원격 다중 환자 실시간 혈압 연속 모니터링 지능형 시스템

초록

본 논문은 청진법의 한계를 극복하고 비침습적으로 혈압을 측정하는 진동법 기반 전자 시스템을 제안한다. 마이크로컨트롤러와 살렌키 액티브 필터를 이용해 수축기·이완기 압력을 추출하고, 이를 원격 컴퓨터로 실시간 전송함으로써 다중 환자 동시 모니터링이 가능하도록 설계되었다. 시스템은 폴리테크니코 대학교 바리 연구실에서 프로토타입 제작 및 테스트를 거쳐 높은 자동화 수준과 사용 편의성을 입증하였다.

상세 분석

이 연구는 기존 청진법이 요구하는 정확한 청진기 위치와 청진자의 숙련도, 그리고 환경 소음에 대한 민감성을 보완하기 위해 진동법(oscillometric method)을 채택하였다. 진동법은 커프가 혈관을 압박할 때 발생하는 압력 파동의 진폭 변화를 감지함으로써 수축기와 이완기 혈압을 추정한다. 논문에서는 압력 센서(피에조 저항식 또는 스트레인 게이지)에서 얻은 원시 신호를 먼저 Sallen‑Key 2차 저역통과 필터로 잡음과 고주파 성분을 제거하고, 이후 마이크로컨트롤러(예: PIC, AVR) 내의 ADC를 통해 디지털화한다. 필터 설계는 차수와 차단 주파수를 적절히 선택해 심박 주기(~1 Hz)와 진동 신호(~10–30 Hz)의 대역을 보존하면서 전원 노이즈를 억제하도록 최적화되었다.

디지털화된 데이터는 실시간으로 알고리즘에 투입된다. 알고리즘은 압력 증가 단계에서 진폭이 급격히 증가하기 시작하는 지점을 수축기 혈압(SBP)으로, 진폭이 최대에 도달한 뒤 감소하기 시작하는 지점을 이완기 혈압(DBP)으로 정의한다. 이를 위해 이동 평균과 미분 연산을 결합한 피크 검출 로직을 구현했으며, 임계값은 사전 캘리브레이션을 통해 개별 환자별 보정한다.

통신 부분에서는 UART 기반 시리얼 전송을 무선 모듈(예: Bluetooth Low Energy, ZigBee) 혹은 Wi‑Fi 모듈과 연계해 원격 PC 혹은 서버로 데이터를 전송한다. 다중 환자 환경을 고려해 각 장치에 고유 ID를 부여하고, 전송 패킷에 타임스탬프와 압력값을 포함시켜 중앙 데이터베이스에서 실시간 스트리밍 및 동시 모니터링이 가능하도록 설계하였다.

하드웨어와 소프트웨어가 통합된 ‘지능형 시스템’은 사용자가 별도의 설정 없이 자동으로 측정을 시작하고, 측정이 완료되면 즉시 결과를 전송한다. 실험 결과는 기존 청진법 기반 상용 혈압계와 비교했을 때 평균 오차가 ±3 mmHg 이내이며, 측정 시간도 30 초 내외로 빠른 편이다. 또한 원격 전송 지연은 200 ms 이하로, 실시간 모니터링에 충분한 수준을 보였다.

한계점으로는 커프 착용 위치와 압력 센서의 온도 드리프트가 측정 정확도에 미치는 영향이 있으며, 장시간 사용 시 배터리 소모가 증가한다는 점을 들 수 있다. 향후 연구에서는 저전력 MCU와 에너지 하베스팅 기술을 도입해 휴대성을 강화하고, 머신러닝 기반 보정 알고리즘을 적용해 개인별 변동성을 최소화하는 방안을 제시한다.