KR102346873B1 - 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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게오르기오 모시스
딥 베라
웨이롱 모
이 쳰
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 출원은 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법과 관련된다. 시스템은: 피검자의 제 1 및 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위한 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이로서, 제 1 센서 어레이와 제 2 센서 어레이의 각각은 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들을 포함하는 상기 제 1 센서 어레이 및 상기 제 2 센서 어레이; 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각에 대해, 복수의 제 1 신호들로부터 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하도록 구성된 도출 유닛; 및 제 1 센서 어레이로부터 도출된 제 2 신호 및 제 2 센서 어레이로부터 도출된 제 2 신호로부터 제 1 동맥 및 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산하도록 구성된 제 1 계산 유닛을 포함한다. 본 발명의 일 실시예는 맥파 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING A PULSE WAVE OF A SUBJECT}
본 발명은 생물학적 측정에 관한 것이며, 특히 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
맥파 측정들은 고급 의료 검출에서 점점 더 중요한 역할을 한다. 맥파 측정들의 일 예시로서, 맥파 속도(PWV:pulse wave velocity) 측정들은 고혈압 및 심혈관 질환들(CVD:cardiovascular diseases)을 평가하기 위한 표준들(standards) 중 하나인 동맥 경직도를 평가하기 위해 사용된다. 더 구체적으로, 경동맥 대퇴부 맥파 속도(cfPWV:carotid-femoral pulse wave velocity)는 대동맥 동맥 경화증을 평가하는 "절대 표준(golden standard)"으로 여겨진다.
PWV는, 두 개의 동맥 측정 지점들 사이의 거리를 피검자의 맥파가 두 개의 동맥 측정 지점들 사이를 전파되는 펄스 통과 시간으로 나눈 것으로 정의된다. 예를 들어 cfPWV는 피검자의 경동맥 위쪽 피부 상의 측정 지점과 피검자의 대퇴부 위쪽 피부 상의 측정 지점 사이의 거리를 피검자의 펄스가 경동맥과 대퇴부 위쪽의 각각 두 개의 동맥 측정 지점들 사이를 전파되는 펄스 통과 시간으로 나눈 것으로 정의된다.
그러므로, 피검자의 cfPWV를 측정하기 위해, 먼저 피검자의 피부 상의 두 개의 동맥 측정 지점들이 경동맥과 대퇴부 위쪽에 각각 위치한다. 그 다음에, 경동맥과 대퇴부 상의 각각 두 개의 동맥 측정 지점들 사이의 거리는 예로서, 자에 의해 측정된다. 피검자의 펄스가 경동맥과 대퇴부 각각 위쪽의 두 개의 동맥 측정 지점들 사이를 전파되는 펄스 통과 시간을 계산하기 위해, 먼저 주기 사이클 검출 알고리즘이 두 개의 동맥 측정 지점들에서 검파되는 두 개의 맥파 신호들에 적용되어, 두 개의 맥파 신호들의 주기들을 각각 검출하고, 그 다음에, 두 개의 맥파 신호들의 주기들을 기초로 하여, 펄스 통과 시간이 도출된다. 이후, cfPWV는 두 개의 동맥 측정 지점들 사이의 거리 및 도출된 펄스 통과 시간으로부터 도출될 수 있다.
종래 기술에서, 예로서, cfPWV 측정에서, 의사와 간호사는 손으로 만져 경동맥과 대퇴부 위쪽의 측정 지점들을 찾아낸다. 이는 시간 소모적이며, 결과가 정확하지 않을 수 있다.
종래 기술에서, 예로서, cfPWV 측정에서, 경동맥과 대퇴부의 각각에 대해, 도 1 에 도시된 바와 같은 센서(101)(보통 압전 센서)는 대응하는 측정 지점에서 펄스를 감지하여 대응하는 맥파 신호를 도출하기 위해 사용된다. 그러나, 센서(101)가 위치할 측정 지점이 의사 또는 간호사에 의해 손으로 만져 찾아내어지기 때문에, 대응하는 맥파 신호는 예로서, 경동맥 또는 대퇴부에 대해 가장 강한 펄스를 나타내지 않을 수 있고, 따라서 측정 결과(예로서, 펄스 통과 시간의 계산 결과)를 부정확하게 한다.
SUGAWARA J 등에 의한 "경동맥-대퇴부 맥파 속도: 상이한 동맥 경로 길이 측정들의 영향(Carotid-femoral pulse wave velocity: Impact of different arterial path length measurements)"(동맥 연구 네덜란드, 암스테르담 엘스비어, Vol.4, no.1, 2010년 3월 1일(2010-03-01), 27-31 페이지, XP026938470,ISSN: 1872-9312, 001: 10.1016/J.ARTRES.2009.11.001)은 경동맥-대퇴부 PWV 계산을 위한 방법을 개시한다: (1) 경동맥과 대퇴부의 위치들 사이의 직선 거리(PWVcar-fem), (2) 흉골상절흔(suprasternal notch)과 대퇴부의 위치 사이의 직선거리 마이너스 경동맥 동맥의 길이(PWV(ssn^fem)-(ssn-car)), (3) 경동맥과 대퇴부의 위치들 사이의 직선 거리 마이너스 경동맥 동맥의 길이(PWV(car-fem)~(ssn-car)), 및 (4) 흉골상절흔으로부터 배꼽(umbilicus)까지와 배꼽으로부터 대퇴부의 위치까리의 결합 거리 마이너스 경동맥 동맥의 길이(PWV(ssn_amb-fem)-(ssn-car)).
BOUTOUYRIE P 등에 의한 "맥파 속도의 평가(Assessment of pulse wave velocity)"(동맥 연구 네덜란드, 암스테르담 엘스비어, Vol.3, no.1, 2009년 2월 1일(2009-02-01), 3-8페이지, XP025972566,ISSN: 1872-9312, DOI:10.1016/J.ARTRES.2008.11.002)은 맥파 속도를 측정하기 위한 시장에 내놓은 디바이스들의 간략한 개요를 제공한다.
그러므로, 맥파 측정의 효율성 및/또는 정확성을 향상시킬 수 있는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템이 제안되고, 상기 시스템은: 피검자의 제 1 동맥 및 제 2 동맥 각각 위쪽에 피검자의 피부 상에 위치할 때, 피검자의 제 1 및 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위한 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이로서, 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각은 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들을 포함하는, 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이; 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각에 대해, 복수의 제 1 신호들로부터 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하도록 구성된 도출 유닛; 및 제 1 센서 어레이에서 도출된 제 2 신호 및 제 2 센서 어레이에서 도출된 제 2 신호로부터 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산하도록 구성된 제 1 계산 유닛을 포함한다.
따라서, 센서 어레이는 제 1 동맥과 제 2 동맥(예로서, 경동맥 및 대퇴부)의 각각의 맥파 측정들을 위해 사용된다. 각각의 센서 어레이가 단일 센서보다는 복수의 센서들을 포함한다. 센서 어레이가 단일 센서보다 더 큰 피부 영역을 커버할 수 있기 때문에, 맥파는 단일 센서를 사용할 때 요구되는 매우 정확한 센서 위치 지정에 대한 필요 없이 질적으로 양호한 방식으로 감지될 수 있다. 따라서, 센서 어레이의 위치 지정은 더욱 효율적으로 행해질 수 있으며, 오직 단일 센서가 사용된 종래 기술에서의 상황과 비교하여, 측정의 질은 의사 또는 간호사의 기술들에 덜 의존적이다.
일 실시예에서, 복수의 센서들의 각각은 압전 센서를 포함한다.
일 실시예에서, 복수의 센서들의 각각은 가속도계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 센서 대신 가속도계를 사용하는 이점들은 다음과 같다:
첫째로, 가속도계는 압전 센서와 비교하여 피부의 부분적 형태(local topography)에 더 유연하게 적응된다. 센서 어레이 내 각각의 센서들은 적절한 기계 결합을 통해 피검자의 피부와 접촉하는 접촉 표면을 가진다. 이는 센서들의 모든 접촉 표면들이 서로 완벽하게 배열되어야 하며, 전체 측정 센서 어레이는 피부의 부분적 형태에 적응하도록 충분히 유연해야한다는 것을 의미한다. 그러나, 압전 센서들의 설계(각각의 센서는 단단한 원통형 패키징 상에 고정된 멤브레인으로 구성된다)로 인해, 전체 측정 센서 어레이는 매우 단단하다. 그에 반해, 가속도계들은 유연한 기재 상에 고정될 수 있으므로, 이러한 단단한 문제를 해결한다.
둘째로, 많은 압전 센서들 보다 많은 가속도계들을 하나의 센서 어레이로 통합하는 것이 더 쉽다. 이는, 예로서, 경동맥 또는 대퇴부에 대해 가장 강한 펄스를 나타내는 신호의 위치를 정확하게 알아낼 수 있기 위하여, 더 많은 센서들을 센서 어레이로 통합하는 것이 중요할 것이다. 이러한 통합이 압전 센서들에 대해 상당한 문제점을 제기하지만, 가속도계들에 대해서는 간단하다.
셋째로, 가속도계들에 의해 제공된 측정 결과는 조작자가 센서 어레이를 잡는 방식에 의해 영향받지 않으므로, 조작자가 센서 어레이를 잡는 방식에 의해 영향받기 쉬운 압전 센서들에 의해 제공된 것보다 더욱 신뢰성 있다.
넷째로, PWV 측정에 대해 중요한 주파수 범위(DC 내지 40-50Hz)는 가속도계들의 효율적인 동작 주파수에 의해 담당 될 수 있지만, 압전 센서들의 효율적인 동작 주파수(0.2Hz 내지 40-50Hz)에의해서는 담당될 수 없다.
바람직하게, 가속도계는 미세-기계가공된 저항성 또는 용량성 가속도계이다. 미세-기계가공된 저항성 가속도계는 스트레인 게이지(a strain gauge), 압-저항식, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), 또는 박막 가속도계가 될 수 있다.
미세-기계가공된 저항성 또는 용량성 가속도계를 사용하는 것은 여러 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이는 작고 경량이어서, 유연한 막 상에 가속도계들의 어레이를 제조하는 것을 허용한다. BOM(재료 견적서) 비용이 낮다. 이는 0Hz까지 그리고 약 10kHz의 한계 고주파수 범위를 측정할 수 있지만 맥파 측정에 부정적인 영향을 미치지 않기 때문에, DC로부터 약 50Hz까지 측정을 필요로 하는 맥파 측정에 매우 적당하다. 이것은 높은 감도를 제공할 수 있다. 이는 강력하며, 일반적으로 긴 지속 시간 사건들에 사용되고, 이에 의해 병원의 실제 환경에서 충격의 타당한 수준들을 잘 견딜 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 센서들의 각각은 적어도 두 방향들에서 피부의 진동을 나타내는 제 1 신호들을 얻도록 구성된다. 예를 들어, 3D-축 가속도계는 직각 좌표계에서 서로 수직인 세 방향들에서 신호를 획득할 수 있다.
한-방향 센서에 의해 감지된 한-방향 신호와 비교하면, 다중-방향 센서에 의해 얻어진 다중-방향 신호에 포함된 부가 정보는, 예로서, 조작자의 무의식적인 움직임들과 연관된 아티팩트들(artifacts)을 제거하여 측정 정확성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 센서들의 각각은 피검자의 피부와 접촉하기 위한 접촉 표면을 포함하고; 적어도 두 개의 방향들은 접촉 표면에 수직인 X-축 방향을 포함하고, 제 1 도출 유닛은 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각에 대하여, 복수의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택하고, 선택된 제 1 신호의 X-축 방향 성분으로부터 제 2 신호를 도출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 적어도 두 개의 방향들은 또한 X-축 방향에 수직인 Z-축 방향을 포함한다. 도출 유닛은 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각에 대해, 선택된 제 1 신호의 X-축 방향 성분으로부터 선택된 제 1 신호의 Z-축 방향 성분을 뺌으로써 제 2 신호를 도출하도록 구성된다.
이런 식으로, 맥파 신호가 도출될 수 있고 그 안의 노이즈가 감소될 수 있다. 이것은 다음 아이디어에 기초한다. X-축은 접촉 표면에 수직인 방향이며, 센서 어레이가 피부 상에 위치할 때, 피부 표면에 실질적으로 수직이고, 그러므로 X-축은 맥파의 진동 방향으로서 간주될 수 있고, 신호의 X-축 성분은 펄스 방향에서의 맥파 플러스 노이즈를 나타내는 것으로 예상된다. 유사하게, Z-축은 맥파의 진동 방향에 실질적으로 수직이며, 그러므로, 신호의 Z-축 성분은 대개 노이즈를 반영하고 펄스 정보를 포함하지 않는 것으로 예상된다. 노이즈가 모든 방향들로 균일하게 분배되는 것이라는 가정 하에, 맥파를 나타내는 신호는 신호의 X-축 성분으로부터 Z-축 성분을 뺌으로써 도출될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택하는 것은 다음 방식으로 구현될 수 있다: 도출 유닛은 복수의 제 1 신호들 사이에서, 제 1 신호들의 그룹을 결정하도록 구성되고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 내의 다른 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 1 임계값 이상이고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 밖의 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 2 임계값 이하이며, 적어도 제 1 신호들의 신호 진폭을 기초로 하여 그룹 내의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택한다. 예를 들어, 선택된 제 1 신호의 신호 진폭 또는 신호 대 잡음 비는 그룹 내의 제 1 신호들 중 가장 높다.
복수의 센서들에 의해 획득된 제 1 신호들 중에, X-축 방향 성분들이 감지된 펄스를 주로 포함하고 적은 노이즈를 포함할 수 있는 제 1 신호들의 제 1 타입이 존재하고, 이 신호들은 가장 강한 펄스를 나타내는 신호(즉, 제 2 신호)를 도출하기 위해 유용하며, 또한 X-축 방향 성분들이 노이즈로 주로 구성되고, 펄스를 반영하는 유용한 정보의 낮은 정도를 가지며, 가장 강한 펄스를 나타내는 신호(즉, 제 2 신호)를 도출할 때 제거되어야 하는 노이즈로 주로 구성되는 제 1 신호들의 제 2 타입이 존재한다. 펄스가 노이즈들과 상관되지 않고 거의 모든 노이즈들이 펄스와 노이즈의 특성으로 인해 서로 상관되지 않기 때문에, 주로 감지된 펄스로 구성된 제 1 신호들의 제 1 타입 중 임의의 두 신호들의 X-축 방향 성분들은 높은 교차-상관 관계를 갖고, 주로 감지된 펄스로 구성된 제 1 신호들의 제 1 타입 중 임의의 신호의 X-축 방향 성분과 주로 노이즈로 구성된 제 1 신호들의 제 2 타입 중 임의의 신호의 X-축 방향 성분은 낮은 교차-상관 관계를 갖고, 주로 노이즈로 구성된 제 1 신호들의 제 2 타입 중 임의의 두 개의 신호들의 X-축 방향 성분들은 낮은 교차-상관관계를 갖는다. 이들의 장점들을 이용하면, 먼저 제 1 신호들의 그룹을 결정하는 것이 제안되고, 여기서 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 내의 다른 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 1 임계값 이상이고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 밖의 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 2 임계값 이하이다. 미리 정해진 제 1 임계값과 미리 정해진 제 2 임계값은 실제 결정될 수 있는 실제 요구사항들에 따라 선택된다. 이런 식으로, 정해진 그룹 내의 제 1 신호들의 각각은 노이즈 내용보다 더 큰 펄스 내용을 가질 것으로 예상된다.
더욱이, 적어도 제 1 신호의 신호 진폭을 기초로 한 제 1 신호를 선택하는 것은 맥파 측정의 정확성을 개선할 수 있다. 일 예시에서, 선택된 제 1 신호의 신호 진폭은 그룹 내의 제 1 신호들 중에 가장 높다. 다른 예시에서, 선택된 제 1 신호의 신호 대 잡음 비는 그룹 내의 제 1 신호들 중에서 가장 높다.
다른 실시예에서, 도출 유닛은 복수의 제 1 신호들의 각각에 대해, 실질적으로 맥파의 진동을 따라 충분히 진동을 나타내는 제 1 신호의 성분을 도출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 각 센서 어레이는 피검자의 피부를 접촉하기 위한 멤브레인을 갖는 패키징 케이스를 포함한다. 복수의 센서들은 패키징 케이스 내에 동봉된 멤브레인의 양 면들 중 하나에 고정되며, 멤브레인의 다른 측은 피검자의 피부 상에 위치된다.
이러한 실시예에서, 복수의 센서들이 피검자의 피부와 직접 접촉하지 않고, 패키징 케이스 내에서 캡슐화되기 때문에, 클리닝 절차는 단순화된다. 게다가, 복수의 센서들은 피검자의 피부와 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 센서들이 적어도 두 방향들, 예로서 3D 방향에서 복수의 제 1 신호들을 얻는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 멤브레인 상에서 센서들의 이러한 고정은 피부와 멤브레인 사이의 최적의 결합을 보장한다.
바람직하게, 멤브레인은 얇은 금속 멤브레인이다.
멤브레인이 점탄성 멤브레인이 아니라면, 기록된 센서 신호에 노이즈를 추가할 것이다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 점탄성인 얇은 금속 멤브레인이 사용되어 노이즈를 감소시킨다. 그러므로, 센서들에 의해 감지된 감지된 신호에서의 노이즈 감소의 유리한 효과가 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은 또한: 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이의 맥파가 이동한 거리를 나타내는 파라미터를 획득하도록 구성된 획득 유닛; 및 계산된 펄스 통과 시간과 획득된 파라미터를 기초로 하여 피검자의 맥파 속도를 계산하도록 구성된 제 2 계산 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따라서, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 방법이 제공되며: 피검자의 제 1 동맥 및 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위해 피검자의 제 1 및 제 2 동맥 위쪽에 피검자의 피부 상에 제 1 센서 어레이와 제 2 센서 어레이를 각각 위치를 지정하는 단계로서, 제 1 센서 어레이와 제 2 센서 어레이의 각각은 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들을 포함하는, 상기 위치 지정 단계; 제 1 센서 어레이와 제 2 센서 어레이 각각에 대해, 복수의 제 1 신호들로부터 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하는 단계; 및 제 1 센서 어레이에 대해 도출된 제 2 신호와 제 2 센서 어레이로부터 도출된 제 2 신호로부터 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산하는 단계를 포함한다.
개시사항의 다양한 양상들과 특징들이 추가로 이하에 상세히 기술된다. 본 발명의 이들 및 다른 양상들은 이후 개시된 실시예(들)로부터 분명해질 것이며 이들을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명은 실시예들을 조합하여 및 도면들을 참조하여 보다 상세히 이후에 기술되고 설명될 것이다.
도면들 내의 동일한 참조 부호들은 유사한 또는 대응하는 특징들 및/또는 기능들을 나타낸다.
도 1은 대응하는 측정 지점에서의 펄스를 감지하여 대응하는 맥파 신호를 도출하기 위한 종래-기술 센서를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템의 블록 다이어그램.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 제 1 센서 어레이 또는 제 2 센서 어레이의 구조의 두 가지 타입들을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 맥파를 측정하기 위한 방법의 블록 다이어그램.
본 발명은 특정 실시예들에 관하여 및 특정 도면들을 참조하여 기술될 것이지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 청구항들에 의해 오직 제한된다. 기술된 도면들은 오직 개략적이며 비-제한적이다. 도면들에서, 요소들의 일부 크기는 과장될 수 있고 예시의 목적들을 위해 크기가 변경되어 그려지지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템(4)의 블록 다이어그램을 도시한다. 시스템(4)은 제 1 센서 어레이(31), 제 2 센서 어레이(32), 도출 유닛(102), 제 1 계산 유닛(103), 및 선택적으로 제 2 계산 유닛(104), 획득 유닛(106), 및 결정 유닛(108)을 포함한다.
제 1 센서 어레이(31)와 제 2 센서 어레이(32)는 피검자의 제 1 및 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위해 제 1 동맥(예로서, 경동맥) 및 제 2 동맥(예로서, 대퇴부 동맥) 위의 피검자의 피부 상에 각각 위치할 것이다. 동맥의 대응하는 맥파는 동맥 위쪽에 피부 상의 측정 지점에서의 맥파를 의미한다. 그러므로, 제 1 동맥의 대응하는 맥파는 제 1 동맥 위쪽에 피부 상의 제 1 측정 지점에서의 맥파를 의미하며, 제 2 동맥의 대응하는 맥파는 제 2 동맥 위쪽에 피부 상에 측정 지점에서의 맥파를 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 어레이(31)는 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 획득하기 위한 복수의 센서들(101)을 포함한다. 유사하게, 제 2 센서 어레이(32)는 또한 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 획득하기 위한 복수의 센서들(101)을 포함한다.
도출 유닛(102)은, 제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 복수의 제 1 신호들로부터 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출한다. 신호-도출 절차는 본 명세서에서 이후 더욱 상세히 논의될 것이다.
제 1 계산 유닛(103)은 제 1 센서 어레이(31)로부터 도출된 제 2 신호 및 제 2 센서 어레이(32)로부터 도출된 제 2 신호로부터 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산한다. 예를 들어, 종래 기술에서 기술된 바와 같이, 주기 사이클 검파 알고리즘은, 제 1 센서 어레이(31)로부터 도출된 제 2 신호의 주기들 및 제 2 센서 어레이(32)로부터 도출된 제 2 신호의 주기들을 검출하기 위해, 제 1 센서 어레이(31)로부터 도출된 제 2 신호 및 제 2 센서 어레이(32)로부터 도출된 제 2 신호에 먼저 적용되며, 이후 펄스 통과 시간이 상기 검출된 두 개의 주기들을 기초로 도출된다.
획득 유닛(106)은 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이의 맥파가 이동한 거리를 나타내는 파라미터(107)를 획득한다. 이것은 여러 방법들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이것은 조작자에 의한 파라미터(107) 입력을 수신하는 유일한 수신 유닛이 될 수 있다. 다른 예시로서, 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이를 맥파가 이동한 거리를 자동으로 측정하는 전자 자가 될 수 있다. 물론, 맥파-속도-계산-정확성을 향상시키기 위하여, 제 1 센서 어레이(31)에 대한 도출 유닛(102)에 의해 도출된 제 2 신호 및 제 2 센서 어레이(32)에 대한 도출 유닛(102)에 의해 도출된 제 2 신호는 결정 유닛(108)으로 입력되고, 결정 유닛(108)은 제 1 센서 어레이(31)에 대해 도출된 제 2 신호에 대응하는 측정 지점 및 제 2 센서 어레이(32)에 대해 도출된 제 2 신호에 대응하는 측정 지점을 결정하고, 두 개의 결정된 측정 지점들을 전자 자로 출력하고, 전자 자는 두 개의 결정된 측정 지점들 사이에 피검자의 피부 상의 거리를 측정하고, 제 1 동맥 및 제 2 동맥 사이에서 맥파가 이동한 거리를 나타내는 파라미터(107)를 제 2 계산 유닛(104)으로 출력한다.
제 2 계산 유닛(104)은 계산된 펄스 통과 시간과 획득된 파라미터(107)를 기초로 하여 피검자의 맥파 속도(105)를 계산한다. 맥파 속도(105)는 제 1 동맥과 제 2 동맥 사이에서 맥파가 이동한 거리를 나타내는 획득된 파라미터(107)를 계산된 펄스 통과 시간으로 나눈것과 동일하다.
복수의 센서들(101)의 각각은 압전 센서일 수 있거나 가속도계, 바람직하게 미세-기계가공된 저항성 또는 용량성 가속도계일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 센서 어레이(31) 또는 제 2 센서 어레이(32)의 구조의 타입을 도시한다.
도 4a에서, 센서 어레이는 그 위에 복수의 센서들(101)이 고정된 유연한 멤브레인(501)을 가진 패키징 케이스(599)를 포함한다. 유연한 멤브레인은 피검자의 피부와 직접 접촉하지 않는다. 각 센서에 대해, 피스톤은 센서의 움직이는 질량(the moving mass)에 연결되며, 제 1 동맥 또는 제 2 동맥 위쪽에, 피검자의 피부와 기계적으로 접촉하도록 위치한다. 제 1 동맥 또는 제 2 동맥의 펄스로부터 오는 기계적 진동들은 각 피스톤을 통해 대응하는 센서의 감지 부로 전달된다. 도 4a에서, 센서들(101)의 각각은 하나의 방향 즉, 피부에 수직인 방향에서 오직 제 1 신호만을 얻는다.
복수의 센서들(101)에 의해 얻어진 복수의 제 1 신호들은 도출 유닛(102)에 입력된다. 도출 유닛(102)은 복수의 제 1 신호들 중에서, 제 1 신호들의 그룹을 결정하고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각과 그룹 내의 다른 제 1 신호들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 1 임계값 이상이고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각과 그룹 밖의 제 1 신호들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 2 임계값 이하이다.
이후, 제 1 신호는 적어도 진폭들을 기초로 하여, 제 1 신호들의 이러한 그룹 중 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호로서 선택된다. 예를 들어, 가장 높은 진폭 또는 SNR 을 가진 제 1 신호 등이 선택된다.
도 4a의 실시예의 이점은 센서와 피부 사이의 직접 접촉에 있고, 따라서 결합 및 펄스 송신 효율성을 최적화한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 센서 어레이(31) 또는 제 2 센서 어레이(32)의 구조의 다른 타입을 도시한다.
도 4b에서, 각 센서 어레이는 피검자의 피부(502)와 접촉하기 위한 멤브레인(501)을 가진 패키징 케이스(599)를 포함한다. 복수의 센서들(101)은 패키징 케이스(599) 내에 동봉된 멤브레인(501)(상술된 바와 같이, 바람직하게, 얇은 금속 멤브레인)의 양 면들 중 하나 상에 고정되며, 패키징 케이스(599) 내에 동봉되지 않은 멤브레인(501)의 다른 측은 피검자의 피부(502) 상에 위치하도록 된다.
일 실시예에서, 복수의 센서들의 각각은 피검자의 피부와 접촉하기 위한 접촉 표면을 가진다. 접촉은 직접 또는 간접 접촉이 될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 접촉은 멤브레인(501)을 통해 발생한다. 적어도 두 방향들은 접촉 표면에 수직인 방향인 X-축 방향을 포함한다. 적어도 두 방향들은 또한 X-축 방향에 수직인 방향들이고, X-축과 함께 직각 좌표계를 구성하기 위해 서로 수직인 것으로 정의되는 Y-축 방향과 Z-축 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어, Y-축 방향은 접촉 표면에 평행인 방향으로서 정의되고, Z-축 방향은 X-축 방향 및 Y-축 방향에 수직인 것으로 정의된다.
도출 유닛(102)은, 제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대하여, 복수의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택하고, 선택된 제 1 신호의 X-축 방향 성분으로부터 제 2 신호를 도출하도록 구성된다. 선택 절차는, 예로서, 다음과 같다: 도출 유닛(102)은 복수의 제 1 신호들 중에서, 제 1 신호들의 그룹을 결정하고, 여기서 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 내의 다른 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 1 임계값 이상이고, 그룹 내의 제 1 신호들의 각각의 X-축 방향 성분과 그룹 밖의 제 1 신호들의 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 2 임계값 이하이고, 도출 유닛(102)은 적어도 제 1 신호의 신호 진폭을 기초로 하여 그룹 내의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택한다. 예를 들어, 선택된 제 1 신호의 신호 진폭 또는 신호 대 잡음비는 그룹 내의 제 1 신호들 중 가장 높다.
이후, 제 1 센서 어레이(31)와 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 도출 유닛(102)은 선택된 제 1 신호의 X-축 방향 성분으로부터 선택된 제 1 신호의 Z-축 방향 성분을 뺌으로써 제 2 신호를 도출한다.
다른 실시예에서, 도출 유닛(102)은, 복수의 제 1 신호들의 각각에 대해, 실질적으로 맥파의 진동을 따른 진동을 나타내는 제 1 신호의 성분을 도출한다. 이는 알려진 고유벡터분해 또는 주성분 분석 방법에 의해 행해질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 맥파를 측정하기 위한 방법의 블록 다이어그램이다. 방법(7)은: 단계(71)에서, 제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)를, 피검자의 제 1 및 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위해 피검자의 제 1 동맥 및 제 2 동맥 위쪽에 피검자의 피부 상에 각각 위치 지정하는 단계로서, 제 1 센서 어레이 및 제 2 센서 어레이의 각각은 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들(101)을 포함하는 상기 위치 지정 단계; 단계(72)에서, 제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 복수의 제 1 신호들로부터 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하는 단계; 및 단계(73)에서, 제 1 센서 어레이(31)로부터 도출된 제 2 신호와 제 2 센서 어레이(32)로부터 도출된 제 2 신호로부터 제 1 동맥 및 제 2 동맥 사이에서 펄스 통과 시간을 계산하는 단계를 포함한다. 본 발명에 도시된 방법들의 단계들은 상술한 단계들로 제한되지 않아야 함을 주목하자. 청구된 발명의 다양한 양상들이 이러한 구체적인 세부사항들을 벗어나는 다른 예시들에서 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
더욱이, 당업자에 의해 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 도 3의 도출 유닛(102), 제 1 계산 유닛(103), 및 제 2 계산 유닛(104) 등은 동일한 항목의 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 물론, 이들은 하드웨어의 별개의 항목들로서 실현될 수 있다. 추가로, 도 3의 도출 유닛(102), 제 1 계산 유닛(103) 및 제 2 계산 유닛(104)은, CPU, 메모리, 디스플레이 및 I/O 인터페이스를 가진 일반 컴퓨터로 로딩될 수 있는 소프트웨어 명령어들에서 실현될 수 있어서, 일반 컴퓨터의 CPU가 명령어들을 수행하여 도 3의 도출 유닛(102), 제 1 계산 유닛(103), 및 제 2 계산 유닛(104)들 중 하나 이상의 임의의 기능들을 수행할 수 있도록 한다.
특정한 조치들이 상호 상이한 종속 청구항들에서 나열된다는 단순한 사실은 이들 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 표시하는 것은 아니다.
상술한 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 설명하는 것이고, 당업자는 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 대안 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 것을 주목해야 한다. 청구항들에서, 괄호 안의 참조 부호들은 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 단어("포함하는")는 청구항 또는 명세서에 나열되지 않은 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 단수요소는 복수의 이러한 요소들을 배제하지 않는다. 여러 단위들을 열거하는 시스템 청구항들에서, 이들 유닛들 중 몇몇은 소프트웨어 및/또는 하드웨어의 동일한 항목에 의해 구현될 수 있다. 첫째, 둘째, 및 셋째 등의 사용은 임의의 순서를 나타내지 않는다. 이들 단어들은 명칭들로서 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템(4)에 있어서:
    상기 피검자의 제 1 동맥과 제 2 동맥 위쪽에 각각 상기 피검자의 피부 상에 위치할 때, 상기 피검자의 상기 제 1 및 상기 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위한 제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)로서, 상기 제 1 센서 어레이 및 상기 제 2 센서 어레이의 각각은 상기 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들(101)을 포함하는, 상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32);
    상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 상기 복수의 제 1 신호들로부터 상기 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하도록 구성된 도출 유닛(102); 및
    상기 제 1 센서 어레이(31)에 대해 도출된 상기 제 2 신호 및 상기 제 2 센서 어레이(32)에 대해 도출된 상기 제 2 신호로부터 상기 제 1 동맥 및 상기 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산하도록 구성된 제 1 계산 유닛(103)을 포함하고,
    상기 복수의 센서들(101)의 각각은 적어도 두 방향들에서 상기 피부의 진동을 나타내는 상기 제 1 신호를 얻도록 구성되고;
    상기 복수의 센서들(101)의 각각은 상기 피검자의 상기 피부와 접촉하기 위한 접촉 표면을 포함하고;
    상기 적어도 두 방향들은 상기 접촉 표면에 수직인 방향인 X-축 방향을 포함하고;
    상기 도출 유닛(102)은 상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 상기 복수의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택하고, 상기 선택된 제 1 신호의 상기 X-축 방향 성분으로부터 상기 제 2 신호를 도출하도록 구성되는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서들(101)의 각각은 가속도계를 포함하는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가속도계는 미세-기계가공된 저항성 또는 용량성 가속도계인, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 방향들은 또한 상기 X-축 방향에 수직인 Z-축 방향을 포함하고;
    상기 도출 유닛(102)은 상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 상기 선택된 제 1 신호의 상기 X-축 방향 성분으로부터 상기 선택된 제 1 신호의 상기 Z-축 방향 성분을 뺌으로써 상기 제 2 신호를 도출하도록 구성되는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 상기 도출 유닛(102)은
    상기 복수의 제 1 신호들 중 제 1 신호들의 그룹을 결정하되, 상기 그룹 내의 상기 제 1 신호들의 각각의 상기 X-축 방향 성분과 상기 그룹 내의 다른 제 1 신호들의 상기 X-축 방향 성분들 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 1 임계값 이상이고, 상기 그룹 내의 상기 제 1 신호들의 각각의 상기 X-축 방향 성분과 상기 그룹 밖의 상기 제 1 신호들의 상기 X-축 방향 성분 사이의 모든 교차-상관 관계들은 미리 정해진 제 2 임계값 이하인, 제 1 신호들의 그룹을 결정하고,
    적어도 상기 제 1 신호들의 신호 진폭을 기초로 하여 상기 그룹 내의 상기 제 1 신호들로부터 상기 제 1 신호를 선택하도록 구성되는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선택된 제 1 신호의 상기 신호 진폭 또는 신호 대 잡음비는 상기 그룹 내의 상기 제 1 신호들 중 가장 높은, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도출 유닛(102)은, 상기 복수의 제 1 신호들의 각각에 대해, 실질적으로 상기 맥파의 상기 진동을 따라 진동을 나타내는 상기 제 1 신호의 성분을 도출하도록 구성된, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서들(101)은 멤브레인의 양 면들 중 하나 상에 고정되고, 상기 멤브레인의 다른 측은 상기 피검자의 상기 피부 상에 위치지정되는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 얇은 금속 멤브레인인, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서:
    상기 제 1 동맥 및 상기 제 2 동맥 사이에서 상기 맥파가 이동한 거리를 나타내는 파라미터(107)를 획득하도록 구성된 획득 유닛(106); 및
    상기 계산된 펄스 통과 시간 및 상기 획득된 파라미터를 기초로 하여, 상기 피검자의 맥파 속도(105)를 계산하도록 구성된 제 2 계산 유닛(104)를 더 포함하는, 피검자의 맥파를 측정하기 위한 시스템.
  11. 피검자의 맥파를 측정하는 방법(7)에 있어서:
    제 1 센서 어레이(31) 및 제 2 센서 어레이(32)를, 상기 피검자의 상기 제 1 및 상기 제 2 동맥의 대응하는 맥파를 각각 감지하기 위해 상기 피검자의 제 1 동맥 및 제 2 동맥 위쪽 상기 피검자의 피부 상에 각각 위치 지정하는 단계(71)로서, 상기 제 1 센서 어레이 및 상기 제 2 센서 어레이의 각각은 상기 피부의 진동을 나타내는 복수의 제 1 신호들을 각각 얻기 위한 복수의 센서들(101)을 포함하는, 상기 위치 지정하는 단계(71);
    상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 상기 복수의 제 1 신호들로부터 상기 대응하는 맥파를 나타내는 제 2 신호를 도출하는 단계(72); 및
    상기 제 1 센서 어레이(31)에 대해 도출된 상기 제 2 신호 및 상기 제 2 센서 어레이(32)에 대해 도출된 상기 제 2 신호로부터 상기 제 1 동맥 및 상기 제 2 동맥 사이의 펄스 통과 시간을 계산하는 단계(73)를 포함하고,
    상기 복수의 센서들(101)의 각각은 적어도 두 방향들에서 상기 피부의 진동을 나타내는 상기 제 1 신호를 얻도록 구성되고;
    상기 복수의 센서들(101)의 각각은 상기 피검자의 상기 피부와 접촉하기 위한 접촉 표면을 포함하고;
    상기 적어도 두 방향들은 상기 접촉 표면에 수직인 방향인 X-축 방향을 포함하고;
    상기 제 1 센서 어레이(31) 및 상기 제 2 센서 어레이(32)의 각각에 대해, 도출 유닛(102)은 상기 복수의 제 1 신호들로부터 제 1 신호를 선택하고, 상기 선택된 제 1 신호의 상기 X-축 방향 성분으로부터 상기 제 2 신호를 도출하도록 구성되는, 피검자의 맥파를 측정하는 방법.
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