KR102561888B1 - 불안장애 모니터링 시스템 및 불안장애 판정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불안장애 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 사용자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정 장치, 사용자가 사용하는 단말로서, 상기 심전도 측정 장치로부터 심전도 신호를 수신하면, 수신한 심전도 신호를 서버로 전송하는 사용자 단말 및 상기 사용자 단말로부터 수신한 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하고, 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하고, 불안장애 판정 결과 정보를 상기 사용자 단말에 제공하는 서버를 포함한다.
본 발명에 의하면, 심박변이도를 이용하여 보다 용이하고 정확하게 불안장애를 판정할 수 있는 효과가 있다.

Description

불안장애 모니터링 시스템 및 불안장애 판정 방법{Anxiety disorder monitoring system, and method for determining anxiety disorder in the same}

본 발명은 불안장애를 모니터링하는 시스템 및 불안장애 판정 방법에 관한 것이다.

불안장애로 치료받은 환자가 지난 5년간 354만 명이고, 20대가 80%로 가장 많이 증가하고, 10대가 47% 증가하고, 30대가 40% 증가한 것으로 나타났으며, 60세 이상이 143만 명이고, 10만 명당 진료 인원은 60대 이상이 15%로 가장 많고 전체로는 6.963명으로, 국민들 중 7%가 불안장애를 가지고 있는 것으로 나타났다. 그러나, 불안장애 환자 중에서 실제로 진료를 받은 환자는 소수에 지나지 않아, 정신과 치료율을 높이기 위한 대책마련이 시급하다.

기존에 불안장애 진단을 위해, 기초 생체검사(심전도, 혈액 및 소변검사, 갑상선 검사 등), 심리검사 및 상담을 진행한다. 불안장애는 만성질환으로서 꾸준한 관리가 필요하며 우울증 등 합병증이 많다는 특징이 있다.

불안장애에 대한 치료방법으로는 약물치료가 있으며, 그 외 정신치료, 인지행동치료(Cognitive Behavioral Therapy, CBT), 이완 기법, 바이오 피드백 치료 기법 등이 있다. 정신치료는 정신과 상담을 통해 치료하는 것이고, 이완기법으로는 호흡 및 근육이완, 명상, 심상, 최면, 생체 되먹임, 음악, 요가, 마사지, 유머 등이 사용되고, 바이오 피드백 치료는 본인의 생체정보를 스스로 피드백 해 줌으로서 생리 상태를 조절하여 이완 효과를 얻는 것으로서, 호흡, 근육이완, 뇌파 등의 생리상태를 수치와 그림을 통해 실시간으로 직접 확인할 수 있다. 인지행동치료는 합리적 정서행동치료이고, 이완기법은 호흡 및 근육이완, 명상, 등을 말하고, 바이오 피드백은 본인의 생체정보를 스스로 피드백하여 생리상태를 조절하고 이완효과를 얻는 것이다.

공황 및 불안장애 치료에서 약물치료가 좋은 효과를 보이기는 하지만, 모든 환자에게 반응이 좋은 것은 아니며 부작용 등으로 약 복용하고 싶어하지 않는 환자들도 있으며 약물 중단 후 재발률이 25~80%에 이른다는 보고가 있다.

공황장애에 대한 약물치료, 인지행동치료 그리고 두 가지 병행치료의 효과에 대한 후위분석 연구에 의하면 인지행동치료가 가장 치료효과가 높은 것으로 나타났다.

심전도(electrocardiogram, ECG)는 심장 근육의 활동 중 탈분극과 재분극 과정을 거치는 전기적 활동을 해석하여 나타낸 것으로서, 심장 박동 수, 심장의 크기와 위치, 심장의 손상 여부 등의 생체 정보를 포함하고 있기 때문에 임상에서 많이 사용되고 있는 생체 신호이다.

임상 현장에서 심초음파나 다른 침습적인 검사보다 손쉽게 측정이 가능한 심전도는 정신질환자들의 심장질환을 예측하거나 진단하기 위해서 널리 사용되고 있다.

심박변이도(heart rate variability, HRV)는 심전도를 측정한 후 분석하여 얻을 수 있는 생체학적 데이터 중 하나로서, 심장 박동과 박동 사이의 간격의 주기적인 변화를 말한다. 즉, 심장 박동과 박동사이의 간격(RR interval)은 안정을 취하고 있을 때에도 항상 변화하는 데, 이것을 심박변이도라 한다.

일반적으로, 이러한 심장 박동 간의 변화는 안정 상태일수록 더 크고 복잡한 형태를 나타내며, 운동을 하거나 스트레스 상태일 때에는 규칙적이고 일정한 형태를 나타낸다.

정신질환자들의 심박변이도 이상은 조현병과 조울증을 포함하여 불안장애 및 중독장애까지 다양한 정신과적 질환에서 발견되고 있다. 특히 심박변이도 검사를 통해 우울, 조울증 같은 기분장애 및 불안장애에서 이상소견이 관찰되는데, 이러한 질환들에서 교감신경계와 부교감신경계의 이상이 심박변이도에 관여하는 것과 관련성이 높다고 보고되고 있다. 일부 연구에서는 조현병 환자들에서 심박변이도가 감소했다고 밝히고 있으며, 심박 변이도와 우울증과의 관계에 대한 연구들이 꾸준히 진행되고 있다. 최근에는 주요 우울증과 심박변이도가 연관이 있고 증상 및 치료 효과와 관련이 있다는 보고들이 늘고 있다.

불안장애는 흔한 정신과 질환으로 심혈관 질환과의 연관성이 보고되고 있다. 불안장애는 심장의 자율신경계의 조절 이상에 의한 것으로 생각되고 있으며 자율신경계의 변화에는 스트레스나 정신적인 요인이 영향을 줄 수 있다. 따라서 불안장애 환자의 자율신경계 생체 신호를 일상생활에서 보다 정확하게 측정함으로써, 질환의 심각도를 예측하는 것이 진단 및 치료에 필요하다.

불안 장애는 특징적인 여러 신체 증상들이 교감신경의 과도한 흥분으로 인한 생리적 변화가 많다는 점에서 공황 장애와 유사하다. 공황장애에 대해서는 심박변이도 연구들이 많이 이루어지고 있는데, 공황 장애에서 콜린성 활동이 감소하고 상대적으로 아드레날린성 활동이 증가된다. 따라서 정상인에 비해 공황 장애 환자들에서 낮은 심박 변이도가 관찰되고, HF(High Frequency) 파워가 감소되고 LF(Low Frequency) 파워가 증가된다.

여러 정신 장애나 정신적인 스트레스는 심혈관계 증상을 동반한다. 즉, 흥분이나 공격성, 불안과 초조 증상들은 심박동이나 혈압과 많은 연관이 있다. 이러한 정신적 스트레스가 교감 신경계 활성을 증가시키고 부교감 신경계 활성을 감소시킨다.

스트레스 상황에서 교감신경이 활성화되면 카테콜아민이 분비되어 심장 박동이 빨라진다. 급성 스트레스는 심박 변이도의감소, LH/HF 비(ration)의 증가를 일으킨다고 밝혀졌다. 그러므로 심박변이도는 스트레스, 정신장애의 관계 및 정신 증상과 신체 증상의 연결점이 된다.

기존에 불안장애로 인한 병원에서의 진료 시, 초기 생체검사 및 심리검사를 통한 진단을 수행하는데, 병원에서의 상대적으로 짧은 상담시간과 약물 처방이 주로 이루어진다. 그리고, 일상에서의 불안장애 환자에 대한 상태 측정이 어렵다는 문제가 있다. 또한 불안장애 발생시 즉시 대응이 불가능하고, 불안장애 발생시 생체정보의 수집과 분석을 할 수 없고, 생체정보에 기반하여 즉시 사용할 수 있는 콘텐츠 제공이 어렵고, 중단 없는 정신적, 신체적 관리의 어려움이 따른다. 더 나아가 불안장애에 대한 만성질환 관리 관점의 지속적인 진단과 치료가 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 10-2097246

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 심전도 신호에서 심박변이도 신호를 추출하고, 추출한 심박변이도를 이용하여 불안장애를 판정하고, 불안장애 환자에 대한 바이오 피드백을 통해 인지행동치료를 위한 비대면 콘텐츠를 제공할 수 있는, 불안장애 모니터링 시스템 및 불안장애 판정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 불안장애 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 사용자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정 장치, 사용자가 사용하는 단말로서, 상기 심전도 측정 장치로부터 심전도 신호를 수신하면, 수신한 심전도 신호를 서버로 전송하는 사용자 단말 및 상기 사용자 단말로부터 수신한 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하고, 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하고, 불안장애 판정 결과 정보를 상기 사용자 단말에 제공하는 서버를 포함한다.

상기 서버는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정할 수 있다.

본 발명의 불안장애 모니터링 시스템에서의 불안장애 판정 방법에서, 서버는 사용자 단말로부터 심전도(electrocardiogram, ECG) 신호를 수신하는 단계, 상기 서버는 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하는 단계 및 상기 서버는 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하는 단계를 포함한다.

상기 서버는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 심박변이도를 이용하여 보다 용이하고 정확하게 불안장애를 판정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 즉시 불안장애 여부를 진단할 수 있고, 보다 정확하게 불안장애를 판정할 수 있으며, 불안장애 정도에 따른 적절한 콘텐츠를 제공하고, 정신적, 신체적으로 지속적인 불안장애 모니터링과 피드백 제공이 가능하다는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템에서 불안장애를 판정하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템에서 불안장애를 판정하는 방법의 구체적인 예시를 보여주는 흐름도이다.
도 5는 심전도 신호로부터 HRV 신호를 추출하는 과정을 예시한 그래프이다.
도 6는 HRV 신호를 도시한 그래프이다.
도 7은 HRV 신호의 전력 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 8은 심전도 신호에서 NN 또는 RR 간격(interval)을 표시한 그래프이다.
도 9은 HRV 신호의 전력 스펙트럼을 예시한 그래프이다.
도 10는 장기 Holter 기록의 전체 24시간 간격에서 얻은 전력 스펙트럼 밀도 추정치를 예시한 그래프이다.
도 11은 수파인 레스트(supine rest)(A, C, E) 및 헤드업 틸트(head-up tilt)(B, D, F)에서 정상 피험자의 256 연속 RR 값의 간격 타코그램을 도시한 것이다.
도 12 내지 도 14은 심박변이도 분석 결과를 표시한 화면예이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 심박변이도를 이용하여 불안장애를 판정하는 방법을 제안한다. 심박변이도의 분석을 통해 자율신경계 활동의 정도를 정량화할 수 있고, 정량화된 심박변이 분석은 심혈관계 질환에 대한 평가를 하는데, 아주 유용하게 사용할 수 있다. 심박변이도에 대한 연구는 치매, 실신, 파킨슨병, 운동신경원질환, 뇌졸중, 뇌전증 등에서 다양한 자율신경 이상 소견을 정량화하는 방법으로 사용되고 있으며, 심혈관계 이상 혹은 질환의 임상적 예후와 연관 등의 밀접한 연관성이 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 심박변이 분석에 의한 평가는 자율신경계의 이상을 동반하는 모든 질환들에서 유용한 평가 도구로 사용할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템은 심전도 측정 장치(100), 사용자 단말(200), 서버(300), 의료진 단말(400)을 포함한다.

심전도 측정 장치(100)는 사용자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 측정하는 장치이다.

본 발명의 일 실시예에서 심전도 측정 장치(100)는 사용자의 심전도를 측정하는 기능을 구비하는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 기기로서 시계 형태로 사용자에게 착용되는 시계형, 의료기기로서 패치 형태로 사용자에게 부착되는 패치형, 휴대하기 용이한 형태의 휴대형 등이다.

사용자 단말(200)은 사용자가 사용하는 단말로서, 유무선 통신망을 통해 심전도 측정 장치 및 서버(300)와 통신 가능한 단말이다. 본 발명의 일 실시예에서 사용자 단말(200)은 스마트폰, 핸드폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기로 구현될 수 있다. 예를 들어, 심전도 측정 장치(100)와 사용자 단말(200)은 블루투스 통신망을 통해 통신하고, 사용자 단말(200)와 서버(300)는 이동통신망을 통해 통신할 수 있다.

사용자 단말(200)은 심전도 측정 장치(100)에서 측정한 심전도 신호를 수신하고, 수신한 심전도 신호를 서버(300)에 전달한다.

서버(300)는 사용자 단말(200)로부터 수신한 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하고, 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정한다.

그리고, 서버(300)는 불안장애 판정 결과 정보를 사용자 단말(200) 및 의료진 단말(400)에 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 서버(300)는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정할 수 있다.

의료진 단말(400)은 의사를 비롯한 의료진이 사용하는 단말로서, 유무선 통신망을 통해 외부 기기와 통신 가능한 단말이다.

본 발명에서 서버(300)는 불안장애 판정 결과 정보를 웹 뷰어 형식으로 의료진 단말(400)에 제공할 수 있다. 도 12 내지 도 14은 심박변이도 분석 결과를 표시한 화면예이다.

의료진 단말(400)은 서버(300)로부터 제공받은 웹 뷰어 형식의 불안장애 판정 결과 정보를 디스플레이한다. 그리고, 의료진 단말(400)은 불안장애를 치료하기 위한 인지행동치료(CBT) 관련 콘텐츠를 서버(300) 또는 사용자 단말(200)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 의료진 단말(400)은 심상이완 훈련, 불안대처 훈련, 바이오 피드백, 호흡법, 근육이완법 등을 포함하는 인지행동치료(CBT) 관련 콘텐츠를 전송할 수 있다.

본 발명의 불안장애 모니터링 시스템에서의 불안장애 판정 방법에서, 서버(300)는 사용자 단말(200)로부터 심전도(electrocardiogram, ECG) 신호를 수신하는 단계, 서버(300)는 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하는 단계 및 서버(300)는 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하는 단계를 포함한다

서버(300)는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템에서 불안장애를 판정하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 서버(300)는 심전도 신호를 수신하면(S110), 수신한 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(HRV) 신호를 추출한다(S120).

그리고, 서버(300)는 HRV 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호 면적과 HF(High Frequency) 신호 면적을 산출한다(S130).

그리고, 서버(300)는 LF 면적과 HF 면적의 비율(LF 면적/HF 면적)을 구한다(S140).

그리고, 서버(300)는 LF 면적과 HF 면적이 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정한다(S150).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불안장애 모니터링 시스템에서 불안장애를 판정하는 방법의 구체적인 예시를 보여주는 흐름도이고, 도 5는 심전도 신호로부터 HRV 신호를 추출하는 과정을 예시한 그래프이고, 도 6는 HRV 신호를 도시한 그래프이고, 도 7은 HRV 신호의 전력 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 8은 심전도 신호에서 NN 또는 RR 간격(interval)을 표시한 그래프이다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 심전도 측정 장치(100)에서 사용자의 심전도(ECG) 신호를 측정하면, 측정한 심전도 신호를 사용자 단말(200)로 전송한다(S201). 그리고, 사용자 단말(200)은 심전도 신호를 서버(300)로 전송한다(S203).

서버(300)는 수신한 심전도 신호의 R 피크(peak) 및 RR 간격(interval)을 검출한다(S205). 도 8에서 심전도 신호에서 RR 간격이 표시되어 있다. RR 간격은 심전도 신호의 R 피크에서 R과 연속된 다음 R 사이의 간격을 말한다.

다음, 서버(300)는 RR 간격을 시계열 신호로 변환하여 시간축에 배열한다. 이때 관심 시간 구간을 설정하기 위한 구간 시작 시각 t1, 구간 종료 시각 t2가 입력될 수 있다.

도 5는 심전도 신호로부터 HRV 신호를 추출하는 과정을 나타낸 것으로서, 먼저 심전도 신호로부터 R 피크를 검출한다. 그리고, 검출된 RR 간격을 시계열 신호로 변환하여 시간축에 재배열하면 시간에 따라 변화하는 심박동 변화를 알 수 있으며, 이것이 HRV 신호이다.

도 5의 예시에서, 심전도 신호에서 R 피크를 검출하는 과정이 예시되어 있으며, 관심 시간 구간인 t1~t2에서 RR 간격을 시계열 신호로 변환하여 시간축에 배열한 그래프가 도시되어 있다.

서버(300)는 시계열 신호로 변환된 RR 간격을 심박 속도(beat/sec)로 변환하여 HRV 신호를 생성한다(S209). 도 6의 그래프는 x축이 시간(time(sec))이고, y축이 심박 속도(Heart rate(beat/sec))인 그래프로서, HRV 신호가 도시되어 있다. 도 6은 400초 동안의 HRV 신호를 나타낸 것으로서, 안정된 상태에서도 심박동이 매순간 변화함을 알 수 있다.

그리고, 서버(300)는 HRV 신호를 주파수와 전력 스펙트럼(Power Spectrum Density, PSD)의 주파수 분석 신호로 변환한다(S211).

HRV 신호를 가지고 주파수 분석을 하면 도 7과 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 7에서 보는 바와 같이, 혈압과 심박동에 대하여 두 가지 주기 성분으로 정의될 수 있다. 첫째는 0.15 Hz에서 0.4 Hz사이의 호흡 활동과 관련이 있는 HF 성분, 둘째는 혈압조절 메카니즘과 관련이 있으며, 'Mayer wave'라고 알려진 0.05 Hz에서 0.15 Hz 사이의 LF 성분이다.

도 7은 HRV 신호의 전력 스펙트럼을 그래프로 나타낸 예시로서, x축은 주파수(Frequency(Hz)), y축은 PSD(ms²/Hz)이다. 도 7에서 HRV 신호의 전력 스펙트럼 그래프와 x축 사이의 면적은 HRV 신호에 의해 운반되는 전력을 의미한다.

주파수 영역 분석 방법은 HRV 파형을 분석하여 각 주파수 성분의 신호가 상대적으로 어떤 강도로 있는지 보는 방법이며, HF 대역에 대한 LF 대역의 강도를 교감신경과 부교감신경의 균형도로 해석할 수 있다.

주파수 영역 분석 방법에서 HF는 상대적으로 생리적 의미와 연관이 잘 밝혀져 있는데, HF는 심장으로 분지하는 미주신경 활성을 주로 반영하므로 부교감 신경계의 활성을 대표하는 측정치로 해석할 수 있다.

스트레스 상황에서의 심박변이도에서 정신적 스트레스가 LF 활동을 증가시키고 HF 활동을 감소시킨다고 알려져 있다. 또한, 공포증 증상이 심할수록 낮은 심박 변이도를 보여 증상과 자율신경계 활성 사이에 연관이 있다고 알려져 있다.

불안 증상을 두 가지 이상 호소한 사람들에서 대조군에 비해 모든 심박동 변이 지수가 낮은 것으로 평가되고, 불안 척도에서 가장 높은 점수로 평가된 사람들에서 기준 LF/HF 비가 유의하게 더 높은 소견도 관찰되었고, LF/HF 비와 불안 척도 점수 사이에 상관관계도 있었다.

본 발명에서 범불안장애 환자 집단에서 주요우울장애 환자군 보다 LF 값이 유의하게 더 높았는데 이러한 결과는 범불안장애 환자보다 우울증 환자가 에너지 소실, 피로, 수면 부족, 무기력, 나른함을 더 느낌을 의미한다. 또한 자율신경계의 균형을 나타내는 LF/HF 비(ratio)는 범불안장애 환자에서 자율신경 불균형이 주요우울증보다 심각하게 악화되어 있다.

서버(300)는 주파수가 0.05~0.15 Hz이면 LF 영역으로 규정하고, HRV 신호의 LF 면적을 구한다(S213, S215, S217). 그리고, 주파수가 0.15~0.4 Hz이면 HF 영역으로 규정하고, HRV 신호의 HF 면적을 구한다(S213, S215, S219).

도 7을 참조하면, LF 영역의 HRV 신호를 함수로 나타낸 것을 f_LF라 하고, HF 영역의 HRV 신호를 함수로 나타낸 것을 f_HF라 한다.

그러면, LF 면적은 ∫f_LF df로 나타낼 수 있고, HF 면적은 ∫f_HF df로 나타낼 수 있다.

보다 구체적으로,

으로 나타낼 수 있다.

서버(300)는 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)인 LF 면적/HF 면적을 산출한다(S221).

산출 결과, 면적 비율이 3.3 이상이면 불안 장애 중증으로 판정하고, 2.3 미만이면 정상으로 판정하고, 2.3 이상 3.3 미만(2.3~3.3)이면 불안장애 주의로 판정한다(S223~S231).

면적 비율이 2.3 이상 3.3 미만의 불안장애 주의로 판정하는 경우, 구체적인 수치 범위에 따라 주의도를 구체화하여 판정할 수 있다. 예를 들어, 2.3 이상 2.5 미만인 경우 주의도 레벨 1, 2.5 이상 2.7 미만인 경우 주의도 레벨 2, 2.7 이상 2.9 미만인 경우 주의도 레벨 3, 2.9 이상 3.1 미만인 경우 주의도 레벨 4, 3.1 이상 3.3 미만인 경우 주의도 레벨 5로 판정할 수 있다(S231). 본 발명에서 이렇게 불안장애 주의로 판정하는 경우, 구체적으로 5 단계의 레벨로 주의도를 구분할 수 있으며, 레벨 숫자가 높을 수록 불안장애 수준이 높은 것임을 나타낸다.

이처럼 본 발명에서 HRV 신호에 대한 주파수 영역 분석(Frequency domain analysis)에서, 심박수는 24시간동안 쉼없이 다양한 주파수(frequency)로 변하는 리듬이라고 할 수 있으며, 이 리듬(tachogram)이 어떠한 주파수의 파형으로 구성되고, 또 그 주파수 각각의 기여도가 어떤지 계산하여 리듬의 특징을 알아낼 수 있는데, 이를 스펙트럼분석(spectral analysis)이라고 한다.

최근 HRV와 자율신경 활동 사이에 특정 주기 성분의 연관성이 알려지면서 HRV 신호에 대한 주파수 영역의 해석이 활발하게 시도되고 있다.

도 9은 HRV 신호의 전력 스펙트럼을 예시한 그래프이고, 도 10는 장기 Holter 기록의 전체 24시간 간격에서 얻은 전력 스펙트럼 밀도 추정치를 예시한 그래프이고, 도 11은 수파인 레스트(supine rest)(A, C, E) 및 헤드업 틸트(head-up tilt)(B, D, F)에서 정상 피험자의 256 연속 RR 값의 간격 타코그램을 도시한 것이다.

도 9 내지 도 11에서 보는 바와 같이, 고주파 성분(HF 성분)은 0.15~0.4Hz사이이며 호흡과 관련이 있고, 부교감신경계의 활동에 대한 지표로서 널리 사용되고 있다. 특히 HF 성분은 심장의 전기적인 안정도와 밀접한 관련이 있다고 알려져 있다. 심폐 기능이 노화 되어 있거나 심장 돌연사로 사망한 환자의 경우 사망 전의 HF 성분은 현저하게 감소되어 있으며, 만성적스트레스, 공포, 불안 등의 인자도 HF를 감소시키는 것으로 나타났다.

저주파 성분(LF 성분)은 압수용체 반사나 혈압조절 등에 의한 심박수 변화를 반영하며, 과도한 교감 신경 활성을 나타내는 환자는 LF 변이가 건강인에 비해 증가하는 것을 알 수 있다.

또한 많은 스트레스와 피로를 호소하는 환자들 대부분에게서 LF의 감소와 HF의 감소가 많이 보고되었으며, 불안, 우울 상태의 지속적인 유지는 부교감 신경의 활성의 감소를 유발하는 것으로 나타났다. 부교감 신경의 활성의 증가가 심장을 안정시키고 보호하는 역할을 하는 반면, 교감 신경의 활성 증가는 심실세동 유발 역치를 감소시키고, 심실세동의 위험성을 증가시킨다.

만성피로증후군 환자의 경우, 기립 시 LF의 과도한 증가 및 LF/HF 비율(ratio) 과대 증가가 관찰되므로 스트레스 상황 하에서 교감 신경이 과대 항진되고, 정상인에서 LF/HF 비율은 2.3：1 정도로 나타나며, 이 비율이 지나치게 증가하거나 감소하면 자율신경계가 균형을 잃은 것이라 할 수 있다.

심박의 주기는 호흡에 따라 변하는데, 일반적으로 흡기(inspiration)에는 증가하고 호기(expiration)에는 감소하며, 이 현상을 RSA(Respiratory Sinus Arrhythmia)라 한다. RSA는 호흡이 동방결절(sinoatrial node)로 통하는 교감 및 미주의 신경 충동에 영향을 주어 발생하는 자연적인 부정맥 주기이다.

HRV 바이오 피드백은 일명 RSA 바이오피드백이라고도 하는데, 이처럼 호흡에 따라 변하는 심박리듬(heart rate oscillation)을 시각적 피드백으로 제시하면서, 호흡률을 자율적으로 조절하도록 하여 RSA의 진폭을 증가시키도록 훈련시키는 것이다. 불안장애의 경우 반복된 HRV 바이오피드백 훈련 이후, 불안반응이 감소하였고 환자가 주관적으로 보고한 기분의 변화에도 유의한 차이가 있었다

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 심전도 측정 장치 200 사용자 단말
300 서버 400 의료진 단말

Claims (4)

1. 사용자의 심전도(electrocardiogram, ECG)를 측정하기 위한 심전도 측정 장치;
   사용자가 사용하는 단말로서, 상기 심전도 측정 장치로부터 심전도 신호를 수신하면, 수신한 심전도 신호를 서버로 전송하는 사용자 단말; 및
   상기 사용자 단말로부터 수신한 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하고, 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하고, 불안장애 판정 결과 정보를 상기 사용자 단말에 제공하는 서버를 포함하고,
   상기 서버는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정하되,
   상기 서버는 심전도 신호의 R 피크(peak) 및 RR 간격(interval)을 검출하고, RR 간격을 시계열 신호로 변환하여 시간축에 배열하고, 시계열 신호로 변환된 RR 간격을 심박 속도(beat/sec)로 변환하여 심박변이도 신호를 생성하고, 심박변이도 신호를 주파수와 전력 스펙트럼(Power Spectrum Density, PSD)의 주파수 분석 신호로 변환하고,
   심박변이도 신호의 전력 스펙트럼을 x축은 주파수(Frequency(Hz)), y축은 PSD(ms²/Hz)의 그래프로 나타낸 전력 스펙트럼 그래프에서, 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼 그래프와 x축 사이의 면적은 심박변이도 신호에 의해 운반되는 전력을 의미하며,
   상기 서버는 상기 전력 스펙트럼 그래프에서 주파수가 0.05~0.15 Hz이면 LF 영역으로 규정하고, 심박변이도 신호의 LF 면적을 구하고, 주파수가 0.15~0.4 Hz이면 HF 영역으로 규정하고, 심박변이도 신호의 HF 면적을 구하고,
   LF 영역의 심박변이도 신호를 함수로 나타낸 것을 f_LF라 하고, HF 영역의 심박변이도 신호를 함수로 나타낸 것을 f_HF라 할 때,
   
   
   으로 나타낼 수 있고,
   상기 서버는 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)인 LF 면적/HF 면적을 산출하고,
   산출 결과, 면적 비율이 3.3 이상이면 불안 장애 중증으로 판정하고, 2.3 미만이면 정상으로 판정하고, 2.3 이상 3.3 미만이면 불안장애 주의로 판정하고,
   상기 불안장애 주의로 판정하는 경우, 2.3 이상 2.5 미만인 경우 주의도 레벨 1, 2.5 이상 2.7 미만인 경우 주의도 레벨 2, 2.7 이상 2.9 미만인 경우 주의도 레벨 3, 2.9 이상 3.1 미만인 경우 주의도 레벨 4, 3.1 이상 3.3 미만인 경우 주의도 레벨 5로 판정하는 것을 특징으로 하는 불안장애 모니터링 시스템.
   
2. 삭제
3. 불안장애 모니터링 시스템에서의 불안장애 판정 방법에서,
   서버는 사용자 단말로부터 심전도(electrocardiogram, ECG) 신호를 수신하는 단계;
   상기 서버는 심전도 신호를 분석하여 심박변이도(heart rate variability, HRV) 신호를 추출하는 단계; 및
   상기 서버는 추출한 심박변이도 신호를 이용하여 불안장애를 판정하는 단계를 포함하고,
   상기 서버는 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼에서 LF(Low Frequency) 신호의 면적인 LF 면적과 HF(High Frequency) 신호의 면적인 HF 면적을 산출하고, 산출한 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)에 따라 불안장애를 판정하되,
   상기 서버는 심전도 신호의 R 피크(peak) 및 RR 간격(interval)을 검출하고, RR 간격을 시계열 신호로 변환하여 시간축에 배열하고, 시계열 신호로 변환된 RR 간격을 심박 속도(beat/sec)로 변환하여 심박변이도 신호를 생성하고, 심박변이도 신호를 주파수와 전력 스펙트럼(Power Spectrum Density, PSD)의 주파수 분석 신호로 변환하고,
   심박변이도 신호의 전력 스펙트럼을 x축은 주파수(Frequency(Hz)), y축은 PSD(ms²/Hz)의 그래프로 나타낸 전력 스펙트럼 그래프에서, 심박변이도 신호의 전력 스펙트럼 그래프와 x축 사이의 면적은 심박변이도 신호에 의해 운반되는 전력을 의미하며,
   상기 서버는 상기 전력 스펙트럼 그래프에서 주파수가 0.05~0.15 Hz이면 LF 영역으로 규정하고, 심박변이도 신호의 LF 면적을 구하고, 주파수가 0.15~0.4 Hz이면 HF 영역으로 규정하고, 심박변이도 신호의 HF 면적을 구하고,
   LF 영역의 심박변이도 신호를 함수로 나타낸 것을 f_LF라 하고, HF 영역의 심박변이도 신호를 함수로 나타낸 것을 f_HF라 할 때,
   
   
   으로 나타낼 수 있고,
   상기 서버는 LF 면적과 HF 면적의 비율(ratio)인 LF 면적/HF 면적을 산출하고,
   산출 결과, 면적 비율이 3.3 이상이면 불안 장애 중증으로 판정하고, 2.3 미만이면 정상으로 판정하고, 2.3 이상 3.3 미만이면 불안장애 주의로 판정하고,
   상기 불안장애 주의로 판정하는 경우, 2.3 이상 2.5 미만인 경우 주의도 레벨 1, 2.5 이상 2.7 미만인 경우 주의도 레벨 2, 2.7 이상 2.9 미만인 경우 주의도 레벨 3, 2.9 이상 3.1 미만인 경우 주의도 레벨 4, 3.1 이상 3.3 미만인 경우 주의도 레벨 5로 판정하는 것을 특징으로 하는 불안장애 판정 방법.
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