KR20120021098A - 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 관한 것으로, ⅰ) 시간에 따른 맥파를 검출하는 단계, ⅱ) 상기 맥파를 디지털 신호로 변환하는 단계, ⅲ) 상기 디지털 신호로 변환된 맥파를 주파수 영역으로 변환하는 단계, ⅳ) 상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 규격화하는 단계, ⅴ) 상기 규격화된 맥파의 피크 값 각각에 대해 연령에 따른 상기 피크 값 각각의 파워 데이터를 검출하는 단계 및 ⅵ) 상기 연령을 독립변수로 설정하고, 상기 파워 데이터를 회귀분석(regression analysis)함으로써 상기 파워 데이터를 상기 연령에 대한 함수의 그래프로 분석하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 혈관노화 평가방법에 관한 것으로, 특히 시간에 따라 측정된 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하고, 고조파(harmonics)의 파워 감소 정도를 평가함으로써 동맥경화와 혈관의 노화 정도를 분석할 수 있는 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로, 맥파(pulse wave)는 측정 대상의 물리적인 특성에 따라 혈관의 시간에 따른 압력 변화를 검출하는 압맥파 및 시간에 따른 혈관의 용적 변화를 측정하는 용적맥파로 분류될 수 있다. 이러한 압맥파는 용적맥파에 비해 한의학의 맥진 개념과 잘 부합하지만, 용적맥파는 계측기 상에서 높은 민감도를 갖는다.
맥진에 대한 정량화는 60년대 맥진용 압맥파 검출시스템(실용신안등록출원 제1968-0002556호)이 개발된 이래 지속적으로 연구되고 있으나, 검출시스템의 공학적 기반기술 및 임상연구의 부족으로 인해 크게 발전하지 못하고 있는 실정이었다. 그러나, 컴퓨터기술의 발전으로 보다 정확한 맥파분석 및 정량화가 가능해지고(특허출원 제2001-0073094호, 미국특허 제6364842호), 재가진료 시스템의 구축으로 원격 진료면에서 맥파의 실용적 가치가 증대됨(특허출원 제1989-0001269호, 실용신안등록출원 제2001-0036222호)에 따라 맥파에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
한편, 지첨용적맥파(photoplethysmogram; PTG)는 광학기술을 기반으로 하여 손끝 미세순환계의 맥동성 혈액용적 변화를 측정하는 것으로서, 측정된 지첨용적맥파의 파형 분석을 통해 전신 순환계의 특성를 비침습적(non-invasive)으로 편리하게 파악할 수 있다. 이러한 지첨용적맥파는 모세혈관이 많이 분포한 손가락 첨단으로부터 검출되지만, 귓바퀴, 이마 또는 발가락 등의 인체 부위에서도 검출될 수 있다.
지첨용적맥파의 분포(contour)는 대동맥에서 압맥파 반사, 동맥 유연성 및 압맥파의 맥파전달속도(pulse wave velocity; PWV)를 포함한 체순환의 특성에 의해 주로 결정된다. 이러한 지첨용적맥파(PTG)의 분포 해석에서 얻을 수 있는 혈관 노화의 지표는 승각 시간(up-stroke time), 맥파 증대 지수(augmentation index), 경화도(stiffness index), 반사도(reflection index) 또는 가속도 맥파 지수(SDPTG index) 등이 있다.
Shimokata 등은 펄스비(pulse rate)에 의해 보정된 승각 시간이 연령증가에 따라 10대 이후 50세까지 선형적으로 급격하게 증가한다고 보고하였고, Millasseau 등은 맥파전달속도를 통해 지첨용적맥파를 편리하고 빠르게 측정할 수 있는 지표로서 경화도를 제시하였고, 이러한 경화도가 연령 및 혈압의 증가와 함께 상승한다는 것을 보고하였다. 특히 지첨용적맥파의 신호를 시간 축에 대해 2차 미분하여 얻어지는 가속도 맥파는 연령과 강한 상관관계를 가지며, 관상 동맥 질환(coronary heart disease)의 위험 평가를 위해서 사용될 수 있음이 입증되었다.
이러한 지첨용적맥파의 분포 해석을 통한 대동맥 특성 평가는 간단하고 편리하다는 장점을 갖지만, 완만한 파형으로 인해 변곡점의 인식이 어렵고, 교감성 활동과 온도의 영향, 기준선의 요동 및 신호 대역폭의 차이에 의한 분포도의 변형 등과 같은 에러 소오스는 지첨용적맥파의 임상적 신뢰성을 감소시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 시간에 대한 지첨용적맥파의 파형을 주파수 영역에서 나타내기 위한 연구들이 시도되었다. O'Rourke는 맥파 파형의 고조파(harmonics) 성분을 해석하는 방법이 다른 어떤 방법보다 동맥의 특성에 대해 더 많은 정보를 제공한다고 주장하고 동맥압 파형을 고조파 성분으로 나타낼 것을 제안하였다.
또한, Wang 등은 압맥파의 고조파 분석계(미국특허 제5730138호)에서 압맥파를 주파수 분석하여 얻은 고조파 성분들 각각의 크기를 구하고, 이를 이용해 장부 각각의 혈액순화상태를 파악하기 위한 장치를 발명하였으며, 이 장치를 한의학분야에서 오장육부 병변을 진단하는데 이용하였다. 그러나 이러한 고조파 분석장치도 압맥파를 이용하여 5 ~ 6 개의 파형을 분석함으로써 반복성과 재현성이 떨어질 뿐만 아니라 심혈관계의 노화에 대한 정보를 제공하지 못한다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 시간에 따라 측정된 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하고, 고조파의 파워 감소 정도를 평가함으로써 동맥경화와 연령에 따른 혈관의 노화 정도를 분석할 수 있는 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하므로 시간에 따른 맥파의 파형에서 나타나는 변곡점을 제거할 수 있어 재현성 있는 혈관노화 평가방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법은 ⅰ) 시간에 따른 맥파를 검출하는 단계, ⅱ) 상기 맥파를 디지털 신호로 변환하는 단계, ⅲ) 상기 디지털 신호로 변환된 맥파를 주파수 영역으로 변환하는 단계, ⅳ) 상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 규격화하는 단계, ⅴ) 상기 규격화된 맥파의 피크 값 각각에 대해 연령에 따른 상기 피크 값 각각의 파워 데이터를 검출하는 단계 및 ⅵ) 상기 연령을 독립변수로 설정하고, 상기 파워 데이터를 회귀분석(regression analysis)함으로써 상기 파워 데이터를 상기 연령에 대한 함수의 그래프로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 단계 ⅵ) 후에 상기 연령을 상기 함수에 대입한 파워 값이 상기 함수의 그래프 상부에 위치하는 경우 동일 연령에 비해 혈관이 노화된 것으로 판단하고, 상기 파워 값이 상기 함수의 그래프 하부에 위치하면 동일 연령에 비해 혈관이 건강한 것으로 판단하며, 상기 파워 값이 상기 함수의 그래프 상에 있는 경우 연령대에 맞는 혈관 노화 정도인 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 단계 ⅳ)는 상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 로그 스케일로 변환하는 단계, 상기 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하는 단계 및 상기 고조파를 상기 기준파로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 단계 ⅳ)는 상기 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하는 단계, 상기 기준파 및 상기 고조파로 분리된 맥파를 로그 스케일로 변환하는 단계 및 상기 고조파를 상기 기준파로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 맥파는 용적맥파인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 단계 ⅵ)에서 상기 함수는 연령을 독립변수로 설정하고, 상기 파워를 종속변수로 하는 1차 함수인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 상기 단계 ⅰ) 후에 상기 검출된 맥파로부터 피검자의 부정맥 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 시간에 따라 측정된 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하고, 고조파의 파워 감소 정도를 평가함으로써 동맥경화와 연령에 따른 혈관의 노화 정도를 분석할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파의 주파수 영역 분석을 이용한 혈관노화 평가방법에 의하면, 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하므로 시간에 따른 맥파의 파형에서 나타나는 변곡점을 제거할 수 있어 재현성 있는 결과를 유도할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 지첨용적맥파의 1차 미분 및 2차 미분하여 본 발명과 비교하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 맥파의 예를 주파수 영역에서 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 지첨용적맥파의 파워 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 고조파 성분들 각각의 연령에 대한 파워 값을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법을 보여주는 순서도이다.
도 7a 및 도 7b의 각각은 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 규격화 방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 맥파의 예를 주파수 영역에서 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 지첨용적맥파의 파워 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 고조파 성분들 각각의 연령에 대한 파워 값을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법을 보여주는 순서도이다.
도 7a 및 도 7b의 각각은 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 규격화 방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저, 파형의 스펙트럼 분석에 의한 본 발명의 장점을 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 지첨용적맥파의 1차 미분 및 2차 미분하여 본 발명과 비교하기 위한 도면이다.
도 1a에서 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 지첨용적맥파의 분포 해석은 맥파의 변곡점 인식에 대한 측정 에러와 맥파의 베이스 라인의 요동(fluctuation)으로 인해 임상적으로 활용하기 힘들다는 문제점을 가졌다. 노연령자나 심혈관계 질병(cardiovascular disease)을 가진 환자의 경우, 지첨용적맥파의 파형에서 중복절흔(dicrotic notch)을 명확히 구분할 수 없다. 도 1a는 지첨용적맥파의 파형에서 변곡점 인식의 어려움을 나타낸 것으로서, 종래 분포 해석은 심장확장 피크(diastolic peak) 주변에서 발생하는 기생 피크(unusual peak)로 인해 심장확장 피크가 a 내지 d 중에서 어떤 지점을 나타내는지 판별하기 힘들다는 문제점 갖는다.
한편, 필터링(filtering) 특성과 주파수 대역폭의 차이는 맥파 분포(contour)를 변화시키고, 상기 변화는 평가지표의 차이를 유발시킨다. 도 1b는 지첨용적맥파의 주파수 대역폭에 따른 파형의 차이를 나타낸 것으로, 정상혈압을 갖는 20세의 피검자로부터 검출한 것이다. 상기 파형은 능동대역 필터(band pass finite impulse response filter)를 이용하여 주파수 대역폭을 다르게 함으로써 획득되었다. 도 1b의 A, B에서, 상기 지첨용적맥파는 고주파 성분을 적게 포함하고 있는 B 파형의 주파수 대역폭에 비해 고주파 성분을 많이 포함하는 A 파형의 주파수 대역폭의 2차 미분파가 상대적으로 좁은 폭(width)을 갖고, 분포해석에 이용되는 변수들의 값에도 차이가 있음을 알 수 있다.
따라서, 지첨용적맥파의 스펙트럼 분석은 맥파를 기준파 및 고조파로 분리하여 해석함으로써 종래 기술에 비해 간단하고, 비침습적(non-invasive) 방법으로 동맥계의 탄성 특성, 예를 들어 동맥의 노화상태를 안정적으로 평가할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5e를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치를 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 맥파의 예를 주파수 영역에서 보여주는 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치로부터 검출된 지첨용적맥파의 파워 스펙트럼을 보여주는 도면이고, 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 고조파 성분들 각각의 연령에 대한 파워 값을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 맥파 검출장치는 맥파 검출부(11), 맥파 분석부(13), 제어부(15) 및 표시부(17)를 포함하여 구성된다. 상기 맥파 검출부(11)는 피검자의 손?발가락 말단의 세동맥에서 동맥혈류의 용적맥파를 측정한다. 이 경우, 상기 용적맥파의 검출방법은 반사형 및 투과형으로 나눌 수 있다. 상기 용적맥파는 검출된 맥파의 파형이 안정적이며 재현성이 높은 투과형으로 검출되는 것이 바람직하지만 주파수 분석방법에 따라 반사형으로 검출할 수도 있다. 상기 맥파 검출부(11)는 동맥혈의 산화헤모글로빈(HbO2)이 적외선 대역의 광을 흡수하는 특성을 이용한 광전식 맥파계를 이용하는 것이 바람직하지만, 피검자의 용적맥파를 측정할 수 있는 다른 장치를 사용하는 것도 가능하다.
상기 맥파 분석부(13)는 맥파 검출부(11)로부터 측정된 맥파를 분석한다. 또한, 상기 맥파 분석부(13)는 맥파 검출부(11)로부터 측정된 맥파를 시간에 따라 파형의 그래프로 분석할 수 있고, 상기 맥파를 시간에 대해 1차 미분 또는 2차 미분함으로써 분석할 수 있다. 상기 맥파 분석부(13)는 맥파 저장부(19), 부정맥 판단부(21), 맥파 변환부(23) 및 맥파 교정부(25)를 포함한다. 또한, 상기 맥파 분석부(13)는 측정된 맥파를 디지털 신호로 변환할 수 있는 A/D 변환부(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 맥파 저장부(19)는 맥파 검출부(11)로부터 측정된 맥파의 데이터 및 상기 맥파 분석부(13)에서 가공된 맥파의 데이터를 저장한다. 상기 부정맥 판단부(21)는 맥파 검출부(11)에서 측정된 맥파의 파형을 분석하여 부정맥에 해당하는 파형인지 여부를 판단한다. 상기 부정맥 판단부(21)는 맥파의 시간 미분 파형을 분석함으로써 피검자의 부정맥 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 맥파 변환부(23)는 시간에 따라 측정된 맥파의 데이터를 주파수 영역으로 변환한다. 이 경우, 상기 맥파는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation; FFT)을 통해 주파수 영역으로 변환되는 것이 바람직하다. 상기 맥파 변환부(23)는 하드웨어 또는 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다. 또한, 상기 맥파 변환부(23)는 주파수 영역으로 변환된 맥파를 로그(log) 스케일로 변환할 수 있고, 상기 변환된 맥파를 기준파 및 고조파로 분리할 수 있다.
상기 기준파는 주파수 영역으로 분석된 맥파의 파워 스펙트럼 중에서 맥박수에 반비례하는 기준 주파수 영역에 나타난 피크(peak)로 정의된다. 상기 고조파는 기준 주파수의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수) 주파수 영역에 나타나는 파워의 피크들로 정의된다. 상기 고조파는 k의 값에 따라 제(k-1)고조파로 통칭할 수 있다. 예를 들어, k의 값이 2인 경우의 고조파는 제1고조파로 통칭하고, 상기 k의 값이 3인 경우의 고조파는 제2고조파로 통칭할 수 있다. 상기 기준파 및 고조파의 일례가 지첨용적맥파를 30초 동안 측정하여 주파수 분석한 파워 스펙트럼을 나타낸 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 기준파(F1)는 초당 맥박수의 역수와 거의 일치하고, 상기 고조파(F2 내지 F6)의 각각은 기본 진동수의 k배 부근에서 피크 값이 나타남을 알 수 있다.
한편, 상기 맥파 교정부(25)는 주파수 영역으로 분석된 맥파의 파워 스펙트럼으로부터 맥파를 규격화하는 역할을 수행한다. 상기 맥파 교정부(25)는 맥파의 측정 조건 및 피부 상태에 영향을 많이 받으므로 아래 [수학식 1]을 이용하여 맥파를 규격화하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 맥파 교정부(25)는 맥파의 측정에서 나타나는 노이즈를 제거할 수 있고, 주파수 영역에서 분석된 맥파의 파워 값을 균일하게 유지할 수 있다.
이 경우, LnPWRk는 자연 로그 스케일에서 k번째 고조파의 최대 파워 값을 의미하고, LnPWR1은 자연 로그 스케일에서 기준파의 최대 파워 값을 의미한다. 또한, n(LnPWRk)는 규격화된 n번째 고조파를 의미한다(n=k-1, k는 2 이상의 자연수).
상기 맥파 검출장치를 이용하여 주파수 변환된 파워 스펙트럼의 일례가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 도 4a는 분당 맥박수가 61bpm인 건강한 24세 남성의 지첨용적맥파를 30초 동안 측정한 후 고속 푸리에 변환(FFT)을 거쳐 0 Hz ~ 8 Hz까지의 파워 스펙트럼을 나타낸 것이다. 이 경우, 기준 주파수는 분당 맥박수의 역수인 0.98 Hz 부근에서 나타났고, 최대 파워 강도는 0.03624 Volt2/Hz로 측정되었다. 또한, 도 4a는 지첨용적맥파의 측정에서 다섯 개의 고조파(F2 내지 F6)가 관찰되었음을 보여준다. 이에 비해, 도 4b는 60대 여성 고혈압 환자의 지첨용적맥파의 파워 스펙트럼은 나타낸 것이다. 도 4a 및 도 4b를 비교하면 아래 표 1에서 나타낸 바와 같이 고혈압 환자의 파워 스펙트럼에서 고조파의 파워 강도가 건강한 남성의 파워 강도에 비해 감소함을 알 수 있다.
| PWR2 | PWR3 | PWR4 | PWR5 | PWR6 | PWR7 | |
| 20대 남성 | 0.03624 | 0.01029 | 0.00823 | 0.00326 | 0.00165 | 0.00136 |
| 60대 여성 | 0.03556 | 0.00850 | 0.00236 | 0.00030 | 0.00052 | 0.00033 |
한편, 상기 제어부(15)는 맥파 검출부(11), 맥파 분석부(13) 및 맥파의 분석 데이터를 표시하는 표시부(17)와 전기적으로 연결되어 맥파의 검출, 전송, 분석 및 분석 데이터 표시를 제어한다. 상기 제어부(15)는 통상의 제어기를 통해 구현될 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 5a 내지 도 5e는 18세에서 84세 사이의 건강한 390명의 피검자 (남성 174명, 여성 216명)를 대상으로 지첨용적맥파(PTG)를 30초간 측정한 후 파워 스펙트럼을 분석하여 제1고조파 내지 제5고조파(n(LnPWR2) 내지 n(LnPWR6))의 연령별 분포를 나타낸 것이다. 연령증가에 따라 n(LnPWR4)의 두드러진 감소가 관찰됨을 알 수 있다. 일반적으로, 건강한 피검자에서 연령의 증가와 함께 승각 시간(up-stroke time)이 늘어나고, 중복 절흔(dicrotic notch)은 소실되며, 이것이 동맥 저항(arterial resistance)의 증가 및 혈관의 탄성(vascular compliance)의 감소에 기인한다는 것은 잘 알려진 사실이다.
연령이 증가함에 따라 맥파 전달속도(PWV)가 상승하고, 반사파는 보다 빨리 지첨부위에 도달하여 심장 수축 피크(early systolic peak)와 융합되며, 반사파의 진폭이 늘어난다. 따라서, 연령 증가에 따라 승각 시간의 증가, 심장 수축 피크와 심장 확장 피크(early diastolic peak) 사이의 시간차 감소 및 중복 절흔의 소실로 인해 지첨용적맥파의 파형의 굴곡이 완만하게 변화하며, 고조파의 파워 강도는 줄어든다.
도 5a 내지 도 5e에 나타난 피어슨(Pearson) 상관계수(r)는 두 변량인 연령 및 파워 강도(nLn(PWR2) 내지 nLn(PWR6)) 사이의 상관관계의 정도를 나타내는 수치이고, 피어슨 상관계수(r)는 항상 부등식 －1≤r≤1을 만족시킨다. 상기 피어슨 상관계수(r)는 양의 상관관계가 있을 때는 r＞0, 음의 상관관계가 있을 때는 r＜0이며, 상관관계가 없는 경우에는 r＝0의 값을 갖는다. 한편, p 값은 1종 오류, 즉 통계학에서 귀무가설이 진실임에도 이를 기각하는 오류를 범할 확률을 말하며, p-value는 0≤r≤1 사이의 값을 갖는다. 결론적으로, 상관분석에서 p 값이 0에 가까울수록 연령 및 파워 강도 사이의 상관관계가 높아지고, 상관계수(r)가 1에 가까울수록 두 변량 사이의 양의 상관성이 높다는 것을 알 수 있다.
도 5c에서 도시한 바와 같이, 제3고조파의 파워 강도(nLn(PWR4))에서 가장 높은 피어슨 상관계수 값(r=-0.621)이 나타남을 알 수 있다. 또한, 상기 제3고조파는 가속도맥파 혈관노화지수(r=-0.837, p<0.0001), 가속도맥파 b/a(r = -0.809, p <0.0001) 및 가속도맥파 d/a (r=0.818, p<0.0001)와 매우 강한 일치도를 보였으며, 승각시간(r=-0.633, p<0.0001), 경화도 지수(Stiffenss index)(r=-0.526, p<0.0001)와도 일정한 상관관계가 있음을 보여준다. 이 경우, a는 시간에 따른 가속도 맥파의 파형에서 가속도 맥파의 시작점으로부터 나타나는 첫 번째 양의 피크로 정의되고, b는 가속도 맥파의 시작점으로부터 나타나는 첫 번째 음의 피크로 정의된다. 또한, d는 가속도 맥파의 시작점으로부터 나타나는 두 번째 음의 피크로 정의된다.
다음으로, 도 2, 도 6 내지 도 7b를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법을 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법을 보여주는 순서도이다. 도 7a 및 도 7b의 각각은 본 발명의 실시 예에 따른 지첨용적맥파의 규격화 방법을 보여주는 순서도이다.
도 2, 도 6 내지 도 7b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법은 맥파 검출부(11)로부터 시간에 따른 맥파를 검출하는 단계를 포함한다(S71). 상기 맥파 검출부(11)는 피검자의 손?발가락 말단의 세동맥에서 동맥혈류의 용적맥파를 측정한다. 상기 용적맥파는 검출된 맥파의 파형이 안정적이며 재현성이 높은 투과형으로 검출하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 단계 S71 후에, 부정맥 판단부(21)로부터 피검자가 부정맥이 있는지 여부를 판단한다(S73). 상기 부정맥 판단부(21)는 시간 영역에서 검출된 지첨용적맥파로부터 파형을 미분하여 판단하는 것이 바람직하다. 상기 단계 S73 후에, 상기 피검자가 부정맥을 갖는 것으로 판단되면 표시부(17)에 결과를 표시하고 절차를 종료한다(S74).
한편, 상기 단계 S73에서 피검자가 부정맥을 갖지 않은 것으로 판단되면, 상기 검출된 용적맥파는 맥파 분석부(13)로부터 디지털 신호로 변환된다(S75). 상기 단계 S75 후에, 맥파 변환부(23)는 디지털 신호로 변환된 맥파를 주파수 영역으로 변환하여 표시(S77)하고, 상기 수학식 1에 따라 맥파를 규격화한다(S79). 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 로그 스케일로 변환하고(S94), 상기 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하며(S95), 상기 분리된 고조파를 기준파로 나누어준다(S96).
이와는 달리, 상기 규격화 단계(S79)는 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하고(S97), 상기 기준파 및 고조파로 분리된 맥파를 로그 스케일로 변환한 후에(S98) 상기 고조파를 기준파로 나눌 수도 있다(S99).
상기 단계 S79 후에, 상기 규격화된 맥파를 피크 값 별로 연령에 따른 파워 데이터를 검출하고(S81), 상기 파워 데이터를 연령에 따른 함수 그래프로 분석한다(S83). 예를 들면, 도 5a 내지 도 5e에서 도시한 바와 같이, 상기 규격화된 맥파는 연령을 독립변수로 설정하고, 제1고조파 내지 제5고조파(F2 내지 F6)의 각각을 종속변수로 설정함으로써 피크 값 별로 검출될 수 있다. 이 경우, 상기 제1고조파 내지 제5고조파(F2 내지 F6) 각각에 대한 파워 데이터는 연령 및 파워 데이터를 회귀분석(regression analysis)함으로써 연령에 대한 1차 함수의 그래프로 분석될 수 있다.
상기 단계 S83 후에, 피검자의 연령을 1차 함수에 대입하고, 그에 대응하는 파워 값이 함수의 그래프 상에 위치하는지 여부를 판단한다(S85). 상기 단계 S85에서, 상기 파워 값이 함수의 그래프 상에 위치하는 경우 피검자의 혈관이 연령에 대응하는 정도로 노화가 진행된 것으로 판단한다(S87). 상기 단계 S85에서, 상기 파워 값이 함수의 그래프 상에 위치하지 않는 경우에는 연령에 대한 파워 값이 함수 그래프의 상부인지 여부를 판단한다(S89). 상기 단계 S89에서, 상기 연령에 대한 파워 값이 함수 그래프의 상부가 아닌 것으로 판단되면, 다시 말해 상기 연령에 대한 파워 값이 함수 그래프의 하부에 위치하는 경우에는 피검자가 연령에 비해 건강한 혈관은 갖는 것으로 판단한다(S91). 상기 단계 S89에서, 상기 연령에 대한 파워 값이 함수 그래프의 상부에 있는 것으로 판단되면 피검자가 동일 연령에 비해 노화된 혈관을 갖는 것을 판단한다(S93).
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 혈관노화 평가방법은 시간에 따라 측정된 지첨용적맥파를 주파수 영역에서 분석하고, 고조파의 파워 감소 정도를 평가함으로써 동맥경화와 연령에 따른 혈관의 노화 정도를 분석할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
11: 맥파 검출부 13: 맥파 분석부
15: 제어부 17: 표시부
19: 맥파 저장부 21: 부정맥 판단부
23: 맥파 변환부 25: 맥파 교정부
15: 제어부 17: 표시부
19: 맥파 저장부 21: 부정맥 판단부
23: 맥파 변환부 25: 맥파 교정부
Claims (7)
- ⅰ) 시간에 따른 맥파를 검출하는 단계;
ⅱ) 상기 맥파를 디지털 신호로 변환하는 단계;
ⅲ) 상기 디지털 신호로 변환된 맥파를 주파수 영역으로 변환하는 단계;
ⅳ) 상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 규격화하는 단계;
ⅴ) 상기 규격화된 맥파의 피크 값 각각에 대해 연령에 따른 상기 피크 값 각각의 파워 데이터를 검출하는 단계; 및
ⅵ) 상기 연령을 독립변수로 설정하고, 상기 파워 데이터를 회귀분석(regression analysis)함으로써 상기 파워 데이터를 상기 연령에 대한 함수의 그래프로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 ⅵ) 후에
상기 연령을 상기 함수에 대입한 파워 값이 상기 함수의 그래프 상부에 위치하는 경우 동일 연령에 비해 혈관이 노화된 것으로 판단하고, 상기 파워 값이 상기 함수의 그래프 하부에 위치하면 동일 연령에 비해 혈관이 건강한 것으로 판단하며, 상기 파워 값이 상기 함수의 그래프 상에 있는 경우 연령대에 맞는 혈관 노화 정도인 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 ⅳ)는
상기 주파수 영역으로 변환된 맥파를 로그 스케일로 변환하는 단계;
상기 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하는 단계; 및
상기 고조파를 상기 기준파로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 ⅳ)는
상기 로그 스케일로 변환한 맥파를 맥박수에 반비례하는 피크 값으로 나타나는 기준파와 상기 기준파의 k배(이 경우, k은 2 이상의 자연수)에 대응하는 피크 값으로 나타나는 고조파로 분리하는 단계;
상기 기준파 및 상기 고조파로 분리된 맥파를 로그 스케일로 변환하는 단계; 및
상기 고조파를 상기 기준파로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서,
상기 맥파는 용적맥파인 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 ⅵ)에서
상기 함수는 연령을 독립변수로 설정하고, 상기 파워를 종속변수로 하는 1차 함수인 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 ⅰ) 후에
상기 검출된 맥파로부터 피검자의 부정맥 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈관노화 평가방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2017018595A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 生体信号分析装置及び生体信号分析方法 |
| KR20190140418A (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 컨템포러리 한 클라우드 컴퍼니, 리미티드 | 맥박 진단 측정 디바이스 및 장치 |
| EP3881757A1 (en) * | 2020-03-20 | 2021-09-22 | Tata Consultancy Services Limited | Method and system for wellness estimation of a user using pulse harmonics from ppg signals |
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