서, 동일한 피측정자의 맥파 크기값
Figure 112013013367132-pat00004
는 동일한 피측정자의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트화한 값이다. 그리고 정규화된 맥파 신호 Wi*는 피측정자의 맥파 신호들을 맥파 크기값
Figure 112013013367132-pat00005
로 나눈 정규화된 맥파 신호들이다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 신호의 전 구간을 복수의 윈도우 구간으로 구분한다(S210). 이 경우, 특징 윈도우의 개수는 각 피측정자의 정규화된 맥파 신호의 최소 진동 파형 수(도 3의 피측정자 S1의 경우 최소 진동 파형 수는 9004임) 및 1회 맥박이 발생되는 진동 파형수에 기초하여 정해진다. 또한, 분석하고자 하는 피측정자의 사상(mapping) 윈도우간의 특징들을 비교하기 위해서는 모든 정규화된 맥파 신호들이 동일 윈도우 개수로 나누어지는 것이 바람직하다.
특징 윈도우의 개수(FW)는 두 개의 파라미터에 의해 결정될 수 있다. 최소 진동 파형수를 α라하고, 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수를 β라고 하면, 특징 윈도우의 개수(FW)는 아래의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112013013367132-pat00006
위의 수학식 2를 이용하여 본 발명에서는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 패턴의 전 구간을 29개의 윈도우 구간으로 구분하였다.
그리고 맥파 진폭 검출부(150)는 복수의 윈도우 구간에서 각각 최소 진폭값을 검출한다(S212). 하나의 윈도우 구간에서의 각각의 최소 진폭값이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 맥파 신호 중에서 최상단의 영역이 최대 진폭값이고 최하단에 표시된 영역이 최소 진폭값을 의미한다. 따라서 하나의 윈도우 구간에는 적어도 1회의 맥파 신호가 포함되어야 하며, 하나의 윈도우 구간에 복수회의 맥파 신호가 있는 경우에는 그 중에서 가장 작은 값이 최소 진폭값이 된다. 여기서 최소 진폭값을 검출한다고 하였으나, 단순히 최소 진폭값만으로 개인적인 특성을 파악하는 경우뿐만 아니라, 분석하고자 하는 개인적인 특성에 따라 최대 진폭값 또는 하나의 윈도우 구간의 진폭값들을 평균화한 평균 진폭값(MAP : Mean Amplitude Pulse)을 이용하는 경우도 포함할 수 있다.
본 발명에서는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 패턴의 전 구간을 29개의 윈도우 구간으로 구분하여, 각 윈도우에서의 최소 진폭값을 검출한다. 동일한 피측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값들이 도 7(a)에 도시되어 있고, 맥파 신호 정규화부(140)에서 정규화된 맥파 신호를 이용한 최소 진폭값들이 도 7(b)에 도시되어 있다.
혈관 경화 분석부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들을 이용하여 혈관 경화도를 분석한다(S214). 또한, 혈관 경화 분석부(160)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 혈관 경화도를 분석할 수 있다.
위의 맥파 진폭 검출부(150)에서는 각 윈도우 구간마다 최소 진폭값을 검출하는 것으로 기재되어 있으나, 이후에 설명될 개인 특성 분석부가 없는 경우에는 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간에 대해서만 최소 진폭값을 검출할 수 있다.
혈관 경화 분석부(160)에서 정규화된 맥파 신호의 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들의 차이값을 이용하여 분석한 동맥 경화도가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서는 피측정자가 고혈압 또는 의사 고혈압인 경우 동맥 경화도가 양수로 표시되어 있으나, 이는 일반적인 분류로 피측정자가 의사 고혈압인 경우 동맥 경화도가 음수로 표시될 수 있다.
혈관 경화 분석부(160)는 도 8의 분포도를 참조하여 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값에서 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값을 뺀 차이값이 양수이면서 값이 크면 클수록 동맥 경화도가 높은 것으로 분석하고, 음수이면서 값이 작으면 작을수록 동맥 경화도가 낮은 것으로 분석한다.
도 9 내지 도 11은 20세에서 80세에 해당하는 캐나다인 85명의 데이터로부터 고혈압, 의사 고혈압 및 정상 혈압을 분류하고, 해당 분류에 따른 동맥 경화도의 평균 분포도를 도시한 도면이다.
또한, 도 12 내지 도 14는 20세에서 80세에 해당하는 한국인 180명의 종합 건강 검진시의 데이터들로부터 고혈압, 의사 고혈압 및 정상 혈압을 분류하고, 해당 분류에 따른 동맥 경화도의 평균 분포도를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 14를 통해 한국인과 캐나다인 모두 고혈압, 의사 고혈압 및 정상 혈압의 분류에 따라 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값의 차이에는 유사함이 있음을 알 수 있다. 본 발명에서 사용한 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들의 특징이 한국인과 캐나다인에게 공통적으로 나타날 수 있는 이유는 수축기 단계에서 반사된 맥파들의 속도가 동맥 경화도가 높은 고혈압에서는 증가된 맥파 속도를 나타내는 반면, 동맥 경화도가 낮은 정상 혈압에서는 느린 맥파 속도를 나타내는 경향성으로 판단된다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 혈관 경화 측정 장치(1500)는 도 1에 도시된 커프(110), 압력 검출 센서부(120), 맥파 추출부(130), 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150), 혈관 경화 분석부(160), 저장부(170) 및 디스플레이부(180) 이외에 개인 특성 분석부(1510)를 포함한다.
커프(110)는 혈압을 측정할 때 측정 부위에 감겨지는 것으로, 주로 팔 또는 팔목 등에 감겨지며 내부 배관(미도시됨)을 통해 가압 펌프(미도시됨) 및 배기 밸브(미도시됨) 등과 연결된다.
압력 검출 센서부(120)는 내부 배관을 통해 커프(110)와 연결되어 맥파의 영향을 포함하는 커프압, 즉 커프(110)의 압력을 검출한다.
맥파 추출부(130)는 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압으로부터 전 구간의 동맥의 맥파 신호를 추출한다. 한편, 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여, 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 추출부(130)로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 정규화(normalization)하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 출력한다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 추출부(130)로 입력된 맥파 신호 또는 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간마다 각각 최소 진폭값(MIAP : Minimum Amplitude Pulse)을 검출한다.
혈관 경화 분석부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석한다.
개인 특성 분석부(1510)는 혈관 경화 분석부(160)에서 분석된 혈관 경화도 및 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용한 고혈압 여부 등을 이용하여 개인적인 특성, 즉, 고혈압 여부 및 혈관 경화도의 관계 등을 분석한다.
디스플레이부(180)는 혈관 경화 분석부(160)에서 분석된 혈관 경화도 정보 및 개인 특성 분석부(1510)에서 분석된 개인적인 특성 정보, 즉, 피측정자의 고혈압, 콩팥 질환 및 당뇨병 등의 정보 등을 표시할 수 있으며, 혈관 경화가 고혈압에 미치는 영향 등을 표시할 수 있다.
도 16은 도 15에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
커프(110)가 인체의 팔 또는 팔목 등에 감겨지고, 혈관 경화 측정 장치(900)가 혈압을 측정하기 위해 동작하면, 압력 검출 센서부(120)를 통해 커프압이 검출된다(S202).
압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압은 맥파 추출부(130)에서 전 구간의 동맥의 맥파 신호가 추출된다(S204).
그리고 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻을 때까지 맥파 추출부(120)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)에 저장될 수 있다(S206).
동일한 피측정자를 위한 측정 횟수가 N회에 도달하면, 맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여 정규화(normalization)를 수행한다(S208).
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 신호의 전 구간을 복수의 윈도우 구간으로 구분한다(S210).
그리고 맥파 진폭 검출부(150)는 복수의 윈도우 구간에서 각각 최소 진폭값을 검출한다(S1602).
혈관 경화 분석부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값들을 이용하여 혈관 경화도를 분석한다(S214). 또한, 혈관 경화 분석부(160)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 제1 윈도우 구간과 제2 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 혈관 경화도를 분석할 수 있다.
개인 특성 분석부(1510)는 혈관 경화 분석부(160)에서 분석된 혈관 경화도 및 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용한 고혈압 여부 등을 이용하여 개인적인 특성을 분석한다(S1604). 바람직하게는 개인 특성 분석부(1510)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 분석한다. 이 평균화된 최소 진폭값들이 개인적인 특성 패턴으로 도 17 및 도 18에 도시되어 있다. 도 17에는 수축기 혈압에서 고혈압으로 분석된 피측정자들(P1 내지 P4)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있으며, 도 18에는 수축기 혈압에서 정상적으로 분석된 피측정자들(P5 내지 P8)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있다.
도 17 및 도 18에서 알 수 있듯이, 고혈압이 있는 것으로 분석된 대상들의 경우 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 평균화된 최소 진폭값 중에서 가장 큰 값이 측정 주기의 1/3 내에 있다.
한편, 도 17에 도시된 수축기 혈압에서 고혈압으로 분석된 피측정자들(P1 내지 P4)의 개인적인 특성 패턴을 좀 더 살펴보면, 피측정자들(P2, P4)는 고혈압 전단계이나 피측정자(P2)는 피측정자(P4)와 다르게 제1 윈도우 구간의 정규화된 최소 진폭값이 제2 윈도우 구간의 정규화된 최소 진폭값보다 큼을 알 수 있다.
일반적으로 고혈압은 심장의 혈액 순환 부담이 높은 상태를 말하는 것인데, 동맥 경화 이외에도 노화로 인한 탄력성이 저하되거나, 소금 섭취량 증가로 인한 혈액 증가가 혈액 순환을 주도하는 심장 부담을 유발하거나, 고혈압을 유발하는 식습관이 있거나 비만 등에 의해 영향을 받는다.
도 19는 47세 한국인 남성으로 140/80mmHg의 고혈압 군에 속하고 '비만'인 피측정자의 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 도시한 도면이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 이 피측정자의 경우 고혈압군에 속하지만 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값에서 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값을 뺀 차이값이 음수이다.
도 20은 23세 한국인 남성으로 144/81mmHg의 고혈압 군에 속한 피측정자의 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 도시한 도면이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 이 피측정자의 경우에도 고혈압군에 속하지만 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값에서 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값을 뺀 차이값이 음수이다. 이는 이 피측정자의 연령에서 알 수 있듯이, 혈관 수축력이 노년층에 비해 탄력성이 있어 동맥 경화도는 정상군에 속하는 것으로 판단된다.
일반적으로 고혈압이 동맥 경화도와 상관 관계가 높지만, 도 19 및 도 20을 통해 알 수 있듯이, 고혈압과 동맥 경화도가 항상 대응되는 것이 아니다. 따라서 개인적인 특성을 분석함에 있어 본 발명에 따른 동맥 경화도 분석을 포함하는 것이 보다 효과적이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 커프 120 : 압력 검출 센서부
130 : 맥파 추출부 140 : 맥파 신호 정규화부
150 : 맥파 진폭 검출부 160 : 혈관 경화 분석부
170 : 저장부 180 : 디스플레이부
1510 : 개인 특성 분석부

Claims (12)

  1. 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와,
    상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와,
    상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 상기 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와,
    상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 혈관 경화 분석부를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혈관 경화 분석부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값의 차이값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화된 맥파 신호를 생성하고 상기 맥파 진폭 검출부로 출력하는 맥파 신호 정규화부를 더 포함하고,
    상기 맥파 진폭 검출부는 상기 맥파 신호 정규화부로부터 출력된 정규화된 맥파 신호를 상기 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 상기 복수의 윈도우 구간 중 상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 맥파 신호 정규화부는 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트한 것을 이용하여 정규화하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 혈관 경화 분석부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값에서 상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값을 뺀 차이 값이, 양수이면서 값이 크면 클수록 동맥 경화도가 높은 것으로 분석하고, 음수이면서 값이 작으면 작을수록 동맥 경화도가 낮은 것으로 분석하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 맥파 진폭 검출부는 상기 복수의 윈도우의 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하고,
    상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용한 고혈압 여부 및 상기 혈관 경화 분석부에서 분석된 혈관 경화도를 이용하여 개인적인 특성을 분석하는 개인 특성 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 상기 복수의 윈도우 구간으로 분할하는 윈도우 개수는 최소 진동 파형 수와 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수에 기초하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 장치.
  8. 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 상기 복수의 윈도우 구간 중 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 단계와,
    상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혈관 경화도를 분석하는 단계는 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값의 차이값을 이용하여 혈관 경화도를 분석하는 것을 측징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화된 맥파 신호를 생성하고 출력하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 단계는, 상기 정규화된 맥파 신호를 이용하여 상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 윈도우 구간의 최소 진폭값과 상기 제2 윈도우 구간의 최소 진폭값을 검출하는 단계는, 상기 복수의 윈도우의 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 것을 포함하고,
    상기 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용한 고혈압 여부 및 상기 혈관 경화 분석부에서 분석된 혈관 경화도를 이용하여 개인적인 특성을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 개인적인 특성을 분석하는 단계는, 피측정자마다 얻은 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 혈관 경화 측정 방법.
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