KR102318511B1 - 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법 - Google Patents

광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 심폐소생술(cardiopulmonary resuscitation, CPR) 시, 환자의 귀에서 측정한 광용적맥파(photoplethysomgraphy, PPG, 맥파) 신호를 이용하여 혈압을 검출하고, 검출된 혈압을 이용하여, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부를 확인하는 CPR 신호로서 사용하여, CPR이 제대로 시행되고 있는지를 판단하고, CPR 수행자에서 피드백을 주는 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 심폐소생술(CPR)이 행하여 질 때, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부인 CPR 상태를 판다하여 CPR 수행자에게 알리는 심폐소생술 피드백 장치에 있어서, 광용적맥파(PPG) 센서를 포함하여, PPG를 검출하는, 광용적맥파 검출부; 광용적맥파 검출부로부터 PPG를 수신하고, 수신된 PPG를 이용하여 혈압을 구하고, 구하여진 혈압을 기설정된 문턱치와 비교하여 CPR 상태를 결정하여 CPR 수행자에게 알리게 하는, 연산처리부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법{Apparatus and Method for CPR Bio-feedback based on Photoplethysmography}
본 발명은, 심폐소생술(cardiopulmonary resuscitation, CPR) 시, 환자의 귀에서 측정한 광용적맥파(photoplethysomgraphy, PPG, 맥파) 신호를 이용하여 혈압을 검출하고, 검출된 혈압을 이용하여, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부를 확인하는 CPR 신호로서 사용하여, CPR이 제대로 시행되고 있는지를 판단하고, CPR 수행자에서 피드백을 주는 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법에 관한 것이다.
심폐소생술은 심장의 기능이 정지하거나 호흡이 멈추었을 때 사용하는 응급처치이다. 심장마비의 경우 신속히 조치하지 않을 시 사망하거나 심각한 뇌손상을 입을 수 있다. 심정지가 발생한 후 4-5분이 경과하면 뇌에 비가역적 손상이 시작되므로 심정지를 목격한 사람이 신속하고 정확한 심폐소생술을 시작하여야 심정지 환자의 소생을 기대할 수 있다.
하지만 심폐소생술을 일상적으로 시행할 일이 없기 때문에, 필요한 순간에 심폐소생술을 배운 사람이더라도 제대로 시행하기 힘들며, 따라서 심폐소생술을 돕는 심폐소생술 피드백(CPR feedback) 기기가 개발되고 있다.
기존 심폐소생술 피드백 시스템은 가슴압박의 깊이와 속도를 감시하여 CPR 수행자에게 정확한 심폐소생술을 하도록 유도하는 시스템이다. 그러나 환자에 따라 혈류가 발생할 수 있는 가슴압박 깊이는 다르며, 실제로 혈류가 뇌로 전달되는지 알 수 없다.
따라서, 심폐소생술 수행자에게 정확한 심폐소생술을 할 수 있도록 유도하기 위한 환자의 혈류 발생유무를 확인하여 피드백을 주는 심폐소생술 피드백 장치 및 방법이 요망된다.
최근 들어 CPR이 제대로 이루어져 뇌로 혈류가 전달되고 있는지를 판단하기 위한 신호, 즉, CPR신호로서 심전도 신호가 사용되고 있다. 그러나, 제세동기에 의해 심장충격이 행하여진 경우, 노이즈로 인해 심전도 신호를 제대로 측정하기 쉽지 않아서, CPR 신호로 사용하기에 문제점이 많다.
따라서 심장충격 등의 외부영향에 덜 민감하면서, 심폐소생술(CPR) 시 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부를, 보다 정확하게 측정 가능한 CPR 신호를 이용하는 심폐소생술 피드백 장치 및 방법이 요망된다.
선행기술로, 국내 등록특허 제10-1884377호는 심폐소생술용 혈액흐름 감시장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 인체의 2개소에서 PPG를 검출하여, 맥파전달시간(PWTT)을 계산 한 후 1회 혈액 박출량(SV)을 산출하여 혈액이 실질적으로 뇌로 흐르는지를 감시한다. 그러나 국내 등록특허 제10-1884377호는 위급한 상황에, 환자의 인체에, 2개의 PPG 센서과 1개의 흉부임피던스 센서를 장착하기란 쉽지 않으며, 수식 및 과정이 복잡하다.
다른 선행기슬로, 국내공개특허공보 제10-2016-0107007호는 혈압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, PPG 파형으로부터 복수개의 특징점을 검출하여 인공신경망을 이용하여 혈압을 측정한다. 이 경우 혈압신호의 정확도를 높일 수 있을지 모르나, 복수개의 특징점 검출에 시간이 소요되며, 또한 시스템의 규모도 커져서, 심폐소생술 피드백 장치에 적용하기에는 무리가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 심폐소생술(CPR) 시, 환자의 귀에서 측정한 광용적맥파(PPG) 신호를 이용하여 혈압을 검출하고, 검출된 혈압을 이용하여, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부를 확인하는 CPR 신호로서 사용하여, CPR이 제대로 시행되고 있는지를 판단하고, CPR 수행자에서 피드백을 주는 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 1개의 PPG 센서로 검출된 PPG 신호로 혈압을, 특정회귀식에 의해 추정하여, CPR 신호로 사용하여, 시간적으로도 빠르면서 간단한 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 광용적맥파(PPG) 센서를 포함하여, PPG를 검출하는, 광용적맥파 검출부; 광용적맥파 검출부로부터 PPG를 수신하고, 수신된 PPG를 이용하여 혈압을 구하고, 구하여진 혈압을 기설정된 문턱치와 비교하여 CPR 상태를 결정하여 CPR 수행자에게 알리게 하는, 연산처리부;를 포함하며, 연산처리부는 혈압(BPest)을
Figure 112021047296342-pat00006

(단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)에 의해 구하는, 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 귓볼에 장착된 광용적맥파(PPG) 센서를 이용하여 PPG 신호를 검출하는, PPG 검출단계; 연산처리부는 PPG 검출단계에서 검출된 PPG 신호를 이용하여 혈압을 검출하는 혈압검출단계; 연산처리부는 혈압검출단계에서 검출된 혈압을 기저장된 문턱치들과 비교하여 CPR 상태 검출하는, CPR 상태 검출단계;를 포함하며, 혈압검출단계에 있어, 연산처리부가, 혈압(BPest)을
Figure 112021047296342-pat00007
(단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)에 의해 구하는 심폐소생술 피드백 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 심폐소생술(CPR)이 행하여 질 때, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부인 CPR 상태를 판다하여 CPR 수행자에게 알리는 심폐소생술 피드백 장치에 있어서, 광용적맥파(PPG) 센서를 포함하여, PPG를 검출하는, 광용적맥파 검출부; 광용적맥파 검출부로부터 PPG를 수신하고, 수신된 PPG를 이용하여 혈압을 구하고, 구하여진 혈압을 기설정된 문턱치와 비교하여 CPR 상태를 결정하여 CPR 수행자에게 알리게 하는, 연산처리부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
1개의 PPG 센서를 귀에 장착하여 PPG를 검출한다.
연산처리부는 혈압(BPest)을
Figure 112019020771157-pat00001
(단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)에 의해 구한다.
연산처리부는, CPR 상태에 따라서, CPR 가이드 음향을 스피커로 출력한다.
또한 본 발명은, 심폐소생술(CPR)이 행하여 질 때, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부인 CPR 상태를 판다하여 CPR 수행자에게 알리는 심폐소생술 피드백 방법에 있어서, 귓볼에 장착된 광용적맥파(PPG) 센서를 이용하여 PPG 신호를 검출하는, PPG 검출단계; 연산처리부는 PPG 검출단계에서 검출된 PPG 신호를 이용하여 혈압을 검출하는 혈압검출단계; 연산처리부는 혈압검출단계에서 검출된 혈압을 기저장된 문턱치들과 비교하여 CPR 상태 검출하는, CPR 상태 검출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
심폐소생술 피드백 방법은, CPR 상태 검출단계 후, 연산처리부는, CPR 상태에 따라서, CPR 가이드 음향을 스피커로 출력하는, CPR 가이드 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 심폐소생술 피드백 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체를 특징으로 한다.
본 발명의 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법은, 심폐소생술(CPR) 시, 환자의 귀에서 측정한 광용적맥파(PPG) 신호를 이용하여 혈압을 검출하고, 검출된 혈압을 이용하여, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부를 확인하는 CPR 신호로서 사용하여, CPR이 제대로 시행되고 있는지를 판단하고, CPR 수행자에서 피드백을 주도록 이루어져, 심장충격 등의 외부영향에 덜 민감하면서, 수행자가 1개의 PPG 센서를 환자의 귀(귀볼)에 장착하면 되므로 비교적 간단하며, 또한 CPR이 제대로 시행되고 있는지를 판단할 있어, 보다 적합한 심폐소생술을 할 수 있어, 환자의 소생률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 1개의 PPG 센서로 검출된 PPG 신호로 혈압을, 특정회귀식에 의해 추정하여, CPR 신호로 사용하여, 시간적으로도 빠르면서 간단한 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 광용적맥파(PPG) 센서를 포함하여, PPG를 검출하는, 광용적맥파 검출부; 광용적맥파 검출부로부터 PPG를 수신하고, 수신된 PPG를 이용하여 혈압을 구하고, 구하여진 혈압을 기설정된 문턱치와 비교하여 CPR 상태를 결정하여 CPR 수행자에게 알리게 하는, 연산처리부;를 포함하며, 연산처리부는 혈압(BPest)을
Figure 112021047296342-pat00008
(단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)에 의해 구하는, 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 귓볼에 장착된 광용적맥파(PPG) 센서를 이용하여 PPG 신호를 검출하는, PPG 검출단계; 연산처리부는 PPG 검출단계에서 검출된 PPG 신호를 이용하여 혈압을 검출하는 혈압검출단계; 연산처리부는 혈압검출단계에서 검출된 혈압을 기저장된 문턱치들과 비교하여 CPR 상태 검출하는, CPR 상태 검출단계;를 포함하며, 혈압검출단계에 있어, 연산처리부가, 혈압(BPest)을,
Figure 112021047296342-pat00009
(단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)에 의해 구하는 심폐소생술 피드백 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치의 개략적인 구성을 설명하는 블럭도이다.
이하, 본 발명의 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 광용적맥파 기반의 심폐소생술 피드백 장치의 개략적인 구성을 설명하는 블럭도로, PPG 센서(100), 전처리부(110), A/D 변환부(120), 연산처리부(200), 메모리부(300), 출력부(310)를 포함하여 이루어진다.
PPG 센서부(110)는 발광부(예로, 발광 다이오드)와 수광부(예로, 포토 다이오드)로 이루어진다. 즉, 발광부에서 적외선 대역의 파장의 광을 귀 또는 귓볼(즉, 귀 또는 귓볼에서 동맥혈관이 있는 부위)에 조사하고, 귀 또는 귓볼의 조사 부위에서 반사광 또는 투과광의 광량인 광용적맥파를 감지하여 전기적인 신호로 출력한다.
전처리부(120)는 광용적맥파 신호를 추출하기 위해 증폭하고 잡음을 제거한다.
A/D변환부(130)는 전처리부(110)로부터 수신한 광용적맥파 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 연산처리부(200)로 전송한다.
여기서, PPG 센서부(110), 전처리부(120), A/D변환부(130)를 광용적맥파 검출부라 할 수 있다.
연산처리부(150)는 수신된 광용적맥파를 수학식 1과 같이 회귀식을 통해 혈압(BPest)을 추정한다.
Figure 112019020771157-pat00002
여기서, PPG(n)은 현재 PPG 값, 즉, 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값, 즉, 현재 PPG와 연이은 전의 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값, 즉, 현재 PPG와 연이은 전전의 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값, 즉, 현재 PPG와 연이은 전전전의 PPG 값이다.
수학식 1은 다수의 피검자에게서 PPG와 혈압을 측정한 후, 전문 공학용 소프트웨어(예를들어, MATLAB 등)을 이용하여 회귀분석을 통해 얻어진 수식이다.
뇌혈류 량은 뇌관류압에 비례하고, 뇌혈관 저항에 반비례하며, 뇌관류압은 동맥혈압에서 정맥혈압을 차감한 값인데 정맥혈압은 매우 낮아 0에 가까우므로, 뇌관류압은 동맥혈압과 같다고 볼 수 있다. 일반적으로 "뇌혈류량 = (평균동맥압 - 내경정맥압) / 뇌혈관저항" 에 의해 구할 수 있으며, 여기서, 내경정맥압은 아주 작으므로, 무시할 수 있다. 즉, 뇌혈류 량은 혈압에 비례한다고 할 수 있다.
연산처리부(150)는 추정된 혈압을 기저장된 문턱치값들과 비교하여 CPR 상태를 결정한다.
상기 문턱치값은 공장출하시 설정된 값으로, 메모리부(160)에 저장되어 있으며, 이는 사전에 다수의 피검자들로부터 실험을 통해 얻어질 수 있으며, 예를들어 상기 혈압이 30 미만이면 위험상태로 판단할 수 있다.
또한 연산처리부(150)는 CPR 상태에 따라서, CPR 가이드와 관련된 음향을 스피커로 출력하거나 문자로 디스플레이부에 출력할 수 있다.
메모리부(160)는 문턱치값들을 저장하며, 또한 연산처리부(150)로부터 수신한 혈압 및 CPR 상태 등을 저장한다.
출력부(170)는 디스플레이부, 스피커부로서, 연산처리부(150)로부터 수신한 혈압 및 CPR 상태 등을 출력한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 심폐소생술(CPR)이 행하여 질 때, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부인 CPR 상태를 판다하여 CPR 수행자에게 알리는 심폐소생술 피드백 장치에 있어서,
    광용적맥파(PPG) 센서를 포함하여, PPG를 검출하는, 광용적맥파 검출부;
    광용적맥파 검출부로부터 PPG를 수신하고, 수신된 PPG를 이용하여 혈압을 구하고, 구하여진 혈압을 기설정된 문턱치와 비교하여 CPR 상태를 결정하여 CPR 수행자에게 알리게 하는, 연산처리부;
    를 포함하며,
    연산처리부는, 혈압(BPest)을
    Figure 112021047296342-pat00010

    (단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는, 심폐소생술 피드백 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    1개의 PPG 센서를 귀에 장착하여 PPG를 검출하는 것을 특징으로 하는, 심폐소생술 피드백 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    연산처리부는, CPR 상태에 따라서, CPR 가이드 음향을 스피커로 출력하는 것을 특징으로 하는, 심폐소생술 피드백 장치.
  5. 심폐소생술(CPR)이 행하여 질 때, 뇌로 혈류가 전달되고 있는지 여부인 CPR 상태를 판다하여 CPR 수행자에게 알리는 심폐소생술 피드백 방법에 있어서,
    귓볼에 장착된 광용적맥파(PPG) 센서를 이용하여 PPG 신호를 검출하는, PPG 검출단계;
    연산처리부는 PPG 검출단계에서 검출된 PPG 신호를 이용하여 혈압을 검출하는 혈압검출단계;
    연산처리부는 혈압검출단계에서 검출된 혈압을 기저장된 문턱치들과 비교하여 CPR 상태 검출하는, CPR 상태 검출단계;
    를 포함하며,
    혈압검출단계에 있어, 연산처리부가, 혈압(BPest)을
    Figure 112021047296342-pat00011

    (단, PPG(n)은 현재 샘플링된 PPG 값이고, PPG(n-1)은 PPG(n)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-2)은 PPG(n-1)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값이고, PPG(n-3)은 PPG(n-2)과 연이은 전에 생플링된 PPG 값임)
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는, 심폐소생술 피드백 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    CPR 상태 검출단계 후, 연산처리부는, CPR 상태에 따라서, CPR 가이드 음향을 스피커로 출력하는, CPR 가이드 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 심폐소생술 피드백 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서의 심폐소생술 피드백 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.

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