KR20030072511A - 용적 맥파 측정시의 피검자의 안정화를 위한 방법 - Google Patents
용적 맥파 측정시의 피검자의 안정화를 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 용적 맥파 측정시의 피검자의 안정화를 위한 방법에 관한 것이다. 피검자의 피부의 온도를 측정하여 상기 피부 온도가 소정 온도 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 피검자의 심박수 변이를 측정하여 그 심박수의 안정화 여부를 판단하는 단계; 및 측정된 용적 맥파의 DC drift 변이폭을 계산하여 측정된 용적 맥파의 유효성 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법을 제공하여, 본 발명에 의하면 외부 환경이 피검자에게 미치는 영향, 즉 스트레스 등에 의한 잡음 요인을 제거한 뒤 용적 맥파를 측정하여 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있다.
Description
본 발명은 용적 맥파 측정시의 피검자의 안정화를 위한 방법에 관한 것이다.
용적 맥파(PPG : PhotoPlethysmoGraphy)란 발광부의 광원으로서 인체의 손가락 부위에 특정 파장의 빛을 조사한 후 손가락 부위를 투과한 빛의 광량 신호를 의미한다. 종래에는 용적맥파를 이용하여 심혈 관계의 질환 유무를 판정하거나, 질환의 진행 정도 또는 혈관의 경도 등을 파악하는 다양한 시도가 있었다. 최근에는 용적 맥파를 이용하여 혈중 헤모글로빈 농도를 측정하는 무혈 진단 기술의 개발이 시도되고 있다.
일반적으로 용적 맥파를 이용하여 심혈 관계의 질환 유무 또는 그 정도를 관찰하는 등의 피검자 상태를 파악하는 여러 형태의 작업에 있어서, 정확한 용적 맥파 측정을 위해 고려하고 방지해야할 여러가지 잡음 요인들이 있다.
종래의 용적 맥파 측정 장치에 의해 측정된 용적 맥파 파형의 잡음 성분이 병증에 의한 것인지, 피검자 체내의 순수한 기전에 의한 것인지, 외부 열환경이나 피검자의 불안정한 자세에 의한 것인지 또는, 피검자의 긴장 상태에 의한 것인지 명확하게 구별할 수 없었다.
광을 이용하여 수집한 용적 맥파를 근거로 헤모글로빈의 농도를 추정하는 경우, 용적 맥파의 파형 변화는 그 추정치에 큰 영향을 미치게 된다. 용적 맥파의 파형을 결정하는 요인에는 여러가지가 있는데, 용적 맥파의 파형 패턴은 심혈관계 질환, 스트레스의 개입 여부, 피검자의 자세, 극도로 낮은 기온 및 높은 기온 등의 외부 열환경 등과 같은 요인에 따라 다양한 형태를 나타내게 된다.
특히, 스트레스에 의한 심리적인 긴장 상태가 유지되는 경우에는 용적 맥파의 진폭이 감소하여, 심리적인 이완 상태와 비교하여 대체적으로 저역 통과 필터를 거치는 패턴을 나타낸다. 이는 동일한 피검자를 대상으로 누운 상태 및 앉은 상태에서 측정한 용적 맥파 패턴에서도 쉽게 관찰되는 것이다.
이와 같이, 심리적인 긴장 상태 또는 외부의 열환경은 용적 맥파를 근거로 한 헤모글로빈 농도의 추정에 있어서, 잡음 요인으로 작용을 한다. 따라서, 용적 맥파에 의한 정확한 헤모글로빈 농도의 추정을 위해서는 이같은 잡음 요인을 최대한 배재시켜야 한다.
인체가 스트레스 환경에 노출됨에 의해서 겪는 변화 현상등은 다양하게 열거할 수 있다. 예를 들어, 인체가 스트레스를 받게 되면, 심박수가 증가하며, ECG의 R-peak의 진폭 및 호흡 곡선의 진폭등이 감소하게 된다. 또한, 낮은 기온에 노출된 경우에는 인체의 말단부에 해당하는 손가락의 피부 온도는 급격히 감소하게 되며, 이와 같은 피부 온도의 감소는 스트레스 환경에 노출된 상태와 비슷하게 생리적 변화를 나타내게 된다.
인간의 체온은 크게 피부 온도(skin temperature) 및 심부 온도(core temperature)로 나눌 수 있다. 인체 각 부위의 피부 온도는 그 부위에 따라 정상 체온을 기준으로 하였을 때 최고 섭씨 약 2 도 에서 최저 섭씨 약 0.5도의 차이를 나타내며 외부의 급작스런 열환경에 지배 받지 않는 일상 생활에서의 정상인의 손가락 피부 온도는 평균보다 낮은 것으로 알려져 있다. 도 1a에서는 정상 피부 온도에서의 용적 맥파 파형 변화를 나타내었으며, 도 1b에서는 정상 피부 온도 보다 낮은 온도에서의 용적 맥파 파형 변화를 나타내었다. 그리고, 스트레스 환경에 노출되거나 이미 스트레스를 받고 있는 경우에는 그 값이 대체적으로 감소한다. 즉, 인체 말단부의 피부 온도는 정상 체온인 섭씨 약 36.5도 보다 약 1도 내지 2도 정도 낮은 온도 범위에서 분포하고 있으며, 인체가 스트레스를 받게 되면 이러한 피부 온도가 감소하게 되는 것이다.
따라서, 용적 맥파를 이용하여 신체의 생리 현상 또는 혈중 성분 등을 측정하는 일련의 작업을 진행하기 위해서는 피검자의 인체가 정상적인 상태에서 용적 맥파의 명확한 계측이 될 것이 요구된다.
그러나 종래 기술에 의한 용적 맥파 측정 장치에서는 피검자 인체의 말단부인 손가락을 대상으로 하여 측정을 하면서도, 피검자의 피부의 온도 및 피검자의 생리적인 안정성을 고려하지 않은채 용적 맥파를 측정함으로써, 정확한 용적 맥파 측정에 한계를 보이는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 용적 맥파 측정시 피검자 인체가 정상적인 상태에서 용적 맥파 결과를 나타낼 수 있도록 피검자의 심리적 안정성을 도모할 수 있는 용적 맥파 측정을 위한 피검자의 안정화 방법 및 그 안정화를 위한 용적 맥파 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a는 정상 피부 온도에서의 용적 맥파 파형 변화를 나타낸 도면이며, 도 1b는 정상 피부 온도 보다 낮은 온도에서의 용적 맥파 파형 변화를 나타낸 도면이다..
도 2는 온도 측정 수단을 포함하는 본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 용적 맥파 측정시 용적 맥파 파형의 기저점이 변화하는 예를 나타낸 용적 맥파 파형이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 프로브 상단부 12... 프로브 하단부
13... 발광부 14... 수광부
15... 적외선 온도 센서 16... 필터
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여,
피검자의 손가락이 인입되는 개폐식으로 형성되는 프로브, 상기 프로브의 상단부에 형성되어 광을 조사하는 발광부 및 상기 프로브에 형성되어 상기 발광부에서 조사된 광을 수광하는 수광부로 이루어진 용적 맥파 측정 장치에 의한 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법에 있어서,
피검자의 피부의 온도를 측정하여 상기 피부 온도가 소정 온도 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계;
피검자의 심박수 변이를 측정하여 그 심박수의 안정화 여부를 판단하는 단계; 및
측정된 용적 맥파의 DC drift 변이폭을 계산하여 측정된 용적 맥파의 유효성 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 피검자 피부의 온도 측정은 상기 프로브 일단부에 형성된 자외선 온도 측정부, 상기 프로브 하단부에 형성된 thermocoupler, thermometer중 어느 하나에 의한 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 피부 온도는 섭씨 약 34.5도 이상인 경우 안정화된 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 심박수는 상기 피부 온도의 안정화 판단후 적어도 10초 경과한 후에 측정하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치의 단순화한 구조도를 나타낸 도면이다. 일반적인 용적 맥파 측정 장치는 상하단으로 구성된 프로브(11, 12), 피검자 손가락의 위치를 고정시키는 스토퍼(미도시) 및 상기 프로브 상하단부(11, 12)에 위치하며 피검자의 손가락 부위에 광을 조사하는 발광부(13)와 상기 피검자의 손가락을 통과한 광을 수광하는 수광부(14)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치에서는 상기 프로브(11, 12) 내에 피검자의 손가락의 온도, 즉 피부 온도를 측정하기 위해 적외선 온도 센서부(15, 16)를 더 포함한다. 이러한 적외선 온도 센서부(15, 16)는 적외선 온도 센서(15) 및 필터(16)로 이루어져 있다. 상기 필터는 상기 프로브 상단부(11)의 발광부(13)에서 방출하는 광이 통과할 수 없도록 상기 발광부(13)의 조사광의 파장 영역을 필터링 하기 위한 것이다. 이러한 필터링은 상기 발광부(13)에서 피검자의 손톱 부위에 조사하는 빛이 상기 적외선 온도 센서(15)에 감지되어 예기치 못한 신호의 교란 현상을 발생시킬 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다. 상기 적외선 온도 센서(15)는 일반적인 적외선 센서를 사용할 수 있으며, 또한 프로브 하단(12)의 피검자의 손가락이 닿는 부위에 직접적인 온도 측정을 위한 thermocoupler, thermometer등을 장착하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치에서는 상기 적외선 온도 센서부(15, 16)에 의해 계측된 온도 신호를 프로세싱하는 데이타 프로세싱부 및 이러한 데이타를 검사자가 모니터링 할 수 있는 디스플레이부를 더 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치의 데이타 프로세싱및 제어 방법을 도 3을 참고로 하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 피검자의 손가락 부위를 본 발명에 의한 용적 맥파 측정 장치의 프로브 상하단(11, 12) 사이에 고정시키고 손가락 피부의 온도를 측정한다. 이때 피부 온도가 섭씨 약 34.5도 이하에서는 피검자가 심리적인 스트레스 등으로 불안정한 상태이므로 측정된 용적 맥파가 신뢰성이 떨어진다. 따라서, 피검자의 피부 온도 측정시 섭씨 약 34.5도 이상이면 안정한 상태로 간주하고 다음 단계를 진행한다.
다음으로 피검자의 심박수의 변이를 측정한다. 피검자의 심박수의 변이는 별도의 기구를 사용할 수 있으며, 상기 용적 맥파 측정 전에 미리 심박수 변화를 측정하여 안정화된 심박수를 나타내는 경우에는 바로 다음 단계로 넘어갈 수 있다. 심박수란 1분 동안의 심장 박동수를 의미하는 것으로, 피검자가 불안정한 상태인 경우에는 상기 심박수의 변화가 심하여 정확한 용적 맥파 측정이 어렵게 된다. 피검자의 심박수는 어느 절대치를 기준으로 하지 않고, 소정 시간 뒤(약 10초 이상)에 심박수 수치가 안정화 된 상태에서는 이를 만족하는 것으로 본다. 이와 같은 과정은 실재적인 용적 맥파 측정 전 단계에서의 피검자의 안정화를 위한 절차이다.
상기 피검자의 심박수가 안정화 단계에 이르렀다고 판단이 되면 실재적인 용적맥파를 측정하게 된다. 이때, 피검자의 손톱 부위에 대해 용적 맥파를 측정하여 그 DC drift를 측정한다. 이러한 DC drift는 용적 맥파 측정시 용적 맥파 기저선, 즉 도 4a 및 4b과 같은 호흡, 동잡음 등에 의한 용적 맥파 기저선의 변이가 상하로(DC 성분 변이) 크게 발생할 경우에는 정확한 용적 맥파 측정이 어렵다. 이는 피검자의 심리적 불안정, 스트레스 등에 의해 발생하는 것으로 DC drift가 발생하는 경우 피검자를 안정시킨 연후에 측정하는 것이 바람직하다. 그리고, 용적 맥파 하나의 주기에서의 진폭을 최초 용적 맥파 1 주기에서의 진폭과 비교하여 그 보다 작은 경우 이를 안정화된 것으로 판단할 수 있다.
이와 같은 피검자의 피부 부위의 온도 측정, 심박수 측정 및 DC drift 측정은 바람직한 용적 맥파 측정을 위해 요구되는 것으로 상기와 같은 과정을 거치고 정상적인 용적 맥파를 측정하게 된다.
본 발명에 의하면 외부 환경이 피검자에게 미치는 영향, 즉 스트레스 등에 의한 잡음 요인을 제거한 뒤 용적 맥파를 측정하여 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
용적 맥파 측정 전에는 피검자의 피부 온도, 심박수 등에 의한 잡음 요인을 제거하고 측정된 용적 맥파에서의 DC drift 성분을 제거하여 직접적으로 피검자 심리의 안정 또는 불안정 여부를 판별할 수 있다.
Claims (4)
- 피검자의 손가락이 인입되는 개폐식으로 형성되는 프로브, 상기 프로브의 상단부에 형성되어 광을 조사하는 발광부 및 상기 프로브에 형성되어 상기 발광부에서 조사된 광을 수광하는 수광부로 이루어진 용적 맥파 측정 장치에 의한 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법에 있어서,피검자의 피부의 온도를 측정하여 상기 피부 온도가 소정 온도 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계;피검자의 심박수 변이를 측정하여 그 심박수의 안정화 여부를 판단하는 단계; 및측정된 용적 맥파의 DC drift 변이폭을 계산하여 측정된 용적 맥파의 유효성 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 피검자 피부의 온도 측정은 상기 프로브 일단부에 형성된 자외선 온도 측정부, 상기 프로브 하단부에 형성된 thermocoupler, thermometer중 어느 하나에 의한 것을 특징으로 하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법.
- 제 1항 또는 제 2항중 어느 한 항에 있어서,상기 피부 온도는 섭씨 약 34.5도 이상인 경우 안정화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법.
- 제 1항 또는 제 2항중 어느 한 항에 있어서,상기 심박수는 상기 피부 온도의 안정화 판단후 적어도 10초 경과한 후에 측정하는 것을 특징으로 하는 용적 맥파 측정시 피검자의 안정화 방법.
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