PPG: 시계는 맥박을 어떻게 읽을까

광용적맥파(PPG) 센서는 피부에 빛을 비추고 되돌아오는 빛의 양을 측정합니다. 심장이 한 번 뛸 때마다 피부로 혈액이 밀려들어 빛이 조금 어두워지므로, 센서에는 박동마다 파형 하나가 보입니다. 시계는 이 파형의 타이밍으로 심박수, 심박변이도(HRV), 혈중 산소 등을 계산하며, 움직임, 약한 맥박, 느린 센서는 이 수치를 모두 어긋나게 할 수 있습니다.

목차 9개 섹션

핵심 정리

  • PPG는 광센서입니다. LED가 피부에 빛을 비추고, 포토다이오드가 심장이 뛸 때마다 생기는 반사광의 작은 출렁임을 측정합니다.
  • 맥파 하나에는 수축기 피크, 중복절흔, 이완기 피크가 있습니다. 동맥이 뻣뻣해지면 절흔이 메워지고, 나이가 들수록 더 느리고 둥근 파형이 흔해집니다.
  • 시계의 HRV는 맥박변이도(PRV)입니다. 안정 시에는 심전도로 잰 HRV에 가깝지만, 움직이거나 맥박이 약하면 어긋납니다.
  • 움직임, 차가운 손, 느슨한 스트랩, 짙은 문신 잉크, 낮은 샘플링 주파수는 PPG 측정이 틀어지는 흔한 이유입니다.
  • 같은 센서가 심박수, HRV, 혈중 산소, 호흡수, 불규칙한 리듬 알림에 쓰이며, 각각 한계가 다릅니다.

광용적맥파 PPG 피부에 빛을 비추고 박동마다 밀려드는 혈액의 맥을 감지하는 광학 방식입니다. 대부분의 스마트워치, 링, 휴대폰 카메라 앱이 이 방식으로 심박변이도(HRV)를 추정합니다. PPG 더 알아보기 (PPG) 센서는 시계 뒷면이나 링 안쪽에 있는 빛입니다. 피부에 빛을 비추고 되돌아오는 빛의 양을 측정하는데, 심장이 뛸 때마다 피부로 혈액이 조금 더 밀려들어 빛이 잠깐 어두워지므로 센서에는 박동마다 파형 하나가 보입니다. 심박수와 심박변이도(HRV)부터 혈중 산소, 불규칙한 리듬 알림까지 시계가 심장에 대해 알려 주는 모든 정보는 이 파형의 타이밍과 모양에서 시작합니다.

PPG 센서가 하는 일

PPG는 영어 photoplethysmography의 약자이며, 우리말로는 광용적맥파라고 합니다. ‘photo’는 빛, ‘plethysmo’는 부피를 뜻합니다. 하드웨어는 작습니다. 발광 다이오드(LED)가 조직에 빛을 비추고, 포토다이오드가 조직에서 나오는 빛을 측정합니다. 혈액은 빛을 흡수하므로 조직에 혈액이 많을수록 포토다이오드에 닿는 빛은 적어집니다(Allen, 2007).

부품을 배치하는 방식은 두 가지입니다.

  • 투과. LED와 포토다이오드가 손가락 끝이나 귓불의 양쪽에 놓입니다. 병원용 맥박 산소 측정기와 손가락 클립이 이런 방식입니다.
  • 반사. LED와 포토다이오드가 같은 면에 나란히 놓이고, 포토다이오드는 산란되어 다시 나오는 빛을 받습니다. 시계, 링, 휴대폰의 카메라와 플래시를 쓰는 방법이 이런 방식입니다(Allen, 2007).

빛의 색도 중요합니다. 적색광과 적외선은 조직 깊이 들어가며, 맥박 산소 측정기에 필요한 것이 이것입니다. 녹색광은 혈액에 강하게 흡수되어 깊이 들어가지 못하므로, 손목에서는 더 깨끗한 맥박 신호를 주고 움직이는 동안에도 더 잘 버팁니다. 대부분의 시계가 심박수를 잴 때는 뒷면이 녹색으로 빛나고, 혈중 산소를 잴 때만 적색광과 적외선으로 바뀌는 이유입니다(Castaneda 등, 2018; Charlton 등, 2023).

신호는 두 부분으로 이루어집니다. 되돌아오는 빛의 대부분은 DC 감속 능력 직전보다 느려진 모든 박동 둘레의 패턴을 평균해 구한, 심장이 느려지는 정도의 평균 크기(밀리초)입니다. 심근경색 이후에 쓰는 24시간 미주신경 지표입니다. 감속 능력 더 알아보기 성분이라고 부르는 일정한 수준입니다. 피부, 뼈, 늘 그 자리에 있는 혈액이 이 수준을 정합니다. 그 위에 박동마다 따라 움직이는 작은 출렁임이 얹혀 있는데, 이것이 AC 성분입니다. 이 출렁임은 전체의 작은 일부이기 때문에 센서의 전자 회로가 증폭해야 하고, 작은 방해에도 묻힐 수 있습니다(Allen, 2007).

맥파 하나의 모양

혈액이 많을수록 위로 향하도록 출렁임을 뒤집으면, 박동 하나는 다음과 같이 보입니다.

1 2 3 4 1.00 s
  1. 수축기 피크
  2. 중복절흔
  3. 이완기 피크
  4. 맥박 간 간격: 한 수축기 피크에서 다음 수축기 피크까지
PPG 센서에 보이는 맥파 두 개입니다. 심장이 한 번 뛸 때마다 수축기 피크(1)가 생기고, 하체에서 압력파가 반사되어 돌아오면서 중복절흔(2)과 더 작은 이완기 피크(3)가 이어집니다. 손목시계는 한 수축기 피크에서 다음 수축기 피크까지의 간격(4)을 재서 맥박 간 간격을 구합니다. 기록이 아닌 교육용 모델입니다.

맥파 두 개가 이어지는 부드러운 파형입니다. 각 맥파는 가파르게 올라 수축기 피크에 이르고, 중복절흔이라는 작은 골로 내려갔다가, 더 낮은 이완기 피크로 다시 올라간 뒤 처음 높이로 돌아옵니다. 두 수축기 피크 사이의 간격이 1.00초로 표시되어 있습니다.

박동마다 같은 세 가지 지점이 그려집니다(Elgendi, 2012).

  1. 수축기 피크. 심장이 수축하며 동맥을 따라 압력파를 보냅니다. 피부의 혈액량이 빠르게 올라 정점에 이릅니다.
  2. 중복절흔. 대동맥판막이 닫히고 심장에서 온 파동이 약해집니다. 혈액량이 줄어들기 시작합니다.
  3. 이완기 피크. 압력파가 갈라지는 지점과 하체에서 반사되어 돌아와, 혈액량이 가라앉기 전에 더 작은 두 번째 봉우리로 나타납니다.

알고리즘은 원래 곡선을 그대로 다루는 일이 드뭅니다. 곡선 위의 지점을 골라냅니다. 파형이 오르기 시작하는 시작점, 정점, 가장 가파른 상승 지점, 절흔과 이완기 피크의 시점과 높이입니다. 널리 쓰이는 한 방법은 파형의 이차 도함수를 구합니다. 그러면 완만한 굴곡이 a, b, c, d, e로 표시되는 뚜렷한 스파이크가 되고, 이 방법은 그 스파이크의 크기를 서로 비교합니다(Elgendi, 2012; Takazawa 등, 1998).

나이, 동맥 경직도, 체력에 따라 파형이 달라지는 방식

흥미로운 부분은 반사된 파동입니다. 탄력 있는 젊은 동맥에서는 압력파가 천천히 이동하므로 반사파가 늦게 돌아오고, 앞에 뚜렷한 절흔을 둔 별도의 이완기 봉우리로 나타납니다. 더 뻣뻣한 동맥에서는 파동이 더 빠르게 이동하고 반사파가 더 일찍 돌아와 주된 파동과 합쳐지며, 절흔이 메워집니다.

의사들은 웨어러블 기기가 나오기 훨씬 전에 이미 이를 알아챘습니다. 1973년 Dawber 연구진은 관상동맥 질환 연구에서 동맥 맥파를 뚜렷한 절흔이 있는 것부터 절흔이 전혀 없는 것까지 네 등급으로 나누었습니다(Dawber 등, 1973). 뚜렷한 절흔은 동맥이 건강하고 유순한 사람에서 흔히 보이는 소견입니다(Elgendi, 2012).

이후의 연구에서는 이를 수치로 나타냈습니다. Millasseau 연구진은 수축기 피크에서 이완기 피크까지의 시간을 재고, 그 사람의 키를 이 시간으로 나누어 경직도 지수를 구했습니다. 증상이 없는 성인 87명(21~68세)에서 이 지수는 나이가 들수록 높아졌고, 대동맥을 따라 압력파가 이동하는 속도, 곧 큰 동맥 경직도의 표준 지표와 함께 변했습니다. 이들은 이완기 봉우리의 높이를 수축기 피크에 대한 비율로 나타낸 반사 지수도 설명했는데, 이 지수는 동맥의 긴장도를 바꾸는 약물에 반응합니다(Millasseau 등, 2002; Millasseau 등, 2006). Takazawa 연구진은 대신 이차 도함수를 이용해 a부터 e까지의 스파이크를 합쳐 ‘노화 지수’ (b − c − d − e)/a를 만들었고, 이 값은 600명에서 나이가 들수록 높아졌습니다(Takazawa 등, 1998).

체력은 반대 방향으로 작용합니다. 2196세 건강한 자원자 146명에서 동맥 경직도는 나이가 들수록 높아졌지만, 어느 연령에서든 유산소 능력이 높은 사람이 더 낮았고, 지구력 훈련을 한 5475세 남성은 같은 나이의 운동하지 않는 남성보다 동맥이 덜 뻣뻣했습니다(Vaitkevicius 등, 1993). 다른 연구에서는 지구력 훈련을 한 중년·고령 남성의 중심 동맥이 같은 나이의 활동량이 적은 남성보다 유순도가 20%에서 35% 더 높았고, 운동을 하지 않던 남성 20명이 주로 걷기인 규칙적인 유산소 운동을 세 달 동안 하자 동맥 유순도가 비슷한 수준까지 올랐습니다(Tanaka 등, 2000).

주의할 점이 두 가지 있습니다. 이 체력 연구들은 시계가 아니라 목과 다리의 압력 센서와 초음파로 경직도를 직접 측정했습니다. 그리고 PPG 파형 지수는 동맥과 무관한 이유로도 달라집니다. 센서의 위치, 누르는 세기, 피부 온도, 주변광이 지수를 움직이고, 혈관에 작용하는 약물도 마찬가지입니다(Charlton 등, 2023; Millasseau 등, 2006). 이 지수는 집단을 설명하는 데는 좋습니다. 하지만 내 혈관 나이를 확인하는 검사는 아니며, 맥박의 모양만으로 내 동맥이 얼마나 단련되었는지 알려 주는 시계는 없습니다.

직접 해 보세요: 시계처럼 맥박 읽기

아래 대화형 그래프는 실제 기록이 아니라 교육용 모델입니다. 맥박 하나는 수축기 파동과 반사파를 각각 나타내는 종 모양 곡선 두 개의 합이며, 알고리즘을 시험하려고 합성 PPG를 만드는 표준적인 방법입니다(Tang 등, 2020). 그러면 간단한 검출기가 피크를 찾고, 피크 사이의 간격을 재고, 앱이 하는 것과 같은 방식으로 RMSSD를 계산합니다.

손목시계처럼 맥박 읽기

기록이 아닌 교육용 모델

검출된 간격 1010 · 1040 · 980 · 960 · 1010 · 1040 · 980 ms

맥박수
60 bpm
RMSSD, 측정값
45 ms
RMSSD, 실제 값
42 ms

100 Hz에서는 샘플이 10 ms 간격이고 검출기가 모든 박동을 찾아내서, RMSSD가 45 ms로 나옵니다. 모델의 실제 값 42 ms와의 차이는 3 ms 이내입니다.

중복절흔이 뚜렷하고 이완기 파형이 따로 보입니다(반사 지수 0.50). 탄력 있는 동맥의 모습입니다.

JavaScript를 켜면 슬라이더가 작동합니다.

가상의 맥박 신호 8초를 손목시계가 읽는 방식으로 읽은 것입니다. 눈금은 간단한 검출기가 찾은 맥박을 나타내고, 아래 그래프는 맥박 사이의 간격을 보여 줍니다. 점선은 모델의 실제 간격입니다. 슬라이더를 움직여 동맥 경직도, 약한 신호, 움직임, 낮은 샘플링 주파수가 수치에 어떤 영향을 주는지 확인하세요. 기록이 아닌 교육용 모델입니다.

심장 박동마다 봉우리가 하나씩 있는 합성 PPG 신호 8초를 보여 주는 선 그래프입니다. 짧은 눈금이 검출된 맥박을 나타냅니다. 두 번째 그래프는 검출된 맥박 사이의 간격을 선으로, 모델의 실제 간격을 점선으로 보여 줍니다. 수치 표시에는 맥박수, 검출된 간격의 RMSSD, 실제 RMSSD가 나오고, 그 뒤에 차이가 있다면 그 이유를 설명하는 문장과 각 맥박의 모양을 설명하는 문장이 이어집니다. 슬라이더 다섯 개로 동맥 경직도, 심박수, 신호 세기, 움직임, 샘플링 주파수를 조절하고, 확인란으로 샘플 사이 보간을 켜고 끌 수 있습니다.

다음 설정을 차례로 해 보세요. 동맥 경직도를 높이면 절흔이 사라지는 것을 볼 수 있습니다. 차가운 손이 그러듯, 검출기가 박동을 놓칠 때까지 신호 세기를 낮춰 보세요. 움직임을 더하면 간격이 크게 흔들립니다. 그다음 샘플링 주파수를 25 Hz로 설정해 보세요. 모든 박동을 여전히 찾아내지만 RMSSD는 달라집니다. 각 피크의 시점을 가장 가까운 40 ms 단위로만 알 수 있기 때문입니다.

HRV와 꼭 같지는 않은 맥박변이도(PRV)

엄밀히 말해 HRV는 심전도( ECG 심전도(ECG) 피부에 붙인 전극으로 심장의 전기 활동을 기록한 것입니다. 심전도로 구한 RR 간격이 심박변이도(HRV) 측정의 기준 방법입니다. 심전도(ECG) 더 알아보기 )에서 심장의 전기 신호를 R 피크 사이의 간격으로 재서 구합니다. PPG 센서는 박동이 내보내는 압력파를 보는데, 이 파동이 손목이나 손가락에 닿는 데는 시간이 걸립니다. 맥파 전달 시간이라고 부르는 이 지연은 일정하지 않습니다. 혈압, 자세, 동맥의 긴장도에 따라 달라지고 호흡할 때마다 조금씩도 달라집니다. 그래서 두 맥파 사이의 간격은 두 심장 박동 사이의 간격에 전달 시간의 변화를 더한 것이 되고, 시계에서 측정한 변동은 HRV가 아니라 맥박변이도 맥박변이도 스마트워치, 링, 휴대폰 카메라가 광학 방식으로 재는 맥박 사이 시간의 변이입니다. 안정 시에는 심박변이도(HRV)와 가깝게 따라가지만 움직이는 동안에는 벗어납니다. 맥박변이도 더 알아보기 (PRV)입니다(Mejía-Mejía 등, 2020; Yuda 등, 2020).

실제로는 가만히 있을 때 둘이 잘 일치합니다. PPG와 심전도를 비교한 연구를 검토한 리뷰에서는 안정 시 PRV가 HRV를 대신할 만하다고 보았고, RMSSD RMSSD 연속한 NN 간격 차이의 제곱평균제곱근. 심장 박동 간격이 다음 간격과 얼마나 다른지를 밀리초 단위로 나타내는 심박변이도(HRV) 지표이며, 주로 미주신경 활동을 반영합니다. RMSSD 더 알아보기 같은 단기 지표가 조금 높게 나오는 경향이 있었는데 저자들은 이를 호흡이 순환에 미치는 영향 때문으로 보았습니다. 신체 활동 중과 일부 정신 과제 중에는 일치도가 훨씬 나빠졌고, 때로는 받아들일 수 없는 수준이었습니다(Schäfer와 Vagedes, 2013). Yuda 연구진은 한발 더 나아가, PRV에는 혈관에 대한 추가 정보가 들어 있으므로 HRV의 복사본이 아니라 별도의 지표로 다루어야 한다고 주장합니다(Yuda 등, 2020).

내 추세로 보면 이는 두 가지를 뜻합니다. 성능이 좋은 시계, 링, 카메라 앱으로 안정 시에 측정한 값은 내 HRV의 괜찮은 추정치입니다. 그리고 같은 박동을 재더라도 시계와 가슴 스트랩이 밀리초 단위까지 일치하는 일은 없습니다.

PPG 측정이 틀어지는 경우

PPG의 모든 수치는 올바른 피크를 올바른 시점에 찾는 데 달려 있습니다. 이것이 틀어지는 흔한 경우는 다음과 같습니다.

움직임

팔을 움직이면 센서가 피부에서 밀리고 혈액이 출렁여, 맥박보다 훨씬 큰 진동이 신호에 더해집니다. 53명이 기기 여섯 개를 착용한 연구에서 심박수 오차는 활동 중에 안정 시보다 평균 30% 컸고, 활동의 종류와 기기 모델이 가장 큰 차이를 만들었습니다(Bent 등, 2020). 리듬이 있는 움직임이 최악인 이유는 분당 160걸음의 보행 리듬이 분당 160회의 심박수처럼 보이기 때문입니다(Zhang 등, 2015).

약한 맥박: 차가운 손과 낮은 관류

추우면 피부의 작은 혈관이 좁아져 센서에 닿는 혈액이 줄어듭니다. 그러면 출렁임은 작아지고 센서 자체의 잡음은 그대로입니다. Allen의 리뷰는 피부 온도와 관류를 맥파의 크기를 바꾸는 주된 요인 가운데 두 가지로 꼽습니다(Allen, 2007). 추운 방에서 카메라로 측정하면 아예 실패할 수 있습니다.

접촉 압력과 주변광

센서는 평평하고 단단하게 닿아야 합니다. 너무 헐거우면 LED의 빛이 새어 나가고 햇빛이 들어오며, 스트랩이 움직일 때 신호에 드리프트가 생깁니다. 너무 조이면 압력이 작은 혈관을 눌러 맥박이 납작해집니다(Allen, 2007; Charlton 등, 2023).

피부색과 문신

멜라닌은 빛을 흡수하므로 피부색이 어두울수록 되돌아오는 빛이 적습니다. 이것이 측정값을 바꾸는지는 심박수에 대해 가장 많이 연구되었으며, 근거는 엇갈립니다. 위의 53명 연구는 피부색을 측정했고 피부색에 따른 심박수 정확도에서 통계적으로 유의한 차이를 찾지 못했습니다(Bent 등, 2020). 2023년의 체계적 문헌고찰은 모두 469명이 포함된 연구 열 편을 찾았는데, 네 편은 어두운 피부에서 정확도가 낮다고 보고했고, 네 편은 영향이 없었으며, 두 편은 결과가 엇갈렸고, 가장 어두운 피부를 가진 사람은 거의 검사되지 않았습니다(Koerber 등, 2023). 혈중 산소는 더 분명한 이야기입니다. 미국 한 병원의 기록에서 맥박 산소 측정기가 92%에서 96%를 나타냈을 때 혈액 검사에서 산소가 88% 미만으로 나온 경우는 흑인 환자의 측정에서 11.7%, 백인 환자에서 3.6%였고, 여러 병원의 데이터에서는 17.0%와 6.2%였습니다(Sjoding 등, 2020). 시계의 SpO2는 대략적인 참고 수치로 보고, 심박수를 더 믿을 만한 수치로 보세요.

짙은 문신 잉크도 빛을 흡수합니다. Apple도 자체 안내에서 일부 문신의 잉크, 무늬, 채도가 센서의 빛을 차단해 측정값을 신뢰할 수 없게 만들 수 있다고 합니다(Apple Support).

샘플링 주파수와 보간

센서는 초당 정해진 횟수만큼 빛을 읽습니다. 초당 25회 샘플링하면 피크의 위치를 가장 가까운 40 ms 단위로밖에 정할 수 없는데, HRV는 수십 밀리초 정도의 차이로 계산됩니다. 10 kHz로 기록한 PPG를 낮춰 샘플링한 예비 연구에서 PRV 지표는 25 Hz 이상에서는 심전도 HRV와 유의한 차이가 없었고, RMSSD는 15 Hz 이하에서 차이가 나기 시작했습니다(Choi와 Shin, 2017). 오 분 길이의 기록 57건을 분석한 2021년 연구는 한계를 더 높게 잡았습니다. SDNN과 RMSSD는 보간 없이는 초당 50회까지, 샘플 사이에서 피크 위치를 보간하면 초당 10회와 20회까지 1 kHz 값에서 5% 이내를 유지했습니다(Béres와 Hejjel, 2021). 센서가 얼마나 자주 샘플링하는지 밝히는 제조사는 많지 않습니다.

추가 박동과 심방세동

조기 박동은 정상 박동보다 적은 혈액을 내보내므로 맥파가 작아서 검출기가 놓치는 경우가 많습니다. 그러면 기록기는 짧은 간격 두 개 대신 긴 간격 하나를 보게 됩니다. HRV 표준은 어떤 HRV 수치든 계산하기 전에 추가 박동과 그 주변의 간격을 제거해야 한다고 말하는데(유럽심장학회와 북미 심박조율·전기생리학회의 태스크포스, 1996), 박동 하나가 잘못 놓여도 결과가 달라질 수 있기 때문입니다(Laborde 등, 2017). 심방세동에서는 박동마다 간격이 불규칙하고 PRV는 평소의 의미를 잃습니다. 아래에서 설명하는 시계의 알림이 찾는 것이 바로 이 불규칙성입니다.

시계가 PPG로 계산하는 것

하나의 신호가 여러 수치로 쓰입니다. 아래의 알고리즘은 각각 고유한 방법과 한계가 있습니다.

박동 검출과 심박수. 가장 단순한 방법은 피크나 시작점을 하나씩 찾아 세는 것입니다. 운동 중에는 많은 시계가 주파수 방식으로 바꿉니다. 몇 초 동안의 신호에서 가장 강한 규칙적 리듬을 찾고, 가속도계를 사용해 걸음과 박자가 같은 리듬을 상쇄합니다. 이런 방식으로 잘 알려진 TROIKA는 최대 시속 15 km로 달리는 12명에서 평균 오차가 분당 2.34회였습니다(Zhang 등, 2015). 심박수는 PPG 수치 중에서 크게 틀리기 가장 어려운 값입니다. 피크 하나가 틀려도 10초 평균은 거의 움직이지 않기 때문입니다.

HRV, 정확히는 PRV. 앱은 피크 사이의 간격을 목록으로 만들고, 틀려 보이는 간격은 버린 뒤, RMSSD 같은 공식을 적용합니다. 피크 하나의 시점이 어긋나면 RMSSD가 크게 달라지므로 대부분의 제조사는 수면 중에 측정하고 움직임이 있는 구간은 제외합니다. 공식은 HRV 측정 방법에서 볼 수 있습니다.

혈중 산소(SpO2). 산소가 많은 혈액과 적은 혈액은 적색광과 적외선을 다르게 흡수합니다. 센서는 두 색에서 맥박 출렁임의 크기를 비교하는데, 이를 ‘비율의 비율’이라고 하며, 자원자에게서 얻은 곡선으로 이를 퍼센트로 바꿉니다(Allen, 2007). 위에서 말한 피부색 편향은 이 단계에서 생깁니다.

호흡수 호흡수 분당 호흡 횟수입니다. 호흡수만으로도 심박변이도(HRV)가 달라집니다. 더 느리고 깊게 쉬면 박동 간 흔들림이 커지고, 분당 약 9회보다 느려지면 이 흔들림이 HF 대역에서 LF 대역으로 옮겨 갑니다. 호흡수 더 알아보기 . 호흡은 PPG에 세 가지 흔적을 남깁니다. 신호의 기저선이 오르내리고, 맥박이 커졌다 작아지고, 맥박 사이 간격이 길어졌다 짧아집니다. 알고리즘은 이 중 하나 이상을 뽑아 주기를 셉니다. 움직임과 센서의 접촉 불량은 알고리즘이 의존하는 신호를 망가뜨리며, 일상생활 중인 사람의 데이터로 시험된 알고리즘은 많지 않습니다(Charlton 등, 2018).

불규칙한 리듬 알림. 시계는 백그라운드에서 맥박 사이의 간격을 확인해 심방세동의 혼란스러운 양상이 있는지 보고, 여러 번의 확인이 일치하면 알림을 보냅니다. 419,297명이 참여한 Apple Heart Study에서는 0.52%가 중앙값 117일의 기간 동안 알림을 받았습니다. 이후 판독 가능한 심전도 패치를 돌려보낸 450명 중 34%에서 패치에 심방세동이 나타났고, 패치를 붙이고 있는 동안 새 알림이 오면 그 시점에 심전도에서 심방세동이 확인된 비율은 84%였습니다(Perez 등, 2019). 455,699명이 참여한 Fitbit Heart Study에서는 1%가 알림을 받았습니다. 판독 가능한 패치를 돌려보낸 1,057명 중 32.2%에서 패치에 심방세동이 나타났고, 패치를 붙이는 동안 새로 뜬 알림은 98.2%의 경우에 심전도의 심방세동과 일치했습니다(Lubitz 등, 2022). 알림은 심전도 검사를 받아 보라는 신호이지 진단이 아니며, 알림이 없다고 해서 안심해도 된다는 뜻은 아닙니다.

커프 없는 혈압 측정. 방법은 두 가지입니다. 하나는 가슴의 심전도 스파이크와 손목의 PPG 피크처럼 두 지점 사이에서 압력파가 이동하는 시간을 재는 것입니다. 더 뻣뻣하고 압력이 높은 동맥은 파동을 더 빨리 전달하므로 전달 시간이 짧으면 혈압이 더 높다는 것을 시사하지만, 사람마다 커프로 보정해야 하고 기기도 때때로 다시 보정해야 합니다(Mukkamala 등, 2015). 다른 하나는 PPG 파형 하나의 모양을 읽는 것입니다. 커프 없는 기기에 대한 IEEE 표준이 2014년부터 있으며(IEEE 1708), 혈압이 오르고 내리는 구간에 걸친 시험을 요구하기는 하지만, 전문가들은 이 표준이 그런 변화를 만들어 내는 방법을 정하지 않아서 기기가 중요한 종류의 변화를 따라가는지 보여 주지 않고도 통과할 수 있다고 지적했습니다(Mukkamala 등, 2021). 유럽고혈압학회는 이런 기기가 제대로 된 검증을 통과하기 전에는 임상적 판단에 쓰지 말아야 한다고 합니다(Stergiou 등, 2022).

‘혈관 나이’와 스트레스 점수. 일부 앱은 경직도 지수, 반사 지수, 이차 도함수 노화 지수를 혈관 나이로 바꾸거나, PRV를 다른 신호와 섞어 스트레스 점수를 만듭니다. 위의 연구가 보여 주듯 이 지수는 집단에서는 나이와 함께 변합니다. 하지만 한 사람의 점수가 의미가 있는지는 검증되지 않았고, 같은 사람도 센서를 더 세게 누르거나 손을 따뜻하게 하면 혈관 나이가 달라질 수 있습니다. 흥밋거리로 보세요.

HRV를 위한 PPG, 심전도, 가슴 스트랩

손목 또는 링 PPG휴대폰 카메라 PPG가슴 스트랩(심전도)
타이밍을 재는 대상피부의 맥파손가락 끝의 맥파심장의 전기적 R 피크
지표PRVPRVHRV
측정 시점수면 중 또는 단발 측정직접 시작하는 측정직접 시작하는 측정
초당 샘플 수거의 공개되지 않음카메라의 프레임률, 보통 30 또는 60250–1,000, 심전도 표준이 권하는 범위
안정 시심전도에 가까움29명 연구에서 심전도에 가까움집에서 쓰는 기준
움직일 때신뢰하기 어려움사용할 수 없음스트랩이 젖어 있고 몸에 꼭 맞으면 양호
추가 박동 이소성 박동 심장의 자체 박동 조율기 밖에서 시작해 대개 정해진 때보다 일찍 나타나는 심장 박동입니다. 흔하지만, 제거하거나 보정하지 않으면 심박변이도(HRV)를 왜곡합니다. 이소성 박동 더 알아보기 자주 놓침자주 놓침보이고 제거할 수 있음

심전도 표준은 초당 250~500회 이상의 샘플링을 요구하며, 낮은 주파수는 보간을 했을 때만 받아들입니다(Task Force, 1996). 카메라 수치는 일반적인 휴대폰 프레임률이며, 안정 시 29명을 대상으로 한 연구에서 카메라 앱의 RMSSD는 심전도와 매우 가깝게 일치했습니다(Plews 등, 2017). 세 방식 모두에서 기준은 여전히 여러 개의 유도를 쓰는 임상 심전도입니다. 기기별 근거는 Oura·Whoop·Garmin·Apple의 HRV 페이지에서 볼 수 있습니다.

광학 방식의 대가가 얼마나 큰지는 수치에 따라 다릅니다. 맥박마다 생기는 작은 타이밍 오차는 RMSSD, pNN50 pNN50 이웃한 NN 간격 중 차이가 50밀리초보다 큰 것의 백분율입니다. RMSSD처럼 빠르고 미주신경이 주도하는 변화를 따라가지만, 크기가 아니라 비율로 나타냅니다. pNN50 더 알아보기 , HF 파워 HF 파워 0.15~0.40 Hz 대역, 곧 일반적인 호흡 범위에 들어가는 심장 박동 간격의 분산이며 단위는 ms²입니다. 호흡이 분당 9~24회일 때는 주로 미주신경 활동을 반영합니다. HF 파워 더 알아보기 같은 박동 간 지표에 더해지는 반면 평균 심박수는 거의 달라지지 않습니다. 시계일까, 가슴 스트랩일까? PPG와 HRV 수치 페이지는 오차의 원인을 하나씩 짚고, 지표별 비교표를 제공하며, 같은 박동의 시점을 심전도와 PPG 센서로 각각 재 보는 대화형 그래프를 담고 있습니다.

내 측정값에 이것이 의미하는 것

  • PPG 기기는 그 기기끼리만 비교하세요. PPG 기기의 HRV는 자체 일정과 자체 필터로 측정한 PRV이므로 스트랩이나 다른 시계와는 맞지 않습니다. 한 가지 예는 기기마다 HRV가 다른 이유 레슨에서 다룹니다.
  • 직접 시작하는 측정은 가만히, 따뜻한 상태에서 하고, 제조사가 안내하는 대로 스트랩을 꼭 맞되 조이지 않게 착용하세요(Apple Support). 방법은 좋은 HRV 측정 방법 레슨에 있습니다.
  • 낮 동안의 단발 측정보다 수면 중 측정을 더 믿으세요. 가만히 있는 시간에 검출기가 가장 잘 작동합니다.
  • 갑자기 이상한 값이 나오면 먼저 센서 문제로 보세요. 움직임, 차가운 손, 놓친 박동이 대부분을 설명합니다.
  • 심박수는 믿고 쓰고, HRV는 추세로 보고, SpO2는 대략적인 참고로 삼고, 혈관 나이와 스트레스 점수는 재미로 보는 정도로 여기세요.
  • 불규칙한 리듬 알림이 오면 심전도 검사를 받으러 의사를 찾아가세요. 증상이 있다면 알림이 없다는 것을 안심의 근거로 삼지 마세요.
  • 집에서 심전도 수준의 HRV를 원한다면 가슴 스트랩과 무료 앱으로 가능합니다. 손목 HRV는 가슴 스트랩만큼 정확할까? 페이지와 휴대폰 카메라로 HRV를 측정할 수 있을까? 페이지를 참고하세요.

자주 묻는 질문

시계의 HRV는 정확한가요?

안정 시나 수면 중에는 대개 가깝습니다. 광센서와 심전도를 비교한 연구에서는 가만히 있을 때 일치도가 좋았고, 단기 변동이 조금 높게 나오는 경향이 약간 있었습니다. 움직이는 동안에는 일치도가 무너질 수 있어서, 대부분의 시계는 수면 중에 HRV를 측정합니다.

시계의 HRV가 가슴 스트랩과 다른 이유는 무엇인가요?

세 가지 이유가 있습니다. 스트랩은 심장의 전기 신호 피크의 타이밍을 재지만, 시계는 일 초도 안 되는 시간 뒤에 손목에 도착하는 맥파의 타이밍을 재며, 이 지연은 박동마다 조금씩 달라집니다. 또 시계는 신호를 더 드물게 샘플링하므로 각 맥박의 시점이 더 크게 반올림됩니다. 그리고 둘은 보통 서로 다른 시간에 측정하며 다른 공식을 쓸 수 있습니다.

카메라로 HRV를 측정할 수 있나요?

네, 안정 시에는 가능합니다. 카메라 렌즈에 손가락 끝을 대고 플래시를 켜면 PPG 신호를 얻을 수 있습니다. 가만히 앉아 있는 건강한 29명을 대상으로 한 연구에서 스마트폰 카메라 앱의 RMSSD는 심전도와 매우 가깝게 일치했습니다. 가만히 있어야 하고 몸이 따뜻해야 하며, 결과는 앱마다 다릅니다.

피부색이 시계의 측정값에 영향을 주나요?

심박수에 대해서는 근거가 엇갈립니다. 2023년에 작은 연구 열 편을 검토한 리뷰에서는 네 편이 어두운 피부에서 정확도가 낮다고 보고했고, 네 편은 영향이 없었으며, 두 편은 결과가 엇갈렸습니다. 가장 어두운 피부를 가진 사람은 거의 검사되지 않았습니다. 혈중 산소의 경우 병원용 맥박 산소 측정기가 흑인 환자에서 낮은 산소 수치를 더 자주 놓친다는 것이 확인되었으므로, 시계의 SpO2는 대략적인 참고 수치로 보세요.

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