KR102170187B1 - Apparatus and method for measuring pulse transit time - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치는 기판, 기판에 마련되어 인체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정하는 가속도 센서부, 기판에 마련되어 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하는 광 센서부 및 심장의 일 박동 주기 동안 SCG의 특징점 및 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산하는 제어부를 포함한다. The apparatus for measuring pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention is provided on a substrate and a substrate, and an acceleration sensor unit that measures a seismocardiogram (SCG) generated by contraction and relaxation of the heart at a contact site with the human body, and a substrate PTT (pulse transit) is based on the time difference in which the characteristic points of the SCG and the characteristic points of PPG appear during the heartbeat cycle and the optical sensor unit that measures PPG (photoplethysmography, optical volume pulse wave) generated according to the blood flow flowing on the surface of the contact area. time, pulse wave transmission time).
Description
본 발명은 맥파 전달 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 신체의 한 부위에서 측정되는 복수의 생체 신호를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 측정하는 맥파 전달 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring pulse wave transmission time, and in more detail, a pulse wave transmission time measuring apparatus for measuring pulse transit time (PTT) based on a plurality of biological signals measured at one part of the body, and It's about how.
PTT는 심장에서 방출된 혈액에 의해 발생된 맥파가 동맥의 두 지점 사이를 이동하는데 걸리는 시간을 의미한다. 이때 PTT와 혈압은 상관 관계가 존재하기 때문에 PTT를 기초로 사람의 혈압을 도출할 수 있다. PTT refers to the time it takes for the pulse wave generated by blood released from the heart to travel between two points in an artery. At this time, since there is a correlation between PTT and blood pressure, a person's blood pressure can be derived based on PTT.
기존에는 PTT를 측정하기 위해 가슴에 전극 센서를 3개 이상 부착하여 ICG(impedance-cardiogram)를 측정하고, 손가락, 발가락 등 말단 부위에서 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하여 PTT를 계산하였다. 그러나 ICG를 측정하는 장비는 기본적으로 큰 부피를 필요로 하여 소형화가 어렵기 때문에 사용자 스스로 PTT를 측정할 수 있는 장치를 제작하기에는 어려움이 존재하였다. Conventionally, in order to measure PTT, three or more electrode sensors were attached to the chest to measure ICG (impedance-cardiogram), and PPG (photoplethysmography, light volume pulse wave) was measured at the distal regions such as fingers and toes to calculate PTT. However, since the ICG measurement equipment basically requires a large volume and is difficult to miniaturize, it was difficult to manufacture a device capable of measuring PTT by the user himself.
한편, PTT를 측정하는 다른 방법으로서, 신체의 말단에서 약간의 거리 차를 두고 PPG를 측정하여 PTT를 계산하는 방식이 있다. 그러나 이와 같이 인체의 말단에서 도출된 PTT는 대동맥의 탄성 정보가 사라져 있기 때문에, 혈압과의 상관 관계가 높지 않다는 문제가 있다. 또한, 이러한 방식은 PPG를 측정하는 두 지점 사이에 어느 정도 거리가 필요하기 때문에 하나의 측정 장치로서 소형화하기에 한계가 있다. On the other hand, as another method of measuring PTT, there is a method of calculating PTT by measuring PPG with a slight distance difference from the distal end of the body. However, the PTT derived from the distal end of the human body has a problem that the correlation with blood pressure is not high because the elastic information of the aorta has disappeared. In addition, this method is limited in miniaturization as a single measuring device because a certain distance is required between two points for measuring PPG.
본 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 과제는 신체의 한 부위에서 측정되는 두 가지 생체 신호를 기초로 대동맥의 탄성 정보를 포함하는 PTT를 측정하는 기술을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the embodiment of the present invention is to provide a technique for measuring PTT including elasticity information of the aorta based on two biological signals measured at one part of the body.
다만, 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 도출될 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and various technical problems may be derived from the contents to be described below within a range that is obvious to a person skilled in the art.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치는 기판, 상기 기판에 마련되어 인체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정하는 가속도 센서부, 상기 기판에 마련되어 상기 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하는 광 센서부 및 상기 심장의 일 박동 주기 동안 상기 SCG의 특징점 및 상기 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산하는 제어부를 포함한다. The apparatus for measuring pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention includes a substrate, an acceleration sensor unit provided on the substrate and measuring a seismocardiogram (SCG) generated by contraction and relaxation of the heart at a contact site with the human body, the An optical sensor unit that is provided on a substrate and measures PPG (photoplethysmography, optical volume pulse wave) generated according to the amount of blood flowing on the surface of the contact area, and the time difference at which the characteristic points of the SCG and the characteristic points of the PPG appear during one beating period of the heart. It includes a control unit that calculates the pulse transit time (PTT) based on the basis.
또한, 상기 제어부는 상기 SCG로부터 AO(aortic valve open, 대동맥판막열림), MA(maximum acceleration, 최대가속점) 및 MC(mitral valve closure, 왼방실판막닫힘점) 중 적어도 하나를 상기 특징점으로 도출할 수 있다. In addition, the control unit may derive at least one of AO (aortic valve open, aortic valve open), MA (maximum acceleration, maximum acceleration point), and MC (mitral valve closure, left ventricular valve closing point) as the feature point. I can.
또한, 상기 제어부는 상기 PPG로부터 최고점(maximum point), 최저점(minimum point), 1차 미분 최대점(max 1st derivative) 및 탄젠셜점(tangential point) 중 적어도 하나를 상기 특징점으로 도출할 수 있다. In addition, the control unit may derive at least one of a maximum point, a minimum point, a maximum 1st derivative, and a tangential point from the PPG as the feature point.
또한, 상기 제어부는 제1 SCG의 특징점이 나타난 시점 이후, 상기 제1 SCG의 특징점과 같은 종류의 제2 SCG의 특징점이 나타나는 시점까지의 간격을 상기 심장의 일 박동 주기로 결정할 수 있다. In addition, the control unit may determine an interval from the time point when the first SCG feature point appears to the time point at which the feature point of the second SCG of the same type as the feature point of the first SCG appears, as the one beat cycle of the heart.
또한, 상기 광 센서부는 상기 기판이 상기 접촉 부위와 맞닿게 되는 일면에 복수의 광 센서를 포함할 수 있다. In addition, the optical sensor unit may include a plurality of optical sensors on one surface where the substrate is in contact with the contact portion.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 광 센서 각각이 측정하는 PPG의 평균으로부터 상기 PPG의 특징점을 도출할 수 있다. In addition, the control unit may derive the characteristic points of the PPG from the average of the PPGs measured by each of the plurality of optical sensors.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 광 센서 중 적어도 하나의 광 센서가 측정하는 PPG의 수치가 기 설정된 범위에서 벗어나는 경우, 상기 적어도 하나의 광 센서가 출력하는 PPG 값을 제외하여 상기 PPG의 평균을 계산할 수 있다. In addition, when the value of the PPG measured by at least one optical sensor among the plurality of optical sensors is out of a preset range, the control unit calculates the average of the PPG by excluding the PPG value output from the at least one optical sensor. I can.
또한, 상기 제어부는 상기 SCG가 기 설정된 수치 이상의 값을 나타내는 경우 상기 광 센서부의 전원을 차단할 수 있다. In addition, the controller may cut off the power of the optical sensor unit when the SCG represents a value equal to or greater than a preset value.
또한, 상기 장치는 상기 PTT에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다. In addition, the device may further include a communication unit for transmitting information on the PTT to an external device.
또한, 상기 기판은 접촉 부위의 형상에 따라서 구부러질 수 있는 연성 기판일 수 있다. In addition, the substrate may be a flexible substrate that can be bent according to the shape of the contact portion.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 방법은 인체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정하는 단계, 상기 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하는 단계 및 상기 심장의 일 박동 주기 동안 상기 SCG의 특징점 및 상기 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산하는 단계를 포함한다. The method of measuring pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention includes measuring a seismocardiogram (SCG) generated by contraction and relaxation of a heart at a contact site with a human body, and the amount of blood flowing on the surface of the contact site Measuring PPG (photoplethysmography, optical volume pulse wave) generated accordingly, and calculating PTT (pulse transit time) based on the time difference at which the characteristic points of the SCG and the characteristic points of the PPG appear during one beating period of the heart It includes the step of.
본 발명의 실시예에 따르면, 신체의 한 부위에서 측정되는 SCG(seismocardiogram, 심진도) 및 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 기초로 대동맥의 탄성 정보를 포함하는 PTT를 측정하여 사용자의 혈압을 보다 정확하게 도출할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a user's blood pressure is measured by measuring PTT including elastic information of the aorta based on a seismocardiogram (SCG) and photoplethysmography (PPG) measured at one part of the body. It can be accurately derived.
이때 본 발명의 실시예는 SCG 및 PPG의 두 생체 신호를 신체의 동일한 부위에서 측정하므로 소형화된 하나의 측정 장치로서 제작할 수 있으며, 이에 따라 사용자가 스스로 간편하게 장치를 휴대하면서 PTT 및 혈압을 측정할 수 있다. At this time, in the embodiment of the present invention, since two biological signals, SCG and PPG, are measured at the same part of the body, it can be manufactured as a single miniaturized measuring device. Accordingly, the user can easily carry the device and measure PTT and blood pressure. have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치의 기능 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 PTT를 측정하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치의 정면도와 배면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치가 신체의 한 부위에서 두 가지 생체 신호를 측정하는 모습의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치가 측정한 PTT와 혈압을 나타낸 실험 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치가 측정한 PTT와 혈압간의 피어슨 상관관계 계수를 나타낸 실험 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 방법의 프로세스를 도시한 흐름도이다. 1 is a functional block diagram of an apparatus for measuring a pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view for explaining that the control unit measures PTT according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view and a rear view of a pulse wave transmission time measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exemplary diagram of a device for measuring a pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention to measure two biological signals in one part of a body.
5 is an experimental result showing PTT and blood pressure measured by the pulse wave transmission time measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is an experimental result showing a Pearson correlation coefficient between PTT and blood pressure measured by the pulse wave transmission time measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a process of a method of measuring a pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, , and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the scope of the invention is only defined by the claims.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of known functions or configurations will be omitted except when actually necessary in describing the embodiments of the present invention. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.The functional blocks shown in the figures and described below are only examples of possible implementations. In other implementations, other functional blocks may be used without departing from the spirit and scope of the detailed description. Also, although one or more functional blocks of the present invention are represented as individual blocks, one or more of the functional blocks of the present invention may be a combination of various hardware and software configurations that perform the same function.
또한 어떤 구성 요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성 요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성 요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In addition, the expression of including certain constituent elements is an open expression and simply refers to the existence of the constituent elements, and should not be understood as excluding additional constituent elements.
나아가 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. Further, when a component is connected to or is referred to as being connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다. In addition, expressions such as'first, second', etc. are used only for distinguishing a plurality of elements, and do not limit the order or other features between the elements.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)의 기능 블럭도이다. 1 is a functional block diagram of an
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)는 기판(110), 가속도 센서부(120), 광 센서부(130), 제어부(140) 및 통신부(150)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a pulse wave transmission
기판(110)은 PCB(printed circuit board) 등의 회로 기판일 수 있다. 아울러 기판(110)은 인체와 접촉하는 접촉 부위의 형상에 따라서 구부러질 수 있는 연성 기판일 수 있다. 여기서, 접촉 부위는 신체에서 심장 근처의 피부 표면일 수 있다. 이때 기판(110)에는 맥파 전달 시간 측정 장치(100)의 다른 구성 요소인 가속도 센서부(120), 광 센서부(130), 제어부(140) 및 통신부(150) 중 적어도 하나가 마련될 수 있다. The
가속도 센서부(120)는 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정한다. 여기서, SCG는 심장의 전기적 활동이 아닌 수축/이완, 혈류/혈압 등에 따른 심혈 관계의 물리적 활동을 반영한 신호이다. The
SCG에서 나타나는 특징점은 AO(aortic valve open, 대동맥판막열림), MA(maximum acceleration, 최대가속점) 및 MC(mitral valve closure, 왼방실판막닫힘점) 등이 있다. 이때 각각의 특징점은 학계에서 널리 사용되는 용어이므로 특징점에 대한 정의는 생략한다. Features of SCG include aortic valve open (AO), maximum acceleration (MA), and mitral valve closure (MC). At this time, since each feature point is a term widely used in academia, the definition of the feature point is omitted.
광 센서부(130)는 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정한다. 여기서, PPG는 광학적 특성을 이용하여 생체 조직의 혈관에 흐르는 혈류량을 반영한 신호이다. 광 센서부(130)는 생체 조직의 광에 대한 반사율, 흡수율, 투과율 등을 기초로 PPG를 측정하며, 이때 PPG는 심장의 이완과 수축 작용에 의한 혈류량의 변화 및 그에 따른 혈관의 용적 변화를 나타낸다. The
PPG에서 나타나는 특징점은 최고점(maximum point), 최저점(minimum point), 1차 미분 최대점(max 1st derivative) 및 탄젠셜점(tangential point) 등이 있다. 여기서, 탄젠셜점이란, PPG에서 최저점의 접선과 PPG에서 1차 미분 최대점의 접선이 만나는 점을 의미한다. Characteristic points appearing in PPG include maximum point, minimum point, max 1st derivative, and tangential point. Here, the tangential point means a point where the tangent line of the lowest point in PPG and the tangent line of the first derivative maximum point in PPG meet.
제어부(140)는 심장의 일 박동 주기 동안 SCG의 특징점 및 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산한다. 이때 제어부(140)는 하나의 SCG의 특징점이 나타난 시점 이후, 앞서 나타난 SCG의 특징점과 같은 종류의 SCG의 특징점이 나타나는 시점까지의 간격을 심장의 일 박동 주기로 결정할 수 있다. 또한 제어부(140)는 ECG(electrocardiography, 심전도)를 기초로 심장의 일 박동 주기를 결정할 수 있다. 이때 ECG를 측정하는 방법은 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다. The
한편, 맥파 전달 시간 측정 장치(100)를 부착한 사용자가 움직이는 경우에는 가속도 센서부(120)는 심장에 의한 SCG 보다 더 큰 크기의 신호를 출력할 수 있다. 이러한 경우, 제어부(140)는 가속도 센서부(120)가 심장 박동에 의해 출력할 수 있는 SCG의 범위를 기 설정하여, 가속도 센서부(120)가 출력하는 SCG가 기 설정된 수치 이상의 값을 출력하는 경우 광 센서부(130)의 전원을 차단하여, 광 센서부(130)에 의해 소모되는 전력을 절약할 수 있다. On the other hand, when the user with the pulse wave transmission
통신부(150)는 제어부(140)가 도출한 PTT에 대한 정보를 외부 장치로 전송할 수 있고, 이를 위해 통신부(150)는 통신 모듈을 포함할 수 있다. The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)가 PTT를 측정하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.2 is an exemplary diagram for explaining that the
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)는 가속도 센서부(120)가 측정한 SCG로부터 AO를 특정할 수 있다. AO는 대동맥 판막이 열리는 시점으로 SCG의 수치가 심장 박동의 일 주기에서 최고치를 나타낸다. 이에 따라, 제어부(140)는 SCG에서 첫번째 AO가 나타나고, 다음으로 AO가 나타나는 시점 까지를 간격을 심장의 일 박동 주기로 특정할 수 있다. Referring to FIG. 2, the
이때 제어부(140)는 첫번째 AO가 나타나고 다음으로 AO가 나타나는 시점까지인 심장의 일 박동 주기 동안, SCG의 AO로부터 PPG의 최소점이 나타나기 까지의 시간차를 PTT로 도출할 수 있으며, 도출된 PTT를 기초로 사용자의 혈압을 계산할 수 있다. At this time, the
한편, 가슴 표면에서의 혈류 분포는 적은 편이고 가슴 부위에는 굴곡이 존재하기 때문에, 일반적으로는 PPG는 손가락 끝, 발가락 끝, 귓불 등의 신체 말단에서 측정하며, 가슴 부위에서 PPG를 측정하는 방식은 사용되지 않았다. 그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제에서 서술하였듯이, SCG와 PPG를 신체의 한 부위에서 동시에 측정하기 위해 본 발명의 일 실시예는 도 3 및 도 4에 도시된 구성의 예시와 같이 가슴 부위에서 PPG를 측정한다.On the other hand, since the distribution of blood flow on the chest surface is small and there are curves in the chest area, PPG is generally measured at the ends of the body such as fingertips, toes, and earlobe, and PPG is measured at the chest area. Didn't. However, as described in the problem to be solved by the present invention, in order to measure SCG and PPG at the same time in one part of the body, an embodiment of the present invention uses PPG in the chest region as an example of the configuration shown in FIGS. 3 and 4. Measure.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)의 정면도와 배면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)가 신체의 한 부위에서 두 가지 생체 신호를 측정하는 모습의 예시도이다. 3 is a front view and a rear view of a pulse wave transmission
도 3을 참조하면, 기판(110)에는 가속도 센서부(120), 광 센서부(130), 제어부(140) 및 통신부(150)가 마련될 수 있다. 이때 광 센서부(130)는 가슴 표면에서의 PPG를 측정해야 하기 때문에 가슴 부위의 굴곡을 따라 밀착되어야 한다. 이를 위해, 광 센서부(130)가 마련되는 기판(110)은 가슴 부위의 형상을 따라 유연하게 구부러져 신체에 밀착됨으로써, 광 센서부(130)는 효과적으로 가슴 부위의 PPG를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 3, an
이때 기판(110)이 가슴 부위에 접촉하는 위치에 따라, 기판(110)이 가슴 부위와 접촉하는 영역 중에는 가슴 표면의 혈류 분포가 밀집된 영역이 있을 수 있고, 혈류 분포가 밀집되지 않는 영역이 있을 수 있다. 이러한 이유로, 광 센서부(130)가 가슴 표면에 맞닿는 영역에 따라 PPG가 측정 정도가 달라질 수 있다. At this time, depending on the position in which the
이러한 점을 방지하기 위해, 도 3과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서부(130)는 기판(110)이 신체의 접촉 부위와 맞닿게 되는 일면에 복수의 광 센서를 포함할 수 있다. In order to prevent this, as shown in FIG. 3, the
이때 제어부(140)는 복수의 광 센서 각각이 측정하는 신호 중 가장 적절한 PPG의 범위 또는 측정치를 갖는 신호를 선별하여 특징점을 도출할 수 있다. 또는 제어부(140)는 복수의 광 센서 각각이 측정하는 PPG의 평균으로부터 PPG의 특징점을 도출할 수 있다. 이때 혈류 분포가 밀집되어 있지 않은 영역에 맞닿아 있는 광 센서가 출력하는 신호는 아웃라이어일 가능성이 크기 때문에, 제어부(140)는 PPG가 나타낼 수 있는 일정한 범위를 기 설정하여, 복수의 광 센서 중 특정 광 센서가 측정하는 PPG의 수치가 기 설정된 범위에서 벗어나는 경우, 해당 광 센서가 출력하는 PPG 값을 제외한 채로 PPG의 평균을 도출할 수 있다. In this case, the
이에 따라, 도 4에 도시된 예시와 같이 본 발명의 일 실시예는 SCG 및 PPG를 신체의 동일한 부위에서 측정하여 PTT를 도출할 수 있게 한다. Accordingly, as illustrated in FIG. 4, according to an embodiment of the present invention, it is possible to derive PTT by measuring SCG and PPG in the same part of the body.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)가 측정한 PTT와 실제 혈압을 나타낸 실험 결과이다. 5 is an experimental result showing PTT and actual blood pressure measured by the pulse wave transmission
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 통해 측정한 PTT와 실제 혈압과의 상관 관계를 확인하기 위해, 실험 대상의 가슴 부위에 맥파 전달 시간 측정 장치(100)를 부착한 채로, i) 휴식 상태, ii) 스쿼트 자세를 유지한 상태, iii) 스쿼트 이후 회복 상태에서 PTT과 실제 혈압을 동시에 측정하였으며, 도 5에 도시된 바와 같이 PTT와 실제 혈압이 반비례 양상의 상관 관계를 가진다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, in order to confirm the correlation between the PTT measured through an embodiment of the present invention and the actual blood pressure, with the pulse wave delivery
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 장치(100)가 측정한 PTT와 혈압 간의 피어슨 상관 계수(Pearson's correlation coefficient)를 나타낸 실험 결과이다. 6 is an experimental result showing Pearson's correlation coefficient between PTT and blood pressure measured by the pulse wave transmission
피어슨 상관 계수는 두 변수간의 상관 관계를 나타내는 지표로서, -1에 가까울수록 두 변수가 반비례 관계를 가지며, 1에 가까울수록 비례 관계를 가지며, 0에 가까울수록 두 변수에 상관 관계가 없음을 나타낸다. Pearson's correlation coefficient is an indicator of the correlation between two variables. A closer to -1 indicates that the two variables have an inverse relationship, closer to 1 indicates a proportional relationship, and a closer to 0 indicates that there is no correlation between the two variables.
도 5와 함께 설명한 실험 방법에 따라, 10명의 실험 대상에 대하여 PTT와 실제 혈압 간의 피어슨 상관 계수를 계산한 결과는 도 6과 같으며, 이를 평균하였을 때 이완기의 혈압 및 수축기의 혈압 각각이 -0.73, -0.72 이므로 본 발명의 실시예를 통해 측정한 PTT가 혈압과의 상관 관계가 매우 높음을 확인할 수 있다. According to the experimental method described in conjunction with FIG. 5, the result of calculating the Pearson correlation coefficient between PTT and actual blood pressure for 10 subjects is as shown in FIG. 6, and when averaged, each of the diastolic and systolic blood pressure is -0.73. , Because it is -0.72, it can be seen that the PTT measured through the embodiment of the present invention has a very high correlation with blood pressure.
따라서 상술한 실시예에 따르면, 신체의 한 부위에서 측정되는 SCG 및 PPG를 기초로 대동맥의 탄성 정보를 포함하는 PTT를 측정하여 사용자의 혈압을 보다 정확하게 도출할 수 있다. Therefore, according to the above-described embodiment, the user's blood pressure can be more accurately derived by measuring PTT including elasticity information of the aorta based on the SCG and PPG measured in one part of the body.
이때 본 발명의 실시예는 SCG 및 PPG의 두 생체 신호를 신체의 동일한 부위에서 측정하므로 소형화된 하나의 장치로서 제작할 수 있으며, 이에 따라 사용자가 스스로 간편하게 장치를 휴대하면서 PTT 및 혈압을 측정할 수 있다. In this case, in the embodiment of the present invention, since two biological signals, SCG and PPG, are measured at the same part of the body, it can be manufactured as a single miniaturized device. Accordingly, the user can easily carry the device and measure PTT and blood pressure. .
한편 상술한 실시예가 포함하는 가속도 센서부(120), 광 센서부(130), 제어부(140) 및 통신부(150)는 이들의 기능을 수행하도록 프로그램된 명령어를 포함하는 메모리, 및 이들 명령어를 수행하는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있다. Meanwhile, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥파 전달 시간 측정 방법의 프로세스를 도시한 흐름도이다. 도 7에 따른 맥파 전달 시간 측정 방법의 각 단계는 도 1을 통해 설명된 맥파 전달 시간 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있으며, 각 단계를 설명하면 다음과 같다.7 is a flowchart illustrating a process of a method of measuring a pulse wave transmission time according to an embodiment of the present invention. Each step of the method for measuring a pulse wave transmission time according to FIG. 7 may be performed by the
우선, 기판(110)이 사용자의 가슴 부위 형태에 따라 구부러진 채로 부착되는 경우, 가속도 센서부(120)는 사용자 신체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG를 측정한다(S710). 이후, 광 센서부(130)는 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG를 측정한다(S720). 이에 따라, 제어부(140)는 심장의 일 박동 주기 동안 SCG의 특징점 및 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT를 계산한다(S730). First, when the
한편, 상술한 각 단계의 주체인 구성 요소들이 해당 단계를 실시하기 위한 과정은 도 1과 함께 설명하였으므로 중복된 설명은 생략한다.Meanwhile, a process for performing the corresponding step by the constituent elements that are the subjects of each step has been described with reference to FIG.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.The embodiments of the present invention described above can be implemented through various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.In the case of hardware implementation, the method according to embodiments of the present invention includes one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). , Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드 등이 기록된 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 또는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.In the case of implementation by firmware or software, the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, or function that performs the functions or operations described above. A computer program in which software codes and the like are recorded may be stored in a computer-readable recording medium or a memory unit and driven by a processor. The memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor through various known means.
또한 본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.In addition, combinations of each block of the block diagram attached to the present invention and each step of the flowchart may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions can be mounted on the encoding processor of a general-purpose computer, special purpose computer or other programmable data processing equipment, the instructions executed by the encoding processor of the computer or other programmable data processing equipment are each block of the block diagram or Each step of the flow chart will create a means to perform the functions described. These computer program instructions can also be stored in computer-usable or computer-readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular way, so that the computer-usable or computer-readable memory It is also possible to produce an article of manufacture in which the instructions stored in the block diagram contain instruction means for performing the functions described in each block or flow chart. Computer program instructions can also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operating steps are performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executable process to create a computer or other programmable data processing equipment. It is also possible for the instructions to perform the processing equipment to provide steps for performing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.
더불어 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or each step may represent a module, segment, or part of code including one or more executable instructions for executing a specified logical function. It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions mentioned in blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously, or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order depending on the corresponding function.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. .
100: 맥파 전달 시간 측정 장치
110: 기판
120: 가속도 센서부
130: 광 센서부
140: 제어부
150: 통신부 100: pulse wave transmission time measuring device
110: substrate
120: acceleration sensor unit
130: optical sensor unit
140: control unit
150: communication department
Claims (11)
상기 기판에 마련되어 인체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정하는 가속도 센서부;
상기 기판에 마련되어 상기 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하는 광 센서부; 및
상기 심장의 일 박동 주기 동안 상기 SCG의 특징점 및 상기 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산하는 제어부를 포함하고,
상기 광 센서부는,
상기 기판이 상기 접촉 부위와 맞닿게 되는 일면에 복수의 광 센서를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 복수의 광 센서 중 적어도 하나의 광 센서가 측정하는 PPG의 수치가 기 설정된 범위에서 벗어나는 경우, 상기 적어도 하나의 광 센서가 출력하는 PPG 값을 제외하여 상기 PPG의 평균을 계산하는
맥파 전달 시간 측정 장치.Board;
An acceleration sensor unit provided on the substrate to measure a seismocardiogram (SCG) generated by contraction and relaxation of the heart at a contact site with the human body;
An optical sensor unit provided on the substrate and configured to measure photoplethysmography (PPG) generated according to the amount of blood flow flowing on the surface of the contact area; And
And a control unit for calculating a pulse transit time (PTT) based on a time difference at which the characteristic points of the SCG and the characteristic points of the PPG appear during one beating period of the heart,
The optical sensor unit,
The substrate includes a plurality of optical sensors on one surface that is in contact with the contact portion,
The control unit,
When the value of the PPG measured by at least one optical sensor among the plurality of optical sensors is out of a preset range, calculating the average of the PPG by excluding the PPG value output by the at least one optical sensor
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 제어부는,
상기 SCG로부터 AO(aortic valve open, 대동맥판막열림), MA(maximum acceleration, 최대가속점) 및 MC(mitral valve closure, 왼방실판막닫힘점) 중 적어도 하나를 상기 특징점으로 도출하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The control unit,
Deriving at least one of AO (aortic valve open, aortic valve open), MA (maximum acceleration, maximum acceleration point), and MC (mitral valve closure, left AV valve closing point) as the feature point from the SCG
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 제어부는,
상기 PPG로부터 최고점(maximum point), 최저점(minimum point), 1차 미분 최대점(max 1st derivative) 및 탄젠셜점(tangential point) 중 적어도 하나를 상기 특징점으로 도출하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The control unit,
Deriving at least one of a maximum point, a minimum point, a maximum 1st derivative, and a tangential point from the PPG as the feature point
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 제어부는,
제1 SCG의 특징점이 나타난 시점 이후, 상기 제1 SCG의 특징점과 같은 종류의 제2 SCG의 특징점이 나타나는 시점까지의 간격을 상기 심장의 일 박동 주기로 결정하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The control unit,
Determining the interval between the time point of the first SCG feature point and the point at which the second SCG feature point of the same type as that of the first SCG appears as one beat cycle of the heart
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 제어부는,
상기 복수의 광 센서 각각이 측정하는 상기 PPG의 평균으로부터 상기 PPG의 특징점을 도출하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The control unit,
Deriving the characteristic points of the PPG from the average of the PPG measured by each of the plurality of optical sensors
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 제어부는,
상기 SCG가 기 설정된 수치 이상의 값을 나타내는 경우 상기 광 센서부의 전원을 차단하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The control unit,
When the SCG represents a value greater than or equal to a preset value, the power of the optical sensor unit is cut off.
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 장치는,
상기 PTT에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 통신부를 더 포함하는
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The device,
Further comprising a communication unit for transmitting the information on the PTT to an external device
Pulse wave transmission time measuring device.
상기 기판은,
상기 접촉 부위의 형상에 따라서 구부러질 수 있는 연성 기판인
맥파 전달 시간 측정 장치.The method of claim 1,
The substrate,
A flexible substrate that can be bent according to the shape of the contact area
Pulse wave transmission time measuring device.
인체와의 접촉 부위에서 심장의 수축 및 이완에 따라 발생하는 SCG(seismocardiogram, 심진도)를 측정하는 단계;
상기 접촉 부위의 표면에 흐르는 혈류량에 따라 발생하는 PPG(photoplethysmography, 광용적맥파)를 측정하는 단계; 및
상기 심장의 일 박동 주기 동안 상기 SCG의 특징점 및 상기 PPG의 특징점이 나타나는 시간차를 기초로 PTT(pulse transit time, 맥파전달시간)를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 PPG를 측정하는 단계는,
복수의 광 센서를 통해 상기 PPG를 측정하고,
상기 복수의 광 센서 중 적어도 하나의 광 센서가 측정하는 PPG의 수치가 기 설정된 범위에서 벗어나는 경우, 상기 적어도 하나의 광 센서가 출력하는 PPG 값을 제외하여 상기 PPG의 평균을 계산하는 단계를 더 포함하는,
맥파 전달 시간 측정 방법.In the pulse wave transmission time measurement method performed by the pulse wave transmission time measurement device,
Measuring a seismocardiogram (SCG) generated by contraction and relaxation of the heart at a contact site with the human body;
Measuring PPG (photoplethysmography, optical volume pulse wave) generated according to the amount of blood flowing on the surface of the contact area; And
Comprising a step of calculating a pulse transit time (PTT) based on a time difference at which the characteristic points of the SCG and the characteristic points of the PPG appear during one beating period of the heart,
The step of measuring the PPG,
Measuring the PPG through a plurality of optical sensors,
When the value of the PPG measured by at least one optical sensor among the plurality of optical sensors is out of a preset range, calculating an average of the PPG by excluding the PPG value output by the at least one optical sensor doing,
How to measure pulse wave transit time.
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| US20180028080A1 (en) * | 2015-02-24 | 2018-02-01 | Koninklijke Philips N.V. | Device for detecting heart rate and heart rate variability |
| US20170347899A1 (en) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | FOURTH FRONTIER TECHNOLOGIES, Pvt. Ltd. | Method and system for continuous monitoring of cardiovascular health |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| * 인용발명 1: 논문, Pulse Transit Time Extraction from Seismocardiogram and its Relationship with Pulse Pressure, Computing in Cardiology 2015. 42. p37-40 (2015.) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190094712A (en) | 2019-08-14 |
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