KR20100126127A - 가변 특성비를 이용하는 혈압 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

가변 특성비를 이용하여 혈압을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 피검자 신체의 피검 부위에서 검출된 압력 파형을 획득하고, 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 획득한 압력 파형의 형태에 대응하는 피검자의 특성비를 산출하고, 산출된 특성비를 이용하여 피검자 신체의 혈압을 추정한다.

Description

가변 특성비를 이용하는 혈압 추정 장치 및 방법{Blood pressure estimating apparatus and method by using variable characteristic ratio}

본 발명의 적어도 하나의 실시예는 가변 특성비를 이용하는 혈압 추정 장치 및 방법이다.

혈압은 개인의 건강 상태를 파악하는 하나의 척도로 사용되고 있으며, 혈압을 측정할 수 있는 혈압 측정 장치는 의료기관 및 가정에서 흔히 사용된다. 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)은 혈압 측정 장치의 승인 기준으로 미국 선진의료기구협회(Association for the Advancement of Medical Instrumentation, AAMI)에서 요구하는 규격 기준을 만족할 것을 요구한다. 미국 선진의료기구협회가 발행하는 ANSI/AAMI SP10은 혈압 측정 장치의 표시사항, 안전성 및 성능 요구조건의 기준을 제시하고 있다. 혈압을 측정하기 위하여 동맥혈이 지나는 부위에 혈액의 흐름이 멎도록 가압을 한 후 천천히 가압하는 압력을 줄이면서 최초 맥박 소리가 들리는 순간의 압력을 수축기 혈압, 맥박 소리가 사라지는 순간의 압력을 이완기 혈압이라 한다. 디지털 혈압기는 가압 상태에서 측정한 파형을 검출하여 혈압을 산출한다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 피검자의 신체 특성에 따른 가변적 특성비를 산출하고, 산출된 가변 특성비를 이용하여 정확한 혈압 추정을 보장하는 혈압 측정 장치의 제조를 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 또한, 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 혈압 추정 장치와 관련된 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다. 이것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자들이라면 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 혈압을 추정하는 방법은 피검자 신체의 피검 부위에서 검출된 압력 파형을 획득하는 단계; 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 상기 획득한 압력 파형의 형태에 대응하는 상기 피검자의 특성비를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 특성비를 이용하여 상기 피검자 신체의 혈압을 추정하는 단계를 포함한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예는 상기된 혈압을 추정하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있 는 기록 매체를 제공한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치는 피검자 신체의 피검 부위의 압력 파형을 검출하는 검출부; 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 상기 검출된 압력 파형의 형태에 대응하는 상기 피검자의 특성비를 산출하는 특성비 산출부; 및 상기 산출된 특성비를 이용하여 상기 피검자 신체의 혈압을 추정하는 혈압 추정부를 포함한다.

상기된 바에 따르면, 비침습적 혈압 측정 방법을 이용하여 혈압을 추정하는 혈압 측정 장치에 있어서 피검자의 신체적, 생리적 특성에 따른 가변 특성비를 이용하여 혈압 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 편리하고 정확한 혈압 측정이 가능하게 된다. 또한, 손가락형 또는 손목형 부분 가압 혈압 측정 장치에 있어서 정확도가 높고 편리한 혈압 측정이 가능하게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)는 가압부(1), 검출부(2), 제어부(3), 메모리(4), 추정부(5) 및 출력부(6)로 구성된다. 혈압을 추정하는 추정부(5)는 혈압 측정기(blood pressure instrument, blood pressure meter), 혈압 측정 장치(blood pressure measurement) 및 혈압계(hemadynamometer) 등에 내장되는 것이 일반적이지만, 별개의 독립적인 혈압 추정 장치로 존재할 수도 있음을 알 수 있다. 본 명세서에서는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예에 관련된 하드웨어 구성요소(hardware component)들만을 기술하기로 한다. 도 1에 도시된 하드웨어 구성요소들 외에 다른 범용적인 하드웨어 구성 요소들이 포함될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)는 피검자 신체의 피검 부위를 가압한 상태에서 측정한 압력 파형을 검출하고, 검출된 파형의 형태에 따라 가변하는 특성비를 산출하고, 산출된 특성비를 이용하여 피검자 신체의 혈압을 추정한다. 이때, 추정되는 혈압은 이완기 혈압(diastolic blood pressure) 및 수축기 혈압(systolic blood pressure) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한, 신체의 피검 부위는 팔뚝, 손목, 손가락 등 신체의 다양한 부위를 포함하고, 압력 파형은 상기 부위 내부에 존재하는 대동맥, 상완 동맥, 요골 동맥 등에서 측정한 압력 파형을 포함한다. 특성비(characteristic ratio)는 수축기 혈압 및 이완기 혈압을 결정하기 위한 압력 파형의 최대 진폭에 대한 진폭 크기의 비율이다. 본 실시예에 따른 혈압 추정 방법에 의하면 피검자의 인종, 성별, 나이, 신체 조건, 동맥 탄성 등에 가변적인 특성비를 이용하여 혈압을 추정할 수 있기 때문에 혈압 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

심장 박동에 의하여 인체에 혈액이 공급되면 혈압 추정 장치(10)를 이용하여 혈액의 공급에 대한 압력 파형을 측정할 수 있다. 혈압(blood pressure)은 심장에 서 보내진 혈액이 혈관 속을 흐르고 있을 때 혈관벽에 미치는 압력 값을 의미하고, 혈관의 이름에 따라 동맥혈압, 모세관 혈압, 정맥 혈압 등으로 구별된다. 혈압은 심장박동에 의하여 변동한다. 또한, 혈압은 심실이 수축하여 혈액이 동맥 속으로 밀려나갔을 때의 수축기 혈압 및 심실이 확장하여 혈액이 밀려나가지 않을 때에도 동맥벽에 탄력이 있어 혈액을 압박하고 있을 때의 이완기 혈압을 모두 포함한다.

맥파(sphygmus wave)는 맥박(pulse)이 말초 신경까지 전하여지면서 이루는 파동이다. 맥박은 심장 박동으로 인하여 대동맥 속으로 유입되는 혈류의 압력이 다른 동맥에 나타나는 현상이다. 즉, 심장이 수축할 때마다 심장으로부터 대동맥을 통하여 전신에 혈액이 공급되고, 대동맥에 압력의 변동이 발생한다. 이러한 압력의 변동은 손과 발의 말초 소동맥까지 전달되고, 맥파란 이러한 압력의 변동을 파형으로 표현한 것이다. 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 혈압 추정 장치(10)는 혈압을 측정하기 위하여 맥파 및 혈관 벽에 미치는 압력 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있음을 알 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 혈압 측정 방법이란 필요에 따라 혈압 및 맥파 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있는 방법을 뜻한다.

혈압 측정 장치는 침습적(invasive) 방법 또는 비침습적(noninvasive) 방법 을 이용하여 혈압을 측정할 수 있다. 침습적(invasive) 방법은 혈관에 카테터(catheter)를 직접 삽입하고 압력계에 연결하여 혈압을 측정하고, 비침습적(noninvasive) 방법은 혈압을 측정하고자 하는 부위에 압박대(cuff) 등의 가압 부재를 감고 공기를 넣어 압박하여 상완 동맥 또는 요골 동맥의 혈류가 멎는 때의 압력을 측정한다. 비침습적 방법은 혈관 외부에서 혈압을 측정할 수 있다.

침습적 방법은 혈관에 카테터(catheter)를 직접 삽입해야 하지만, 연속적으로 정확한 혈압을 측정할 수 있다. 비침습적 방법은 코르트코프 소리(korotkoff sound)를 이용하여 혈압을 측정하는 청진법(auscultatory method), 혈류의 흐름에 의해 발생하는 진동을 이용하여 혈압을 측정하는 오실로메트릭 방법(oscillometry method), 토노미터(tonometer), 맥파전달시간(PTT, Pulse Transit Time)을 이용하여 측정하는 방법 등이 있다.

침습적 방법에 의한 혈압 측정 방법은 정확도가 높지만, 혈압 측정을 위하여 혈관에 카테터를 삽입하여야 한다는 불편함이 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)는 비침습적 방법으로 편리하게 혈압을 측정하고, 혈압을 측정하는 피검자의 신체로부터 검출된 파형의 형태에 따른 가변적 특성비를 이용하여 측정 혈압의 정확도를 향상시킬 수 있다. 추정부(5)는 피검자 신체의 피검 부위를 가압한 상태에서 검출한 압력 파형의 형태에 따라 가변적으로 산출되는 특성비를 이용하여 혈압을 추정한다. 피검자 신체의 피검 부위는 혈압 추정 장치(10)를 이용하여 혈압을 추정하고자 하는 혈압 측정 부위를 의미하고, 본 실시예에 따른 피검 부위는 팔뚝, 손목, 손가락 등을 포함한다. 좀 더 상세히 설명하면, 피검자 신체의 피검 부위 내부에 있는 대동맥, 상완 동맥, 요골 동맥 등의 압력 파형을 검출하고, 검출된 압력 파형의 형태에 따른 가변 특성비를 이용하여 혈압을 추정한다.

비침습적 방법에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 청진법은 동맥혈이 지나는 신체 부위에 충분한 압력을 가해 혈액의 흐름을 차단한 후 감압하는 과정에서 처음 으로 맥박 소리가 들리는 순간의 압력을 수축기 혈압으로 측정하고, 맥박 소리가 사라지는 순간의 압력을 이완기 혈압으로 측정하는 방법이다.

오실로메트릭 방법과 토노미터 방법은 디지털화된 혈압 측정 장치에 적용된다. 오실로메트릭 방법은 청진법과 마찬가지로 동맥의 혈류가 차단되도록 신체 부위를 충분히 가압한 후 감압 과정에서 발생하는 혈관의 진동을 감지하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 측정한다. 상기 감압 과정에서 혈관 진동의 진폭이 최대인 순간과 비교하여 임의로 정의된 수준인 때의 압력을 수축기 혈압 및 이완기 혈압으로 추정할 수 있다. 토노미터 방법은 동맥의 혈류를 완전히 차단하지 않는 크기의 일정 압력을 신체 부위에 가하고, 이때 발생되는 맥파의 크기 및 형태를 이용하여 연속적으로 혈압을 측정할 수 있다.

편리하고 이동성을 겸비한 디지털 자동 혈압계는 비침습적 방법으로 혈압을 측정한다. 혈압을 측정하고자 하는 신체의 피검 부위에 가압을 해 주면서 압력 파형의 크기, 압력 파형의 형태 변화 등을 이용하여 혈압을 추정한다. 디지털 자동 혈압계의 종류로는 가압 부위에 따라 손목형 혈압계, 손가락형 혈압계 등이 있다.

본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예에서 혈압 추정 장치(10)는 상기에서 제시한 비침습적으로 혈압을 측정하기 위한 모든 방법에 적용이 가능하고, 예를 들어 손목형 또는 손가락형 혈압계의 정확도를 향상시키기 위하여 사용이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 하드웨어의 추가 없이 손목형 디지털 혈압계, 손가락형 디지털 혈압계 등의 정확도를 향상시킬 수 있다.

가압부(1)는 혈압을 측정하고자 하는 신체의 피검 부위에 압력을 가한다. 가압부(1)는 신체의 피검 부위에 압력을 가하기 위한 가압 수단(예를 들면, 커프, 손목 밴드 등)과 상기 가압 수단을 돌출되거나 수축되도록 구동하는 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 신체의 피검 부위는 상기에서 설명한 혈압을 측정하기 위한 방법에 따라 상완 동맥이 위치하는 팔뚝, 요골 동맥이 위치하는 손목 등의 혈압을 측정할 수 있는 신체의 모든 부위를 포함한다. 또한, 가압부(1)는 제어부(3)에 의하여 제어될 수 있다. 가압부(1)는 엑츄에이터를 이용하여 가압 수단이 돌출 또는 수축되도록 하여 혈압을 측정하기 위한 신체의 피검 부위(예를 들면, 팔뚝, 손목, 손가락 등)를 가압한다.

검출부(2)는 피검자 신체의 피검 부위의 압력 파형을 검출한다. 도 1을 참조하면, 검출부(2)는 센싱부(21) 및 필터링부(22)로 구성된다. 센싱부(21)는 혈압을 측정하고자 하는 부위에 압력이 가해지는 동안 적어도 하나 이상의 센서를 이용하여 상기 가압된 부위 내부의 혈관에 미치는 압력 값 및 맥파를 센싱한다. 본 실시예에서 센서는 압력 센서, PPG 센서 등이 일반적이나 이에 한정되지 않고 혈관의 압력 값을 검출하기 위한 모든 장치를 포함함을 알 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 가압부(1)는 혈압을 측정하고자 하는 부분을 가압하는 압력을 점점 증가시키다가 가압 행위를 중단한다. 가압 행위가 중단되는 시기의 가압 압력은 동맥의 혈류가 멎는 순간까지 도달하기 위한 값으로 사용 환경에 따라 사용자가 설정할 수 있다. 센싱부(21)는 피검자 신체의 가압 부분의 혈관에 미치는 압력 파형을 센싱한다. 센싱부(21)는 가압부(1)가 압력을 가하기 이전, 또는 가압 부(1)가 압력을 가하는 순간부터, 가압 행위가 중단된 이후까지의 혈관에 미치는 압력 및 맥파를 센싱한다. 센싱되는 시간은 사용환경에 따라 사용자가 임의로 설정할 수 있으나, 일반적으로 동맥 혈류가 멎은 후 동맥 혈류가 정상적으로 순환될 때까지로 설정할 수 있다. 센싱부(21)는 혈관에 미치는 압력을 측정하고, 측정된 값들을 필터링부(22)로 전송한다.

필터링부(22)는 센싱부(21)가 센싱한 압력 파형의 고주파 대역 및 저주파 대역을 각각 분리하여 통과시키고 혈압 추정에 이용되는 파형을 추정부(5)로 전송한다. 필터링부(22)는 경계 주파수보다 높은 주파수 대역의 신호는 감쇄 없이 통과시키고 경계 주파수보다 낮은 차단 주파수 대역의 신호들은 감쇄를 주는 고역 필터(high pass filter) 및 경계 주파수보다 낮은 주파수 대역의 신호는 감쇄 없이 통과시키고 경계 주파수보다 높은 차단 주파수 대역의 신호들은 감쇄를 주는 저역 필터(low pass filter)를 포함한다.

필터링부(22)에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터링부(22)를 통과한 파형을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 신체의 피검 부위를 가압하는 가압 압력 그래프(210), 상기 부위에서 센싱한 압력 파형 그래프(220) 및 필터링부(22)를 통과한 압력 파형 그래프들(230, 240)이 도시되어 있다.

가압 압력 그래프(210)는 가압부(1)에서 혈압을 측정하고자 하는 피검 부위에 가하는 증압 조건을 도시하고 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 가압부(1)에서 가하는 가압 압력(211)은 계속적으로 증가하다가 가압 행위가 중단된다. 이때, 가 압 행위가 중단되는 시기의 압력은 사용 환경에 따라 다양하게 설정할 수 있고, 일반적으로 가압부(1)는 피검 부위를 가압하다 가압 압력이 통상적으로 혈관을 폐색시키는 압력인 140mmHg에 도달하면 가압을 중단한다.

센싱한 압력 파형 그래프(220)는 센싱부(21)에서 센싱된 파형(221), 즉 맥파 및 압력 파형을 도시하고 있다. 센싱부(21)로부터 센싱된 파형(221)은 고주파 대역 성분의 신호 및 저주파 대역 성분의 신호를 모두 포함하고 있다. 필터링부(22)의 고역 통과 필터는 고주파 대역 성분(예를 들어, 0.5Hz 이상 30Hz 이하의 주파수 대역에 존재하는 신호)을 통과시키고 저주파 대역 성분에 감쇄를 가하고, 필터링부(22)의 저역 통과 필터는 저주파 대역 성분(예를 들어, 0.5Hz 미만의 주파수 대역에 존재하는 신호)을 통과시키고 고주파 대역 성분에 감쇄를 가한다. 따라서, 센싱부(21)에 의하여 센싱된 값은 필터링부(22)를 통과하면 저주파 대역 성분 압력 파형(231) 및 고주파 대역 성분 압력 파형(241)이 된다. 다만, 본 실시예에서 혈압 추정 장치(10)는 고주파 대역 성분 압력 파형(241)을 이용하기에, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 필터링부(22)를 통과한 파형은 고주파 대역 성분 압력 파형(241)을 지칭하는 것으로 한다. 필터링부(22)는 통상의 고역 필터 및 저역 필터를 포함하고, 고역 필터 및 저역 필터는 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하기에 자세한 설명은 생략한다.

다시 도 1을 참조하면, 제어부(3)는 가압부(1) 및 센싱부(21)를 제어한다. 사용자가 혈압 추정 장치(10)를 동작시키면, 사용자에 의하여 입력된 입력 신호를 획득하고, 제어 신호를 생성하여 상기 가압부(1) 및 센싱부(21)를 동작시킨다. 제 어부(3)는 가압부(1) 및 센싱부(21) 외에도 혈압 추정 장치(10)의 모든 구성 요소들을 제어할 수도 있음을 알 수 있다. 제어부(3)는 혈압 추정 장치(10)의 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

메모리(4)는 통상의 저장 매체로 실험자 신체에서 측정된 혈압을 이용하여 상기 실험자 신체의 피검 부위에서 추정 혈압을 결정하는 특성비와 상기 실험자 신체의 피검 부위를 가압한 상태에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계를 나타내는 복수개의 데이터에 관한 관계식을 미리 저장하고 있다. 복수개의 데이터를 이용하여 관계식을 도출할 수 있고, 메모리(4)는 복수개의 데이터 및 관계식 중 적어도 어느 하나를 저장한다. 상기에서 설명한 바와 같이 신체의 피검 부위는 팔뚝, 손목, 손가락 등에 해당하는 것이 일반적이나 이에 한정되지 않음을 알 수 있다. 또한, 관계식을 도출하기 위한 실험자의 신체는 피검자 신체에 한정되지 않는다. 혈압을 추정하고자 하는 피검자 신체 및 적어도 한 명 이상의 실험자의 신체를 이용하거나, 또는 피검자 신체가 아닌 적어도 한 명 이상의 실험자의 신체를 이용하거나, 또는 피검자 신체를 이용하여 복수개의 데이터를 획득하고, 상기 복수개의 데이터를 이용하여 관계식을 도출하고, 도출된 관계식을 상기 메모리(4)에 저장할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있 다. 메모리(4)는 독립적인 칩으로 존재할 수도 있으나 이에 한정되지 않고, 다른 장치 또는 칩에 내장되어 정보를 저장할 수 있는 모든 장치를 포함함을 알 수 있다. 관계식은 혈압 추정 장치(10) 제작 시 또는 제작 후 소프트웨어 업그레이드 등에 의하여 메모리(4)에 미리 저장될 수 있다. 관계식 도출 과정에 대하여는 이하 추정부(5)에서 상세히 설명한다.

추정부(5)는 실험자 신체에서 측정된 혈압을 이용하여 피검자 신체에서 측정된 압력 파형의 형태에 따라 가변적이 특성비를 산출하고, 산출된 가변 특성비를 이용하여 피검자 신체에서의 혈압을 추정한다. 추정부(5)는 연산부(51), 인덱스 결정부(52) 및 혈압 추정부(53)로 구성된다. 추정부(5)는 혈압 추정 장치(10)의 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

연산부(51)는 필터링부(22)로부터 획득한 피검자 신체의 피검 부위에서 검출한 압력 파형을 이용하여 혈압을 결정하고, 가변 특성비를 산출한다. 도 3은 도 1에 도시된 추정부(5)를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 추정부(5)는 연산부(51), 인덱스 결정부(52) 및 혈압 추정부(53)로 구성되고, 연산부(51)는 혈압 결정부(511) 및 특성비 산출부(512)로 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체의 피검 부위에서 검출한 파형을 도 시한 도면이다. 이하에서는 본 실시예에 따른 오실로메트릭 방법에 따른 혈압 추정법에 관하여 설명할 것이나, 상기에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 혈압 추정 방법은 오실로메트릭 방법에 한정되지 않음을 알 수 있다. 도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 그래프는 도 2에서 도시한 고주파 대역 성분 압력 파형(241)을 압력 대비 진폭(amplitude)의 관계로 도시하였다.

압력 파형이 최대 진폭(41)을 가지는 순간의 압력을 평균 혈압(Mean Arterial Pressure: MAP)(44)이라 한다. 평균 혈압(44)은 가압부(1)에서 가압한 압력과 센싱부(21)에서 센싱한 혈관 압력이 동일한 시점을 의미한다. 통상의 혈압 측정 장치에 있어서 압력 파형의 평균 혈압(44)을 기준으로 고정 특성비를 이용하여 이완기 혈압 및 수축기 혈압을 결정한다. 본 실시예에서 고정 특성비는 이완기 혈압 및 수축기 혈압 중 적어도 어느 하나를 결정하기 위한 비율에 있어서 파형 형태에 무관한 비율을 의미한다. 이하에서는 고정 특성비를 이용하여 산출한 혈압과 가변 특성비를 이용하여 산출한 혈압의 구별을 위하여 고정 특성비를 이용하여 산출한 이완기 혈압 및 고정 특성비를 이용하여 산출한 수축기 혈압을 각각 의사 이완기 혈압(pseudo diastolic blood pressure)(45) 및 의사 수축기 혈압(pseudo systolic blood pressure)(46)으로 정의한다. 상기 최대 진폭(41)에 대응하여 혈압을 결정하기 위한 비율의 진폭을 가지는 지점을 이완기 혈압 및 수축기 혈압으로 정의할 수 있다. 최대 진폭(41) 대비 A%의 진폭(42)을 가지는 압력을 의사 이완기 혈압(45)으로 정의하고, 최대 진폭(41) 대비 B%의 진폭(43)을 가지는 압력을 의사 수축기 혈압(46)으로 정의할 수 있다. 상기에서 A% 또는 B%와 같은 고정 특성비는 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)의 제작자 또는 사용자에 의하여 사용 환경에 따라 다양하게 설정가능 하다. 본 실시예에 따른 비율 A는 70, B는 40으로 각각 정의될 수 있다. 최대 진폭(41) 대비 70%의 진폭을 가지는 압력을 의사 이완기 혈압(45)으로 정의하고, 최대 진폭(41) 대비 40%의 진폭을 가지는 압력을 의사 수축기 혈압(46)으로 정의할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 혈압 결정부(511)는 필터링부(22)로부터 획득한 파형에 대하여 파형의 형태에 무관한 고정 특성비를 이용하여 피검자 신체의 피검 부위의 의사 이완기 혈압(45) 및 의사 수축기 혈압(46) 중 적어도 어느 하나를 결정한다. 의사 이완기 혈압(45) 및 의사 수축기 혈압(46)의 추정 방법은 상기 도 4에서 상세히 설명하였기에 자세한 설명은 생략한다.

특성비 산출부(512)는 인덱스 결정부(52)로부터 획득한 적어도 하나 이상의 인덱스와 메모리(4)로부터 독출한 관계식을 이용하여 가변 특성비를 산출한다. 이하에서는 인덱스 결정부(52)에서 인덱스를 결정하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.

인덱스 결정부(52)는 파형의 형태를 나타내는 인덱스를 결정한다. 압력 파형의 형태는 압력 파형의 최대 진폭을 가지는 압력 값을 기준으로 상기 압력 값이 증감함에 따른 진폭의 감소율이다. 예를 들어 설명하면, 필터링부(22)로부터 획득한 압력 파형에 있어서, 압력 파형의 형태는 일반적으로 종 모양의 형상을 가지고, 이러한 형상은 압력 파형을 센싱한 피검자의 신체 특성에 따라 종 모양의 형상이 좁아지거나, 또는 넓어진다. 따라서, 본 실시예에서 상기 압력 파형의 형태를 수치적 으로 나타내기 위하여 인덱스를 사용한다.

좀 더 상세히 설명하면, 인데스 결정부(52)는 압력 파형의 형태를 나타내는 대표 값인 수축기 혈압 인덱스(Systolic Blood Pressure Index: I_SBP) 및 이완기 혈압 인덱스(Diastolic Blood Pressure Index: I_DBP) 중 적어도 어느 하나를 결정한다. 보다 상세하게 설명하면, 인덱스 결정부(52)는 평균 혈압(44), 의사 이완기 혈압(45) 및 의사 수축기 혈압(46)을 이용하여 인덱스(index)를 결정한다. 인덱스 결정부(52)는 평균 혈압(44)과 의사 수축기 혈압(46)의 차이를 계산하고, 이와 같이 계산된 값을 수축기 혈압 인덱스(48)로 결정한다. 또한, 인덱스 결정부(52)는 평균 혈압(44)과 의사 이완기 혈압(45)의 차이를 계산하고, 이와 같이 계산된 값을 이완기 혈압 인덱스(47)로 결정한다. 인덱스는 이완기 혈압 인덱스(Diastolic Blood Pressure Index: I_DBP) 및 수축기 혈압 인덱스(Systolic Blood Pressure Index: I_SBP)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 이완기 혈압 인덱스(I_DBP)(47) 및 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)(48)는 각각 수학식 1 및 수학식 2로 정의할 수 있다.

수학식 1에서 I_DBP는 이완기 혈압 인덱스(47), MAP는 평균 혈압(44) 및 DBP_pseudo는 의사 이완기 혈압(45)을 나타내고, 수학식 2에서 I_SBP는 수축기 혈압 인덱스(48), MAP는 평균 혈압(44) 및 SBP_pseudo는 의사 수축기 혈압(46)을 나타낸다. 다만, 본 실시예에서 인덱스를 결정하기 위하여 의사 이완기 혈압(45) 및 의사 수축기 혈압(46)을 사용하나, 이는 하나의 실시예일 뿐이고, 사용 환경에 따라 압력 파형에 존재하는 임의의 지점을 선택하여 인덱스를 결정하기 위하여 사용할 수도 있음을 알 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 특성비 산출부(512)는 적어도 하나 이상의 인덱스와 관계식을 이용하여 가변 특성비를 산출한다. 관계식은 실험자의 신체에서 측정된 기준 혈압을 이용하여 상기 실험자 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형의 예측되는 특성비를 산출하고, 산출된 특성비와 상기 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형 형태의 상관 관계를 정리한 식이다. 이때의 기준 혈압은 상기에서 설명한 실험자 신체에서 측정한 혈압을 의미하고, 본 실시예에 따른 기준 혈압은 비침습적 방법을 이용하거나 또는 침습적 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 실험자 신체의 팔뚝을 가압한 상태에서 고정 특성비를 이용하여 측정하거나, 또는 침습적 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 비침습적 방법을 이용하여 기준 혈압을 결정하는 경우에 있어서, 실험자 신체의 혈압 측정 부위는 팔뚝이 일반적이나 이에 한정되지 않음을 알 수 있다.

본 실시예에서 실험자 신체의 피검 부위는 혈압 추정 장치(10)의 혈압 측정 방법에 따라 정의될 수 있다. 예를 들어, 혈압 추정 장치(10)가 피검자의 손가락에서 검출된 압력 파형을 이용하여 상기 피검자의 혈압을 추정하고자 하는 경우에는 실험자의 손가락에서 측정된 압력 파형을 이용하여 관계식을 도출할 수도 있음을 알 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 기준 혈압은 침습적 방법 또는 비침습적 방법 중 어느 하나에 의하여 측정이 가능하고, 비침습적 방법에 의하여 측정된 경우 측정 부위는 팔뚝, 손목 등을 모두 포함한다.

관계식에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 실험자 신체에서 측정된 혈압을 기준 혈압으로 설정하고, 상기 기준 혈압을 이용하여 상기 실험자 신체의 피검 부위에서 추정 혈압을 결정하는 특성비를 산출하고, 산출된 특성비와 실험자 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형에 대하여 결정된 인덱스의 상관 관계를 나타내는 데이터를 획득하고, 상기와 같은 데이터 획득 과정을 반복적으로 수행하여 획득된 복수개의 데이터를 이용하여 관계식을 도출할 수 있다. 복수개의 데이터 획득을 위한 상기 실험자의 신체는 한 명의 실험자 신체에 한정되지 않는다. 즉, 적어도 한 명 이상의 실험자의 신체를 이용하여 상기 데이터 획득 과정을 수행할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 디지털 자동 혈압계는 비침습적 방법으로 혈압을 측정하기 위하여 손목형 또는 손가락형 혈압 측정 방법을 사용한다. 손목 또는 손가락을 가압하여 검출한 압력 파형을 기초로 혈압을 추정한다. 손목 또는 손가락에서 추정한 혈압은 상완 동맥이 지나는 팔뚝에서 추정한 혈압에 비하여 정확도가 낮을 수 있다. 따라서, 상완 동맥이 지나는 팔뚝에서 검출된 압력 파형에 대하여 고정 특성비를 이용하여 산출한 혈압을 기준 혈압으로 설정하고, 기준 혈압을 이용 하여 요골 동맥이 지나는 손목에서 검출된 압력 파형에 대하여 예측되는 특성비를 역으로 산출할 수 있다. 관계식은 이러한 예측되는 특성비와 압력 파형 형태의 상관 관계를 나타낸다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기준 혈압은 침습적 방법을 이용하여 산출될 수도 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 실험자의 손목, 대퇴부 등에서 침습적 방법을 이용하여 기준 혈압을 산출할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 실험자의 손목에서 침습적 방법으로 측정한 혈압을 기준 혈압으로 설정하고, 실험자의 손목에서 비침습적 방법으로 측정된 압력 파형에 대하여 상기 기준 혈압에 대응하는 특성비를 역으로 산출할 수 있다.

도 5는 팔뚝의 상완 동맥 및 손목의 요골 동맥의 위치를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 팔뚝에 위치한 상완 동맥(510) 및 손목에 위치한 요골 동맥(520)의 위치를 도시하였다. 본 실시예에 의한 혈압 추정 장치(10)가 손목형 디지털 부분 가압 혈압 측정 장치라고 하면, 혈압 추정 장치(10)는 요골 동맥(520)이 지나는 손목에서 검출한 압력 파형에 대하여 고정 특성비를 이용하여 혈압을 추정한다. 손목을 부분 가압하는 경우 요골 동맥(520) 중 혈압을 측정하기 위한 최적 지점을 선택하는 것이 힘들고, 피검자마다 손목의 특성(예를 들어, 뼈의 굵기, 내피의 두께, 지방 함량 등)이 다르기에 정확한 혈압을 추정하는 것이 쉽지 않다. 또한, 특성비는 피검자의 인종, 나이, 신체 조건, 동맥 탄성 등에 따라 일정하지 않기 때문에 자동 혈압 측정 장치의 정확성을 현저히 감소시킨다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 방법을 이용하여 상완 동맥 및 요골 동맥에서 측정한 압력 파형들을 도시한 도면이다. 도 6를 참조하면, 요골 동맥에서 측정한 파형(610), 상완 동맥에서 측정한 파형(620), 가압 압력(630), 의사 이완기 혈압(DBP_pseudo)(611), 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)(612), 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(621), 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(622), 이완기 혈압 인덱스(I_DBP)(631), 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)(632), 이완기 혈압 오차(DBP_error)(641), 수축기 혈압 오차(SBP_error)(642) 및 평균 혈압(MAP)(650)이 도시되어 있다.

요골 동맥에서 측정한 파형(610) 및 상완 동맥에서 측정한 파형(620)은 도 5에 도시된 상완 동맥(510) 및 요골 동맥(520)에서 각각 검출한 압력 파형들이다. 또한, 가압 압력(630)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 상완 동맥(510) 및 요골 동맥(520)을 가압하기 위한 압력이다. 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)를 예로 들어 설명하면, 가압부(1)에서 상기 혈관들이 있는 신체의 부위를 가압 압력(630)으로 가압하고, 센싱부(21)는 혈관벽에 미치는 압력 값들을 센싱하고, 센싱된 압력 값들이 필터링부(22)를 통과한 파형 중 고주파 대역 성분 파형에 대하여 포락선을 산출하여 1로 정규화하면 요골 동맥에서 측정한 파형(610) 및 상완 동맥에서 측정한 파형(620)이 나타난다.

포락선 산출은 필터링부(22)로부터 획득한 신호의 포락선을 검출하기 위하여, 신호를 적어도 하나 이상의 구간으로 나누고 상기 구간의 최대값들을 연결하여 구성된 곡선을 뜻하며, 상기 구간의 최대값들은 힐버튼 변환(Hilbert transform)에 의하여 산출할 수 있다. 또한, 이동평균 산출법을 이용하여 산출된 포락선을 재구 성할 수 있다. 이동평균이란 추세의 변동을 알 수 있도록 구간을 옮겨가며 산출한 평균을 의미한다. 센싱된 압력 값의 뷸규칙적인 변동부분을 제거하고, 그 저변에 있는 장기적이고 추세적인 동향을 발견하기 위하여 사용되는 통계상의 산출방법이다. 이동평균을 산출할 때, N 구간을 옮겨가며 평균을 산출하면 N 구간 이동평균(N point moving average)라고 한다. 예를 들어, 3 구간을 옮겨가며 평균을 산출하면 3 구간 이동평균(3 point moving average)이다. 포락선 산출 및 이동평균 산출 과정을 거친 후 분석의 편의를 위하여 각 파형들을 1로 정규화할 수 있다. 포락선 산출, 이동평균 산출 및 정규화 과정은 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하기에 상세한 설명은 생략한다.

요골 동맥에서 측정한 파형(610) 및 상완 동맥에서 측정한 파형(620)은 도 6에 도시된 바와 같이 파형 형태에 있어서 차이를 가지고, 그 결과 추정된 이완기 혈압 및 수축기 혈압에 오차가 발생한다. 두 파형에 있어서, 요골 동맥에서 측정한 파형(610)이 상완 동맥에서 측정한 파형(620)과 비교하여 넓게 퍼진 형태의 그래프를 가지는 것은 센싱부(21)가 압력 파형을 센싱할 때, 혈관이 아닌 다른 부분들(예를 들어, 지방, 뼈, 표피 등)에 의한 저항 또는 요골 동맥 위치 선정의 난이함 또는 부분 가압법의 불확실성 등에 의하여 정확한 파형을 센싱하지 못하였기 때문이다. 따라서, 상완 동맥에서 측정한 파형(620)을 이용하여 산출된 혈압을 기준 혈압으로 보고, 요골 동맥에서 측정한 파형(610)의 예측되는 특성비를 역으로 산출할 수 있다. 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)가 손목형 혈압 측정 방법을 사용하는 경우에는 상기에서 설명한 바와 같이 상완 동맥에서 측정한 파형(620)을 요골 동맥에서 측정한 파형(610)과 비교하여 관계식을 도출할 것이지만, 관계식을 도출하는 과정은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 혈압 측정 장치(10)가 손가락형 혈압 측정 방법을 사용하는 경우, 상완 동맥에서 측정한 파형(620)을 손가락에서 측정한 파형과 비교하여 관계식을 도출할 수 있다.

상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 요골 동맥에서 측정한 파형(610)의 평균 혈압(650)이 가지는 진폭 대비 혈압을 결정하기 위한 비율들을 가지는 지점들을 각각 의사 이완기 혈압(611) 및 의사 수축기 혈압(612)으로 정의할 수 있다. 본 실시예에서 고정 특성비를 이완기 혈압의 경우 70%, 수축기 혈압의 경우 40%라고 정의하면, 의사 이완기 혈압(DBP_pseudo)(611) 및 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)(612)이 각각 정의된다. 또한, 상완 동맥에서 측정한 파형(620)으로 추정한 혈압을 기준 혈압이라고 하면, 동일한 고정 특성비를 이용하여 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(621) 및 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(622)을 결정할 수 있다. 따라서, 이완기 혈압 오차(DBP_error)(641) 및 수축기 혈압 오차(SBP_error)(642)는 수학식 3 및 수학식 4로 각각 정의할 수 있다.

수학식 3에서 DBP_error는 이완기 혈압 오차(641), DBP_ref는 기준 이완기 혈압(621) 및 DBP_pseudo는 의사 이완기 혈압(611)을 나타내고, 수학식 4에서 SBP_error는 수축기 혈압 오차(642), SBP_ref는 기준 수축기 혈압(622) 및 SBP_pseudo는 의사 수축기 혈압(612)을 나타낸다. 따라서, 동일한 신체의 상완 동맥(51) 및 요골 동맥(52)에서 비침습적 방법으로 측정한 압력 파형에 고정 특성비를 이용하여 산출된 혈압은 동일하지 않다. 압력 파형의 형태는 인종, 나이, 성별, 신체 조건, 동맥 탄성에 따라 일정하지 않기 때문에 고정 특성비를 사용하는 경우에는 정확한 혈압 추정을 보장할 수 없기에, 가변 특성비를 이용하여 정확한 혈압을 추정할 수 있다.

가변 특성비 산출 방법에 대하여 설명하면, 기준 혈압을 이용하여 신체의 피검 부위에서 추정 혈압을 결정하는 특성비를 역으로 산출하고, 산출된 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형에 대하여 결정된 인덱스의 상관 관계에 기초하여 가변 특성비를 산출할 수 있다. 기준 혈압은 침습적 방법 또는 비침습적 방법에 의하여 측정이 가능하다. 다만, 기준 혈압은 상기 신체의 피검 부위에서 측정된 혈압에 비하여 상대적으로 높은 정확도를 가지고 있어야 한다. 따라서, 기준 혈압은 침습적 방법에 의하여 측정되거나, 또는 비침습적 방법에 의한 경우에는 상완 동맥(510)에서 측정된 압력 파형에 대하여 고정 특성비를 이용하여 산출될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 혈압을 이용하여 압력 파형에 대한 특성비를 산출하는 방법을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형(710), 압력 파형의 최대 진폭을 가지는 평균 혈압(711), 침습 적 방법으로 측정된 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(712), 침습적 방법으로 측정된 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(713), 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형의 최대 진폭(V_MAP)(721), 예측되는 특성비에 따른 이완기 진폭(V_DBP)(722) 및 예측되는 특성비에 따른 수축기 진폭(V_SBP)(723)이 도시되어 있다. 본 실시예에서 설명의 편의를 위하여 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(712) 및 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(713)은 침습적 방법을 이용하여 측정된 혈압으로 하나, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(712) 및 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(713)은 이에 한정되지 않고 비침습적 방법을 이용하여 팔뚝의 상완 동맥 등에서 측정될 수도 있음을 알 수 있다.

이완기 진폭(V_DBP)(722)은 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형(710)에 대하여 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(712)에 대응하는 진폭의 크기이고, 수축기 진폭(V_SBP)(723)은 신체의 피검 부위에서 측정한 압력 파형(710)에 대하여 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(713)에 대응하는 진폭의 크기이다. 기준 이완기 혈압(DBP_ref)(712) 및 기준 수축기 혈압(SBP_ref)(713)을 이용하여 산출된 이완기 특성비(DBP_ratio) 및 수축기 특성비(SBP_ratio)는 수학식 5 내지 6에 의하여 정의될 수 있다.

수학식 5에서 DBP_ratio는 이완기 특성비, V_DBP는 기준 이완기 혈압(DBP_ref)에 대응하는 이완기 진폭(722), V_MAP는 최대 진폭(721)을 나타내고, 수학식 6에서 SBP_ratio는 수축기 특성비, V_SBP는 기준 수축기 혈압(SBP_ref)에 대응하는 수축기 진폭(723), V_MAP는 최대 진폭(721)을 나타낸다. 수학식 5를 이용하여 산출된 이완기 특성비(DBP_ratio)와 상기 신체의 피검 부위에서 측정된 압력 파형에 대하여 수학식 1을 이용하여 결정된 이완기 혈압 인덱스(I_DBP)의 상관 관계 및 수학식 6을 이용하여 산출된 수축기 특성비(SBP_ratio)와 상기 신체의 피검 부위에서 측정된 압력 파형에 대하여 수학식 2를 이용하여 결정된 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)의 상관 관계에 대한 그래프를 도시할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덱스와 특성비의 상관 관계를 도시한 그래프들이다. 도 8a는 이완기 혈압 인덱스(I_DBP)와 이완기 특성 비(DBP_ratio)의 상관 관계를 도시한 그래프이고, 도 8b는 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)와 수축기 특성비(SBP_ratio)의 상관 관계를 도시한 그래프이다. 도 8a를 참조하면 이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(trend line)(81)이 도시되어 있고, 도 8b를 참조하면 수축기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(trend line)(82)이 도시되어 있다.

이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계(81) 및 수축기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계(82)는 수학식 1 내지 2 및 수학식 5 내지 6을 이용하여 인덱스 및 특성비를 산출하고, 산출 결과를 도 8a 및 도 8b에 표시한 것을 의미한다. 이때, 하나의 점은 한 번의 실험에 대한 결과를 의미한다. 수학식 1 내지 2 및 수학식 5 내지 6 과정을 반복적으로 수행하고, 수행된 결과를 이용하여 관계식을 도출한다.

상기 이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 및 수축기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계들에 대하여 통계학적 방법에 따른 다양한 알고리즘을 이용하여 이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(trend line)(81) 및 수축기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(82)을 산출할 수 있다. 추세선 산출은 변동의 추이를 분석하기 위한 것으로서 LMS(Least Mean Square) 알고리즘 등을 이용하여 산출할 수 있다. LMS 알고리즘을 예로 들어 설명하면, 이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계들 각각은 이완기 혈압에 대한 인덱스-오차 상관 관계 추세선(81)으로부터 최소의 차이를 가지도록 추세선이 정의된다. 이완기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(81) 및 수축기 혈압에 대한 인덱스-특성비 상관 관계 추세선(82)은 각각 수학식 7 및 수학식 8에 의하여 정의될 수 있다.

수학식 7에서 ExpDBP_ratio는 예측되는 이완기 혈압 특성비, I_DBP는 이완기 혈압 인덱스를 나타내고, 수학식 8에서 ExpSBP_ratio는 예측되는 수축기 혈압 특성비, I_SBP는 수축기 혈압 인덱스를 나타낸다. 또한, α, β, γ 및 δ는 본 실시예에 따른 추세선 산출 방법에 의하여 산출된 값이다. 예를 들면, α=-0.0001, β=1, γ=0.009 및 δ=0.5로 설정할 수 있다. 따라서, 상기 수학식 7 및 수학식 8의 추세선을 이용하여 이완기 혈압 인덱스(I_DBP) 및 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)를 이용하여 예측되는 이완기 혈압 특성비(ExpDBP_ratio) 및 예측되는 수축기 혈압 특성비(ExpSBP_ratio)를 산출할 수 있다. 신체의 피검 부위에서 결정된 인덱스를 이용하여 산출된 예측되는 이완기 혈압 특성비(ExpDBP_ratio) 및 예측되는 수축기 혈압 특성비(ExpSBP_ratio)는 상기 신체의 피검 부위에서 측정된 압력 파형에 대한 가변 특성비로 정의될 수 있다. 즉, 신체의 피검 부위에서 측정된 압력 파형의 형태를 나타내는 인덱스를 이용하여 상기 압력 파형 형태에 적응적인 가변 특성비를 산출할 수 있다.

본 실시예에 따른 수학식 7 및 수학식 8을 관계식이라 하고, 이러한 관계식들은 메모리(4)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 다만, 수학식 7 내지 8은 관계식의 일 실시예에 불과할 뿐이고, 상기에서 설명한 다양한 통계적 방법에 따른 추세선 산출 방법에 의한 관계식이 존재할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 혈압 추정부(53)는 피검자 신체를 가압한 상태에서 측정한 압력 파형의 최대 진폭에 대응하여 상기 산출된 피검자 특성비의 진폭을 가지는 적어도 하나 이상의 혈압을 추정한다. 이때, 추정되는 혈압은 이완기 혈압 및 수축기 혈압 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 본 실시예에 따라 산출된 가변 특성비를 이용하여 상기 도 4에서 설명한 방법에 따라 피검자의 혈압을 추정한다.

출력부(6)는 추정부(5)가 출력하는 혈압을 사용자에게 표시한다. 출력부(6)는 사용자에게 정보를 표시하기 위하여 시각 정보를 표시하기 위한 장치(예를 들어, 디스플레이, LCD 화면, LED, 눈금 표시 장치 등) 및 청각 정보를 표시하기 위한 장치(예를 들어, 스피커 등) 등을 모두 포함한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 특성비를 이용한 혈압 추정 방법의 흐름도이다. 본 실시예에 따른 혈압을 추정하는 방법은 도 1에 도시된 혈압 추정 장치(10)에서 시계열적으로 처리되는 다음과 같은 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 혈압 추정 장치(10)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 혈압 추정 방법에도 적용된다.

901 단계에서 추정부(5)는 피검자 신체의 피검 부위에서 검출된 압력 파형을 획득한다. 센싱부(21)는 피검자 신체의 피검 부위를 가압한 상태에서 압력 파형을 센싱하고, 필터링부(22)는 센싱된 압력 파형을 필터링하여 고주파 대역 성분 압력 파형을 추정부(5)로 전송한다. 이때의 센싱부(21)는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하고, 본 실시예에서 센서는 압력 센서, PPG 센서 등이 일반적이나 이에 한정되지 않고 혈관의 압력 값을 검출하기 위한 모든 장치를 포함함을 알 수 있다. 또한, 피검자 신체의 피검 부위는 상기에서 설명한 바와 같이 손목 또는 손가락 등에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지 않음을 알 수 있다.

902 단계에서 특성비 산출부(512)는 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 상기 901 단계에서 획득한 압력 파형의 형태에 대응하는 상기 피검자의 특성비를 산출한다. 이때, 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비는 상기 신체에서 측정된 기준 혈압을 이용하여 결정되고, 기준 혈압은 침습적 방법 또는 비침습적 방법을 이용하여 측정될 수 있다.

903 단계에서 혈압 추정부(53)는 산출된 특성비를 이용하여 상기 피검자 신체의 혈압을 추정한다. 추정된 혈압은 출력부(6)를 통하여 사용자에게 표시될 수 있다.

도 10은 본 실시예에 다른 가변 특성비를 산출하기 위한 관계식을 도출하는 방법의 흐름도이다. 상기에서 설명한 바와 같이 관계식을 도출하기 위한 실험자의 신체는 혈압을 추정하기 위한 피검자 신체에 한정되지 않는다.

1001 단계는 실험자 신체에서 침습적 방법 또는 비침습적 방법을 이용하여 기준 혈압을 측정한다. 기준 혈압은 기준 이완기 혈압(DBP_ref) 및 기준 수축기 혈압(SBP_ref) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 비침습적 방법을 이용하여 기준 혈압을 측정하는 경우에는 통상적으로 사용되는 고정 특성비를 이용한다.

1002 단계는 신체의 피검 부위에서 의사 혈압을 측정한다. 예를 들어 설명하면, 손목의 요골 동맥에서 측정한 파형에 대하여 고정 특성비를 이용하여 의사(pseudo) 혈압을 결정한다. 이때의 고정 특성비는 상기 1001 단계에서 사용된 고정 특성비와 동일하다. 의사 혈압은 의사 이완기 혈압(DBP_pseudo) 및 의사 수축기 혈압(DBP_pseudo) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

1003 단계는 인덱스(index)를 결정한다. 인덱스는 신체의 피검 부위에서 측정한 혈압 파형에서 최대 진폭을 가지는 혈압과 의사 혈압의 차로 정의된다. 인덱스는 이완기 혈압 인덱스(I_DBP) 및 수축기 혈압 인덱스(I_SBP) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 예를 들어, 손목의 요골 동맥에서 측정한 파형에서 최대 진폭을 가지는 혈압과 상기 1002 단계에서 산출한 의사 혈압의 차를 이용하여 인덱스를 결정할 수 있다.

1004 단계는 1001 단계에서 산출한 기준 혈압을 이용하여 상기 실험자 신체의 피검 부위에서 추정 혈압을 결정하는 특성비를 산출한다. 예를 들어, 이완기 혈압을 결정하는 이완기 특성비(DBP_ratio)는 상기 압력 파형에 있어서 기준 이완기 혈 압(DBP_ref)에 대응하는 진폭과 최대 진폭의 비율로 정의할 수 있고, 수축기 혈압을 결정하는 수축기 특성비(SBP_ratio)는 기준 수축기 혈압(SBP_ref)에 대응하는 진폭과 최대 진폭의 비율로 정의할 수 있다.

1005 단계는 1003 단계에서 결정된 인덱스 및 1004 단계에서 산출된 특성비의 개수가 n(n은 자연수)개 이상인 경우에는 1006 단계로 진행하고, n개 미만인 경우에는 1001 단계로 진행한다. n은 사용 환경에 따라 사용자가 임의적으로 설정이 가능하다. n의 수가 증가할수록 도출된 관계식의 정확도가 향상될 수 있다. 예를 들어 n=60일 수 있다. 다만, 1001 단계 내지 1004 단계를 반복 수행하는 경우에 있어서 상기 단계들을 수행하기 위한 실험자의 신체는 동일한 신체에 한정되지 않는다. 즉, 적어도 한 명 이상의 실험자에 대하여 상기 1001 단계 내지 1004 단계를 반복 수행하여 데이터들을 수집할 수 있다. 적어도 한 명 이상의 실험자는 다양한 연령대, 성별, 건강 상태, 키, 몸무게 등을 포함할 수도 있고, 또는 특정 조건을 만족하는 신체에 대해서만 실험을 수행하여 상기 조건에 해당하는 피검자에 특수한 관계식을 도출할 수도 있음을 알 수 있다.

1006 단계는 1003 단계에서 결정된 인덱스들과 1004 단계에서 산출된 특성비들을 이용하여 인덱스와 특성비의 상관 관계를 나타내는 복수개의 데이터에 기초하여 추세선을 산출한다. 추세선(trend line)은 알고리즘을 이용하여 인덱스에 대한 각 특성비가 산출된 추세선과 최소의 차이를 가지도록 산출된다. 산출된 추세선은 관계식에 해당하고, 혈압 추정 장치(10)의 메모리(4)에 저장될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축기 혈압을 추정하는 실시예를 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 설명의 편의를 위하여 수축기 혈압만을 예로 들어 설명하나, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이에 한정되지 않고, 이완기 혈압 및 기타 다른 혈압 값을 포함함을 알 수 있다. 메모리(4)는 수축기 특성비를 산출하기 위한 관계식을 미리 저장하고 있다고 가정한다. 본 실시예에 따른 관계식은 상기 도 10에서 도시된 흐름도에 따라 도출될 수 있고, 도 11에서 본 실시예에 따른 수축기 관계식은 수학식 8에서 기재된 바와 같다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 수축기 혈압을 추정하기 위한 관계식은 수학식 9로 정의한다.

혈압 결정부(511)는 피검자 신체의 피검 부위에서 검출한 압력 파형에 대하여 고정 특성비를 이용하여 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)을 결정한다. 본 실시예에 따른 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)은 118mmHg라고 한다.

인덱스 결정부(52)는 상기 피검자 신체의 피검 부위에서 검출한 압력 파형에 대하여 최대 진폭을 가지는 혈압(평균 혈압: MAP)과 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)의 차이를 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)로 결정한다. 본 실시예에 따른 평균 혈압(MAP)은 96mmHg, 의사 수축기 혈압(SBP_pseudo)은 118mmHg라고 하면, 수축기 혈압 인덱스(I_SBP) 는 22mmHg이다.

특성비 산출부(512)는 상기 메모리에서 독출한 관계식(수학식 9) 및 상기 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)를 이용하여 예측되는 수축기 특성비(ExpSBP_ratio)를 산출한다. 수학식 9를 이용하면, 본 실시예에 따른 예측되는 수축기 특성비(ExpSBP_ratio), 즉 가변 특성비는 0.698이다.

혈압 추정부(53)는 상기 피검자 신체의 피검 부위에서 검출한 압력 파형에 대하여 최대 진폭 대비 0.698배의 진폭 크기에 대응하는 혈압을 상기 피검자 신체의 수축기 혈압으로 추정한다. 추정된 혈압은 출력부(6)를 통하여 사용자에게 표시될 수 있다.

상기에 기재된 바에 의하면, 본 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)는 피검자 신체에서 검출된 압력 파형의 형태에 따른 가변적인 특성비를 산출하고, 산출된 특성비를 이용하여 혈압 추정의 정확도를 향상키실 수 있다. 손목 또는 손가락에서 비침습적 방법을 이용하여 편리하게 혈압을 측정하고 가변 특성비를 이용하여 정확한 혈압 추정이 가능하게 된다. 따라서, 편리하고 정확한 혈압 측정을 보장할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시에에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통 하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터링부(22)를 통과한 파형을 도시한 도면이다.

도 3은 도 1에 도시된 추정부(5)를 좀 더 상세히 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체의 피검 부위에서 검출한 파형을 도시한 도면이다.

도 5는 팔뚝의 상완 동맥 및 손목의 요골 동맥의 위치를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 방법을 이용하여 상완 동맥 및 요골 동맥에서 측정한 압력 파형들을 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 혈압을 이용하여 압력 파형에 대한 특성비를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.

도 8a는 이완기 혈압 인덱스(I_DBP)와 이완기 특성비(DBP_ratio)의 상관 관계를 도시한 그래프이다.

도 8b는 수축기 혈압 인덱스(I_SBP)와 수축기 특성비(SBP_ratio)의 상관 관계를 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 특성비를 이용한 혈압 추정 방법의 흐름도이다.

도 10은 본 실시예에 다른 가변 특성비를 산출하기 위한 관계식을 도출하는 방법의 흐름도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축기 혈압을 추정하는 실시예를 도시한 도면이다.

Claims (20)

1. 피검자 신체의 피검 부위에서 검출된 압력 파형을 획득하는 단계;

   신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 상기 획득한 압력 파형의 형태에 대응하는 상기 피검자의 특성비를 산출하는 단계; 및

   상기 산출된 특성비를 이용하여 상기 피검자 신체의 혈압을 추정하는 단계를 포함하는 혈압 추정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파형의 형태는 상기 파형의 최대 진폭을 가지는 압력 값을 기준으로 상기 압력 값이 증감함에 따른 진폭의 감소율인 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비는 상기 신체에서 측정된 기준 혈압을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 기준 혈압은 상기 신체의 팔뚝을 가압한 상태에서 측정된 파형에 대하여 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 결정된 이완기 혈압(diastolic blood pressure) 및 수축기 혈압(systolic blood pressure) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 기준 혈압은 침습적(invasive) 방법을 이용하여 측정된 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출된 파형에 대하여 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 결정된 혈압과 상기 검출된 파형의 최대 진폭을 가지는 혈압 간의 차(difference)를 상기 검출된 파형의 형태를 나타내는 인덱스(index)로 결정하는 단계를 더 포함하고,

   상기 산출하는 단계는 상기 결정된 인덱스를 이용하여 상기 피검자의 특성비를 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 산출하는 단계는 상기 상관 관계를 나타내는 복수개의 데이터를 이용하여 도출된 관계식에 상기 피검자 신체에 대하여 결정된 인덱스를 대입하여 상기 피검자의 특성비를 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 혈압을 추정하는 단계는 상기 피검자 신체를 가압한 상태에서 측정한 압력 파형의 최대 진폭에 대응하여 상기 산출된 피검자 특성비의 진폭을 가지는 적어도 하나 이상의 혈압을 상기 피검자의 혈압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 피검자 신체에서 검출한 압력 파형에 대하여 상기 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 이완기 혈압을 결정하는 단계를 더 포함하고,

   상기 인덱스를 결정하는 단계는 상기 피검자 신체에서 검출된 압력 파형의 최대 진폭을 가지는 혈압에서 상기 결정된 이완기 혈압을 감산한 결과를 이완기 혈압 인덱스로 결정하고,

   상기 산출하는 단계는 상기 이완기 혈압 인덱스를 이용하여 상기 피검자 신체의 이완기 혈압을 결정하기 위한 특성비를 산출하고,

   상기 혈압을 추정하는 단계는 상기 압력 파형의 최대 진폭에 대하여 상기 산출된 특성비의 진폭을 가지는 압력을 상기 피검자 신체의 이완기 혈압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 피검자 신체에서 검출한 압력 파형에 대하여 상기 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 수축기 혈압을 결정하는 단계를 더 포함하고,

    상기 인덱스를 결정하는 단계는 상기 결정된 수축기 혈압에서 상기 피검자 신체에서 검출된 압력 파형의 최대 진폭을 가지는 혈압을 감산한 결과를 수축기 혈압 인덱스로 결정하고,

    상기 산출하는 단계는 상기 수축기 혈압 인덱스를 이용하여 상기 피검자 신체의 수축기 혈압을 결정하기 위한 특성비를 산출하고,

    상기 혈압을 추정하는 단계는 상기 압력 파형의 최대 진폭에 대하여 상기 산출된 특성비의 진폭을 가지는 압력을 상기 피검자 신체의 수축기 혈압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
12. 피검자 신체의 피검 부위의 압력 파형을 검출하는 검출부;

    신체의 피검 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비와 상기 피검 부위에서 측정된 압력 파형 형태(shape)의 상관 관계에 기초하여 상기 검출된 압력 파형의 형태에 대응하는 상기 피검자의 특성비를 산출하는 특성비 산출부; 및

    상기 산출된 특성비를 이용하여 상기 피검자 신체의 혈압을 추정하는 혈압 추정부를 포함하는 혈압 추정 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 파형의 형태는 상기 파형의 최대 진폭을 가지는 압력 값을 기준으로 상기 압력 값이 증감함에 따른 진폭의 감소율인 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 신체의 소정 부위에서의 혈압을 결정하기 위한 특성비는 상기 신체에서 측정된 기준 혈압을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 기준 혈압은 상기 신체의 팔뚝을 가압한 상태에서 측정된 파형에 대하여 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 결정된 이완기 혈압 및 수축기 혈압 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 기준 혈압은 침습적(invasive) 방법을 이용하여 측정된 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 검출된 파형에 대하여 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 결정된 혈압과 상기 검출된 파형의 최대 진폭을 가지는 혈압 간의 차(difference)를 상기 검출된 파형의 형태를 나타내는 인덱스(index)로 결정하는 인덱스 결정부를 더 포 함하고,

    상기 산출부는 상기 결정된 인덱스를 이용하여 상기 피검자의 특성비를 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 특성비 산출부는 상기 상관 관계를 나타내는 복수개의 데이터를 이용하여 도출된 관계식에 상기 피검자 신체에 대하여 결정된 인덱스를 대입하여 상기 피검자의 특성비를 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 혈압 추정부는 상기 피검자 신체를 가압한 상태에서 측정한 압력 파형의 최대 진폭에 대응하여 상기 산출된 피검자 특성비의 진폭을 가지는 적어도 하나 이상의 혈압을 상기 피검자의 혈압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 장치.
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 피검자 신체에서 검출한 압력 파형에 대하여 상기 파형 형태에 무관한 특성비를 이용하여 수축기 혈압을 결정하는 혈압 결정부를 더 포함하고,

    상기 인덱스 결정부는 상기 결정된 수축기 혈압에서 상기 피검자 신체에서 검출된 압력 파형의 최대 진폭을 가지는 혈압을 감산한 결과를 수축기 혈압 인덱스 로 결정하고,

    상기 특성비 산출부는 상기 수축기 혈압 인덱스를 이용하여 상기 피검자 신체의 수축기 혈압을 결정하기 위한 특성비를 산출하고,

    상기 혈압 추정부는 상기 압력 파형의 최대 진폭에 대하여 상기 산출된 특성비의 진폭을 가지는 압력을 상기 피검자 신체에서 측정한 수축기 혈압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 혈압 추정 방법.

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