KR102405849B1 - 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력센서와 마이크로폰을 포함하며 피검자의 신체에 착용된 혈압계를 기준으로 압력이 가해진 부분과 가해지지 않은 부분에서 각각 측정된 복수의 맥파정보를 분석하여 이완기와 수축기의 혈압을 정확하게 산출할 수 있는 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템에 관한 것이다.

Description

다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템 {Blood Pressure Measurement System Using Dual Photo Plethysmo Graph}

본 발명은 혈압측정 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 압력센서와 마이크로폰을 포함하며 피검자의 신체에 착용된 혈압계를 기준으로 압력이 가해진 부분과 가해지지 않은 부분에서 각각 측정된 복수의 맥파정보를 분석하여 이완기와 수축기의 혈압을 정확하게 산출할 수 있는 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템에 관한 것이다.

인체의 각 부분에 필요한 영양분 및 산소를 공급하는 혈액은 펌프 역할을 하는 심장을 통해 순환된다. 인체의 심장은 한 번의 심장 박동마다 좌심실의 수축으로 혈액이 인체의 대동맥-동맥-세동맥-모세혈관으로 공급된다. 이때, 좌심실의 수축에 따른 동맥에서의 최고 압력 값을 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure; SBP)이라 부르고, 다음 박동을 위해 좌심실 확장에 따른 동맥에서의 최저 압력 값을 이완기 혈압(Diastolic Blood Pressure;DBP)이라고 부른다.

이러한 혈압 측정을 위한 가장 정확한 방법은 동맥 내부에 세관(Catheter)을 삽입하고, 액체를 채워 혈관의 압력을 외부의 압력 센서로 전달시켜 측정하는 직접 방법(Direct Method)이나, 피부 및 혈관에 구멍을 뚫고 세관(Catheter)을 삽입함에 따른 피검자의 고통과, 비용의 문제로 수술 중이나 위급한 환자에게만 제한적으로 사용된다.

이에 통상적으로는 다양한 간접 방법을 사용하고 있으며 전통적으로 사용되던 청진법(Korotokof Sound 방식)이 대표적으로 코르티코프음 이용해 수축기 압력과 이완기 압력의 크기를 판단하게 된다.

즉 수은압력계 및 청진기와 함께 피검파의 팔에 두른 공기주머니로 공기의 주입과 방출함에 따라 혈액흐름의 저항으로 발생하는 코르티코프음을 발생시의 압력을 확인하는 것으로, 공기주머니에 기체를 채우거나 배출시킬 때 잠시 생성되는 시간의 간격으로 인해 정확한 값을 확인하기 어렵고 숙달된 의료인력이 수행해야만 하는 단점이 있을 뿐 아니라 2020년 미나마타 협약이 발효됨에 따라 수은을 사용하는 혈압계를 사용할 수 없게 되었다.

그러므로 근래에는 오실로메트릭 방법(Oscillometric Method) 등을 이용한 자동혈압계가 등장하였으나 측정 정확도에 많은 논란이 제기되는 상황이다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0101696호(2007.10.17_

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 혈압계를 기준으로 압력이 가해진 부분과 가해지지 않은 부분에서 각각 측정된 복수의 맥파정보를 이용하여 이완기와 수축기의 혈압을 정확하게 산출하여 디지털 측정방식의 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 착용밴드를 구비하여 사용자의 신체 부위에 둘러 착용되되, 주머니로 유입되는 유체량을 조절함에 따라 신체 부위에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부와, 상기 압력조절부를 통해 인가되는 압력을 측정하는 압력측정부를 구비하는 착용부; 상기 착용부를 통해 인가되는 압력으로부터 영향을 받지 않는 사용자 신체의 제1위치에 착용되어 압력이 인가되지 않는 상태에서의 제1맥파정보를 수집하는 제1맥파측정부; 상기 착용부를 통해 인가되는 압력에 영향을 받는 사용자 신체의 제2위치에 착용되어 제2맥파정보를 수집하는 제2맥파측정부; 설정된 프로그램을 통해 상기 압력조절부를 제어하는 구동부와, 제1맥파정보 및 제2맥파정보에 따른 파형정보를 시간순으로 비교하되 제2맥파정보의 소멸 및 소멸 후 첫 발생시점을 통해 수축기와 이완기 시점 및 압력을 산출하는 산출부를 구비하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 산출부는, 제1맥파정보로부터 펄스파형의 주기 및 높이를 산출하고 상기 압력조절부 가압에 따른 제2맥파정보의 소멸시점으로부터 압력해제에 따른 제2맥파정보의 발생 시점을 수축기로 제2맥파정보가 제1맥파정보의 파형 높이와 동일해지는 시점을 이완기로 판단하여 각각 압력을 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 착용부는, 혈관에서 발생하는 코르티코프음을 포함한 음향을 측정하는 음향측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압력측정부 및 음향측정보를 통해 각각 측정된 압력 및 음향과 제1맥파정보 및 제2맥파정보를 저장하는 저장부와, 측정된 압력 및 음향을 분석하여 수축기와 이완기 시점 및 압력을 산출하여 상기 산출부의 측정결과와 비교분석하는 분석부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 복수의 맥파정보를 통해 종래방식 정확한 혈압측정이 이루어질 수 있으며 손가락 커프 등의 구조를 통해 간편성과 휴대성을 크게 향상시킨 혈압측정기를 제작할 수 있다,

도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 압력의 인가 여부에 따른 혈압 파형을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 4는 종래기술 대비 본 발명의 측정 정확도를 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 개념도, 도 2는 압력의 인가 여부에 따른 혈압 파형을 나타낸 개념도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명은 이완기와 수축기 혈압을 측정하되 복수의 맥파정보를 통해 종래의 코르티코프음을 측정하는 방식 대비 정확도를 향상시키게 된다.

종래의 방식을 살펴보면 혈압계의 공기주머니를 인체의 팔뚝이나 팔목을 둘러싸도록 한 후, 팔뚝이나 팔목의 동맥의 혈액 이동이 완전히 멈출 때까지 공기주머니에 기체를 불어넣어 압력을 가하고, 공기주머니 범위 내의 동맥이 완전히 박동을 멈춘 후, 천천히 기체를 방출시킨다.

이때 계속해서 혈관 내의 맥박박동을 측정하며, 공기주머니 내의 압력이 수축기 압력에 근접하기 전에, 상기 압력측정기에서 공기주머니의 박동을 측정하게 되고, 코르티의 첫 음원을 측정했을 때의 혈압계 상에 나타나는 값이 수축기 혈압(Systolic Pressure, SP)이다.

그 후 공기주머니의 기체를 방출시키면서 혈관을 확대하며, 공기주머니의 압력이 일정수준까지 줄어들었을 때 혈관이 복원되며, 압력에 의한 혈류의 분사 작용이 완전히 사라진 후, 코르티코프 음원은 둔화되고 제일 마지막 음원을 측정했을 때의 혈압계 상에 나타난 값이 이완기 혈압(Diastolic Pressure, DP)이다.

이처럼 수축기 및 이완기 혈압을 측정을 위해 본 발명에도 마찬가지로 본 발명은 착용밴드를 구비하여 사용자의 팔 부분에 둘러 착용되되, 주머니로 유입되는 유체량을 조절함에 따라 팔 부분에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부(111)와, 상기 압력조절부(111)를 통해 인가되는 압력을 측정하는 압력측정부(112)를 구비한 착용부(110)가 마련된다. 바람직하게는 주입되는 유체를 공기로 하여 압력조절부(111)를 팽창 수축이 가능한 공기주머니로 구성하며 이를 팔 부분에 둘러 착용한다.

이와 함께 본 발명에서는 사용자 신체상의 최소 2 이상의 지점에서 맥파를 측정하게 되며, 각각 상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력으로부터 영향을 받지 않는 제1위치와, 상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력에 영향을 받는 제2위치에서 맥파를 측정하여 맥파정보를 수집하게 된다.

즉 심장박동에 의하여 생성된 압력에 의해 혈관 내에서 혈액의 흐름이 생기게 되며, 심장박동이 발생할 때마다 압력은 신체의 말단 모세혈관까지 작용하며, 손가락 끝의 혈관까지도 압력이 작용한다. 이러한 손가락 끝 모세혈관의 동맥 혈액은 세포조직으로 혈액을 공급하고, 정맥으로 들어가서 다시 심장으로 되돌아간다.

심장박동에 동기되어 손가락 끝 혈관에서의 동맥 혈량(Arterial Blood volume)이 증가하고 줄어드는 상태가 반복된다.

본 발명에서는 이러한 혈량을 광학식으로 검출하게 된다.

즉 광원에서 손가락과 같은 신체부위에 빛을 조사하면 혈액, 뼈, 조직에서 빛의 흡수가 발생하고 일부는 신체를 투과하여 광 수신부에 도달한다. 이때 빛이 흡수되는 정도는 빛의 경로에 있는 피부, 조직, 혈액의 양에 비례하며, 심장박동에 의한 혈류변화를 제외하고는 변하지 않는 성분이므로, 흡수되는 광량 변화에 비례한다.

광 수신부에서 검출된 투과광은 손가락에서 흡수된 광량만큼 차감되어 수신되므로, 투과광의 광량 변화 역시 혈류변화를 반영하므로 광 수신부의 광량을 측정함으로써 심장박동에 동기된 혈량변화 검출이 가능하며 통상 이를 PPG(Photo PlethysmoGraph, 맥파)라고 한다.

본 발명의 실시예에서는 2개의 지점에서 맥파를 측정하며 이를 위해 기본적으로 상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력으로부터 영향을 받지 않는 사용자 신체의 제1위치에 착용되어 압력이 인가되지 않는 상태에서의 제1맥파정보를 수집하는 제1맥파측정부(120)와, 상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력에 영향을 받는 사용자 신체의 제2위치에 착용되어 제2맥파정보를 수집하는 제2맥파측정부(130)가 구비된다.

예를 들어 예를 들어 한쪽 팔에 상기 착용부(110)를 착용하였다면 다른 쪽 팔 부분을 제1위치로 하고, 착용부(110)가 설치된 쪽 팔의 착용부(110) 아래쪽 부분이 제2위치가 될 수 있다. 상기 제1맥파측정부(120) 및 제2맥파측정부(130)는 앞서 언급한 바와 같이 광학식으로 광원과 광 수신부를 각각 구비하여 맥파를 측정하게 되며 손가락 커프 등의 형태로 제작하여 별도의 착용수단 없이 간단하게 착용 및 측정이 가능하다.

이러한 착용부(110)와 제1맥파측정부(120) 및 제2맥파측정부(130)의 동작제어 및 혈압 산출을 위한 제어부(140)가 구비되며 이는 기본적으로 구동부(141)와 산출부(142)를 구비한다.

상기 구동부(141)는 설정된 프로그램을 통해 상기 압력조절부(111)를 제어하는 구성으로, 상기 압력조절부(111)가 공기주머니로 구성됨에 따라 이에 공기를 주입할 수 있는 에어 펌프 및 배출밸브를 포함한다. 통상의 혈압측정 과정과 같이 상기 착용부(110)를 착용한 상태에서 혈액의 흐름을 차단할 수 있는 수준으로 압력조절부(111)의 팽창이 이루어지도록 하고 이후 정상적인 혈류가 이루어지는 수준까지 압력조절부(111)의 압력을 천천히 줄이도록 한다.

상기 산출부(142)는 제1맥파정보 및 제2맥파정보에 따른 파형정보를 시간순으로 비교하되 제2맥파정보의 소멸 및 소멸 후 첫 발생시점을 통해 수축기와 이완기 시점 및 압력을 산출하게 된다.

구체적으로는 제1맥파정보로부터 펄스파형의 주기 및 높이를 산출하고 상기 압력조절부 가압에 따른 제2맥파정보의 소멸시점으로부터 압력해제에 따른 제2맥파정보의 발생 시점을 수축기로 제2맥파정보가 제1맥파정보의 파형 높이와 동일해지는 시점을 이완기로 판단하여 각각 압력을 산출하게 된다.

첨부된 도 2에서 주황색 파형은 제1맥파측정부(120)를 통해 측정된 압력이 가해지지 않은 부분의 신호, 파란색 파형은 제2맥파측정부(130)를 통해 측정된 압력이 가해진 부분의 신호를 각각 나타낸다.

상기 압력조절부(111)가 팽창하여 압력이 가해지면 혈류량이 줄며 제2맥파측정부(130)를 통해 측정되는 파형이 사라졌다가 압력이 풀림에 따라 다시 정상신호로 돌아오게 되며, 압력이 풀린 뒤 첫 파형이 발생하는 시점이 코르티코프음 발생 시점과 일치하며 이는 수축기를 의미한다. 이후 압력이 완전히 풀려 제1맥파정보의 파형과 제2맥파정보의 파형이 동일해지는 시점이 코르티코프음 소멸 시점과 일치하며 이는 이완기를 의미하므로 각 시점에서 압력측정부(112)를 통해 얻어진 압력값을 통해 혈압을 산출할 수 있다.

정확도 확인을 위해 상기 착용부(110)는 혈관에서 발생하는 코르티코프음을 포함한 음향을 측정하는 음향측정부(113)를 더 포함할 수 있다. 즉 마이크로폰센서를 통해 혈관에서 발생하는 소리를 함께 수집할 수 있으며, 이에 대응하여 상기 제어부는 상기 압력측정부(112) 및 음향측정부(113)를 통해 각각 측정된 압력 및 음향과 제1맥파정보 및 제2맥파정보를 저장하는 저장부(143)와, 측정된 압력 및 음향을 분석하여 수축기와 이완기 시점 및 압력을 산출하여 상기 산출부(142)의 측정결과와 비교분석하는 분석부(144)를 더 포함하여 맥파방식과 음향방식의 상호 검증을 통한 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 4는 종래기술 대비 본 발명의 측정 정확도를 비교한 그래프, 표 1은 오차율 측정결과를 나타내고 있으며, 종래 방식 대비 본 발명에 따른 방식의 오차율이 작은 것을 확인할 수 있다.

총 10명의 정상인을 대상으로 혈압을 KBP(수은혈압계 표준 혈압 측정값), OBP (자동혈압계의 혈압 측정값), PPG(2개 맥파측정기를 이용한 혈압 측정값)로 측정하여 KBP를 기준으로 기존 자동혈압측정기(OBP)와 제안한 방식(PPG)의 성능을 비교하였다.

	수축기	이완기
자동혈압기 오차율	4.43%	7.23%
PPG 방식 오차율	3.01%	5.91%

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110: 착용부 111: 압력조절부
112: 압력측정부 113: 음향측정부
120: 제1맥파측정부 130: 제2맥파측정부
140: 제어부 141: 구동부
142: 산출부 143: 저장부
144: 분석부

Claims (3)

1. 착용밴드를 구비하여 사용자의 한쪽 팔 부분에 둘러 착용되되, 주머니로 유입되는 유체량을 조절함에 따라 착용된 신체 부위에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부(111)와, 상기 압력조절부(111)를 통해 인가되는 압력을 측정하는 압력측정부(112)를 구비하는 착용부(110);
   상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력으로부터 영향을 받지 않는 사용자 신체의 제1위치인 다른 쪽 팔의 손가락에 착용되되, 손가락에 빛을 조사하는 광원과 손가락을 투과한 투과광을 검출하는 광 수신부를 구비하여 손가락에서 흡수된 광량을 통해 압력이 인가되지 않는 상태에서의 제1맥파정보를 수집하는 제1맥파측정부(120);
   상기 착용부(110)를 통해 인가되는 압력에 영향을 받는 사용자 신체의 제2위치인 한쪽 팔의 손가락에 착용되되, 손가락에 빛을 조사하는 광원과 손가락을 투과한 투과광을 검출하는 광 수신부를 구비하여 손가락에서 흡수된 광량을 통해 제2맥파정보를 수집하는 제2맥파측정부(130);
   설정된 프로그램을 통해 상기 압력조절부(111)를 제어하는 구동부(141)와, 제1맥파정보 및 제2맥파정보에 따른 파형정보를 시간순으로 비교하되 제1맥파정보로부터 펄스파형의 주기 및 높이를 산출하고 상기 압력조절부(111) 가압에 따른 제2맥파정보의 소멸시점으로부터 압력해제에 따른 제2맥파정보의 발생 시점을 수축기로 제2맥파정보가 제1맥파정보의 파형 높이와 동일해지는 시점을 이완기로 판단하여 각각 압력을 산출하는 산출부(142)를 구비하는 제어부(140); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 착용부(110)는, 혈관에서 발생하는 코르티코프음을 포함한 음향을 측정하는 음향측정부(113)를 더 포함하고,
   상기 제어부(140)는, 상기 압력측정부 및 음향측정보를 통해 각각 측정된 압력 및 음향과 제1맥파정보 및 제2맥파정보를 저장하는 저장부(143)와, 측정된 압력 및 음향을 분석하여 수축기와 이완기 시점 및 압력을 산출하여 상기 산출부(142)의 측정결과와 비교분석하는 분석부(144)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 맥파정보를 이용한 혈압측정 시스템.

Images