촉각 센서를 이용한 비관혈적 혈압측정 시스템의 오차율 보정에 관한 연구

Abstract

[한글]현재 가정 및 병원에서 널리 쓰이고 있는 전자혈압계는 최대 진동폭을 명확히 찾아내기 어렵고 동맥의 탄성도(compliance) 및 커프 용적 등에 의해 특성비율이 영향을 받기 때문에 매우 큰 오차율을 가지고 있다. 또한 2005년까지 병원에서의 수은 사용 퇴출에 관한 운동이 추진되는 상황을 고려한다면 현재 사용 중인 전자혈압계의 오차율을 보정하는 것이 매우 중요하다.

본 논문은 촉각 센서를 이용하여 전자혈압계의 오차율의 보정에 관한 연구이다. 오실로메트릭 방법을 사용하는 대부분의 전자혈압계는 특성비율을 적용하여 혈압값을 산출해내는데, 전자혈압계의 혈압값 산출에서 가장 중요한 커프압의 최대 진동폭과 특성비율이 동맥의 탄성도에 가장 크게 영향을 받는다는 점에 착안하여 동맥의 경도를 측정하는 기존의 방법인 photoplethysmography를 사용하지 않고 촉각 센서를 이용하여 측정하여 향후 전자혈압계와 일체화시킬 수 있도록 하였다.

촉각 센서는 움직임에 매우 취약하기 때문에 피검자의 손목이 최대한 움직이지 않고 고정된 위치를 유지하도록 하여 데이터를 획득하였으며, 40Hz low pass filter를 사용하여 전원 잡음과 고주파 잡음을 제거하였다. 측정된 파형을 분석하는 프로그램에 의해 15초 동안 주기적으로 측정된 DVP(digital volume pulse)를 평균하여 대표 파형을 얻어, 대표파형이 시작되는 시작점과 말초에서 반사된 파형인 두 번째 피크간의 시간 지연을 계산하여 이를 △TDVP라 하고 피검자의 신장을 △TDVP로 나눈 값을 SIDVP(m

s), 즉 동맥의 stiffness index라고 하였다. 또한 평균파형의 시작점과 직접 파형인 첫 번째 피크까지의 시간지연값, 전체 주기와 첫 번째 피크와 두 번째 피크 사이의 시간지연값의 비율인 Duty Cycle, 시작점에서부터 첫 번째 피크까지의 기울기 평균값, 첫 번째 피크부터 두 번째 피크 사이에 감소하는 기울기 평균값, 그리고 두 번째 피크에서 평균파형 끝점까지의 기울기를 심주기로 정규화한 값을 추출하였다.

추출한 stiffness index와 다른 모든 값들을 이용하여 총 46명의 피검자(26.8±3.12세; 남:여=32:14명) 중에서 23명의 트레이닝셋에서 회귀분석을 하여 수축기와 확장기 혈압에 관해 각각의 회귀공식을 산출하였다. 또한 나머지 23명의 테스트셋의 데이터에 적용하여 혈압 측정 오차를 보완하였다.

전체 피검자의 혈압 측정 오차는 수축기 -6.51 ± 9.25 mmHg, 확장기 3.83 ± 11.676 mmHg이고, 테스트셋의 혈압 측정 오차는 수축기 -5.50 ± 9.27 mmHg, 확장기 4.34 ± 10.80 mmHg이며, stiffness index와 평균 동맥압(MAP)을 이용하여 보완한 후의 오차는 수축기 2.57 ± 9.05 mmHg, 확장기 2.08 ± 12.75 mmHg로 수축기혈압 오차가 평균과 표준편차 모두 감소되었고 확장기혈압 오차 평균이 감소되었다. 따라서 전자혈압계의 오차를 촉각센서를 사용하여 감소시킬 수 있었고, 향후 촉각센서를 전자혈압계에 삽입하여 오차가 적은 일체형 혈압계로 발전시킬 수 있다는 결론을 얻었다.

[영문]Automated digital sphygmomanometers generally used recently in hospitals or for household use have high error rate. For few years, in America and Europe, usage of mercury in hospitals has been a problem and there is a movement of hospitals to get rid of mercury-using medical devices by the year 2005. Therefore, compensation of error rate in automated sphygmomanometer became very important.

Purpose of this paper is to use tactile sensor to compensate the error rate. Most automated sphygmomanometers use oscillometric method and characteristic ratio to estimate systolic and diastolic blood pressure. However, from the face that maximum amplitude of oscillometric waveform and characteristic ratio are affected by compliance of aorta and large arteries, a method to measure the stiffness of arteries by using tactile sensor was chosen in order to integrate it with sphygmomanometer in the future instead of using photoplethysmography.

Since tactile sensor is very weak in movements, efforts were made to maintain subject''s arm fixed, and 40Hz low pass filter was used to eliminate noise from power source and high frequency noise. Analyzing program was made to get time delay between first and second peak of averaged digital volume pulse(ΔTDVP), and subject''s height was divided by ΔTDVP to calculate stiffness index of arteries(SIDVP).

Regression equations of systolic and diastolic pressure using SIDVP and mean arterial pressure(MAP) were computed from training set(23 subjects) among total 46 subjects(age : 27±3.1, male : female=32:14) and were tested in 23 subjects to compensate error rate.

Error rate in total subjects were systolic -6.51±9.25mmHg, diastolic 3.83±11.67mmHg, and those in test set were -5.50±9.27mmHg and 4.34±10.80mmHg each. Consequently, error rates were compensated especially in diastolic pressure using SIDVP, various slopes from digital volume pulse and MAP to systolic 2.57±9.05mmHg and diastolic 2.08±12.75mmHg.