KR20060081178A - 광혈류 측정신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치 - Google Patents

광혈류 측정신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광혈류 측정신호(photoplethysmographic signal)(이하 PPG라 한다)를 이용한 이동형 혈압 감시장치에 관한 것이다.
본 발명의 혈압감시장치는 PPG(광혈류 측정신호)를 검출하는 PPG신호 검출부; 온도센서를 구비하여 온도 신호를 검출하는 온도신호 검출부; 압력센서를 구비하여 압력 신호를 검출하는 압력신호 검출부; 상기 PPG신호 검출부, 상기 온도신호 검출부, 압력신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템; 상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 압력신호와 온도신호가 각각 소정의 기준범위들 내에 있을때, 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 PPG신호, 압력신호, 온도신호로 부터 혈압값을 연산하는 연산처리부; 연산처리부로부터 연산된 혈압값을 저장하는 메모리부; 연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
광혈류 측정신호, PPG, 온도, 압력, 수축기 혈압, 이완기 혈압, 맥파신호, 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호

Description

광혈류 측정신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치{Hand-held type blood pressure monitoring system using PPG signal}
도 1은 디옥시헤모글로빈(Hb)과 옥시헤모글로빈(HbO2)의 빛의 파장에 따른 흡수 계수이다.
도 2는 PPG 신호의 일예이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 PPG신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치를 설명하기위한 개략적인 블럭도이다.
도 4은 도 3의 PPG신호 검출부를 설명하기위한 블록도이다.
도 5는 도 4의 PPG 센싱부의 손가락에서의 부착위치의 일예이다.
도 6은 도 3의 PPG 센싱부, 압력 센싱부, 온도 센싱부의 손가락에서의 부착위치의 일예이다.
도 7은 도 3의 계수 설정부의 구성을 설명하기위한 개략적인 블럭도이다.
도 8은 온도 및 압력 제어시의 도 7의 계수 설정부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 온도 및 압력 미제어시의 도 7의 계수 설정부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 온도 및 압력 제어시 도 3의 연산처리부에서 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 구하는 개략적인 흐름도이다.
도 11은 온도 및 압력 미제어시 도 3의 연산처리부에서 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 구하는 개략적인 흐름도이다.
본 발명은 광혈류 측정신호(photoplethysmographic signal)(이하 PPG라 한다)를 이용한 이동형 혈압 감시장치에 관한 것이다.
고혈압을 진단하고 치료함에 있어서 정기적으로 혈압을 측정, 관리하는 일이 무엇보다도 중요하다.
혈압 측정 장치는 관혈적인 방법을 사용한 장치와 비관혈적인 방법을 사용한 장치로 크게 나눌 수 있다. 관혈적인 방법은 직접법이라고도 하며 피검자의 혈관 내에 직접 카테터를 삽입하여 혈압을 측정하는 방법이다. 비관혈적인 방법은 간접법이라고도 하는데 이 방법에는 청진법(Auscultatory measurement), 촉진법(Palpatory measurement), 오실로메트릭법(Oscillometric measurement), 피나프레스(Finapres)법(Finger Arterial Pressure measurement), 촉각센서의 위상 변이(Phase Shift)법, 맥파 전달 시간을 이용한 방법 등이 있다.
이들 중 혈압 측정의 표준으로 여겨지고 있는 것은 직접법과 청진법이다. 직접법은 비용과 위험성 등의 이유로 연구목적 또는 중환자실에서만 사용되고 있으며, 청진법은 수은 혈압계를 이용하는데 수년전부터 병원 내에서 유해물질 규제가 강화되며 미국과 유럽 등 선진국에서는 점진적으로 사용이 제한되고 있다.
현재 혈압을 측정하는 방법으로 일반적으로 청진법과 오실로메트릭 방법을 많이 사용하는데, 이 두 방법 모두는 피검자의 상완이나 손목에 커프를 부착하여 수축기 혈압보다 높은 압력으로 가압하여 동맥을 폐색시킨 후 천천히 감압을 하면서 혈압을 측정하는 방법이다. 그리고 피나프레스 방법은 측정 위치를 손가락으로 하며, 오실로메트릭 방법과 같은 방법으로 압력을 제공한 후, 광학적 방법을 통해 혈류의 변동을 획득하여 혈압을 측정한다. 하지만 이렇게 커프를 사용하는 측정 방법은 폐색되었던 동맥이 원상 복귀될 대까지 재 측정을 할 수 없어 연속적인 혈압 측정이나 장시간의 혈압 변화 추이를 관찰하는데 적합하지 않고 커프에 의한 압박으로 인해 피검자가 불편함을 느끼거나 피부 외상을 입을 수도 있다. 특히 이와같이 커프를 사용하는 것은 정기적으로 혈압을 측정, 관리해야 하는 환자에게는 아주 큰 불편한 일이다.
이러한 단점을 해결하기 위해 제시된 방법이 맥파 전달 시간(Pulse Transit Time, PTT)를 이용한 방법이 있는데, 이 방법은 혈압과 맥파 전달 시간의 반비례 관계를 이용하여 혈압을 추정하는 방법으로, 혈압이 증가하게 되면 혈관 벽의 신전성이 감소하고 이에 따라 맥파 전달 시간이 감소하며, 반대로 혈압이 감소하면 혈관 벽의 신전성이 증가하여 맥파 전달 시간이 증가하는 현상을 기초로 혈압을 측정하는 방법이다. 하지만 맥파 전달 시간을 이용한 방법은 심전도 신호의 부가적인 획득이 필요하다. 따라서 심전도 신호의 획득 없이, 반사파 도달 시간(ΔTDVP)을 이용하여 단지 용적 맥파(volume pulse)만을 이용한 혈압 추정법에 관한 연구들이 현재 진행되고 있다. 그러나 이 방법도 맥파 전달 시간(PTT)를 이용한 방법과 마찬가지로, 혈관 벽의 신전성의 단일 요소로만 혈압을 추정하기 때문에 해결해야할 여러가지 문제들이 있다.
따라서 혈압을 측정시 환자에게 편안함을 부여하며 사용이 용이한 혈압 측정 및 감시장치가 요망된다.
본 발명은 환자에게 혈압 측정시 편안함을 부여하며 사용이 용이한 PPG 신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치를 제공한다. 특히 본 발명에서는 환자의 편안함과 접근성을 유도하기위해 PPG 측정에 사용되는 센서에 최소한의 구속을 전제로 하였다.
또한 본 발명은 보다 정확한 혈압을 측정할 수 있는 혈압 감시장치를 제공한다. 즉, 본 발명의 혈압감시 장치는 혈관 벽의 신전성의 단일 요소로 혈압을 추정하여 발생할 수 있는 오류를 제한하기 위해, 생리학적 혈압 발생 기전을 정의 하고, 이를 획득된 데이터로부터 분석하여 보다 정확한 혈압을 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 혈압감시장치는 혈압을 측정할 뿐만 아니라, PPG 신호로부터 혈류량과 맥파를 분석하여 각각의 요소에 대한 정보를 분석하여 심혈관 기능에 대한 정보도 획득할 수 있다. PPG 신호는 심혈관계에 있어 심장의 출력량을 제시하고 혈관의 저항성 성분을 제시하기 때문에 보다 정확한 심혈관 기능을 제시할 수 있다.
또한 본 발명은 PPG 신호를 얻을 수 있는 인체의 소동맥계 어느 부위에서도 측정이 가능한 혈압감시장치를 제공한다. 종래의 혈압측정계는 손목, 상완, 손가락 등의 한정된 부위에서만 측정할 수 있었으나, 본 발명의 혈압감시장치는 PPG 신호를 얻을 수 있는 인체의 소동맥계 어느 부위에서도 측정가능하다.
이하, 본 발명에 따른 이론적 기술배경은 설명하면 다음과 같다.
혈류는 각 혈관부 사이의 압력차에 의해서 생기며, 혈액은 압력이 높은 부분에서 낮은 부분으로 흐른다. 혈류를 결정하는 요인들은 옴의 법칙과 유사한 수학식 1으로 요약할 수 있다.
Figure 112005000969711-PAT00001
즉, 혈류량 V는 ΔP(동맥과 정맥의 평균 혈압 차이)와 혈관의 저항 R의 비와 같다.
혈관계에서의 압력(동맥압과 정맥압)은 혈액이 혈관벽에 대해 나타내는 단위면적당 힘에 해당하며, 일반적으로 mmHg로 표시한다.
저항 R은 직접 측정할 수는 없으나 수학식 1에 의하여 혈관계에서 두지점간의 압력차와 혈류량으로부터 계산할 수 있다. 흐름에 대한 저항은 액체층(fluid layer) 간의 내부 마찰과 혈관벽과 유체층간의 마찰로 인해 발생하는데, 혈관의 크기, 액체의 점성, 흐름의 유형에 의해 결정된다. 혈류량은 하겐-포아제유(Hagen-Poiseuilles) 법칙(HPL)에 의해 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005000969711-PAT00002
여기서 ΔP는 압력차, r은 반경, η은 액체의 점성,
Figure 112005000969711-PAT00003
은 관의 길이이며 상수 8은 속도 종단면도의 적분에서 얻어진다. 옴의 법칙에 의하면 흐름에 대한 저항은 수학식 3과 같이 나타내어진다.
Figure 112005000969711-PAT00004
수학식 3으로부터 혈류량과 흐름에 대한 저항이 반경의 4 제곱에 각각 정비례, 반비례함을 알 수 있으며, 이 두 변수는 관의 길이나 압력차, 점성 변화보다는 관의 직경 변화에 더 크게 영향을 받는다. 이와 같은 관계에서 관의 반경 변화는 순환계의 적응이 국소적이든 전신적으로 필요하든지간에 혈류량과 압력을 효과적으로 조절하는데 있어 결정적인 기전이 된다.
압력과 부피와의 관계를 살펴면, 사람이 성장하는 동안 대동맥의 용량은 증가하며, 신전성(유순도)은 젊은 성인에서 (16∼39세) 가장 크며, 더 나이가 들면 대동맥은 팽창되고 유순도는 감소한다. 즉 나이가 들어감에 따라 부피는 커지고 압력은 줄어든다. 이는 사람이 나이가 들어감에 따라, 혈액의 계속적인 압력하에서 수동적인 팽창이 생기며, 나이든 조직에서 탄성의 감소되기 때문이다.
혈관은 탄력성을 갖기 때문에 압력변화는 직접 간접적으로 내강 직경의 변화 를 일으켜 혈류량에 영향을 미친다. 그러므로 어떤 혈관에서 혈류량은 딱딱한 관에서 옴의 법칙에 따라 예상되는 것보다 훨씬 크게 압력 증가에 의해 영향을 받는다. 이 경우에 지속적으로 증가되는 기울기를 갖는 혈류와 압력 곡선이 그려진다.
그러나 다른 혈관에서는 압력의 증가는 이보다는 적게 혈류량을 증가시키므로 압력의 혈류-압력의 곡선 경사는 지속적으로 감소한다. 이 효과는 신장에 대해 수축반응을 나타내는 평활근 조직의 자동조절반응에 기인한다(Bayliss 효과). 자동조절수축은 혈관 내 압력이 증가할 때 더 강하여, 압력의 증가 시 혈류량이 약간 증가하거나 아예 증가하지 않을 수 있다. 이 기전은 조직에 혈액공급을 안정하게 한다.
혈관의 특성은 탄력(Windkessel) 혈관, 저항혈관, 괄약혈관, 교환혈관, 용량혈관, 분류혈관의 6가지로 분류할 수 있다. 이중 저항혈관은 말단동맥과 세동맥, 약간의 모세혈관과 세정맥이 저항혈관에 해당한다. 흐름에 대한 가장 큰 저항은 모세혈관 전 부위(말단동맥과 세동맥)에서 발생하는데 이 혈관들은 비교적 작은 내강과, 근육성분이 많은 두꺼운 벽을 갖고 있다. 이 혈관의 근육조직의 수축 상태가 변화하면 혈관 직경이 뚜렷이 변화하며, 특히 수많은 세동맥 단계에서 총 단면적이 상당히 변화한다. 혈류저항에 대한 단면적의 영향으로 보아 이러한 혈관에서 평활근의 활성은 여러 기관에 심박출량을 분배하는데 있어서 뿐만 아니라 각 혈관 내에 혈류량을 조절하는데 결정적인 요인이라고 할 수 있다.
혈관계에서의 저항에 있어서, 대동맥, 동맥, 비교적 긴 동맥분지들이 흐름에 대한 전체저항의 약 19%를 차지한다. 말단 동맥과 세동맥들은 거의 50%를 차지한다. 즉, 저항의 거의 반이 겨우 수 mm 길이의 혈관에 존재한다. 이렇게 저항의 커다란 증가는 비교적 작은 직경의 말단 동맥과 세동맥 때문인데 단면적의 감소는 평행관 수가 증가하더라도 완전히 보완되지 않는다. 모세혈관에서의 저항도 상당하여 전체의 25%이다. 정맥부위에서는 세정맥(4%)에서 저항이 가장 크고 나머지 정맥혈관은 겨우 3%만을 차지한다. 총말초저항(Total Peripheral Resistance : TPR)이란 체순환의 전체적인 저항을 말한다. 즉 모든 병렬로 연결된 혈관상의 저항이다. 총말초저항과 총혈류량(심박출량)이 어떤 순간에서의 혈압을 결정한다. 소동맥계에서의 혈압은 혈액량 × 저항이다.
혈관 내 혈액량은 이완기동안의 심장의 충만압을 결정하는데 중요하며 따라서 심장이 분출하는 혈액량을 결정하는데 있어 중요하다. 저항혈관의 특징은 높은 저항과 작은 용량을 갖고 용량혈관의 특징은 낮은 저항과 큰 용량을 갖는다.
동맥계 압력에 있어서, 혈액의 관성으로 인하여, 박출기동안 대동맥으로 들어가는 혈액의 액체기둥이 동시에 가속화 되는 것이 방지된다. 이 가속은 상대동맥의 기저부 혈액에만 일어나며 일시적인 압력 증가, 소위 압맥박(pressure pulse)을 일으킨다. 처음에 압력은 유속과 함께 급속히 증가하다가 그 후에는 매우 서서히 증가하여 혈류맥박이 최대에 이른 후에 압맥박이 최대로 된다. 그 후 압력은 떨어진다.
일반적으로 수축기동안 압맥박 곡선의 최대값을 수축기 혈압(PS)이라 하고 이완기 동안의 최소값을 이완기 혈압(PD)이라한다. 혈압의 진폭(PS - PD)를 맥압이라 한다. 평균혈압(PM) 또는 동맥 평균혈압은 혈류를 추진하는 힘으로 혈관의 한 부위에서의 압력의 평균을 나타낸다. 이것은 압맥박 곡선을 시간에 대해 적분하여 얻어진다. 중앙동맥에서 평균혈압은 PS와 PD의 산술평균 즉 이완기 혈압에 혈압의 진폭의 1/2를 더한 값(PM = PD + (PS - PD)/2)으로 나타낼 수 있다. 말초동맥에서의 평균혈압은 이완기 혈압에 혈압진폭의 1/3을 더한 값에 가깝다(PM = PD + (PS - PD)/3).
맥압에 있어서, 2001년 발표한 프래밍험(Framingham) 연구에서 프랭클린(Franklin) 등은 나이가 듦에 따라 관동맥 위험의 예측인자는 확장기 혈압에서 수축기 혈압을 거쳐 맥압으로 이동한다고 하였다. 즉 50세 이하에서는 확장기 혈압이 가장 강력한 예측인자였으나 50대 때는 이행기로서 혈압의 세 요소 모두가 엇비슷하게 중요하였고, 60세 이후에는 확장기 혈압은 오히려 관동맥 위험과 음의 상관관계를 보임에 따라 맥압이 수축기 혈압보다 더욱 강력한 위험 예측 인자로 대두된다고 한다. 생리학적인 측면에서 보면 맥압은 심실 구출(ventricular ejection), 동맥의 경직(arterial stiffness) 및 압파 반사(wave reflection)라는 세 주요 혈역학적인 인자에 의해 결정된다. 그러나 나이가 듦에 따라 심실 구출은 감소하기 때문에 50대 이후에는 이 인자는 맥압의 증가에 기여하지 못하고 맥압은 주로 동맥의 경직과 압파 반사에 의해 결정된다.
중심성 큰 동맥은 말초로의 혈액 수송과 배분을 담당하는 도관의 역할뿐만 아니라 혈류의 박동성(pulsatility)을 완충하는 역할도 담당한다. 즉 큰 탄력성 동맥은 수축기 때 확장되어 박동성 혈류의 일부를 저류시켰다가 확장기 때 내어놓아 혈류가 심주기 동안 지속적으로 흐르게 한다. 심장에서 혈액이 박출되면 상행 대동 맥은 확장되어 맥파(pulse wave)를 만들어내는데 이 맥파는 동맥을 따라 말초로 전파된 후 경직된 말초혈관의 저항에 부딪혀 다시 심장 쪽으로 되돌아온다.
상행 대동맥에서 말초 동맥으로 이행하면서 압파의 크기와 모양은 점차적으로 변화하는데 평균 혈압은 거의 변화가 없으나 맥압은 수축기압의 상승 및 확장기압의 소폭 하강에 의하여 점차 커지게 된다 말초 동맥에 서 수축기압이 상승하는 주된 이유는 말초 반사지점에서의 거리가 짧아 반사파가 확장기아 아니라 수축기 때 도달하기 때문이다. 또한 대동맥 근위부의 혈관벽은 엘라스틴(elastin) 이 풍부하여 혈관의 신전성이 좋으나 말초 동맥으로 갈수록 혈관벽에는 콜라겐(collagen)과 평활근 세포가 많아져 혈관이 경직되어 압파의 전파 속도가 빨라진다. 나이가 듦에 따라 혈관벽은 동맥경화로 두께가 증가하여 경직되는데 이 변화는 중심성 탄력 동맥에서 두드러지게 나타나 수축기압은 상승하고 맥압은 켜져 점차 말초 동맥과의 차이가 사라지게 된다. 그 결과 젊은이에서는 말초동맥의 맥압이 대동맥에 비해 약 50% 증가되어 있지만 고령자에서는 거의 같아진다.
PPG 신호의 측정에 있어서, 비어람베르트(Beer-Lambert)의 법칙은 빛이 주어진 파장에서 투사되어 동질(homogeneous)의 매질을 통과할 때 투사된 빛과 통과된 빛의 강도에 대한 상관관계를 묘사한다. 이 법칙은 PPG 신호가 측정되는 손가락 끝에서 혈관 수축적 순환 상태로부터 투과한 빛에 대한 상관관계의 평가를 위해 다음의 수학식 4 및 수학식 5의 방정식을 이용한다.
Figure 112005000969711-PAT00005
Figure 112005000969711-PAT00006
수학식 4는 혈액과 조직에 대한 평가이고, 수학식 5는 조직에 대한 평가이다. 여기서 I0, I, It는 투사한 빛, 혈액과 조직을 투과한 빛, 조직을 투과한 빛의 강도를 의미한다. εa, εv, εt는 동맥, 정맥, 조직에서의 흡수이며 각각의 상수 Ca, Cv, Ct는 그들의 농도이고, Va, Vv, V t는 그들의 부피를 나타낸다.
수학식 4를 수학식 5로 나누면 수학식 6과 같이 된다.
Figure 112005000969711-PAT00007
여기서 V는 총 혈액량이고 ε는 총 혈액의 평균 흡수 계수이다. 따라서 V = Va + Vv이고 ε = (εaVa + εvVv) / V이다. 수학식 4의 Ca와 Cv는 헤모글로빈(hemoglobin)의 농도를 나타낸다(hematocrit). Cv의 조건은 정신적 스트레스 동안 증가하나, 변화는 거의 몇 %에 불과하다. 결론적으로 Cv와 Ca는 정상 순환 상태의 총 혈액(C)의 평균 농도로 일정해지고 같아지는 것으로 생각할 수 있다. 따라서 Ca = Cv = C로 표현되어진다.
손의 동맥과 정맥 혈관은 혈관수축 신경 자극에 매우 민감하며, 반사성 정맥수축과 혈관수축이 독립적으로 발생하는 현상은 없다. 그것은 알파 교감신경(alpha-adrenergic) 활성화에 대한 변화가 손가락 끝에서 동맥과 정맥 사이의 혈관 상태에 대응되어진 변화를 알아보기에 적당한 것으로 생각되어질 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 λ = Vv / Va(동맥과 정맥 혈액량의 비율)로 놓을 때 ε은 다음 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005000969711-PAT00008
특히 ε는 혈액량에 상관된 변화에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서 수학식 6 에서 V에 상응하는 I / It의 미분계수는 다음 수학식 8을 표현한다.
Figure 112005000969711-PAT00009
그리고 수학식 8은 다음의 수학식 9를 표현한다.
Figure 112005000969711-PAT00010
총 혈액량은 동맥혈액량 뿐만 아니라 정맥 혈액량의 평균과 맥동성 요소로 구성되어 있다. 맥동이 동맥부에서만 관측되어질 때 ΔV와 대응되는 ΔI는 수학식 9에서 ΔVa와 ΔIa로 다시 변환되어진다. 실제 PPG 신호의 측정에서 투과된 빛의 감쇠가 전압을 낮추는 것처럼 보일 때 ΔIa와 I의 값은 각각 (-)와 (+)의 부호를 가진다. 그렇기 때문에 -ΔIa는 이미 수학식 9에서 ΔIa에 대해 (+)를 가지기 위해 ΔI a로 대체되어진다.
도 1은 디옥시헤모글로빈(Hb)과 옥시헤모글로빈(HbO2)의 빛의 파장에 따른 흡수 계수이다.
도 1과 같이 적색광이 옥시헤모글로빈을 통과할 때 흡수율은 디옥시헤모글로빈 보다 낮고 적외광이 통과할 때 흡수율은 디옥시헤모글로빈 보다 크다. 이 차이는 현재까지 산소포화도를 계산하기 위한 기본 이론으로서 사용되어 왔다. 이 이론을 살펴보면 흡수도는 투과거리와 헤모글로빈의 농도에 종속적이며 일반적으로 산소포화도를 얻기 위해 적색광과 적외광의 LED 2개를 선택한다. 또한 광학적 흡수도를 통해 산소포화도를 계산하기 위해 비선형적인 보정 과정을 거친다. 흡수도는 혈구혈장비율(hematocrit)과 혈액의 부피에 종속적이다. 덧붙여 산소포화도는 혈관의 해부학적 차이와 혈관을 흐르는 혈류량의 차이에 의존한다. 흡수도는 시간에 따라 변하게 되는데 혈관에서 수축기에 최고값을 가지고 이완기에 최저값을 가진다. 이는 혈압에 의해 혈관에 혈액의 변동이 발생하기 때문이다. 즉 수축기에 적혈구가 조직에 더 많은 산소헤모글로빈을 운반하는 것이다. 그러므로 수축기에 일시적으로 증가하는 산소헤모글로빈의 양에 따라 흡수하는 조직의 일시적인 체적 증가뿐만 아니라, PPG 신호의 흡수 dc 요소와 동맥관 조직을 통해 전달되는 펄스 옥시메터(pulse oximeter)의 맥파의 전압도 일시적으로 증가하게 된다. 따라서 전형적인 펄스 옥시메터의 출력 전압은 혈압의 파형을 따른다. 그러므로 펄스 옥시메터는 기본적으로 심박수를 계산할 수 있다. 또한 보정 후에는 산소포화도 뿐만 아니라 혈압도 계산할 수 있는 것이다.
피부에서의 PPG 신호의 특성을 살펴보면, 피부에서의 광흡수도에 있어서, 즉 광원이 피부에 투과되면 동맥혈, 정맥혈, 조직 등에 의해 흡수되어지며, 그 흡수된 광은 직류성분과 맥동성분을 가진 파형으로 검출된다. 도 2에서와 같이 직류성분(DC) 성분을 가지며, 진폭(AM)을 가지는 맥동성분을 가진 파형이 검출된다. 여기서 맥동성분은 동맥혈관에서 심장의 수축과 이완 작용에 영향을 받는다. 이 부분은 심장의 수축동안 최대값을, 이완동안 최소값을 반영한다. 따라서 도 2에서 진폭(AM)은 맥파신호(이하 PR이라 한다)라 하며, 직류성분(DC) 성분을 수축기 혈액량 신호(이하 PPGSYS라 한다)라 하며, 직류성분(DC) 성분에 진폭(AM)이 합해진 것을 이완기 혈액량 신호(이하 PPGDIA라 한다)라 할 수 있다.
PPG 신호는 시간의 함수 형태로 조직을 통한 빛의 투과를 측정한다. 수축기 동안 조직 혈액량은 증가한다. 따라서 PPG 신호는 빛의 낮은 투과율을 나타낸다.또한 이것은 심장순환 주기와 함께 진동하는 현상을 보인다. 도 2에서와 같이 PPG 신호는 기저선(이하 BL이라 한다), 진폭(이하 AM이라 한다), 주기(이하 P라 한다)와 같은 요소들을 가진다. BL은 조직 혈액량에 반비례하고, AM은 수축기동안 조직 혈액량 증가에 비례하며, P는 실제적인 심장순환 주기이다. PPG 신호의 기저선과 진폭은 호흡률과 같은 저주파수 영역에서 주로 변동한다. 이는 심장 주기의 저주파수 변동이 교감신경계에 의해 주로 조정되어진다. 손가락 혈액량(BL과 AM)의 변동은 교감신경계에 의해 현저하게 영향을 받는 조직에서 혈관의 수축과 이완에 의해 발생된다.BL과 AM 곡선들의 저주파수 변동은 교감신경계 활동의 자동적인 변동에 기인한다.
온도 및 압력과 PPG 신호의 관계를 살펴보면, 멘델슨(Mendelson)과 오크스(Ochs) (1988)은 PPG 신호와 피부 온도간의 상관관계를 실험하여, 온도 증가에 따라 평균맥동진폭은 감소 함을 보고한 바있다. 또한 센서가 부착 또는 센서 위에서 PPG 신호를 측정할 때 발생되는 압력은 조직 관류에 영향을 준다. 즉 손가락이나 팔에서 외부 압력이 발생될 때 그 압력은 혈관을 수축시킨다. 때문에 혈액량이 제한되어진다. 따라서 의미 있는 PPG 신호를 얻기 위해 측정 부위에 압력은 혈관에 최소한의 영향을 주는 압력이 적용되어져야만 한다.
혈압과 PPG 신호의 관계를 살펴보면, 혈류 역학적 법칙에 의하면 압력 = 저항 × 심박출량이므로, 혈압의 상승은 말초혈관의 저항 증가와 심박출량의 증가로 대변될 수 있다. 타카자와(Takazawa)는 PPG 신호가 혈압의 파형과 유사함을 보이며 혈관의 수축과 이완의 기전에 대해서도 유사한 변화를 보임을 제시하였다.
상술된 이론적 배경을 바탕으로 본 발명의 혈압감시장치는 획득된 PPG 신호로부터 심장의 출력과 총 말초 저항을 유도하며, 이로부터, PPG 신호로부터 심혈관 의 기능과 혈압을 감시한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환자에게 혈압 측정시 편안함을 부여하며 사용이 용이한 PPG 신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 보다 정확한 혈압을 측정할 수 있는 PPG 신호를 이용한 혈압 감시장치를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 혈압을 측정할 뿐만 아니라 심혈관 기능에 대한 정보도 획득할 수 있는 혈압감시장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 PPG 신호를 얻을 수 있는 인체의 소동맥계 어느 부위에서도 측정이 가능한 혈압감시장치를 제공하는 것이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 의한 PPG신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 PPG신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치를 설명하기위한 개략적인 블럭도로서, 절연전원부(200), PPG신호 검출부(1000), 온도신호 검출부(2000), 압력신호 검출부(3000)를 구비하는 신호검출부(100)와, 절연 트랜스포머(1100), 데이터 수집 시스템(4200), 데이터 처리부(4300), 데이터 설정부(4700)를 구비하는 데이터 획득처리부(4000)로 이루어진다.
절연전원부(200)은 데이터 획득 처리부(4000)의 대용량 절연 의료용 트랜스 포머인 절연 트랜스포머(4100)로 부터 출력된 전력을 수신하며, PPG신호 검출부(1000), 온도신호 검출부(2000), 압력신호 검출부(3000)의 구동 전력을 공급한다.
PPG신호 검출부(1000)는 PPG 센싱부(1100)와 PPG 검출 제어부(1300)로 이루어지며, PPG를 검출하여 데이타 수집 시스템(4200)으로 송신한다.
PPG 센싱부(1100)는 발광다이오드(이하, LED라 한다)부와 광센서로 이루어지며, 상기 LED부에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사되는 광을 광센서를 통해 검출한다.
PPG 검출 제어부(1300)는 LED 구동부와 PPG신호 검출제어부로 이루어지며, PPG 센싱부(1100)의 LED를 구동시키며, PPG 센싱부의 출력신호로부터 PPG 신호를 검출하게한다. 이는 PPG 신호 중 0.05 ∼20 Hz 대역이 통과 되도록 구성 할 수 있다. 또한 PPG 검출 제어부(1300)는 마이크로콘트롤러를 사용할 수 있다.
온도신호 검출부(2000)는 온도 센싱부(2100)와 온도신호 전처리부(2300)로 이루어지며, 온도를 검출하여 데이타 수집 시스템(4200)으로 송신한다.
온도 센싱부(2100)는 온도센서를 구비하며, 온도를 검출하여 전기적 신호로 바꾸어준다.
온도신호 전처리부(2300)는 온도 센싱부로 부터 출력된 신호로부터 증폭하며 잡음을 제거한다.
압력신호 검출부(3000)는 압력 센싱부(3100)와 압력신호 전처리부(3300)로 이루어지며, 온도를 검출하여 데이타 수집 시스템(4200)으로 송신한다.
압력 센싱부(3100)는 압력센서를 구비하며, 압력을 검출하여 전기적 신호로 바꾸어준다.
압력신호 전처리부(3300)는 압력 센싱부로 부터 출력된 신호로부터 증폭하며 잡음을 제거한다.
절연 트랜스포머(4100)는 대용량 절연 의료용 트랜스포머로 신호검출부(100)와 데이터 획득처리부(4000)의 구동전력을 공급한다. 즉 절연 트랜스포머(4100)는 절연전원부(200)으로 전력을 송신할 뿐만 아니라 데이타 수집 시스템(4200) 및 데이터 처리부(4300)의 구동전력을 공급한다.
데이터 수집 시스템(4200)은 PPG 검출 제어부(1300), 온도신호 전처리부(2300), 압력신호 전처리부(3300)의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환한다. 데이터 수집 시스템(4200)으로 시판되는 데이터 수집 시스템을 사용할 수 있다.
데이터 처리부(4300)는 연산처리부(4400), 메모리부(4500), 표시부(4600)를 구비한다.
연산처리부(4400)는 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 수신된 압력신호와 온도신호가 각각 기준범위내에 있을때, 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 수신된 PPG신호, 압력신호, 온도신호로 부터 혈압값을 연산하며, 메모리부(4500), 표시부(4600)로 송신한다. 혈압값 연산과정은 키입력부(4800)의 모드설정키(미도시)가 온도 및 압력 제어모드를 설정하는가, 또는 온도 및 압력 미제어모드로 설정하는 가에 따라 달라진다.
메모리부(4500)는 압력 기준신호, 온도 기준신호, 수축기 혈액량 기준신호, 이완기 혈액량 기준신호, 혈압기준신호, 맥파기준신호, 상관계수들이 저장되며, 연산처리부(4400)로부터 연산된 혈압값등도 저장한다.
표시부(4500)는 연산처리부(4400)로부터 연산된 혈압값을 표시한다. 그리고 온도와 압력이 기준범위에 있지 않을 경우 에러메시지를 표시한다.
데이터 설정부(4700)은 연산처리부(4400)에서 혈압값 연산시 사용되는 상관계수를 설정하기 위한 것으로, 키입력부(4800)과 계수설정부(4900)로 이루어진다.
키입력부(4800)는 입력된 키에 따라 혈압측정 개시명령, 계수설정 개시명령을 발생시켜 연산처리부(4400)로 전송한다. 또한 키입력부(4800)는 모드설정키(미도시)를 구비하여 온도 및 압력 제어모드, 온도 및 압력 미제어모드 중 하나를 선택할 수 있게 한다. 여기서 온도 및 압력 제어모드는 온도와 압력이 소정 값으로 일정하도록 제어되는 모드를 말하며, 온도 및 압력 미제어모드는 온도와 압력이 일정하지 않는, 즉 가변하는 모드를 말한다.
계수설정부(4900)는 키입력부(4800)에서 계수설정 개시명령이 입력되면, 사용자로부터 온도와 압력 변화에 따른 PPG신호와 혈압을 측정하여 회귀분석을 통해 상관계수들을 구하고 이들을 연산처리부(4400)를 통해 메모리부(4500)에 저장한다. 계수설정부(4900)에서 구해진 상관계수들로, 수축기동안의 혈압에 대한 상관계수인 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기동안의 혈압에 대한 상관계수인 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 수축기동안의 혈액량 신호에 대한 상관계수인 수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS), 이완기동안의 혈액량 신호에 대한 상관계수 인 이완기 혈액량 상관계수(αDIA, βDIA, γDIA), 수축기동안의 맥파신호에 대한 상관계수인 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS), 이완기 동안의 맥파신호에 대한 상관계수인 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA)를 구한다. 계수설정부(4900)의 계수설정과정은 키입력부(4800)의 모드설정키(미도시)가 온도 및 압력 제어모드를 설정하는가, 또는 온도 및 압력 미제어모드로 설정하는 가에 따라 달라진다. 또한 계수설정부(4900)는 내장 또는 외장이 가능하며, 외장시는 착탈가능 하게 할 수 있다.
다음은 연산처리부(4400)의 연산처리 과정을 설명한다.
키입력부(4800)의 모드설정키가 온도 및 압력 미제어모드일 경우의 연산처리부(4400)의 연산처리 과정은 다음과 같다.
연산처리부(4400)는 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호 및 온도신호가 기설정된 소정의 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있는가를 판단하여, 상기 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있지 않을 때는 혈압측정을 다시하도록, 즉, PPG 신호 검출, 압력신호 검출, 온도 신호 검출을 다시 하도록 표시부(4600)에서 알린다.
연산처리부는, 상기 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있을 때는, 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 PPG 신호로부터 도 2에서와 같이 수축기와 이완기의 시간 구간을 구한다. 그리고 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 온도신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 온도인, 수축기 온도(TSYS)와 이완기 온도(TDIA)를 구하며, 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 압력인, 수축기 압력(PSYS)과 이완기 압력(PDIA)을 구한다.
연산처리부(4400)는 수학식 10에 의해 맥파 신호(PR)를 구한다.
PR = ΑSYSTSYS + ΒSYSPSYS + ΓSYS = ΑDIA TDIA + ΒDIAPDIA + ΓDIA
여기서 수축기 맥파 상관계수인 ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS 에 있어서, ΑSYS , ΒSYS는 양의 실수이며, ΓSYS는 음의 실수이다. 그리고 이완기 맥파 상관계수인 ΑDIA, Β DIA, ΓDIA에 있어서, ΑDIA, ΒDIA는 양의 실수이며, ΓDIA는 음의 실수이다.
PPGSYS = αSYSTSYS + βSYSPSYS + γSYS
여기서, 수축기혈액량 상관계수인αSYS, βSYS, γSYS에 있어서, αSYS 는 음의 실수이고, βSYS, γSYS는 양의 실수이다.
연산처리부(4400)는 수학식 12에 의해 이완기 혈액량 신호(PPGDIA)를 구한다.
PPGDIA = αDIATDIA + βDIAPDIA + γDIA
여기서, 이완기 혈액량 상관계수인αDIA, βDIA, γDIA에 있어서 αDIA 는 음의 실수이고, βDIA, γDIA는 양의 실수이다.
연산처리부(4400)는 수학식 13에 의해 수축기 혈압(BPSYS)을 구한다.
BPSYS = aSYSPPGSYS + bSYSPR + cSYS
여기서 수축기혈압 상관계수인 aSYS, bSYS, cSYS 에 있어서, aSYS , bSYS는 음의 실수이며 cSYS 는 양의 실수이다.
연산처리부(4400)는 수학식 14에 의해 이완기 혈압(BPDIA)을 구한다.
BPDIA = aDIAPPGDIA + bDIAPR + cDIA
여기서 이완기혈압 상관계수인 aDIA, bDIA, cDIA에 있어서, aDIA , bDIA 는 음의 실수이며 cDIA는 양의 실수이다.
즉 상기 수학식 10 내지 수학식 14로부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 산출한다.
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 PPG신호 파형으로 부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출한다. 이때 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호의 검출은 도 2에서와 같이 PPG신호파형에서는 맥파신호는 진폭(AM)으로 부터 구하며, 수축기 혈액량신호는 직류성분(DC)으로 부터 구하고, 이완기 혈액량신호는 기저선(BL)으로 부터 구한다.
이렇게 측정된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호 값들을, 상기 수학식 10 내지 14로부터 산출된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호 값들과 같은지 판단한다.
만약 산출된 값들과 측정된 값들이 같다면, 수학식 13 내지 14로부터 구해진 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 혈압값으로 출력한다.
만약 산출된 값들과 측정된 값들이 다르다면, 측정된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 기존 설정된 온도와 압력에 의해 정규화(normalization)하여 정규화된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 구하고, 이 구해진 값들을 이용하여 이완기 혈압과 수축기 혈압을 다시 산출하여 혈압값으로 출력한다.
다음은 키입력부(4700)의 모드설정키가 온도 및 압력 제어모드일 경우의 연산처리부(4400)의 연산처리 과정은 다음과 같다.
연산처리부(4400)는 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호 및 온도신호가 기설정된 소정의 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있는가를 판단하여, 상기 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있지 않을 때는 측정 위치, 압력 등을 바꾸어 혈압측정을 다시하도록 표시부(4600)에서 알린다.
연산처리부는, 상기 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있을 때는, 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 PPG신호 파형으로 부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출한다. 이때 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호의 검출은 도 2에서와 같이 PPG신호파형에서는 맥파신호는 진폭(AM)으로 부터 구하며, 수축기 혈액량신호는 직류성분(DC)으로 부터 구하고, 이완기 혈액량신호는 기저선(BL)으로 부터 구한다.
검출된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 이용하여, 수학식 13과 수학식 14에 의해 구한 수축기 혈압(BPSYS)과 이완기 혈압(BPDIA)을 혈압값으로 출력한다.
도 4는 도 3의 PPG신호 검출부(1000)를 설명하기위한 블록도로, LED부(1150)및 광센서(1200)를 구비하는 PPG 센싱부(1100)와, LED 구동부(1400)및 PPG신호 전처리부(1450)를 구비하는 PPG 검출 제어부(1300)로 이루어진다.
PPG 센싱부(1100)는 LED부(1150)와 광센서(1200)로 이루어지며, LED부(1150)에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사되는 광을 검출한다.
LED부(1150)는 PPG 검출 제어부(1300)의 LED 구동부(1400)에 의해 구동되며, 파장이 다른 2개의 광을 출력하여 조사하는 2개의 발광 다이오드(LED)로 이루어진다. LED부(1150)는 적색 파장과 근적외선(near infrared) 파장의 광을 출력하는 각 발광다이오드(LED)를 이용할 수 있다.
광 센서(1200)는 투과되거나 반사되는 2개의 광을 검출하여 전기신호 즉 전류신호로 변환하는 것으로, 광 센서(1200)는 포토 다이오드로 구성할 수 있다. 광 센서(1200)는 포토 다이오드로 구성할 수 있다.
PPG 검출 제어부(1300)는 LED 구동부(1400)와 PPG신호 전처리부(1450)를 구비하며, LED부(1150)의 2개 LED의 각 파장대에 대해 일정한 전류를 인가시키도록 제어하며, PPG 신호를 검출하게한다.
LED 구동부(1400)는 LED부(1150)의 2개의 LED의 각 파장대에 대해 일정한 전류를 인가시킨다. LED 구동시 전류제어(current control)를 첨가시켜 2개 채널(channel)에서 측정된 신호의 DC값이 일정하게 한다.
PPG신호 전처리부(1450)는 전류-전압 변환기(1500), PPG 전치증폭기(1600), 디모듈레이터(1700), 필터부(1750)로 이루어지며, 광센서(1200)에서 입력되는 상기 전기신호를 적정 이득을 갖도록 조정하여 증폭한 후, 주변 아티팩트를 제거한다.
전류-전압 변환기(1500)는 광센서(1200)에서 입력되는 전류신호를 전압신호로 변환한다.
PPG 전치증폭기(1600)는 차동증폭기로 구성되어, 전류-전압 변환기(1500)에서 출력된 신호를 이 차동증폭기를 통해 증폭한다.
디모듈레이터(1700)는 PPG 전치증폭기(1600)로 부터 입력된 신호를 주변(ambient) 신호와 각 파장별로 신호를 분리한다.
필터부(1750)는 적색광 필터부(1800), 적외선 필터부(1900)를 구비하며, 디모듈레이터(1700)으로 분리되어 출력된 각각의 파장별 신호에 대해 주변(ambient) 신호를 빼서 주변 아티팩트(ambient artifact)를 제거하고 DC 필터링(filtering)과 AC 이득제어(gain control)를 통해 AC 성분만을 가진 광혈류 측정신호(PPG)를 획득하여 데이터 수집 시스템(4200)으로 전달한다.
적색광 필터부(1800)는 디모듈레이터(1700)에서 분리되어 출력된 적색광 신호에서 주변 신호를 빼서 주변 아티팩트를 제거하고 DC 필터링과 AC 이득제어를 통해 AC 성분만을 가진 적생광 PPG 신호를 획득한다.
적외선 필터부(1900)는 디모듈레이터(1700)에서 분리되어 출력된 적외선 신호에서 주변 신호를 빼서 주변 아티팩트를 제거하고 DC 필터링과 AC 이득제어를 통해 AC 성분만을 가진 적외선 PPG 신호를 획득한다.
도 5는 손가락에서 도 4의 PPG 센싱부의 부착위치의 일예이다.
PPG 센싱부(1100)가 착용되었을 때 손가락의 횡단면도를 보여준다. 손가락 동맥은 손가락의 세로에 수평하게 피부표면 근처에 위치한다. PPG 센싱부에 있어서 광센서와 LED를 위치 시키는 것은 2가지 방법이 있다. 도 5의 (a)에서와 같이 같은 면에 광센서와 LED를 둘 다를 위치시켜 반사성의 PPG 신호를 얻을 수 있으며, 도 5의 (b)에서와 같이 광센서와 LED를 서로 반대편에 위치시키는 것은 투과성의 PPG 신호를 얻을 수 있다.
도 6은 도 3의 PPG 센싱부, 압력 센싱부, 온도 센싱부의 손가락에서의 부착위치의 일예이다. 도 6에서는 도 5의 (b)에서와 같이 광센서와 LED를 서로 반대편에 위치시키며, 온도센서는 LED와 겹치지 않으며 손가락의 저면에 접촉되도록 위치시키고, 그리고 손가락이 눌러짐에 따라 저면에 있는 압력센서가 눌러지도록 압력센서를 위치시킨다. 본 발명에서 PPG 센싱부, 압력 센싱부, 온도 센싱부의 장착위치는 이로써 한정된 것이 아니라, 본 발명의 요지가 변경되지 않는 한도내에서 여러가지 응용이 가능함은 물론이다.
도 7은 도 3의 계수 설정부를 설명하기위한 개략적인 블럭도으로, 압력측정부(5000), 온도측정부(5100), 혈압측정부(5200), PPG측정부(5300), 계수연산부(5400)를 구비한다.
압력측정부(5000)는 사용자 측정부위로 부터 가해지는 압력을 측정한다.
온도측정부(5100)는 사용자 측정부위의 온도를 측정한다.
혈압측정부(5200)는 별도의 체외 혈압측정기(Non invasive blood pressure, NIBP)를 구비하여, 별도로 사용자의 혈압을 측정한다. 즉 혈압측정부(5200)는 압력측정부(5000)와 온도측정부(5100)에서 온도와 압력을 측정함과 동시에 혈압을 측정한다. 이로써 온도와 압력의 변화에 따른 혈압을 측정할 수 있다. 또한 이때 동시에 PPG측정부(5300)에 의해 PPG 신호도 측정한다. 별도의 체외 혈압측정기(NIBP)로 오실로메트릭방식의 혈압측정기 또는 청진법에 의한 혈압측정기 등을 사용할 수 있다.
PPG측정부(5300)는 압력측정부(5000)와 온도측정부(5100)에서 온도와 압력을 측정함과 동시에 PPG 신호를 측정한다. 이로써 온도와 압력의 변화에 따른 PPG 신호를 측정할 수 있다. 또한 이와 동시에 혈압도 측정한다.
계수연산부(5400)는 압력측정부(5000), 온도측정부(5100), 혈압측정부(5200), PPG측정부(5300)로부터 동시에 측정된 압력, 온도, 혈압, PPG신호를 수신하고, 계수연산부(5400)에서 수신한 PPG신호로 부터 온도 또는 압력변화에 따른 수축기 혈압, 이완기 혈압, 맥파를 구하고, 이를 혈압측정부(5200)에서 입력된 온도 또는 압력변화에 따른 수축기 및 이완기 혈압값과 함께 회귀분석(중회귀 분석)을 통해 각 상관계수들, 즉 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS), 이완기 혈액량 상관계수(αDIA, βDIA, γDIA), 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS , ΒSYS, ΓSYS), 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA)를 구한다. 계수설정부(4900)의 계수설정과정은 키입력부(4800)의 모드설정키(미도시)가 온도 및 압력 제어모드를 설정하는가, 또는 온도 및 압력 미제어모드로 설정하는 가에 따라 달라진다.
도 8은 온도 및 압력 제어시의 도 7의 계수 설정부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
키입력부(4800)의 모드설정키가 온도 및 압력 제어모드로 설정되고, 키입력부(4800)에서 계수설정 개시명령이 입력되면, 계수설정부(4900)는 동작을 시작한다.
압력측정부(5000)으로 부터 입력된 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하며(S3100), 압력신호가 기준범위내에 있다면 온도측정부(5100)로 부터 입력된 온도신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단한다(S3200).
온도와 압력이 소정 기준범위내에 있다면, 계수설정을 보정할 것인가를 판단하며(S3300), 계수설정을 보정안 할 경우에는, 기존회귀식에 따른 계수 설정을 한다(S3400). 즉, 계수설정을 보정을 안할 경우, 사용자 인터페이스에 의해 입력된 사용자의 신장, 손가락둘레, 몸무게, 성별, 나이에 따라 규정되어지는 수축기 혈액 량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)에 의해, 수학식 13과 수학식 14에서 사용된 각 계수들을 회귀분석을 통해 구하여 메모리부(4500)에 저장한다.
계수설정을 보정 할 경우에는 혈압측정부(5200)에서 측정된 혈압(BP)을 측정함과 동시에, PPG측정부(5300)에서 PPG 신호를 측정하고, 측정된 PPG신호파형으로 부터 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 검출한다(S3500). 이때 PPG신호파형에서 도 2와 같이, 맥파신호(PR)는 진폭(AM)에 의해 구하며, 수축기 혈액량신호(PPGSYS)는 직류성분(DC)에 의해 구하고, 이완기 혈액량신호(PPGDIA)는 기저선(BL)에 의해 구한다.
기준혈압, 기준 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 기준 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 기준 맥파신호(PR)를 설정한다(S3600). 여기서 기준 혈압은 기준 수축기 혈압과 기준 이완기 혈압을 말한다.
기준 혈압값(BP), 기준 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 기준 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 기준 맥파신호(PR)를 메모리부(4500)에 저장한다(S3700).
혈압값(수축기 혈압, 이완기 혈압), 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)로 부터 수학식 13, 수학식 14에서 사용된 각 계수들을 중회귀분석을 통해 구하고 메모리부(4500)에 저장한다(S3800). 즉, 수축기혈 압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)를 구하여 메모리부(4500)에 저장한다.
도 9는 온도 및 압력 미제어시의 도 7의 계수 설정부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
키입력부(4800)의 모드설정키가 온도 및 압력 미제어모드로 설정되고, 키입력부(4800)에서 계수설정 개시명령이 입력되면, 계수설정부(4900)는 동작을 시작한다.
압력측정부(5000)으로 부터 입력된 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하며(S4100), 압력신호가 기준범위내에 있다면 온도측정부(5100)로 부터 입력된 온도신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단한다(S4200).
온도와 압력이 소정 기준범위내에 있다면, 소정시간동안 온도와 압력을 측정한다(S4300).
계수설정을 보정할 것인가를 판단하며(S4400), 계수설정을 보정 안할 경우에는, 기존회귀식에 따른 계수 설정을 한다(S4500). 즉, 계수설정을 보정 안할 경우, 사용자 인터페이스에 의해 입력된 사용자의 신장, 손가락둘레, 몸무게, 성별, 나이에 따라 규정되어지는 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)에 의해, 수학식 10 내지 수학식 14에서 사용된 각 계수들이 회귀분석을 통해 구하여져 메모리부(4500)에 저장된다.
계수설정을 보정 할 경우에는 혈압측정부(5200)에서 측정된 혈압(BP)을, 온도측정부(5100)에서 온도를, 압력측정부(5000)에서 압력을, PPG측정부(5300)에서 PPG 신호를 측정하고, 측정된 PPG신호파형으로 부터 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 검출한다(S4600). 즉 이때 PPG신호파형에서 도 2와 같이 맥파신호(PR)는 진폭(AM)으로부터, 수축기 혈액량신호(PPGSYS)는 직류성분(DC)으로부터, 이완기 혈액량신호(PPGDIA)는 기저선(BL)으로부터 구한다.
기준혈압, 기준 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 기준 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 기준 맥파신호(PR)를 설정한다(S4700). 여기서 기준 혈압은 기준 수축기 혈압과 기준 이완기 혈압을 말한다.
기준 혈압값(BP), 기준 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 기준 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 기준 맥파신호(PR)를 메모리부(4500)에 저장한다(S4800).
혈압값(수축기 혈압, 이완기 혈압), 온도, 압력, 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)로 부터 수학식 10 내지 수학식 14에서 사용된 각 계수들을 중회귀분석을 통해 구하고 메모리부(4500)에 저장한다(S4900). 즉, 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS ), 이완기 혈액량 상관계수( αDIA, βDIA, γDIA), 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS , ΓSYS), 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA)를 구하여 메모리부(4500)에 저장한다.
도 10은 온도 및 압력 제어시 도 3의 연산처리부에서 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 구하는 개략적인 흐름도이다. 도 10은 키입력부(4800)의 모드설정키가 온도 및 압력 제어모드로 설정되고, 키입력부(4800)에서 혈압측정 개시명령이 입력되었을 때의 연산처리부(4400)의 흐름도를 나타낸다.
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하며(S100), 압력신호가 기준범위내에 있다면 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 온도신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단한다(S130).
온도신호가 소정의 기준범위내에 있다면, 연산처리부(4400)는 PPG신호 검출부(1000)에서 측정된 PPG신호를 데이터 수집 시스템(4200)을 통해 수신하고(S200), 측정된 PPG신호파형으로 부터 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 검출한다(S300). 즉 이때 PPG신호파형에서 도 2와 같이 맥파신호(PR)는 진폭(AM)으로부터, 수축기 혈액량신호(PPGSYS)는 직류성분(DC)으로부터, 이완기 혈액량신호(PPGDIA)는 기저선(BL)으로부터 구한다.
연산처리부(4400)는 메모리부(4500)로 부터 상관계수들을 읽어 들인다(S400). 즉 메모리부(4500)로 부터 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈 압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)를 읽어들인다.
측정된 PPG신호파형으로 부터 검출된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR), 그리고 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)를 이용하여 수학식 13 및 수학식 14에 의해 수축기 혈압과 이완기 혈압을 구한다(S500).
도 11은 온도 및 압력 미제어시 도 3의 연산처리부에서 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 구하는 개략적인 흐름도이다. 도 11은 키입력부(4800)의 모드설정키가 온도 및 압력 미제어모드로 설정되고, 키입력부(4800)에서 혈압측정 개시명령이 입력되었을 때의 연산처리부(4400)의 흐름도를 나타낸다.
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하며(S1100), 압력신호가 기준범위내에 있다면 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 온도신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단한다(S1130).
온도신호가 소정의 기준범위내에 있다면, 연산처리부(4400)는 메모리부(4500)로 부터 상관계수들을 읽어 들인다(S1170). 즉 메모리부(4500)로 부터 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS), 이완기 혈액량 상관계수(αDIA , βDIA, γDIA), 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS), 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA , ΒDIA, ΓDIA)를 읽어들인다(S170).
연산처리부(4400)는 데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 PPG 신호로부터 수축기와 이완기의 시간 구간을 구한다(S1200).
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 온도신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 온도인, 수축기 온도(TSYS)와 이완기 온도(TDIA)를 구한다(S1250).
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 압력신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 압력인, 수축기 압력(PSYS)과 이완기 압력(PDIA)을 구한다(S1300).
수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS), 수축기 온도(TSYS), 수축기 압력(PSYS)을 가지고 수학식 10에 의해 맥파 신호(PR)를 구하거나, 또는 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA), 이완기 온도(TDIA), 이완기 압력(P DIA)을 가지고 수학식 10에 의해 맥파 신호(PR)를 구한다(S1350).
수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS), 수축기 온도(TSYS ), 수축기 압력(PSYS)을 가지고, 수학식 11에 의해 수축기 혈액량 신호(PPGSYS)를 구한다(S1400).
이완기 혈액량 상관계수(αDIA, βDIA, γDIA), 이완기 온도(TDIA ), 이완기 압력(PDIA)을 가지고 수학식 12에 의해 이완기 혈액량 신호(PPGDIA)를 구한다(S1450).
수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 수축기 혈액량 신호(PPGSYS ), 맥파 신호(PR)를 가지고 수학식 13에 의해 수축기 혈압(BPSYS)을 구한다(S1500).
이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA ), 맥파 신호(PR)를 가지고 수학식 14에 의해 이완기 혈압(BPDIA)을 구한다(S1550).
데이터 수집 시스템(4200)으로 부터 입력된 PPG신호 파형으로 부터 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 검출한다(S1600). 즉 PPG신호파형에서는 도 2에서와 같이 맥파신호(PR)는 진폭(AM)으로 구하며, 수축기 혈액량신호(PPGSYS)는 직류성분(DC)으로 구하고, 이완기 혈액량신호(PPGDIA)는 기저선(BL)으로 구한다.
산출된 값들과 측정된 값들이 같은지 판단한다. 즉 산출된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)들이 측정된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)들과 같은지 판단한다(S1650). 다시말해 S1350 내지 S1550에서 구해진 값(산출된 값)들과 S1600에서 구해진 값(측정된 값)들이 같은지 판단한다.
산출된 값들과 측정된 값들이 같다면, S1500 내지 S1550에서 연산된 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 혈압값으로 출력한다(S1700). 또는 기존 설정된 혈압값을 출력한다.
산출된 값들과 측정된 값들이 서로 다르다면, 측정된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 기존 설정된 온도와 압력에 의해 정규화(normalization)하여 정규화된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)을 구하고(S1800), 이 구해진 값들을 이용하여 이완기 혈압과 수축기 혈압을 다시 산출한다(S1850).
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 혈압감시장치는 커프를 사용하지 않으면서 환자에게 혈압 측정시 편안함을 부여하며 사용이 용이한 PPG 신호를 이용한 이동형 혈압 감시장치를 제공하며, PPG신호를 이용하여 혈압측정시 온도와 압력의 영향을 고려함으로써 보다 정확한 혈압을 측정할 수 있으며, 혈압측정 뿐만 아니라 심혈관 기능에 대한 정보도 획득할 수 있고, PPG 신호를 얻을 수 있는 인체의 소동맥계 어느 부위에서도 측정이 가능하여 측정부위에 대한 제약이 적은 혈압감시장치를 제공한다.

Claims (40)

  1. PPG(광혈류 측정신호)를 검출하는 PPG신호 검출부;
    온도센서를 구비하여 온도 신호를 검출하는 온도신호 검출부;
    압력센서를 구비하여 압력 신호를 검출하는 압력신호 검출부;
    상기 PPG신호 검출부, 상기 온도신호 검출부, 상기 압력신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 압력신호와 온도신호가 각각 소정의 기준범위들 내에 있을때, 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 PPG신호, 압력신호, 온도신호로 부터 혈압값을 연산하는 연산처리부;
    연산처리부로부터 연산된 혈압값을 저장하는 메모리부;
    연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  2. PPG(광혈류 측정신호)를 검출하는 PPG신호 검출부; 상기 PPG신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템; 상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 PPG신호로 부터 혈압값을 연산하는 연산처리부; 연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부를 구비한 이동형 혈압감시장치에 있어서,
    온도센서를 구비하여 온도 신호를 검출하는 온도신호 검출부와, 압력센서를 구비하여 압력 신호를 검출하는 압력신호 검출부를 더 구비하며,
    상기 연산처리부에는 상기 데이터 수집 시스템으로 부터 입력된 압력신호 및 온도신호가 기설정된 소정의 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있는가를 판단하는 압력 및 온도 범위판정수단;을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 혈압검사장치.
  3. PPG(광혈류 측정신호) 신호로부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출하고 혈압을 검출하며 이들로부터 중회귀분석에 의한 상관계수들을 구하는 계수 설정부;
    PPG 신호를 검출하는 PPG신호 검출부;
    상기 PPG신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 PPG신호로 부터 검출된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호와, 상기 계수설정부에서 설정된 계수를 이용하여 혈압값을 연산하는 연산처리부
    연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부;를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  4. 사용자의 신장, 손가락둘레, 몸무게, 성별, 나이에 따라 규정되어지는 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호에 의해 회귀분석에 의한 상관계수 들을 구하는 계수 설정부;
    PPG(광혈류 측정신호) 신호를 검출하는 PPG신호 검출부;
    상기 PPG신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 PPG신호로 부터 검출된 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호와, 상기 계수설정부에서 설정된 계수를 이용하여 혈압값을 연산하는 연산처리부
    연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부;를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  5. PPG(광혈류 측정신호) 신호로부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출하고 온도, 압력 혈압을 측정하여 이들로부터 중회귀분석에 의한 상관계수들을 구하는 계수 설정부;
    PPG 신호를 검출하는 PPG신호 검출부;
    온도 신호를 검출하는 온도신호 검출부;
    압력 신호를 검출하는 압력신호 검출부;
    상기 PPG신호 검출부, 상기 온도신호 검출부, 상기 압력신호 검출부의 출력신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 시스템;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 수신된 온도신호, 압력신호, PPG신호와, 상기 계수설정부로부터 구해진 상관계수를 이용하여 혈압값을 연산하는 연산처리부
    연산처리부로부터 연산된 혈압값을 표시하는 표시부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리부에서 혈압값 연산시 사용되는 상관계수를 설정하는 데이터 설정부를 더 구비하며,
    상기 데이터 설정부는 온도와 압력 변화에 따른 PPG신호와 혈압을 측정하여 회귀분석을 통해 상관계수들을 구하는 계수설정부를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  7. 제3항에 있어서
    상기 계수설정부는 수축기동안의 혈압에 대한 상관계수인 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기동안의 혈압에 대한 상관계수인 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)을 구하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 계수설정부는 수축기동안의 혈압에 대한 상관계수인 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS), 이완기동안의 혈압에 대한 상관계수인 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA), 수축기동안의 혈액량 신호에 대한 상관계수인 수축기혈액량 상관 계수(αSYS, βSYS, γSYS), 이완기동안의 혈액량 신호에 대한 상관계수인 이완기 혈액량 상관계수(αDIA, βDIA, γDIA), 수축기동안의 맥파신호에 대한 상관계수인 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS), 이완기 동안의 맥파신호에 대한 상관계수인 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA)중 적어도 하나 이상을 구하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 계수설정부는 외장되는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 계수설정부는 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  11. 제1항 내지 제5항에 있어서,
    상기 PPG신호 검출부는
    LED(발광다이오드)부와 광센서로 이루어지며 상기 LED부에서 발생된 광이 조직에서 투과되거나 반사되는 광을 광센서를 통해 검출하는 PPG 센싱부;
    LED 구동부와 PPG신호 검출제어부로 이루어지며, 상기 PPG 센싱부의 LED를 구동시키는 LED 구동부와, 상기 PPG 센싱부의 출력신호로부터 PPG 신호를 검출하게하는 PPG신호 검출제어부를 구비하는 PPG 검출 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  12. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 연산처리부는
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 입력된 압력신호 및 온도신호가 기설정된 소정의 압력기준범위 및 온도기준범위 내에 있는가를 판단하는 압력 및 온도 범위판정수단;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 혈압검사장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연산처리부는
    상기 압력 및 온도 범위 판정수단에서 압력 및 온도가 기준범위내에 있다고 판정되면, 데이터 수집 시스템으로 부터 입력된 PPG 신호로부터 수축기와 이완기의 시간 구간을 구하는 수축기와 이완기 시간구간설정수단;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 입력된 온도신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간에서의 온도인 수축기 온도(TSYS)와 이완기 온도(TDIA)를 구하는 수축기 및 이완기 온도설정수단;
    상기 데이터 수집 시스템으로 부터 입력된 압력신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 압력인, 수축기 압력(PSYS)과 이완기 압력(PDIA)을 구하는 수축기 및 이완기 압력설정수단;을 더 구비하는 것을 특징으로하는 혈압감시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연산처리부는 맥파 신호(PR)를
    PR = ΑSYSTSYS + ΒSYSPSYS + ΓSYS 또는
    PR = ΑDIATDIA + ΒDIAPDIA + ΓDIA
    에 의하여 구하며,
    여기서 ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS는 수축기 맥파 상관계수 이고, ΑDIA , ΒDIA, ΓDIA는 이완기 맥파 상관계수인 것을 특징으로하는 혈압감시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수축기 맥파 상관계수인 ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS 에서 ΑSYS, ΒSYS는 양의 값을 가지며 ΓSYS는 음의 값을 가지고,
    상기 이완기 맥파 상관계수인 ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA에서, ΑDIA, ΒDIA는 양의 값을 가지며, ΓDIA는 음의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 연산처리부는 수축기 혈액량 신호(PPGSYS)를
    PPGSYS = αSYSTSYS + βSYSPSYS + γSYS
    에 의해 구하며,
    이완기 혈액량 신호(PPGDIA)를
    PPGDIA = αDIATDIA + βDIAPDIA + γDIA
    에 의해 구하며,
    여기서 αSYS, βSYS, γSYS는 수축기혈액량 상관계수이고, αDIA , βDIA, γDIA는 이완기 혈액량 상관계수인 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수축기혈액량 상관계수인αSYS, βSYS, γSYS에서 αSYS는 음의 값을 가지며 βSYS, γSYS는 양의 값을 가지고,
    상기 이완기 혈액량 상관계수인αDIA, βDIA, γDIA에서 αDIA는 음의 값을 가지며 βDIA, γDIA는 양의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  18. 제13항 또는 제3항에 있어서,
    상기 연산처리부는 수축기 혈압(BPSYS)을
    BPSYS = aSYSPPGSYS + bSYSPR + cSYS
    에 의해 구하며,
    이완기 혈압(BPDIA)을
    BPDIA = aDIAPPGDIA + bDIAPR + cDIA
    에 의해 구하며,
    여기서 aSYS, bSYS, cSYS는 수축기혈압 상관계수이고, aDIA, bDIA, cDIA는 이완기혈압 상관계수이며, PPGSYS는 수축기 혈액량 신호이고, PPGDIA는 이완기 혈액량 신호이고, PR는 맥파 신호인 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수축기혈압 상관계수인 aSYS, bSYS, cSYS 에서 aSYS, b SYS는 음의 값을 가지며 cSYS 는 양의 값을 가지고,
    상기 이완기혈압 상관계수인 aDIA, bDIA, cDIA에서 aDIA, b DIA 는 음의 값을 가지며 cDIA는 양의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 설정부는
    모드설정키를 구비하는 키입력부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 모드설정키는 온도 및 압력 제어모드, 또는 온도 및 압력 미제어모드를 설정하는 입력키인 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  22. 제 12항에있어서,
    상기 압력 및 온도 범위판정수단에서 압력 또는 온도가 압력기준범위 또는 온도기준범위 내에 있지 않다고 판정될때에는,
    표시부에서 혈압검출시 에러발생을 알리는 표시를 하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  23. 제11항에 있어서,
    상기 PPG 센싱부에서 광센서와 LED부의 위치가, 측정하고자하는 부위의 동맥 위치에서 볼때 둘다 같은 편에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  24. 제11항에 있어서,
    상기 PPG 센싱부에서 광센서와 LED부의 위치가, 측정하고자하는 부위의 동맥 위치에서 볼때 서로 반대편에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  25. 제11항에 있어서,
    상기 PPG 센싱부에서 광센서와 LED를 서로 반대편에 위치시키며,
    상기 온도센서는 LED와 겹치지 않으며 측정부위의 저면에 접촉되도록 위치시키고,
    측정부위가 상기 온도센서에 접촉됨(눌러짐)에 따라 압력이 가해지며 압력센서는 이 압력을 측정할 수 있는 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 혈압감시장치.
  26. PPG(광혈류 측정신호)를 검출하는 PPG신호 검출단계; 상기 PPG신호 검출단계에서 검출된 PPG신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 데이터 수집 단계; 상기 데이터 수집 단계로 부터 수신된 PPG신호로 부터 혈압값을 연산하는 연산처리단계; 상관계수들을 구하여 저장하는 계수설정단계;를 구비하는 혈압측정방법에 있어서,
    상기 연산처리단계는,
    수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 맥파 신호(PR), 상기 계수설정단계에서 출력된 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS, cSYS)를 가지고 수축기 혈압(BPSYS )을
    BPSYS = aSYSPPGSYS + bSYSPR + cSYS
    에 의해 구하며,
    이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 신호(PR), 상기 메모리로부터 입력된 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)를 가지고 이완기 혈압(BPDIA )을
    BPDIA = aDIAPPGDIA + bDIAPR + cDIA
    에 의해 구하는 수축기 및 이완기 혈압 검출단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 혈압측정방법은 온도 신호를 검출하는 온도신호 검출단계와, 압력 신호를 검출하는 압력신호 검출단계를 더 구비하며,
    상기 데이터 수집 단계는 압력신호 검출단계 및 온도신호 검출단계에서 검출된 온도신호와 압력신호를 각각 수신하여 디지털 신호로 변환하는 압력과 온도신호의 디지탈 변환단계를 더 포함하며,
    상기 계수 설정단계는 온도와 압력 변화에 따른 PPG신호와 혈압을 측정하여 회귀분석을 통해 상관계수들을 구하여 저장하는 것을 특징으로하는 혈압측정방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 연산처리단계는,
    상기 데이터 수집 단계에서 디지탈신호로 변환된 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 압력 기준범위 판단단계;
    상기 데이터 수집 단계에서 디지탈신호로 변환된 온도신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 온도 기준범위 판단단계;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 연산처리단계는
    상기 데이터 수집 단계에서 디지탈신호로 변환된 PPG 신호로부터 수축기와 이완기의 시간 구간을 구하는 수축기 및 이완기 시간구간 설정단계;
    상기 데이터 수집 단계에서 디지탈신호로 변환된 온도신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 온도인, 수축기 온도(TSYS)와 이완기 온도(TDIA)를 구하는 수축기 및 이완기 온도 검출단계;
    상기 데이터 수집 단계에서 디지탈신호로 변환된 압력신호로 부터 상기 수축기와 이완기의 시간 구간의 압력인, 수축기 압력(PSYS)과 이완기 압력(PDIA)을 구하는 수축기 및 이완기 압력 검출단계;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 연산처리단계는
    상기의 수축기 온도(TSYS), 수축기 압력(PSYS), 상기 계수설정단계에서 설정된 수축기 맥파 상관계수(ΑSYS, ΒSYS, ΓSYS)를 가지고 맥파 신호(PR)를
    PR = ΑSYSTSYS + ΒSYSPSYS + ΓSYS
    에 의해 구하거나,
    또는 상기 이완기 온도(TDIA), 이완기 압력(PDIA), 상기 계수설정단계에서 설정된 이완기 맥파 상관계수(ΑDIA, ΒDIA, ΓDIA)를 가지고 맥파 신호(PR)를
    PR = ΑDIATDIA + ΒDIAPDIA + ΓDIA
    에 의해 구하는 맥파검출단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  31. 제30항에 있어서
    상기 연산처리단계는
    상기 수축기 온도(TSYS), 상기 수축기 압력(PSYS), 상기 계수설정단계에서 설정된 수축기혈액량 상관계수(αSYS, βSYS, γSYS)를 가지고 수축기 혈액량 신호(PPGSYS)를
    PPGSYS = αSYSTSYS + βSYSPSYS + γSYS
    에 의해 구하는 수축기 혈액량 검출단계;
    상기 이완기 온도(TDIA), 상기 이완기 압력(PDIA), 상기 계수설정단계에서 설정된 이완기 혈액량 상관계수(αDIA, βDIA, γDIA)를 가지고 이완기 혈액량 신호(PPGDIA)를
    PPGDIA = αDIATDIA + βDIAPDIA + γDIA
    에 의해 구하는 이완기 혈액량 검출단계;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 연산처리단계는
    상기 데이터 수집 단계로 부터 수신된 PPG신호의 파형으로 부터
    수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 신호(PR)를 검출하는 혈액량신호 및 맥파신호 검출단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  33. 제32항에 있어서
    산출값, 즉, 상기 수축기 혈액량 검출단계에서 구해진 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 상기 이완기 혈액량 검출단계에서 구해진 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 검출단계에서 구해진 맥파 신호(PR)를,
    측정값, 즉, 상기 혈액량신호 및 맥파신호 검출단계에서 구해진 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 상기 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 상기 맥파 신호(PR)와 같은 지를 판단하는 산출값과 측정값 비교단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 산출값과 측정값 비교단계에서 상기 산출값과 상기 측정값이 같으면,
    상기 수축기 및 이완기 혈압 검출단계의 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 신호(PR)는,
    상기 수축기 혈액량 검출단계에서 구해진 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 상기 이완기 혈액량 검출단계에서 구해진 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 검출단계에서 구해진 맥파 신호(PR)인 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 산출값과 측정값 비교단계에서 상기 산출값과 상기 측정값이 다르면,
    상기 수축기 및 이완기 혈압 검출단계의 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파 신호(PR)는,
    상기 혈액량신호 및 맥파신호 검출단계에서 구해진 상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 상기 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 상기 맥파 신호(PR)를 기 설정된 온도와 압력에 의해 정규화(normalization)하여 구해진 정규화된 수축기 혈액량 신호 (PPGSYS), 정규화된 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 정규화된 맥파신호(PR)인 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 계수설정단계는
    압력측정부로 부터 수신된 압력신호와 온도측정부로 부터 수신된 온도신호가 각기 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 온도 및 압력 범위판단단계;
    상기 온도 및 압력 범위판단단계로 부터 온도와 압력이 소정 기준범위내에 있다면, 계수설정을 보정할 것인가를 판단하는 계수 보정여부 판단단계;
    상기 계수 보정여부 판단단계에서 계수설정을 보정 안 할 경우에는, 사용자의 신장, 손가락둘레, 몸무게, 성별, 나이에 따라 규정되어지는 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호에 의해, 회귀분석을 통해 각 계수를 구하여져 메모리부에 저장하는 기존회귀분석단계;
    상기 계수 보정여부 판단단계에서 계수설정을 보정 할 경우에는 혈압, 온도압력, PPG 신호를 측정하는 신호 검출단계;
    상기 신호검출단계에서 측정된 PPG신호로 부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출하는 혈액량 및 맥파 신호검출단계;
    상기 신호검출단계에서 구해진 혈압과, 상기 혈액량 및 맥파 신호검출단계에서 구해진 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호로부터, 기준 혈압, 기준 수축기 혈액량 신호, 기준 이완기 혈액량 신호, 기준 맥파신호를 설정하여 메모리부에 저장하는 기준신호검출단계;
    상기 신호 검출단계에서 검출된 혈압, 온도, 압력과, 상기 혈액량 및 맥파 신호검출단계에서 구해진 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호로 부터 중회귀분석을 통해 상관계수들을 구하여 메모리부에 저장하는 계수검출단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  37. 검출된 온도 및 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 기준범위 판단단계;
    기준범위 판단단계로부터 상기 온도 및 압력신호가 소정의 기준범위내에 있다면, PPG신호를 측정하고, 측정된 PPG신호로 부터 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)를 검출하는 측정신호 검출단계;
    상기 측정신호 검출단계에서 출력된 수축기 혈액량 신호(PPGSYS), 이완기 혈액량 신호(PPGDIA), 맥파신호(PR)와, 기 설정된 수축기혈압 상관계수(aSYS, bSYS , cSYS), 이완기혈압 상관계수(aDIA, bDIA, cDIA)로 부터 수축기혈압(BP SYS) 및 이완기 혈압(BPDIA)을
    BPSYS = aSYSPPGSYS + bSYSPR + cSYS 및
    BPDIA = aDIAPPGDIA + bDIAPR + cDIA
    에 의해 구하는 수축기 및 이완기 혈압 검출단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  38. 검출된 온도 및 압력신호가 기설정된 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 기준범위 판단단계;
    기준범위 판단단계로부터 상기 온도 및 압력신호가 소정의 기준범위내에 있다면, PPG신호, 온도신호, 압력신호를 측정하는 신호측정단계;
    상기 신호측정단계에서 측정된 PPG신호로 부터 수축기와 이완기의 시간 구간을 구하는 시간구간 설정단계;
    상기 시간구간 설정단계에서 설정된 상기 수축기와 이완기의 시간 구간에서의 온도와 압력을 각각 구하는 구간별 온도 및 압력 검출단계;
    구간별 온도 및 압력 검출단계에서 구해진 온도와 압력과, 기설정된 상관계수들을 이용하여 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호, 수축기 혈압, 이완기 혈압을 구하는 산출신호 검출단계;
    상기 신호측정단계에서 측정된 PPG신호로부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출하는 측정신호 검출단계;
    상기 산출신호 검출단계의 출력신호와, 상기 측정신호 검출단계에서 출력신호를 비교하여 같은지 판단하는 산출값과 측정값의 비교단계;
    상기 산출값과 측정값의 비교단계로 부터 산출신호 검출단계의 출력신호와 상기 측정신호 검출단계의 출력신호가 같으면, 상기 산출신호 검출단계에서 구해진 수축기 혈압, 이완기 혈압을 혈압값으로 출력하는 제1혈압값 출력단계;
    상기 산출값과 측정값의 비교단계로 부터 산출신호 검출단계의 출력신호와 상기 측정신호 검출단계의 출력신호가 다르면, 상기 측정신호 검출단계의 출력신호들을 기 설정된 온도와 압력에 의해 정규화(normalization)한 값들을 이용하여 이완기 혈압과 수축기 혈압을 다시 산출하여 혈압값으로 출력하는 제2혈압값 출력단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 측정신호 검출단계에서,
    상기 수축기 혈액량 신호(PPGSYS)는 상기 측정된 PPG신호의 파형에서 직류성분(DC)으로부터 구하여지며,
    상기 이완기 혈액량 신호(PPGDIA)는 상기 측정된 PPG신호의 파형에서 기저선(BL)으로부터 구하여지며,
    상기 맥파신호(PR)는 상기 측정된 PPG신호 파형의 진폭(AM)으로부터 구하여지는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 혈압측정방법은 계수설정단계를 더 구비하며,
    상기 계수설정단계는,
    압력측정부로 부터 수신된 압력신호와 온도측정부로 부터 수신된 온도신호가 각기 소정의 기준범위내에 있는가를 판단하는 온도 및 압력 범위판단단계;
    상기 온도 및 압력 범위판단단계로 부터 온도와 압력이 소정 기준범위내에 있다면, 계수설정을 보정할 것인가를 판단하는 계수 보정여부 판단단계;
    상기 계수 보정여부 판단단계에서 계수설정을 보정 안 할 경우에는, 사용자 인터페이스에 의해 입력된 사용자의 신장, 손가락둘레, 몸무게, 성별, 나이에 따라 규정되어지는 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호에 의해, 회귀분석을 통해 각 계수를 구하여 메모리부에 저장하는 기존회귀분석단계;
    상기 계수 보정여부 판단단계에서 계수설정을 보정 할 경우에는 혈압, PPG 신호를 측정하는 신호 검출단계;
    상기 신호검출단계에서 측정된 PPG신호로 부터 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호를 검출하는 혈액량 및 맥파 신호검출단계;
    상기 신호검출단계에서 구해진 혈압과, 상기 혈액량 및 맥파 신호검출단계에서 구해진 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호로부터, 기준 혈압, 기준 수축기 혈액량 신호, 기준 이완기 혈액량 신호, 기준 맥파신호를 설정하여 메모리부에 저장하는 기준신호검출단계;
    상기 신호 검출단계에서 검출된 혈압과, 상기 혈액량 및 맥파 신호검출단계에서 구해진 수축기 혈액량 신호, 이완기 혈액량 신호, 맥파신호로 부터 중회귀분석을 통해 상관계수들을 구하여 메모리부에 저장하는 계수검출단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈압측정방법.
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