소형 고해상도 마이크로분광기를 활용한 웨어러블 초분광 광용적맥파 (HS-PPG) 모듈은 운동 중 생리적 변화를 포함한 초분광 범위의 PPG 신호를 측정하여, 커프 없이도 연속적인 혈압을 높은 정확도로 모니터링할 수 있음.

기존의 커프를 이용한 혈압 측정 방식은 압박으로 인한 불편함과 연속적인 값을 도출하지 못한다는 문제가 있음. 커프리스(Cuffless) 방식 역시 복잡하고 불편한 센서를 피부에 지속적으로 부착해야 해 동적 환경에의 모니터링에 적용하기엔 한계가 있음. 한편, 스마트워치 등의 웨어러블 기기는 1~4개의 서로 다른 파장을 가진 광용적맥파(Photoplethysmography, PPG) 신호를 측정하여 혈류 속도를 계산하고, 이를 활용하여 혈압을 추정하는 방식을 사용함. 이는 동적인 환경에서 혈압 모니터링에 용이하나 정확도가 낮고, 연속적인 측정 역시 불가능하다는 문제가 있음.

 연구팀은 수십 개의 세분화된 파장의 빛을 사용해 혈관 내 혈류 변화를 광학적으로 측정하는 방법인 초분광 PPG 기술을 활용해 운동 상태에서의 연속 혈압 모니터링에 활용될 수 있는 웨어러블 혈압 센서를 개발함.

최대 50개의 서로 다른 파장을 가진 PPG 신호를 고해상도의 초박형 마이크로분광기를 포함한 초분광 PPG 모듈로 동시에 측정하고, 연속적이고 정밀한 시간차인 동맥 맥파 전달 시간(Arteriolar Pulse Transit Time, aPTT)을 계산해 안정적으로 혈압을 추정할 수 있는 방식을 고안함. 개발한 웨어러블 초분광 PPG 센서는 연속적으로 혈압을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 심박수, 호흡률과 같은 다른 생리적 매개변수도 동시에 측정해 운동 전후의 혈압 변화를 세밀하게 분석함.

이번 연구 결과는 운동 중 혈압 변화를 연속적으로 추적해 운동으로 유발되는 일시적 고혈압을 감지할 수 있었으며, 운동 중 회복기의 혈압 추정 정확도가 0.75 정도였던 다른 감지 방식보다 높은 최대 0.95의 결정계수를 나타내는 등 높은 신뢰성을 증명함.

이 연구는 일상 환경에서 고정밀, 비침습적, 연속 심혈관 모니터링을 위한 HS-PPG의 높은 잠재력을 강조함. 운동 유발 고혈압 실험에서 새롭게 확보한 데이터를 바탕으로, 웨어러블 초분광 PPG 센서가 신체 활동 중 혈압 모니터링과 회복기 추적에 중요한 도구가 될 수 있음을 입증함. 이는 초분광 PPG 기술이 동적이고 실시간 혈압 모니터링에서 핵심 역할을 할 수 있음을 보여주는 증거에 해당하며, 개인 맞춤형 디지털 헬스케어의 미래에 크게 기여할 것으로 기대됨.