KR100858668B1 - 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체착용수단과, 인체착용수단의 배면에 수축 및 팽창이 가능하도록 마련되는 에어챔버와, 에어챔버에 에어를 공급하는 에어공급수단과, 에어챔버의 압력을 측정하여 전기적인 신호로 출력하는 압력검지수단과, 압력검지수단으로부터 출력되는 신호를 수신받아 수면자의 코골이 또는 무호흡 감지시 에어공급수단이 에어챔버에 에어를 공급하도록 하여 수면자의 자세를 변화시키는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 수면자에 의해 가압되는 에어챔버내의 압력변화를 통해 수면자의 코골이 또는 무호흡 여부를 정확하게 판단할 수 있고, 수면자의 코골이 또는 무호흡시 에어챔버의 팽창에 의해 코골이 또는 무호흡을 멈추도록 수면 자세를 각성없이 자연스럽게 변화시키며, 이로 인해 수면자에게 숙면을 유지토록 함과 아울러 수면시 무호흡증 등의 호흡장애를 방지하고, 에어챔버가 배면에 마련되는 인체착용수단을 수면자가 착용하게 됨으로써 수면중의 위치나 자세 변화에도 불구하고 코골이 또는 무호흡 방지를 위한 동작의 신뢰성이 뛰어나고, 팽창된 에어챔버가 원상태로 수축됨으로써 수면자에게 편안한 자세로의 복귀를 가능하도록 하며, 동작시 소음을 억제하여 수면 방해를 최소화하는 효과를 가지고 있다.

코골이, 무호흡, 인체착용수단, 에어챔버, 압력검지수단, 제어부

Description

수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법{APPARATUS FOR PREVENTING FROM SLEEPING RESPIRATORY OBSTRUCTION AND METHOD USING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 인체의 상기도에 대한 폐쇄현상을 설명하는 도면이고,

도 2는 종래의 일실시예에 따른 코골이 방지 장치의 요부를 도시한 도면이고,

도 3a 내지 도 3c는 종래의 다른 실시예에 따른 코골이 방지 장치를 도시한 도면이고,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치를 도시한 정면도 및 배면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치를 도시한 구성도이고,

도 6은 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 방법을 도시한 흐름도이고,

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 인체착용수단 111 : 전면부

112 : 배면부 113 : 패스너

120,130 : 에어챔버 121,131 : 에어공급라인

122,132 : 3방향밸브 140 : 에어공급수단

150 : 압력검지수단 160 : 제어부

161 : 대역통과필터 170 : 메모리부

180 : 디스플레이부 190 : 출력부

210 : 콘트롤박스

본 발명은 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수면자의 코골이 또는 무호흡 여부를 정확하게 판단하여 수면자가 코골이 또는 무호흡을 멈출 수 있도록 수면 자세를 각성없이 자연스럽게 변화시키고, 이러한 자세 변화가 수면자의 무의식에 의한 움직임에도 불구하고 정확하게 이루어지도록 하는 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수면 호흡장애로 분류되는 습관성 코골이와 수면 무호흡증 및 상기도 저항 증후군은 수면중 상기도(上氣道)의 반복적인 폐쇄를 특징으로 하는 질환으로서, 이는 야간의 수면 효율을 저하시켜 깊은 수면을 방해하고, 특히 혈중 산소포화도를 낮추는 결과를 초래한다[Chokroverty S. (1994) Sleep Disorder Medicine. Butterworth-Heinemann].

이러한 수면 호흡장애는 주간의 졸리움, 집중력 감소, 기억력 저하, 학습능력 저하 및 만성피로 등을 유발하고, 산업현장 및 작업장에서의 안전사고, 운전 중의 졸음운전으로 인한 교통사고 등을 야기시킴으로써 사회·경제적으로 큰 손실을 가져오고 있다.

최근에는 이러한 수면 호흡장애가 비만, 고혈압, 당뇨, 치매, 심혈관계 질환, 심장마비, 성기능 감퇴, 뇌혈관 질환, 중풍, 및 신진대사 증후군의 발생과 매우 밀접한 관계가 있다는 연구 결과들이 보고되고 있다[Prospective study of the association between sleep-disordered breathing and hypertension. N Engl Med 2000;342:1378-1384].

이와 같은 인체의 상기도에 대한 폐쇄현상을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 상기도(4)의 정상적인 모습에서는 기관지 및 폐(미도시)로 공급되는 공기가 유입될 수 있도록 상기도(4)가 충분히 확보되나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 수면 무호흡 상태에서는 연조직(6)의 자체 중량과 혀(7)의 중량으로 인한 연조직(6)의 압박으로 구개(8)의 후두부측으로부터 연장된 연조직(6)이 상기도(4)를 폐쇄하게 된다.

이러한 상기도(4)의 폐쇄 현상은 수면 중에 앙와위(仰臥位)로 누워있을 때 더욱 심해지고, 상기도(4)가 폐쇄되면 수면 중에 호흡이 멈추어지거나 곤란해지는 수면 무호흡증을 유발시키며, 상기도(4)가 부분적으로 패쇄될 때 코골이 현상이 발생한다.

이와 같은 코골이나 수면 무호흡증을 치료하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있다.

대표적으로, 수면 중에 기능성 베개를 사용하여 수면 호흡장애를 치료하고자 하는 시도가 있으며, 주로 측위 또는 두위를 높여주는 등의 체위보정을 통한 수면 호흡장애를 방지하는 베개가 개발되어 있다.

최근에는 미국 우주 항공국(NASA) 과학자들이 발명한 중합체 폼 제품인, "메모리 폼"이 수면 호흡장애 방지 베개로서 상업적으로 판매되고 있으며, 이것은 신체에 전달되는 하중과 충격을 흡수하고, 하중이 완화되었을 때 원래 형상으로 되돌아가는 성질을 가진 인체공학적 디자인의 베개이나, 코골이나 수면 무호흡증에 큰 효과를 가져다 주지는 못하고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법이나 장치가 많이 개발되고 있으며, 이를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 일실시예에 따른 코골이 방지 장치는 대한민국 특허청에 출원하여 등록된 등록실용신안 제20-0236225호의 "코골이를 감지하여 코골이 방지용 베개를 구동하는 장치"로서, 코골이 및 각종 잡음을 입력시켜 원하는 코골이 신호를 출력하는 코골이신호감지부(10), 코골이신호감지부(10)로부터 인가되는 신호를 분석하여 코골이신호인 것이 확인되면 회전모터구동부(40)를 작동시키는 제어부(30), 제어부(30)로부터 인가되는 신호를 저장하거나 제어부(30)로 출력시키는 메모리부(60), 제어부(30)로부터 인가되는 신호에 의해 회전모터(42)가 구동됨으로써 자세변형플레이트(46)가 동작을 하여 베개의 형상이 변하도록 하는 회전모터구동부(40)로 이루어지는 코골이 방지용 베개를 구동하는 장치에 있어서, 제어부(30)는 코골이신호감지부(10)로부터 인가되는 코골이신호 및 잡음신호를 신호처리하여 최종데이터를 산출하고, 최종 데이터가 문턱치값보다 큰 값을 지속적으로 갖는 지속시간을 산출하여 설정시간과 비교한 후 크면 지속시간동안 존재하는 최대점개수를 산출하고, 최대점개수가 설정된 최대점개수보다 크면 코골이신호로 판단하여 코골이신호가 선택된 횟수만큼 감지되면 회전모터구동부(40)에 구동신호를 인가하여 회전모터(42)를 구동시키도록 하는 장치이다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 종래의 다른 실시예에 따른 코골이 방지 장치는 대한민국 특허청에 출원하여 등록된 등록실용신안 제20-0395890호의 "코골이 경감 장치"로서, 수면자의 호흡을 검출하고 코골이 감지시 내부에 주입되는 공기에 의해 팽창하여 수면자의 수면 자세를 고쳐주는 에어 패드(air-pad)(71)와, 에어 패드(71)에 결합되어 검출된 호흡을 후단으로 전달해 주며 공기의 주입 및 배출 통로 역할을 담당하는 에어 튜브(72)와, 에어 튜브(72)로 전달되는 호흡을 전기적인 신호로 변환하는 센서와, 센서로부터 출력되는 호흡 감지신호를 전치 증폭하는 전치 증폭기와, 전치 증폭기에서 출력되는 호흡 감지신호를 복수의 대역별로 필터링하여 심박/호흡/코골이 판단용 신호로 출력하는 대역 필터부와, 기능 및 모드 변환 신호를 입력하기 위한 기능 입력부와, 기능 입력부에서 입력된 신호에 대응하여 a) 전치 증폭기 및 대역 필터부로부터 각각 획득되는 신호로 코골이 와 무호흡 여부를 판단하고, b) 호흡 상태를 표시토록 제어하며, c) 코골이로 판단되면 에어 패드를 팽창시키기 위한 공기 주입 신호를 발생하고, d) 에어 패드 팽창 후 코골이 가 감지되지 않으면 설정 시간 후에 에어 패드에 유입된 공기를 배기토록 제어신호를 발생하는 중앙처리장치(73)와, 중앙처리장치(73)로부터 출력되는 상태 표시 제어신호에 따라 수면자의 호흡 상태, 심박 상태 등을 화면에 표시해 주는 디스플레이와, 중앙처리장치(73)로부터 출력되는 발광다이오드 제어신호와 공기 주입 제어신호 및 배기 제어신호를 각 대상 구동신호로 출력하는 구동부와, 구동부에서 출력되는 발광다이오드 구동신호에 따라 전원 공급 여부와 기능 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 발광다이오드(LED)와, 구동부에서 출력되는 공기 주입 신호에 따라 에어 패드(71)에 공기를 주입하는 펌프를 구동시키는 모터와, 구동부에서 출력되는 배기 제어신호에 따라 배기 밸브를 개폐하는 배기 솔레노이드를 포함하여 구성된 것입니다.

이와 같이, 도 2의 종래 일실시예에 따른 코골이 방지 장치는 코골이를 감지하여 코골이로 판단되면 자동으로 코골이 방지용 베개를 구동시켜서 베개가 일측으로 경사지게 함으로써 코골이를 하지 않도록 해주는 장치이다. 그러나, 이러한 종래 일실시예에 따른 코골이 방지 장치는 코골이를 감지한 후에 코골이 방지용 베개가 기울어진 상태에서 사용자가 수동으로 리셋시키기 이전에는 원상 복귀가 불가능하고, 수면자가 수면중에 움직임이나 위치변경에 의하여 베개로부터 이탈할 경우 코골이 방지가 어렵게 되는 동작의 신뢰성에 문제가 있으며, 캠과 플레이트의 기계적 마찰에 의하여 소음이 발생하여 수면자의 숙면에 오히려 방해가 되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 도 3a 내지 도 3c의 종래 다른 실시예에 따른 코골이 방지 장치는 에 어 패드(71)를 사용하여 자세 변환을 유도하지만 중앙에 위치한 에어 패드(71)의 팽창으로 수면자가 불편함을 느끼고 수면자 스스로 자세를 바꾸는 형태이기 때문에 능동형이 아닐 뿐만 아니라 수면자를 깨우게 되어 숙면에 방해를 초래하며, 수면자가 수면시 움직임이나 위치 변경시 에어 패드(71)의 팽창부위로부터 벗어나게 되는 경우 이러한 자세 변화마저 유도할 수 없어서 이 역시 동작의 신뢰성에 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 수면자의 코골이 또는 무호흡 여부를 정확하게 판단하여 수면자가 코골이 또는 무호흡을 멈출 수 있도록 수면 자세를 각성없이 자연스럽게 변화시키고, 이러한 자세 변화가 수면자의 무의식에 의한 움직임에도 불구하고 정확하게 이루어지도록 하며, 이로 인해 수면자의 숙면을 유지함과 아울러 수면 무호흡증과 같은 호흡장애를 방지하는 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 수면자의 코골이 또는 무호흡을 방지하는 장치로서, 수면자에 착용되는 인체착용수단과, 인체착용수단의 배면에 수축 및 팽창이 가능하도록 마련되는 에어챔버와, 에어챔버에 에어를 공급하는 에어공급수단과, 에어챔버의 압력을 측정하여 전기적인 신호로 출력하는 압력검지수단과, 압력검지수단으로부터 출력되는 신호를 수신받아 수면자의 코골이 또는 무호흡 감지시 에어공급수단이 에어챔버에 에어를 공급하도록 하여 수면자의 자세를 변화 시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 배면에 수축 및 팽창이 가능한 에어챔버가 마련되는 인체착용수단을 착용한 수면자의 코골이 또는 무호흡을 방지하는 방법으로서, 에어챔버에 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계와, 수면자의 체중이 가해지는 에어챔버의 압력을 측정하는 단계와, 측정되는 압력으로부터 생체신호를 추출하는 단계와, 생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되는지를 판단하는 단계와, 생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되면 에어챔버에 에어를 공급하여 팽창시킴으로써 수면자의 자세를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치를 도시한 정면도 및 배면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치(100)는 수면자에 착용되는 인체착용수단(110)과, 인체착용수단(110)의 배면에 마련되는 에어챔버(120,130)와, 에어챔버(120,130)에 에어를 공급하는 에어공급수단(140)과, 에어챔버(120,130)의 압력을 측정하는 압력검지수단(150)과, 압력검지수단(150)으로부터 출력되는 신호를 수신받음과 아울러 에어공급수단(140)을 제어하는 제어부(160)를 포함한다.

인체착용수단(110)은 수면자가 착용하는 것으로서 착용성과 사용성에 대한 다각적인 고려를 통하여 웨어러블(wearable) 수단의 디자인이 채용되며, 이러한 웨어러블 디자인에 있어서 기능적 구조와 적합한 소재의 선택이 필수적인데, 특히, 소재의 경우 쾌적성, 안전성, 전자파 차단기능, 정전기 방지기능, 및 절연기능 등 인체에 유해한 요소를 관리하는 소재가 선택될 수 있다.

인체착용수단(110)은 소재를 통해 수면시 방출되는 땀을 배출시킬 뿐만 아니라 온도조절기능을 수행하기 위하여 땀이 나기 쉬운 겨드랑이 부위나 신체의 전후좌우에 통풍구를 설계하여, 의복 내의 열이나 습기가 신속하게 배출되도록 하여 쾌적성을 향상시켜야 하며, 소재와 인체와의 마찰을 최소화할 수 있는 봉제방법에 대한 고려가 필요하다. 따라서, 인체착용수단(110)은 키토산 섬유, 은섬유, 또는 죽섬유 등의 건강지향형 소재, 아쿠아트랜스 또는 쿨맥스 메쉬 등의 하이테크 소재, 또는 오가닉 코튼, 텐셀, 또는 천연 미네랄 이온 건강 섬유 등의 환경친화성 소재가 사용될 수 있다.

인체착용수단(110)은 도면으로 도시하지는 않았으나, 방한용 재킷이나 점퍼형태를 가질 수 있으며, 수면시에 착용한다는 점을 고려하여 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 조끼형태로 형성되는 것이 바람직하며, 소매가 없는 의복인 조끼형태를 가짐으로써 소매가 있는 의복보다 통기성이 뛰어나서 수면 중에 체온상승의 요인을 방지한다.

인체착용수단(110)은 조끼형태를 가질 경우 앞여밈만 있는 형태, 앞여밈 및 옆트임이 있는 형태, 또는 여밈 및 트임이 없는 형태 등 다양한 형태가 가능하나, 본 실시예에서 앞여밈 및 옆트임이 있는 형태를 가질 수 있으며, 이를 위해 수면자의 상체 전면을 덮는 한 쌍의 전면부(111)와, 수면자의 상체 배면을 덮는 배면부(112)를 포함하고, 전면부(111)사이의 앞여밈과 전면부(111)와 배면부(112)사이의 옆트임은 사용이 간편할 뿐만 아니라 간격 조절이 용이한 패스너(fastener; 113)로 분리가 가능하도록 연결된다.

인체착용수단(110)의 패스너(113)는 일 예를 든 것뿐이며, 이외에도 앞여밈과 옆트임의 연결을 위하여 지퍼, 고무밴드, 스냅단추 등 다양한 탈부착수단이 동일한 종류 또는 다른 종류를 조합하여 사용될 수 있다.

인체착용수단(110)이 앞여밈 및 옆트임이 개방된 상태로도 착용이 가능함으로써 입고 벗기가 간편하여 신체의 움직임이 불편한 환자 등에게도 사용이 가능하고, 앞여밈 및 옆트임을 통하여 통기가 가능함으로써 수면시에 인체의 체온상승 요인이 크게 감소되며, 인체 치수에 관계없이 착용이 가능하고, 수면시 인체의 압박을 최소화하여 숙면에 도움을 준다.

에어챔버(120,130)는 인체착용수단(110)의 배면, 즉 배면부(112)에 수축 및 팽창이 가능하도록 마련되어 에어공급수단(140)으로부터 공급되는 에어에 의해 팽창하게 되고, 수축과 팽창이 가능한 구조 또는/및 재질로 이루어지는데, 구조적으로는 셔링 처리 또는 다트 처리된 부분을 포함할 수 있으며, 재질적으로는 팽창과 수축이 가능한 합성수지, 천연고무, 인조고무, 섬유 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 수면자의 자세를 변화, 예컨대 앙와위(仰臥位)에서 측와위(側臥位)로 변경시키기에 충분한 체적을 가진다.

에어챔버(120,130)는 인체착용수단(110)의 배면에서 일측으로 치우치도록 위치함으로써 팽창시 수면자를 앙와위에서 측와위로 간편하고도 자연스럽게 변화시킬 수 있는데, 이 때, 한 개로 이루어지거나, 본 실시예에서처럼 앙와우에서 우측과 좌측의 측와위로 교번하여 변경시킬 수 있도록 한 쌍으로 이루어져서 인체착용수단(110)의 배면의 좌.우측에 각각 마련될 수 있다.

에어공급수단(140)은 제어부(160)의 제어신호에 따라 에어공급라인(121,131)을 통해 에어챔버(120,130)에 에어를 선택적으로 공급하는데, 이를 위해 압축된 가스를 사용할 수도 있으며, 바람직하게는 펌핑에 의해 에어를 공급하는 에어펌프가 사용된다.

압력검지수단(150)은 일종의 압력측정센서로서, 에어챔버(120,130)에 연결되는 미도시된 유로상에 설치됨으로써 수면자의 체중 등에 의해 가압되는 에어챔버(120,130)의 압력은 물론 수면자의 심장박동, 호흡 등에 의해 변화되는 에어챔버(120,130)의 압력변동을 측정하여 전기적인 신호로 제어부(160)로 출력한다. 한편, 압력검지수단(150)이 압력을 측정하기 위해서 에어챔버(120,130)에는 압력측정에 필요한 체적을 가지도록 에어가 채워지는데, 이 때 채워지는 에어의 양은 수면자가 앙와위 상태로 누울 때 불편함을 느끼지 않을 정도의 양이 바람직하다.

제어부(160)는 압력검지수단(150)으로부터 출력되는 신호를 수신받아 수면자의 코골이 또는 무호흡 감지시 에어공급수단(140)이 에어챔버에 에어를 공급하도록 하여 수면자의 자세를 변화, 예컨대, 앙와위에서 측와위로 변경시켜서 수면자의 상기도(上氣道)를 개방시킴으로써 수면자의 호흡장애를 해소시키며, 본 실시예에서처 럼 에어챔버(120,130)가 한 쌍으로 이루어진 경우 에어챔버(120,130) 각각의 압력을 측정하는 압력검지수단(150)으로부터 신호를 수신받아 코골이 또는 무호흡을 검지할 때마다 수면자가 서로 다른 방향의 측와위를 가지도록 에어챔버(120,130)를 교대로 팽창시킨다.

제어부(160)는 압력검지수단(150)으로부터 출력되는 신호를 다수개의 대역통과필터(161)에 의해 다수의 주파수 영역으로 필터링하여 각각의 주파수 영역대로부터 수면자의 호흡수, 심장박동수, 코골이횟수, 무호흡횟수 등의 어느 하나 또는 이들의 조합을 산출할 수 있다.

예를 들면, 제어부(160)는 압력검지수단(140)으로부터 에어챔버(120,130)의 변동 압력을 전기적인 신호로 전달받아 이를 다수개의 대역통과필터(161)의 필터링에 의해 얻어진 0.1㎐∼0.5㎐ 영역대와 0.7㎐∼2.0㎐ 영역대에서 파형의 주기를 분석하여 각각 호흡수와 심장박동수를 산출하고, 50㎐ 이상의 영역대에서 존재하는 파형의 횟수에 따라 코골이횟수와 무호흡횟수를 산출하게 된다. 이러한 주파수 영역대는 사람의 신체조건, 임상실험 등에 의해 그 수치를 달리 할 수 있으며, 특히, 코골이의 경우 STFT(Short Time Fourier Transformation) 기법을 사용하여 임상실험에서 얻어진 결과에 의한 주파수 특성을 관찰함으로써 여부를 판단하게 되며, 수면무호흡증인 경우 일반적으로 10 초 이상 호흡이 없고 이러한 상태가 시간당 5회 이상인 경우로 정의되며, 본 발명은 무호흡 시 자세 변환을 유도하여 무호흡을 방지하는 것이므로 10초 동안 1회의 호흡이 관찰되지 않을 경우를 무호흡으로 판단하게 된다.

한편, 제어부(160)에 의해 산출되는 호흡수, 심장박동수, 코골이횟수, 무호흡횟수중 어느 하나 또는 이들의 조합을 데이터로서 저장하기 위하여 메모리부(170)가 마련될 수 있으며, 메모리부(170)에 저장된 데이터로부터 선택신호, 예컨대 입력수단에 의한 사용자의 조작신호에 따라 최대 분당호흡수, 최소 분당호흡수, 평균 분당호흡수, 코골이 누적횟수중 어느 하나 또는 이들의 조합을 외부로 디스플레이하는 디스플레이부(180)가 마련되며, 메모리부(170)에 저장된 데이터를 외부기기, 예컨대 개인용 컴퓨터, 의료기기, 분석기기 등으로 전송하기 위한 USB 포트(Universal Serial Bus Port) 등과 같은 출력부(190)가 마련될 수 있다.

제어부(160)는 에어공급수단(140)이 직접적으로 에어챔버(120,130)를 팽창시킴은 물론 수축시키도록 에어공급수단(140)을 제어할 수 있는데, 예를 들면 에어공급수단(140)이 에어펌프인 경우 정회전 및 역회전을 통해 이를 가능하게 할 수 있으며, 이에 한하지 않고, 본 실시예에서처럼 팽창된 에어챔버(120,130)가 수축을 위한 에어 배출이 가능하도록 에어공급수단(140)으로부터 에어가 공급되는 경로, 즉 에어공급라인(121,131)상에 제어부(160)에 의해 제어되는 3방향밸브(122,132)가 각각 설치된다.

3방향밸브(122,132)는 일예로 제어부(160)의 제어신호에 의해 동작하는 솔레노이드밸브임이 바람직하다.

한편, 에어공급수단(140), 제어부(160), 메모리부(170), 디스플레이부(180) 등은 인체착용수단(110)으로부터 분리되어 설치될 수 있으나, 사용의 편리 및 수면자와의 간섭을 최소화하기 위하여 인체착용수단(110)에 착탈 가능하게 부착될 수 있으며, 이 때, 제어부(160), 메모리부(170), 디스플레이부(180) 등은 외측면에 미도시된 다수의 조작버튼이 마련된 콘트롤박스(210; 도 4a에 도시)내에 설치되어 인체착용수단(110)에 부착될 수 있으며, 에어공급수단(140), 제어부(160) 등은 사용이 편리한 충전지의 충전에 의해 전원을 공급받는다.

이와 같은 구조로 이루어진 수면 호흡장애 방지 장치의 동작은 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 방법에 대한 상세한 설명으로 대신하기로 하겠다.

도 6은 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 방법은 배면에 수축 및 팽창이 가능한 에어챔버가 마련되는 인체착용수단을 착용한 수면자의 코골이 또는 무호흡을 방지하는 방법으로서, 에어챔버에 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계(S10)와, 에어챔버의 압력을 측정하는 단계(S30)와, 측정되는 압력으로부터 생체신호를 추출하는 단계(S40)와, 생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되는지를 판단하는 단계(S50)와, 코골이 또는 무호흡 발현시 수면자의 자세를 변화시키는 단계(S60)를 포함한다.

에어챔버에 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계(S10)는 먼저, 수면자가 인체착용수단(110)을 착용한 상태에서 바로 누워서 본 장치를 동작시키면 수면자가 앙와위(仰臥位)로 누운 상태에서 불편함을 느끼지 않을 정도로 에어챔버(120,130)의 압력을 측정할 수 있을 정도의 에어를 공급하게 된다.

한편, 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계(S10) 이후 에어챔버(120,130)로부터 정확한 압력 측정을 위하여 에어챔버(120,130)의 안정화를 위한 일정시간, 예컨대 15초 내지 25초 바람직하게는 20초 정도 압력 측정을 하지 아니하고 대기하게 된다(S20).

에어챔버의 압력을 측정하는 단계(S30)는 에어챔버의 안정화 단계(S20)를 마치면 수면자의 체중에 의해 가압되는 에어챔버(120,130)의 압력을 압력검지수단(150)에 의해 측정하게 되고, 이 때, 측정시간은 5초 내지 15초 바람직하게는 10초 정도이며, 압력검지수단(150)은 수면자의 심장박동이나 호흡 등에 의해 에어챔버(120,130)내의 압력변화를 검지하여 전기적인 신호로 제어부(160)로 출력하게 된다.

측정되는 압력으로부터 생체신호를 추출하는 단계(S40)는 압력검지수단(150)에 의해 측정되는 압력값에 대한 전기적인 신호를 하나 또는 다수의 대역통과필터(161)를 통해서 주파수 영역대별로 필터링하고, 앞서 설명한 바와 같은 각각의 주파수 영역대로부터 호흡수, 심장박동수, 코골이횟수, 무호흡횟수를 산출하거나 이들의 조합을 산출하게 된다. 이 때, 코골이의 경우 STFT(Short Time Fourier Transformation) 기법을 사용하여 임상실험에서 얻어진 결과에 의한 주파수 특성을 관찰함으로써 그 여부를 판단하며, 수면무호흡증인 경우 일반적으로 10 초 이상 호흡이 없고 이러한 상태가 시간당 5회 이상인 경우로 정의되며 본 발명은 무호흡 시 자세 변환을 유도하여 무호흡을 방지하는 것이므로 10초 동안 1회의 호흡이 관찰되지 않을 경우를 무호흡으로 판단하게 된다.

한편, 추출된 생체신호는 메모리부(170)에 저장되어 필요에 따라 디스플레이부(180)를 통해 그 최대값, 최소값, 평균값 등으로 외부로 디스플레이될 수 있으 며, 개인용 컴퓨터, 진단기기 등과 같은 외부기기에 출력부(190)를 통해 데이터를 송신할 수도 있다.

생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되는지를 판단하는 단계(S50)는 하나 또는 다수의 생체에 관련되는 데이터로부터 코골이 또는 무호흡이 발현되었는지를 판단하게 되며, 코골이 또는 무호흡 발현시 수면자의 자세를 변화시키는 단계(S60)를 실시한다.

코골이 또는 무호흡이 발현되면 에어공급수단(140)의 작동에 의해 에어챔버(120,130)에 에어를 공급함으로써 팽창시키는데, 이 때 본 실시예에서처럼 에어챔버(120,130)가 인체착용수단(110) 배면의 좌측과 우측에 각각 마련되는 경우 에어챔버(120,130)중 어느 하나(120)에 먼저 에어를 공급함으로써 수면자가 도 7a에 도시된 앙와위에서 도 7b에 도시된 측와위로 자세 변경을 하도록 하여 상기도(上氣道)를 개방시키고, 이로 인해 수면자의 호흡장애를 해소시킨다.

수면자의 자세를 변화시키는 단계(S60)에서 수면자의 자세 변환이 일정시간, 예컨대 5분 내지 10분을 경과하면 수면자의 자세를 원상복귀하도록 에어챔버(120)의 에어를 배출시킨다(S70). 이 때, 에어챔버(120)의 에어 배출은 에어공급수단(140)의 역동작에 의해서도 가능하나, 본 실시예에서는 용이한 에어 배출을 통한 수면자의 자연스러운 복귀를 위하여 제어부(160)의 제어신호에 따라 동작하는 3방향밸브(122)를 통해서 가능하게 된다.

한편, 에어챔버의 에어 배출(S70)을 통해서 수면자가 다시 도 7a에 도시된 바와 같이, 앙와위 자세로 복귀하면 사용이 종료되었는지를 판단(S80)하여 계속 사 용중이면 에어챔버(120)에 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계(S10) 이후를 실시하여 코골이 또는 무호흡 발현시 이전과 다른 에어챔버(130)에 에어를 공급함으로써 도 7c에 도시된 바와 같이 반대방향의 측와위로 자세 변경을 하도록 한다. 즉, 수면자의 자세를 변화시키는 단계(S60)는 인체착용수단(110)의 배면에서 좌.우측에 각각 위치하는 에어챔버(120,130)를 코골이 또는 무호흡 발현시마다 수면자가 서로 다른 방향의 측와위를 가지도록 교대로 팽창시키게 된다.

수면자의 자세를 변화시키는 단계(S60)에서 본 실시예와 달리 에어챔버가 인체착용수단(110)의 배면에서 일측으로 치우치도록 단일로 마련되는 경우 단일의 에어챔버 팽창에 의해 수면자를 앙와위에서 측와위로 변화시키게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수면자의 체중, 심장박동, 호흡 등에 의해 가압되는 에어챔버(120,130)내의 압력변화를 통해 수면자의 코골이 또는 무호흡 여부를 정확하게 판단할 수 있고, 수면자의 코골이 또는 무호흡시 에어챔버(120,130)의 선택적인 팽창에 의해 코골이 또는 무호흡을 멈추도록 수면 자세를 각성없이 자연스럽게 앙와위에서 측와위로 변화시키며, 이로 인해 수면자에게 숙면을 유지토록 함과 아울러 수면시 코골이, 무호흡증 등의 호흡장애를 방지한다.

또한, 에어챔버(120,130)가 배면에 마련되는 인체착용수단(110)을 수면자가 착용하게 됨으로써 수면중의 위치나 자세 변화에도 불구하고 코골이 또는 무호흡 방지를 위한 수면자의 자세 변경을 가능하도록 하는 동작에 대한 신뢰성이 뛰어나고, 팽창된 에어챔버(120,130)가 원상태로 수축됨으로써 수면자에게 편안한 자세로 의 복귀를 가능하도록 하며, 에어의 공급에 의해 동작함으로써 동작시 발생되는 소음을 억제하여 수면의 방해를 최소화한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법은 수면자에 의해 가압되는 에어챔버내의 압력변화를 통해 수면자의 코골이 또는 무호흡 여부를 정확하게 판단할 수 있고, 수면자의 코골이 또는 무호흡시 에어챔버의 팽창에 의해 코골이 또는 무호흡을 멈추도록 수면 자세를 각성없이 자연스럽게 변화시키며, 이로 인해 수면자에게 숙면을 유지토록 함과 아울러 수면시 무호흡증 등의 호흡장애를 방지하고, 에어챔버가 배면에 마련되는 인체착용수단을 수면자가 착용하게 됨으로써 수면중의 위치나 자세 변화에도 불구하고 코골이 또는 무호흡 방지를 위한 동작의 신뢰성이 뛰어나고, 팽창된 에어챔버가 원상태로 수축됨으로써 수면자에게 편안한 자세로의 복귀를 가능하도록 하며, 동작시 발생되는 소음을 억제하여 수면의 방해를 최소화하는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 수면 호흡장애 방지 장치 및 이를 이용한 수면 호흡장애 방지 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (14)

1. 수면자의 코골이 또는 무호흡을 방지하는 장치로서,

   상기 수면자에 착용되는 인체착용수단과,

   상기 인체착용수단의 배면에 수축 및 팽창이 가능하도록 마련되는 에어챔버와,

   상기 에어챔버에 에어를 공급하는 에어공급수단과,

   상기 에어챔버의 압력을 측정하여 전기적인 신호로 출력하는 압력검지수단과,

   상기 압력검지수단으로부터 출력되는 신호를 수신받아 수면자의 코골이 또는 무호흡을 감지시 상기 에어공급수단이 상기 에어챔버에 에어를 공급하도록 하여 수면자의 자세를 변화시키는 제어부를 포함하고,

   상기 에어챔버는 한 쌍으로 이루어져서 상기 인체착용수단 배면의 좌.우측에 각각 마련되고,

   상기 제어부는 상기 에어챔버 각각의 압력을 측정하는 압력검지수단으로부터 신호를 수신받아 코골이 또는 무호흡을 검지할 때마다 수면자가 서로 다른 방향의 측와위를 가지도록 상기 에어챔버를 교대로 팽창 및 수축시키며,

   상기 에어공급수단은 정회전 및 역회전에 의해 상기 에어챔버를 팽창 및 수축시키는 에어펌프인 것

   을 특징으로 하는 수면 호흡장애 방지 장치.
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9. 배면에 수축 및 팽창이 가능한 에어챔버가 마련되는 인체착용수단을 착용한 수면자의 코골이 또는 무호흡을 방지하는 방법으로서,

   상기 에어챔버에 압력측정을 위한 에어를 공급하는 단계와,

   상기 수면자의 체중이 가해지는 에어챔버의 압력을 측정하는 단계와,

   상기 측정되는 압력으로부터 생체신호를 추출하는 단계와,

   상기 생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되는지를 판단하는 단계와,

   상기 생체신호에 코골이 또는 무호흡이 발현되면 상기 에어챔버에 에어를 공급하여 팽창시킴으로써 수면자의 자세를 변화시키는 단계를 포함하고,

   상기 수면자의 자세를 변화시키는 단계는,

   상기 인체착용수단의 배면에서 좌.우측에 각각 위치하는 에어챔버를 코골이 또는 무호흡 발현시마다 수면자가 서로 다른 방향의 측와위를 가지도록 에어펌프의 정회전 및 역회전에 의해 교대로 팽창 및 수축시키는 것

   을 특징으로 하는 수면 호흡장애 방지 방법.
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