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문제 정의
- 따라서 수많은 연구자들에 의해 평균 동맥압으로부터 수축기 혈압과 이완기 혈압을 추정하는 방법들에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 침습적 혈압 측정 방법의 위험성 및 불편성 등의 단점과 비침습적 혈압측정 시 발생하는 측정의 오차를 줄이고자오실로메트릭 방법에 의해 보다 정확하게 혈압을 추정할 수 있는 시스템의 구현에 관한 연구를 수행하였다. 구현된 혈압 측정 시스템은 크게 압력제어 시스템부, 신호측정 시스템부, 그리고 측정된 신호로부터 혈압을 추정하기 위한 혈압 신호 처리부 등으로 구성하였다.
- 본 연구에서는 비침습적인 방법으로 보다 정확하게 혈압을 추정할 수 있는 혈압 측정 시스템의 구현에 관한 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 커프의 압력을 이용하여 비침습적인 방법으로 혈압을 측정하기 위하여 커프 내부의 압력을 보다 정확하게 검출하기 위한 압력 센서부를 구성하여 회로를 설계하였다. 즉 커프의 내부 압력인 측정압력과 혈압의 맥동 성분에 의한 압력을 측정할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 기존의 침습적 혈압 측정 방법의 위험성 및 불편성 등의 단점과 비침습적 혈압측정 시 발생하는 측정의 오차를 줄이고자오실로메트릭 방법에 의해 보다 정확하게 혈압을 추정할 수 있는 시스템의 구현에 관한 연구를 수행하였다. 구현된 혈압 측정 시스템은 크게 압력제어 시스템부, 신호측정 시스템부, 그리고 측정된 신호로부터 혈압을 추정하기 위한 혈압 신호 처리부 등으로 구성하였다.
- 구현된 혈압 측정 시스템을 사용하여 보다 정확하게 혈압을 추정하고 평가하기 위하여 실험 대상군을 선정하여 혈압 및 맥동성분 신호를 계측하는 실험을 수행하고 평가하였다. 이를 위하여 구현된 혈압 측정 시스템과 실제 임상에서 숙련자에 의해 청진법으로 측정된 결과와 통계적인 분석기법에 의해 시스템을 평가한 결과는 그림 4와 같다.
- 신호의 최고피크치를 검출한 후 이때의 절대압력을 평균 동맥압으로 추정하였다. 그리고 추정된 평균 동맥압으로부터 보다 정확한 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산정하기 위하여 특성비율을 산출하는 과정을 수행하였다. 특성비율을 산출하는 과정은 다음과 같은 방법을 적용하였다.
- 혈압의 맥 동성 분신 호에 각각 이동평균법을 적용하였다. 그리고 측정 압력 신호를 교정하기 위하여 2점 교정 기법을 적용한 후 혈압의 맥동성분 신호의 피크를 검출하여 평균 동맥압을 추정하였다. 또한 혈압의 맥동성분에서 최대 진폭의 시점을 구하고 이를 평균 동맥압으로 설정하였으며 실험적으로 산출된 특성비율을 이용하여 각각의 평균 동맥압에 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산출하였다.
- 또한 검출된 신호의 크기를 증폭하고 신호에 포함된 잡음의 제거를 위하여 연산증폭기를 이용한 증폭부와 능동 필터 부를 설계하여 압력신호을 측정하였다. 그리고 측정된 압력신호로부터 혈압의 맥동성분 신호를 검출하기 위하여 고역통과필터 (high pass filter, HPF)와 증폭부를 설계하고 제작하였다.
- 그리고 혈압의 맥동성분 신호로부터 커프의 압력 오실레이션 진폭이 최고 일 때를 평균 동맥압으로 산정하는 MAA 기법을 사용하여 수축기 및 이완기 혈압을 추정하였으며, 이를 위하여 평균 동맥압의 범위를 8 단계로 세분화하여 실험적 방법에 의한 특성비율을 관측하였다. 혈압추정을 위한 특성비율 산출을 위한 실험을 수행한 결과 평균 동맥압의 범위에 따른 수축기 혈압의 산정을 위한 특성비율은 표 1과 같이 산출되었으며, 이완기 혈압의 추정을 위한 특성 비율은 표 2와 같이 산출되었다.
- 그리고 압력 배출부는 초당 압력배출량을 0 ~ 5。mmHg/sec로 조정 가능하도록 배출 조절 스위치와 배출 차단 스위치로 구성하였다. 다음으로 신호 측정부는 압력신호 측정부, 맥동성분 검출부, 그리고 맥파신호 측정부 등으로 구분하여 회로를 설계하고 제작하였다. 이들 중 첫째, 압력신호 측정부는 압력신호 증폭 부와 압력신호 필터부로 구성하였고, 둘째, 맥동 성분 검출부는 필터부의 증폭 및 이득 조정부로 구성하였으며, 본 연구에 의해 구현된 혈압 측정시스템의 하드웨어 구성도를 그림 1에 나타내었다.
- 먼저 압력 신호의 측정을 위하여 반도체식 압력 센서를 사용하여 압력 측정부를 구성하였으며, 차동증폭기를 이용하여 압력의 변화를 전기적 신호로 변환하여 검출하였다. 또한 검출된 신호의 크기를 증폭하고 신호에 포함된 잡음의 제거를 위하여 연산증폭기를 이용한 증폭부와 능동 필터 부를 설계하여 압력신호을 측정하였다. 그리고 측정된 압력신호로부터 혈압의 맥동성분 신호를 검출하기 위하여 고역통과필터 (high pass filter, HPF)와 증폭부를 설계하고 제작하였다.
- 그리고 측정 압력 신호를 교정하기 위하여 2점 교정 기법을 적용한 후 혈압의 맥동성분 신호의 피크를 검출하여 평균 동맥압을 추정하였다. 또한 혈압의 맥동성분에서 최대 진폭의 시점을 구하고 이를 평균 동맥압으로 설정하였으며 실험적으로 산출된 특성비율을 이용하여 각각의 평균 동맥압에 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산출하였다.
- 즉 커프의 내부 압력인 측정압력과 혈압의 맥동 성분에 의한 압력을 측정할 수 있도록 하였다. 먼저 압력 신호의 측정을 위하여 반도체식 압력 센서를 사용하여 압력 측정부를 구성하였으며, 차동증폭기를 이용하여 압력의 변화를 전기적 신호로 변환하여 검출하였다. 또한 검출된 신호의 크기를 증폭하고 신호에 포함된 잡음의 제거를 위하여 연산증폭기를 이용한 증폭부와 능동 필터 부를 설계하여 압력신호을 측정하였다.
- 설계하였다. 먼저 압력 제어부는 전동펌프에 의해 압력을 생성하는 압력 발생부, 압력 발생 부로부터 생성된 압력을 각각의 센서와 배출부로 분배하는 압력 분배부, 그리고 가압된 압력의 배출을 제어하기 위한 압력 배출부 등으로 구성하였다. 이들 중 압력 발생부는 소형 DC 모터 회전축의 편심을 이용하여 압력을 발생시키도록 하였으며, 압력 분배부는 압력 발생 부에서 생성된 압력을 커프와 반도체 압력 센서, 그리고 압력 배출부 등으로 분배하는 기능을 수행하며 압력의 원활한 분배를 위하여 솔레노이드 밸브를 사용하였다.
- 본 연구에 의해 구현된 혈압 측정 시스템의 하드웨어는 크게 압력 제어부와 신호 측정 부로 구분하여 설계하였다. 먼저 압력 제어부는 전동펌프에 의해 압력을 생성하는 압력 발생부, 압력 발생 부로부터 생성된 압력을 각각의 센서와 배출부로 분배하는 압력 분배부, 그리고 가압된 압력의 배출을 제어하기 위한 압력 배출부 등으로 구성하였다.
- 본 연구에서는 절대압력과 맥동성분 신호를 동시에 계측하여 연산증폭기를 이용한 능동필터로서 각각의 신호를 분리하여 디지털 신호로 변환하였다. 디지털 신호로 변환된 맥동성분 신호는 평균 동맥압의 추정과 추정된 평균 동맥압을 이용하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산정하는데 중요한 자료로서 활용된다.
- 시스템으로부터 계측된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 12bit의 해상도를 갖는 4채널 A/D 변환기인 생체신호계측기 (PhysioLab 400, Physio Instrument Co., KOREA)와 전용 프로그램을 이용하였다. 데이터는 256Hz의 샘플링비로 신호를 변환하여 RS232 를 통하여 PC로 전송하였다.
- 즉 디지털 신호로 변환된 맥동성분 신호를 이동평균법에 의한 전처리 과정을 거친 후 맥동성분 .신호의 최고피크치를 검출한 후 이때의 절대압력을 평균 동맥압으로 추정하였다. 그리고 추정된 평균 동맥압으로부터 보다 정확한 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산정하기 위하여 특성비율을 산출하는 과정을 수행하였다.
- 먼저 압력 제어부는 전동펌프에 의해 압력을 생성하는 압력 발생부, 압력 발생 부로부터 생성된 압력을 각각의 센서와 배출부로 분배하는 압력 분배부, 그리고 가압된 압력의 배출을 제어하기 위한 압력 배출부 등으로 구성하였다. 이들 중 압력 발생부는 소형 DC 모터 회전축의 편심을 이용하여 압력을 발생시키도록 하였으며, 압력 분배부는 압력 발생 부에서 생성된 압력을 커프와 반도체 압력 센서, 그리고 압력 배출부 등으로 분배하는 기능을 수행하며 압력의 원활한 분배를 위하여 솔레노이드 밸브를 사용하였다. 그리고 압력 배출부는 초당 압력배출량을 0 ~ 5。mmHg/sec로 조정 가능하도록 배출 조절 스위치와 배출 차단 스위치로 구성하였다.
- 다음으로 신호 측정부는 압력신호 측정부, 맥동성분 검출부, 그리고 맥파신호 측정부 등으로 구분하여 회로를 설계하고 제작하였다. 이들 중 첫째, 압력신호 측정부는 압력신호 증폭 부와 압력신호 필터부로 구성하였고, 둘째, 맥동 성분 검출부는 필터부의 증폭 및 이득 조정부로 구성하였으며, 본 연구에 의해 구현된 혈압 측정시스템의 하드웨어 구성도를 그림 1에 나타내었다.
- 즉 실험 대상군 5명을 대상으로 10분의 시간 간격을 두고 3회에 걸쳐 평균 동맥압을 계측한 후 특성비율을 적용하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 각각 산출하였으며, 이와 동시에 청진법으로 수축기 혈압과 이완기 혈압을 측정하였다. 그리고 구현된 시스템의 비교 평가하기 위하여 절대편차의 비율과 표준오차를 분석한 결과 평균 동맥압, 수축기 혈압, 그리고 이완기 혈압에서의 절대편차의 비율의 최대치는 각각 L38%, 1.
- 센서부를 구성하여 회로를 설계하였다. 즉 커프의 내부 압력인 측정압력과 혈압의 맥동 성분에 의한 압력을 측정할 수 있도록 하였다. 먼저 압력 신호의 측정을 위하여 반도체식 압력 센서를 사용하여 압력 측정부를 구성하였으며, 차동증폭기를 이용하여 압력의 변화를 전기적 신호로 변환하여 검출하였다.
- 특성비율을 산출하는 과정은 다음과 같은 방법을 적용하였다. 평균 동맥압의 크기에 따라 8 단계로 수축기 특성비율과 이완기 특성비율을 각각 산출하여 평균 동맥압으로부터 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산정하였다. 이러한 일련의 과정에 의해 혈압의 맥동성분과측정압력 신호로부터 평균 동맥압, 수축기 혈압, 리고 이완기 혈압을 산정하는 개념을 그림 3 에 나타내었다.
- 같은 실험을 수행하였다. 혈압 측정시 혈압산출의 기준이 되는 기준압력 신호의 선형성을 평가하기 위하여 150 mmHg의 압력에서 3V의 전압이 출력되도록 압력 측정부를 교정하였으며 50 ~ 200 mmHg의 구간에 대하여 10 mmHg 또는 20 mmHg 단위로 11개의 구간을 설정하여 각각 10회 반복 측정하였다. 측정된 결과는 최대오차율, 최대 계수변화율, 평균오차율, 그리고 평균계수변화율은 각각 0.
대상 데이터
- , KOREA)와 전용 프로그램을 이용하였다. 데이터는 256Hz의 샘플링비로 신호를 변환하여 RS232 를 통하여 PC로 전송하였다. 혈압의 맥 동성 분신 호에 각각 이동평균법을 적용하였다.
이론/모형
- 디지털 신호로 변환된 맥동성분 신호는 평균 동맥압의 추정과 추정된 평균 동맥압을 이용하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 산정하는데 중요한 자료로서 활용된다. 즉 디지털 신호로 변환된 맥동성분 신호를 이동평균법에 의한 전처리 과정을 거친 후 맥동성분 .신호의 최고피크치를 검출한 후 이때의 절대압력을 평균 동맥압으로 추정하였다.
- 데이터는 256Hz의 샘플링비로 신호를 변환하여 RS232 를 통하여 PC로 전송하였다. 혈압의 맥 동성 분신 호에 각각 이동평균법을 적용하였다. 그리고 측정 압력 신호를 교정하기 위하여 2점 교정 기법을 적용한 후 혈압의 맥동성분 신호의 피크를 검출하여 평균 동맥압을 추정하였다.
성능/효과
- 측정하였다. 그리고 구현된 시스템의 비교 평가하기 위하여 절대편차의 비율과 표준오차를 분석한 결과 평균 동맥압, 수축기 혈압, 그리고 이완기 혈압에서의 절대편차의 비율의 최대치는 각각 L38%, 1.63%, 그리고2.97%로 나타났으며 표준오차의 최대치는 각각 5.00, 3.72, 4.34로 관측되었다.
- 본 연구에 의해 구현된 시스템과 임상에서의 숙련된 자의 청진법 측정값을 통계적 분석 기법에 의하여 분석한 결과 평균 동맥압의 절대편차의 비율은 1.04 %이었으며, 수축기 혈압은 0.67 %, 그리고 이완기 혈압은 2.06 % 이었다. 그리고 표준오차는 평균 동맥압이 2.
- 혈압 측정시 혈압산출의 기준이 되는 기준압력 신호의 선형성을 평가하기 위하여 150 mmHg의 압력에서 3V의 전압이 출력되도록 압력 측정부를 교정하였으며 50 ~ 200 mmHg의 구간에 대하여 10 mmHg 또는 20 mmHg 단위로 11개의 구간을 설정하여 각각 10회 반복 측정하였다. 측정된 결과는 최대오차율, 최대 계수변화율, 평균오차율, 그리고 평균계수변화율은 각각 0.4785 %, 1.5543, 0.2292 %, 그리고 0.5394로 관측되었다.
후속연구
- 의원에서 현재 이루어지는 수은혈압계를 대치할 수 있으며 고령화 사회에 대비하여 유용한 건강 모니터 링 기기로 활용되리 라 사료된다.
- 향후 연구에서는 압력 측정부의 재현성을 향상시킬 수 있는 연구와 정확도를 높일 수 있는 혈압추정 알고리듬에 관한 연구, 시스템의 효율성을 높이기 위한 연구 그리고 임상 유용성에 관한 연구 등을 지속적으로 수행한다면 병 . 의원에서 현재 이루어지는 수은혈압계를 대치할 수 있으며 고령화 사회에 대비하여 유용한 건강 모니터 링 기기로 활용되리 라 사료된다.
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