스마트워치로 상완-발목 맥파전달속도를 추정할 수 있을까?

기본 정보

제목: Brachial-Ankle PWV Estimation from Wrist PPG/ECG
저자: (JMIR Biomedical Engineering 게재 저자)
저널: JMIR Biomedical Engineering
출판연도: 2025
DOI: 10.2196/58756
PMID: -
근거 수준: 횡단 연구

스마트워치에서 측정한 손목 PPG와 ECG 신호로부터 상완-발목 맥파전달속도(baPWV)를 추정하는 계층적 회귀 모델을 개발한 연구이다. 80명 남성과 82명 여성의 914개 PPG/ECG 시퀀스와 278개 baPWV 측정을 활용하여, 웨어러블에서 baPWV를 신뢰성 있게 추정한 최초의 연구이다.

1. 이 연구는 왜 필요했을까

상완-발목 맥파전달속도(baPWV)는 아시아 지역에서 특히 널리 사용되는 동맥 경직도 지표이다. 대규모 코호트 연구에서 심혈관 이벤트 예측에 유용한 것으로 입증되었으나, 측정에는 전용 장비가 필요하고 사지에 커프를 감아야 한다.

스마트워치에서 손목 PPG와 ECG를 동시 측정하는 것은 이미 가능하므로, 이 데이터만으로 baPWV를 추정할 수 있다면 일상에서 지속적으로 혈관 건강을 모니터링할 수 있게 된다. 이는 특히 한국, 일본 등 baPWV가 건강검진에서 널리 활용되는 국가에서 큰 실용적 가치를 가진다.

2. 어떻게 연구했을까

80명의 남성과 82명의 여성 참가자를 모집하여, 스마트워치에서 PPG와 ECG를 동시에 기록하면서 전용 장비로 baPWV를 측정하였다. 총 914개의 PPG/ECG 시퀀스와 278개의 baPWV 측정값을 수집하였다.

계층적 회귀 방법을 개발하였는데, 먼저 랜덤 포레스트로 baPWV 범위를 분류하고, 이어서 XGBoost로 각 범위 내에서 정밀한 회귀를 수행하는 2단계 접근이다. PPG와 ECG에서 다양한 시간 도메인 및 주파수 도메인 특징을 추출하여 모델에 입력하였다.

3. 무엇을 발견했을까

스마트워치 데이터만으로 baPWV 추정이 가능함을 입증하였다. 계층적 접근(분류 후 회귀)이 단일 회귀 모델보다 우수한 성능을 보였는데, 이는 baPWV 범위에 따라 PPG/ECG 특징과의 관계가 다르기 때문이다.

웨어러블에서 baPWV를 신뢰성 있게 추정한 최초의 연구로, 일상생활에서 스마트워치를 통한 혈관 건강의 장기 모니터링 가능성을 열었다.

다만 임상 적용을 위해서는 추가 검증이 필요하며, 현재 수준에서는 절대값보다는 개인 내 트렌드 변화를 추적하는 용도가 더 적합하다.

4. 우리 서비스에 어떻게 쓸까

제품 기능

한국 시장에서 baPWV는 건강검진 항목으로 친숙하므로, 스마트워치 기반 baPWV 추정 기능은 사용자에게 직관적으로 이해될 수 있다. 건강검진 결과와 연동하여 일상에서의 변화를 추적하는 기능을 고려할 수 있다. 다만 의료기기 규제를 감안하여, 참고용 건강 지표로 제공해야 한다.

콘텐츠 활용

"건강검진의 맥파전달속도, 스마트워치로 매일 확인할 수 있다면?"
"스마트워치 PPG와 ECG가 혈관 나이를 알려준다"
"baPWV: 한국에서 특히 중요한 혈관 건강 지표를 웨어러블로"

적용 시 주의사항

162명이라는 표본 크기는 양호하지만 대규모는 아니다. baPWV 추정의 정확도가 임상적 의사결정에 사용하기에 충분한지는 별도 평가가 필요하다. 트렌드 변화 감지 용도로 제한하는 것이 현실적이다.

5. 한계점

baPWV는 혈압에 크게 영향받는 지표이므로, 혈압 변동에 의한 baPWV 변화와 실제 혈관 구조 변화에 의한 변화를 구분하기 어렵다. 모델이 혈압 변화를 단순히 반영하는 것인지, 혈관 경직도 자체를 추정하는 것인지에 대한 추가 분석이 필요하다.

또한 스마트워치의 ECG와 PPG는 짧은 시간(30초 정도)의 정지 상태 측정인데, 기준 baPWV 측정과의 시간적 동기화가 완벽하지 않을 수 있다. 혈압의 시시각각 변동을 감안하면 이 비동기성이 결과에 영향을 미칠 수 있다.

마무리

이 연구는 스마트워치의 PPG/ECG 데이터로 baPWV를 추정할 수 있는 최초의 가능성을 보여주었다. 특히 baPWV가 건강검진에서 활발히 활용되는 아시아 시장에서 높은 실용적 가치를 가지며, 일상에서의 혈관 건강 장기 모니터링의 새로운 경로를 제시하였다.