KR102431521B1 - 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치 - Google Patents

압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법은 (a) 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하고, 상기 손가락의 맥파를 측정하는 단계; (b) 상기 압력에 따른 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계; 및 (c) 상기 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치{A method and apparatus for estimating mean arterial pressure based on pressure and pulse wave}
본 발명은 평균동맥압 추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 손가락에 의한 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
고혈압은 WHO에서 발표한 세계 사망위험요인 1위의 주요 질환으로 전 세계인구의 15억 명 가량이 앓고 있는 매우 중대한 건강 위협요인이다.
고혈압 관리에는 주기적인 혈압 측정이 가장 중요하며, 커프(cuff) 기반 오실로메트리(oscillometry) 방식의 혈압계가 널리 이용되고 있다.
오실로메트리는 커프에 동맥압 이상의 공기를 주입하여 팔을 압박하고, 커프 내 공기를 일정하게 배출시키며 맥박에 의한 진동을 측정한다.
이 때, 진동은 막혔던 혈관이 열리면서 좁아진 혈관 위치에서 발생되는 난류에 의해 발생된다. 대부분 커프 내 공기압이 수축기 혈압 인근일 때 진동이 시작되며, 이완기 혈압 인근일 때까지 진동이 측정된다.
다만, 이러한 오실로메트리를 이용한 혈압 측정의 경우, 혈압계 장치의 크기가 매우 크고 휴대성이 불편하며, 사용자 조작의 경우도 복잡하다는 문제점이 있다.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1916309호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자의 손가락에 의한 압력의 증가 또는 감소에 따른 손가락의 맥파에 대한 진폭의 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법은 (a) 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하고, 상기 손가락의 맥파를 측정하는 단계; (b) 상기 압력에 따른 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계; 및 (c) 상기 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 측정된 맥파의 진폭 곡선을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 진폭 곡선에 포함된 진폭의 개수가 임계값보다 큰 경우, 상기 맥파의 진폭 곡선에 대한 상방 포락선(upper envelope)과 하방 포락선(bottom envelope)을 산출하는 단계; 및 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이(difference)로부터 상기 맥파에 대한 진폭을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 진폭을 결정하는 단계는, 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이가 가장 큰 지점을 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 압력의 증가 또는 감소에 따라 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치는 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하는 센서부; 상기 손가락의 맥파를 측정하는 입력부; 및 상기 압력에 따른 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하고, 상기 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 제어부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 측정된 맥파의 진폭 곡선을 생성할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 진폭 곡선에 포함된 진폭의 개수가 임계값보다 큰 경우, 상기 맥파의 진폭 곡선에 대한 상방 포락선(upper envelope)과 하방 포락선(bottom envelope)을 산출하고, 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이(difference)로부터 상기 맥파에 대한 진폭을 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이가 가장 큰 지점을 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값으로 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 압력의 증가 또는 감소에 따라 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자의 손가락에 의한 압력의 증가 또는 감소에 따른 손가락의 맥파에 대한 진폭 곡선의 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정함으로써, 간편하고 효율적으로 평균동맥압을 추정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파의 진폭 곡선을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파의 진폭 곡선에 대한 포락선을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 증가에 대한 맥파 진폭을 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감소에 대한 맥파 진폭을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 방법 및 장치를 설명한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1a 내지 1c를 참고하면, 평균동맥압 추정 장치(100)는 압력 감지 센서(110), 카메라(120) 및 본체(130)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 평균동맥압 추정 장치(100)는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등 다양한 장치로 구현될 수 있다.
압력 감지 센서(110)는 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 압력 감지 센서(110)는 힘(N)/면적(m2)을 사용하여 손가락으로 압력 감지 센서(110)를 누르는 압력을 계산할 수 있다.
예를 들어, 손가락이 일정 압력 이상으로 누른 면적을 검출하고, 해당 면적의 각 셀별로 압력을 계산할 수 있다. 이후, 일정 압력 이상 눌린 셀들의 평균 압력을 통해 손가락에 의한 압력을 계산할 수 있다. 여기서, 압력 감지 센서(110)의 공간 해상도가 가로 1mm이고, 세로 1mm인 경우, 면적을 1mm2으로 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 압력 감지 센서(110)는 본체(130) 상에 결합되는 압력 감지 패널로 구현될 수 있다. 이 경우, 압력 감지 센서(110)는 패널 형태로 카메라(120) 상에 위치할 수 있다. 이 경우, 사용자의 손가락이 압력 감지 센서(110)와 카메라(120) 상에 위치하여, 손가락에 의한 압력과 맥파가 동시에 측정될 수 있다.
카메라(120)는 손가락의 맥파를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 카메라(120)는 카메라(120) 위를 누르는 손가락의 이미지를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 손가락의 이미지는 주변의 빛이 손가락을 통과한 후의 데이터로, 손가락 내 혈류량에 따라 밝기가 변화할 수 있다. 예를 들어, 손가락에 혈량이 많은 경우(즉, 심장 수축 시), 어두운 이미지가 획득되고, 손가락에 혈량이 적은 경우(즉, 심장 이완 시), 밝은 이미지가 획득될 수 있다.
이후, 손가락의 이미지로부터 맥박에 따른 혈량 변화를 산출할 수 있다. 예를 들어, 이미지를 RGB로 분리하여 R값을 추출한 후 필터링할 수 있다. 또한, 이미지를 RGB로 분리한 후 독립성분분석(independent component analysis) 또는 주성분분석(principal component analysis)을 수행할 수 있다. 다만, 이외에 다양한 RGB를 합산 및 분해하는 방법이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 압력 감지 센서(110)와 카메라(120)는 본체(130)과 결합되거나 하나의 엔티티(entity)로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파의 진폭 곡선(210)을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파의 진폭 곡선(210)에 대한 포락선을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 사용자의 손가락에 의한 맥파를 측정하고, 측정된 맥파에 대한 진폭 곡선(210)을 생성할 수 있다.
이 때, 진폭 곡선(210)의 맥파의 극점을 검출할 수 있다. 이 경우, 맥파의 극점은 도 2에서 상방으로 볼록한 점과 하방으로 볼록한 점을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 맥파의 진폭 곡선(210)은 맥파 파형 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다.
이 경우, 도 3을 참고하면, 진폭 곡선(210)의 상방 포락선(upper envelope)(310)과 하방 포락선(bottom envelope)(320)의 차이(difference)를 맥파의 진폭으로 결정할 수 있다.
여기서, 상방 포락선(310)과 하방 포락선(320)의 차이가 가장 큰 지점을 맥파의 최대 진폭으로 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 압력의 증가 또는 감소에 따라 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정할 수 있다. 즉, 진폭은 손가락의 압력의 증가 또는 감소에 따라 증가하다가 감소할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 증가에 대한 맥파 진폭을 도시한 도면이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감소에 대한 맥파 진폭을 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b를 참고하면, 사용자의 손가락에 의해 압력 감지 센서(110)가 눌릴 수 있다. 이 경우, 누르는 압력을 점점 증가시키거나 감소시키도록 평균동맥압 추정 장치(100)의 표시부(예: 디스플레이)에 UI(user interface)를 표시할 수 있다.
이 경우, 맥파의 진폭이 증가하다가 감소하는 지점을 측정하고, 해당 지점에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 4a를 참고하면, 압력이 증가하는 경우 평균동맥압을 획득할 수 있고, 도 4b를 참고하면, 압력이 최초에 일정 값 이상에서 감소하는 경우 평균동맥압을 획득할 수 있다.
즉, 맥파에 대한 진폭의 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정할 수 있다. 여기서, 평균동맥압은 외부에서 혈관에 가하는 힘과 혈관에서 외부로 미는 힘이 동일한 경우의 외부 압력을 의미할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 방법을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, S501 단계는, 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하고, 손가락의 맥파를 측정하는 단계이다. S503 단계는, 압력에 따른 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계이다.
일 실시예에서, 측정된 맥파의 진폭 곡선(210)을 생성할 수 있다. 이후, 진폭 곡선(210)에 포함된 진폭의 개수가 임계값보다 큰 경우, 맥파의 진폭 곡선(210)에 대한 상방 포락선(310)과 하방 포락선(320)을 산출하고, 상방 포락선(310)과 하방 포락선(320)의 차이로부터 맥파에 대한 진폭을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상방 포락선(310)과 하방 포락선(320)의 차이가 가장 큰 지점을 맥파에 대한 진폭의 최대값으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 압력의 증가 또는 감소에 따라 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정할 수 있다.
S505 단계는, 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 단계이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균동맥압 추정 장치(100)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 평균동맥압 추정 장치(100)는 센서부(610), 입력부(620) 및 제어부(630)를 포함할 수 있다.
센서부(610)는 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 센서부(610)는 압력 감지 센서(110)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 압력 감지 패널로 구현될 수 있다.
입력부(620)는 손가락의 맥파를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 입력부(620)는 카메라(120)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서부(610)는 입력부(620) 상에 위치할 수 있으며, 이 경우, 사용자의 손가락이 센서부(610)와 입력부(620) 상에 위치하여, 손가락에 의한 압력과 맥파가 동시에 측정될 수 있다.
제어부(630)는 압력에 따른 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하고, 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(630)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부(630)는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부(630)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평균동맥압 추정 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.
도 6을 참고하면, 평균동맥압 추정 장치(100)는 센서부(610), 입력부(620) 및 제어부(630)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 평균동맥압 추정 장치(100)는 도 6에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 6에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 평균동맥압 추정 장치
110: 압력 감지 센서
120: 카메라
130: 본체
210: 진폭 곡선
310: 상방 포락선
320: 하방 포락선
610: 센서부
620: 입력부
630: 제어부

Claims (10)

  1. 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법에 있어서,
    (a) 상기 평균동맥압 추정 장치의 센서부에 의해, 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하고, 상기 평균동맥압 추정 장치의 입력부에 의해, 상기 손가락의 맥파를 측정하는 단계;
    (b) 상기 평균동맥압 추정 장치의 제어부에 의해, 상기 압력에 따른 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 제어부에 의해, 상기 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 센서부에 포함된 압력 감지 센서는, 상기 입력부에 포함된 카메라 상에 위치하고,
    상기 사용자의 손가락이 상기 압력 감지 센서와 카메라 상에 위치하는 경우, 상기 압력 감지 센서를 통해 상기 사용자의 손가락에 의한 압력과 상기 카메라를 통해 획득된 상기 사용자의 손가락의 이미지에 기반한 맥파가 동시에 측정되는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 제어부에 의해, 상기 측정된 맥파의 진폭 곡선을 생성하는 단계;
    를 포함하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 제어부에 의해, 상기 진폭 곡선에 포함된 진폭의 개수가 임계값보다 큰 경우, 상기 맥파의 진폭 곡선에 대한 상방 포락선(upper envelope)과 하방 포락선(bottom envelope)을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이(difference)로부터 상기 맥파에 대한 진폭을 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진폭을 결정하는 단계는,
    상기 제어부에 의해, 상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이가 가장 큰 지점을 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값으로 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 제어부에 의해, 상기 압력의 증가 또는 감소에 따라 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치의 동작 방법.
  6. 사용자의 손가락에 의한 압력을 측정하는 센서부;
    상기 손가락의 맥파를 측정하는 입력부; 및
    상기 압력에 따른 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하고,
    상기 최대값에 대응하는 압력을 평균동맥압으로 결정하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 센서부에 포함된 압력 감지 센서는, 상기 입력부에 포함된 카메라 상에 위치하고,
    상기 사용자의 손가락이 상기 압력 감지 센서와 카메라 상에 위치하는 경우, 상기 압력 감지 센서를 통해 상기 사용자의 손가락에 의한 압력과 상기 카메라를 통해 획득된 상기 사용자의 손가락의 이미지에 기반한 맥파가 동시에 측정되는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 맥파의 진폭 곡선을 생성하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진폭 곡선에 포함된 진폭의 개수가 임계값보다 큰 경우, 상기 맥파의 진폭 곡선에 대한 상방 포락선(upper envelope)과 하방 포락선(bottom envelope)을 산출하고,
    상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이(difference)로부터 상기 맥파에 대한 진폭을 결정하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상방 포락선과 하방 포락선의 차이가 가장 큰 지점을 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값으로 결정하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력의 증가 또는 감소에 따라 상기 맥파에 대한 진폭의 최대값을 결정하는,
    압력 및 맥파에 기반한 평균동맥압 추정 장치.

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