KR20220153790A - 혈압 측정 시스템 및 이를 이용한 혈압 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압을 측정하는 혈압 측정 시스템 및 혈압 측정 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 혈압 측정 시스템은, 신체의 일 부위에서 검출되는 동맥압 파라미터와 혈류 파라미터로부터 혈관 저항률을 획득하고, 상기 혈관 저항률과 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출한다. 본 발명에 따르면, 심박출시간 파라미터와 혈관 저항률을 기반으로 상술한 파라미터들의 검출부위(혈압 측정이 이루어지는 부위)와 심장간의 어떠한 높이(고도)차에도 불구하고 피검자의 정확한 혈압 즉 심장높이의 혈압값을 정확하게 제공할 수 있다.

Description

혈압 측정 시스템 및 이를 이용한 혈압 측정 방법{Blood Pressure Meter And Method For Measuring Blood Pressure Using The Same}

본 발명은 혈압 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신체의 일 부위에서 검출되는 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압을 산출하는 혈압 측정 시스템(혈압계) 및 이를 이용한 혈압 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 혈액이 혈관의 벽에 미치는 압력을 잰 것을 혈압이라고 하며, 심장은 1분에 약 60 내지 80회 수축과 이완을 반복한다. 심장이 수축하여 피를 밀어낼 때 혈관에 미치는 압력을 '수축혈압'이라고 하며 가장 높기 때문에 '최고혈압'이라고 한다. 또한, 심장이 이완되면서 혈액을 받아들일 때 혈관 압력을 '이완혈압'이라고 하며 가장 낮기 때문에 '최저혈압'이라고 한다.

보통 정상인의 혈압은 수축혈압이 120mmHg이고, 이완혈압은 80mmHg을 나타낸다. 우리나라 성인의 4명 중 1명 이상이 고혈압에 해당되며, 40세 이후부터는 이 비율이 급격히 증가하는 추세를 보이고 있고, 반대로 저혈압으로 분류된 환자도 있다.

상기 고혈압이 문제가 되는 것은 고혈압을 적절히 관리하지 않고 방치할 경우 안질환, 신장질환, 동맥질환, 뇌질환, 심장질환과 같은 생명에 위협을 가할 수 있는 다른 합병증들의 원인이 될 수 있기 때문에, 합병증의 위험이 있거나 합병증을 가진 환자의 경우 지속적인 혈압의 측정과 관리가 이루어져야 한다.

상술한 고혈압 등 성인병 관련 질환과 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 다양한 종류의 혈압 측정 장치가 개발되고 있다. 혈압 측정 방식에는 청진(Korotkoff sounds) 방식, 오실로메트릭(oscillometric) 방식, 및 토노메트릭(tonometric) 방식 등이 있다.

상기 청진 방식은 전형적인 압력 측정 방식으로, 동맥혈이 지나는 신체 부위에 충분한 압력을 가해 혈액의 흐름을 차단한 후 감압하는 과정에서, 처음으로 맥박 소리가 들리는 순간의 압력을 수축기 혈압(systolic pressure)으로 측정하고, 맥박 소리가 사라지는 순간의 압력을 이완기 혈압(diastolic pressure)으로 측정하는 방법이다.

그리고, 상기 오실로메트릭 방식과 토노메트릭 방식은 디지털화된 혈압 측정 장치에 적용되는 방식이다. 상기 오실로메트릭 방식은 청진 방식과 마찬가지로 동맥의 혈류가 차단되도록 동맥혈이 지나는 신체 부위를 충분히 가압한 후 일정 속도로 감압하는 과정, 또는 상기 신체 부위를 일정 속도로 증압되게 가압하는 과정에서 발생하는 맥파를 감지하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 측정한다.

여기서, 맥파의 진폭이 최대인 순간과 비교하여 일정 수준인 때의 압력을 수축기 혈압 또는 이완기 혈압으로 측정할 수도 있고, 상기 맥파 진폭의 변화율이 급격히 변화되는 때의 압력을 수축기 혈압 또는 이완기 혈압으로 측정할 수도 있다.

그리고, 가압 후 일정 속도로 감압하는 과정에서는 상기 맥파의 진폭이 최대인 순간보다 앞서서 수축기 혈압이 측정되고, 상기 맥파의 진폭이 최대인 순간보다 나중에 이완기 혈압이 측정된다. 이와 반대로, 일정 속도로 증압하는 과정에서는 상기 맥파의 진폭이 최대인 순간보다 나중에 수축기 혈압이 측정되고, 상기 맥파의 진폭이 최대인 순간보다 앞서서 이완기 혈압이 측정된다.

상기 토노메트릭 방식은 동맥의 혈류를 완전히 차단하지 않는 크기의 일정 압력을 신체 부위에 가하고, 이때 발생되는 맥파의 크기 및 형태를 이용하여 연속적으로 혈압을 측정할 수 있는 방식이다.

상술한 바와 같이 다양한 방식으로 혈압을 측정하는 장치 즉 혈압계는 건강지수의 기본이 되는 혈압을 측정하기 위한 가장 기본적인 의료기기로서, 일반 병의원에는 거의 필수적으로 구비되어 있을 뿐만 아니라 가정이나 스포츠센터 등에서도 개인의 혈압 측정을 위해 많이 사용되고 있으며, 근래에는 휴대형 혈압계도 개발되고 있다.

상술한 혈압 측정의 정확성을 높이기 위해서는 혈압 측정이 심장 높이의 신체 부위에서 이루어져야 하고, 혈압 검출이 편리한 부분 예를 들면 손목에서 혈압 측정이 이루어지는 경우 혈압 측정이 이루어지는 시점에서 손목과 심장의 높이(고도)차에 따른 혈압차를 혈압 계산에 반영해야 한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0118331호, 2010년 11월 5일 공개 대한민국 등록특허공보 제10-1844897호, 2018년 3월 28일 등록

본 발명은; 신체에서 센서유닛을 통해 검출되는 심박출시간 파라미터를 이용해서 피검자의 혈압값을 산출하는 혈압 측정 시스템 및 이를 이용한 혈압 측정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은; 신체의 일 부위에 센서유닛에서 검출되는 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터로 혈관 저항률을 산출하고, 상기 혈관 저항률과 상기 센서유닛에서 검출되는 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 시스템 및 이를 이용한 혈압 측정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 형태는: 신체에서 심박출시간 파라미터를 검출하기 위한 센서유닛; 그리고 상기 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 산출유닛을 포함하는 혈압 측정 시스템을 제공한다.

상기 센서유닛을 통해 상기 심장박출시간 파라미터와 함께 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터의 검출이 가능하며; 상기 혈압 산출유닛은, 상기 심장박출시간 파라미터와 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출한다.

상기 혈압 산출유닛은; 상기 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터로부터 혈관 저항률을 산출하고, 상기 혈관 저항률과 상기 심박출시간 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출할 수 있다.

아래 하겐-포아쥬의 방정식에서 혈류량(Q)=πr²V이고 V는 혈류속도로 가정했을 경우, 혈관 저항률(R=△P/V )은 혈액점성과 혈관의 반지름이 반영된 값임을 알 수 있다.

<하겐-포아쥬의 방정식>

위의 하겐-포아쥬 방정식에서,μ는 혈액점성이고, △P는 혈압의 증감, l은 혈관의 길이, Q는 혈관에서의 혈류량, r은 혈관의 반지름을 나타내는 것이다.

Q=πr² V (V는 혈류속도)이며, R(혈관 저항률)=△P/V=8ul/r² 이다.

본 발명에서 상기 혈관 저항률은 하기 [수학식 1]에 의해 산출되고; 상기 혈압값은 하기 [수학식 2]에 의해 획득될 수 있다.

[수학식 1]

(R은 혈관 저항률, AM은 동맥압 파라미터, BM은 혈류 파라미터)

[수학식 2]

(BP는 혈압값, TM은 심박출시간 파라미터, R은 혈관 저항률, K는 조정 상수)

그리고 상기 혈압 측정 시스템은, 상기 조정 상수의 설정을 위한 세팅부를 더 포함할 수 있다.

상기 동맥압 파라미터는 상기 센서유닛의 압력센서에서 검출되는 동맥파 특징점의 크기중 하나가 될 수 있다. 예를 들면, 동맥파 특징점간의 높이차, 특징점구간의 평균높이 등이 상기 동맥압 파라미터로 적용될 수 있다.

그리고 상기 심박출시간 파라미터는, 동맥파 특징점의 시간간격중 하나가 될 수 있다. 예를 들면, 대동맥 판막이 열리고 닫히는 싯점 사이의 시간 간격이 상기 심박출시간 파라미터의 일 예로 적용될 수 있다.

상기 혈류 파라미터는 혈류량에 관한 것으로서, 혈류속도와 동맥파 특징값(PWA) 중 하나가 될 수 있다.

상기 혈류 파라미터는, 동맥파 특징값(PWA)중 하나인 심박출파와 반사파간의 시간 간격일 수 있다.

상기 센서유닛은, 압력센서, 혈류속도센서, 광센서, 임피던스센서, 심전도센서, 초음파센서, 및 레이더 센서로 이루어진 그룹에서 하나의 이상의 센서를 포함할 수 있다.

상기 혈압 산출유닛은; 상기 센서유닛에 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값과 최저 혈압값의 차이로 상기 동맥압 파라미터로 획득할 수도 있다. 상기 최고 혈압값과 상기 최저 혈압값은 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 획득될 수 있다.

상기 센서유닛은; 손가락과 손목과 팔목, 팔뚝과 귀볼 중 하나의 부위에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 일 형태는, 신체에서 검출되는 생체신호를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 방법으로서: 센서유닛을 통해 신체의 일 부위에서 검출되는 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 혈압 측정 방법은 심박출시간 파라미터와 동맥압 파라미터 및 혈류 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출할 수 있다. 본 발명에 따르면, 혈압 산출을 위한 프로세서(Processor)가 상기 심박출시간 파라미터와 상기 혈류 파라미터 및 상기 동맥압 파라미터로부터 상기 혈압값을 산출할 수 있다.

상기 혈압 측정 방법은; 상기 센서유닛을 통해 상기 심박출시간 파라미터를 획득하는 파라미터 획득 단계와, 상기 심박출 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 혈압 산출 단계를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 혈압 측정 방법은; 상기 센서유닛을 통해 상기 심박출시간 파라미터와 함께 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 획득하는 (a) 단계; 상기 혈류 파라미터와 상기 동맥압 파라미터로부터 혈관 저항률을 산출하는 (b) 단계; 그리고 상기 혈관 저항률과 상기 심박출시간 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 (c) 단계를 포함할 수 있다.

상기 (a) 단계는; 상기 센서유닛에 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값과 최저 혈압값의 차이를 상기 동맥압 파라미터로 획득할 수도 있다.

상기 최고 혈압값과 상기 최저 혈압값은, 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 획득될 수 있다.

상기 (b) 단계는, 하기 [수학식 1]을 이용해서 상기 혈관 저항률을 산출하는 단계를 포함하고; 상기 (c) 단계는, 하기 [수학식 2] 내지 [수학식 6]을 이용해서 상기 혈압값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

[수학식 1]

(R은 혈관 저항률, AM은 동맥압 파라미터, BM은 혈류 파라미터)

[수학식 2]

(BPmin은 최저 혈압값, TMS은 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터들의 합, K1은 제1조정상수)

이때 TMS로는, 심박출시간 파라미터들의 합 이외에도, 심박출시간 파라미터와 맥박주기의 곱(TM x 맥박 주기) 또는 심박출시간 파라미터와 일정 시간동안의 맥박수의 곱(TM x 일정 시간동안의 맥박수)이 사용될 수 있다.

또는

[수학식 3]

(BPac은 최고혈압값-최저혈압값, TM은 심박출시간 파라미터, K2는 제2조정상수)

[수학식 4]

(BPmax는 최고혈압값)

본 발명에 따른 혈압 측정 방법은; 상기 (c) 단계 이전에, 상기 조정 상수들을 설정하는 세팅 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 조정 상수(K1, K2)는 아래 [수학식 5]와 [수학식 6]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 5]

(CBPmin은 혈압계 세팅용 기준 혈압계(마스터 혈압계)에 의해 측정된 최저 혈압값, TMS는 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터의 합)

[수학식 6]

(CBPac는 혈압계 세팅용 기준 혈압계(마스터 혈압계)에 의해 제공된 혈압차(최고 혈압값 - 최저 혈압값), TM는 심박출시간 파라미터)

상기 동맥압 파라미터가 오실로메트릭 혈압측정 방식에 의해 측정되는 경우에는 조정 상수의 설정이 불필요하나, 광방식 또는 혈류속도방식 및 토노메트릭 혈압 측정 방식에 의해 측정되는 경우에는 상기 조정 상수의 설정이 필요하다.

본 발명은 혈관 저항률과 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압을 측정하는 혈압 측정 시스템, 보다 구체적으로 신체의 일 부위에서 검출되는 동맥압 파라미터와 혈류 파라미터에 의한 혈관 저항률과 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압을 계산하는 혈압계 및 이를 이용한 혈압 측정 방법이므로, 심박출시간 파라미터와 혈관 저항률을 기반으로 측정부위와 심장과의 높이(고도) 차이에 상관없이 피검자의 혈압 즉 심장높이의 혈압을 보다 정확하게 제공할 수 있고, 혈압계의 신뢰도가 크게 향상될 수 있다.

본 발명의 특징 및 장점들은 후술되는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명과 함께 다음에 설명되는 도면들을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 도면들 중:
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템의 구성을 나타낸 블럭도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템의 신체 적용 위치를 개략적으로 예시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 방법을 개략적으로 나타낸 플로우 차트;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템이 인체에 착용된 상태를 예시한 도면;
도 5는 도 4에 도시된 혈압 측정 시스템의 광센서를 이용한 혈류 파라미터 검출의 예를 나타낸 도면;
도 6은 도 4에 도시된 혈압 측정 시스템으로서 손목혈압계를 예시한 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템에 의한 혈류 파라미터 검출의 예를 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템으로서 팔뚝 혈압계를 예시한 도면;
도 9는 동맥파 특징값을 예시한 그래프;
도 10은 혈류 파라미터의 또 다른 예인 동맥 임피던스파 변화량의 검출 구조를 예시한 도면;
도 11은 심장의 대동맥 판막(semilunar valve)이 열리고 닫히는 싯점과 동맥파의 모양을 비교하기 위한 도면; 그리고
도 12는 동맥파(W)에서 심박출파(Wf)와 반사파(Wb)간의 시간 간격(Tfb)을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들면, "제1"과 "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 동일 명칭의 구성요소들을 설명할 때 이들을 상호 구분하는데 사용될 수 있지만 구성요소의 수를 정의하거나 한정하는 것은 아니다.

그리고 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재하는 연결 관계 즉 간접적으로 연결되는 관계도 포함한다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 즉 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 혈압 측정 시스템은 신체로부터 생체 파라미터, 특히 피검체(사용자)에서 심박출시간 파라미터를 검출하고 이를 이용해서 혈압을 계산하는 장치이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 실시 예들은 상기 심박출시간 파라미터와 함께 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 검출하고 이들을 이용해서 혈압을 계산하는 장치로서, 개인 휴대용 혈압계 보다 구체적으로는 웨어러블 혈압계(Wearable Measuring Device Of Blood Pressure)나 의료기관이나 요양시설 등에서 사용되는 혈압계 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시 예들은, 신체에서 검출되는 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 기반으로 혈관 저항률을 도출하고, 신체로부터 검출되는 심박출시간 파라미터와 상기 혈관 저항률을 이용해서 혈압값을 획득하는 휴대용/비휴대용 혈압계 등 다양한 형태의 혈압계로 제공될 수 있다. 본 명세서에서 '신체'라 함은 사람뿐만 아니라 사람 이외의 동물의 몸도 포함되며, 몸통뿐만 아니라 다리 부위 예를 들면 사지나 머리 등과 같은 부분도 상술한 신체에 포함된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 혈압계의 실시 예들이 설명된다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 혈압계의 일 실시 예(제1 실시 예)는, 신체의 일 부위에서 심박출시간 파라미터(TM)를 검출하기 위한 센서유닛(100), 그리고 상기 혈압 계산을 위한 혈압 산출유닛(200) 즉 프로세서(Processor)를 포함한다.

상기 센서유닛(100)에 통해 상기 심박출시간 파라미터와 함께 동맥압 파라미터(AM)와 혈류 파라미터(BM)이 추가로 검출될 수도 있으며, 상기 혈압 산출유닛(200)은, 상기 센서유닛(100)을 통해 신체에서 획득되는 생체 파라미터, 보다 구체적으로는 상술한 심박출시간 파라미터(TM)와 동맥압 파라미터(AM) 및 혈류 파라미터(BM)를 이용해서 혈압값(BP)을 산출한다.

즉, 본 실시 예는 신체의 일 부위에서 감지되는 생체 신호를 이용해서 혈압값(BP)을 산출하는 혈압 측정 시스템으로서, 상술한 센서유닛(100)과 혈압 산출유닛(200)을 포함한다.

본 실시 예에서, 상기 혈압 산출유닛(200)은, 상기 동맥압 파라미터(AM)와 혈류 파라미터(BM)로부터 혈관 저항률(R)을 산출하고, 상기 혈관 저항률(R)과 상기 심박출시간 파라미터(TM)를 이용해서 피검자의 혈압값(BP)을 산출한다.

다시 말해서, 본 실시 예에서 상기 혈압 산출유닛(200)은, 상술한 심박출시간 파라미터와 혈관 저항률을 이용해서 상기 혈압값(BP) 즉 피검자의 혈압값을 계산한다.

상기 혈압 산출유닛(200)은, 상기 센서유닛(100)에 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값(최고 동맥압)과 최저 혈압값(최저 동맥압)의 차이를 상기 동맥압 파라미터(동맥압차)으로 획득할 수도 있다. 다시 말해서, 상기 센서유닛(100)에 의해 생체 신호가 측정되는 부위의 최고 혈압값(최고 동맥압)과 최저 혈압값(최저 동맥압)의 차이 즉 동맥압차를 상기 동맥압 파라미터로 적용할 수 있다.

이를 위하여, 본 실시 예는, 상기 센서유닛(100)을 통해 심박출시간 파라미터(TM)와 동맥압 파라미터(AM) 및 혈류 파라미터(BM)를 검출하게 되며, 상기 혈류 파라미터(BM)와 동맥압 파라미터(AM)에 의해 혈관 저항률이 결정되고, 상기 혈관 저항률(R)과 심박출시간 파라미터(TM)를 이용해서 피검자의 혈압값이 획득된다.

예를 들면, 상기 센서유닛(100)에 의해 감지되는 생체 신호를 기반으로 생체 파라미터 즉 상술한 심박출시간 파라미터(TM)와 동맥압 파라미터(AM) 및 혈류 파라미터(BM)가 검출될 수 있으며, 이를 위하여 본 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템은 상기 생체 신호를 처리해서 생체 파라미터를 획득하는 파라미터 검출부(140)를 포함할 수 있다.

상기 센서유닛(100)은, 압력센서, 혈류속도센서, 광센서, 임피던스센서, 심전도센서, 초음파 센서, 및 레이더 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 센서유닛(100)은, 상기 동맥파형 파라미터와 동맥압 파라미터 및 혈류 파라미터 중 적어도 하나의 생체 파라미터를 검출하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 예를 들면, 생체 신호의 일 예로서 상기 압력 센서(110)에 의해 동맥파가 감지되면, 상기 동맥파를 기반으로 상술한 생체 파라미터 예를 들면 상기 동맥압 파라미터 등이 상기 파라미터 검출부(140)에 의해 검출될 수 있다. 상기 파라미터 검출부(140)는 상술한 센서유닛(100)의 일부 구성으로 적용될 수도 있고, 상술한 혈압 산출유닛(200)과 함께 프로세서(C)의 구성요소가 될 수도 있다.

상기 센서유닛(100)에 의해 측정되는 상기 최고 혈압값(BP_max)과 상기 최저 혈압값(BP_imin)은, 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 획득될 수 있다.

그리고 본 실시 예에서, 상기 혈관 저항률(R)은 하기 [수학식 1]에 의해 산출되고, 상기 혈압값(BP)은 하기 [수학식 2] 내지 [수학식 6] 에 의해 획득될 수 있다.

(R은 혈관 저항률, AM은 동맥압 파라미터, BM은 혈류 파라미터)

따라서, 피검자 최저 혈압은 다음 [수학식 2]과 같이 획득될 수 있다.

(BPmin은 최저 혈압값, TMS은 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터들의 합, K1은 제1조정상수)

이때 TMS로는, 심박출시간 파라미터들의 합 이외에도, 심박출시간 파라미터와 맥박주기의 곱(TM x 맥박 주기) 또는 심박출시간 파라미터와 일정시간 동안의 맥박수의 곱(TM x 일정 시간동안의 맥박수)이 사용될 수 있다.

또는

(BPac은 최고혈압값 -최저혈압값, TM은 심박출시간 파라미터, K2는 제2조정상수)

(BPmax는 최고혈압값 )

그리고 본 실시 예에 따른 혈압 측정 시스템, 예를 들면 혈압계는, 상기 조정 상수(K1, K2)의 설정을 위한 세팅부(210)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 조정 상수(K1, K2)는 아래 [수학식 5]와 [수학식 6]에 의해 결정될 수 있다.

(CBPmin은 혈압계 세팅용 기준 혈압계(마스터 혈압계)에 의해 측정된 최저 혈압값 , TMS는 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터의 합 )

(CBPac는 혈압계 세팅용 기준 혈압계(마스터 혈압계)에 의해 제공된 혈압차(최고 혈압값 - 최저 혈압값), TM는 심박출시간 파라미터)

상술한 생체 파라미터의 검출을 위한 센서유닛(100)은, 압력센서, 혈류속도센서, 광센서, 임피던스센서, 심전도센서, 초음파센서, 및 레이더 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 센서유닛(100)은, 동맥압 파라미터와 심박출시간 파라미터의 검출을 위한 제1 센서(110)와, 혈류 파라미터의 검출을 위한 제2 센서(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 센서(110)는 동맥압 측정 센서가 될 수 있고, 상기 제2 센서(120)는 혈류 측정 센서가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 센서(110)로는 압력센서가 적용될 수 있고, 상기 제2 센서(120)로는 혈류속도센서가 적용될 수 있다.

상기 심박출시간 파라미터는, 상기 센서유닛(100)에 의해 생체 신호가 측정되는 부위의 동맥파 특징점의 시간간격들 중 하나가 될 수 있다.

상기 센서유닛(100)은, 동맥압 측정이 용이한 신체부위, 예를 들면 손가락과 손목과 팔목과 팔뚝과 귀볼 등과 같은 신체 부위 중 어느 하나의 부위에 설치(착용)될 수 있다. 도 2에는 상기 센서유닛(100)의 착용부위(S1, S2, S3, S4)가 다양하게 예시되어 있으며, 상기 센서유닛(100)의 센서로는 하나의 센서 예를 들면 압력 센서 하나만이 적용될 수도 있고, 복수의 센서 예를 들면 상술한 제1 센서(110)와 제2 센서(120)가 적용될 수도 있다. 상기 센서유닛(100)은, 동맥압 검출이 용이한 부분, 예를 들면 상술한 바와 같이 손목이나 손가락 등의 부위에서 혈압 측정을 위해 생체 신호를 검출한다.

상기 센서유닛(100)은, 상술한 프로세서(C)에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 상기 센서유닛(100)에서 검출되는 생체 신호는 유선 또는 무선으로 상기 프로세서(C)에 전송될 수 있다. 예를 들면, 생체 신호의 전송에 사물인터넷이 적용될 수도 있다.

그리고 최종적으로 산출된 피검자의 혈압값은 혈압 출력부(300) 예를 들면 디스플레이 장치에 출력될 수 있으며, 상기 디스플레이 장치는 상기 센서유닛(100)에 탑재될 수도 있고, 되는 부분이나 제2센서부(200)가 탑재되는 부분 중 어느 하나에 구비될 수도 있고, 상기 센서유닛(100)에서 별도로 분리되어서 유선 또는 무선으로 연결될 수도 있으며, 상기 디스플레이 장치에 상술한 상기 프로세서(C)가 함께 구비될 수도 있다.

상기 센서유닛(100)은 상술한 적어도 하나의 센서를 생체 신호 측정 부위에 착용시키는 구성요소(센서 설치부), 예를 들면 손목을 두르는 밴드 즉 손목 스트랩(131; Wrist Strap)이나, 상완을 두르는 밴드(Band) 즉 커프(132; Cuff)를 포함할 수 있으며, 상기 프로세서(C)는 상기 센서 설치부(130)에 탑재될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 방법 즉 혈압 제공 방법은, 신체에서 검출되는 생체신호를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 방법으로서, 특히 센서유닛을 통해 심박출시간 파라미터(TM)를 검출하고, 이를 이용해서 혈압을 계산(산출)한다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 방법은, 상기 센서유닛을 통해 상기 심박출시간 파라미터를 획득하는 파라미터 획득 단계와, 상기 심박출 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 혈압 산출 단계를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 방법은, 상기 센서유닛을 통해 신체에서 심박출시간 파라미터(TM)와 함께 동맥압 파라미터(AM)와 혈류 파라미터(BM)를 검출하고, 상기 심박출시간 파라미터와 동맥압 파라미터와 혈류 파라미터를 이용해서 피검체의 혈압값을 산출할 수 있다.

예를 들면, 상술한 센서유닛(100)을 통해 신체의 일 부위 예를 들면 손목이나 팔뚝(상완) 등의 부위에서 검출되는 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터 및 심박출시간 파라미터로부터 혈압값이 산출된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 혈압 측정 방법은, 상기 센서유닛(100)을 통해 생체 파라미터를 획득하는 (a) 단계(S110)와, 혈관 저항률을 산출하는 (b) 단계(S120)와, 혈압값(BP)을 산출하는 (c) 단계(S130)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 (a) 단계(S110)는, 혈류 파라미터(BM)와 동맥압 파라미터(AM) 및 심박출시간 파라미터(TM)를 획득하는 단계이다. 예를 들면, 압력센서에 의해 감지(S100)된 생체 신호 즉 생체 데이터를 기반으로 생체 파라미터가 검출될 수 있다.

그리고 상기 (b) 단계(S120)는 상기 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터로부터 혈관 저항률(R)을 산출하는 단계이며, 상기 (c) 단계(S130)는 상기 혈관 저항률(R)과 상기 심박출시간 파라미터(TM)를 이용해서 상기 혈압값(BP)을 산출하는 단계이다.

상기 (a) 단계는, 상기 센서유닛(100)에 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값(BP_max)과 최저 혈압값(BP_min)의 차이 즉 동맥압차를 상기 동맥압 파라미터(AM)로 획득(결정)할 수도 있다. 즉, 동맥압차가 동맥압 파라미터로 적용될 수 있으며, 동맥압 파라미터(AM)는 다음과 같이 표현될 수도 있다.

동맥압 파라미터(AM) = 최고 혈압값(BP_max) - 최저 혈압값(BP_min) = 동맥압차

상기 동맥압 파라미터를 산출하기 위하여, 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 최고 혈압값과 최저 혈압값이 측정될 수 있다.

본 실시 예에서 상기 (b) 단계(S120)는, 상술한 [수학식 1]을 이용해서 상기 혈관 저항률(R)을 산출하는 단계를 포함한다. 그리고; 상기 (c) 단계(S130)는, 상술한 [수학식 2] 내지 [수학식 6]을 이용해서 상기 혈압값(BP)을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따른 혈압 측정 방법은, 상기 (c) 단계(S130) 이전에, 상기 조정 상수(K)의 설정하는 세팅 단계(S140)를 더 포함할 수 있다. 상기 조정 상수(K)의 설정 방식은 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 혈압 측정 시스템의 세팅부(210)에 의해 진행될 수 있다. 상기 세팅 단계(S140)는 상술한 혈압 측정 시스템의 최초 세팅을 위해 1회만 진행 될 수도 있으나, 정확도를 유지하기 위해 수시로 진행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 혈압 측정 방법에 의해 산출되는 혈압값의 정확도가 떨어진 것으로 나타난 경우에 오차 보정을 위해 한정적으로 상술한 세팅 단계(S140)가 진행될 수도 있으며, 이때 상기 세팅 단계(S140)는 (b) 단계(S120)에서 혈관 저항률이 얻어진 후에 선택적으로 진행될 수 있다.

그리고 상술한 방식으로 산출되는 혈압값은 사용자가 볼 수 있도록 혈압 출력부 예를 들면 디스플레이 장치에 출력(S200)된다.

이하, 도 4 내지 도 12를 참조해서 본 발명에 따른 혈압 측정 시스템에 의한 혈압 측정 방식의 구체적인 예들이 설명된다.

먼저, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 혈압 측정 시스템의 구체적인 실시 예에서는, 동맥압을 측정하는 압력 센서가 상술한 제1 센서(110) 즉 동맥압 측정 센서로 적용되고, 발광 소자(120a)와 수광 소자(120b)를 포함하는 2개의 광센서(121, 122)가 상술한 제2 센서(120) 즉 상기 혈류 측정 센서로 적용될 수 있다. 상기 제1 센서(110) 즉 압력 센서로는 공기압 센서나 필름형 압력 센서 등 다양한 종류의 압력 센서가 적용될 수 있으며, 상기 제1 센서(110)는 심박출시간 파라미터와 동맥압 파라미터 획득을 위해 동맥압을 측정한다.

상술한 상기 제2 센서(120)는 2개의 광센서(121, 122)를 포함할 수 있으며, 도 5의 (a)처럼 혈류 측정 지점 사이에 거리(△s: 혈류 측정 2지점 사이의 혈관 길이)를 두고 혈관(A)가 지나는 경로상의 두 지점에서 도 5의 (b)처럼 맥파가 검출되면 차이(△t)가 발생하고, 이로부터 혈류 속도(V=△s/△t)가 획득될 수 있으며, 이러한 혈류 속도가 혈류 파라미터(BM)로 적용될 수 있다.

이와 달리, 도 7에 도시된 예처럼, 상기 센서유닛(100)를 통해 PTT를 검출하고 상기 PTT를 혈류 파라미터로 적용해서 혈압값을 제공하는 예로 구현될 수도 있다.

예를 들면, 상기 센서유닛(100)이, 심박출시간 파라미터 및 동맥압 파라미터의 검출을 위한 제1 센서(110)와, 심전도(ECG)와 맥파를 검출하기 위한 제2 센서(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 센서로는 동맥압 측정 센서의 일 예, 구체적으로는 공기압 센서가 적용될 수 있다.

상술한 센서유닛은, 도 4에 도시된 예처럼 손목을 두르는 손목 스트랩(131)에 설치됨으로써 손목 혈압계(10)의 형태로 구현될 수도 있고, 도 8에 도시된 예처럼 상완 밴드 즉 커프(132)에 설치됨으로써 상완 혈압계(20)의 형태로 구현될 수도 있다.

보다 구체적으로는, 도 6에 도시된 예처럼, 상기 손목 스트랩(131)에, 동맥 압박을 위한 공기주머니(141)와, 상기 공기주머니의 충공(Air Supply)을 위한 에어 펌프(142)가 구비될 수 있으며, 상기 공기주머니에는 상술한 공기압 센서(110)가 구비되고, 상기 공기주머니(141)에는 배기를 위한 배기 밸브(143; Valve)가 연결될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 손목 스트랩(131)에는 상기 혈압 출력부(300)의 케이스(300A)가 탑재될 수 있으며, 상기 케이스(300A)의 내부에 상술한 에어 펌프(142)가 내장될 수도 있으며 공기 충공유로(144)를 통해 상기 공기주머니(141)에 연결될 수 있다.

그리고 상기 공기주머니(141)가 에어 펌프(240)에 의해 충진되고, 일정한 압력에서 상기 공기압 센서(110)에 의한 동맥파의 측정 이루어진다. 따라서 상기 공기압 센서(110)에 의해 상기 동맥압 파라미터와 심박출시간 파라미터와 혈류 파라미터가 검출될 수 있다. 도 6에 예시된 공기압 센서 구조, 예를 들면 공기주머니에 공기압 센서가 적용되는 구조는, 도 8에 도시된 상완 밴드(132)에도 적용될 수 있다.

그리고 상술한 심전도(ECG)와 맥파 검출을 위해, 상기 제2 센서(120)은, 심전도(ECG)를 측정하는 심전도 측정부(심전도계)와, 맥파를 측정하는 맥파 측정부를 포함할 수도 있다. 상기 제2 센서(120)는, 상기 제1 센서(110)와 함께 상술한 센서 설치부 즉 손목 스트랩이나 상완 밴드에 구비될 수 있다. 상기 맥파 측정부의 예로는 광센서의 일 예인 광혈류(Photoplethysmography; PPG)측정기가 적용될 수 있다.

따라서 상기 심전도 측정부에 의해 심전도가 검출될 수 있고, 상기 맥파 측정부에 의해 맥파 즉 광동맥파가 검출될 수 있으며, 상술한 PTT가 혈류 파라미터로 적용될 수 있다.

상기 손목 스트랩(131)이나 상완 밴드(132)의 양단부는 단추나 벨크로(Velcro) 기타의 다양한 착탈 수단에 의해 단속 가능하게 연결될 수도 있다.

도 9는 센서유닛에 의해 검출될 수 있는 동맥파 특징값들을 예시한 것이다. 도 9를 참조하면, 맥파의 진폭(A: 최대 극대점과 최소 극소점의 높이차)과 극점들 사이의 시간 간격(B₁, B_2, B₃) 예를 들면 맥박 주기 (B₃₎ 등이 혈류 파라미터의 예로 적용될 수 있다. 극점이란 골과 마루 예를 들면 1차 미분값이 0(Zero)이 되는 점들을 의미하며, 이웃하는 극점들 사이의 시간 간격이란 이웃하는 골-마루 또는 마루-골 사이의 시간 간격을 의미한다.

그리고 도 10은 혈류 파라미터의 또 다른 예인 동맥 임피던스파의 검출 구조를 예시한 도면으로서, 교류 전류가 양 끝단(11, 12)에 인가된 상태에서 안쪽 2개 전극(21, 22)이 전압 변화를 측정하고 인체 임피던스파 즉 동맥 임피던스파를 검출하는 혈류 측정 센서가 본 발명의 실시를 위한 센서유닛에 적용될 수 있다.

한편, 도 11은 심장의 대동맥 판막(semilunar valve; 반월판)이 열리고 닫히는 시점과 동맥파의 모양을 보여주는 그래프이다. 도 11에서 심박출시간 파라미터는 동맥파에서 대동맥 판막이 열리는 싯점과 닫히는 싯점간의 시간간격 일 수 있다.

도 12는 동맥파(W)에서 심박출파(Wf)와 반사파(Wb)간의 기간간격(Tfb)을 나타낸다. 도 12에서 심박출파는 심장에서 혈액이 박출되는 생성되며 반사파는 혈관저항부에서 반사되어 생성된다. 동맥파는 심박출파와 반사파가 혼합되어 있으며 동맥파의 변곡점을 이용하여 심박출파와 반사파간의 시간간격(Tfb)을 검출할 수 있다. 그리고 시간간격(Tfb)은 혈류 파라미터로 사용될 수 있다.

상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들은 손목이나 상완 등에 착용되는 형태로 구현될 수 있으며, 손목 기타의 부위에서 간편하게 혈관 저항률과 심박출시간 파라미터를 획득하고, 측정부위와 심장과의 높이(고도) 차이에 상관없이 피검자의 혈압 즉 심장높이의 혈압값을 보다 빠르고 정확하게 구할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예들을 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예들 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 센서유닛 110: 제1 센서
120: 제2 센서 130: 센서 설치부
131: 손목 스트랩 132: 상완 밴드
141: 공기주머니 142: 에어 펌프
200: 혈압 산출유닛 210: 세팅부
300: 혈압 출력부(디스플레이 장치)

Claims (21)

1. 신체에서 심장박출시간 파라미터를 검출하기 위한 센서유닛; 그리고
   상기 심장박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 산출유닛을 포함하는 혈압 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서유닛을 통해 상기 심장박출시간 파라미터와 함께 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터의 검출이 가능하며; 상기 혈압 산출유닛은, 상기 심장박출시간 파라미터와 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 센서유닛은, 압력센서인 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 센서유닛은, 압력센서, 혈류속도센서, 광센서, 임피던스센서, 심전도센서, 초음파센서, 및 레이더 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 혈압 산출유닛은; 상기 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터로부터 혈관 저항률을 산출하고, 상기 혈관 저항률과 상기 심박출시간 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 혈관 저항률은 하기 [수학식 1]에 의해 산출되고; 상기 혈압값은 하기 [수학식 2] ~ [수학식 4]에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
   [수학식 1]
   

   

   
   (R은 혈관 저항률, AM은 동맥압 파라미터, BM은 혈류 파라미터)
   
   [수학식 2]
   

   

   
   (BPmin은 최저 혈압값, TMS은 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터들의 합 또는 (TM x 맥박 주기) 또는 (TM x 일정 시간동안의 맥박수), K1은 제1조정상수)
   
   [수학식 3]
   

   

   
   (BPac은 최고혈압값 -최저혈압값, TM은 심박출시간 파라미터, K2는 제2조정상수)
   
   [수학식 4]
   

   

   
   (BPmax는 최고혈압값 )
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1조정상수와 제2조정상수의 설정을 위한 세팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
8. 제2항에 있어서,
   상기 혈류 파라미터는; 혈류속도인 것을 특징으로 하는 혈압측정 시스템.
9. 제2항에 있어서,
   상기 혈류 파라미터는, 동맥파 특징값 중 하나인 심박출파와 반사파간의 시간간격인 것을 특징으로 하는 혈압측정 시스템.
10. 제2항에 있어서,
    상기 혈압 산출유닛은; 상기 센서유닛 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값과 최저 혈압값의 차이를 상기 동맥압 파라미터로 획득하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 최고 혈압값과 상기 최저 혈압값은; 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    상기 센서유닛은, 손가락과 손목과 팔목과 팔뚝과 귀볼 중 하나의 부위에 설치 가능한 것을 특징으로 하는 혈압 측정 시스템.
13. 신체에서 검출되는 생체신호를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 방법으로서:
    센서유닛을 통해 신체의 일 부위에서 검출되는 심박출시간 파라미터를 이용해서 혈압값을 산출하는 혈압 측정 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 센서유닛을 통해 상기 심박출시간 파라미터를 획득하는 파라미터 획득 단계; 그리고
    상기 심박출 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 혈압 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 센서유닛을 통해 상기 심박출시간 파라미터와 함께 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터를 획득하는 (a) 단계;
    상기 혈류 파라미터와 동맥압 파라미터로부터 혈관 저항률을 산출하는 (b) 단계; 그리고
    상기 혈관 저항률과 상기 심박출시간 파라미터를 이용해서 상기 혈압값을 산출하는 (c) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 (a) 단계는;
    상기 센서유닛에 의해 측정되는 부위의 최고 혈압값과 최저 혈압값의 차이를 상기 동맥압 파라미터로 획득하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 최고 혈압값과 상기 최저 혈압값은, 오실로메트릭(oscillometric) 혈압측정 방식에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
18. 제15항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 하기 [수학식 1]을 이용해서 상기 혈관 저항률을 산출하는 단계를 포함하고; 상기 (c) 단계는, 하기 [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 이용해서 상기 혈압값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
    [수학식 1]
    

    

    
    (R은 혈관 저항률, AM는 동맥압 파라미터, BM은 혈류 파라미터)
    
    [수학식 2]
    

    

    
    (BPmin은 최저 혈압값, TMS은 일정시간 동안의 심박출시간 파라미터들의 합 또는 (TM x 맥박 주기) 또는 (TM x 일정시간 동안의 맥박수), K1은 제1조정상수)
    
    [수학식 3]
    

    

    
    (BPac은 최고혈압값 -최저혈압값, TM은 심박출시간 파라미터, K2는 제2조정상수)
    
    [수학식 4]
    

    

    
    (BPmax는 최고혈압값 )
19. 제18항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이전에, 상기 제1조정상수와 제2조정상수를 설정하는 세팅(Setting) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
20. 제15항에 있어서,
    상기 혈류 파라미터는; 혈류속도인 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.
21. 제15항에 있어서,
    상기 혈류 파라미터는 동맥파 특징값중 하나인 심박출파와 반사파간의 시간간격인 것을 특징으로 하는 혈압 측정 방법.

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