'운동 중 혈압 연속측정하는 스마트워치'… KAIST, 웨어러블 센서 개발

수십 개 파장 동시 측정 초분광 PPG 기술 개발
혈압 연속 모니터링, 심박수, 호흡률 등 생리 매개변수 동시 측정

혈압 모니터링을 위한 초분광 PPG 모듈 및 내부 구성. 초박형 고해상도의 고체 침지 격자 마이크로분광기를 활용하여 초분광 범위의 PPG 신호를 측정하고, 이를 통해 혈압을 모니터링한다. KAIST

최근 세 파장의 PPG(광용적맥파) 센서를 장착해 혈압을 측정하는 스마트워치가 출시되고 있다. 그러나 이 기술은 운동 중이나 고혈압 상태에서는 정확도가 떨어지고 연속 측정이 불가능하다는 한계가 있다.

KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수구팀이 수십 개로 세분화된 파장의 빛으로 혈류 변화를 측정하는 초분광 PPG 기술로 운동 중 혈압을 연속적으로 측정할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했다.

연구팀은 빛 파장을 분석하는 고해상도 초박형 마이크로분광기를 포함한 초분광 PPG 모듈로 다양한 파장의 PPG 신호를 동시 측정, 연속적이고 정밀한 시간차를 계산해 안정적으로 혈압을 추정하는 방식을 고안했다. 

이번에 개발한 웨어러블 초분광 PPG 센서는 연속적인 혈압 모니터링은 물론 심박수, 호흡률 등 다른 생리적 매개변수도 동시 측정해 운동 전후 혈압 변화를 세밀하게 분석하는 것이 특징이다.

이를 적용하면 운동으로 유발되는 고혈압을 감지할 수 있다. 연구팀은 기존 운동 중 회복기 혈압 추정 정확도가 0.75였던  감지 방식보다 높은 0.95의 연관성 지표값을 얻으며 신뢰성을 입증했다.

초분광 PPG의 혈압 추정 정확도. PPG 신호의 개수에 따른 혈압 추정의 상관계수(R2)와 평균절대편차(mean absolute difference)의 경향성. KAIST

운동 상태에서의 혈압 측정치와 추정치 간의 상관관계 비교. KAIST

정 교수는 "이번 연구는 웨어러블 초분광 PPG 센서가 운동 중 혈압 측정과 회복기 혈압 추적에 중요한 역할을 할 수 있음을 증명한 것“이라며 ”초분광 PPG 기술은 향후 개인 맞춤형 디지털 헬스케어 분야에 크게 기여할 것”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 KAIST 바이오및뇌공학과 박정우 박사후연구원이 주도했고, 연구결과는 지난달 25일 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 게재됐다. 
(논문명: 웨어러블 초분광 광 혈류 측정 센서를 활용한 운동 유발 고혈압 진단, Wearable Hyperspectral Photoplethysmography allows Continuous Monitoring of Exercise-induced Hypertension, https://doi.org/10.1002/advs.202417625)
이재형 기자 jh@kukinews.com