KR102371699B1 - 당뇨 추정 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 당뇨병 환자 여부를 추정하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 당뇨 추정 시스템은 ECG 및 PPG를 수신하는 입력부; 상기 ECG 및 PPG를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
본 발명에 따른 당뇨 추정 시스템은 ECG 및 PPG를 수신하는 입력부; 상기 ECG 및 PPG를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
Description
본 발명은 당뇨병 환자 여부를 추정하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
당뇨 환자들은 대부분 혈관 질환의 위험에 노출되어 있고, 당뇨 환자의 사망 원인 중 1위는 심혈관질환(협심증, 심근경색)인 것으로 알려져 있다.
종래 기술에 따르면, 특정 인자(예: PPG, photoplethysmography, 광전용적맥파 등)를 이용하여 당뇨병 환자 여부를 추정하고, 나아가 혈당을 추정하고자 하는 기술이 제안되었으나, 이러한 비침습 형태의 혈당 추정 알고리즘은 신뢰성을 확보하기 어려운 한계점으로 인해, 실제 적용이 어려운 문제점이 있다.
(특허문헌 1) JP 2004-358022 A
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, ECG와 PPG 기반으로 당뇨병 환자 여부에 대한 신뢰성 높은 추정이 가능한 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 당뇨 추정 시스템은 ECG 및 PPG를 수신하는 입력부; 상기 ECG 및 PPG를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
본 발명에 따른 당뇨 추정 방법은 (a) ECG 및 PPG를 수신하는 단계; 및 (b) 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하는지 확인하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 것을 확인한 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, ECG와 PPG 데이터를 이용하여 당뇨병 환자 여부에 대해 정확하게 추정하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 당뇨 추정 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 ECG, PPG 및 그의 1차, 2차 미분된, VPG(Velocity Photoplethysmo-Gram), APG(acceleration Plethysmo-Gram)의 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 당뇨 추정 방법을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ECG 신호를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 ECG, PPG 및 그의 1차, 2차 미분된, VPG(Velocity Photoplethysmo-Gram), APG(acceleration Plethysmo-Gram)의 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 당뇨 추정 방법을 도시한다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
당뇨 환자들에게는 대부분 혈관질환이 가장 심각한 문제이고, 당뇨 환자의 사망 원인 1위는 심혈관질환(협심증·심근경색)이다.
당뇨 자체가 심혈관질환의 독립적인 위험인자이며, 당뇨 환자의 95.8%는 10년 내에 심혈관질환이 생길 수 있다.
당뇨 환자에게는 고혈압도 잘 나타나게 되는데, 45세 당뇨 환자의 40%, 75세 당뇨 환자의 60%가 고혈압 환자이다.
고혈압도 심혈관질환을 일으키는 요인이 되는데, 심혈관질환은 당뇨 환자의 사망 원인 가운데 약 50%를 차지하며, 당뇨 환자의 관상동맥질환 발병 위험은 일반인보다 2~4배 높다고 알려져 있다.
심전도상 QT 간격 변수들은 만성 심부전, 말초 혈관질환이나 본태성 고혈압 환자들에서 예측 인자로 유용함이 알려져 있다.
당뇨병성 심혈관계 자율신경병증이 있는 환자군에서 QT 분산(dispersion)의 연장은 자율신경계 이상의 정도와 유의미한 연관성이 있고, 심실부정맥 및 급성 심인사를 예측할 수 있는 지표로 보고되었다.
종래 기술에 따르면, 특정 인자(예: PPG, photoplethysmography, 광전용적맥파 등)를 이용하여 당뇨병 환자 여부를 추정하고, 나아가 혈당을 추정하고자 하는 기술이 제안되었으나, 이러한 비침습 형태의 혈당 추정 알고리즘은 신뢰성을 확보하기 어려운 한계점으로 인해, 실제 적용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, PPG와 ECG의 시간에 따른 특성과 당뇨 환자들의 QT 인터벌의 특성을 이용하여, 당뇨병 환자인지 여부를 정확하게 추정하는 것이 가능한 시스템 및 그 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 시스템을 도시하고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ECG 신호를 도시하며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ABP(arterial blood pressure), ECG, PPG 및 그의 1차, 2차 미분 결과를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 시스템은 ECG 및 PPG를 수신하는 입력부(110)와, ECG 및 PPG를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 프로그램이 저장된 메모리(120) 및 프로그램을 실행시키는 프로세서(130)를 포함하고, 프로세서(130)는 ECG의 QT 인터벌과 PPG의 미분 결과를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 것을 특징으로 한다.
프로세서(130)는 QT 인터벌과 RR 인터벌의 비율이 [수학식 1]와 같이 기설정된 제1 조건을 만족하는 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
[수학식 1]
[수학식 1]에서의 기설정값은 예컨대 남성의 경우 43%, 여성의 경우 45%로 설정될 수 있다.
프로세서(130)는 QT 인터벌과 PPG의 2차 미분 결과 중 ECG의 Q 및 ECG의 시작 간격에 해당하는 값(DB 값)의 비율이 기설정된 제2 조건을 만족하는 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
프로세서(130)는 [수학식 2]와 같이 QT 인터벌과 RR 인터벌의 비가 ECG의 Q 및 ECG의 시작 간격에 해당하는 값(DB 값, DB 인터벌)과 RR 인터벌의 비 이상인 경우, 기설정된 제2 조건이 만족되는 것으로 확인하고, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
[수학식 2]
도 2 및 도 3을 참조하면, 프로세서(130)는 ECG R-R 인터벌을 기준으로 기준점 0(베이스라인)을 PPG 높이의 비율 및 개별 time을 구한다.
혈당의 특성은 PPG에 혈압을 구하기 위한 유의미한 특성을 갖는다.
혈당이 높은 환자의 경우 혈관의 반응적 특성이 떨어지게 되어, ECG와 PPG로 인해 이루어지는 혈압보다 훨씬 좋지 않은 특성을 가지게 된다.
이러한 기준에 대해서는 기울기를 이용하여 판단할 수 있는데, ECG와 PPG의 기울기가 매칭되지 않는다면, 고혈혈당환자로 추정한다.
예를 들어 QRS의 너비는 0.12초 이하이며, P-R 간격은 0.12 내지 0.20초 사이이다.
QRS의 너비가 0.12초보다 크다면, 혈당환자로 볼 수 있다.
2형 혈당환자의 QT 인터벌이 급격하게 증가하게 되며, 예컨대 QT 인터벌 420ms를 기준으로 초기 당뇨를 의심한다.
1형환자의 90%가 QT 인터벌간격이 일정 값(410ms)을 넘으며, 성별에 따라 남성은 QT 인터벌이 430ms 가 넘는 경우, 여성은 QT 인터벌이 450ms가 넘을 경우 당뇨로 의심한다(R-R 인터벌이 1000ms인 경우).
예컨대, 60bpm(1000ms)에서는 420ms 이하이어야만 하고, 80bpm(750ms)에서 QT가 380ms인 경우 혈당환자로 추정한다.
혈당 환자는 QT 비율이 증가함에 따라서, ECG에 보다 큰 Peak-to-Peak와 foot-to-foot 오차가 발생하게 되며, 이는 혈관에 당으로 인한 압력 값이 낮아지고, 당뇨로 인한 혈관의 탄성이 감소하게 됨에 따라서 foot to Peak 값이 더욱 커지게 된다.
정상인 사람은 시간으로 볼 때 DB 값이 SB 값의 3배의 길이를 가지게 되는 반면, 당뇨 환자의 경우 SB 값이 증가되고 DB 값이 감소하게 되어, DB 값이 SB 값을 기준으로 2.5배의 길이를 가지게 되면 당뇨로 판정할 수 있다.
이때 R-R Interval과 P-P 인터벌은 동일한 시간을 가진다.
도 3을 참조하면, PPG의 2차 미분 결과 중 b-e 간격을 ECG의 PQ 간격으로 보며, 이를 SB로 정의한다.
또한, PPG의 2차 미분 결과 중 e-a 간격을 ECG의 Q와 ECG의 시작 간격으로 보며, 이를 DB로 정의한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 방법을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 방법은 ECG 및 PPG를 수신하는 단계(S410)와, ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌을 이용하여 제1 기설정 조건이 만족되는지 확인하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 단계(S420) 및 QT 인터벌, RR 인터벌 및 PPG의 미분 결과를 이용하여 제2 기설정 조건이 만족되는지 확인하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 단계(S430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
S420 단계는 [수학식 1]과 같이 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정 수치 이상인 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
[수학식 1]
[수학식 1]에서의 기설정값은 예컨대 남성의 경우 43%, 여성의 경우 45%로 설정될 수 있다.
S430 단계는 QT 인터벌과 PPG의 2차 미분 결과 중 ECG의 Q 및 ECG의 시작 간격에 해당하는 값인 DB 인터벌을 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정한다.
이 때, S430 단계는 [수학식 2]와 같이, QT 인터벌과 RR 인터벌의 비가 ECG의 Q 및 ECG의 시작 간격에 해당하는 값(DB 인터벌)과 RR 인터벌의 비 이상인 경우, 제2 기설정 조건이 만족되는 것으로 확인하고, 당뇨 환자인 것으로 추정한다.
[수학식 2]
한편, 본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.
컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다.
메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 당뇨 추정 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 당뇨 추정 방법을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 당뇨 추정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- ECG 및 PPG를 수신하는 입력부;
상기 ECG 및 PPG를 이용하여 당뇨 환자 여부를 추정하는 프로그램이 저장된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정하는 것
인 당뇨 추정 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- (a) ECG 및 PPG를 수신하는 단계; 및
(b) 상기 ECG의 QT 인터벌 및 RR 인터벌의 비가 기설정값을 초과하는지 확인하고, 상기 ECG의 QT 인터벌 및 상기 RR 인터벌의 비가 상기 ECG 의 Q 및 ECG의 시간 간격에 해당하는 DB 인터벌 및 상기 RR인터벌의 비 이상인 것을 확인한 경우, 당뇨 환자인 것으로 추정하는 단계
를 포함하는 당뇨 추정 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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Patent Citations (2)
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