KR20180021373A - Cerebrovascular aging-level estimating device based on the Second Derivative Photoplethysmogram of earlobe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 귀바퀴에서 측정된 가속도맥파 분석을 기반으로 뇌혈관의 노화 수준을 정량적으로 평가하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for quantitatively evaluating the level of aging of cerebral blood vessels based on the acceleration pulse wave analysis measured in the gait.
특히 뇌와 가깝고 비침습적 표면 계측이 가능하면서도 표면근육 움직임의 오염도는 적은 귀바퀴를 측정 부위로 사용하고, 광원-광 검출 방식으로 투과광을 수신하여 전기적 신호로 변환한 광용적맥파(Photoplethysmogram, PTG)를 계측하며, 계측된 맥파를 두 번 미분한 가속도맥파(Second Derivative Photoplethymogram, SDPTG) 파형에서 주요 음양 피크들의 간격과 진폭비율 지표들을 계산한 후, 각 지표들의 연령에 따른 임상통계 노화 추세식 기반으로 귀바퀴 미세혈관의 기능적 나이를 정량적으로 산출하여 연대기적 나이와의 차이를 비교함으로써 뇌혈관의 기질적 노화(퇴화) 수준을 평가하는 장치에 관한 것이다.Particularly, it is possible to use a photoconductive device (PTG), which is capable of measuring non-invasive surface, but has little contamination of the surface muscle movement, as a measuring part, and a photoplethysmogram (PTG) After calculating the interval and amplitude ratio indices of major and minor peaks in the second derivative photometryogram (SDPTG) waveform, which is differentiated twice from the measured pulse wave, (Degradation) level of cerebral blood vessels by quantitatively calculating the functional age of microvessels and comparing the differences with chronological ages.
전 세계가 고령화 사회로 접어들면서 국내 뿐만 아니라 선진국들을 중심으로도 노년기 건강한 삶에 대한 관심이 높아지고 있는 실정이다. 이에 노화가 가속화될수록 특히 걸리기 쉬운 심뇌혈관 퇴행성 질환들을 조기에 예측하여 예방 관리하는 프로그램 운영이 요구되고 있다. As the whole world is entering an aging society, interest in healthy life in old age is increasing not only in Korea but also in developed countries. Therefore, as the aging process accelerates, it is required to operate a program that predicts and manages the cerebrovascular degenerative diseases that are particularly susceptible to premature aging.
노년기 질병들은 중증에 진입하면 이미 병을 호전시키기가 어려워 지원인력과 가족의 돌봄으로 여생을 잘 관리할 수 밖에 없게 된다. 그러나 아직 조직적 손상까지는 일어나지 않았지만, 기능적 혹은 기질적 노화/퇴화가 가속화되기 시작하는 조기 단계에서는 적절한 조치를 하게 되면 질병으로의 이환이 늦춰지거나 치료율도 높아져 삶의 질과 사회 경제적 비용 절감에 획기적으로 기여할 수 있다. 특히 단일 장기 질환으로는 가장 높은 사망률을 보이는 뇌졸증과 같은 뇌혈관 질환을 예방하기 위한 뇌혈관 노화수준 평가 기반 위험군 선별기술 및 조기 예측 기술은 건강한 노령화 사회를 대비하는 데 반드시 필요한 기술이라 하겠다.Elderly illnesses are difficult to improve when they are seriously ill, so they have to manage their care for the rest of their lives with care of their support staff and their families. However, at the early stages of functional or physical aging / degeneration, which have not yet occurred to systemic damage, proper measures will delay the onset of illness and increase the cure rate, thereby contributing greatly to the quality of life and socio-economic cost reduction. . In particular, the risk classification and early prediction technology based on the assessment of cerebral vascular aging to prevent cerebrovascular diseases such as stroke, which has the highest mortality rate as a single organ disease, is a necessary skill to prepare for a healthy aging society.
종래의 손가락 부위를 사용하는 지첨용적맥파(fingertip PTG)의 가속도맥파(SDPTG)를 기반으로 말초혈관 노화도를 평가하는 기술은 논문이나 특허 형태로 종종 보고되어 왔으며 시중에 상용화된 장치들도 쉽게 접할 수 있는 편이다. 그 중 본 발명의 방법과 가장 유사한 대표적인 선행 특허로는 본 발명자 등이 제안한 대한민국 특허등록 10-0768586 (가속도맥파를 이용한 표준지표 산출방법)이 있는데, 손가락 부위에서 광 검출방식으로 계측한 가속도맥파 분석 지표들에 본 발명과 유사하게 연령별 임상통계 추세관계식을 적용하여 손가락 미세혈관의 기능적 나이를 정량적으로 산출함으로써 말초혈관의 노화수준을 평가하는 방법이 상세히 기술되어 있다. 본 발명에서는 귀바퀴 부위를 사용함으로써 가속도맥파의 기본 형상 자체가 기존 손가락 부위와는 다를 뿐 아니라 임상통계적 노화추세를 보이는 선별된 가속도맥파 노화 지표도 상기 손가락 부위 특허에서 제안된 노화 지표들과 중복되지 않으며, 기능적 나이 산출에 필요한 연령별 노화 추세식도 상이하여 기존 유사기술과는 차별성이 크다고 하겠다.The technique of evaluating the peripheral vascular aging based on the acceleration pulse wave (SDPTG) of the fingertip PTG using the conventional finger area has been often reported in the form of a paper or a patent, and the commercially available devices can be easily accessed There is. Among them, representative prior art patents most similar to the method of the present invention include Korean Patent Registration No. 10-0768586 (Standard Index Calculation Method Using Accelerating Pulse Wave) proposed by the present inventor. In the acceleration pulse wave analysis A method of assessing the aging level of peripheral blood vessels by quantitatively calculating the functional age of the finger micro-blood vessels by applying the age-specific clinical statistical trend relationship to the indicators similarly to the present invention is described in detail. In the present invention, not only the basic shape of the acceleration pulse wave itself is different from that of the existing finger region, but also the selected acceleration pulse wave aging index exhibiting clinical statistical aging tendency does not overlap with the aging indexes proposed in the finger region patent , The aging tendency of aging according to the age of functional age is different, and it is different from the existing similar technology.
본 발명은 상기와 같은 요구를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 뇌와 가깝고 표면 계측이 용이한 귀바퀴를 측정 부위로 사용하고, 저렴하며 비침습적인 광검출방식으로 귀바퀴의 미세한 혈액용적변화를 계측한 후, 변곡점과 같은 미세한 굴곡의 변화가 잘 드러나도록 이를 두 번 미분하여 가속도맥파 파형을 추출하며, 추출된 가속도맥파의 형상 정보에서 임상통계적으로 노화 추세를 보이는 주요 지표들을 찾아내어 기능적 나이를 산출하고 이를 연대기적 나이와 비교함으로써 뇌혈관의 기능적/기질적 노화(퇴화) 위험군을 조기에 선별하여 운동, 음식, 생활습관 등의 개선을 통해 뇌질환으로의 이환을 늦추거나 예방할 수 있게 하는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of measuring a minute blood volume change of a toothed wheel by using a toothed wheel which is close to the brain and easy to measure, , And the inflection point, and extracts the acceleration pulse wave waveform twice to differentiate it. The functional index is calculated by finding the main index showing the aging tendency clinically statistically from the shape information of the extracted acceleration pulse wave. (Aging) of cerebral blood vessels by comparing them with chronological ages to provide a device that allows early detection of the functional / basic aging (degeneration) group of cerebral blood vessels to delay or prevent morbidity through improvement of exercise, food, lifestyle, It has its purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치의 특징은 귀바퀴 부위의 미세한 혈액부피변화를 광검출방식으로 측정하는 광용적맥파(earlobe PTG) 측정부와 상기 맥파를 두 번 미분하여 가속도맥파(SDPTG)를 얻는 가속도맥파 추출부를 갖추고, 상기 추출된 귀바퀴 가속도맥파의 a, b, e파로부터 연령에 따른 선형 추세를 보이는 a파와 b파의 간격인 Tab 지표와 a파 진폭에 대한 e파의 진폭비율인 e/a지표를 계산하는 계산부와, 상기 계산된 지표들에 임상통계기반 노화 추세 관계식을 적용하여 기능적 나이를 정량적으로 산출하는 노화도 분석부와, 상기 산출된 기능적 나이를 조합 평균하여 연대기적 나이와 비교함으로써 뇌혈관의 기능적/기질적 노화(퇴화) 위험군을 조기에 예측하는 노화도 평가부를 포함하는 데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a device for evaluating the degree of cerebral vascular aging based on a gyro acceleration pulse wave, comprising: an optical pulse pulse gauge (PTG) measuring unit for measuring a minute blood volume change in a gyric region by an optical detection method; (B) and (e) of the extracted gingival acceleration pulse wave to obtain an acceleration pulse wave (SDPTG) by differentiating the tab index a and b An aging degree analyzing unit for quantitatively calculating a functional age by applying a correlation statistic based on a clinical statistic to the calculated indexes; The functional ages of the cerebral blood vessels are compared with chronological ages by averaging the functional age, It is used.
상기 노화도 분석부에서 기능적 나이 산출에 사용되는 각 지표별 연령에 따른 노화추세 관계식은 건강한 한국인 대상 20세부터 80세 까지 기존 확보된 임상통계 관계식이 활용되는 것을 특징으로 한다.The aging trend relation according to the ages according to each indicator used in the aging degree analysis section is characterized by utilizing the existing statistical relation statistically from 20 years old to 80 years old for healthy Korean people.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the device for evaluating the cerebral blood vessel aging degree based on the gingival acceleration pulse wave according to the present invention has the following effects.
첫째, 뇌혈관 질병이 조직적 변화를 보이는 단계의 중증에 진입하면 이미 병을 호전시키기가 어렵다. 이에 이러한 조직적 변화는 아직 일어나지 않았지만 기능적 노화(퇴화)가 심화되어 가는 뇌혈관 위험군을 조기에 선별하는 본 발명은 질병으로의 이환을 늦추거나 예방할 수도 있고, 조기 조치로 치료율도 높아 삶의 질과 경제적 비용 절감에 획기적으로 기여할 수 있다. First, it is difficult to improve the disease if the cerebrovascular disease enters severe stage of systematic change. The present invention, which does not yet have such a systematic change, but early selection of a cerebrovascular risk group in which functional aging (degeneration) is intensified, can delay or prevent the disease from occurring, It can contribute to cost reduction dramatically.
둘째, 본 발명은 광검출방식의 저렴하고 비침습적인 방식으로 뇌혈관 노화도를 평가하기 때문에, 피검자에게 고통을 주지 않고 보다 신속하고 보다 편한 방법으로 보다 부담없이 뇌혈관의 기능적/기질적 위험수준을 파악할 수 있게 한다.Second, since the present invention evaluates the degree of cerebral vascular aging in an inexpensive and non-invasive manner of photodetection, it is possible to provide a method for quickly and easily obtaining a functional / .
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치의 구성을 나타낸 블록도
도 2 는 손가락 부위에서의 맥파와 가속도맥파 그래프
도 3 은 귀바퀴 부위에서의 맥파와 가속도맥파 그래프
도 4 는 귀바퀴 가속도맥파 Tab지표의 임상통계기반 연령대에 따른 추세관계 그래프
도 5 는 귀바퀴 가속도맥파 e/a지표의 임상통계기반 연령대에 따른 추세관계 그래프 1 is a block diagram illustrating a configuration of a device for evaluating acceleration of a rat vascular age-based cerebral vessel according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pulse wave and the acceleration pulse wave graph
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pulse wave and the acceleration pulse wave
FIG. 4 is a graph showing trends of the gyroscopic acceleration pulse wave tab indices according to clinical statistical age groups
FIG. 5 is a graph showing a trend graph of the gyroscopic acceleration pulse wave e / a index according to a clinical statistical age group
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.A preferred embodiment of the device for evaluating the acceleration of the rat cerebrovascular accumbens according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a device for evaluating a ratchet-acceleration-pulse-wave-based cerebral blood vessel aging according to an embodiment of the present invention.
도 1 과 같이, 귀바퀴 부위의 미세한 혈액부피변화를 광검출방식으로 측정하는 광용적맥파(earlobe PTG) 측정부(S100)와 상기 맥파를 두 번 미분하여 가속도맥파(SDPTG)를 얻는 가속도맥파 추출부(S200)를 갖추고, 상기 추출된 귀바퀴 가속도맥파의 a, b, e파로부터 연령에 따른 선형 추세를 보이는 a파와 b파의 간격인 Tab 지표와 a파 진폭에 대한 e파의 진폭비율인 e/a지표를 계산하는 계산부(S300)와, 상기 계산된 지표들에 임상통계기반 노화 추세 관계식을 적용하여 기능적 나이를 정량적으로 산출하는 노화도 분석부(S400)와, 상기 산출된 기능적 나이를 조합 평균하여 연대기적 나이와 비교함으로써 뇌혈관의 기능적/기질적 노화(퇴화) 위험군을 조기에 예측하는 노화도 평가부(S500)를 포함한다. As shown in FIG. 1, an optical pulse-wave measuring device includes an optical pulse-wave measuring device (S100) for measuring a minute blood volume change in a gyric region by an optical detection method, an acceleration pulse wave extracting part (S100) for obtaining an acceleration pulse wave (SDPTG) (S200). The tab index, which is the interval between the a and b waves showing a linear trend with age from the a, b, and e waves of the extracted gyro acceleration pulse wave, and the e / an aging degree analyzing unit (S400) for quantitatively calculating a functional age by applying a correlation statistic based on a clinical statistic to the calculated indices, a calculating unit And an aging evaluation unit (S500) for predicting the risk of functional / basic aging (degeneration) of cerebral blood vessels by comparing with chronological age.
상기 측정부(S100)의 광용적맥파는 헤모글로빈에 의해 흡수되는 빛의 양의 변화를 측정한 것이므로 일반적으로 혈액용적의 변화를 반영한다. 종래 손가락 끝에서의 혈액용적변화를 반영하는 지첨용적맥파(fingertip PTG)의 가속도맥파는 혈관계 특성과 말초혈관 및 혈류의 상태정보, 혈관의 탄력성을 평가하는 데 사용되어져 왔다. 도 2 는 손가락 끝 부위에서 측정되는 지첨용적맥파(PTG) 파형과 이를 두 번 미분한 가속도맥파(SDPTG) 파형의 예시를 나타낸다. 손가락 가속도맥파는 a, b, c, d, e파의 음양 피크성분들로 구성되는 것이 특징이다.The optical pulse wave of the measurement unit S100 is a measurement of a change in the amount of light absorbed by the hemoglobin, and therefore reflects a change in the blood volume in general. Accelerating pulse waves of a fingertip PTG, which reflects changes in blood volume at the fingertips, have been used to evaluate vascular characteristics, status of peripheral blood vessels and blood flow, and elasticity of blood vessels. Fig. 2 shows an example of a foot-tipped pulse-wave (PTG) waveform measured at the fingertip portion and an SDPTG waveform waveform obtained by differentiating it twice. The fingertip acceleration pulse wave is composed of the minuscule peak components of a, b, c, d, and e waves.
이에 비해 귀바퀴에서 측정되는 가속도맥파(SDPTG) 파형은 도 3과 같이 c, d파 반응성분이 뭉쳐져서 독립적인 피크형태로 구분되지 않는다. 이러한 차이는 심장에서 혈액 펌프시 전달되는 혈관경로의 길이가 다르기 때문으로, 심장에서 손가락 끝까지의 경로에 비해 심장에서 귀바퀴까지의 경로가 상대적으로 짧은 것에 기인한다. In contrast, the acceleration pulse wave (SDPTG) waveform measured on the gyro is not divided into independent peak shapes due to the aggregation of the c and d-wave reaction components as shown in FIG. This difference is due to the difference in the length of the vascular pathway from the heart to the blood pump, which is due to the relatively short path from the heart to the ear compared to the path from the heart to the fingertip.
바람직하게 상기 지표 계산부(S300)에서는 귀바퀴 가속도맥파의 a, b, e파들 사이의 피크간 간격이나 피크들 사이의 진폭비율 지표들 중에서 임상통계기반 연령별 선형추세특징을 보이는 a파와 b파의 간격인 Tab 지표와 a파 진폭에 대한 e파의 진폭비율인 e/a지표를 주요하게 포함한다.Preferably, in the index calculator (S300), the interval between the peaks of the a, b, and e waves of the gyroscopic acceleration waveform, and the amplitude ratio between the peaks, A tab index and an e / a index, which is the amplitude ratio of the e wave to the amplitude of a wave.
도 4 는 상기 Tab지표의 임상통계기반 연령대에 따른 추세관계 그래프와 추세식 y=1.1901x+104.86 을 나타내며 도 5 는 상기 e/a지표의 연령대별 추세관계 그래프와 추세식 y=-0.0014x+0.12 를 나타낸다. FIG. 4 shows graphs of trends according to the ages of the tab statistics according to the age of the clinical statistics and a trend formula y = 1.1901x + 104.86. FIG. 5 shows trend graphs of the e / a indexes by age group and a trend formula y = -0.0014x + 0.12.
바람직하게 상기 노화도 분석부(S400)에서는 각 지표별 추세식에 피검자로부터 측정 계산된 Tab와 e/a지표값(=y)을 대입하여 각 지표별 기능적 나이(=x)를 역 산출하는 것을 포함한다. Preferably, the aging degree analyzing unit S400 includes inverse calculation of the functional age (= x) for each index by substituting Tab and e / a index values (= y) measured and calculated from the subject into the trend formula for each index do.
바람직하게 상기 노화도 평가부(S500)에서는 분석부(S400)에서 산출된 기능적 나이들을 조합 평균한 후 실제 연대기적 나이와 비교하여 더 차이가 크게 노화되었을수록 뇌혈관의 기능적/기질적 퇴화수준이 더 심화된 것으로 평가하여 표시하는 것을 포함한다.Preferably, the aging degree evaluating unit (S500) compares the functional age calculated in the analyzing unit (S400) with the actual chronological age, and the more the aging of the difference, the more the functional / And evaluating and displaying it as being deepened.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (3)
상기 가속도맥파의 a, b, e파로부터 a파와 b파의 간격인 Tab 지표와 a파 진폭에 대한 e파의 진폭비율인 e/a지표를 계산하는 계산부와,
상기 계산된 지표들에 임상통계기반 노화 추세 관계식을 적용하여 기능적 나이를 정량적으로 산출하는 노화도 분석부와,
상기 산출된 기능적 나이를 조합 평균하여 연대기적 나이와 비교함으로써 뇌혈관의 기능적/기질적 퇴화 위험군을 조기에 예측하는 노화도 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치.
An acupressure pulse wave extracting unit for obtaining an acupressure pulse wave (SDPTG) by differentiating the pulse wave twice by measuring an optical pulse wave (earlobe PTG)
A calculation section for calculating an e / a index, which is an amplitude ratio of an e wave with respect to a wave amplitude and a Tab index which is an interval between a wave and b wave from the a, b and e waves of the acceleration pulse wave;
An aging degree analyzer for quantitatively calculating a functional age by applying a clinical statistical-based aging trend relation to the calculated indexes;
And comparing the calculated functional age with a chronological age by averaging the calculated functional age, thereby to early predict a functional / chemical degradation risk group of cerebral blood vessels.
Tab지표값(=y)으로부터 기능적 나이(=x)를 산출하는데 적용되는 임상통계기반 노화 추세식으로 y=1.1901x+104.86 (x계수 오차범위 +-0.2, 상수항 오차범위 +-6.5) 을 사용하는 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치.
The method according to claim 1,
Tab It is a statistical-based aging trend formula used to calculate the functional age (= x) from the index value (= y) and uses y = 1.1901x + 104.86 (x coefficient error range + -0.2, constant error range + -6.5) A device for evaluating the degree of cerebral vascular aging based on a gingival acceleration.
e/a지표값(=y)으로부터 기능적 나이(=x)를 산출하는데 적용되는 임상통계기반 노화 추세식으로 y=-0.0014x+0.12 (x계수 오차범위 +-0.001, 상수항 오차범위 +-0.05) 을 사용하는 귀바퀴 가속도맥파 기반 뇌혈관 노화도 평가 장치.
The method according to claim 1,
y = -0.0014x + 0.12 (x coefficient error range + -0.001, constant error range +0.05), which is a clinical statistical-based aging trend formula used to calculate the functional age (= x) from the e / a index value ) Using a ratchet-accelerated pulse-wave-based cerebral vascular aging evaluation device.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021006489A1 (en) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | 고려대학교 산학협력단 | Method and device for predicting disease using plethysmogram |
| US11896353B2 (en) | 2021-10-26 | 2024-02-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for estimating bio-information, and method of determining false detection of bio-signal peaks |
| US11911188B2 (en) | 2019-10-30 | 2024-02-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for monitoring health, and mobile device |
-
2018
- 2018-02-11 KR KR1020180016618A patent/KR20180021373A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| WO2021006489A1 (en) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | 고려대학교 산학협력단 | Method and device for predicting disease using plethysmogram |
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| US11896353B2 (en) | 2021-10-26 | 2024-02-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for estimating bio-information, and method of determining false detection of bio-signal peaks |
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