KR101354429B1 - 혈관 맥파 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

피부를 거쳐서 혈관에 광을 방사하는 발광 소자와, 혈관으로부터의 반사광 또는 혈관을 거친 투과광을 피부를 거쳐서 수광하는 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자와, 입력되는 구동 신호에 기초해서 발광 소자를 구동하는 구동 회로와, 수광 소자에 의해 수광된 광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출 회로를 구비한 광 탐촉자 회로를 이용해서 혈관 맥파 측정을 행하는 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 전기 신호를 구동 신호로서 구동 회로에 직접 동기 피드백함으로써, 검출 회로로부터 자려 발진 신호를 발생시키고, 해당 자려 발진 신호를 혈관 맥파 신호로서 측정하는 측정 수단과, 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 검출 회로 및 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어하는 제어 수단을 포함한다.

Description

혈관 맥파 측정 시스템{BLOOD VESSEL PULSE-WAVE MEASURING SYSTEM}
본 발명은 혈관 맥파 측정 시스템에 관한 것이고, 특히, 발광 소자와 수광 소자를 이용해서 혈관의 맥동 파형(이하, 맥파라고 함)을 취득하여 혈관 맥파 측정을 행하는 혈관 맥파 측정 시스템에 관한 것이다.
물질의 특성을 평가하는 기술로서 진동을 이용하는 방법이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 물질 특성의 차이는, 진동의 주파수의 변화보다 위상의 변화가 크지만, 위상 측정 기술의 정밀도가 반드시 높지는 않다는 점을 고려해서, 위상 변화를 주파수 변화로 변환하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법을 이용한 장치는, 물질에 진동으로서 초음파를 입사하는 진동자와, 물질로부터의 반사파를 검출하는 진동 검출 센서와, 진동 검출 센서의 신호 출력단에 입력단이 접속된 증폭기와, 증폭기의 출력단과 진동자의 입력단 사이에 마련되어, 진동자에의 입력 파형과 진동 검출 센서로부터의 출력 파형 사이에 위상차가 발생할 때에는, 주파수를 변화시켜서 상기 위상차를 제로로 시프트하는 위상 시프트 회로와, 위상차를 제로로 시프트시키기 위한 주파수 변화량을 검출하는 주파수 변화량 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특허문헌 1의 장치에 있어서는, 구체적으로는, 주파수 편차 검출 회로를 이용한 경도 측정기에 있어서, 연질의 피측정물로부터 경질의 피측정물까지의 넓은 범위에 있어서 경도 정보를 정확하게 측정하기 위해서, 접촉 요소, 진동자, 자려 발진 회로 및 게인 변화 보정 회로를 구비하고, 자려 발진 회로는 진동자의 진동 정보를 피드백해서 공진 상태로 하며, 게인 변화 보정 회로는 자려 발진 회로에 마련되고, 게인 변화 보정 회로는 자려 발진 회로의 중심 주파수와 다른 중심 주파수를 갖고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시킨다.
상기 장치에서는, 주파수 변화량 검출 수단에 있어서, 경도의 차이에 의한 위상차를 제로로 시프트시키고, 이것을 주파수 변화량으로 변환하고 있다. 이 변환은 주파수에 대한 반사파의 진폭 게인과 위상의 관계를 나타내는 기준 전달 함수를 미리 구해 두고서, 이것을 이용하고 있다. 또한, 진동으로서 초음파 진동을 이용하고 있지만, 이것을 전기 회로에서의 전기 신호의 진동으로 하는 것이 가능하다. 예컨대, 발광 소자를 구동 신호로 구동하여 광을 방사하고, 이 광을 수광 소자로 검출하여 검출 신호를 발광 소자의 구동 신호로서 피드백함으로써 피드백 루프를 형성하지만, 이 피드백 루프를 흐르는 전기 신호의 진동을 이용할 수 있다.
즉, 발광 소자의 구동 신호와 방사되는 광신호 사이에는, 발광 소자의 구조에 기인하는 신호의 지연이 있고, 마찬가지로 수광 소자에 입사하는 광신호와 수광 소자가 출력하는 검출 신호 사이에도 수광 소자의 구조에 기인하는 신호의 지연이 있다. 따라서, 발광 소자와 수광 소자를 조합해서 피드백 루프를 형성하면, 이들의 지연인 위상차를 제로로 하도록 자려 발진이 발생한다. 이 피드백 루프에 특허문헌 1에 개시된 위상 시프트 회로를 마련함으로써 위상차를 주파수차로 변환할 수 있다.
그리고, 발광 소자로부터 방사한 광을 평가 대상의 물질에 조사하고, 이 물질로부터 반사한 광을 수광 소자로 받아서, 상기 피드백 루프를 형성하면, 자려 발진 회로의 주파수는, 수광 소자와 발광 소자의 구조에 기인하는 지연과, 평가 대상의 물질의 특성에 기인하는 지연에 의존하게 된다. 따라서, 이 피드백 루프에 위상 시프트 회로를 마련하고, 위상차를 주파수마다 변환하여 주파수차를 관찰함으로써, 비접촉적으로 또는 비침습적(非侵襲的)으로, 물질 특성을 측정할 수 있다.
예컨대, 특허문헌 2에는, 혈압 측정 장치로서, 적외광을 체내에 송파하고 체내에 있어서의 반사파를 수파하는 센서 유닛과, 수파한 반사파에 기초하는 전기 신호를 송파부로 피드백해서 자려 발진하는 자려 발진 회로를 구비하고, 자려 발진 회로에는 주파수의 변화에 대해 게인을 변화시켜, 입력 위상과 출력 위상 사이의 위상차를 제로로 조정하여 피드백 발진을 촉진하는 게인 변화 보정 회로를 포함하며, 이렇게 해서 얻어진 자려 발진 회로의 발진 주파수에 기초해서 혈압을 산출하는 것이 설명되어 있다.
특허문헌 2의 장치에는, 혈압의 측정을 정밀도 좋게 행하고, 또한 피측정자의 부담을 경감시키기 위해서, 송파부는 전기 신호를 변환하여 전자파 또는 초음파, 예컨대 적외광을 체내로 송파하고, 수파부는 체내에 있어서의 반사파를 수파하여 전기 신호로 변환하며, 주파수 측정부에 의해 측정된 자려 발진 회로의 주파수는, 혈압 계산부에서 호출된 상관 파라미터에 기초해서 혈압값으로 변환되고, 표시부에서 이 혈압값 또는 혈압 파형의 표시가 순차 실시된다.
이와 같이, 위상 시프트법의 기술에 의하면, 발광 소자와 수광 소자를 이용해서 혈관의 맥동 파형을 정밀도 좋게 구할 수 있다. 그런데, 혈관의 맥동을 측정하는 대상의 생체, 예컨대 피측정자가 측정 중에 안정된 상태를 반드시 유지하는 것은 아니다. 발광 소자와 수광 소자가 부착된 팔을 움직이는 등과 같이 자세를 변화시키는 경우가 있고, 또한 발광 소자와 수광 소자의 부착 상태가 불완전하면, 측정 중에 부착 상태가 변화되는 경우가 있다.
따라서, 측정 중에 맥동 파형이 점차 변화되어, 예컨대 측정 범위, 연산 범위를 벗어나 버리는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 맥동 파형이 측정 범위에 대해 어긋나면 정확한 혈관 맥파 측정을 행할 수 없다. 상기 문제점을 해결하기 위해서, 보다 정확한 측정을 가능하게 하는 혈관 맥파 측정 시스템을 제공하기 위해서, 본원 출원인 등은 특허문헌 3에 있어서, 이하의 혈관 맥파 측정 시스템을 제안했다.
특허문헌 3의 혈관 맥파 측정 시스템은 피측정자의 혈관의 맥동 취득에 적합한 부위에 부착되는 광 탐촉자와, 광 탐촉자 회로를 거쳐서 광 탐촉자에 접속되어 위상 시프트법을 이용함으로써, 주파수의 시간 변화로서 맥동 파형을 출력하는 맥동 파형 출력부와, 연산 처리부를 구비하고, 연산 처리부의 부동(浮動) 중앙값 설정 처리 모듈은 주기적인 주파수 데이터의 최대 진폭값이 연산 범위에 대해 미리 결정된 비율이 되도록 최대 진폭값을 증폭하며, 그 중앙값을 그 절대값에 관계없이 부동(浮動)적으로 연산 범위의 중앙값으로 설정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 특허문헌 4에서는, 맥파의 상태를 나타내는 맥파 신호에 기초해서, 맥박수 및 맥박 진폭을 구하고, 이들에 기초해서 호흡 이상의 판정을 행하는 호흡 이상 판정 수단을 구비한 호흡 이상 검출 장치가 제안되어 있다. 상기 장치에서는, 예컨대, 맥파 진폭과 단위 시간당 맥박수의 비에 기초해서 호흡 이상을 검출하고, 또는 호흡수의 변화, 맥박수의 변화, 혈액 중의 산소 포화 농도의 변화에 기초해서 호흡 이상을 검출하는 것을 특징으로 하고 있다.
일본 특허 공개 평 9-145691호 공보 일본 특허 공개 제 2001-187032호 공보 국제 공개 WO2010/089893호 공보 일본 특허 공개 제 2004-121668호 공보 일본 특허 공개 평 6-169892호 공보 일본 특허 공개 제 2005-021477호 공보
사단 법인 일본 생체 의공학회 편, '혈액의 리올로지와 혈류', 코로나사, 2003년 4월 25일 발행, 120~121 페이지
그러나, 상기 특허문헌 1~3에 개시된 종래 기술에 따른 각 장치에서는,
(a) 발광 소자와 수광 소자의 부착 상태의 변화에 더해서,
(b) 예컨대 손목의 요골 동맥부에 부착하는지, 또는 손끝에 부착하는지의 부착 부위에 따라서,
(c) 또한, 예컨대 동일한 요골 동맥부의 부위에 부착한다고 해도, 마른 피측정자와, 살찐 피측정자에서의, 그 사람의 피부 두께에 따라서,
(d) 또한, 예컨대 혈관으로부터의 반사광을 이용하는 반사형 광 탐촉자를 이용하는지, 또는 혈관을 통과한 통과광을 이용하는 투과형 광 탐촉자를 이용하는지의 광 탐촉자의 종류에 따라서,
혈관의 맥동 취득 동작이 종종 불안정한 상태가 되어, 맥동 파형 데이터를 취득할 수 없는 경우가 다수 발생하고, 측정 현장에서는 거의 전혀 쓸모없게 된다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 특허문헌 4에 개시된 종래 기술에 따른 호흡 이상 검출 장치에서는, 상기 문제점에 더해서, 호흡 이상의 검출 정밀도가 여전히 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명의 제 1 목적은, 이상의 문제점을 해결하여, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있는 혈관 맥파 측정 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은, 이상의 문제점을 해결하여, 상기 혈관 맥파 측정 시스템을 이용해서 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 또한 고정밀도로, 호흡 이상을 검출할 수 있는 혈관 맥파 측정 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 상기 혈관 맥파 측정 시스템을 이용해서, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 또한 고정밀도로, 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정할 수 있는 혈관 맥파 측정 시스템을 제공하는 것에 있다.
제 1 발명에 따른 혈관 맥파 측정 시스템은,
피부를 거쳐서 혈관에 광을 방사하는 발광 소자와, 상기 혈관으로부터의 반사광 또는 상기 혈관을 거친 투과광을, 피부를 거쳐서 수광하는 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자와,
입력되는 구동 신호에 기초해서 상기 발광 소자를 구동하는 구동 회로와,
상기 수광 소자에 의해 수광된 광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출 회로를 구비한 광 탐촉자 회로를 이용해서 혈관 맥파 측정을 행하는 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서,
상기 전기 신호를 상기 구동 신호로서 상기 구동 회로에 직접 동기 피드백함으로써, 상기 검출 회로로부터 자려 발진 신호를 발생시키고, 해당 자려 발진 신호를 혈관 맥파 신호로서 측정하는 측정 수단과,
상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서,
상기 광 탐촉자 회로에 있어서의 구동 회로 및 검출 회로의 각 동작점은, 각각 상기 구동 회로 및 검출 회로의 각 소자값에 의해 결정되고, 상기 결정에 의해, 상기 발광 소자로부터 방사된 광이 상기 수광 소자에 도달하기까지의 광의 전파 거리에 대한 상기 전기 신호의 레벨을 나타내는 전기 특성에 있어서의 동작점이 결정되며,
상기 제어 수단은, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 소정의 동작점 초기값으로 설정한 후, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어함으로써 상기 전기 특성에 있어서의 동작점을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 전기 특성은 소정의 경계 전파 거리에 있어서 상기 전기 신호의 레벨에 대해서 소정의 극값을 갖고,
상기 제어 수단은, 상기 경계 전파 거리보다 짧은 제 1 전파 거리 범위와, 상기 경계 전파 거리보다 긴 제 2 전파 거리 범위 중 적어도 하나의 범위에서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 제어 수단은,
상기 제 1 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하고, 상기 제 2 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하는 기억 수단과,
상기 제 1 전파 거리 범위의 동작점 초기값과, 상기 제 2 전파 거리 범위의 동작점 초기값 중 하나를 선택하는 제 1 스위치 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은 상기 제 1 스위치 수단에 의해 선택된 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 광 탐촉자 회로는, 서로 다른 경계 전파 거리를 갖는, 발광 소자 및 수광 소자의 복수의 쌍을 구비하고,
상기 기억 수단은, 상기 각 쌍에 대응해서 상기 전기 특성에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하며,
상기 제어 수단은 상기 복수의 쌍 중 하나를 선택하는 제 2 스위치 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 제 2 스위치 수단에 의해 선택된 쌍에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 수단은, 상기 측정된 소정 주기분의 혈관 맥파 신호에 기초해서, 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기와, 최대 혈압값의 평균값과, 최대 혈압값과 최소 혈압값의 차이인 맥압을 포함한 복수의 판단 파라미터를 연산하고, 상기 복수의 판단 파라미터에 기초해서, 피측정자가 각성 상태인지, 또는 무호흡 상태인지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 수단은, 소정 시각의 최대 혈압값이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 1 임계값 비율 이상 감소하고, 또한 상기 맥압이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 2 임계값 비율 이상 감소하는 것이, 소정 주기분 연속해서 발생했을 때, 상기 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기가 소정의 임계값을 초과했을 때, 피측정자가 각성 상태라고 판단하는 한편, 상기 임계값 이하일 때 무호흡 상태라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고,
상기 측정 수단은, 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해, 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시켜서 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에 따른 혈관 맥파 측정 시스템은,
피부를 거쳐서 혈관에 광을 방사하는 발광 소자와, 상기 혈관으로부터의 반사광 또는 상기 혈관을 거친 투과광을, 피부를 거쳐서 수광하는 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자와,
입력되는 구동 신호에 기초해서 상기 발광 소자를 구동하는 구동 회로와,
상기 수광 소자에 의해 수광된 광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출 회로를 포함하는 광 탐촉자 회로를 이용해서, 혈관 맥파 측정을 행하여 혈관 맥파 신호를 측정하는 측정 수단을 구비한 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서,
상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고,
상기 측정 수단은, 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시켜서 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 혈관 맥파 측정 시스템에 의하면, 상기 전기 신호를 상기 구동 신호로서 상기 구동 회로에 직접 동기 피드백함으로써, 상기 검출 회로로부터 자려 발진 신호를 발생시키고, 해당 자려 발진 신호를 혈관 맥파 신호로서 측정하는 측정 수단과, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어하는 제어 수단을 구비한다. 여기서, 바람직하게는, 상기 광 탐촉자 회로에 있어서의 구동 회로 및 검출 회로의 각 동작점은, 각각 상기 구동 회로 및 검출 회로의 각 소자값에 의해 결정되고, 상기 결정에 의해, 상기 발광 소자로부터 방사된 광이 상기 수광 소자에 도달하기까지의 광의 전파 거리에 대한 상기 전기 신호의 레벨을 나타내는 전기 특성에 있어서의 동작점이 결정되며, 상기 제어 수단은, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 소정의 동작점 초기값으로 설정한 후, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어함으로써 상기 전기 특성에 있어서의 동작점을 제어한다. 따라서, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 전기 특성은 소정의 경계 전파 거리에 있어서 상기 전기 신호의 레벨에 대해서 소정의 극값을 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 경계 전파 거리보다 짧은 제 1 전파 거리 범위와, 상기 경계 전파 거리보다 긴 제 2 전파 거리 범위 중 적어도 하나의 범위에서 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로를 동작시킨다. 여기서, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하고, 상기 제 2 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하는 기억 수단과, 상기 제 1 전파 거리 범위의 동작점 초기값과, 상기 제 2 전파 거리 범위의 동작점 초기값 중 하나를 선택하는 제 1 스위치 수단을 구비하며, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 스위치 수단에 의해 선택된 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정한다. 따라서, 상기 경계 전파 거리에 착안해서 상기 동작점을 선택적으로 전환함으로써, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 광 탐촉자 회로는, 서로 다른 경계 전파 거리를 갖는, 발광 소자 및 수광 소자의 복수의 쌍을 구비하고, 상기 기억 수단은, 상기 각 쌍에 대응해서, 상기 전기 특성에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하며, 상기 제어 수단은 상기 복수의 쌍 중 하나를 선택하는 제 2 스위치 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 제 2 스위치 수단에 의해 선택된 쌍에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정한다. 따라서, 맥동 파형 데이터를 거의 얻을 수 없는 경계 전파 거리에 착안해서 상기 동작점을 선택적으로 전환함으로써, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 측정된 소정 주기분의 혈관 맥파 신호에 기초해서, 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기와, 최대 혈압값의 평균값과, 최대 혈압값과 최소 혈압값의 차이인 맥압을 포함한 복수의 판단 파라미터를 연산하고, 상기 복수의 판단 파라미터에 기초해서, 피측정자가 각성 상태인지, 또는 무호흡 상태인지를 판단한다. 여기서, 바람직하게는, 상기 측정 수단은, 소정 시각의 최대 혈압값이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 1 임계값 비율 이상 감소하고, 또한 상기 맥압이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 2 임계값 비율 이상 감소하는 것이, 소정 주기분 연속해서 발생했을 때, 상기 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기가 소정의 임계값을 초과했을 때, 피측정자가 각성 상태라고 판단하는 한편, 상기 임계값 이하일 때 무호흡 상태라고 판단한다. 따라서, 상기 혈관 맥파 측정 시스템을 이용해서, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 또한 고정밀도로, 무호흡 상태 등의 호흡 이상을 검출할 수 있다.
또한, 상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고, 상기 측정 수단은, 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시켜서 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한다. 따라서, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 종래 기술에 비해서 매우 간단한 교정으로 또한 고정밀도로, 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는, 도 1의 반사형 광 탐촉자(12)의 구성을 나타내는 측면도,
도 3은, 도 1의 광 탐촉자 회로(20)의 구성을 나타내는 회로도,
도 4는 변형예에 따른 투과형 광 탐촉자(12A)의 구성을 나타내는 개략도,
도 5a는, 도 1의 광 탐촉자 회로(20) 및 증폭기(30)의 구체예를 나타내는 회로도,
도 5b는, 도 5a의 광 탐촉자 회로(20)의 변형예를 나타내는 회로도,
도 6은, 도 1의 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서의 부착예를 나타내는 정면도로, (a)는 피측정자의 손목의 요골 동맥부(7)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착한 일례를 나타내는 정면도이고, (b)는 피측정자의 손끝(9)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착한 일례를 나타내는 정면도,
도 7a는 제 1 변형예에 따른, 압력 시트 센서 및 수발광 센서를 포함하는 광 탐촉자 회로(20A)의 부착예를 나타내는 정면도,
도 7b는 제 2 변형예로, 피측정자의 손끝(9)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착하고, 또한 압력 시트 센서(35)를 손목의 요골 동맥부(7)에 부착한 경우의 일례를 나타내는 정면도,
도 8a는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값의 최대 전압값 Vmax 및 최소 전압값 Vmin을 나타내는 그래프,
도 8b는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값에 대응하는 혈압값의 최대 혈압값 Pmax 및 최소 혈압값 Pmin을 나타내는 그래프,
도 8c는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 그래프,
도 9a는, 도 7a에 도시된 제 1 변형예에 따른, 압력 시트 센서 및 수발광 센서를 포함하는 광 탐촉자 회로(20A)의 구성을 나타내는 종단면도,
도 9b는, 도 9a의 변형예로, 피험자 등의 인간의 손끝에서 가압하는 광 탐촉자 회로(20B)의 구성을 나타내는 종단면도,
도 10은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=15V이고, 저항 R1=18kΩ일 때로서, 저항 R4를 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프,
도 11은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=15V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프,
도 12는, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=5V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프,
도 13은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=30V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프,
도 14는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥동 파형을 혈압 파형으로 변환해서 나타내는 그래프,
도 15는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 이동 평균법을 이용해서 맥동 파형을 처리하는 동작을 나타내는 그래프,
도 16(a)는 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 어느 피측정자의 각성시의 각종 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프이고, 도 16(b)는 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 어느 피측정자의 무호흡시의 각종 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프,
도 17(a)는 각성시의 최대 혈압값 Pmax의 변화를 모델화해서 나타내는 도면이고, 도 17(b)는 무호흡시의 최대 혈압값 Pmax의 변화를 모델화해서 나타내는 도면,
도 18은, 도 5의 센서 컨트롤러(25)에 의해 실행되는 수발광 센서 제어 처리를 나타내는 흐름도,
도 19는, 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 혈압값 교정 처리 모듈(52)에 의해 실행되는 혈압값 교정 처리를 나타내는 흐름도,
도 20은 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 혈관 맥파 측정 처리 모듈(51)에 의해 실행되는 혈관 맥파 측정을 나타내는 흐름도,
도 21은, 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 수면 이상 판별 처리 모듈(53)에 의해 실행되는 수면 이상 판별 처리를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 한편, 이하의 각 실시예에 있어서, 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이하에서는, 측정 대상으로서 인간의 혈관의 맥파에 대해서 설명하지만, 생체의 혈관의 맥파이면 되며, 인간 이외의 동물 등을 대상으로 할 수도 있다. 또한, 이하에서는, 혈관 맥파 측정으로서, 맥박, 최대 혈압, 최소 혈압의 측정에 대해서 설명하지만, 이외에 혈관의 맥동 파형을 이용해서 측정하는 것이면 된다. 예컨대, 맥박 파형의 적분값으로부터 혈류량에 대응하는 양을 측정하고, 맥동 파형의 미분값으로부터 혈관의 유연성을 평가하는 측정을 행하는 것이어도 된다. 이하에 설명하는 재료, 형상, 치수는 예시로, 사용 목적으로 따라 이들 내용을 적절하게 변경해도 된다.
본 발명자 등은 상술한 '상기 특허문헌 1~3에 개시된 종래 기술에 따른 각 장치에서는,
(a) 발광 소자와 수광 소자의 부착 상태의 변화에 더해서,
(b) 예컨대, 손목의 요골 동맥부에 부착하는지 또는, 손끝에 부착하는지의 부착 부위에 따라,
(c) 또한, 예컨대 동일한 요골 동맥부의 부위에 부착한다고 해도, 마른 피측정자와, 살찐 피측정자에서의, 그 사람의 피부의 두께에 따라,
(d) 또한, 예컨대 혈관으로부터의 반사광을 이용하는 반사형 광 탐촉자를 이용하는지 또는, 혈관을 통과한 통과광을 이용하는 투과형 광 탐촉자를 이용하는지의 광 탐촉자의 종류에 따라,
혈관의 맥동 취득 동작이 종종 불안정한 상태가 되어, 맥동 파형 데이터를 취득할 수 없는 경우가 다수 발생하여, 측정 현장에서는 거의 전혀 쓸모없게 된다는 문제점'을 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 이들 변화가, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리를 변화시키는 것에 착안해서, 상세하게 후술하는 바와 같이 실험을 행하고, 그 실험 결과에 기초해서, 상술한 상황 변화에 관계없이, 안정되게 동작하는 것이 가능한, 이하의 혈관 맥파 측정 시스템을 연구 개발하기에 이르렀다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, 혈관 맥파 측정 시스템(10)의 구성 요소가 아니지만, 혈압 등을 측정하는 대상인 피측정자(6)와, 실제로 혈압을 측정하는 혈관(8)이 도 1에 도시되어 있다. 한편, 이하의 도면에 있어서, 피측정자(6)의 피부에 대해서는 도시를 생략한다. 본 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템(10)은 종래 사용되던 코로트코프음을 측정하는 커프 압박법(cuff pressure method), 또는 동맥 내에, 압력 센서가 연결된 카테터(catherter)를 삽입 침습(侵襲)시켜서 혈관 내의 압력을 직접 측정하는 관혈(觀血)법 대신, 발광 소자와 수광 소자를 가진 광 탐촉자(12)를 이용해서 혈관(8)의 맥동 파형을 수득하여 맥파 측정을 행하는 시스템이다.
혈관 맥파 측정 시스템(10)은,
(a) 피측정자(6)의 혈관(8)의 맥동 취득에 적합한 부위에 부착되는 광 탐촉자(12)를 포함하며, 광 탐촉자(12)를 구성하는 발광 소자를 구동하여 광을 방사시키고, 피부를 거쳐서 혈관에 의해 반사되는 반사광을 수광 소자에 의해서 검출하기 위한 광 탐촉자 회로(20)(또는 20A, 20B)와,
(b) 광 탐촉자 회로(20)(또는 26)로부터의 출력 전압 Vout을 증폭하는 증폭기(30)와,
(c) 증폭기(30)로부터의 출력 전압을 디지털 데이터로 A/D 변환하는 A/D 변환기(31)와,
(d) 내부 메모리(50m)를 포함하는 예컨대 디지털 계산기 등의 제어 장치로서, 혈관 맥파 측정 처리 모듈(51)과, 혈압값 교정 처리 모듈(52)과, 수면 상태 판별 처리 모듈(53)을 구비하고, A/D 변환기(31)로부터의 디지털 데이터를 처리하여 혈관 맥파 데이터를 발생시키고, 혈관 맥파 데이터에 대해 혈압값 교정 처리(도 19), 혈관 맥파 측정 처리(도 20) 및 수면 상태 판별 처리(도 21)를 실행하는 장치 컨트롤러(50)와,
(e) 예컨대, 디스플레이 또는 프린터로서, 장치 컨트롤러(50)로부터의 출력 데이터에 기초해서, 맥동 파형 표시(이동 평균 처리 후의 맥동 파형 표시(61) 및 로우패스 필터 처리 후의 맥동 파형 표시(62)) 및 각 혈관 맥파 측정값 표시(맥박, 최대 혈압값 Pmax 및 최소 혈압값 Pmin)를 표시하는 표시부(60)
를 구비하여 구성된다.
한편, 압력 시트 센서(35) 및 압력 액츄에이터(36)를 포함하는 광 탐촉자 회로(10A)(도 7a 및 도 9a)로부터의 출력 전압 Vout은 증폭기(30)로 출력되고, 상기 압력 시트 센서의 압력값 데이터는 장치 컨트롤러(50)로 출력되며, 압력 액츄에이터(36)에 대한 제어 신호는 장치 컨트롤러(50)로부터 출력된다. 또한, 압력 시트 센서(36)만인 경우에는(도 7b), 장치 컨트롤러(50)와 접속된다.
도 2는 도 1의 반사형 광 탐촉자(12)의 구성을 나타내는 측면도이다. 광 탐촉자(12)는, 소정의 유지부(13)에, 발광 소자(14)와 수광 소자(16)가 회로 기판(18)에 부착 배치되어 구성된다. 유지부(13)는, 회로 기판(18)을 내장하고 있고, 발광 소자(14)의 광방사부와, 수광 소자(16)의 광 검출부를 표면으로 돌출시켜서 배치하는 부재로, 예컨대 적당한 플라스틱 재료를 성형해서 이루어진다. 발광 소자(14)로서는, 발광 다이오드(Light Emission Diode:LED)를 이용할 수 있고, 예컨대 적외 LED가 이용된다. 또한, 수광 소자(16)로서는, 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 이용할 수 있다.
발광 소자(14)와 수광 소자(16)는, 근접하여 배치되는 것이 바람직하지만, 발광 소자(14)로부터의 광이 수광 소자(16)로 직접 들어가지 않도록, 사이에 차광벽을 마련하는 등의 구조적 고안을 행하는 것이 바람직하다. 또는, 렌즈를 발광 소자(14)와 수광 소자(16)에 마련하여, 지향성을 높이는 것도 바람직하다. 도 2의 예에서는, 발광 소자(14)와 수광 소자(16)가 하나씩 마련되어 있지만, 복수의 발광 소자(14), 복수의 수광 소자(16)를 마련해도 된다. 또한, 수광 소자(16) 주위를 복수의 발광 소자(14)로 둘러싸도록 배치해도 된다. 광 탐촉자(12)는, 도시되지 않은 적당한 밴드, 테이프 등으로 피측정자(6)의 혈관(8)의 맥박의 검출에 적합한 부위에 부착된다. 도 1에서는, 광 탐촉자(12)이 손목의 요골 동맥부(7)에 부착되는 모양이 도시되어 있지만, 이외에, 팔의 팔꿈치부의 안쪽에 대응하는 상완 동맥부, 손끝, 심장 근방 등의 부위에 광 탐촉자(12)를 부착해도 된다.
도 3은, 도 1의 광 탐촉자 회로(20)의 구성을 나타내는 회로도이다. 광 탐촉자 회로(20)는, 발광 소자(14)에 대한 구동 회로와, 수광 소자(16)에 대한 검출 회로로 구성되고, 검출 회로로부터의 출력 신호를 직접 구동 회로에 입력시킴으로써 동기 피드백시켜서 자려 발진 회로를 구성한다.
발광 소자(14)에 대한 구동 회로로서는, 전원 전압 Vcc과 접지 사이에 발광 소자(14)와 구동 트랜지스터(24)를 직렬로 접속하여 구동 트랜지스터(24)의 제어 단자인 베이스를 소정의 바이어스 조건으로 하는 구성이 이용된다. 이 구성에 있어서, 구동 트랜지스터(24)의 베이스로의 입력 신호가 하이가 되면, 구동 트랜지스터(24)가 온되어 발광 소자(14)에 구동 전류가 흐른다. 이로써 발광 소자(14)가 발광되고, 그 광이 피부를 거쳐서 혈관(8)을 향해서 방사된다. 또한, 수광 소자(16)를 위한 검출 회로로서는, 양(正)의 전원 전압 Vcc와 음(負)의 전원 전압 -Vcc 사이에 부하 저항(22)과 트랜지스터(23)와 수광 소자(16)가 직렬로 접속되는 구성이 이용된다. 이 구성에 있어서, 발광 소자(14)의 광에 의해서 조사된 혈관(8)으로부터의 반사광을 피부를 거쳐서 수광 소자(14)가 수광함으로써, 수광 소자(16)에 광 전류가 발생한다. 이 광 전류의 크기는, 부하 저항(22)에 흐르는 전류의 크기에 대응하는 출력 전압 Vout의 신호(출력 전압 신호)로서 출력된다. 한편, 출력 전압 Vout의 신호는 자려 발진 신호이기 때문에, 교류 신호이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 자려 발진 회로를 구성하는 광 탐촉자 회로(20)로부터의 출력 전압 신호는 증폭기(30) 및 A/D 변환기(31)를 통해서 장치 컨트롤러(50)에 출력된다. 이와 같이, 발광 소자(14)로부터 광이 혈관(8)(정확하게는, 예컨대 산화 헤모글로빈을 포함하는 혈액이 충전된 혈관의 혈관벽)에 의해 방사되어, 혈관(8)으로부터의 반사광을 수광 소자(16)가 받는 경우에는, 발광 소자(14)로부터 수광 소자(16)에 직접 입사하는 광의 영향이 없는 것으로 하여, 광 탐촉자 회로(20)로부터의 출력 전압 신호는 광의 전파 거리(발광 소자(14)로부터 방사된 광이 수광 소자(16)에 도달하기까지의 거리를 말함)에 따라 출력 전압 Vout이 변화되기 때문에, 혈관(8)이 맥동에 의해 변화되면, 출력 전압 Vout이 변화되며, 즉 출력 전압 Vout은 맥동의 변화에 대응해서 변화된다.
특허문헌 1~3 등의 종래 기술에서는, 큰 출력 전압의 변화를 얻을 수 없었기 때문에, 그 주파수 변화를 전압 변화로 변환하여 맥동의 변화를 검출했지만, 본 실시예에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 광 탐촉자 회로(20) 내의 검출 회로의 출력 신호를 직접 구동 회로의 입력 신호로서 동기 피드백시켜서 자려 발진시켜 자려 발진 신호를 발생시키고, 또한 상세하게 후술하는 바와 같이, 센서 컨트롤러(25)에 의해 출력 전압 Vout(교류 신호인 자려 발진 신호의 진폭폭(변화량))이 실질적으로 최대가 되도록 제어하여 설정함으로써, 맥동 파형을 매우 간단하게 얻을 수 있다.
도 4는 변형예에 따른 투과형 광 탐촉자(12A)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 3의 반사형 광 탐촉자(12) 대신, 도 4의 투과형 광 탐촉자(12A)를 사용할 수 있다. 도 3의 반사형 광 탐촉자(12)에 있어서의 광의 전파 거리에 비해서, 투과광의 전파 거리는 길어지지만, 마찬가지로 이용해서 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
도 5a는, 도 1의 광 탐촉자 회로(20) 및 증폭기(30)의 구체예를 나타내는 회로도이다. 도 5a에서, 광 탐촉자 회로(20)는, 발광 소자(14)와 이것의 구동 회로와, 수광 소자(16)와 그 검출 회로와, 구동 회로 및 검출 회로의 동작점을 제어하는 센서 컨트롤러(25)를 구비하여 구성된다.
센서 컨트롤러(25)는 예컨대, 디지털 계산기 등의 제어 장치로, 거리 선택 스위치(26)를 구비한다. 거리 선택 스위치(26)는, 구동 회로 및 검출 회로의 동작점을 결정하는 초기값(구체적으로는, 저항(R1, R4)의 초기값)을 설정하기 위한 스위치로, 예컨대 '거리 큼', '거리 작음'을 선택할 수 있도록 구성된다. 이것은 도 10~도 13을 참조하여 상세하게 후술하는 바와 같이, 이들 도면에 도시한 전기 특성에 있어서, 출력 전압의 극값을 갖는 소정의 경계 전파 거리를 경계로 해서 그 전후의 영역에서, 전파 거리의 변화에 대한 출력 전압의 변화(자려 발진 신호의 진폭)로서 큰 값을 얻을 수 있어, 맥파 전압을 얻을 수 있기 때문이고, 측정 가능한 전파 거리를 확대할 수 있다. 즉, '거리 큼'은 경계 전파 거리보다 긴 전파 거리로 혈관 맥파 측정을 행하는 경우이고, '거리 작음'은 경계 전파 거리보다 짧은 전파 거리로 혈관 맥파 측정을 행하는 경우이다.
센서 컨트롤러(25)는, 도 18의 수발광 센서 제어 처리에 따라, 저항(R1, R4)에, 소정의 초기값을 설정한 후, 저항(R1, R4)의 각 저항값을 변화시켜서, 광 탐촉자 회로(20)의 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 제어한다. 또한, 광 탐촉자 회로(20)에 있어서의 캐패시터(C4)는 직류 저지용으로 마련되고, 또한 검출 회로 및 구동 회로에 의해 구성되는 동기 피드백을 포함한, 자려 발진 회로에 있어서의 자려 발진 신호의 주파수 특성을 결정하기 위해서 마련되며, 예컨대 최대 심박 주파수를 240회/분이라고 하면, 컷오프 주파수가 4Hz인 로우패스 필터를 삽입하도록 구성된다. 또한, 증폭기(30)는 예컨대 오피 앰프(32)를 구비하고, 공지된 바와 같이 구성된다.
이상의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서는, 수광 소자(16)의 검출 회로에서의 출력 전압 Vout을 발광 소자(14)의 구동 회로에의 구동 신호로서 이용하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 출력 전류 등의 전기 신호를 발광 소자(14)의 구동 회로에의 구동 신호로서 사용할 수 있다.
도 5b는, 도 5a의 광 탐촉자 회로(20)의 변형예를 나타내는 회로도이다. 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서는, 발광 소자(14)와 수광 소자(16)와의 세트는 1쌍밖에 도시하지 않았지만, 바람직하게는, 경계 전파 거리(수광 소자(16)의 출력 컬렉터 전류가 실질적으로 최대가 되는 전파 거리)가 서로 다른 2쌍 이상 구비하여, 소자 선택 스위치(27)를 이용해서 전환하도록 구성된다. 이것은 도 10~도 13을 참조하여 상세하게 후술하는 바와 같이, 상기 경계 전파 거리 부근에서는, 전파 거리의 변화에 대한 출력 전압의 변화가 작게 되어서, 자려 발진 신호인 맥파 전압으로서는 실질적으로 얻을 수 없기 때문에, 서로 다른 경계 전파 거리를 갖는 2쌍 이상의 수발광 센서를 구비함으로써 측정 불가능한 전파 거리를 해소할 수 있기 위해서이다. 도 5b에서는, 발광 소자(14)와 수광 소자(16)의 제 1 광 탐촉자(12)와, 발광 소자(14a)와 수광 소자(16a)의 제 2 광 탐촉자(12a)의 2쌍의 수발광 센서쌍을 구비함과 아울러, 센서 컨트롤러(25)는 소자 선택 스위치(27)를 더 구비한다. 소자 선택 스위치(27)에 의해 예컨대 '소자 1', '소자 2'를 선택할 수 있도록 구성되고, '소자 1'를 선택했을 때에는, 센서 컨트롤러(25)는 스위치(41, 42)를 연동하여 접점 a 측으로 전환해서, 발광 소자(14)와 수광 소자(16)의 제 1 광 탐촉자(12)를 선택해서 동작시키고, '소자 2'를 선택했을 때에는, 센서 컨트롤러(25)는 스위치(41, 42)를 연동하여 접점 b 측으로 전환해서, 발광 소자(14a)와 수광 소자(16a)의 제 2 광 탐촉자(12a)를 선택하여 동작시킨다.
도 6은 도 1의 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서의 부착예를 나타내는 정면도로, 도 6(a)는 피측정자의 손목의 요골 동맥부(7)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착한 일례를 나타내는 정면도이고, 도 6(b)는 피측정자의 손끝(9)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착한 일례를 나타내는 정면도이다.
도 7a는 제 1 변형예에 따른, 압력 시트 센서 및 수발광 센서를 포함하는 광 탐촉자 회로(20A)의 부착예를 나타내는 정면도이고, 도 7b는 제 2 변형예로, 피측정자의 손끝(9)에 광 탐촉자 회로(20)의 수발광 센서를 부착하고, 또한 압력 시트 센서(35)를 손목의 요골 동맥부(7)에 부착한 경우의 일례를 나타내는 정면도이다. 즉, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 압력 시트 센서를 수발광 센서와 함께 광 탐촉자 회로(20A)에 내장해도 되고, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 압력 시트 센서와, 수발광 센서를 따로따로 마련해도 된다. 여기서, 각 압력 시트 센서는, 도 20의 혈관 맥파 측정 처리에 앞서 실행되는 도 19의 혈압값 교정 처리에 있어서, 전압값과 혈압값을 대응시키는 변환식(또는 변환 테이블)을 생성하기 위해서 사용된다.
도 8a는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값(예컨대, 증폭기(30)의 출력 전압값)의 최대 전압값 Vmax 및 최소 전압값 Vmin을 나타내는 그래프이다. 도 8a로부터 분명한 바와 같이, 맥파 전압값은, 맥동의 변화에 따라 주기적으로 변화되고, 최대 전압값 Vmax와 최소 전압값 Vmin을 취해서, 서로 인접하는 2개의 최소 전압값 Vmin 사이의 시간 기간을 시간 기간 Tint이라고 정의한다.
도 8b는 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값에 대응하는 혈압값의 최대 혈압값 Pmax 및 최소 혈압값 Pmin을 나타내는 그래프이다. 도 8b로부터 분명한 바와 같이, 혈압값은 맥동의 변화에 따라 도 8a의 맥파 전압값과 같이 주기적으로 변화되어, 최대 혈압값 Pmax와 최소 혈압값 Pmin을 취한다. 도 8a와 도 8b 사이의 변환은 도 8c을 참조해서 설명하는 바와 같이, 도 19의 혈압값 교정 처리로 생성되는 변환식(변환 테이블이어도 된다)으로 행할 수 있다.
도 8c는 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 전압값으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 그래프이다. 공지된 바와 같이, 피측정자가 다르면, 맥파 전압값과 혈압값 사이의 상관 관계가 다르기 때문에, 미리 피측정자마다 상관 관계를 구해 두어야 한다. 또한, 같은 피측정자이더라도, 안정 상태와 운동 상태 등에서, 맥파 전압값과 혈압값 사이의 상관 관계가 다른 경우가 있기 때문에, 미리 측정 상태를 설정하여 각각 상관 관계를 구해 두어야 한다. 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템으로 얻어지는 맥파 전압값과 혈압값 사이의 상관 관계는, 피측정자마다, 측정 조건마다 관련지어서 만들어져서 변환식(또는 변환 테이블)의 형식으로 장치 컨트롤러(50)의 내부 메모리(50m)에 저장된다. 도 8c는 피측정자에 따라 변환식 Q1, Q2이 상이하다는 것을 나타내는 것이다. 이렇게 해서, 맥파 전압값으로부터 혈압값으로의 변환을 행하면, 이에 기초해서, 맥박수, 최대 혈압 Pmax, 최소 혈압 Pmin 등의 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
도 9a는 도 7a에 도시된 제 1 변형예에 따른, 압력 시트 센서 및 수발광 센서를 포함하는 광 탐촉자 회로(20A)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 9a에서, 광 탐촉자 회로(20A)는, 발광 소자 및 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자 회로(20)와, 피측정자의 혈관(8)에 대한 압력을 검출하는 압력 시트 센서(35)와, 피측정자의 혈관(8)에 대하여 압력을 인가하는 압력 액츄에이터(36)가 소정의 케이스(37) 내에서, 예컨대 우레탄 등의 충전재(38)를 이용해서 마련된다. 여기서, 바람직하게는, 광 탐촉자 회로(20)와 압력 시트 센서(35)는 직접 접촉하고 또한 압력 시트 센서(35)와 압력 액츄에이터(36)는 직접 접촉하여 마련된다. 이로써, 압력 액츄에이터(36)의 응력이 도면의 하측 방향(36a)으로, 압력 시트 센서(35)의 상부 중앙의 가압부(35a)에 대해, 압력 시트 센서(35)를 통해서 광 탐촉자 회로(20)에 인가되고, 또한 그 응력이 광 탐촉자 회로(20)로부터 피측정자의 피부를 거쳐서 혈관(8)에 인가된다. 이 광 탐촉자 회로(20A)는 예컨대, 도 19의 혈압값 교정 처리에 이용된다.
도 9b는 도 9a의 변형예로, 피험자 등의 인간의 손끝으로 가압하는 광 탐촉자 회로(20B)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 9a의 광 탐촉자 회로(20A)의 압력 액츄에이터(36) 대신, 피험자 등의 인간의 손끝(9)에 의해, 도면의 하측 방향(9a)으로 케이스(37)의 상부 중앙부(37a)로부터 압력 시트 센서(35)의 상부 중앙의 가압부(35a)에 대해 응력을 가하는 것이다. 이 광 탐촉자 회로(20B)는 예컨대 도 19의 혈압값 교정 처리의 변형예로 이용된다.
이어서, 도 5의 센서 컨트롤러(25)에 의한 수발광 센서 제어 처리(도 18)를 실행하기 위한 의의를 발견한 실험 결과에 대해서 이하에 설명한다. 이하의 실험에 사용한 수발광 센서는, ROHM사 제품 RPR-220형 반사형 포토 센서(포토 리플렉터)로, 출력 트랜지스터의 컬렉터 전류가 실질적으로 최대가 되는 경계 전파 거리는 6~7mm이다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 각 종 수발광 센서는 각각 경계 전파 거리를 용도별로 갖고 있으며, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 혈관 맥파 측정시의 불가능한 전파 거리를 없애기 위해서 복수 쌍의 수발광 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
도 10은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=15V이고, 저항 R1=18kΩ일 때로서, 저항(R4)을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프이다. 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 전파 거리가 6mm 부근에서는, 출력 전압 곡선의 기울기가 작아져 있고, 전파 거리에 대한 변화는 작기 때문에, 혈관벽이 변동되어도 출력 전압의 변화는 작다고 할 수 있다. 특히, 저항 R4=200Ω이라면 출력 전압의 기울기는 거의 0으로, 맥파 신호의 변화를 얻을 수 없다고 생각된다. 이것이, 상술한 혈관 맥파 측정이 불가능한 전파 거리이다. 이 문제점을 해소하기 위해서는, 경계 전파 거리가 서로 다른 수발광 센서를 이용해서 상기 혈관 맥파 측정이 불가능한 전파 거리를 해소할 수 있다.
광 탐촉자(12)의 부착 위치가 손끝인 경우, 0mm~2mm 정도가 되며, 경계 전파 거리(6mm)의 좌측의 출력 전압 곡선의 영역에서 동작시키면, 맥파 신호의 변화를 얻을 수 있다고 생각된다. 한편, 광 탐촉자(12)의 부착 위치가 손목의 요골 동맥부인 경우, 1mm~3mm 정도가 되어, 상기 출력 전압 곡선의 극소치에 대응하는 경계 전파 거리(6mm)의 우측의 출력 전압 곡선의 영역에서 동작시키면, 맥파 신호의 변화를 얻을 수 있다고 생각된다. 따라서, 전자를 '거리 작음'의 동작점의 초기값으로서 설정하고, 후자를 '거리 큼'의 동작점의 초기값으로서 설정할 수 있다. 또한, 저항 R4을 변화시킴으로써 출력 전압 곡선의 기울기를 크게 할 수 있어, 보다 큰 맥파 신호의 변화를 얻을 수 있다고 생각된다.
도 10의 구체예를 참조하여 동작점의 초기값의 설정에 대하여 이하에 설명한다. 저항 R4=250Ω으로 했을 때, '거리 작음' 영역의 전파 거리=4mm에서의 동작점 P1에서 동작시키면, 소정의 임계값 이상의 기울기 각도 θ1를 얻을 수 있고, 이것을 동작점의 초기값으로서 설정한 후, 센서 컨트롤러(25)는, 저항(R1, R4)의 저항값을 변화시켜서 실질적으로 최대의 출력 전압값 Vout를 얻을 수 있도록 제어함으로써, 보다 큰 맥파 신호를 얻을 수 있다. 또한, 저항 R4=250Ω으로 했을 때, '거리 큼' 영역의 전파 거리=10mm에서의 동작점 P2에서 동작시키면, 소정의 임계값 이상의 기울기 각도 θ2를 얻을 수 있고, 이것을 동작점의 초기값으로서 설정한 후, 센서 컨트롤러(25)는, 저항(R1, R4)의 저항값을 변화시켜서 실질적으로 최대의 출력 전압값 Vout(자려 발진 신호)를 얻을 수 있도록 제어함으로써, 보다 큰 맥파 신호를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 구동 회로의 동작점은 예컨대, 저항 R4의 저항값으로 결정되고, 검출 회로의 동작점은 예컨대 저항 R1의 저항값으로 결정되며, 이들 구동 회로의 동작점 및 구동 회로의 동작점의 결정에 의해, 도 10의 전기 특성의 동작점(예컨대 P1, P2)을 결정할 수 있다.
도 11은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=15V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프이다. 도 11의 출력 전압 곡선도, 도 10와 마찬가지의 출력 전압 곡선이 얻어지고 있으며, '거리 큼', '거리 작음'의 동작점의 초기값의 설정, 및 저항 R1의 변화에 의한 출력 전압 곡선의 기울기의 제어 및 그 최대화의 설정을 행할 수 있다.
도 12는, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=5V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프이다. 도 12의 출력 전압 곡선도, 저항 R1=15kΩ 및 20kΩ일 때의 보다 긴 거리 범위에 있어서의 포화 상태를 제외하면, 도 11과 마찬가지의 출력 전압 곡선이 얻어지고 있으며, '거리 큼', '거리 작음'의 동작점의 초기값의 설정, 및 저항 R1의 변화에 의한 출력 전압 곡선의 기울기의 제어 및 그 최대화의 설정을 행할 수 있다.
도 13은, 도 5의 광 탐촉자 회로(20)에 있어서, 전원 전압 Vcc=30V이고, 저항 R4=200Ω일 때로서, 저항 R1을 변화시켰을 때의 광의 전파 거리에 대한 출력 전압을 나타내는 그래프이다. 도 13의 출력 전압 곡선도, 저항 R1=40kΩ일 때의 보다 긴 거리 범위에 있어서의 기울기 제로인 상태를 제외하면, 도 11과 마찬가지의 출력 전압 곡선이 얻어지고 있고, '거리 큼', '거리 작음'의 동작점의 초기값의 설정, 및 저항 R1의 변화에 의한 출력 전압 곡선의 기울기의 제어 및 그 최대화의 설정을 행할 수 있다.
한편, 그래프를 도시하지 않지만, 광 탐촉자(12)의 발광 소자 및 수광 소자를 다른 소자쌍으로 전환한 경우, 경계 전파 거리를 다르게 할 수 있고, 이로써 상기 이른바 '거리 큼', '거리 작음'의 거리 범위를 다르게 할 수 있다. 즉, 거리 범위의 선택 설정을 소자 선택 스위치(27)에 의해 선택할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 센서 컨트롤러(25)는, 거리 선택 스위치(26)를 구비하고, 더 바람직하게는 소자 선택 스위치(27)를 구비하며, 거리 선택 스위치(26)에 의해, 구동 회로 및 검출 회로를 포함한 광 탐촉자 회로(20)의 동작점을 결정하는 초기값(구체적으로는, 저항(R1, R4)의 초기값)을 설정하기 위해서, 예컨대 '거리 큼', '거리 작음'을 선택할 수 있으며, 소자 선택 스위치(27)에 의해, 예컨대 '소자 1', '소자 2'를 선택할 수 있다. 센서 컨트롤러(25)는, 도 18의 수발광 센서 제어 처리에 따라, 저항(R1, R4)을 소정의 초기값(미리 측정된 전파 거리에 대한 출력 전압 특성에 기초해서 결정되는 최적의 동작점에 대응하는 값을 말함)을 설정한 후, 저항(R1, R4)의 각 저항값을 변화시켜서 광 탐촉자 회로(20)의 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 제어한다.
도 14는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥동 파형을 혈압 파형으로 변환하여 나타내는 그래프이다. 도 14로부터 분명한 바와 같이, 출력 전압 파형을 혈압 파형으로 변환함으로써 도 14의 맥파 파형의 표시를 얻을 수 있다.
도 15는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 이동 평균법을 이용해서 맥동 파형을 처리하는 동작을 나타내는 그래프이다. 도 15에 있어서, 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 획득한 맥파 전압의 로우 데이터로부터 이동 평균법을 이용해서 매끄러운 맥동 파형을 생성하는 모양을 나타내는 도면이다. 도 15(a)는, 가로축이 시간이고, 세로축은 맥파 전압이며, 각 샘플링 타임에 있어서의 맥파 전압의 변화의 모양이 도시되어 있다. 도 15(b)는, 가로축이 시간으로, 그 원점 위치 등은 도 15(a)과 맞춰져 있다. 세로축은 도 15(a)의 각 샘플링 타임에 있어서의 데이터의 이동 평균값 b이다. 이동 평균값은, 예컨대 5개의 데이터에 대해 행하는 것으로 했다. 이 경우, 샘플링 타임 i일 때의 맥파 전압의 로우 데이터를 ai라고 하면, 샘플링 타임 i일 때의 이동 평균값 bi는 다음 식을 이용해서 계산할 수 있다.
Figure 112013066700052-pct00001
즉, 샘플링 데이터 ai가 취득되면, 즉시 이동 평균값 bi를 산출할 수 있기 때문에 리얼 타임 처리가 가능하다. 한편, 이동 평균에 이용하는 데이터 수는 5가 아니어도 된다.
도 16(a)는 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 어느 피측정자의 각성시의 각종 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프이고, 도 16(b)는, 도 1의 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 어느 피측정자의 무호흡시의 각종 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16(a)에 있어서, 각성시의 각 측정 파형은 이하와 같다.
(a) R-EOG A1 : 공지된 안전도계(electrooculograph)에 의해 측정된 안구 전파형이다.
(b) Chin-Ref : 공지된 턱운동 측정기에 의해 측정된 턱의 변위량이다.
(c) 심전도 : 공지된 심전계에 의해 측정된 심전파형이다.
(d) 근전도: 공지된 근전계에 의해 측정된 근전파형이다.
(e) 코골이 : 소형 마이크에 의해 측정된 코골이 음이다.
(f) 호흡 파형 : 피측정자의 호흡에 동반되는 신체하의 압력 변화를 감압 센서가 검출하여, 호흡 파형을 계측했을 때의 호흡 파형이다.
(g) SpO2 : 공지된 펄스 옥시미터에 의해 측정된 혈중 산소 포화도이다.
(h) 본 시스템 : 본 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 파형이다.
도 16(b)에 있어서, 무호흡시의 각 측정 파형은 이하와 같다.
(a) R-EOG A1 : 공지된 안전도계에 의해 측정된 안구 전파형이다.
(b) Chin-Ref : 공지된 턱운동 측정기에 의해 측정된 턱의 변위량이다.
(c) 심전도 : 공지된 심전계에 의해 측정된 심전파형이다.
(d) 근전도 : 공지된 근전계에 의해 측정된 근전파형이다.
(e) 코골이 : 소형 마이크에 의해 측정된 코골이 음이다.
(f) 호흡 온도 센서 : 입가에 마련된 온도 센서에 의해 측정된 호흡 온도이다.
(g) 호흡압 : 피측정자의 호흡에 동반되는 신체하의 압력 변화를 감압 센서가 검출하여, 호흡 파형을 계측했을 때의 호흡압 파형이다.
(h) 흉곽 변동 : 피측정자의 흉곽의 변화를 측정하는 응력 센서에 의해 측정된 흉곽 변동량이다.
(i) 복부 변동: 피측정자의 복부의 변화를 측정하는 응력 센서에 의해 측정된 복부 변동량이다.
(j) SpO2 : 공지된 펄스 옥시미터에 의해 측정된 혈중 산소 포화도이다.
(k) 본 시스템 : 본 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 맥파 파형이다.
본 실시예에 따른 혈관 맥파 측정 시스템에 의해 측정된 도 16의 데이터에는, 지금까지의 측정 장치로는 알 수 없는 많은 정보가 포함되어 있다. 도 16(a)에 있어서는, 정상 REM 수면중이지만, 상기 기록 120초 간에 2회의 각성 반응이 있고, 이 2회 모두 각성 반응 개시와 함께 맥압은 약간 상승하고 그 후, 급격한 저하를 나타내고 있다. 각성 반응에 의한 교감 신경 활동 상승과 말소의 혈관 저항의 일시적 상승, 그 후 반사적인 혈관 확장에 의한 맥압 저하가 관찰되고, 정상 수면에 있어서 맥압의 변화가, 뇌파 상의 각성 반응과 동기되어 있다고 생각된다. 이로써, 뇌파를 측정하지 않는 소형의 혈관 맥파 측정 시스템으로 수면 평가가 가능해진다고 생각된다.
도 16(b)에서는, 일련의, 전형적인 무호흡, 노력성 호흡~각성 반응, 과호흡 중에서, 무호흡중의 노력성 호흡에 동기하는 작은 주기의 변동을 볼 수 있으면서(변동이 작기 때문에 실측 정수로부터 주파수 해석을 행할 필요가 있다고 생각됨) 무호흡 종료까지, 맥압이 서서히 상승해 간다는 것을 알 수 있다. 그 후, 각성 반응, 호흡 재개~과호흡과 함께 맥압은 급격히 강하된다. 아마도, 이 환자의 낮의 안정시의 혈압은, 이 강하 이후에, 안정된 레벨이고, 무호흡중의 혈압 상승은 무호흡에 의한 교감 신경 활동의 과잉 상승에 의한 것으로, 과거에 본 발명자 등이 조사한 바 중에서는, 피크가 수축기 혈압 228인 환자도 있었다. 따라서, 무호흡 신드롬의 환자인 경우에는, 합병 빈도가 문제가 되는, 순환기계 질환의 발증에 관계된, 수면중의 특수한 순환 동태를 평가할 수 있다고 생각된다.
도 16(a) 및 도 16(b)의 맥파 파형의 그래프로부터, REM 각성시에는, 최대 혈압값 Pmax가 무호흡일 때에 비해서 완만하게 상승한 후, 하강하며, 이를 반복하고 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 무호흡시에는, 최대 혈압값 Pmax가 REM 각성시에 비해서 빠르게 상승한 후, 하강하며, 이를 반복하고 있다는 것을 알 수 있다.
도 17(a)는 각성시의 최대 혈압값 Pmax의 변화를 모델화해서 나타내는 도면 이고, 도 17(b)는 무호흡시의 최대 혈압값 Pmax의 변화를 모델화해서 나타내는 도면이다. 도 17(a) 및 도 17(b)의 최대 혈압값 Pmax의 모델도로부터 분명한 바와 같이, REM 각성시의 최대 혈압값 Pamx의 변화 주기 Tar는 무호흡시의 주기에 비해서 길고, 원점 S에서 본, REM 각성시의 최대 혈압값 Pmax의 상승 기울기 각도 αar는 무호흡시의 각도에 비해 작다는 것을 알 수 있다. 이들 지견 및 치료 경험에 기초해서, 도 21의 수면 이상 판별 처리의 흐름도를 작성했다.
도 18은 도 5의 센서 컨트롤러(25)에 의해 실행되는 수발광 센서 제어 처리를 나타내는 흐름도이다. 해당 수발광 센서 제어 처리에서는, 도 5의 실시예를 포함한 변형예에 따른 도 5b의 경우에 대해서 설명한다.
도 18에 있어서, 우선, 스텝 S1에서 선택 스위치(26, 27)의 설정값은 '거리 큼', '소자 1'인지 여부가 판단되고, 예일 때에는 스텝 S4로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S2로 진행한다. 이어서, 스텝 S2에서 선택 스위치(26, 27)의 설정값은 '거리 작음', '소자 1'인지 여부가 판단되고, 예일 때에는 스텝 S5로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S3으로 진행한다. 또한, 스텝 S3에서 선택 스위치(26, 27)의 설정값은 '거리 큼', '소자 2'인지 여부가 판단되고, 예일 때에는 스텝 S6으로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S7로 진행한다.
스텝 S4에서는, '거리 큼', '소자 1'일 때의 최적의 동작점의 초기값인 저항(R1, R4)의 저항값 R1int1, R4int1을 각각 저항(R1, R4)의 저항값으로서 설정하고 스텝 S8로 진행한다. 스텝 S5에서는, '거리 작음', '소자 1'일 때의 최적의 동작점의 초기값인 저항(R1, R4)의 저항값 R1int2, R4int2를 각각 저항(R1, R4)의 저항값으로서 설정하고 스텝 S8로 진행한다. 스텝 S6에서는, '거리 큼', '소자 2'일 때의 최적의 동작점의 초기값인 저항(R1, R4)의 저항값 R1int3, R4int3를 각각 저항(R1, R4)의 저항값으로서 설정하고 스텝 S8로 진행한다. 스텝 S7에서는, '거리 작음', '소자 2'일 때의 최적의 동작점의 초기값인 저항(R1, R4)의 저항값 R1int4, R4int4를 각각 저항(R1, R4)의 저항값으로서 설정하고 스텝 S8로 진행한다. 또한, 스텝 S8에서는 저항 R1의 저항값을 고정하고 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 저항 R4의 저항값을 변화시키며, 이어서 스텝 S9에서는, 저항 R4의 저항값을 고정하고 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 저항 R1의 저항값을 변화시키고, 상기 처리를 종료한다.
한편, 상기 각 동작점의 초기값인 저항(R1, R4)의 저항값 R1int1~R1int4, R4int1~R4int4는 미리 측정된 도 10 등의 전기 특성으로부터 미리 결정되어 내부 메모리(50m)에 저장된다.
이상의 도 18의 처리에서는, 검출 회로와 구동 회로 양쪽의 동작점을 각각 소정의 초기값으로 설정한 후, 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 검출 회로와 구동 회로의 양쪽의 동작점을 제어하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 검출 회로와 구동 회로 양쪽의 동작점을 각각 소정의 초기값으로 설정한 후, 출력 전압 Vout이 실질적으로 최대가 되도록 검출 회로와 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어해도 된다.
도 19는, 종래 기술에 따른 커프 압박법과 같은 원리를 이용해서, 최대 혈압값과 최소 혈압값을 교정하기 위한, 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 혈압값 교정 처리 모듈(52)에 의해 실행되는 혈압값 교정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 19에 있어서, 우선 스텝 S11에서 수발광 센서를 이용해서 맥파 신호를 검출하고, 맥파 신호의 시간적으로 서로 인접하는 2개의 최소 전압값의 시간 기간 Tint(도 8a 참조)을 연산하며, 스텝 S12에서 시간 기간 Tint은 소정의 임계값 범위에 들어가는지 여부가 판단되며(즉, 맥파 신호가 검출되고 있는지 여부가 판단되며), 예일 때에는 스텝 S13으로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S11로 돌아간다. 여기서, 시간 기간 Tint의 소정의 임계값 범위는, 맥파 신호를 검출했는지 여부의 판단 범위로, 상기 임계값 범위는 경험치로서, 예컨대 0.2초≤Tint≤2초이다. 상기 임계값 범위에 시간 기간 Tint이 들어가 있으면, 맥파를 검출했다고 판단한다. 스텝 S13에 있어서, 피측정자(6)의 맥파를 검출했다고 판단하여, 압력 액츄에이터(36)에 소정의 차분 압력만큼 인크리먼트하는 압력 상승 커맨드를 출력한다. 그리고, 스텝 S14에 있어서, 시간 기간 Tint는 소정의 임계값 범위에 들어가는지 여부가 판단되며(즉, 맥파 신호가 검출되고 있는지 여부가 판단되며), 아니오일 때에는 스텝 S15로 진행하는 한편, 예일 때에는 스텝 S13으로 돌아간다.
스텝 S15에서는, 피측정자(6)의 맥파를 검출하지 않게 되었다고 판단해서, 검출하지 않게 된 샘플링 타이밍보다 하나 앞의 샘플링 타이밍보다 이전의 맥파 신호의 1주기 기간 내의 최대 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 내부 메모리(50m)에 저장함과 아울러, 압력 시트 센서(35)의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 내부 메모리(50m)에 저장한다. 그리고, 스텝 S16에서, 소정의 차분 압력만큼 디크리먼트하는 압력 하강 커맨드를 압력 액츄에이터(36)에 출력한다. 이어서, 스텝 S17에 있어서, 시간 기간 Tint은 소정의 임계값 범위에 들어가는지 여부가 판단되며(즉, 맥파 신호가 검출되고 있는지 여부가 판단되며), 예일 때에는 스텝 S18로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S16으로 진행한다. 스텝 S18에서는, 피측정자(6)의 맥파를 검출했다고 판단하고, 검출한 샘플링 타이밍으로부터 그 직후의 맥파 신호의 1주기 기간 내의 최소 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 내부 메모리(50m)에 저장함과 아울러, 압력 시트 센서(35)의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 내부 메모리(50m)에 저장한다. 또한, 스텝 S19에 있어서, 내부 메모리(50m)에 저장된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값 및 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 도 8c를 참조해서 설명한 바와 같이, 직선 근사법을 이용해서 전압값으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식(또는 혈압 변환 테이블)을 생성하여 내부 메모리(50m)에 저장하고, 상기 처리를 종료한다.
도 19의 혈압값 교정 처리를, 예컨대 도 9a의 광 탐촉자 회로(20A)를 이용해서 실행하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 도 9b의 광 탐촉자 회로(20B)를 이용해서 실행해도 된다. 이 경우에, 스텝 S13에서는, 피측정자(6)의 맥파를 검출했다고 판단하고, 압력 액츄에이터(36)를 이용하지 않고, 피험자 등의 인간에 대해 손끝(9)으로 광 탐촉자 회로(20B)의 상부(이것을 통해서 압력 시트 센서(35)의 가압부)를 가압하도록 지시하는 메시지를 LCD 표시부(도시 생략) 등에 표시한다. 이 때, 인간은 손끝(9)으로 가압한다. 또한, 스텝 S16에서는, 피측정자(6)의 맥파를 검출하지 않게 되었다고 판단하여, 압력 액츄에이터(36)를 이용하지 않고, 피험자 등의 인간에 대해 손끝(9)에서의 상기 응력을 줄여서 저하시키도록 지시하는 메시지를 LCD 표시부(도시 생략) 등에 표시한다. 이 때, 인간은 손끝(9)의 가압을 줄인다. 이와 같이, 압력 액츄에이터(36) 대신, 피측정자 등의 인간의 손끝(9)으로 대용할 수 있다.
이상으로 설명한 도 9a 또는 도 9b의 광 탐촉자 회로(20A 또는 20B)와, 도 19 또는 그 변형예의 혈압값 교정 처리를 이용함으로써, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 종래 기술에 비해 매우 간단한 교정으로 또한 고정밀도로, 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정할 수 있다.
도 20은 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 혈관 맥파 측정 처리 모듈(51)에 의해 실행되는 혈관 맥파 측정을 나타내는 흐름도이다.
도 20에 있어서, 스텝 S21에서 예컨대, 최근 5주기분의 맥파 파형 데이터(A/D 변환기(31)로부터의 전압값 데이터를 말함)를 버퍼 메모리에 저장하고, 스텝 S22에서 맥파 파형 데이터의 데이터값은 연산 범위 이내인지 여부가 판단되며, 예일 때에는 스텝 S23으로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S21으로 돌아간다. 스텝 S23에서, 상기 5주기분의 맥파 파형 데이터에 대해 고주파 노이즈 제거를 위한 로우패스 필터 처리를 실행하고, 스텝 S24에서, 로우패스 필터 처리 이후의 맥동 파형 데이터에 대해, 도 15를 참조해서 설명한 이동 평균법을 이용한 이동 평균 처리를 실행하며, 또한 스텝 S25에서 변환식을 이용한 전압값으로부터 혈압값으로의 변환에 의한 혈압 측정 처리를 실행한다. 또한, 스텝 S26에서, 변환된 혈압값을 이용해서 맥파 표시 데이터를 작성하여 맥파(리얼 타임)를 표시부(60)에 표시하며, 맥박 및 최대 혈압값 및 최소 혈압값을 연산해서 표시부(60)에 표시한다. 스텝 S27에서는, 측정 종료인지 여부가 판단되어, 예일 때에는 상기 처리를 종료하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S21로 돌아간다.
도 21은, 도 1의 장치 컨트롤러(50)의 수면 이상 판별 처리 모듈(53)에 의해 실행되는 수면 이상 판별 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 21에 있어서, 스텝 S31에서 예컨대, 최근 21주기분의 맥파 파형 데이터를 버퍼 메모리에 저장하고, 스텝 S32에서 저장된 21주기분의 맥파 파형 데이터에 기초해서 상기 변환된 최대 혈압값 및 최소 혈압값을 이용해서, 21주기분의 최대 혈압값 Pmax(1)~Pmax(21) 및 21주기분의 최소 혈압값 Pmin(1)~Pmin(21)를 연산하며, 시각 t(1)~t(21)를 버퍼 메모리에 저장한다. 이어서, 스텝 S33에서, 21주기분(n=1, 2, …, 21)에 대해 이하의 파라미터를 연산한다.
Figure 112013066700052-pct00002
Figure 112013066700052-pct00003
Figure 112013066700052-pct00004
이어서, 스텝 S34에서, Pmax(21)가 Pmaxave에 비해 20% 이상 감소하고 있는지(이하, 조건 1이라고 함) 여부가 판단되고, 예일 때에는 스텝 S35로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S31로 돌아간다. 이어서, 스텝 S35에서, 맥압 Pp이 평균값 Pmaxave에 비해 20% 이상 감소하고 있는지(이하, 조건 2라고 함) 여부가 판단되어, 예일 때에는 스텝 S36으로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S31로 돌아간다. 그리고, 스텝 S36에서, 스텝 S21~S25를 3주기분에 대해 각각 1주기마다 이동 시프트하여 실행하고, 조건 1 및 조건 2의 판정을 행하여 3주기분 이상 연속해서 만족하는지 여부가 판단되어, 예일 때에는 스텝 S37로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S31로 돌아간다. 스텝 S37에 있어서, 기울기 P'>P'th(소정의 임계값이고, 도 17의 기울기 각도 αar와 기울기각도 αsa를 식별하기 위한 임계값)인지 여부가 판단되며, 예일 때에는 스텝 S38로 진행하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S39로 진행한다. 스텝 S38에서는, 피측정자는 '무호흡 상태'라고 판단해서 표시부(60)에 표시하여, 스텝 S40으로 진행한다. 한편, 스텝 S39에서는 피측정자는 '각성 상태'라고 판단해서 표시부(60)에 표시하고, 스텝 S40으로 진행한다. 스텝 S40에서는, 측정 종료인지 여부가 판단되어서, 예일 때에는 상기 처리를 종료하는 한편, 아니오일 때에는 스텝 S31로 돌아간다.
도 21의 처리에 있어서, 처리 데이터 수나 판단 분기 등의 '20주기', '21주기', '20%', '3주기분' 등은 일례로, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, '20%'는 판단하기 위한 소정의 임계값 비율이다.
이상의 실시예에 있어서, 상기 각 처리를 소프트웨어로 실현할 수도 있고, 이들의 일부를 하드웨어 회로로 실현할 수도 있다.
이상의 실시예에 있어서, 커프 압박법에 의해 최대 혈압값과 최소 혈압값의 교정을 행하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한하지 않고, 그 외의 교정 방법을 이용해도 된다.
(종래 기술과 본 발명과의 상위점에 대해서)
본 발명에 따른 혈관 맥파 측정법은 종래 기술에 따른 용적 진동법(volume oscillometric method)(예컨대, 특허문헌 5 참조)이나 초음파를 이용한 방법(예컨대, 특허문헌 6, 비특허문헌 1 참조) 등과는 전혀 다른 원리에 기초한 측정 방법으로, 이른바 '직접 피드백 최대화법(direct feedback maximization method)'이라고 부르는 비침습적 측정 방법이다. 본 발명자 등은, 예컨대 도 10~도 13에 도시한 전파 거리에 대한 출력 전압의 전기 특성을 독자적으로 측정하고, 상기 전기 특성을 이용해서, 혈관 맥파를 도 16(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 혈관 맥파의 진동뿐만 아니라, 종래 기술에 따른 비침습적 측정 방법으로서는 취득할 수 없었던, 각성 반응에 의한 교감 신경 활동 상승과 말소의 혈관 저항의 일시적 상승, 그 후 반사적인 혈관 확장에 의한 맥압 저하 및 무호흡에 의한 교감 신경 활동의 과잉 상승 등의 혈압값의 베이스라인(전압 신호 DC 레벨)의 변화도 측정할 수 있다고 하는 특유의 작용 효과를 갖고 있다.
비특허문헌 1에서는, 동맥계 내의 혈관 맥파의 강도(Wave Intensity)의 초음파 계측에 대해서 설명되어 있고, 그 도 2.44는, 인간의 총경동맥에 있어서, 초음파 에코 트랙킹법으로 측정한 혈관 직경 변화 파형과 카테터 선단 압력계로 측정한 혈관 파형을 나타내며, 양자의 관계는 일심(一心)(cardiac) 주기 전체에 완전히 유사하다고는 할 수 없지만, 실용상 충분한 정밀도로 유사하다고 간주할 수 있다. 특히, 혈관 맥파의 강도(Wave Intensity)가 정의된 구출기(驅出期)에서는 거의 완전히 유사하다. 본 발명에 따른 혈관 맥파 측정법으로도, 광의 발진 신호를 이용해서 혈관 직경 변화 파형(혈관 맥파)를 얻을 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 혈관 맥파 측정 시스템은 혈관의 맥동 파형을 이용해서, 혈압의 측정 등, 혈관을 흐르는 혈액의 상태를 측정하는 것에 이용할 수 있다. 구체적으로는 이하와 같다.
본 발명에 따른 혈관 맥파 측정 시스템에 의하면, 상기 전기 신호를 상기 구동 신호로서 상기 구동 회로에 직접 동기 피드백함으로써, 상기 검출 회로로부터 자려 발진 신호를 발생시키고, 해당 자려 발진 신호를 혈관 맥파 신호로서 측정하는 측정 수단과, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어하는 제어 수단을 구비한다. 여기서, 바람직하게는, 상기 광 탐촉자 회로에 있어서의 구동 회로 및 검출 회로의 각 동작점은 각각 상기 구동 회로 및 검출 회로의 각 소자값에 의해 결정되고, 상기 결정에 의해, 상기 발광 소자로부터 방사된 광이 상기 수광 소자에 도달하기까지의 광의 전파 거리에 대한 상기 전기 신호의 레벨을 나타내는 전기 특성에 있어서의 동작점이 결정되며, 상기 제어 수단은, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 소정의 동작점 초기값으로 설정한 후, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 실질적으로 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어함으로써 상기 전기 특성에 있어서의 동작점을 제어한다. 따라서, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 전기 특성은 소정의 경계 전파 거리에 있어서 상기 전기 신호의 레벨에 대해서 소정의 극값을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 경계 전파 거리보다 짧은 제 1 전파 거리 범위와, 상기 경계 전파 거리보다 긴 제 2 전파 거리 범위 중 적어도 하나의 범위에서 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로를 동작시킨다. 여기서, 상기 제어 수단은 상기 제 1 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하고, 상기 제 2 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하는 기억 수단과, 상기 제 1 전파 거리 범위의 동작점 초기값과, 상기 제 2 전파 거리 범위의 동작점 초기값 중 하나를 선택하는 제 1 스위치 수단을 구비하며, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 스위치 수단에 의해 선택된 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정한다. 따라서, 상기 경계 전파 거리에 착안해서 상기 동작점을 선택적으로 전환함으로써, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 광 탐촉자 회로는, 서로 다른 경계 전파 거리를 갖는, 발광 소자 및 수광 소자의 복수의 쌍을 구비하고, 상기 기억 수단은 상기 각 쌍에 대응해서 상기 전기 특성에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하며, 상기 제어 수단은 상기 복수의 쌍 중 하나를 선택하는 제 2 스위치 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 제 2 스위치 수단에 의해 선택된 쌍에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정한다. 따라서, 맥동 파형 데이터를 거의 얻을 수 없는 경계 전파 거리에 착안해서 상기 동작점을 선택적으로 전환함으로써, 발광 소자로부터 수광 소자까지의 광의 전파 거리가 다른 경우에도, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 맥동 파형 데이터를 취득할 수 있고, 혈관 맥파 측정을 행할 수 있다.
또한, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 측정된 소정 주기분의 혈관 맥파 신호에 기초해서, 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기와, 최대 혈압값의 평균값과, 최대 혈압값과 최소 혈압값의 차이인 맥압을 포함하는 복수의 판단 파라미터를 연산하고, 상기 복수의 판단 파라미터에 기초해서, 피측정자가 각성 상태인지, 또는 무호흡 상태인지를 판단한다. 여기서, 바람직하게는, 상기 측정 수단은 소정 시각의 최대 혈압값이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 1 임계값 비율 이상 감소하고, 또한 상기 맥압이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 2 임계값 비율 이상 감소하는 것이, 소정 주기분 연속해서 발생했을 때, 상기 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기가 소정의 임계값을 초과했을 때, 피측정자가 각성 상태라고 판단하는 한편, 상기 임계값 이하일 때 무호흡 상태라고 판단한다. 따라서, 상기 혈관 맥파 측정 시스템을 이용해서, 종래 기술에 비해 간단한 구성으로 또한 고정밀도로, 무호흡 상태 등의 호흡 이상을 검출할 수 있다.
또한, 상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고, 상기 측정 수단은 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시켜서 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한다. 따라서, 상기 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서, 종래 기술에 비해서 매우 간단한 교정으로 또한 고정밀도로, 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정할 수 있다.
6 : 피측정자 7 : 요골 동맥부
8 : 혈관 9 : 손끝
9a, 36a : 응력의 방향 10 : 혈관 맥파 측정 시스템
12, 12a, 12A : 광 탐촉자 13 : 유지부
14, 14a : 발광 소자 16, 16a : 수광 소자
18 : 회로 기판 20, 20A, 20B : 광 탐촉자 회로
22 : 부하 저항 24 : 구동 트랜지스터
25 : 센서 컨트롤러 26 : 거리 선택 스위치
27 : 소자 선택 스위치 30 : 증폭기
31 : A/D 변환기 32 : 오피 앰프
35 : 압력 시트 센서 36 : 압력 액츄에이터
37 : 케이스 38 : 충전재
41, 42 : 스위치 50 : 장치 컨트롤러
50m : 내부 메모리 51 : 혈관 맥파 측정 처리 모듈
52 : 혈압값 교정 처리 모듈 53 : 수면 상태 판별 처리 모듈
60 : 표시부 61, 62 : 맥동 파형 표시
63 : 혈관 맥파 측정치 표시 T1 : 출력 단자

Claims (9)

  1. 피부를 거쳐서 혈관에 광을 방사하는 발광 소자와, 상기 혈관으로부터의 반사광 또는 상기 혈관을 거친 투과광을, 피부를 거쳐서 수광하는 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자와,
    입력되는 구동 신호에 기초해서 상기 발광 소자를 구동하는 구동 회로와,
    상기 수광 소자에 의해 수광된 광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출 회로를 구비한 광 탐촉자 회로를 이용해서 혈관 맥파 측정을 행하는 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서,
    상기 전기 신호를 상기 구동 신호로서 상기 구동 회로에 직접 동기 피드백함으로써, 상기 검출 회로로부터 자려 발진 신호를 발생시키고, 해당 자려 발진 신호를 혈관 맥파 신호로서 측정하는 측정 수단과,
    상기 자려 발진 신호의 레벨이 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어하는 제어 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 탐촉자 회로에 있어서의 구동 회로 및 검출 회로의 각 동작점은 각각 상기 구동 회로 및 검출 회로의 각 소자값에 의해 결정되고, 상기 결정에 의해, 상기 발광 소자로부터 방사된 광이 상기 수광 소자에 도달하기까지의 광의 전파 거리에 대한 상기 전기 신호의 레벨을 나타내는 전기 특성에 있어서의 동작점이 결정되며,
    상기 제어 수단은, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 소정의 동작점 초기값으로 설정한 후, 상기 자려 발진 신호의 레벨이 최대가 되도록, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로 중 적어도 하나의 동작점을 제어함으로써 상기 전기 특성에 있어서의 동작점을 제어하는
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 특성은 소정의 경계 전파 거리에 있어서 상기 전기 신호의 레벨에 대해 소정의 극값을 갖고,
    상기 제어 수단은, 상기 경계 전파 거리보다 짧은 제 1 전파 거리 범위와, 상기 경계 전파 거리보다 긴 제 2 전파 거리 범위 중 적어도 하나의 범위에서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로를 동작시키는
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 제 1 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하고, 상기 제 2 전파 거리 범위에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하는 기억 수단과,
    상기 제 1 전파 거리 범위의 동작점 초기값과, 상기 제 2 전파 거리 범위의 동작점 초기값 중 하나를 선택하는 제 1 스위치 수단
    을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 제 1 스위치 수단에 의해 선택된 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정하는
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 탐촉자 회로는 서로 다른 경계 전파 거리를 갖는, 발광 소자 및 수광 소자의 복수의 쌍을 구비하고,
    상기 기억 수단은, 상기 각 쌍에 대응해서 상기 전기 특성에 있어서의 소정의 동작점 초기값에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 미리 기억하며,
    상기 제어 수단은 상기 복수의 쌍 중 하나를 선택하는 제 2 스위치 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 제 2 스위치 수단에 의해 선택된 쌍에 대응하는 상기 검출 회로 및 구동 회로의 각 동작점 초기값을 이용해서, 상기 검출 회로 및 상기 구동 회로의 각 동작점을 각각 설정하는
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단은, 상기 측정된 소정 주기분의 혈관 맥파 신호에 기초해서, 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기와, 최대 혈압값의 평균값과, 최대 혈압값과 최소 혈압값의 차이인 맥압을 포함한 복수의 판단 파라미터를 연산하고, 상기 복수의 판단 파라미터에 기초해서, 피측정자가 각성 상태인지, 또는 무호흡 상태인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 수단은, 소정 시각의 최대 혈압값이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 1 임계값 비율 이상 감소하고, 또한 상기 맥압이 상기 최대 혈압값의 평균값에 비해 소정의 제 2 임계값 비율 이상 감소하는 것이, 소정 주기분 연속해서 발생했을 때, 상기 최대 혈압값의 시간에 대한 기울기가 소정의 임계값을 초과했을 때, 피측정자가 각성 상태라고 판단하는 한편, 상기 임계값 이하일 때 무호흡 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고,
    상기 측정 수단은, 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해, 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시키고 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
  9. 피부를 거쳐서 혈관에 광을 방사하는 발광 소자와, 상기 혈관으로부터의 반사광 또는 상기 혈관을 거친 투과광을, 피부를 거쳐서 수광하는 수광 소자를 포함하는 광 탐촉자와,
    입력되는 구동 신호에 기초해서 상기 발광 소자를 구동하는 구동 회로와,
    상기 수광 소자에 의해 수광된 광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출 회로
    를 포함하는 광 탐촉자 회로를 이용해서, 혈관 맥파 측정을 행하여 혈관 맥파 신호를 측정하는 측정 수단을 구비한 혈관 맥파 측정 시스템에 있어서,
    상기 측정 수단은 상기 광 탐촉자 회로 상의 가압부와의 사이에 마련된 압력 시트 센서를 더 구비하고,
    상기 측정 수단은, 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 상기 가압부에 대한 압력 액츄에이터 또는 인간의 가압에 의해 상기 혈관 상의 광 탐촉자 회로에 대해 응력을 인가한 후, 상기 혈관 맥파 신호를 측정하지 않게 되었을 때, 그 직전의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최대 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최대 혈압값으로서 기억하며, 이어서 상기 가압을 저하시켜서 상기 혈관 맥파 신호를 측정했을 때, 그 직후의 혈관 맥파 신호의 전압값을 최소 혈압값 전압으로서 기억하고, 상기 압력 시트 센서의 검출 압력값을 최소 혈압값으로서 기억하며, 상기 기억된 최대 혈압값 전압과 이에 대응하는 최대 혈압값, 및 상기 기억된 최소 혈압값 전압과 이에 대응하는 최소 혈압값에 기초해서, 혈압값 전압으로부터 혈압값으로의 변환을 나타내는 변환식을 생성함으로써, 상기 변환식을 이용해서 상기 혈관 맥파 신호의 혈압값 전압을 혈압값으로 변환하도록 교정하는 교정 수단을 더 구비한
    것을 특징으로 하는 혈관 맥파 측정 시스템.
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