KR20050054533A - 동맥혈관 분석시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동맥혈관 분석시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명의 목적은 심장박동에 의한 맥파가 동맥혈관을 거쳐 각 신체부위에 전달되는 시간차를 이용하여 동맥혈관의 특성을 분석하는 동맥혈관 분석시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 적어도 두 개의 신체부위에 장착되고 심장에서 동맥혈관을 거쳐 상기 신체부위로 전달된 맥파를 검출하는 복수의 맥파검출장치, 상기 맥파검출장치들로부터 검출된 맥파들간의 맥파 전달시간차에 기초하여 동맥혈관의 탄성도를 판단하는 맥파분석장치를 포함한다.

따라서, 본 발명은 심장에서 동맥혈관을 거쳐 각 신체부위에 전달되는 맥파들사이의 시간차를 이용하여 동맥혈관의 탄성도를 정확히 분석할 수 있는 장점이 있다.

Description

동맥혈관 분석시스템{Arterial blood vessel analysis system}

본 발명은 동맥혈관 분석시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동맥혈관의 탄성정도를 분석하는 동맥혈관 분석시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연령이 증가함에 따라 혈관은 협착과 동맥경화의 과정을 거치면서 노화가 진행된다. 동맥경화란 여러 가지 원인에 의해서 혈관이 딱딱하게 굳어지면서 혈관의 탄력성이 소실되고 혈관이 좁아지게 되어 결국 동맥의 파열이나 폐쇄 등이 일어나 여러 가지 질병을 일으켜 사망까지 이르는 대표적인 성인병의 하나이다. 혈관이 딱딱하고 탄력성이 없기 때문에 동일한 양의 혈액이 흘러도 동맥의 내벽에는 항상 보다 큰 압력이 가해지게 되고 이결과로서 동맥의 벽은 상처를 입고 동맥경화가 진행된다. 동맥경화증은 연령 증가에 따라 자연히 발생하지만, 여러 가지 위험인자에 의해 촉진된다는 것이 밝혀지고 또 이런 위험인자를 조절함으로써 동맥경화의 진행을 억제할 수 있다는 것이 밝혀지면서 많은 연구가 진행되고 있다.

혈관의 노화와 동맥경화의 정도를 판단하는 이상적인 방법은 동맥의 탄력성의 정도를 측정하는 것이다. 그러나 간편하면서도 신뢰할 수 있는 측정방법에 대한 연구가 아직 부족한 실정이다. 현재 임상에서는 심전도, 혈액검사, 혈압 등을 종합적으로 참고하여 판단하거나, 초음파나 조영제를 혈관에 투입해 검사하는 기존의 엔지오그램, MRA 등을 통하여 판단하기도 한다. 이 검사들은 모두 혈관의 노화나 동맥경화와 관련은 있으나, 직접적으로 경화정도를 나타내지는 못한다. 따라서 지금까지 동맥경화의 조기발견이 어렵고, 혈관 노화 정도를 정량적으로 파악하기도 어려웠다.

기존에 사용되는 검사법은 약물 등을 혈관에 투여함으로써 환자에게 고통을 느끼게 하거나, 단지 혈관의 폐쇄정도만을 파악하는 수준에 머물러 있다.

또한 혈액검사를 통하여 판단하는 방법도 있지만, 동맥경화 발생의 위험정도를 예측할 뿐, 동맥의 탄성 정도를 구체적으로 판단하는 데는 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 심장박동에 의한 맥파가 동맥혈관을 거쳐 각 신체부위에 전달되는 시간차를 이용하여, 동맥의 탄력성과 관련된 동맥혈관의 특성을 분석하는 동맥혈관 분석시스템을 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동맥혈관 분석시스템은 적어도 두 개의 신체부위에 장착되고 심장에서 동맥혈관을 거쳐 상기 신체부위로 전달된 맥파를 검출하는 복수의 맥파검출장치, 상기 맥파검출장치들로부터 검출된 맥파들간의 맥파 전달시간차에 기초하여 동맥혈관의 탄성도를 판단하는 맥파분석장치를 포함한다.

상기 맥파분석장치는 상기 맥파검출장치들에서 검출된 맥파신호를 증폭, 필터링 및 디지털신호 변환하는 맥파신호처리부, 상기 맥파신호처리부의 각각의 출력신호를 미분하고 미분파형에 미리 설정된 값을 적용하여 각 맥파 한 주기마다의 최대점을 구하고 각 맥파 간 최대점들사이의 평균시간차를 산출하는 맥파분석부, 상기 맥파분석부에서 산출된 평균시간차에 기초하여 동맥혈관의 탄성정도를 판단하는 탄성도분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성도분석부는 상기 평균시간차가 연령대 별로 미리 설정된 시간보다 짧으면 상기 동맥혈관의 탄성정도가 낮은 것으로 판단하고, 상기 평균시간차가 미리 설정된 시간보다 길면 상기 동맥혈관의 탄성정도가 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 신체부위는 좌측 지첨과 좌측 족지첨, 우측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 지첨, 좌측 족지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 족지첨과 우측 지첨 들 중 어느 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 한다.

또한, 동맥혈관 분석시스템은 좌우측의 지첨과 족지첨의 동맥에서 발생되는 맥파를 검출하는 복수의 맥파검출장치, 상기 맥파검출장치들로부터 검출된 좌측 지첨과 족지첨사이의 맥파 전달시간차와 우측 지첨과 족지첨사이의 맥파 전달시간차에 기초하여 좌우측 동맥혈관의 탄성정도를 비교 판단하는 맥파분석장치를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

동맥 관로에서 맥파가 전달되는 속도는 동맥벽의 탄성에 의해 결정된다. 즉, 혈관 벽의 탄성이 감소할수록 맥파의 전달 속도는 증가하므로 노년이 될수록 맥파의 전달 속도는 높아진다. 맥파의 전달속도를 정확히 알기 위해서는 심장에서 검출부위까지의 동맥혈관의 거리를 정확히 알아야하는데 이 동맥혈관의 거리를 정확히 알기 어려우므로 본원발명에서는 신체부위 한 곳에서의 맥파 전달속도를 직접적으로 이용하는 대신에 신체부위의 적어도 두 곳 이상에서의 맥파 전달시간을 이용하여 동맥의 탄성성을 유추한다.

도 1은 본 발명에 따른 동맥혈관 분석시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동맥혈관 분석시스템은 4개의 맥파검출기(10), 맥파분석장치(20)를 포함한다.

맥파검출기(10)는 헤모글로빈의 흡광량 변화를 파형으로 기록하는 반사 광전식 용맥파 검출기이다. 이 맥파검출기(10)는 도 2와 같이 PCB 위에 일정간격을 두고 적외광 다이오드(IR LED)와 포토다이오드(Photo Diode ; PD)로 이루어져 있다. 이 맥파검출기(10)는 지첨 또는 족지첨과 같은 신체부위에 각각 마련되고, 적외광 다이오드(IR LED)와 포토다이오드(Photo Diode ; PD)를 이용하여 신체부위의 혈관에서의 용적변화를 일으킬 때에 혈관 세그먼트 내의 헤모글로빈의 양도 함께 변동되므로 헤모글로빈의 변동량으로부터 용적 변동량을 계측한다.

맥파분석장치(20)는 도 3과 같이 맥파신호처리부(21), 맥파모니터링부(22), 맥파분석부(23), 탄성도분석부(24)를 포함한다.

맥파신호처리부(21)는 도 4와 같이, 맥파검출기(10)의 포토 다이오드(12)(PD)의 전류를 증폭하여 전압으로 변환하는 증폭기(21a)(Amp), DC성분을 제거하는 고역통과여파기(21b)(HPF), 60Hz 전원 노이즈 제거를 위한 대역제거여파기(21c)(Notch filter) 그리고 고주파 신호 성분을 제거하기 위한 저역통과여파기(21d)(LPF), 필터링된 아날로그의 맥파신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(21e)를 포함한다.

맥파모니터링부(22)는 A/D컨버터(21e)를 구동하여 맥파신호처리부(21)의 출력신호를 PC 모니터상에 실시간 디스플레이하고, 데이터 저장 선택 여부에 따라서 데이터를 저장하는 취득하는 기능을 수행한다.

맥파분석부(23)는 전처리 과정을 통해 맥파들의 특징점을 검출하고, 검출된 특징점들 간의 간격을 구하여 샘플링 율로 나눠줌으로써 맥파들의 전달시간차를 산출한다.

맥파분석부(23)의 작동을 도 5를 참조하여 좀더 상세히 살펴보면, S10 단계에서 맥파신호처리부(21)의 출력신호를 미분한다. 일예로, 도 6은 좌측의 지첨과 족지첨에서 측정된 맥파 신호의 전달시간차를 구하는 과정을 보인 도이다. 도 7a, 7b와 도 8a, 8b는 각각 14세와 72세의 좌우측 지첨과 족지첨에서 얻은 맥파를 보인 것으로서 74세 피검자의 경우, 12세에 비해 지첨과 족지첨의 파형이 매우 근접하여 두 맥파의 시간차가 매우 짧음을 알 수 있다.

도 6과 같이, S11단계에서 미분파형의 최대값에 예를 들어 30%한 값을 임계값으로 산출한다.

S12단계에서 S10단계에서 미분된 파형에 S11단계에서 산출된 임계값을 적용하여 각 채널별 맥파 한 주기마다 최대점을 검출한다.

S13단계에서 검출된 최대점의 위치정보를 각 채널별로 인덱스 어레이에 저장한다.

S14단계에서 두 채널간 맥파 전달시간차를 산출하기 위해 S13에서 저장된 최대점의 위치정보값을 서로 뺀다. 그리고, 뺀 값들의 평균을 구하고, 이 평균값을 시간으로 환산하기 위해서 데이터를 취득하는 간격인 샘플링율로 나눠줌으로써 맥파전달시간차를 산출한다.

탄성도분석부(24)는 맥파분석부(23)에서 산출된 맥파전달시간차와 탄성도판단을 위해 미리 설정된 시간차를 비교하여 동맥혈관의 탄성도를 판단한다.

상술한 바와 같이, 동맥혈관의 탄성도와 직접적인 연관이 있는 정보를 이용하여 혈관의 노화 정도와 동맥 경화 정도를 판단하는 방법은 맥파 전달 시간과 맥파 전달 속도를 이용하는 것이다.

맥파의 전파 속도는 혈관에 따라 차이가 있는데, 혈관의 신전성과 혈관벽 두께등에 의해 크게 영향을 받는다. 즉 맥파 속도는 혈관이 딱딱하든가 혈관벽이 두터우면 증가하며 혈관의 반경이 작을수록 신속하다. 따라서 대동맥에서의 속도가 4~6[m/s]인데 비하여 신전성이 작은 근육형 동맥에서의 속도는 8~12[m/s]에 이른다. 혈관의 신전성은 노년이 될수록 감소하므로 맥파 속도는 노인에서 높다. 고혈압 환자에서는 혈관벽이 딱딱하기 때문에 혈관을 더 이상 신장시키기가 어려우므로 전파속도가 신속하다. 반대로 정맥은 신전성이 아주 크므로, 맥파 속도는 심히 느리며, 대정맥에서의 속도는 1[m/s]에 불과하다. 그러므로 맥파 속도는 혈관계의 신전성을 잘 반영한다고 볼 수 있다. 혈관의 신전성은 노년이 될수록 감소하므로 맥파 전파속도는 노인에서 높다. 고혈압 환자에서는 혈관벽이 딱딱해져 있기 때문에 혈관을 더 이상 신전시키기가 어려우므로 전파속도는 신속하다. 반대로 정맥은 신전성이 아주 크므로 맥파 전파속도는 느려서 대정맥에서의 속도는 1[m/s]에 불과하다.

따라서, 본원발명에서는 신체부위의 적어도 두 곳 이상에서의 맥파 전달시간을 이용하여 동맥의 탄성성을 유추한다.

이하에서는 신체부위 중 좌우측 지첨과 족지첨에 도달하는 맥파들의 전달시간차를 예를 들어 동맥혈관의 특성을 분석하는 과정을 살펴보기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동맥혈관 분석시스템의 제어방법에 대한 제어흐름도이다. 도 9를 살펴보면, 좌우측 지첨과 족지첨의 맥파를 검출한다(S100).

그리고, 좌측 지첨과 좌측 족지첨사이의 맥파전달시간차(△t1)와 우측 지첨과 우측 족지첨사이의 맥파전달시간차(△t2)를 산출한다(S101). 도 10은 심장박동에 의하여 대동맥 기시부에서 생긴 맥파가 좌우측 지첨과 족지첨까지 전달되는 맥파 전달시간(PTT1, PTT2, PTT3, 그리고 PTT4)과 두 관로의 맥파 전달 시간차(△t1, △t2)를 도시하고 있다. 도 7과 같이, 심장박동에 의하여 대동맥 기시부에서 생긴 맥파가 좌우측 지첨까지 전달되는 맥파 전달 시간(PTT1, PTT3)과 좌우측 족지첨까지 전달되는 맥파 전달 시간(PTT2, PTT4)의 차(△t1)는 아래의 식과 같이 표현된다.

△t1[sec] = PTT1 - PTT2

△t2[sec] = PTT3 - PTT4

그런 후 작동모드 S101에서 산출된 맥파전달시간차(△t1, △t2)를 동맥혈관의 탄성도판단을 위해 미리 설정된 시간과 비교한다(S102).

작동모드 S102에서의 비교결과 맥파전달시간차(△t1, △t2)가 연령대 별로 미리 설정된 시간보다 길면 동맥혈관의 탄성정도가 높은 것으로 판단한다(S103). 그리고, 만약, 맥파전달시간차(△t1, △t2)가 미리 설정된 시간보다 짧으면 동맥혈관의 탄성정도가 낮은 것으로 판단한다(S104). 즉, 지첨과 족지첨사이의 거리가 다름에도 시간차가 적다는 것은 지첨동맥혈관 또는 족지첨동맥혈관의 탄성도가 낮아 맥파의 전달속도가 빨라진 것으로 볼 수 있으므로 동맥경화의 정도가 크다는 것을 쉽게 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 신체부위를 좌측 지첨과 좌측 족지첨, 우측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 지첨, 좌측 족지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 족지첨과 우측 지첨 들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 다변화하고, 그 신체부위들에 전달되는 맥파전달시간차를 산출함으로써 동맥혈관의 탄성도 뿐만 아니라, 어느 동맥혈관의 탄성도가 크거나 적은지도 정확히 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 심장에서 동맥혈관을 거쳐 각 신체부위에 전달되는 맥파들사이의 시간차를 이용하여 동맥혈관의 특성을 정확히 분석할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 신체부위들을 다변화하여 신체부위들에 전달되는 맥파전달시간차를 산출함으로써 동맥혈관의 종합적인 탄성도 뿐만 아니라, 특정 부위 동맥혈관의 탄성 정도를 정확히 분석할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동맥혈관 분석시스템의 구성도이다.

도 2는 도 1의 용적맥파 검출기의 외형도이다.

도 3은 도 1의 맥파분석장치의 제어블록도이다.

도 4는 도 3의 맥파신호처리부의 제어블록도이다.

도 5는 도 3의 맥파분석부에서 맥파 전달시간차를 산출하는 과정을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

도 6은 좌측의 지첨과 족지첨에서 측정된 맥파 신호의 시간차를 구하는 과정을 보인 도이다.

도 7a, 7b는 14세 피검자의 좌우측 지첨과 족지첨의 실제 맥파 파형을 보인 파형도이다.

도 8a, 8b 72세 피검자의 좌우측 지첨과 족지첨의 실제 맥파 파형을 보인 파형도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동맥혈관 분석시스템의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

도 10은 좌우측 지첨과 족지첨사이의 맥파 전달 시간차(△t1, △t2)를 설명하기 위한 도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

10 : 맥파검출기 20 : 맥파분석장치

21 : 맥파신호처리부 22 : 맥파모니터링부

23 : 맥파분석부 24 : 탄성도분석부

Claims (5)

1. 적어도 두 개의 신체부위에 장착되고 심장에서 동맥혈관을 거쳐 상기 신체부위로 전달된 맥파를 검출하는 복수의 맥파검출장치,

   상기 맥파검출장치들로부터 검출된 맥파들간의 맥파 전달시간차에 기초하여 동맥혈관의 탄성도를 판단하는 맥파분석장치를 포함하는 동맥혈관 분석시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 맥파분석장치는 상기 맥파검출장치들에서 검출된 맥파신호를 증폭, 필터링 및 디지털신호 변환하는 맥파신호처리부, 상기 맥파신호처리부의 각각의 출력신호를 미분하고 미분파형에 미리 설정된 값을 적용하여 각 맥파 한 주기마다의 최대점을 구하고 각 맥파 간 최대점들사이의 평균시간차를 산출하는 맥파분석부, 상기 맥파분석부에서 산출된 평균시간차에 기초하여 동맥혈관의 탄성정도를 판단하는 탄성도분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동맥혈관 분석시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 탄성도분석부는 상기 평균시간차가 미리 설정된 시간보다 짧으면 상기 동맥혈관의 탄성정도가 낮은 것으로 판단하고, 상기 평균시간차가 미리 설정된 시간보다 길면 상기 동맥혈관의 탄성 정도가 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 동맥혈관 분석시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 신체부위는 좌측 지첨과 좌측 족지첨, 우측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 지첨, 좌측 족지첨과 우측 족지첨, 좌측 지첨과 우측 족지첨, 좌측 족지첨과 우측 지첨 들 중 어느 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 동맥혈관 분석시스템.
5. 좌우측의 지첨과 족지첨의 동맥에서 발생되는 맥파를 검출하는 복수의 맥파검출장치,

   상기 맥파검출장치들로부터 검출된 좌측 지첨과 족지첨사이의 맥파 전달시간차와 우측 지첨과 족지첨사이의 맥파 전달시간차에 기초하여 좌우측 동맥혈관의 탄성정도를 비교 판단하는 맥파분석장치를 포함하는 동맥혈관 분석시스템.