KR20120006440A - 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치는 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와, 상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와, 상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와, 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 개인 특성 진단부를 제공함으로써,혈압 측정시의 맥파 정보를 이용하여 개인적인 특성을 진단할 수 있다.

Description

오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법{Personalized traits monitoring apparatus and method based on oscillometric arterial blood pressure measurement}
본 발명은 오실로매트릭(oscillometric) 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 윈도우 구간에 해당하는 맥파 신호로부터 검출된 각각의 최소 진폭값들을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
개인적인 특성을 진단하여 맞춤 의료를 제공하기 위한 연구가 활발해지고 있다. 특히 혈압을 이용하여 개인적인 특성을 진단할 수 있다면, 고혈압, 콩팥 질환 또는 당뇨병 등을 가진 환자에게 맞춤 치료를 제공하는데 도움이 될 것이다.
일반적으로 혈압 측정의 방법은 일반적으로 침습(invasive) 방법과 비침습(non-invasive) 방법으로 분류된다. 침습 방법은 동맥 내부로 캐뉼라 침을 삽입하는 직접 측정 방법으로 환자들이 싫어하며 또한 감염을 일으킬 수 있다. 한편 비침습 방법은 청진 방법과 오실로매트릭 방법으로 분류된다. 청진 방법은 장기적인 측정에 적합하지 않으며 전문가에 의해서만 이용될 수 있다는 문제점이 있어 오실로매트릭 방법이 개발되었다. 이 오실로매트릭 방법은 청진기 방법과 유사하지만, 커프 내부의 압력 진동을 기록하기 위하여 청진기 대신에 압력 센서를 이용한다.
그러나 지금까지의 오실로매트릭 동맥 혈압 측정의 개선은 개인적인 특성을 고려하지 않고 고혈압 및 저혈압을 정확하게 측정하는데 초점이 맞추어져 있었다. 따라서 개인적인 특성을 고려하지 않는 종래의 혈압 측정 방법은 질병 등으로부터 유래할 수 있는 혈압의 비정상적인 패턴을 검출할 수 없었다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 윈도우 구간에 해당하는 맥파 신호로부터 검출된 각각의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 동일한 피측정자로부터 얻어진 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화를 수행하여 구한 피측정자의 정규화된 패턴 신호를 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정자의 복수의 정규화된 패턴 신호를 평균화하여 개인적인 특성을 진단하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치는 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와, 상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와, 상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와, 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 개인 특성 진단부를 제공한다.
상기 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치는 동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 생성하여 상기 맥파 진폭 검출부로 출력하는 맥파 신호 정규화부를 더 포함하고, 상기 맥파 진폭 검출부는 상기 맥파 신호 정규화부로부터 출력된 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 것이 바람직하다.
상기 개인 특성 진단부는 피측정자마다 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 진단할 수 있다.
상기 맥파 신호 정규화부는 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트한 것을 이용하여 정규화하는 것이 바람직하다.
상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할시 윈도우의 개수는 최소 진동 파형 수와 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수에 기초하여 얻어지는 것이 바람직하다.
상기 개인 특성 진단부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 또는 평균화된 최소 진폭값에서 가장 큰 값이 측정 주기의 1/3 내에 있으면 피측정자에게 고혈압이 있는 것으로 진단할 수 있다.
상기 개인 특성 진단부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법는 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와, 상기 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와, 상기 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 단계와, 상기 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치는 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와, 상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와, 상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와, 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성하는 개인 패턴 생성부와, 상기 개인 패턴 생성부에 의해 생성된 개인적인 특성 패턴을 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단하는 개인 특성 변화 진단부를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치는 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와, 상기 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와, 상기 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 단계와, 상기 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성하는 단계와, 상기 생성된 개인적인 특성 패턴을 저장하는 단계와, 상기 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 상기 커프의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단하는 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
상술한 구성들에 의해, 본 발명은 혈압 측정시의 맥파 정보를 이용하여 개인적인 특성을 진단할 수 있다.
또한, 본 발명은 동일한 피측정자로부터 얻어진 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화함으로써, 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시켜 개인적인 특성을 정확하게 진단하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 해당 윈도우 구간마다 최소 진폭값들 및/또는 최대 진폭값들을 평균화하여 개인적인 특성을 진단함으로써 측정 오차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 복수의 피측정자에 대하여 각 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 기록된 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 커프의 압력 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 도시된 맥파 추출부에서 추출된 맥파 신호를 도시한 도면이다.
도 6은 하나의 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도시된 도면이다.
도 7은 동일한 피측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 및 정규화된 맥파 신호를 이용하여 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값이 도시된 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 고혈압 군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 정상군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법의 제2 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 동일한 측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도시된 도면이다.
도 12는 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 이완기 혈압의 고혈압 군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 13은 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 이완기 혈압의 정상군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치를 도시한 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치를 도시한 도면이다.
심장은 박동할 때마다 동맥을 따라 혈액을 밀어내며, 이러한 혈액의 흐름으로 인하여 동맥이 팽창과 이완을 되풀이하게 되는데 이를 맥박이라고 한다. 혈압을 측정하기 위한 방법 중의 하나인 오실로매트릭(oscillometric) 방법은 일반적으로 심장 수축시 및 심장 확장시의 선형적 또는 단계적으로 팔 등의 혈관 압력을 측정하고, 측정된 압력으로부터 맥파 신호를 추출하여 최대 혈압(수축기 혈압) 및 최소 혈압(이완기 혈압)을 구한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치(100)는 커프(110), 압력 검출 센서부(120), 맥파 추출부(130), 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150), 개인 특성 진단부(160), 저장부(170) 및 디스플레이부(180)를 포함한다.
커프(110)는 혈압을 측정할 때 측정 부위에 감겨지는 것으로, 주로 팔 또는 팔목 등에 감겨지며 내부 배관(미도시됨)을 통해 가압 펌프(미도시됨) 및 배기 밸브(미도시됨) 등과 연결된다.
압력 검출 센서부(120)는 내부 배관을 통해 커프(110)와 연결되어 맥파의 영향을 포함하는 커프압, 즉 커프(110)의 압력을 검출한다.
맥파 추출부(130)는 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압으로부터 전 구간의 동맥의 맥파 신호를 추출한다. 한편, 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여, 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 추출부(130)로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 정규화(normalization)하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 출력한다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 추출부(130)로 입력된 맥파 신호 또는 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간마다 각각 최소 진폭값(MIAP : Minimum Amplitude Pulse) 및 최대 진폭값(MXAP : Maximum Amplitude Pulse)을 검출한다.
개인 특성 진단부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및/또는 최대 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단한다.
저장부(170)는 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우에 이용될 수 있다. 이 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호가 저장부(170)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
디스플레이부(180)는 개인 특성 진단부(160)에서 진단된 개인적인 특성 정보, 즉, 피측정자의 고혈압, 콩팥 질환 및 당뇨병 등의 정보 등을 표시할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 개인적인 특성 진단 장치(100)는 혈압계 등의 하나의 장치로 구현될 수도 있지만, 커프(110), 압력 검출 센서부(120) 및 맥파 추출부(130)를 포함하는 혈압계와, 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150), 개인 특성 진단부(160), 저장부(170) 및 디스플레이부(180)를 포함하는 컴퓨터/모니터로 구분되어 실시될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 복수의 피측정자에 대하여 각 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 기록된 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 커프의 압력 신호를 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 도시된 맥파 추출부에서 추출된 맥파 신호를 도시한 도면이고, 도 6은 하나의 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도시된 도면이고, 도 7은 동일한 측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 정규화된 맥파 신호를 이용하여 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값이 도시된 도면이고, 도 8은 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 고혈압 군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이고, 도 9는 도 3에 도시된 피측정자들 중에서 수축기 혈압의 정상군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
이하에서는 도 2에 도시된 흐름도의 설명뿐만 아니라 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반하여 개인적인 특성을 진단할 수 있음을 함께 설명하고자 한다.
커프(110)가 인체 팔 또는 팔목 등에 감겨지고, 개인적인 특성 진단 장치(100)가 혈압을 측정하기 위해 동작하면, 압력 검출 센서부(120)를 통해 커프압이 검출된다(S202). 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압 신호가 도 4에 도시되어 있다.
압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압은 맥파 추출부(130)에서 전 구간의 동맥의 맥파 신호가 추출된다(S204). 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호가 도 5에 도시되어 있다. 이 맥파 신호는 압력 검출 센서부(120)로부터 순차적으로 입력되는 커프압의 차분 정보를 이용하며, 또한 차분 정보에 포함된 커프압의 평균 감압량의 영향을 제거하는 것에 의해 추출될 수 있다.
그리고 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻을 때까지 맥파 추출부(120)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(170)에 저장될 수 있다(S206). 각 피측정자에 대하여 5회에 걸쳐 측정된 데이터들이 도 3에 도시되어 있다.
즉, 저장부(170)에는 커프압으로부터 추출된 맥파 신호 및 맥파 신호의 진동 파형 수가 저장되며, 아울러 피측정자의 나이 및 성별과 또한 청진기를 통해 간호사에 의해 측정된 최대 혈압(수축기 혈압) 및 최소 혈압(이완기 혈압)이 저장될 수 있다. 또한 각 피측정자로부터 복수 회에 걸쳐 각각의 데이터, 즉 복수 회에 걸쳐 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호, 커프압으로부터 추출된 맥파 신호 및 청진기를 통해 측정된 최대 혈압 및 최소 혈압이 저장부(170)에 저장될 수 있다.
본 발명에서의 양호한 개인적인 특성 정보를 얻기 위하여, 측정실은 정확한 혈압을 측정할 수 있도록 조성되는 것이 바람직하며, 피측정자들도 대기실 등에서 충분한 안정을 취하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 표의 데이터는 피측정자가 15분 동안 대기실에서 안정을 취한 후 1분 동안의 측정과 1분 동안의 휴식의 주기로 반복하여 얻은 데이터이나, 휴식을 취한 후 랜덤하게 얻을 수도 있다.
도 3에서 동일한 피측정자들은 5회 측정한 진동 파형수가 유사함을 알 수 있다. 이것은 동일한 피측정자는 유사한 크기의 맥파 신호를 갖는다는 것을 의미한다.
동일한 피측정자를 위한 측정 횟수가 N회에 도달하면, 맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여 정규화(normalization)를 수행한다(S208). 즉, 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반하여 개인적인 특성을 좀 더 정확하게 진단할 수 있음을 보여주는 데이터를 얻기 위하여 저장부(170)에 저장된 동일한 피측정자에 대한 복수의 맥파 신호에 대하여 정규화를 수행한다.
맥파 신호 정규화부(140)에서의 정규화는 아래의 수학식 1에 기초하여 피측정자에 대응하는 맥파 신호를 정규화할 수 있다.
먼저, 얻어진 총 데이터들의 수(도 3에서는 60임)를 W라 하고, 피측정자의 수(도 3에는 피측정자의 수가 12명으로 도시되어 있음)를 N로 표현하여,
Figure pat00001
를 얻을 수 있다. 그리고 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 신호들은
Figure pat00002
로 표현될 수 있으며, 맥파 신호(Wij)는 i번째 피측정자의 j번째 맥파 신호를 의미한다.
Figure pat00003
여기서, 동일한 피측정자의 맥파 크기값
Figure pat00004
는 동일한 피측정자의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트화한 값이다. 그리고 정규화된 맥파 신호 Wi*는 피측정자의 맥파 신호들을 맥파 크기값
Figure pat00005
로 나눈 정규화된 맥파 신호들이다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 신호의 전 구간을 복수의 윈도우 구간으로 구분한다(S210). 이 경우, 특징 윈도우의 개수는 각 피측정자의 정규화된 맥파 신호의 최소 진동 파형 수(도 3의 피측정자 S1의 경우 최소 진동 파형 수는 9004임) 및 1회 맥박이 발생되는 진동 파형수에 기초하여 정해진다. 또한, 진단하고자 하는 피측정자의 사상(mapping) 윈도우간의 특징들을 비교하기 위해서는 모든 정규화된 맥파 신호들이 동일 윈도우 개수로 나누어지는 것이 바람직하다.
특징 윈도우의 개수(FW)는 두 개의 파라미터에 의해 결정될 수 있다. 최소 진동 파형수를 α라하고, 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수를 β라고 하면, 특징 윈도우의 개수(FW)는 아래의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00006
위의 수학식 2를 이용하여 본 발명에서는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 패턴의 전 구간을 29개의 윈도우 구간으로 구분하였다.
그리고 맥파 진폭 검출부(150)는 복수의 윈도우 구간에서 각각 최소 진폭값을 검출한다(S212). 하나의 윈도우 구간에서의 각각의 최소 진폭값이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 맥파 신호 중에서 최상단의 영역이 최대 진폭값이고 최하단에 표시된 영역이 최소 진폭값을 의미한다. 따라서 하나의 윈도우 구간에는 적어도 1회의 맥파 신호가 포함되어야 하며, 하나의 윈도우 구간에 복수회의 맥파 신호가 있는 경우에는 그 중에서 가장 작은 값이 최소 진폭값이 된다. 여기서 최소 진폭값을 검출한다고 하였으나, 단순히 최소 진폭값만으로 개인적인 특성을 파악하는 경우뿐만 아니라, 진단하고자 하는 개인적인 특성에 따라 최대 진폭값 또는 하나의 윈도우 구간의 진폭값들을 평균화한 평균 진폭값(MAP : Mean Amplitude Pulse)을 이용하는 경우도 포함한다.
본 발명에서는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 패턴의 전 구간을 29개의 윈도우 구간으로 구분하여, 각 윈도우에서의 최소 진폭값을 검출한다. 동일한 피측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값들이 도 7(a)에 도시되어 있고, 맥파 신호 정규화부(140)에서 정규화된 맥파 신호를 이용한 최소 진폭값들이 도 7(b)에 도시되어 있다.
개인 특성 진단부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단한다(S214). 바람직하게는 개인 특성 진단부(160)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 진단한다. 이 평균화된 최소 진폭값들이 개인적인 특성 패턴으로 도 8 및 도 9에 도시되어 있다. 도 8에는 수축기 혈압에서 고혈압으로 진단된 피측정자들(P1 내지 P4)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있으며, 도 9에는 수축기 혈압에서 정상적으로 진단된 피측정자들(P5 내지 P8)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있다.
도 8 및 도 9에서 알 수 있듯이, 고혈압이 있는 것으로 진단된 대상들의 경우 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 평균화된 최소 진폭값 중에서 가장 큰 값이 측정 주기의 1/3 내에 있다.
상술한 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치 및 방법은 아래의 표 1을 통하여 유효하게 활용할 수 있음을 알 수 있다.
피측정자 도 3에 도시된 수축 혈압(mmHg) 신경망을 이용하여
변환된 수축 혈압(mmHg)
P1
 139 133
135 145
P2
 134 133
131 127
P3
 140 134
135 121
P4
 131 124
130 128
P5
 112 113
114 109
P6
 103 107
108 107
P7
 104 105
108 98
P8
 97 92
99 94
위의 표 1의 제1 열은 피측정자를 나타내고, 제2 열은 도 3에 도시된 간호사에 의해 측정된 수축 혈압을 나타내며, 제3 열은 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값에서 가장 큰 값을 신경망(Neural Network)을 이용하여 역으로 변환한 경우의 수축 혈압을 나타낸다.
표 1을 통해 알 수 있듯이, 도 3에 도시된 간호사에 의해 측정된 수축 혈압과 신경망을 이용하여 변환된 수축 혈압과는 오차가 다소 있으나, 일반적인 혈압계에 의한 오실로매트릭 동맥 혈압 측정 방법 역시 중간값으로부터 수축 혈압과 확장 혈압을 산출하고 있어 오차의 범위가 상당히 크므로, 본 발명은 유용하게 적용될 수 있으며, 또한 이러한 오차는 다수의 측정 데이터로부터 편차가 큰 측정 데이터를 제거하는 등의 방법을 통해 줄일 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 또는 평균화된 최소 진폭값을 이용한 개인적인 특성을 진단하는 것은 매우 유용하다.
도 10은 도 1에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법의 제2 실시예를 도시한 흐름도이고, 도 11은 동일한 측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도시된 도면이고, 도 12는 도 3에 도시된 피측정자들 중 이완기 혈압에서 고혈압 군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이고, 도 13은 도 3에 도시된 피측정자들 중 이완기 혈압에서 정상군에 속하는 개인적인 특성 패턴이 도시된 도면이다.
도 10에 도시된 흐름도 중에서 커프압을 검출하는 단계(S202)에서부터 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 구분하는 단계(S210)는 도 2에 도시된 흐름도와 동일하다.
그리고 맥파 진폭 검출부(150)는 복수의 윈도우 구간에서 각각 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 검출한다(S1002). 이미 설명한 도 6에 하나의 윈도우 구간에서의 각각의 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도시되어 있다. 도 6에 도시된 맥파 신호 중에서 최상단의 영역이 최대 진폭값이고 최하단에 표시된 영역이 최소 진폭값을 의미한다. 따라서 하나의 윈도우 구간에는 적어도 1회의 맥파 신호가 포함되어야 하며, 하나의 윈도우 구간에 복수회의 맥파 신호가 있는 경우에는 그 중에서 가장 큰 값이 최대 진폭값이 되고 가장 작은 값이 최소 진폭값이 된다. 한편, 맥파 진폭 검출부(150)는 진단하고자 하는 개인적인 특성에 따라 하나의 윈도우 구간의 진폭값들을 평균화한 평균 진폭값을 더 얻을 수 있다.
본 발명에서는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 패턴의 전 구간을 29개의 윈도우 구간으로 구분하여, 각 윈도우에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 검출한다. 동일한 피측정자의 각 윈도우에서 검출된 최소 진폭값 및 최대 진폭값이 도 13에 도시되어 있다.
개인 특성 진단부(160)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단한다(S1004). 바람직하게는 개인 특성 진단부(160)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들 및 최대 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 진단한다. 이미 설명한 바와 같이, 이 평균화된 최소 진폭값들이 개인적인 특성 패턴으로 도 8 및 도 9에 도시되어 있다. 도 8에는 수축기에서 고혈압으로 진단된 피측정자들(P1 내지 P4)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있으며, 도 9에는 정상적으로 진단된 피측정자들(P5 내지 P8) 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있다. 또한, 이 평균화된 최대 진폭값들이 개인적인 특성 패턴으로 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 도 12에는 이완기에서 고혈압(90 내지 99mmHg)과 의사 고혈압(80 내지 89mmHg)으로 진단된 피측정자들(P9 내지 P12)의 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있으며, 도 13에는 정상적으로 진단된 피측정자들(P5 내지 P8) 개인적인 특성 패턴이 도시되어 있다.
이미 설명한 바와 같이, 도 8에 있어서의 수축기 고혈압이 있는 것으로 진단된 대상들의 경우 도 9의 정상적으로 진단된 대상들에 달리 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 평균화된 최소 진폭값 중에서 가장 큰 값이 측정 주기의 1/3 내에 있다. 또한, 도 12 및 도 13에서 알 수 있듯이, 도 12에 있어서의 이완기 고혈압이 있는 것으로 진단된 대상들의 경우 도 13의 정상적으로 진단된 대상들과 달리 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 평균화된 최대 진폭값 중에서 가장 작은 값이 측정 주기의 10 내지 14 윈도우에 집중되어 있다.
따라서 본 발명에 따른 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 또는 평균화된 최소 진폭값뿐만 아니라 각 윈도우 구간에서의 최대 진폭값 또는 평균화된 최소 진폭값을 이용하면, 개인적인 특성을 더 정확하게 진단할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치를 도시한 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 개인적인 특성 진단 장치(100)는 도 1에 도시된 커프(110), 압력 검출 센서부(120), 맥파 추출부(130), 맥파 신호 정규화부(140), 맥파 진폭 검출부(150) 및 디스플레이부(180) 이외에 개인 패턴 생성부(1410), 저장부(1420) 및 개인 특성 변화 진단부(1430)를 포함한다.
커프(110)는 혈압을 측정할 때 측정 부위에 감겨지는 것으로, 주로 팔 또는 팔목 등에 감겨지며 내부 배관(미도시됨)을 통해 가압 펌프(미도시됨) 및 배기 밸브(미도시됨) 등과 연결된다.
압력 검출 센서부(120)는 내부 배관을 통해 커프(110)와 연결되어 맥파의 영향을 포함하는 커프압, 즉 커프(110)의 압력을 검출한다.
맥파 추출부(130)는 압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압으로부터 전 구간의 동맥의 맥파 신호를 추출한다. 한편, 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(1420)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여, 동일한 피측정자로부터 얻어진 맥파 추출부(130)로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 정규화(normalization)하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 출력한다.
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 추출부(130)로 입력된 맥파 신호 또는 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간마다 각각 최소 진폭값(MIAP : Minimum Amplitude Pulse)을 검출한다.
개인 패턴 생성부(1410)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성한다.
저장부(1420)는 개인 패턴 생성부(1410)에 의해 생성된 개인적인 특성 패턴 정보를 특성 정보 영역에 저장한다. 한편, 상술한 바와 같이, 맥파 신호의 정규화를 위하여 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻고자 하는 경우에는 맥파 추출부(130)에서 추출된 맥파 신호가 저장부(1420)의 맥파 신호 저장 영역에 저장된다.
개인 특성 변화 진단부(1430)는 저장부(1420)의 특성 정보 영역에 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프(110)의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단한다.
디스플레이부(180)는 개인 특성 변화 진단부(1430)에서 진단된 개인적인 특성 변화 정보, 즉, 피측정자의 고혈압의 변화 정도, 콩팥 질환의 변화 정도 및 당뇨병 변화 정도 등의 정보 등을 표시할 수 있다.
도 15는 도 14에 도시된 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
커프(110)가 인체의 팔 또는 팔목 등에 감겨지고, 개인적인 특성 진단 장치(100)가 혈압을 측정하기 위해 동작하면, 압력 검출 센서부(120)를 통해 커프압이 검출된다(S202).
압력 검출 센서부(120)에서 검출된 커프압은 맥파 추출부(130)에서 전 구간의 동맥의 맥파 신호가 추출된다(S204).
그리고 동일한 피측정자로부터 복수의 맥파 신호를 얻을 때까지 맥파 추출부(120)에서 추출된 맥파 신호는 저장부(1420)에 저장될 수 있다(S206).
동일한 피측정자를 위한 측정 횟수가 N회에 도달하면, 맥파 신호 정규화부(140)는 동일한 피측정자의 각 측정 횟수마다 변화를 보이는 맥파 신호들의 변화를 감소시키기 위하여 정규화(normalization)를 수행한다(S208).
맥파 진폭 검출부(150)는 맥파 신호 정규화부(140)에서 얻는 정규화된 맥파 신호의 전 구간을 복수의 윈도우 구간으로 구분한다(S210).
그리고 맥파 진폭 검출부(150)는 복수의 윈도우 구간에서 각각 최소 진폭값을 검출한다(S1502).
개인 패턴 생성부(1410)는 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성한다(S1504). 바람직하게는 개인 패턴 생성부(1410)는 피측정자마다 맥파 진폭 검출부(150)에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성 패턴을 생성한다.
저장부(1420)에는 개인 패턴 생성부(1410)에 의해 생성된 개인적인 특성 패턴이 저장된다(S1506).
그리고 개인 특성 변화 진단부(1430)는 저장부(1420)에 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔에 감겨진 커프(110)의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단한다(S1508).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 커프 120 : 압력 검출 센서부
130 : 맥파 추출부 140 : 맥파 신호 정규화부
150 : 맥파 진폭 검출부 160 : 개인 특성 진단부
170 : 저장부 180 : 디스플레이부
1010 : 개인 패턴 생성부 1020 : 저장부
1030 : 개인 특성 변화 진단부

Claims (14)

  1. 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와,
    상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와,
    상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와,
    상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 개인 특성 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 생성하여 상기 맥파 진폭 검출부로 출력하는 맥파 신호 정규화부를 더 포함하고,
    상기 맥파 진폭 검출부는 상기 맥파 신호 정규화부로부터 출력된 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개인 특성 진단부는 피측정자마다 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 진단하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 맥파 신호 정규화부는 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 각각 제곱하여 더한 값을 루트한 것을 이용하여 정규화하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할시 윈도우의 개수는 최소 진동 파형 수와 최대 기간의 1회 맥박을 포함하는 맥박 진동 파형 수에 기초하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개인 특성 진단부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 또는 평균화된 최소 진폭값에서 가장 큰 값이 측정 주기의 1/3 내에 있으면 피측정자에게 고혈압이 있는 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개인 특성 진단부는 상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  8. 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 단계와,
    상기 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 정규화된 맥파 신호를 생성하여 출력하는 단계를 더 포함하고,
    상기 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 단계는 상기 정규화된 맥파 신호를 이용하여 최소 진폭값을 검출하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개인적인 특성을 진단하는 단계는 피측정자마다 얻은 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값들을 해당 윈도우 구간마다 평균화하여 개인적인 특성을 진단하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개인적인 특성을 진단하는 단계는, 상기 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값 및 최대 진폭값을 이용하여 개인적인 특성을 진단하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  12. 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 압력 검출 센서부와,
    상기 압력 검출 센서부에서 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 맥파 추출부와,
    상기 맥파 추출부로부터 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 맥파 진폭 검출부와,
    상기 맥파 진폭 검출부에 의해 검출된 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성하는 개인 패턴 생성부와,
    상기 개인 패턴 생성부에 의해 생성된 개인적인 특성 패턴을 저장하는 저장부와,
    상기 저장부에 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단하는 개인 특성 변화 진단부를 포함하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    동일의 피측정자로부터 얻어진 상기 맥파 추출부로부터 추출된 복수의 맥파 신호들을 이용하여 피측정자의 정규화된 맥파 신호를 생성하여 상기 맥파 진폭 검출부로 출력하는 맥파 신호 정규화부를 더 포함하고,
    상기 맥파 진폭 검출부는 상기 맥파 신호 정규화부로부터 출력된 정규화된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 장치.
  14. 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 커프로부터 맥파의 영향을 포함하는 커프압을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 커프압으로부터 동맥의 맥파 신호를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 맥파 신호를 복수의 윈도우 구간으로 분할하고, 각 윈도우 구간에서 최소 진폭값을 검출하는 단계와,
    상기 각 윈도우 구간에서의 최소 진폭값을 이용하여 개인적인 특성 패턴을 생성하는 단계와,
    상기 생성된 개인적인 특성 패턴을 저장하는 단계와,
    상기 저장된 개인적인 특성 패턴과 피측정자의 팔 또는 팔목에 감겨진 상기 커프의 커프압을 이용하여 측정된 특성 패턴을 비교하여 개인적인 특성 변화를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실로매트릭 동맥 혈압 측정에 기반한 개인적인 특성 진단 방법.
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