KR101508870B1

KR101508870B1 - 비침습적 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템

Info

Publication number: KR101508870B1
Application number: KR20140011641A
Authority: KR
Inventors: 노정훈; 전아영; 백승완; 안희태; 권용훈
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-04-07

Abstract

본 발명은 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 커프압의 오실레이션 파형을 검출하기 위한 압력센서를 포함하는 커프압 검출 센서부, 커프압의 오실레이션 파형을 유순도 그래프로 변환하는 제1 변환부, 규격화된 펄스 평균을 얻는 제2 변환부, 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하고, 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는 데이터 처리부를 포함한다. 본 발명에 따르면 오실로메트릭법에 의한 혈압의 측정시 최대진폭과 혈관유순도에 따른 파형이 모두 고려되므로 보다 정확한 평균혈압 정보를 제공할 수 있다.

Description

비침습적 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템{Blood Pressure Measurement System Using Inflatable Oscillometric Method}

본 발명은 비침습적 혈압측정 방법인 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 오실로메트릭법에 의해 측정된 오실레이션 파형에 혈관 유순도를 반영한 혈압측정 시스템에 관한 것이다.

혈압 측정 방법은 크게 침습적 방법과 비침습적 방법으로 구분할 수 있다. 가장 표준적인 방법인 침습적 방법은 카테터를 동맥 내에 직접 삽입하여 내압을 측정하는 방법으로 정확하고 연속적인 혈압 측정이 가능하다. 그러나 시술상의 어려움과 통증, 감염, 출혈 등의 단점이 있기 때문에 심각한 상태의 환자가 아닌 사람들을 대상으로 할 때는 적절하지 못하다.

비침습적 방법은 카테터를 사용하지 않고, 커프 등을 이용하여 간접적으로 혈압을 측정하는 방법으로 대표적인 비침습적 혈압 측정 방법에는 오실로메트릭법이 있다. 오실로메트릭 방법은 동맥의 혈류가 차단되도록 주로 상완 동맥 부위를 충분히 가압한 후 감압 과정에서 발생하는 혈관의 진동을 감지하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 측정하는 방식이다.

상완 동맥 부위에 커프를 부착한 상태에서 커프의 압력을 수축기 혈압 이상까지 인가한 후 커프의 압력을 천천히 감압시키면 커프 밑에 위치한 동맥 혈관의 맥동 성분이 커프에 전달되며 이를 압력 변환기를 이용하여 측정하면 오실레이션 파형이 관측된다.

이러한 오실레이션 파형의 진폭 변화에서 진폭의 크기가 최고가 되는 시점을 평균 동맥압으로 추정하며, 최고점 진폭을 기준으로 수축기압이나 이완기압에 해당하는 진폭의 비율을 정하여 추정하는 방법을 최대 진폭 알고리즘(Maximum amplitude algorithm, MAA)이라고 한다. 일례로 평균 동맥압인 수축기압은 최고점 진폭의 40% 지점의 오실레이션 파형을 가질 때의 압력, 이완기압은 최고점 진폭의 60% 지점의 오실레이션 파형을 가질 때의 압력이라고 하였다. 그러면 정상인의 경우 산술적 평균인 1 / 3 지점과도 제시한 평균혈압과 유사한 것을 알 수 있다.

하지만, 이러한 방법은 진폭에 의해서 평균혈압이 측정되는 것이므로 동일한 진폭을 가지지만 비정상적으로 평균혈압이 다른 개인에 있어서는 오실로메트릭 파형에서는 혈압이 정확하게 측정되지 못한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 오실로메트릭법에서 오실레이션 파형의 진폭 뿐만 아니라 파형을 이용하여 평균혈압을 정확하게 추정할 수 있는 혈압측정 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면,

(a) 커프에 인가된 압력을 일정 시간에 걸쳐 점차적으로 감압할 때 발생하는 커프압의 오실레이션 파형을 검출하기 위한 압력센서를 포함하는 커프압 검출 센서부;

(b) 상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 커프압의 오실레이션 파형을 압력-부피 함수의 혈관 유순도(complience) 그래프로 변환하는 제1 변환부;

(c) 커프압 검출 센서부에서 얻은 펄스파형에 대해 펄스 압력과 펄스 주기를 각각 1로 규격화하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 제2 변환부; 및

(d) 상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 커프의 압력 파형 정보로부터 규격화된 펄스 평균값을 산출하고, 제1 변환부에서 얻은 유순도 정보와 함께 고려하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하고, K 값을 하기 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는 데이터 처리부;를 포함하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템을 제공한다.

(1)

상기 커프압 검출 센서부(a)는 커프압의 오실레이션 파형을 압력센서가 감지하여 데이터를 증폭하고 전기적 신호로 변환함으로써 커프의 평균 압력에 따른 커프압의 오실레이션 파형 그래프를 얻는 것이 바람직하다.

상기 제1 변환부(b)에서는 측정 정보로부터 압력 P의 함수인 혈관 유순도 C(P)를 통하여 하기 식(2)의 동맥압력-부피 함수 V(P)의 그래프를 얻는 것이 바람직하다.

(2)

(여기서 P는 혈관벽에 작용하는 압력차, V는 P에서의 혈관부피, C는 P에서의 혈관 유순도 를 나타냄)

상기 제2 변환부(c)에서 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)은 하기 단계를 통해 얻을 수 있다.

한 주기의 펄스혈압을 유순도 그래프에 투사하여 얻은 시간 t의 함수인 펄스파형(PP(t))에 대해 그 주기내에서 최대 펄스파형(Max PP)의 크기를 1로 하여 하기 식(3)에 따라 규격화된 펄스파형Pn(t)(normalized PP(t))을 얻는 단계; 및

규격화된 펄스파형Pn(t)(normalized PP(t)) = PP(t)/Max PP (3)

상기 얻어진 각각의 규격화된 펄스파형을 하기 식(4)에 따라 펄스 주기 T에 따라 평균값을 구하여 규격화된 펄스 평균 mn(normalized pulse average) 을 얻는 단계;

(4)

펄스혈압을 유순도 그래프에 투사하여 얻은 펄스파형(PP)에 대해 최대 펄스파형(Max PP)의 크기를 1로 하여 하기 식(3)에 따라 규격화된 펄스파형(normalized PP)을 얻는 단계; 및

규격화된 펄스파형(normalized PP) = PP/Max PP (3)

상기 얻어진 각각의 규격화된 펄스파형을 하기 식(4)에 따라 펄스 주기에 따라 평균값을 구하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 단계;

규격화된 펄스 평균 = integral(normalized PP dt)/(펄스 주기) (4)

상기 제2 변환부(c)는 하기 4개의 화면을 포함하는 GUI(graphical user interface) 프로그램 형태일 수 있다.

제1변환부에서 얻은 유순도 그래프를 나타내는 좌상단의 제1화면.

가로축의 압력과 세로축의 시간흐름으로 나타낸 펄스혈압을 연속적으로 나타내는 좌하단의 제2화면.

상기 제2화면에서 나타난 펄스혈압을 제1화면의 유순도 그래프에 투사하여 가로축의 시간과 세로축의 부피변화를 갖는 파형으로 나타내는 우상단의 제3화면.

상기 제3화면에서 시간에 따른 부피변화를 갖는 파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 얻은 규격화된 펄스 평균 그래프와, 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대점을 연결한 그래프를 동시에 나타내는 우하단의 제4화면.

상기 데이터 처리부(d)는 하기 단계들을 수행하여 보다 정확한 평균혈압값을 추정할 수 있다.

상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형에서 최고 진폭지점의 압력을 기준압력으로 설정하고, 수축기 혈압(Ps) 및 이완기 혈압(Pd)을 산출하는 단계.

상기 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 규격화된 펄스 평균값을 측정하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하는 단계.

상기 수축기 혈압(Ps), 이완기 혈압(Pd), 및 펄스혈압 파형지수(K)를 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm)을 얻는 단계로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 (a) 커프에 인가된 압력을 일정 시간에 걸쳐 점차적으로 감압할 때 발생하는 커프압의 오실레이션 파형을 검출하는 단계;

(b) 상기 커프압의 오실레이션 파형을 압력-부피 함수의 혈관 유순도(complience) 그래프로 변환하는 단계;

(c) 상기 유순도 그래프에 펄스혈압(pulse pressure)을 투사하여 얻은 펄스파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 단계; 및

(d) 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 규격화된 펄스 평균값을 산출하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하고, K 값을 하기 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는 단계를 포함하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 커프압의 오실레이션 파형을 이용하여 혈관 유순도 그래프를 얻고, 여기에 펄스혈압을 투사하고 규격화한 후 산술적으로 평균을 구하여 규격화된 펄스 평균을 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 규격화된 펄스 평균을 근거로 펄스혈압 파형지수(K)를 산출해 냄으로써 평균혈압의 추정시 파형이 고려되므로 보다 정확한 평균혈압 정보를 제공할 수 있다. 평균 혈압은 인체 각 기관에 공급하는 혈류량을 결정하고, 특히 낮은 평균혈압에서 오차는 환자의 치료나 평가에 큰 차이를 발생할 수 있으므로 본 발명은 널리 사용되는 비침습적 방법으로 오실로메트릭법 측정의 신뢰성을 크게 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 동맥압 파형의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 커프압 검출 센서부에서 얻은 커프압의 오실레이션 파형 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 제1 변환부에서 얻은 압력-부피 함수의 혈관 유순도 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 제2 변환부의 GUI(graphical user interface) 프로그램이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 데이터 처리부에서 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하기 위한 그래프이다.
도 6의 표준적인 혈관모델에서 혈압파형의 평균압; 과 최대 오실레이션 진폭에서 측정한 파형의 평균압; 을 비교한 그래프로서, 펄스의 진폭에 비례하여 발생하는 오차를 추정하는 그래프이다.
도 7의 (a)는 유순도를 적분한 압력-부피 관계그래프에서 펄스 압력 구간에 대한 압력-부피 관계를 일정한 구간마다 정규화한 그래프이고, 7의 (b)는 혈압 펄스 파형에 따라 커프에서 얻어지는 압력파형으로 변환한 그래프이며, 도 7의 (c)는 압력파형을 구간에 따라 같은 크기로 겹쳐 나타낸 것이다.

본 발명의 목적은 종래의 커프를 사용하는 오실로메트릭 방법의 혈압계에 있어, 평균혈압의 측정방법이 단순한 추정치에 불과하여, 동일한 진폭을 가지지만 다양한 평균압의 혈압파형을 구별하지 못하는 단점이 있어, 평균 혈압이 정확하게 측정되지 못하는 문제가 있다.

따라서 규격화된 펄스 평균을 근거로 펄스혈압 파형지수(K)를 산출해 냄으로써 평균혈압의 추정시 파형이 고려되므로 보다 정확한 평균혈압 정보를 제공하기 위하여 커프압의 오실레이션 파형을 이용하여 혈관 유순도 그래프를 얻고, 여기에 펄스혈압을 투사하고 규격화한 후 산술적으로 평균을 구하여 규격화된 펄스 평균을 이용하여 평균혈압의 추정시 파형이 고려되므로 보다 정확한 평균혈압 정보를 제공하기 위한 수단을 제공한다.

혈관의 유순도를 혈관에서 압력 증가에 수반되는 용량 증가비를 혈관 유순도(vascular compliance) 또는 용량도(capacitance)라고 하며 다음과 같이 나타낼 수 있다. (C는 유순도 이며, V는 혈관부피, P는 혈압, cuff는 커프에서 값, vessel은 혈관에서의 값이다.)

혈관에서는 용적변화는 커프에서의 용적변화와 같으므로 다음과 식과 같이 나타낼 수 있다.

따라서 커프의 압력 변동을 측정하면 다음의 식과 같이 혈관의 압력변동을 알 수 있다. 일반적으로는 커프나 혈관의 유순도가 일정한 상수가 아니므로, 정확한 값은 도 3과 같은 압력-부피 관계에 투사하여 산정될 수 있다.

또한 본 발명자들은 다양한 유순도 및 유순도 진폭이 오실로메트릭 혈압 측정에 있어 미치는 영향 또한 시뮬레이션 하기 위해 다양한 유순도 파형을 만들었으며, 하기 식(2)에서 다양한 유순도 모델을 적용하여 혈압의 펄스압의 크기를 변화시킬 때 최대 진폭점에서 얻은 파형의 파형 지수와 펄스 혈압의 파형지수간의 오차가 수 % 이내이고, 이 오차도 도 6에 나타난 것과 같이 펄스 크기에 따른 1차 함수로 보정이 가능함을 발견하였다.

이러한 결과는 도 6에 나타내었으며, 표준적인 혈관모델에서 혈압파형의 평균압; 과 최대 오실레이션 진폭에서 측정한 파형의 평균압; 을 비교한 그래프로서, 펄스의 진폭에 비례하여 발생하는 오차를 추정하는 그래프이다. 이때 max 는 오실레이션 혈압에서 K 최대값이며, average는 실제 K값이다. 또한 difference는 average에서 max를 뺀 값이다.

difference 값으로부터 기존의 오실로메트릭법에서 MAA 알고리즘으로 구한 평균혈압, 수축기-이완기 결합의 값과 본 발명의 방법으로 얻은 값을 비교하면 본원 발명의 평균혈압 측정 시스템이 오차가 적어 매우 정확하다는 것을 확인할 수 있었다.

혈압 펄스에 의해 커프의 평균 압력의 위치와 혈관의 유순도에 따라 결정되는 커프 펄스압력의 파형지수는 유순도가 최대인 점에서 측정하기가 쉽다. 그 이유는 그때가 압력-부피 관계의 최대 변곡점이 중심에 있어 신호가 가장 크고, 파형의 왜곡도 적기 때문이다. 그러나 도 6에서 보듯이 유순도나 펄스 파형의 모양에 따라 수 %의 오차가 발생한다. 표준적인 혈관과 혈압 파형 모델 하에서 이 값을 추정하면 대략 3% 이내의 편차로 일치하며, 이를 보정치로 사용할 수 있다. 보다 정확한 관계는 제 1 변환부;에서 추정되는 혈관의 유순도와 커프압 검출부에서 측정한 펄스파형으로부터 추정하는 것이 정확하다.

유순도를 펄스파형으로 변환하고, 이를 다시 규격화된 펄스파형으로 변환하는 단계는 다음과 같다.

유순도를 적분한 압력-부피 관계그래프에서 펄스 압력 구간에 대한 압력-부피 관계를 떼어서 크기를 일정하게 정규화(수직도 1, 수평도 1)를 하며, 도 7의 (a)와 같은 관계가 순차적으로 얻어진다. 이 그래프의 수평축인 압력에 혈압파형을 투사하여 얻은 수직축의 부피변화가 혈압 펄스 파형에 따라 커프에서 얻어지는 압력파형이 됩니다. 이 펄스부분에서 평균값에 변화를 주는 것은 부피:압력 이 1:1 인 관계에서 차이나는 것이므로 그 차이를 나타내면 도 7의 (b)와 같은 그래프를 얻을 수 있으며, 구간에 따라 같은 크기로 겹쳐 그린 것이 도 7의 (c)이므로, 본 발명자들은 이 관계를 이용하여 도 4의 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다.

커프 압력의 위치와 혈관의 유순도에 따라 결정되는 이러한 관계를 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)이라하며, 유순도가 최대인 점에서 일치한다. 그 이유는 그때가 압력-부피 관계의 변곡점이 중심에 있어 가장 직선에 가깝기 때문이다. 그러나 도 7의 (c)에서 가운데 붉은색 관계에서 보듯이 혈압파형에 따라 실제 평균치는 약간 차이가 날 수 있다. 이는 여러가지 혈압펄스 모양을 압력크기에 따른 밀도로 분석해보면, 낮은 평균의 펄스는 낮은 쪽이 강조되고 높은 쪽은 높은 영역이 강조되어 약간의 편차가 발생할 수 있으나 이 크기는 전체적으로 대략 3% 이내로 평가되며 보정 값으로 사용될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 일 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

< 실시예 1>

본 발명은 (a)커프압 검출 센서부, (b)제1 변환부, (c)제2 변환부, (d)데이터 처리부로 이루어진 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템을 제공한다. 이하에서는 시스템을 구성하는 각 부위별로 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

(a) 커프압 검출 센서부

오실로메트릭법은 동맥 혈관에서 발생하는 맥동이 커프에 전달되어 나타나는 오실레이션 파형을 이용하여 혈압을 측정하는 방법이다.

본 발명에서‘오실레이션 파형’은 동맥혈관이 완전히 폐쇄될 수 있도록 상완에 감긴 커프에 충분히 압력을 인가한 후 점진적으로 커프 압력을 감압할 때 발생하는 것으로, 먼저 커프의 압력과 동맥 혈관에서 발생하는 오실레이션 파형을 얻은 후 커프의 압력이 감압되는 시점부터 직류성분을 제거하고 오실레이션 파형의 상, 하 포괄선에 의해 획득된 진폭의 크기만을 취합하여 나타낸 그래프를 의미하며, 일 예에서 도 2와 같은 형태로 나타난다.

도 2를 참조하면 일반적으로 오실레이션 파형은 커프의 압력을 감소시킬 때 발생하며 압력을 서서히 감압시킴에 따라 진폭이 점점 커지다가 일정 압력이 지나면 다시 진폭이 줄어드는 양상을 나타낸다.

본 발명의 커프압 검출 센서부에는 커프 및 커프에 전달되는 맥동 압력을 감지하여 오실레이션 파형을 검출하기 위한 압력센서가 포함된다. 상기 센서는 압저항형(piezoresistive) 압력센서 또는 정전용량형(capacitive) 압력센서 등이 일반적이나, 이에 한정되지 않고, 피검 부위 내부의 압력의 변화를 감지하여 전기 신호로 변환하는 모든 장치를 포함한다.

바람직한 예에서, 커프압 검출 센서부는 커프압의 오실레이션 파형을 압력센서가 감지하여 데이터를 증폭하고 전기적 신호로 변환함으로써 커프압의 오실레이션 파형 그래프를 얻을 수 있다. 따라서, 감지된 압력을 증폭하는 증폭부, 압력신호를 고역 필터(HPF) 및 저역 필터(LPF)가 있는 필터링부에서 필터링하여 전기적 신호로 변환하는 신호 변환부가 포함되는 것이 바람직하다.

(b)제1 변환부

제1 변환부에서는 커프압 검출 센서부에서 얻은 커프압의 오실레이션 파형을 압력-부피 함수의 혈관 유순도(complience) 그래프로 변환한다. 동맥 혈압을 파악하기 위해서는 탄성, 유순도, 점탄성 등 혈류에 영향을 미치는 여러 요인들을 고려할 수 있지만 일반적으로 혈류역학적 측면에서 동맥의 특징은 압력 변화에 따라 혈관 부피가 다양하게 변화하는 것이다. 이에, 본 발명에서는 동맥 혈관의 압력 변화에 의한 부피 변화 특성을 반영한 동맥압력-부피 모델을 사용하여 얻은 유순도 그래프를 이용한다.

바람직한 일 예에서, 하기 식(2)의 동맥압력-부피 모델을 사용하여 압력과 부피의 상관관계 곡선인 유순도 그래프를 얻을 수 있다.

(2)

(여기서 t는 동맥의 압력에서 커프 압력을 뺀 혈관 내부압력, 는 에서의 혈관부피, 는 압력이 인가되기 전의 혈관용적, 는 동맥이 완전히 팽창되었을 때의 값, 와 는 지수 함수에서의 상수를 나타냄)

하나의 예에서, Pt의 값을 200mmHg에서 150mmHg으로 변화시켰을 경우 동맥압력-부피 모델에서 Pt와 부피의 상관관계 유순도 그래프는 도 3과 같이 나타난다.

(c)제2 변환부

제2 변환부에서는 제1 변환부에서 얻은 유순도 그래프에 펄스혈압(pulse pressure)을 투사하여 얻은 펄스파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는다.

용어 ‘펄스혈압(pulse pressure, PP)’은 수축기 혈압과 이완기 혈압의 차이를 의미한다. 여기서 수축기 혈압(systolic pressure, Ps)은 심장이 수축하는 동안의 최고 혈압을 의미하고, 이완기 혈압(diastolic pressure, Pd)은 심장이 이완하는 동안의 최저 혈압을 의미한다.

상기 펄스 혈압의 크기는 일반적으로 심박출량(cardiac output)에 비례하고 동맥의 유순도에 반비례 한다. 건강한 성인의 혈압은 수축기일 때 약 120 mmHg, 이완기 때는 약 80 mmHg 이며 펄스혈압은 약 40 mmHg 정도이다.

용어‘펄스파형’은 펄스혈압을 유순도 그래프에 투사하여 얻은 파형을 의미한다. 여기서, 펼스혈압의 파형을 투사한다는 것은 시간-압력으로 표시되는 펼스혈압의 파형이 부피-압력으로 나타난 유순도 그래프에 투사되어 부피로 표현되는 것을 의미한다.

용어‘규격화된 펄스파형’은 펄스파형을 규격화한 것으로 규격화(normalize) 한다는 것은 이 펄스파형의 최대 크기를 1, 최소 크기를 0으로 조절하는 것이다.

용어 ‘규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)’는 각각의 규격화된 펄스파형에 대한 평균값을 의미한다. 본 발명에서는 커프의 압력 변화에 따라 얻어지는 각각의 오실레이션 파형에 대응하여 규격화된 펄스 평균을 얻는다.

바람직한 예에서, 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻기 위해서는 먼저 펄스파형(PP)에 대해 최대 펄스파형(Max PP)의 크기를 1로 하여 하기 식(3)에 따라 ‘규격화된 펄스파형(normalized PP)’을 얻는 단계를 실시한다.

규격화된 펄스파형 ( normalized PP ) = PP / Max PP (3)

다음으로, 상기 얻어진 각각의 ‘규격화된 펄스파형’을 하기 식(4)에 따라 펄스 주기에 따라 평균값을 구하여 ‘규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)’을 얻는 단계를 실시한다.

규격화된 펄스 평균 = integral ( normalized PP dt )/(펄스 주기) (4)

바람직한 예에서, 제2 변환부는 커프압 검출센서부와 제1변환부에서 얻은 그래프들을 함께 나타내어 상관관계를 확인할 수 있는 GUI 프로그램일 수 있다. 구체적으로 GUI 프로그램은 도 4에 예시적으로 나타난 것과 같은 4개의 화면으로 구성될 수 있다.

① 제1변환부에서 얻은 유순도 그래프를 나타내는 좌상단의 제1화면.

② 가로축의 압력과 세로축의 시간흐름으로 나타낸 펄스혈압을 연속적으로 나타내는 좌하단의 제2화면.

③ 상기 제2화면에서 나타난 펄스혈압을 제1화면의 유순도 그래프에 투사하여 가로축의 시간과 세로축의 부피변화를 갖는 파형으로 나타내는 우상단의 제3화면.

④상기 제3화면에서 시간에 따른 부피변화를 갖는 파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 얻은 규격화된 펄스 평균 그래프와, 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대점을 연결한 그래프를 동시에 나타내는 우하단의 제4화면.

도 4를 참조하면, 상기 좌상단의 제1화면은 압력-부피 관계를 나타내는 그래프가 나타나 있고 가로축이 압력, 세로축이 부피를 나타내며 그 비율이 유순도이다. 다양한 파형 데이터를 불러와서 볼 수 있도록 디자인될 수 있고 파형 데이터 간의 적분, 미분, 보간법을 적용할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 좌하단의 제2화면은 시간에 따라 입력되는 펄스파형을 표시하는 화면으로 가로축이 압력, 세로축은 위에서 아래로 시간 진행을 나타낸다. 펄스파형의 증폭률, 오프셋, 위치, 크기를 변화시켜가며 연속적인 추이를 관찰할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기 우상단의 제3화면은 제2화면에서 입력된 압력에 의해 발생되는 부피를 표시하는 화면으로 가로축이 시간, 세로축이 부피를 나타낸다. 제2화면에서 입력된 펄스파형이 제1화면의 그래프에 투사되어 제3화면에서 부피로 표현되는 관계가 쉽게 나타난다.

상기 우하단의 제4화면은 제3화면에 표시된 부피의 시간에 따른 변화에 대한 각각의 파형들의 최대치를 연속적으로 보여주는 그래프(검정 도트)와 함께 규격화된 펄스 평균 그래프(연두색, 붉은색 도트)가 함께 나타나 있다.

(d)데이터 처리부

데이터 처리부에서는 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 규격화된 펄스 평균값을 산출하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하고, K 값을 하기 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는다.

용어 ‘평균 동맥압(mean arterial pressure, MAP 또는 Pm)’은 심장의 한주기 동안의 동맥압의 평균 압력을 의미한다. 도 1은 동맥의 압력 파형을 그래프로 나타낸 것으로서 심주기 시간 동안인 에서 까지의 평균 동맥압(MAP 또는 Pm)은 아래의 수식(I)과 같이 표현할 수 있다.

(I)

도 1에서 동맥압 파형이 수축기 혈압에 머무는 시간이 짧기 때문에 평균 동맥압은 수축기 혈압(Ps)과 이완기 혈압(Pd)의 산술 평균치 보다 조금 낮게 나타난다. 수축기 혈압과 이완기 혈압을 알고 있을 때 평균 동맥압은 근사적 방법으로 아래의 수식(II)와 같이 나타낼 수 있다.

(II)

이 때, K는 각각의 펄스혈압의 펄스혈압 파형 지수(blood pressure pulse shape index)를 나타내며, 통상 약 0.2 - 0.5 정도이다.

(1)

도 5를 참조하여, 본 발명에서 K값을 결정하는 방법을 살펴보면, 오실레이션 파형의 최대 진폭부분은 혈관 내부압력 Pt가 10mmHg인 지점이고 이 부분에서 규격화된 펄스 평균은 약 3.8 정도로 나타난다. 이에 K 값을 3.8로 결정하고 식(1)에 대입하여 원하는 값을 얻을 수 있다.

바람직한 예에서, 상기 K 값과 식1을 이용하여 평균혈압을 결정하는 데이터 처리는 하기 단계들을 통해 수행될 수 있다.

상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형에서 최고 진폭지점의 압력을 기준압력으로 설정하고, 수축기 혈압(Ps) 및 이완기 혈압(Pd)을 산출하는 단계;

상기 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 규격화된 펄스 평균값을 측정하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하는 단계; 및

상기 수축기 혈압(Ps), 이완기 혈압(Pd), 및 펄스혈압 파형지수(K)를 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm)을 얻는 단계;

이러한 방법에 따르면 종래 오실로메트릭법에서 평균혈압에 해당하는 기준압력에 펄스혈압 파형지수가 반영되어 새롭게 보정된 평균혈압 값을 구할 수 있고 이는 실제 평균혈압에 더욱 근접한 값이다.

또 다른 일 실시예로서 유순도를 펄스파형으로 변환하고, 이를 다시 규격화된 펄스파형으로 변환하는 단계는 다음과 같다.

Claims

(a) 커프에 인가된 압력을 일정 시간에 걸쳐 점차적으로 감압할 때 발생하는 커프압의 오실레이션 파형을 검출하기 위한 압력센서를 포함하는 커프압 검출 센서부;
(b) 상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 커프압의 오실레이션 파형을 압력-부피 함수의 혈관 유순도(complience) 그래프로 변환하는 제1 변환부;
(c) 상기 제1 변환부에서 얻은 유순도 그래프에 펄스혈압(pulse pressure)을 투사하여 얻은 펄스파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 제2 변환부; 및
(d) 상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 커프의 압력 파형 정보로부터 규격화된 펄스 평균값을 산출하고, 제1 변환부에서 얻은 유순도 정보와 함께 이용하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하고, K 값을 하기 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는 데이터 처리부;

(1)

를 포함하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 커프압 검출 센서부는
커프압의 오실레이션 파형을 압력센서가 감지하여 증폭하고 전기적 신호로 변환함으로써 커프압의 오실레이션 파형 그래프를 얻는 것을 특징으로 하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 변환부는
하기 식(2)의 동맥압력-부피 모델을 사용하여 압력-부피 함수의 유순도 그래프를 얻는 단계;

(2)

(여기서 P는 혈관벽에 작용하는 압력차, V는 P에서의 혈관부피, C는 P에서의 혈관 유순도 를 나타냄)
를 수행하는 것을 특징으로 하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 변환부는
펄스혈압을 유순도 그래프에 투사하여 얻은 펄스파형(PP)에 대해 최대 펄스파형(Max PP)의 크기를 1로 하여 하기 식(3)에 따라 규격화된 펄스파형(normalized PP)을 얻는 단계; 및

규격화된 펄스파형 ( normalized PP ) = PP / Max PP (3)

상기 얻어진 각각의 규격화된 펄스파형을 하기 식(4)에 따라 펄스 주기에 따라 평균값을 구하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 단계;

(4)

를 수행하는 것을 특징으로 하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 변환부는
제1변환부에서 얻은 유순도 그래프를 나타내는 좌상단의 제1화면;
가로축의 압력과 세로축의 시간흐름으로 나타낸 펄스혈압을 연속적으로 나타내는 좌하단의 제2화면;
상기 제2화면에서 나타난 펄스혈압을 제1화면의 유순도 그래프에 투사하여 가로축의 시간과 세로축의 부피변화를 갖는 파형으로 나타내는 우상단의 제3화면; 및
상기 제3화면에서 시간에 따른 부피변화를 갖는 파형에 대해 압력과 부피를 각각 1로 규격화하여 얻은 규격화된 펄스 평균 그래프와, 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대점을 연결한 그래프를 동시에 나타내는 우하단의 제4화면;
을 포함하는 GUI(graphical user interface) 프로그램인 것을 특징으로 하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 데이터 처리부는
상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형에서 최고 진폭지점의 압력을 기준압력으로 설정하고, 수축기 혈압(Ps) 및 이완기 혈압(Pd)을 산출하는 단계;
상기 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 규격화된 펄스 평균값을 측정하여 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하는 단계; 및
상기 수축기 혈압(Ps), 이완기 혈압(Pd), 및 펄스혈압 파형지수(K)를 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm)을 얻는 단계;
를 수행하는 것을 특징으로 하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 시스템.
(a) 커프에 인가된 압력을 일정 시간에 걸쳐 점차적으로 감압할 때 발생하는 커프압의 오실레이션 파형을 검출하는 단계;
(b) 상기 커프압의 오실레이션 파형을 압력-부피 함수의 혈관 유순도(complience) 그래프로 변환하는 단계;
(c) 커프압 검출 센서부에서 얻은 펄스파형에 대해 펄스 압력과 펄스 주기를 각각 1로 규격화하여 규격화된 펄스 평균(normalized pulse average)을 얻는 제2 변환부; 및
(d) 상기 커프압 검출 센서부에서 얻은 오실레이션 파형의 최대 진폭부분에 대응하는 커프의 압력 파형 정보로부터 규격화된 펄스 평균값을 산출하고, 제1 변환부에서 얻은 유순도 정보와 펄스혈압 파형지수(K)를 결정하여, K 값을 하기 식(1)에 대입하여 평균혈압(Pm), 수축기 혈압(Ps), 및 이완기 혈압(Pd)을 얻는 데이터 처리부;

(1)

를 포함하는, 오실로메트릭법에 의한 혈압측정 방법.