KR20030096080A

KR20030096080A - 미교정된 센서 교정 방법 및 전자 애플라네이션 압력계교정 방법

Info

Publication number: KR20030096080A
Application number: KR10-2003-0038209A
Authority: KR
Inventors: 필해리허버트3세; 바텔스케이스알란
Original assignee: 사우스웨스트 리서치 인스티튜트
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2003-12-24
Also published as: JP2004024862A; CN1487267A; KR100958475B1; TWI232290B; CN1311224C; TW200307806A; CA2417882A1; US6662130B1; EP1371324A1; US20030233204A1

Abstract

물리적 현상과 관련된 제 1 위치에 위치된 미교정된 센서는, 물리적 현상과 관련된 제 2 위치에서 미교정된 센서로부터 이격(spaced away)되어 있는 교정된 센서 및 제 2 위치에서의 물리적 현상을 미교정된 센서의 출력과 연관시키는 주파수 도메인 전달 함수(frequency-domain transfer function)를 사용하여 교정된다.

Description

미교정된 센서 교정 방법 및 전자 애플라네이션 압력계 교정 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING A DISTORTED SIGNAL WITH ANOTHER SIGNAL OF KNOWN CALIBRATION}

본 발명은 미교정된 측정 장치(uncalibrated measuring device)를 교정(calibrating)하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

센서 또는 더욱 일반적으로, 변환기(transducers)는 물리적 현상을 감지하고 감지된 물리적 현상에 기초하여 출력 신호를 생성하는 여러 부문에 사용되고 있다. 보편적으로, 이러한 센서 또는 변환기는 물리적 현상의 알려진 동시적 측정(simultaneous measurements)을 기초로 하여 교정된다. 실제적으로, 센서 또는 변환기로부터의 출력 신호는 별도의 기계(instrument)로 물리적 현상에 대한 측정 실행한 결과를 이용하여 교정된다. 일반적으로, 이러한 별도의 제 2 기계는 소정의 동의된 방법에 의해서 또한 특정한 물리적 대상, 물리적 현상 또한/또는 기준에 대하여 자체적으로 교정되어 왔다.

몇몇 유형의 측정에서, 측정 장치의 센서 또는 변환기는 이러한 센서 또는 변환기를 사용하여 측정된 물리적 현상에 직접적으로 연결될 수 없다. 이러한 간접적인 측정은 센서나 변환기를 측정되는 물리적 현상이 발생하는 시스템에 접속시키는 것에 의존한다. 이 경우에, 센서 또는 변환기의 교정은 센서 또는 변환기의 측정 특성에 의존하며 센서 또는 변환기를 측정되는 시스템에 접속시키는 것에 의존한다. 결과적으로, 간접적인 측정은 흔히 센서 또는 변환기가 시스템에 접속된 후에, 시스템에 대한 추가적인 측정으로 센서 또는 변환기를 교정시키는 것을 필요로 한다.

그러나, 간접적인 측정을 수행하는 센서 또는 변환기를 교정하고자 할 때, 시스템 상의 동일 위치에서, 필요한 센서 또는 변환기를 사용하여 그 센서 또는 변환기를 교정하는 교정 측정을 실행하고, 이러한 간접적인 측정을 교정하기 위한 제 2 세트(set)의 측정을 실행하는 것은, 불가능하지는 않지만, 보통 어려운 일이다. 이는 항상 그렇지는 않지만, 전형적으로 측정되는 시스템에 대한 센서의 크기 및 측정되는 시스템 상에 측정을 수행할 때의 실제적인 제한들에 기인하여 발생된다.

예를 들면, 센서 또는 변환기의 크기, 2차 측정 장치의 크기 또한/또는 생물체에 대해서 혈압 측정을 수행할 때의 실제적인 제한 때문에, 제 2 측정 장치를 사용하여 혈관의 동일 지점에서 2차 측정(위에서 논의됨)을 수행하는 동안에, 교정되는 센서 또는 변환기를 사용하여 생물체 내에 있는 혈관(blood vessel)의 혈압을 측정하는 것은 일반적으로 불가능하다. 예를 들면, 간접 측정을 교정하기 위해서 "추가적 측정"으로서 사용되는 알려진 혈압 측정은 전형적으로 상완(upper arm)의 상완 동맥(brachial artery) 위에 커프를 둘러싸는 것에 의해 인체로부터 획득된다. 이와는 대조적으로, 교정되는 압력 센서(tonometric sensor)는 인체의 손목에서의 요골 동맥에 위치된다. 또한, 혈압 커프는, 때때로 압력 센서를 사용하여 인체의 혈압을 측정하는 위치와는 반대편의 사지(limb)에 위치될 것이다. 그러나, 물리적 제약에 기인하여 시스템에 대해 동일한 위치에서 측정을 수행할 수 없다는 것이 생물체 내의 혈압 측정에서만으로 한정되지 않는다는 것을 인식해야 한다.

또한, 센서 또는 변환기의 교정이 정확하다면, 교정되는 센서 또는 변환기는대체적으로 기준 측정 장치(standard measurement device)가 노출된 것과 동일한 레벨의 물리적 현상에 노출될 필요가 있다는 것을 인식해야 한다. 이 물리적 현상이 동일한 위치에서 교정되는 센서 또는 변환기에 의해서 측정될 수 없고 기준 측정 장치에 의해서 측정될 수 없다면, 또한 2개의 측정 위치에서 물리적 현상의 측정값이 동일하지 않다면, 교정에서 에러가 발생될 것이다. 2개의 측정 지점에서의 물리적 현상의 측정값은 2개의 측정 위치 사이에서 물리적 현상의 전파(propagation)에 대한 시간 지연(time delay) 또한/또는 2개의 측정 위치 사이의 물리적 현상에 대한 왜곡(distortion)때문에 상이해질 수 있다.

예를 들면, 생물체의 혈관계(vascular system) 내에서 혈압의 물리적 현상은 이러한 에러를 유도하는 특성을 가지고 있다. 즉, 혈관계를 통한 혈압 펄스파(blood pressure pulse wave)의 전파는 제한된 속도를 가지고 있다. 결과적으로, 혈관계의 제 2 위치인 하류(downstream) 위치에서 측정된 혈압은, 혈관계의 제 1 위치인 상류(upstream) 측정 위치에서 생성된 혈압을 측정한 시간으로부터 시간적으로 지연된다. 동시에, 혈압 펄스파가 혈압계를 통해 전파되어감에 따라, 생물체의 혈관계의 생리학적인 특성(physiological characteristics)은 혈압 펄스파 내에 왜곡을 생성시키고, 이는 제 1 및 제 2 측정 위치에서 혈압 펄스파가 상이한 위상을 취하게 한다.

본 발명은 시스템 내부에서 발생하는 현상에 간접적으로 접속된 센서 또는 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명은, 교정되는 센서 또는 변환기에 의해 획득되는 측정의 위치와는 별개의 위치에서 2차 측정이 이뤄지는 시스템에 간접적으로 접속된 센서 또는 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명은, 알려진 교정 장치에 의한 물리적 현상의 측정에 비해서 왜곡되어 있는 물리적 현상에 대하여 센서 또는 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명은 생물체 내부에서 발생되는 물리적 현상에 간접적으로 접속된 센서 또는 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명은 생물체 내부에서 발생되는 혈압 산호로부터 전기 신호를 생성하는 혈압 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명은 교정되는 혈압 센서 또는 변환기의 위치와는 별개의 지점에서 취해진 생물체 내부의 혈압 신호에 대한 별도의 측정에 대하여 생물체 내의 혈압 신호를 감지하는 혈압 센서 또는 변환기를 교정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명은 미교정된 장치를 사용하여 감지되는 시스템에서 자연적으로 발생되는 변동의 주파수 분석을 이용하여 인 시츄(in situ)로 미교정된 장치의 교정 파라미터를 판정하는 시스템 및 방법을 별도로 제공한다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법의 다양한 예시적인 실시예에서, 제 1 위치 및 제 2 위치 사이의 물리적 현상에 대한 변환(transformation)을 정의하는 제 1 전달 함수를 규정한다. 다음으로, 특정한 주파수에서 이러한 전달 함수의 값을 판정한다. 이와는 독립적으로, 입력된 물리적 현상을, 그 물리적 현상을 측정하는것에 응답하여 교정될 센서 또는 변환기에 의해서 생성된 출력 신호로의 전환(conversion)을 규정하는 제 2 전달 함수를 규정한다. 추가적으로, 제 1 전달 함수와 제 2 전달 함수 사이의 관계도 규정한다. 이 2개의 전달 함수 사이의 관계는 미교정된 센서 또는 변환기를 교정하는 데 필요한 교정 계수(calibration coefficient)가 역수(reciprocal)라는 것이다. 특정한 시간 또는 특정한 주파수 등에서, 2개의 전달 함수 각각의 값을 획득하는 것에 의해서 교정 계수를 획득할 수 있다.

이와는 독립적으로, 미교정된 센서 또는 변환기의 출력은 교정 계수, 입력된 물리적 현상 및 교정 상수(calibration constant)에 기초한다. 교정 계수가 알려져 있고, 입력 신호값 또는 출력 신호값을 판정 및 추론할 수 있기 때문에, 교정 상수를 판정할 수 있다. 시스템에서 자연적으로 발생하는 변동에 대한 주파수 분석법을 이용하여 미교정된 센서 또는 변환기에 대한 교정 계수 및 교정 상수를 인시츄(in situ)로 판정하는 것에 의해서, 기존의 시간-도메인 교정(time-domain calibration)을 사용할 경우에 발생되는 부정확도(inaccuracy)를 감소시키거나 이상적으로는, 제거시킬 수 있다.

본 발명의 이들 특성 및 다른 특성 및 이점은, 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 다양한 예시적인 실시예에 대한 아래의 상세한 설명으로 설명되거나 명백해질 것이다.

본 발명의 여러 예시적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 물리적 현상을 측정하는 미교정된 장치의 예시적인 일 실시예에 대한 개략도,

도 2는 도 1에 도시된 미교정된 장치를 교정하는 데 사용될 수 있는 시스템의 예시적인 일실시예에 대한 개략도,

도 3은 생물체의 혈관계(vascular system) 내에서 서로 다른 사이트(site) 사이의 혈압 신호 및 시간 지연의 차이를 도시하는 도면,

도 4는 시스템 내의 제 1 위치에서 물리적 현상을 측정하여 생성된 제 1 신호와 시스템 내의 제 2 위치에서의 물리적 현상을 측정하여 생성된 제 2 신호를 도시하는 그래프(제 2 신호는 제 2 신호의 최대값 및 최소값을 제 1 신호의 최대값 및 최소값과 부합시켜서 교정됨),

도 5는 알려진 물리적 현상을 알려지지 않은 물리적 현상으로 변환시키는 물리적 시스템 및 알려지지 않은 물리적 현상을 측정하는 데 사용될 수 있는 미교정된 측정 장치에 대한 예시적인 일실시예의 개략도,

도 6은 주파수의 함수로 나타낸 상완 대 요골 전달 함수(brachial-to-radial transfer function)의 크기를 도시하는 그래프,

도 7은 교정된 장치에 의해 측정된 입력 신호와 미교정된 장치에 의해 생성된 출력 신호 사이의 입력 신호/출력 신호 전달 함수에 기초하여 미교정된 측정 장치에 대한 예시적인 일 실시예의 개략도,

도 8은 도 7을 비제로(non-zero) 주파수 신호 성분로 재도시한 도면,

도 9는 제로 주파수 성분를 제거하고, 측정되는 시스템의 제 1 위치에서 측정된 교정 입력 신호를 도시하는 그래프,

도 10은 제로 주파수 성분를 제거하고, 측정되는 시스템의 제 2 위치에서 측정된 미교정 측정 장치의 출력 신호를 도시하는 그래프,

도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 그래프에 기초하여 도 7 및 도 8에 도시된 입력 신호/출력 신호 전달 함수를 도시하는 그래프,

도 12는 본 발명의 시스템 및 방법에 따라서 교정을 시행한 후, 교정된 장치를 사용하여 시스템의 제 1 위치에서 측정된 입력 신호의 값과 제 2 위치에서 이 장치에 의해 측정된 입력 신호의 값을 도시하는 그래프,

도 13은 낮은 차수의 ARX 모델(low-order ARX model)을 사용하여 획득된, 추정된 입력 신호/출력 신호 전달 함수를 도시하는 그래프,

도 14는 혈압 측정 기기에 의해 감지된 압력과 동맥 혈압 펄스에 대해서 압력 대 시간으로 도시한 그래프,

도 15는 본 발명에 따라서 미교정된 센서 또는 변환기를 교정하는 방법에 대한 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도,

도 16은 도 15의 흐름도에서 이용되는 교정된 센서 장치가 시스템을 적절히 교정했는지 보장하기 위한 방법의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도,

도 17은 본 발명에 따라서 생물체 내의 상완 동맥압(brachial artery pressure)에 대해서 폐쇄 커프(occlusion cuff)를 교정하는 방법 및 교정된 폐쇄 커프를 사용하여 미교정된 요골 동맥 혈압 센서를 교정하는 방법에 대한 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도,

도 18은 본 발명에 따라서 미교정된 센서 또는 변환기를 교정하는데 사용될 수 있는 예시적인 하나의 시스템에 대한 블럭도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 센서 교정 시스템 110 : 입력/출력 인터페이스

120: 제어기140 : 평균값 판정 회로 또는 루틴

150 : 추정된 전달 함수 판정 회로 또는 루틴

160 : 교정된 파라미터 판정 회로 또는 루틴

200 : 교정된 입력 신호 센서300 : 미교정된 입력 신호 센서

본 명세서에 설명된 바와 같이, 본 발명은 측정되는 현상이 2개의 위치에서 서로 다른 특성을 가지고 측정될 때, 시스템에 대한 제 2 위치에서 획득된 알려진 교정의 제 2 신호로 시스템에 대한 제 1 위치에서 획득된 제 1 신호를 교정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 현상에 대한 왜곡을 보상하도록 교정 공식의 계수를 조정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이 왜곡은, 제 1 및 제 2 측정 위치에서 발생되는 물리적 현상에서의 차이로 인하여 각 신호에서 동시적으로 측정된 값을 상이하게 할 수 있다.

아래의 상세한 논의에서, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 공기 충진형 폐쇄 커프(air-filled occlusion cuff)를 채용하는 비침습적 혈압 모니터(non-invasive blood pressure monitor)를 사용하여 동맥 혈압기(arterial pressure tonometer)를 교정하는 것에 대해서 설명될 수 있음을 인식해야 한다. 그러나, 본 발명의 시스템 및 방법은 사전에 교정된 폐쇄 커프 혈압 모니터에 대해서 미교정된 동맥 혈압기를 교정하는 것에만 한정되지 않는다는 것을 인식해야 한다. 오히려, 본 발명의 시스템 및 방법은, 교정 프로세스에서 사용되는 교정 장치가 미교정된 센서 또는 변환기에 의해 측정되는 시스템의 위치로부터 별개의 위치에서 시스템을 측정할 때, 측정되는 시스템에 대해서 미교정된 소정의 센서 또는 변환기를 교정하는 데 사용될 수 있다.

일반적으로, 제 1 장치를 사용하는 시스템의 어떤 현상을 측정하여 생성된 신호는, 제 1 장치와 제 2의 사전에 교정된 장치에 의해 그 현상을 동시에 측정하여 나타낸 신호를 비교하는 것에 의해서 교정된다. 실제적으로, 미교정된 장치는 일반적으로, 소정의 동의된 방법 및 교정 신호를 생성하는 특정 기준에 대해서 교정되는 교정된 측정 장치로 물리적 현상을 측정하는 것에 의해서 교정된다. 그 다음, 현상에 대하여 교정된 신호(교정 장치에 의해서 생성됨)를 동일한 현상을 측정하는 미교정된 신호(미교정된 측정 장치에 의해서 생성됨)와 비교한다.

몇몇 유형의 측정에서, 측정 장치의 센서 또는 변환기는 교정 또는 미교정 여부에 관계없이, 측정되는 현상을 직접적으로 측정할 수 없다. 예를 들면, 혈관벽(blood vessel)의 경벽압(transmural pressure) 변화는 혈관벽 양단의 압력을 측정하는 것에 의해 직접적으로 측정될 수 없다. 그 대신에, 혈관벽으로부터 혈관벽을 감싸는 피부 표면으로 전파되는 혈압 펄스파를 측정하는 간접적인 측정이 사용될 수 있다. 간접 측정에서, 미교정된 장치의 교정은 측정 장치의 센서 또는 변환기의 측정 특성 및 측정되는 현상에 측정 장치의 센서 또는 변환기를 접속시키는 것에 의존한다. 결과적으로, 간접 측정은 흔히 미교정된 측정 장치가 측정되는 현상에 간접적으로 접속된 후에, 미교정된 측정 장치가 교정 신호로 교정될 것을 필요로 한다.

교정 프로세스는 미교정된 측정 장치 및 교정된 측정 정치를 이용하여, 2개의 장치로 그 현상의 2개 이상의 대체로 동시적인(generally simultaneous) 값을 획득하는 현상에 대한 동시적 측정법을 포함할 수 있다. "대체로 동시적인"이라는 용어는 두 측정이 대개 동시적이어서, 전파 지연(propagation delay) 내에서 동일 입력 신호가 2개의 위치에서 각각 측정되는 것을 포함한다는 것을 인식해야 한다.그러나, 이 용어는 또한 다수의 조건이 충족되는 한, 몇 분, 몇 시, 몇 일로 구분될 수 있는 2개의 상이한 시간에서 취해지는 측정을 포함한다.

특히, 2개의 측정은, 측정되는 시스템이 이 2개의 측정 사이에서 두드러지게 변화되지 않는 한, 소정 간격에 의해서 구분될 수 있다. 예를 들면, 여러 실생활(real-life)의 동역학적(dynamic mechanical), 수력학적(hydraulic), 함기성(pneumatic), 전기적 및 화학적 시스템에서는 장기 동적 반응(long-term dynamic response)을 발생시켜서 이러한 시스템을 변화 또한/또는 변동(drift)시키는 노후(aging), 마모(wear) 등이 발생된다. 또한, 이러한 시스템은, 이러한 시스템의 동적 반응에 장기 변화를 유발시키는 입력의 영향을 받을 수 있다. 즉, 이러한 시스템은 일반적으로 소정의 제한된 시간 간격까지는 안정하지만 더 긴 간격에서는 변화된다. 2개의 측정이 측정되는 시스템이 안정한 시간 간격 내에서 수행되는 한, 이러한 2개의 측정은 "대략 동시적(roughly simultaneous)"이라고 할 수 있다는 것을 인식해야한다.

다음으로, 미교정된 측정 장치에 의해서 획득된 측정된 신호 레벨을 교정된 측정 장치에 의해서 획득된 측정된 신호 레벨과 연관시키는 수학 관계식을 작성할 수 있다. 크기 조정(scaling) 및 위치 조정(shifting)에 의해서 입력 신호를 출력 신호로 변환시키는 미교정된 측정 장치에 있어서, 이 변환(transduction)은 아래의 식으로 나타낼 수 있다.

(1)

여기에서, O는 결과적인 출력 신호이고, K는 비례 상수이고, I는 입력 신호이고, O_O는 입력 신호가 제로(zero)일 때의 출력 신호와 동일한 상수이다.

도 1은 압력을 나타내는 입력 신호(I) 및 전압을 나타내는 출력 신호(O)에 대하여 식(1)을 구현한 개략도이다. 다양한 예시적인 실시예에서, 예를 들면, 입력 신호는 혈관벽 내부의 혈압이 될 수 있는 한편, 출력 신호는 혈관벽 내의 혈압에 응답하여 생물체의 표면에서의 압력 대 전압 센서 또는 변환기에 대해 인가된 힘(force) 또는 압력을 나타내는 전압이 될 수 있다.

이러한 미교정된 측정 장치를 교정하는 데 선형 방정식을 사용할 수 있다.

이러한 선형 방정식 중의 하나는 다음과 같다.

(2)

여기에서, I는 출력 신호를 교정하는 입력 신호이고, C_C는 교정 계수이고, I_O는 교정 상수이다.

식(2)에 대응되는 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 대 전압 변환기의 경우에, 교정 상수(I_O)는 오프셋 압력(offset pressure)(P_O)이다. 입력 신호가 혈관벽 내의 혈압(P)인 여러 예시적인 실시예에서, 오프셋 압력(P_O) 값은 측정된 전기 신호(E)의 값이 영일 때의 혈압이다.

입력 신호는 입력 신호를 모니터할 수 있는 교정 장치를 사용하여 측정할 수 있다. 출력 신호는 입력 신호를 출력 신호로 전환하는 미교정된 변환기에 의해서 생성될 수 있다. 이러한 경우에, 입력 신호 및 출력 신호의 동시적인 측정이 2개의 상이한 입력 값에 대하여 수행되었다면, 교정 계수(C_C)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(3)

여기에서, K는 식(1)에서의 비례 상수이고, I_A는 제 1 교정된 입력 측정이고, I_B는 제 2 교정된 입력 측정이고, O_A는 제 1 교정된 입력 측정(I_A)에 대응되는 제 1 미교정된 출력 측정이고, O_B는 제 2 교정된 입력 측정(I_B)에 대응되는 제 2 미교정된 출력 측정이다.

교정 상수(I_O)는 교정 계수(C_C), 측정된 입력 신호 및 측정된 출력 신호를 이용하여 판정할 수 있다. 특히, 식(3)을 이용하여 판정된 교정 계수(C_C) 값과 식(3)에서 사용된 입력 신호 및 출력 신호의 값이 주어지면, 식(2)을 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

(4)

어떤 경우에, 미교정된 측정 장치의 시스템으로의 접속이 용이하게 조정되지 않을 때에는, 미교정된 측정 장치가 시스템에 연결된 후에 미교정된 측정 장치를 교정해야만 한다. 예를 들면, 혈압 등과 같은 시간 변동 현상(time-varying phenomenon)을 측정하는 이러한 시스템에서, 교정 목적을 위해서 측정된 현상 내에서의 시간적인 변동을 이용할 수 있다. 혈압 등과 같이 시간 변동 현상을 감지하여 획득된 입력 신호는 일정한 평균 성분 및 시간 변동 성분를 포함한다. 그러므로, 입력 신호의 전체 측정값은 다음과 같다.

(5)

여기에서, I(t)는 입력 신호의 전체 측정값이고,는 입력 신호의 일정 평균 성분(constant average component)이고, i(t)는 입력 신호의 시간 변동 성분(time-varying component)이다.

또한, 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 변환기에서, 시간 변동 입력 신호에 반응하여 생성된 시간 변동 출력 신호는 일정 평균 성분 및 시간 변동 출력 성분에 의해서 나타낼 수 있다. 따라서, 식(5)에 기초하여 식(2)을 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

(6)

I(t)는 입력 신호의 전체 측정값이고, C_C는 교정 계수이고, O(t)는 출력 신호의 전체 측정값이고,는 출력 신호의 일정 평균 성분이고, o(t)는 출력 신호의 시간 변동 성분이다.

I(t) 및 O(t)가 동일한 주기를 가진 주기 함수라면, 입력 신호의 일정 평균 성분는 다음과 같다.

(7)

또한, 출력 신호의 일정 평균 성분는 다음과 같다.

(8)

t₀은 임의의 시간이고, k는 영이 아닌 정수이며, T는 시간 변동 주기 함수(I(t), O(t))의 주기이다.

식(6)은 입력 신호에 대하여 출력 신호를 교정하는 2가지 방식에서 사용될 수 있다. 첫 번째로, 2개의 시간 변동 입력 신호(I₁(t), I₂(t)) 및 대응하는 시간 변동 출력 함수(O₁(t), O₂(t))를 상이한 시간 주기에서 측정할 수 있다. 다음으로, 2개의 시간 변동 입력 신호(I₁(t), I₂(t))가 평균 성분로 상이한 값을 가지고 있다면, 교정 계수(C_C)는 다음과 같다.

(9)

여기에서,은 제 1 시간 변동 입력 신호(I₁(t))의 일정 평균 성분이고,는 제 2 시간 변동 입력 신호(I₂(t))의 일정 평균 성분(과는 서로 같지 않음)이고,은 제 1 입력 신호(I₁(t))에 기초하여 획득한 제 1 출력 신호(O₁(t))의 일정 평균 성분이고,는 제 2 입력 신호(I₂(t))에 기초하여 획득된 제 2 출력 신호(O₂(t))의 일정 평균 성분(와는 서로 같지 않음())이다.

이와 다르게, 시간 변동 입력 신호(I(t)) 및 대응하는 출력 신호(O(t))는 2개의 서로 다른 시간(t₁, t₂)에서 측정될 수 있다. 그 다음, 2개의 시간(t₁, t₂)에서 시간 변동 출력 신호(O(t))가 상이한 시간 변동 성분(o(t))값을 갖는다면, 교정계수(C_C)는 다음과 같다.

(10)

여기에서, I(t₁) 및 I(t₂)는 제 1 및 제 2 시간(t₁, t₂)에서의 시간 변동 입력 신호(I(t))값이고, O(t₁) 및 O(t₂)는 제 1 및 제 2 시간(t₁, t₂)에서의 시간 변동 출력 신호(I(t))값이고,는 시간 변동 입력 신호(I(t))의 일정 평균 성분이고,는 입력 신호(I(t))에 기초하여 획득된 전기 신호(O(t))의 일정 평균 성분이고, i(t₁) 및 i(t₂)는 제 1 및 제 2 시간(t₁, t₂)에서의 시간 변동 입력 신호(I(t))의 시간 변동 성분 값이고, o(t₁) 및 o(t₂)는 제 1 및 제 2 시간(t₁, t₂)에서의 시간 변동 출력 신호(I(t))의 시간 변동 성분값(o(t₁)≠o(t₂))이다.

때때로, 현상에 대한 값을 출력 신호로 변환하는 미교정된 센서가 위치되는 곳과 동일한 위치에서 교정 장치를 사용하여 현상의 값을 측정하는 것은 불가능하다. 예를 들면, 감지된 혈압을 전기적 신호로 변환하는 전기적 변환기가 위치되는 생물체의 동일한 해부학적 위치에서 교정된 혈압 모니터를 사용하여 생물체의 혈압을 측정하는 것은 종종 불가능하다. 전형적으로, 압력 변화에 응답하여 전기 신호를 발생시키는 미교정된 압력계는 생물체의 팔(forelimb)의 말단 근처에서 생물체의 요골 동맥 위에 위치될 수 있는 반면에, 교정된 혈압 측정은 생물체의 팔의 상완 동맥 위에 위치된 공기 충진형 혈압 커프를 사용하여 수행된다. 종종, 혈압 커프를 혈압계가 위치되는 팔의 반대편 팔에 위치시킬 수도 있다.

바람직하게는, 교정이 정확하려면, 미교정된 장치는 교정된 측정 장치에 의해서 측정된 것과 동일한 물리적 현상을 측정해야 한다. 미교정된 혈압 측정 장치 및 교정된 혈압 측정 장치가 동일한 해부학적 지점에서 측정을 수행할 수 없을 때와 같이 교정된 장치 및 미교정된 장치가 공간적으로 구분되는 2개의 위치에 위치될 때, 혈압 등과 같이 감지되는 현상이 2개의 위치에서 동일하지 않다면, 교정에서 에러가 발생할 수 있다. 2개의 위치 사이에서 현상의 발생 사이에 시간 지연이 있거나 교정된 장치의 위치에서 발생된 현상과 비교할 때 미교정된 장치의 위치에서 발생된 현상에 왜곡이 존재한다면, 그 현상에 대한 2개의 측정은 상이할 것이다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 생물체 내에서 혈액은 심장으로부터 생물체의 혈관계(vascular system)에 있는 보다 작은 동맥 가지(arterial branches)로 흐른다. 심장의 박동성 수축(pulsatile contractions)에 기인하여 발생되는 혈압 펄스파는 혈관계를 통과하는 한정된 전파 속도를 갖는다. 그러므로, 요골 동맥에서 감지된 혈압 펄스파의 파형은 상완 동맥에서 감지된 혈압 펄스파에 비해서 지연된다. 추가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 혈압 펄스파가 동맥 가지를 통해서 전파됨에 따라서, 펄스 파형 내에 상완 동맥과 요골 동맥에서 측정을 수행 할 때, 혈압 펄스의 파형 형상을 상이하게 만드는 펄스 파형 내에서의 왜곡이 발생한다.

생물체의 혈압이 생물체의 다른 위치 및 지점에서 측정될 때, 펄스 파형 형상의 왜곡은 무시할 수 있거나 존재하지 않을 수도 있다. 그러면, 혈압 펄스 파형은 가능한 시간 지연을 제외하고는 이들 위치에서 동일한 형상일 것으로 가정될 수 있다. 그러나, 임의의 시간 지연(any time delay)은 압력 측정(P(t₁), P(t₂)) 및 획득된 전기 신호 측정(E(t₁), E(t₂))을 제각기 입력 신호(I(t)) 및 출력 신호(O(t))로 이용하여 식(10)을 사용하여 교정 계수를 판정하는 것을 배제한다. 이러한 측정 위치에서 발생되는 것과 같이 소정 현상 내의 측정 위치 사이에서의 시간 지연이 있을 때, 시간 지연 신호가 서로에 대해서 위치 조정(shift)될 수 있는 것에 의해서, 시간 변동 신호의 특유의 특성, 예를 들면, 최대값 또는 최소값 등은 식(10)을 사용하여 교정 계수를 획득하는 값으로서 사용될 수 있다.

생물체의 요골 동맥에 위치된 압력계는 왜곡을 무시할 수 있는 것으로 가정하여 교정되었다. 도 4는 실선으로 도시된, 교정된 혈압 모니터에 의해서 측정된 상완 동맥 혈압 펄스 파형을 도시한다. 요골 동맥 혈압 펄스 파형은 점선으로 도시되어 있고, 2개의 파형의 최대값 및 최소값을 부합(matching)시켜서 교정된 압력계에 의해서 측정된다. 그러나, 도 4의 2개의 파형 형태에서의 명백한 차이는 요골 동맥에서 측정된 왜곡이 무시될 수 없음을 보여준다.

도 3에 도시된 바와 같이, 요골 동맥에서의 혈압 신호에 대한 시간 변동(AC) 성분의 진폭은 혈관계의 펄스 전송 특성에 기인하여 상완 동맥에서와는 매우 상이하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상완 동맥에서와 비교한 요골 동맥에서의 혈압 신호의 형태에서의 변화인 왜곡은 혈압 펄스 전송에서의 특징이다. 도 4에 도시된교정 프로세스 내에서 사용되는 최대 진폭(peak amplitude) 등과 같은 2개의 혈압 신호의 특성을 일치시키는 기법은 정확한 교정을 위해서는 충분하지 않다.

시스템의 제 1 측정 위치("a") 및 시스템의 제 2 측정 위치("b") 사이에서 물리적 현상의 변화는 주파수 도메인 전달 함수(frequency-domain transfer function)()에 의해서 설명될 수 있다.

(11)

여기에서,는 제 1 측정 위치("a") 및 제 2 측정 위치("b") 사이에서의 입력 신호에 대한 주파수 도메인 전달 함수이고,는 제 1 측정 위치("a")에서 측정된 제 1 시간 변동 입력 신호(I₁(t))에 대한 푸리에 변환(Fourier transform)이고,는 제 2 측정 위치("b")에서 측정된 제 2 시간 변동 입력 신호(I₂(t))에 대한 푸리에 변환이다.

식(11)을 재공식화(reformulated)하여 혈압 펄스파가 생물체의 상완 동맥으로부터 생물체의 요골 동맥으로 진행함에 따라서 생물체의 혈압 펄스파에서의 변화를 나타낼 수 있다. 특정하게, 이 변화는 동맥압 전달 함수의 식으로 나타낼 수 있다.

(11a)

여기에서,은 상완 동맥 측정 위치와 요골 동맥 측정 위치 사이에서의 입력 신호의 동맥압 전달 함수이고,는 상완 동맥 측정 위치에서 상완의 시간변동 혈압 펄스파(P_b(t))의 푸리에 변환이고,는 요골 동맥 측정 위치에서 요골의 시간 변동 혈압 펄스파(P_r(t))의 푸리에 변환이다.

도 5는 알려진 물리적 현상을 알려지지 않은 물리적 현상으로 변환하는 물리적 시스템 및 알려지지 않은 물리적 현상을 측정하는 데 사용될 수 있는 미교정된 장치에 대한 예시적인 일 실시예의 개략도를 도시한다. 특히, 도 5에서, 혈압 펄스파가 물리적 현상으로서 사용되었다. 알려진 물리적 현상으로는 폐쇄 커프 등과 같은 교정된 측정 장치에 의해서 측정될 수 있는 상완 혈압 펄스파(P_b(t))가 있다. 식(11a)에 도시된 것과 같은 상완 동맥에서 요골 동맥으로의 전달 함수()는 알려진 상완 혈압 펄스파(P_b(t))를 알려지지 않은 요골 혈압 펄스파(P_r(t))로 변환시킨다. 미교정된 측정 장치는, 식(1)에 규정된 바와 같이, 알려지지 않은 비례 상수(K) 및 알려지지 않은 교정 오프셋(E₀)을 기초로 하여, 알려지지 않은 요골 혈압 펄스파(P_r(t))를 미교정된 측정 신호(E_r(t))로 변환시킨다. 식(2)의 교정 계수(CC) 및 교정 상수(I0)를 판정하는 것은, 상압-요골 혈압 전달 함수() 등과 같이 제 1 및 제 2 측정 위치 사이의 전달 함수()에 대한 적어도 하나의 주파수 값을 알 수 있을 때까지는 불가능하다는 것을 인식해야 한다.

도 6은 상완 동맥 혈압 펄스파 및 요골 혈압 펄스파 사이의 상완-요골 혈압 전달 함수(brachial-radial blood pressure transfer function)()의 실험적으로 판정된 주파수 응답을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상완-요골 혈압 전달 함수()은 혈압 펄스파의 전파 특성이 공진 시스템(resonant system)과 같다는 것을 나타낸다. 공진 시스템에서, 공진 주파수 근처, 즉, 상완-요골 혈압 전달 함수()의 피크 근처에서 혈압 펄스파의 주파수 성분는 다른 주파수에서의 주파수 성분에 비해서 증폭된다. 도 6에 도시된 상완-요골 혈압 전달 함수()는 상완 동맥 측정 위치에서 측정된 혈압 펄스파의 주파수 성분에 대한, 요골 동맥 측정 위치에서 측정된 혈압 펄스파의 다양한 주파수 성분의 왜곡을 도시한다.

추가적으로, 도 6에 도시된 상완-요골 혈압 전달 함수()는 시스템의 유용한 특성을 도시한다. 이 유용한 특성은, 주파수가 제로로 접근함에 따라서 상완-요골 혈압 전달 함수()가 1의 값으로 근접한다는 것으로서, 이는 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

(12)

여기에서,은 제로 주파수에 대한 상완-요골 혈압 전달 함수(H_a(f))의 값이고,는 제로 주파수에 대한 시간 변동 상완 동맥 혈압 펄스파 신호(P_b(t))의 푸리에 변환의 값이고,는 (P_b(t))의 평균값이고,은 제로 주파수에 대해 시간 변동 요골 동맥 혈압 펄스파 신호(P_r(t))의 푸리에 변환의 값이고,은 (P_r(t))의 평균값이다.

본질적으로, 식(11a) 및 식(12)은 요골 및 상완 동맥 혈압 펄스파의 평균 혈압 또는 DC 성분가 동일하다는 것을 의미한다. 이러한 진술은, 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 예시적인 실시예에서 사용되는 상완 동맥 및 요골 동맥 등의 신체에서 큰 동맥에 대해서 유효하다. 상완-요골 혈압 전달 함수()가 일반적으로 알려져 있지는 않지만, 식(12)은 여러 경우에, 혈압 펄스가 혈관 시스템을 통해서 소정 거리만큼 전송될 때, 제로 주파수로 접근하는 혈압 신호의 주파수 성분의 진폭값을 제공한다. 이 정보는, 미교정된 혈압 측정 장치를 교정하기 위해서 본 발명의 시스템 및 방법에서 이용될 것이다.

더 일반적으로, 도 5에서 상완-요골 혈압 펄스파 전달 함수()에 대해 도시된 시스템의 제로 주파수 성분에 대해서 도 6에 도시한 것과 같이, 알려지거나 판정가능한 관계를 가지고 있는 일반 전달 함수()가 1개 이상의 주파수 성분(f₁, f₂, …)를 가진다면, 식(12)을 이 1개 이상의 주파수 성분(f₁, f₂, …)에 대해 사용하여 전달 함수()의 1개 이상의 주파수 성분(f₁, f₂, …)에 대한 진폭값을 판정할 수 있다.

입력 신호 대 출력 신호 전달 함수(input signal-to-output signal transfer function)인는 제 1 측정 위치("a")에 위치된 교정된 측정 장치에 의해서 측정된 입력 신호와 제 2 측정 위치("b")에 위치된 미교정된 변환기에 의해서 생성된 출력 신호로 정의될 수 있다.

"f₁" 주파수 성분 등과 같이, 전달 함수()가 알려지거나 판정가능한 값을 갖는 입력 신호 및 출력 신호의 1개 이상의 주파수 성분에 있어서, 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()의 값은 다음과 같다.

(13)

여기에서,은 주파수(f₁)에 대한 전달 함수()값이고, K는 식 1로부터의 비례 상수이며,는 주파수(f₁)에 대한 전달 함수()값이다.

도 5에 도시된 시스템에서, 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()는 압력 대 전압 신호 전달 함수(pressure-to-voltage signal transfer function)()이다. 앞에서 나타낸 바와 같이, 이 시스템에 대한 제 1 위치 대 제 2 위치 전달 함수()는 상완-요골 혈압 전달 함수()이다. 도 6에 도시된 것과 식(12)에 나타낸 바와 같이,이다. 그러므로, 식(13)은 상완 동맥 혈압 펄스파의 DC 성분와 생성된 전기 신호에 대해서 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

(13a)

여기에서, 는 압력 대 전압 전달 함수()값이고, K는 식(1)에서의 비례 상수이며,는 주파수가 제로일 때의 상완-요골 혈압 전달 함수()값이다. 입력 신호대 출력 신호 전달 함수()를 추정하는 데 사용되는 기법이 위상각(phase angle)을 추정하지 않으면, K의 부호는 데이터에 대한 지식으로부터 지정되어야 한다. 측정된 출력 신호(O₂(t))가 교정된 입력 신호(I₁(t))와 위상이같기 때문에, K의 값은 양의 값일 것이다. 그러므로, O₂(t) 및 I₁(t)이 위상이 같을 때, K의 값은 다음과 같다.

(14)

O₂(t)가 교정된 입력 신호(I₁(t))에 대해서 반전될 때, K는 음의 값을 가진다. 즉 K의 값은 다음과 같다.

(15)

O₂(t)는 시간 변동 성분(o₂(t))와 알려지지 않은 제로 주파수 성분(O₀)에 의존하기 때문에, 주파수(f)에 대해서 알려져 있거나 판정가능한 값을 가지는을 판정하는 것은 신호(O₂(t), I₁(t))로는 불가능하다. 그러나,가 잘 실행되는 주파수의 함수(well-behaved function of frequency)라면, 그것을 이용할 수 있다. 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수(H_IO(f))는 알려져 있거나 판정가능한 값을 가지는 1개 이상의 주파수 성분(f₁, f₂, …)에 접근하는 주파수로 실험적으로 판정할 수 있을 것이다. 예를 들면, 압력 대 전압 전달 함수()에서, 이 전달 함수()의 값은 제로에 근접하는 주파수에서 실험적으로 판정될 수 있다. 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()에서, 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()의 f₁주파수 값은 f₁로 접근하는 주파수를 판정하는 것으로부터 추정할 수 있을 것이다.예를 들면, 압력 대 전압 전달 함수()에서, 이 판정법으로부터 제로 주파수 값을 추정할 수 있을 것이다. 압력 대 전압 전달 함수() 또는 제로 주파수 성분를 사용하는 임의의 여타 전달 함수에서, O₀의 가산은 신호의 AC 성분에 영향을 주지 않는다. 그러므로, 도 8은 도 7을 AC에 대해서만 분석한 결과로 다시 도시한 도면을 나타낸다.

O₂(t) 및 I₁(t)로부터 입력 신호 대 출력 신호()를 판정하는 것은 여러 기법에 의해서 다뤄질 수 있는 시스템 일치 문제(system identification problem)이다.일 때의 입력 신호 대 출력 신호()의 추정값의 절대값으로부터 K를 판정하면, 식(3)에 제시된 바와 같이 교정 계수(C_C)는 K의 역수(reciprocal)이다.

교정 계수(C_C)를 획득한 후, 입력 신호 값의 오프셋(I₀)의 교정 상수는 다음에 설명되는 바와 같이, 측정된 입력 신호의 평균값의 추정을 사용하여 획득할 수 있다. 식(12)에서의 전달 함수()와 같은 전달 함수에 있어서, 식(12)을 다음과 같이 다시 써서 확장시킬 수 있다.

(16)

이와 비슷하게, 식(2)은 I₂및 O₂의 관점에서 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

(17)

식(16) 및 식(17)을 조합하여 I₀에 대해 풀면 다음 식을 얻을 수 있다.

(18)

그러므로, 식(12)에서의 전달 함수()와 같은 전달 함수에서, 입력 신호 값의 오프셋(I₀)의 교정 상수는 유도된 교정 계수(C_C) 및 교정 계수(C_C)를 판정하기 위해서 사용되는 입력 신호(,)의 평균값으로부터 판정할 수 있다.

일반적으로, 식(13) 내지 식(17)에 기초하여 교정 계수(C_C)를 판정하는 방법은, 제로로 접근하는 주파수에 대한 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()를 특징짓는 실험적 데이터를 가지고 가장 용이하게 사용된다. 입력 데이터 및 출력 데이터의 샘플(sample)로부터 전달 함수를 특징짓는 기법이 존재한다. 일반적으로, 이러한 기법은 모수적(parametric) 이거나 비모수적(non-parametric)인 전달 함수 추정법이다. 도 9는 교정된 상완 동맥 혈압 신호(p₁(t))의 시간 변동 성분의 실험적 데이터를 도시한 그래프이다. 도 9에 도시된 그래프에서, 70mmHg에 해당하는 평균 DC 성분()를 제거하였다. 도 10은 미교정된 요골 동맥 혈압 신호(e₂(t))의 시간 변동 성분를 도시한 그래프이다. 여기에서도, 도 10에 도시된 그래프에서, 0.33mV에 해당하는 평균 DC 성분()를 제거한다. 도 9 및 도 10에 도시된 신호는, 250샘플/초의 샘플링 속도(sampling rate)를 가진 연속적인 신호의 디지털화된 샘플(degitized samples)이다.

비모수적 기법은 일반적으로 입력 및 출력 시간 함수를 주파수 도메인으로 변환하는 것에 기초한다. 디지털화된 데이터에 대한 가장 보편적인 변환은 이산푸리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT)이다. 신호의 지속 기간(duration)이 2의 제곱과 같을 때, 이산 푸리에 변환은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을 사용하여 효과적으로 구현될 수 있다. 추정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()의 판정하는 데 가장 보편적으로 사용되는 이산 푸리에 변환에 기초한 방법은 다음과 같다.

(19)

E[…]는 통계적 기대값 연산자(statistical expectation operator)이고, W(τ)는 예를 들면, 해밍 윈도우(Hamming window) 등의 윈도우 함수(windowing function)이다.

이 예시적인 실시예에서, 함수(E[o₂(t)o₂(t+τ)])는 O₂(t)의 자동 상관 함수(auto-correlation function)이고, 함수(E[o₂(t)i₁(t+τ)])는 o₂(t)의 i₁(t)과의 교차 상관 함수(cross-correlation function)이다. 식(19)에서, 자동 상관 함수 및 교차 상관 함수에 윈도우 함수(W(τ))를 곱한 효과는 주파수 추정 결과를 평활(smooth)하게 하기 위한 것으로, 주파수 평활화의 양은 윈도우 함수의 폭에 역비례한다.

도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 데이터를 사용하여 획득된, 추정된 압력 대 전압 전달 함수()의 절대값을 나타낸다. 도 11에 도시된 데이터에 의해서 제공된, 추정된 압력 대 전압 전달 함수()를 사용하면, K는 0.0172volts/mmHg이고 식(13a)에 기초하여 유도된다. K가 판정되면, 식(3)에 기초하여, 교정 계수(C_C)는 58.1mmHg/volt이다. 교정 계수(C_C)가 판정되면, 식(4) 또는 식(18)에 기초하여, 교정 상수(I₀)는 69.98mmHg가 된다. 식(12)은 교정 계수(C_C)를 사용하여 교정된 요골 혈압 펄스파(P₂(t)) 및 교정된 상완 혈압 펄스파(P₁(t))를 도시한 그래프이고, 앞에서 판정된 바와 같이 C_C=58.1mmHg/volt이다.

전달 함수(H(f))를 판정하는 모수적 기법 중의 하나로서 자동 회귀(auto-regression : AR) 기법이 있다. 자동 회귀 기법에서, 복소수 z-도메인 내에서 다항식의 분수 형태를 가지는 전달 함수(H(z))를 판정한다. z-도메인 전달 함수(H(z))는 N_b-1차의 다항식 분자 및 N_a차의 다항식 분모를 가질 것이며, 다음의 형태일 것이다.

(20)

측정된 입력 신호 대 출력 신호 함수()가 최소제곱법에 따라서, 최적 다항식 전달 함수가 되도록, 계수(a_n, b_n)를 판정한다.

z-변환의 특성은, 단순히 아래와 같이 치환하는 것에 의해서 z-변환으로부터 푸리에 변환을 얻을 수 있다.

(21)

이 치환을 사용하여, 도 13은 식(20)에서 설명된 자동 회귀 모델로 도 9 및 도 10에 도시된 데이터를 사용하여 판정된, 측정된 압력 대 전압 전달 함수()의 절대값을 도시한 것으로, 여기에서 N_a=2이고 N_b=1이다.에 대해서 다시 씌여진 식(21) 및 식(14)을 조합하면 다음의 식을 얻을 수 있다.

(22)

도 13에 도시된 바와 같이, 자동 회귀 기법에 의해서 판정된, 추정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()를 사용하면, N_a=2이고 N_b=1로 하여 식(22)을 사용할 때, K는 0.0164volts/mmHg가 된다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법에 대한 여러 예시적인 실시예에서, 미교정된 센서 또는 변환기는 모수적 기법 또는 비모수적 기법 중의 하나를 사용하여 교정되어, 측정된 변환 함수를 판정할 수 있다. 구현된 특정 기법은 애플레케이션 또한/또는 교정될 측정 장치에 크게 의존할 것이다. 비모수적 기법은 일반적으로 보다 계산을 필요로 하는 경향이 강하지만, 전달 함수의 속성이 잘 알려져 있지 않은 시스템에 보다 일반적으로 적용될 수 있다. 전달 함수의 일반적인 속성이 알려져 있고 전달 함수가 비교적 낮은 차수의 다항식 분수로 구성될 수 있는 시스템에서, 모수적 기법은 매우 계산적으로 효율적일 수 있다. 예를 들면, 도 9 및 도 10에 도시된 데이터에 기초하여 요골 동맥 위에 위치된 전자 압력계(electronic tonometer)를 교정할 때, 제로 부근의 주파수에서 압력 대 전압 전달 함수(H_pv(f))는 2차 다항식 함수에 의해서, 즉, N_a=2 및 N_b=1로 설정하는 것에 의해서 양호한 근사치를 구할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법에 대한 예시적인 실시예는 혈류 혈압 커프 모니터(oscillometric blood pressure monitor)를 교정 기준(calibration standard)으로 사용하여 전자 압력계를 교정하는 것에 대해서 설명하였다. 여러 다른 예시적인 실시예에서, 교정되는 여타 체적 또는 압력 변환기가 혈압을 측정하는 데 사용될 수 있고, 교정된 혈류 혈압 커프이외의 교정된 장치가 혈압을 측정하는 데 사용될 수도 있다. 전자 압력계는 예를 들면, 개체의 손목 위와 같이, 압력계가 요골 동맥의 혈압 신호(P₂(t))에 비례하는 전기 신호(E₂(t))를 발생시킬 수 있는 곳에 위치될 수 있다. 전기 신호(E₂(t))는 연속적이거나 이산적일 수 있다. 전자 압력계에 의한 혈압 신호 출력은, 압력계의 전자 회로, 측정된 동맥 혈압의 평균 및 측정되는 동맥의 평균 경벽압(transmural pressure)의 함수인 평균 상수 성분()를 가진다.

앞서 설명된 바와 같이, 여러 예시적인 실시예에서, 교정된 혈류 혈압 모니터는, 예를 들면, 상완 동맥의 최대(수축기(systolic)), 평균 및 최소(확장기(diastolic)) 혈압을 판정할 수 있는 공기 충진형 폐쇄 커프이다. 이 혈압 측정은 동맥의 경벽 혈압에서의 시간적으로 변동하는 변화에 의해서 생성된다. 경벽 혈압에서 시간적으로 변동하는 변화는, 동맥의 체적 변화가 피개 조직(overlying tissues)을 통해서 피부 표면으로 송신되도록 유발하고, 공기 충진형 폐쇄 커프는 공기 충진형 폐쇄 커프 내의 압력 파동(pressure fluctuations)을 생성하는 것에 의해 체적 변화에 응답한다. 공기 충진형 폐쇄 커프 내의 압력 파동에 대한 진폭과, 그에 따른 혈류 혈압 모니터의 압력 신호는 공기 충진형 폐쇄 커프의 부피, 커프 압력과 상완 압력(경벽 압력) 사이의 차이, 동맥벽(arterial wall)의 탄성(elasticity), 혈류 혈압 모니터의 전기적 특성 및 공기 충진형 폐쇄 커프, 피개 조직, 공기 충진형 접속기 튜빙(connector tubing)의 주파수 응답에 대한 함수이다. 혈류 혈압 모니터는 혈압을 연속적으로 또는 이산적으로 측정할 수 있다.

경벽압 차이가 적을 때, 혈류 혈압 모니터에 의해서 측정된 혈압 신호의 형태는 동맥의 내부 혈압 신호의 형태와 매우 유사할 것이다. 경벽압 차이가 적을 때 혈압을 측정하는 기법은 플레티스모그래픽 측정(plethysmographic measurement)으로 알려져 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 플레티스모그래픽 측정은 혈류 혈압 측정 주기의 말단에서 이루어진다. 플레티스모그래픽 측정이 디지털화되면, 이 측정은 적절한 조정(scaling)을 거친 후에, 예를 들면 범용 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 마이크로 프로세서, 디지털 신호 처리기 또는 임의의 동등한 장치 또는 회로 등에 사용되는 교정 계수 및 교정 상수를 판정하는데 직접적으로 사용될 수 있다. 플레티스모그래픽 측정이 아날로그(analog)이면, 디지털화된 측정을 사용하기 전에, 예를 들면, 아날로그 대 디지털 컨버터에 의해서 먼저 이 측정을 디지털화해야 한다. 전자 압력계로 전기적 신호(E(t))를 측정하는 것에 의해서, 다음 식으로 혈압(P(t))을 구할 수 있다.

(23)

P(t)는 생물체의 시간 변동 혈압이고, C_pv는 혈압 대 전압 변환기에 대한 교정 계수이며, E(t)는 생물체의 시간 변동 혈압을 감지하는 것에 의해 생성된 시간 변동 전기 신호이고, P₀은 혈압 대 전압 변환기에 대한 교정 상수이다.

혈압 대 전압 교정 계수(C_pv) 및 혈압 교정 상수(P₀)는, 공기 충진형 폐쇄 커프와 비교하여 앞서서 설명된 바와 같이, 비침습적 혈압(NIBP) 모니터에 의해서 측정된 평균 혈압, 수축기 혈압 및 확장기 혈압을 사용하여 구할 수 있다.

플레티스모그래픽 측정에서, 평균 혈압이라면, 교정 계수(C_pv)는 다음과 같다.

(24)

P_S는 생물체의 수축기 혈압이고, P_D는 생물체의 확장기 혈압이고, E_S는 생물체의 수축기 혈압(P_S)에 대응되는 시간 변동 전기 신호값이고, E_D는 생물체의 확장기 혈압(P_D)에 대응되는 시간 변동 전기 신호값이다.

따라서, 식(23)을 재기록한 것에 기초하여, 교정 상수(P₀)를 다음 식으로 구할 수 있다.

(25)

도 15는 본 발명에 따라 미교정된 센서 또는 변환기를 교정하는 방법에 대한예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 특히, 도 15에 도시된 흐름도에서, 미리 감지되는 시스템에 대해서 교정된 교정 센서의 제 1 위치(A)로부터 이격(spaced away)되어 있는 감지되는 시스템과 관련된 제 2 위치(B)에 미교정된 센서를 위치시킨다.

도 15에 도시된 바와 같이, 이 방법의 작동은 단계(S100)에서 시작하여 단계(S110)로 진행하며, 이 단계(S110)에서는 물리적 현상의 입력 값(I₁(t))이 교정된 센서와 미교정된 센서에 의해서 감지되는 시스템의 주기적인 물리적 현상의 적어도 하나의 전체 주기에 걸쳐서 제 1 위치(A)에 위치된 교정된 센서로부터 획득된다. 다음으로, 단계(S120)에서, 출력 신호(O₂(t))는 시스템의 물리적 현상의 적어도 하나의 전체 주기에 대하여 제 2 위치(B)에 위치된 미교정된 센서로부터 획득된다. 일반적으로, 단계(S110, S120)는 흔히 동시적으로 발생되는 것에 의해서, 감지되는 시스템은 이 두 단계의 측정에서 동일한 상태에 놓이게 된다. 그러나, 각 단계(S110, S120)를 수행할 때, 감지되는 시스템이 실질적으로 동일한 상태에 놓여있는 한, 단계(S110, S120)를 동시적으로 수행해야 할 필요가 없다는 것을 인식해야 한다. 다음으로 작동은 단계(S130)로 진행된다.

단계(S130)에서, 입력 신호(I₁(t)) 및 출력 신호(O₂(t))의 평균값(mean value)인및를 판정한다. 다음으로, 단계(S140)에서, 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()를 추정한다. 추정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수는 모수적 방법 또는 비모수적 방법을 사용하여 추정될 수 있다는 것을 인식해야 한다.특히, 추정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수를 추정하기 위한 임의의 알려진 또는 추후에 개발되는 방법을 사용할 수 있다. 다음으로, 단계(S150)에서 추정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()에 대한 제로 주파수 값에 기초하여 K값을 판정한다. 다음으로, 작동은 단계(S160)로 진행된다.

단계(S160)에서 K의 부호를 판정한다. 앞서 나타낸 바와 같이, 측정된 출력 신호(O₂(t))가 입력 신호(I₁(t))에 따라서 발생된다면, K의 부호는 양의 부호가 될 것이다. 이와 반대로, 출력 신호(O₂(t))가 입력 신호(I₁(t))에 대하여 반전된다면, K는 음의 부호를 가질 것이다. 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수()의 위상이 알려져 있다면, K의 부호는 쉽게 판정될 수 있을 것이다. 전달 함수의 위상이 알려지지 않았다면, 측정된 입력 신호 대 출력 신호 전달 함수의 위상을 판정하여 K의 부호를 판정할 수 있을 것이다. 다음으로, 작동은 단계(S170)로 진행된다.

단계(S170)에서, 교정 계수(C_C)는 K의 역수로서 판정된다. 다음으로, 단계(S180)에서, 판정된 교정 계수(C_C) 및 판정된 입력 신호 및 출력 신호의 평균값(,)에 기초하여 교정 상수(O₀)를 판정한다. 다음으로, 단계(S190)에서, 이 방법의 작동이 종료된다.

도 16은 감지되는 시스템에 대해서 제 1 위치(A)에 위치된 교정된 제 1 센서가 감지되는 시스템에 대해서 적절히 교정되었는지 확인하는 방법에 대한 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 앞에서 개략적으로 나타낸 것과 같이, 도 15에서 개략적으로 나타낸 흐름도에서는 교정된 센서가 감지되는 시스템에 대해 적절히 교정되었다고 가정한다. 센서가 도 15에 개략적으로 나타낸 방법에서의 교정된 센서로서 사용될 수 있도록, 도 16에 개략적으로 나타낸 방법을 사용하여 센서를 교정할 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 이 방법의 작동은 단계(S200)에서 개시되어 단계(S210)로 진행되며, 이 단계(S210)에서는 감지되는 시스템에 대한 제 1 위치(A)에 위치된 제 1 센서를 이용하여, 적어도 제 1 및 제 2 시간(t₁, t₂)에 위치(A)에서 감지되는 물리적 현상의 입력값(I₁(t))을 획득한다. 다음으로, 단계(S220)에서, 제 1 센서로부터의 출력 신호(O₁(t))는 제 1 센서를 사용하여 제 1 위치(A)에서 또한 적어도 시간(t₁, t₂) 동안에, 감지되는 시스템 내에서 감지되는 물리적 현상에 응답하여 생성되거나 획득된다. 그 다음, 단계(S230)에서, 감지되는 물리적 현상의 입력 값(I₁(t₁), I₁(t₂)) 및 감지되는 시스템에 대한 제 1 위치(A)에 위치된 감지 장치로부터 대응하여 생성된 출력 신호(O₁(t₁), O₁(t₂))에 기초하여 제 1 센서에 대한 교정 계수(C_C)를 판정한다. 다음으로 작동은 단계(S240)로 진행된다.

단계(S240)에서, 입력 신호(I₁(t)) 및 출력 신호(O₁(t))의 각 평균값(,)은, 단계(S210, S220)에서 판정된 입력값(I₁(t)) 및 출력 신호(O₁(t))에서의 적어도일부분에 기초하여 판정된다. 그 다음, 단계(S250)에서, 판정된 교정 계수(C₁) 및 판정된 평균 입력 신호와 평균 출력 신호(,)에 기초하여 교정 상수(O₁)를 판정한다. 다음으로, 단계(S260)에서, 판정된 교정 파라미터에 기초하여 출력 신호값을 입력 신호값에 대해 조정(scale)한다. 다음으로, 작동은 단계(S270)로 진행되고, 여기에서 이 방법의 작동이 종료된다.

도 17은 상압 동맥 혈압을 감지하기 위해서 생물체에 위치되는 폐쇄 커프 혈압 센서를 이용하여, 요골 압력계 등과 같은 요골 동맥 혈압 센서를 교정하기 위해 위의 도 15 및 도 16에서 개략적으로 설명된 방법을 적용한 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 특히, 도 17에 도시된 바와 같이, 이 방법은 단계(S300)에서 개시되어 단계(S310)로 진행되는데, 이 단계(S310)에서 폐쇄 커프는 요골 압력계가 본 발명에 따른 시스템 및 방법을 이용하여 교정되는 생물체에 대하여 자체적으로 교정된다. 다음으로 작동은 단계(S320)로 진행된다.

생물체에 대하여 폐쇄 커프를 교정하는 임의의 알려지거나 추후에 개발되는 방법 및 기법을 단계(S310)에서 이용할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 추가적으로, 폐쇄 커프가 생물체에 대해 이미 교정되었거나 이 생물체에 대해서 이용될 수 있는 일반화된 교정 파리미터를 판정하는 것에 의해 일반적으로 교정되었다면, 단계(S310)는 생략될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들면, 대부분의 인체가 폐쇄 커프에 대해 실질적으로 유사한 교정 파라미터를 가지고 있다면, 임의의 인체에 이용될 수 있는 일반화된 교정 파라미터를 판정하여 폐쇄 커프를 교정할 수 있고, 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 사용되어 미교정된 요골 압력계를 교정할 수 있을 것이다.

단계(S320)에서, 생물체의 상완 둘레에 폐쇄 커프를 팽창시키거나 수축시켜서 이 생물체의 상완 동맥 내의 확장기 혈압(diastolic blood pressure) 바로 아래의 압력까지 폐쇄 커프를 압입(pressurize)시킨다. 폐쇄 커프 내의 압력은 확장기 혈압에 근접해야 할 필요는 없다는 것을 인식해야 한다. 다음으로, 단계(S330)에서, 신호(P₁(t)) 및 신호(E₂(t))는 혈압 펄스파의 적어도 하나의 전체 주기동안, 제각기 폐쇄 커프 및 미교정된 요골 동맥 혈압 센서로부터 획득된다. 다음으로, 단계(340)에서, 신호(P₁(t)) 및 신호(E₂(t))에 대한 각각의 평균값(,)을 판정한다. 다음으로, 작동은 단계(S350)로 진행된다.

단계(S350)에서, 주파수 도메인 내에서 전달 함수를 추정하는데 사용될 수 있는 임의의 알려져 있거나 추후에 개발된 모수적 기법 및 비모수적 기법을 사용하여 혈압 펄스파 대 요골 동맥 센서 출력 신호 전달 함수()를 추정(estimate)한다. 다음으로, 단계(S360)에서, 추정된 혈압 펄스파 대 요골 동맥 센서 출력 신호 전달 함수의 제로 주파수 값()에 기초하여 K의 값을 판정한다. 다음으로, 단계(S370)에서, 단계(S160)에 관하여 위에서 개략적으로 설명한 바와 같이 K의 부호를 판정한다. 다음으로 작동은 단계(S380)로 진행된다.

단계(S380)에서, 미교정된 요골 동맥 센서에 대한 교정 계수(C_C)는 K의 역수로서 판정된다. 다음으로, 단계(S390)에서, 판정된 교정 계수(C_C) 및 판정된 평균 상완 동맥 혈압()과 평균 요골 동맥 센서 출력 신호값()에 기초하여, 미교정된 요골 동맥 센서에 대한 교정 상수(P₀)를 판정한다. 다음으로, 작동은 단계(S400)로 진행되고, 여기에서 이 방법의 작동은 종료된다.

도 18은 본 발명에 따른 센서 교정 시스템의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 센서 교정 시스템(100)은 링크(link)(210)에 의해서 교정된 입력 신호 센서(200)에 접속되고, 링크(310)에 의해서 미교정된 입력 신호 센서(300)에 접속된다. 교정된 입력 신호 센서(200) 및 미교정된 입력 신호 센서(300)는 감지되는 물리적 현상을 가지는 시스템에 접속된다. 특히, 미교정된 입력 신호 센서(300)가 제 1 위치(A)로부터 이격되어 있는 제 2 위치(B)에 접속되는 반면에, 교정된 입력 신호 센서(200)는 제 1 위치(A)에 접속된다.

센서 교정 시스템(100)은, 각각 제어 또한/또는 데이터 버스(170)에 의해서 상호 접속되는(interconnected), 링크(210, 310)를 거쳐서 신호를 입력하는 입력 출력 인터페이스(110), 제어기(120), 메모리(130), 평균값 판정 회로 또는 루틴(routine)(140), 추정된 전달 함수 판정 회로 또는 루틴(150) 및 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)을 포함한다. 메모리(130)는 신호 부분(132), 평균값 부분(134), 추정된 전달 함수 부분(136) 및 교정 파라미터 부분(138)을 포함한다.

신호 부분(132)은 각각의 교정된 입력 신호 센서(200) 및 미교정된 입력 신호 센서(300)에 의해서 감지된 주기적인 물리적 현상의 1개 이상의 전체 주기에 대한 출력을 저장한다. 평균값 부분(134)은 교정된 입력 신호 센서(200) 또한/또는 미교정된 입력 신호 센서(300)로부터 수신된 신호를 가지고 평균값 판정 회로 또는 루틴에 의해서 판정된 평균값을 저장한다. 추정된 전달 함수 부분(136)은 추정된 전달 함수 판정 회로 또는 루틴(150)에 의해서 생성된, 추정된 전달 함수를 저장한다. 교정 파라미터 부분(138)은 미교정된 입력 신호 센서(300)에 대하여 교정 파라미터 판정 회로 혹은 루틴에 의해서 판정된 교정 계수와 교정 상수를 저장한다. 또한, 교정 파라미터 부분(138)은 교정된 입력 신호 센서(200)에 대해 센서 교정 시스템에 대해서 판정된 교정 파라미터를 저장할 수 있다. 이와 다르게, 교정 파라미터 부분(138)은 교정된 입력 신호 센서(200)에 대한 미리 결정된 교정 파라미터를 저장할 수 있다.

작동 중에, 센서 교정 시스템(100)의 제어기(120)의 제어 하에, 1개 이상의 교정된 입력 신호 센서(200) 및 미교정된 입력 신호 센서(300)는 감지되는 시스템의 감지된 물리적 현상으로부터 출력 신호를 생성한다. 이들 출력 신호는 1개 이상의 교정된 입력 신호 센서(200) 또한/또는 미교정된 입력 신호 센서(300)에 의해서, 제각기 링크(210) 또한/또는 링크(310)를 거쳐서 입력 출력 인터페이스(110)로 제공된다. 입력 출력 인터페이스(110)는, 제어기(120)의 제어 하에, 메모리(130)의 신호 부분(132) 내에 신호를 저장한다. 다음으로, 제어기(120)의 제어 하에, 신호 부분(132)에 저장된 신호는 평균값 판정 회로 또는 루틴(140)으로 출력된다. 평균값 판정 회로 또는 루틴(140)은 각각 교정된 입력 신호 센서(200) 및 미교정된입력 신호 센서(300)로부터의 신호에 대한 평균값을 판정한다. 다음으로, 제어기(120)의 제어 하에, 평균값 판정 회로 또는 루틴에 의해서 판정된 평균값은 평균값 부분(134) 내에 저장된다.

또한 제어기(120)의 제어 하에, 임의의 알려져 있거나 추후에 개발되는 모수적 또는 비모수적 전달 함수 추정 기법 또는 알고리즘(algorithm)을 사용하여 출력 신호 부분으로부터 추정된 전달 함수()를 판정하는, 추정된 전달 함수 판정 회로 또는 루틴으로 신호 부분(132)에 저장된 신호를 공급한다. 다음으로, 제어기(120)의 제어 하에, 추정된 전달 함수는 추정된 전달 함수 부분(136) 내에 저장된다. 추정된 전달 함수 판정 회로(150)는 평균값 판정 회로(140)와 독립적이거나 동시적(concurrently)으로 작동될 수 있다는 것을 인식해야 한다.

다음으로, 제어기(120)의 제어 하에서, 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)은 추정된 전달 함수 부분에 저장된, 추정된 전달 함수를 입력하고, 예를 들면, 제로 주파수 성분 등과 같이, K의 값으로서 추정된 전달 함수의 원하는 주파수 성분를 구한다. 그 다음, 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)은 K값의 역수로서 교정 계수(C_C)의 값을 판정한다. 다음으로, 판정된 교정 계수(C_C), 미교정된 출력 신호 센서(300)에 의해서 출력된 출력 신호의 평균값 및 교정된 입력 신호 센서(200)에 의해서 출력된 출력 신호로부터 획득된 물리적 현상의 평균값을 기초로 하여, 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)은 교정 상수(O₀)를 판정한다. 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)에 의해서 판정된 미교정된 센서(300)에대한 교정 파라미터는 교정 파라미터 부분(138) 내에 저장된다.

교정된 입력 신호 센서(200)가, 이 센서가 놓여진 위치인 시스템의 특정한 위치(A)에 대해서 교정될 필요가 있거나 임의의 다른 원인이 있다면, 교정 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)이 그 동작을 수행할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 특히, 제어기(120)의 제어 하에서, 교정된 입력 신호 센서는 도 17에 관하여 앞에서 개략적으로 나타낸 것과 같이 교정된 입력 신호 센서를 교정하는 데 사용될 수 있는 신호값을 생성하도록 작동될 수 있다. 이 신호 부분은 입력/출력 인터페이스(110)를 통해서 입력되고, 제어기(120)의 제어 하에 신호 부분(132)에 저장된다. 다음으로, 교정된 파라미터 판정 회로 또는 루틴(160)은 교정된 입력 신호 센서(200)에 대해서 교정 계수(C_C1)를 생성하고 교정된 입력 신호 센서(200)에 대해서 교정 상수(I₁)를 생성한다.

여러 예시적인 실시예에서, 도 18에 도시된 센서 교정 시스템(100)은 프로그래밍된 범용 컴퓨터(general purpose computer)에서 구현된다. 그러나, 센서 교정 시스템(100)은 또한, 프로그래밍된 마이크로 프로세서 또는 마이크로 제어기(microcontroller) 및 주변 집적 회로 소자(peripheral integrated circuit elements), ASIC 또는 다른 집적 회로, 디지털 신호 프로세서, 이산 소자 회로와 같은 배선형(hardwired) 전자 회로 또는 논리 회로, PLD, PLA, FPGA 또는 PAL과 같은 프로그래밍 가능한 논리 장치 등의 전용 컴퓨터(special purpose computer)에서 구현될 수도 있다. 일반적으로, 도 15 내지 도 17에 도시된 흐름도를 구현할 수있는 유한 상태 머신(finite state machine)을 구현할 수 있는 임의의 장치는 센서 교정 시스템(100)을 구현하는데 이용될 수 있다.

도 18에 도시된 각 회로는 적합하게 프로그래밍된 범용 컴퓨터의 부분으로서 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그렇지 않으면, 도 18에 도시된 각 회로는 ASIC 내에서, 또는 FPGA, PDL, PLA 또는 PAL을 이용하거나 이산 논리 소자 또는 이산 회로 소자를 이용하는, 물리적으로 분리된 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. 도 18에 도시된 회로가 취할 수 있는 각각의 특정한 형태는 설계 선택 사항이고, 이것이 당업자들에게는 명백하며 예측가능할 것이다.

더욱이, 센서 교정 시스템(100)은 프로그래밍된 범용 컴퓨터, 전용 컴퓨터, 마이크로 프로세서 등에서 실행되는 소프트웨어(software)로서 구현될 수 있다. 이 경우에, 센서 교정 시스템(100)은 센서 시스템 내에 내장된 루틴으로서, 또는 서버에 장착된 리소스(resource) 등으로서 구현될 수 있다. 또한, 센서 교정 시스템(100)은 소프트웨어 또한/또는 하드웨어 시스템 내에 물리적으로 접속시키는 것에 의해서 구현될 수도 있다.

도 18에 도시된 메모리(130)는 변경 가능한, 휘발성 또는 비휘발성 메모리이거나 변경 불가능하거나 고정된 메모리의 임의의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 이와 다른 메모리는, 휘발성 또는 비휘발성인지 여부에 관계없이, 정적 또는 동적 RAM, 플로피 디스크 및 디스크 드라이브, 기록 가능 또는 재기록 가능 광디스크 및 디스크 드라이브, 하드 드라이브, 플래시 메모리 등에서 임의의 1개 이상을 이용하여 구현될 수 있다. 이와 유사하게, 변경될 수 없거나 고정된 메모리는 ROM, PROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM 또는 DVD-ROM 디스크 등의 광 ROM 디스크 및 디스크 드라이브 등에서 임의의 1개 이상을 사용하여 구현될 수 있다.

각 링크(210, 310)는 제각기 센서(200, 300)를, 일반 전화 교환망(public switched telephone network)을 통한 접속, 직접 케이블 접속(direct cable connection), 원거리 통신망(wide area network) 또는 근거리 통신망(local area network)의 접속, 인트라넷(intranet)의 접속, 인터넷(internet)의 접속 또는 임의의 다른 분산화된 프로세싱 네트워크나 시스템의 접속을 포함하는 센서 교정 시스템(100)으로 접속시키는, 임의의 알려져 있거나 추후에 개발되는 장치 또는 시스템일 수 있다. 또한, 센서(200, 300)를 제각기 센서 교정 시스템(100)으로 접속시키는 각 링크(210, 310)에서, 이러한 각 링크의 적어도 한 부분은 유선 또는 무선 링크일 수 있다는 것을 인식해야 한다. 일반적으로, 링크(210, 310)는 각각 스캐너(scanner)(100)를 스캐닝된 이미지 등록 시스템(scanned image registration system)(200)으로 접속시키는데 사용 가능한, 임의의 알려져 있거나 추후에 개발되는 접속 시스템 또는 구조물일 수 있다.

본 발명은 앞에서 개략적으로 설명한 특정한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 당업자에게 있어서 여러 다른 실시예, 수정 및 변경이 명확할 것이라는 것은 분명하다. 따라서, 앞에서 제시된 것과 같은 본 발명의 바람직한 실시예는 예시적으로 의도된 것이며 한정짓고자 하는 것이 아니다. 첨부된 청구항에서 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않으면서 여러 변화가 이루어질 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 시스템에서 자연적으로 발생하는 변동에 대한 주파수 분석법을 원 위치에서 이용하여 미교정된 센서 또는 변환기에 대한 교정 계수 및 교정 상수를 판정하는 것에 의해서, 기존의 시간-도메인 교정을 사용할 경우에 발생되는 부정확도를 감소시키거나 이상적으로는, 제거시킬 수 있다.

Claims

제 1 위치에서 교정된 센서(calibrated sensor)를 이용하여 시간 변동 물리적 현상(time-varying physical phenomenon)을 감지하는 것에 의해서, 상기 제 1 위치에서 상기 시간 변동 물리적 현상의 입력 파형(input waveform)을 판정하는 단계와,

제 2 위치에서 미교정된 센서(uncalibrated sensor)를 이용하여 상기 시간 변동 물리적 현상을 감지하는 것에 의해서, 상기 미교정된 센서가 상기 제 2 위치에서 상기 시간 변동 물리적 현상에 대응하는 출력 파형(output waveform)을 출력하는 단계와,

상기 입력 및 출력 파형에 기초하여 상기 출력 파형을 상기 입력 파형과 관련시키는 주파수-도메인 전달 함수(frequency-domain transfer function)를 판정하는 단계와,

판정된 상기 주파수 도메인 전달 함수에 기초하여 상기 미교정된 센서에 대한 교정 계수를 판정하는 단계와,

상기 판정된 교정 계수, 상기 입력 파형 및 상기 출력 파형에 기초하여 상기 미교정된 센서에 대한 교정 상수를 판정하는 단계

를 포함하되,

상기 판정된 교정 계수 및 상기 판정된 교정 상수는 상기 미교정된 센서를 상기 제 2 위치에 있는 상기 시간 변동 물리적 현상으로 교정하는

미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 시간 변동 물리적 현상은 혈압인 미교정된 센서 교정 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 교정된 센서는 교정된 혈류 혈압 모니터(calibrated oscillometric blood pressure monitor)인 미교정된 센서 교정 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 미교정된 센서는 압력계(tonometer)인 미교정된 센서 교정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 압력계는 전자 애플라네이션 압력계(electronic applanation tonometer)인 미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 교정된 센서는 상기 제 1 위치에서 상기 시간 변동 물리적 현상에 응답하는 알려진 주파수 및 진폭을 가지는 미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 및 출력 파형에 기초하여 상기 주파수-도메인 전달 함수를 판정하는 단계는, 상기 입력 및 출력 파형에 기초하여 추정된 주파수 도메인 전달 함수를판정하는 단계를 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 판정된 주파수 도메인 전달 함수에 기초하여 상기 미교정된 센서에 대한 상기 교정 계수를 판정하는 단계는,

상기 제 2 위치에서 상기 시간적 변동 물리적 현상의 상기 입력 파형을 제 2 입력 파형과 관련시키는 제 2 주파수 도메인 전달 함수가 판정가능한 값을 가지는 주파수에서의 상기 추정된 주파수 도메인 전달 함수를 판정하는 단계와,

상기 주파수에서의 상기 추정된 주파수 도메인 전달 함수의 값과 상기 제 2 주파수 도메인 전달 함수의 상기 판정가능한 값에 기초하여 상기 교정 계수를 판정하는 단계

를 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 주파수는 제로(zero)인 미교정된 센서 교정 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 주파수 도메인 전달 함수는 제로 주파수에서 1의 값을 갖는 미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 파형의 평균값을 판정하는 단계와,

상기 출력 파형의 평균값을 판정하는 단계

를 더 포함하되,

상기 미교정된 센서에 대한 상기 교정 상수를 판정하는 단계는 상기 교정된 계수, 상기 입력 파형의 상기 평균값 및 상기 출력 파형의 상기 평균값에 기초하여 상기 교정 상수를 판정하는 단계

를 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 및 출력 파형에 기초하여 상기 출력 파형을 상기 입력 파형과 관련시키는 상기 주파수 도메인 전달 함수를 판정하는 단계는,

각 상기 입력 및 출력 파형에 대하여 적어도 하나의 전체 파형을 획득하는 단계와,

상기 주파수 도메인 전달 함수에 대응하는 복소수 z-도메인 내에서 추정된 전달 함수를 규정하는 단계-상기 추정된 z-도메인 전달 함수는 복수의 파라미터를 가짐-와,

상기 추정된 z-도메인 전달 함수를 상기 획득된 상기 입력 및 출력 파형에 대한 적어도 하나의 전체 파형에 피팅(fitting)시키는 것에 의해 상기 파라미터의 값을 판정하는 단계와,

상기 피팅된 z-도메인 전달 함수를 상기 주파수 도메인 전달 함수로 변환하는 단계

를 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 추정된 주파수-도메인 전달 함수가 판정가능한 값을 가지는 주파수를 판정하는 단계와,

상기 판정된 주파수를 등가의 z-도메인 값으로 변환하는 단계

를 더 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 13 항에 있어서,

등가의 z-도메인 값 및 상기 추정된 z-도메인 전달 함수의 상기 파라미터에 대해서 상기 판정된 값에 기초하여 상기 교정 계수를 판정하는 단계를 더 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 추정된 z-도메인 전달 함수를 규정하는 단계는, 아래의 형태를 가지는 상기 추정된 z-도메인 전달 함수에 대한 다항식 분자 및 다항식 분모를 규정하는 단계를 더 포함하되,

상기 다항식 분자는 N_b-1차 다항식이고, 상기 분모는 N_a차 다항식이며, 상기복수의 파라미터는 계수(a_n, b_n)인 미교정된 센서 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 위치에서 제 2 미교정된 센서를 상기 시간 변동 물리적 현상에 대해서 교정하는 것에 의해서, 상기 제 2 미교정된 센서가 교정된 후에 상기 교정된 센서로서 사용될 수 있게 하는 단계를 더 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 제 1 위치에서 상기 제 2 미교정된 센서를 상기 시간 변동 물리적 현상에 대해서 교정하는 단계는,

적어도 제 1 시간 및 제 2 시간에 상기 제 1 위치에서, 상기 시간 변동 물리적 현상의 상기 입력 파형의 값을 획득하는 단계와,

적어도 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간에 상기 제 1 위치에서 상기 시간 변동 물리적 현상에 대응하여 상기 제 2 미교정된 센서에 의해서 출력된 제 2 출력 파형의 값을 획득하는 단계와,

상기 입력 및 제 2 출력 파형의 적어도 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간에 대해서 획득된 값에 기초하여, 상기 제 1 위치에서 상기 시간 변동 물리적 현상에대하여 상기 제 2 미교정된 센서의 제 2 교정 계수를 판정하는 단계와,

상기 판정된 제 2 교정 상수, 상기 입력 파형 및 상기 제 2 출력 파형에 기초하여 상기 제 2 미교정된 센서에 대한 제 2 교정 상수를 판정하는 단계-상기 판정된 제 2 교정 계수 및 상기 판정된 제 2 교정 상수는 상기 제 1 위치에서 상기 제 2 미교정된 센서를 상기 시간 변동 물리적 현상에 대해서 교정함-

를 포함하는 미교정된 센서 교정 방법.
교정된 혈류 혈압 모니터로 상완 동맥 혈압(brachial artery blood pressure)을 측정하여 교정된 혈류 혈압 신호를 생성하는 단계와,

미교정된 전자 애플라네이션 압력계로 요골 동맥 혈압을 측정하여 전압 신호를 생성하는 단계와,

상기 교정된 혈류 혈압 신호 및 상기 미교정된 전자 애플라네이션 압력계의 상기 전압 신호에 기초하여 주파수 도메인 압력 대 전압 전달 함수를 판정하는 단계와,

주파수 도메인 압력 대 전압 전달 함수에 기초하여 상기 미교정된 전자 애플라네이션 압력계에 대한 교정 계수를 판정하는 단계와,

상기 판정된 교정 상수, 상기 교정된 혈류 혈압 신호 및 상기 전압 신호에 기초하여 상기 미교정된 전자 애플라네이션 압력계에 대한 교정 상수를 판정하는 단계-상기 판정된 교정 계수 및 상기 판정된 교정 상수는 상기 미교정된 전자 애플라네이션 압력계를 상기 요골 동맥 혈압에 대해서 교정함-

를 포함하는 전자 애플라네이션 압력계 교정 방법.