KR101516016B1 - 휴대형 이목 마스크 기반 수면 조절 및 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents
휴대형 이목 마스크 기반 수면 조절 및 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDFInfo
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Abstract
생체신호와 체동 및 착용 유무 센서모듈, 수면과 각성 및 자각몽을 유도하기 위한 음향부과 영상부, 수면단계분석과 수면상태분석을 위한 알고리즘, 코골이 방지제어 베개 제어부 등을 탑재하여 수면조절을 위한 휴대형 이목 마스크 장치와, 휴대형 이목 마스크 장치를 제어하고, 휴대형 이목 마스크 장치로부터 수면데이터를 수신하여 디스플레이하고, 분석하여 사용자의 수면의 질을 평가하여 사용자에게 수면보고서를 디스플레이하는 휴대형 제어단말기로 구성된 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치와 그 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 휴대형 이목 마스크 기반의 수면관련 생체정보를 측정하여 숙면과 기상유도 및 사용자가 원하는 수면조절이 가능하고, 수면상태를 실시간 모니터링 하여 수면관리 및 지도를 제공하는 수면관리서비스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광용적맥파와 안구 움직임을 실시간 측정하여 수면단계를 분석하고, 시청각 자극을 인가하여 바이오피드백 기반 숙면과 기상을 유도하며, 광용적맥파와 코골이와 체동을 실시간 모니터링 하여 수면상태를 분석함으로써 수면무호흡증과 코골이 방지를 위한 수면자세를 교정하여 수면장애에 대응함은 물론, 자각몽을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 모바일 멀티미디어 핸드폰을 활용한 수면유도 및 제어가 가능하며, 수면 중 선별적으로 긴급 전화를 수신할 수 있고, 수면데이터를 분석하여 언제 어디서나 안락한 수면을 유지 및 증진하기 위한 개인 맞춤형 수면관리 및 지도를 제공해주기 위한 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
수면은 일생 전체의 1/3을 차지한다. 수면은 건강에 있어 매우 중요한 문제이며 생명유지에 반드시 필요하다. 수면은 사람에게 가장 기본적인 휴식시간을 제공한다. 수면을 통해 우리가 낮 동안 활동하는 데 사용한 에너지를 보충하면서 체력을 축적할 수 있는 에너지의 공급이 이루어진다. 또한, 수면시간에 뇌가 휴식을 취하여 우리가 적절한 활동의 균형을 유지하도록 하며, 성장기 아동에 꼭 필요한 성장 호르몬이 가장 많이 분비한다.
그러나 수면의 중요성은 점차 인식이 높아지고 있으나, 대부분의 현대인들은 과도한 업무나 학업 등으로 인해 충분한 수면을 취하지 못하고 있는 실정이다. 수면에 있어서 중요한 것은 수면의 양보다는 수면의 질이라 할 수 있다. 특히, 얼마나 깊은 수면을 취했는가가 매우 중요한데 현대인들은 스트레스 등으로 인해 양질의 수면을 청하지 못하는 경우가 대부분이다.
현대인의 수면부족이나 수면장애의 원인은 다양하다. 최근 경제난과 취업난에 따른 장래에 대한 불안, 과중한 업무로 인한 수면부족, 생존경쟁이 치열해지고 삶의 고민이 깊어지면서 발생 되는 우울증, 불안장애, 스트레스와 같은 심리적 이유에 의한 정신질환 증가, 직업과 사회적 다변화에 따른 주야간 교대 근무, 바르지 못한 생활습관 등이 원인으로 지적되고 있다. 즉, 사회가 복잡해짐에 따라 할 일이 많아지고 스트레스도 늘어나면서 만성적 수면부족이나 수면장애가 발생하고 있다. 또한, 커피 등 카페인이 있는 음료를 많이 섭취하는 것도 이유 중 하나이다.
사회가 점차 다원화되고 복잡해지며 급속한 변화를 겪으면서 많은 사람이 단순한 수면부족을 넘어 수면장애를 호소하는 경우가 크게 늘어나고 있다. 전 세계적으로 수면장애는 매년 20∼30% 정도 증가하는 것으로 나타나고 있다.
수면장애는 집중력 저하를 비롯하여 우울증, 정서불안, 심혈관계 장애, 성기능 및 면역기능 저하 등 다양한 증세를 동반하며 일상생활에 많은 지장을 초래한다. 수면장애의 또 다른 간접적 영향은 당뇨병, 심장질환, 우울증, 비만 등의 질환 발병률도 높인다.
현대인들이 겪고 있는 수면부족이나 수면장애로 인해 사회경제적으로 감당해야 할 비용이 크게 증대되고 있다. 수면부족과 수면장애로 인해 결근율이 높아지고, 노동력과 업무능력이 떨어져서 생산성이 저하될 뿐만 아니라 집중력 저하와 졸음으로 인한 안전사고 및 교통사고를 유발하는 가장 큰 원인이 되고 있다. 또한, 불면증 자체 치료비와 그로 인해 야기되는 질병에 따른 약물학적 치료비의 증가를 초래한다. 이로 인해 부정적인 사회경제적 총비용의 증가를 초래한다.
일정시간 수면을 취할 수 없는 환경이라면, 주어진 시간 내에 숙면을 취하는 것이 좋다. 숙면은 활발한 두뇌활동을 촉진하고 학습효과 향상에 도움이 되며, 면역력 증강 물질 분비뿐 아니라 성장 호르몬의 분비도 촉진한다.
숙면을 취하기 위해서는 우선 자신의 수면의 질을 판단한 후 그에 따른 대처 방법을 모색할 필요가 있고, 수면의 질을 떨어뜨리는 수면무호흡증, 코골이 등을 방지할 필요가 있으며, 입면 시간을 줄이고 깊은 수면을 취하며 원하는 시간에 상쾌한 기분으로 기상할 필요가 있다. 따라서 수면의 질을 수치화하여 최적의 수면시간을 도출하거나, 입면 시간을 단축하고 안락하고 쾌적한 수면을 유도하기 위해 종래에는 많은 기술이 개시되었다.
그 대표적인 예로는 대한민국 특허등록제 0486585호에 따르면 시각, 청각, 체성 감각, 및 후각을 포함한 인간의 다양한 감각을 종합적으로 이용하여 쾌적한 수면을 유도하는 쾌적 수면 유도용 침대가 개시되었다.
또한, 대한민국 특허등록제 0791371호에 의하면 사용자의 신체와 접촉하지 않는 비접촉 방식의 센서를 이용하여 생체 신호를 측정하고 측정된 생체 신호에 변화가 발생하는 경우에는 숙면 및 기상 유도 프로토콜을 변화시켜 수면 환경을 재조절함으로써 수면 환경의 피드백 제어가 가능하도록 하는 숙면 및 기상 유도 장치 및 방법이 개시되었다.
또한, 대한민국 특허등록제 0932344호에는 점증광을 조사 가능한 조명 장치와 침대에 설치된 압전 센서 등에 의해 취침자의 체동량을 측정하는 체동 계측수단을 마련하여 취침으로부터 수면을 지나서 기상에 이르는 사이의 계측 체동량과 점증광 조사에 근거하여 수면평가를 하는 조명시스템 및 수면평가시스템이 개시되었다.
또한, 대한민국 특허등록제 0942696호에 따르면 사용자의 침대에 다수의 압력센서와 환경 센서를 구비하여 감지된 정보들을 수집 및 분석하고, 분석된 정보들을 분석 및 시간대별로 분류하는 수면 질 관리 장치 및 방법이 개시되었다.
또한, 대한민국 특허등록제 1051339호에 의하면 측정매트에서 생체정보를 측정하고, 그 측정한 생체정보를 분석하여 안락한 수면을 유지하기 위한 정보를 제공하며, 수면 중 응급상황 발생 시 알림 서비스를 통해 신속하게 응급조치 및 환경 정보와 수면 정보를 분석하여 최적의 수면을 위한 환경 정보를 사용자에게 제공해주도록 한 무구속 생체정보 측정기술 기반의 원격 수면관리 서비스 시스템이 개시되었다.
또한, 대한민국 특허등록제 1057001호에는 호흡기를 통해 호흡 되는 기체를 감지하고, 가슴벨트에 부착된 ECG 센서, 가속도 센서, 중력센서를 사용하여 움직임과 자세를 감지하여 수면상태를 제어하기 위한 제어신호를 발생시켜 침대 매트리스를 전동 구동시켜 수면자세를 바꾸는 실시간 모니터링을 통한 수면장애 대응 시스템이 개시되었다.
하지만, 상기와 같은 종래의 발명은 수면을 촉진하는 데 있어 효과가 있는 것을 사실이지만,
첫째, 대부분 침대를 기반으로 침실 내 수면환경을 조성하여 수면유도를 도모하기 때문에 이동성이 전혀 없다는 점과,
둘째, 침대 매트리스에 구비된 압력 센서 등을 이용한 간접 방식의 생체신호 측정으로 정확도가 결여된다는 점과,
셋째, 순간적으로 변하는 사용자의 수면상태를 반영하지 않고 일방적으로 조명이나 음악 등의 수면환경을 제공함으로써 신뢰도가 낮다는 점과,
넷째, 호흡기와 가슴에서 생체신호를 직접 측정하기는 하나 사용자가 상당히 불쾌감을 느껴 오히려 수면에 방해가 될 수 있다는 점과,
다섯째, 정해진 시각에 조명과 음악을 제공하여 강제적으로 기상을 유도함으로써 불쾌감을 유발할 수 있다는 점과,
여섯째, 수면의 질을 떨어뜨리는 코골이, 수면무호흡 등의 제거 기술이 효율적으로 적용되지 않아 숙면 유지가 곤란하다는 점과,
일곱째, 수면 방해 요소인 코골이, 수면무호흡 등이 배제되고 체동량과 수면환경만을 적용하여 수면의 질을 평가함으로써, 사용자에게 최적의 수면패턴 정보를 제공하는데 불충분하다는 점과,
여덟째, 하나의 침실이나 침대에 동침자가 있을 때, 수면환경이 동시에 동침자에게도 적용되므로 개인의 수면성향 차이에 따라 역효과가 초래되어 쾌적한 수면유도 및 유지에 한계가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 자택에서뿐만 아니라 잠자리가 바뀌더라도 언제 어디서나 손쉽게 숙면을 취할 수 있고, 수면의 질을 떨어뜨리는 코골이와 수면무호흡을 검출하여 해소함으로써 편안하고 안락한 숙면유지와 상쾌한 기상유도를 하는 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 사용자로부터 직접 획득한 생체신호 기반 수면단계분석을 수행하고, 수면단계 분석결과에 따라 다양한 형태의 시청각 자극을 제시하는 바이오피드백을 제공하여 효과적인 입면 시간 단축과 숙면 유지, REM 수면단계 시에 사용자의 의식을 각성시켜 자각몽을 유도하는 등의 수면을 조절할 수 있는 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은, 언제 어디서나 장소를 이동하면서 수면을 취하더라도 모바일 멀티미디어 핸드폰을 제어단말기로 사용함으로써, 휴대형 이목 마스크 장치에 각종 제어 입력 및 긴급 전화 설정과 다양한 수면어플을 연동하여 개인 선호에 따라 선택 가능하도록 하고, 사용자가 원하는 수면데이터와 수면의 질을 평가한 개인 맞춤형 수면보고서를 확인할 수 있는 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확해질 것이다.
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상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치는, PPG(photoplethysmorgraphy)와 EOG(electrooculargram)의 생체신호와 코골이, 체동, 상기 휴대형 이목 마스크의 착용 유무를 감지하기 위한 센서모듈부(100); 상기 PPG 신호로부터 산출된 PRV(pulse rate variability)와 상기 검출된 EOG 신호를 이용하여 수면을 각성, 얕은 수면, 깊은 수면, REM(rapidly eye movement) 수면의 4단계로 분석하는 수면단계분석부(210); PRV를 이용하여 판정된 수면저/무호흡과 코골이 및 체동 신호를 이용하여 수면상태를 분석하는 수면상태분석부(220); 시청각 자극을 이용하여 입면 시간을 단축하여 숙면을 유도하는 바이오피드백 기능을 포함하는 수면유도부(230); 얕은 수면일 때를 기상예정시간으로 설정하여 상쾌한 기상을 유도하는 각성유도부(240); 꿈을 꾸고 있다고 자각하면서 원하는 꿈을 유도하는 자각몽유도부(250); 수면유도와 각성 유도 및 자각몽 유도를 위해 시청각 자극을 제시하는 음향부(160)와 영상부(170); 상기 수면상태분석부(220)로부터 코골이 신호가 감지되면 코골이를 방지하기 위해 사용자의 수면 체위를 바꾸도록 유도하는 코골이방지베개제어부(20); 수면관련 데이터 및 알고리즘, MP3파일과 영상파일을 저장하는 메모리(190); 제어단말기(30)와 제어신호 및 수면데이터를 유무선으로 송수신할 수 있는 통신부(180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 장치(10)를 포함한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치는, 스마트폰이나 아이폰 등의 모바일 멀티미디어 핸드폰에서 제공하는 각종 수면어플을 관리 및 제어하고, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)와 연동하기 위한 수면어플제어부(300); 수면 중 긴급전화 수신 여부를 사전에 설정하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 음향부(160)와 영상부(170)를 통해 전화번호를 알려주도록 하는 긴급전화설정부(310); 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 모든 기능을 유무선통신을 통해 제어하고, 수면데이터의 디스플레이 항목을 선택하는 제어입력설정부(320); 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)로부터 입력된 수면데이터를 상기 제어입력설정부(320)의 제어 입력 설정에 따라 상기 모바일 멀티미디어 핸드폰에 정량적 수면 지표로 표시하는 수면데이터표시부(330); 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)로부터 수신된 수면데이터를 기반으로 사용자의 수면의 질을 평가하는 수면의 질 평가부(340) ; 사용자의 수면의 질을 평가하여 상기 모바일 멀티미디어 핸드폰에 디스플레이하는 수면보고서표시부(350);를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 제어단말기(30)를 더 포함한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 방법은, 수면과 각성 및 자각몽을 유도하기 위한 음향과 영상, 바이오피드백 방식, 수면 중 긴급전화 수신 여부 선택, 기상예정시간 입력 등의 수면 환경을 선택하는 제 1단계; 상기 선택된 조건에 맞게 각종 수면 환경을 제공하는 제 2단계; 상기 수면 환경 조건에서 수면 중인 사용자의 PPG와 EOG의 생체신호와 코골이 및 체동을 감지하는 제 3단계; 상기 생체신호로부터 수면단계분석과 수면무호흡 판정과 코골이 및 체동 신호로부터 수면상태분석을 시행하는 제 4단계; 상기 수면단계분석과 수면상태분석 결과를 수면조절을 위한 각종 알고리즘에 따라 적용하여 상기 수면환경을 재조절 및 제어하는 제 5단계; 를 포함한다.
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한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반 수면 모니터링 방법은, 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 기능을 설정하고, 디스플레이하고자 원하는 종류의 수면데이터를 선택하는 제 1단계; 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에 장착된 센서모듈부(100)로부터 PPG와 EOG 신호, 코골이, 체동 신호 등을 감지하는 제 2단계; 상기 제 2단계에서 감지된 신호를 분석하여 맥박수, 총 수면시간, 수면단계별 시간, 수면 중 각성 횟수와 시간, 수면 저/무호흡 횟수 및 시간, 총 코골이 횟수와 시간, 총 체동 시간 및 횟수 등을 포함하는 종합적인 수면지표에 대한 정량적인 매개변수 값을 도출하는 제 3단계; 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에서 수집된 수면데이터를 휴대형 제어단말기(30)로 송신하는 제 4단계; 상기 수면데이터를 수신하여 제어단말기(30)에 정량적 수면지표를 저장 및 디스플레이하고, 수면데이터를 분석하여 사용자의 수면의 질을 평가하여 수면보고서를 표시함으로써, 사용자의 수면패턴을 교정하여 수면의 질을 향상시키는 제 5단계; 를 포함한다.
본 발명의 장치 및 방법은 휴대형 이목 마스크와 모바일 멀티미디어 핸드폰을 사용하여 언제 어디서나 장소에 구애받지 않고 편안한 수면을 취할 수 있도록 개인 맞춤형 수면조건을 제공하므로 실제 생활에서 적용이 용이하며, 특히 수면 상태에 대한 정량적인 지표를 제공함으로써 수면패턴의 조절을 유도하고, 고혈압, 당뇨병, 뇌졸중, 비만, 당뇨 등의 원인으로도 지목되고 있는 수면장애로 인한 피로, 집중력과 학습능력 저하 등을 개선하여 학습능력 및 업무능력 증진, 생산성 향상을 통한 경제적 효과뿐만 아니라 산업재해 예방, 교통 사고율 감소 및 건강관리와 연계하여 의료비 절감의 효과를 가져 올 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 3은 도 1의 PPG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 4는 도 1의 EOG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 5는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면단계분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 6은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 7은 도 6의 수면저/무호흡 판정 알고리즘에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 8은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면유도방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 9는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 기상유도방법을 설명하기 위한 일실시 예 타임차트이고,
도 10은 본 발명에 따른 수면 모니터링 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 3은 도 1의 PPG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 4는 도 1의 EOG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이고,
도 5는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면단계분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 6은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 7은 도 6의 수면저/무호흡 판정 알고리즘에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 8은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면유도방법에 대한 일실시 예 흐름도이고,
도 9는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 기상유도방법을 설명하기 위한 일실시 예 타임차트이고,
도 10은 본 발명에 따른 수면 모니터링 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정하는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치에 대한 일실시 예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대형 이목 마스크 기반의 수면조절 및 모니터링 장치에 있어,
휴대형 이목 마스크 장치(10)는 사용자의 이마에서 PPG 신호를 계측하기 위한 PPG 센서모듈(110)과, 사용자의 양쪽 눈초리 부위에 접촉되어 안구 움직임을 감지하여 REM 수면단계를 확인하기 위한 EOG 센서모듈(120)과, 수면상태분석을 위해 콧등으로부터 코골이 음이나 진동을 감지하고 코골이 방지 베개를 제어하기 위한 코골이 센서모듈(130)과, 머리의 움직임으로부터 체동을 감지하기 위한 체동 센서모듈(140)과, 상기 휴대형 이목 마스크의 착용을 감지하여 수면개시와 동시에 전원을 공급하기 위한 착용 유무 센서모듈(150)과, 상기 PPG 센서모듈(110)로부터 계측된 PPG 신호로부터 산출된 PRV와 상기 EOG 센서모듈(120)로부터 계측된 EOG 신호를 이용하여 수면을 각성, 얕은 수면, 깊은 수면, REM 수면 등의 4단계로 분석하는 수면단계분석부(210)와, PRV를 이용하여 판정된 수면저/무호흡과 코골이 및 체동 신호를 이용하여 수면상태를 분석하는 수면상태분석부(220)와, 시청각 자극을 이용하여 입면 시간을 단축하여 수면을 유도하는 바이오피드백 방식을 포함하는 수면유도부(230)와, 얕은 수면일 때를 기상예정시간으로 지정하여 상쾌한 기상을 유도하는 각성유도부(240)와, 꿈을 꾸고 있다고 자각하면서 원하는 꿈을 유도하는 자각몽유도부(250)와, 수면유도와 각성 및 자각몽을 유도하기 위해 시청각 자극을 제시하는 음향부(160) 및 영상부(170)와, 상기 수면상태분석부(220)로부터 코골이 신호가 감지되면 코골이를 방지하기 위해 사용자의 수면자세를 바꾸도록 유도하는 코골이방지베개제어부(20)와, 수면관련 데이터 및 알고리즘, MP3파일과 영상 파일을 저장하는 메모리(190)와, 제어단말기(30)와 제어신호 및 수면데이터를 유무선으로 송수신할 수 있는 통신부(180)가 구성되어 있다.
또한, 휴대형 제어단말기(30)는 스마트폰이나 아이폰 등의 모바일 멀티미디어 핸드폰에서 제공하는 각종 수면 어플을 관리 및 제어하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)와 연동하기 위한 수면어플제어부(300)와, 수면 중 긴급전화 수신 여부를 사전에 설정하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 음향부(160) 또는 영상부(170)를 통해 전화번호를 알려주도록 하는 긴급전화설정부(310)와, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 음향부(160)와 영상부(170), 기상예정시간 설정 등 모든 제어를 유무선을 통해 제공하고, 수면데이터의 디스플레이 항목을 선택하는 제어입력설정부(320)와, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)로부터 수신된 수면데이터를 상기 제어입력설정부(320)의 입력에 따라 상기 모바일 멀티미디어 핸드폰의 디스플레이에 정량적 수면 지표로 표시하는 수면데이터표시부(330)와, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)로부터 수신된 수면데이터를 기반으로 사용자의 수면의 질을 평가하는 수면의 질 평가부(340)와 ; 사용자의 수면의 질을 평가하여 상기 모바일 멀티미디어 핸드폰에 디스플레이하는 수면보고서표시부(350)가 구성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 휴대형 이목 마스크 장치에 대한 일실시 예 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 휴대형 이목 마스크 장치에 대한 일실시 예 구성도이다.
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상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)는 눈 덮개부(700)와 귀 덮개부(800)가 일체형으로 구비되어 있다. 눈 덮개부(700)에는 사용자의 이마부분 정중앙부와 접촉되어 PPG 신호를 검출하기 위한 반사형 PPG 센서(600)와, 사용자의 양측 눈초리 부분에 접촉되어 EOG 신호를 검출하기 위한 두 개의 EOG 신호 측정전극(620a, 620b)과, 상기 EOG 신호 측정전극(620a, 620b)의 전기적 기준을 제공하기 위해 사용자의 이마부분 정중앙부와 접촉되어 있는 EOG 신호 기준전극(620c)과, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 착용 유무를 감지하여 수면개시 시간을 알리고 전원을 공급하기 위해 사용자의 이마 좌우 측에 구비된 착용 유무 센서(610a, 610b)와, 사용자의 코골이의 음이나 진동을 감지하기 위해서 사용자의 콧등 부분과 접촉되는 부분에 구비된 코골이 센서(630)와, 사용자의 양쪽 안구 앞 부분이 움푹 들어간 형태로 공간을 제공하고 사용자에게 빛 또는 영상을 제공하는 비주얼 디스플레이(640a, 640b)가 구성되어 있다.
또한, 귀 덮개부(800)에는 사용자의 머리 움직임을 감지하여 체동을 검출하기 위해 사용자의 머리 정후두부에 구비된 체동센서(650b) 및 좌우 측에 구비된 체동센서(650a, 650c)와, 사용자의 양쪽 귀부분에 위치되어 사용자에게 음향을 제공하는 오디오 출력단(660a, 660b)이 구성되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 도 1의 PPG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이고, 도 4는 EOG 센서모듈에 대한 일실시 예 구성도이다.
도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PPG 센서모듈(110)은 발광부와 수광부가 한 조를 형성하는 형태의 반사형 PPG 센서(600)와, 전류-전압 변환기(601)와, 고역통과필터(602)와, 증폭단(603)과, 저역통과필터(604)와, 노치필터(605) 등으로 구성되며, PRV를 산출하기 위한 PPG 신호를 획득한다. 상기 PPG 센서모듈(110)에서 획득한 PPG 신호는 프로세서(200)로 전달된다. 반사형 PPG 센서에서 발광부로는 포토다이오드를 사용하고, 수광부로는 포토트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 1과 도 4에 도시된 바와 같이, EOG 센서모듈(120)은 좌우 안구전위를 측정하기 위해 사용자의 양쪽 눈초리 부위에서 약 1cm 떨어진 거리에 위치된 두 개의 EOG 신호 측정전극(620a, 620b)과 이마에 위치된 하나의 EOG 신호 기준전극(620c) 등 총 3개의 EOG 전극(620)과, 버퍼회로(621)와, 차동증폭기(622)와, 고역통과필터(623)와, 제1단 증폭기(624)와, 노치필터(625)와, 가산회로(626)와, 제2단 증폭기(627) 등으로 구성되며, REM 수면 단계 판정을 위한 EOG 신호를 획득한다. 상기 EOG 센서모듈(120)에서 획득한 EOG 신호는 프로세서(200)로 전달된다.
상기 코골이 센서모듈(130)은 사용자의 콧등과 접촉되는 상기 휴대형 이목 마스크(10)의 코 패드 부분에 마이크로폰 또는 압전센서를 구비하는 감지센서와 차단주파수가 200Hz인 저역통과필터로 구성된다. 한편, 본 발명에서는 압전센서의 소자로서 PVDF(polyvinylidenefluoride) 또는 EMFi(ElectroMechanical Film) 센서를 사용할 수 있다. 상기 코골이 센서모듈(130)의 출력신호는 프로세서(200)로 전달된다.
상기 체동 센서모듈(140)은 상기 휴대형 이목 마스크(10)의 좌우와 후면에 PVDF 또는 EMFi 등의 압전센서 또는 on/off 센서를 각 두 개씩 한 조가 되도록 구비한 체동 감지 센서와, 상기 체동 센서에서 출력되는 신호를 상기 프로세서(200)가 인식할 수 있도록 하는 신호처리회로로 구성된다. 상기 체동 센서모듈(140)의 출력신호는 프로세서(200)로 전달된다.
상기 체동을 감지하는 종래 기술들은 고정형 침대 매트릭스 하부에 구비된 압전센서 등에 의해 체동을 감지하는 방식이기 때문에 이동성이 전혀 없다. 본 발명에서는 상기의 문제점을 해소하기 위해, 머리 움직임에 따라 몸도 함께 움직임이 발생할 수 있다는 착안을 토대로 상기 휴대형 이목 마스크(10)에 체동 센서를 부착하여 언제 어디서나 사용자의 수면 중의 뒤척이는 행동 등과 같은 체동을 감지하는 것이다. 또한, 체동 센서 두 개를 한 개의 조로 묶어서 사용하는 취지는 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 착용 불량으로 인하여 발생 되는 오류를 방지하기 위한 것이다.
상기 착용 유무 센서모듈(150)은 사용자의 이마 좌우 측과 접촉되는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 좌우 측에 PVDF 또는 EMFi 등의 압전센서 또는 on/off 센서를 각 하나씩 부착하여 한 조가 되도록 구비한 착용 유무 센서와, 상기 착용 유무 센서(150)에서 출력되는 신호를 상기 프로세서(200)가 인식할 수 있도록 하는 신호처리회로로 구성된다. 상기 착용 유무 센서모듈(150)의 출력신호는 프로세서(200)로 전달된다.
또한, 상기 착용 유무 센서모듈(150)은 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)를 착용하면 착용상태를 감지하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에 전원을 공급함과 동시에 사용자의 수면개시 신호를 프로세스(200)에 전달하여 사용자의 수면개시 시간을 기록하고, 휴대형 제어단말기(30)에서 설정된 수면환경에 따라 작동을 시작하게 된다. 또한, 착용 유무 센서 두 개를 한 개의 조로 묶어서 사용하는 취지는 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 착용 불량으로 인하여 발생 되는 오류를 방지하기 위한 것이다.
상기 음향부(160)는 사용자의 양쪽 귀부분에 해당되는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 위치에 스피커 또는 리시버가 구비되어 사용자에게 음향을 제공하는 오디오 출력단(660a, 660b)과, 음향증폭기 회로와, 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 제어되는 음량 및 음질제어를 위한 이퀄라이저 증폭기가 구성될 수 있다.
또한, 상기 음향부(160)는 상기 휴대형 제어단말기(30)에 탑재되어 있는 수면어플로부터 음향신호를 받아 재생할 수 있고, 상기 메모리(190)에 사용자가 사전에 저장된 MP3 파일들을 재생할 수 있으며, 모든 음향제어는 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 이뤄지도록 되어있다.
상기 음향부(160)에 있어서, 상기 수면유도부(230)가 작동할 경우에는 사용자에게 명상음악 또는 명상 시 낭독 등 숙면에 도움이 되는 진정성 음악을 들려주어 사용자가 명상의 수준에 이르게 하여 쉽게 잠들 수 있도록 하고, 또는 바이노럴 비트(binaural beat)를 제공하여 사용자를 뇌파 동조시켜 쉽게 수면을 유도하는 기능을 포함한다.
또한, 상기 음향부(160)에 있어서, 상기 각성유도부(240)가 작동할 경우에는 사용자에게 명쾌하고 빠른 각성 음악 또는 음성을 들려주어 사용자의 교감신경계의 활성화에 영향을 주어 쉽게 각성 수준에 이르게 할 수 있고, 상기 자각몽유도부(250)가 작동할 경우에는 사용자의 의식을 유도하는 기능을 더 포함한다.
상기 영상부(170)는 사용자의 양쪽 눈 부분에 해당되는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 위치에 칩 LED 또는 OLED 디스플레이가 구비되어 사용자에게 영상을 제공하는 비주얼 디스플레이(640a, 640b)와, 영상증폭기 회로와, 휴대형 제어단말기(30)에서 제어되는 밝기, 대비, 선명도, 형태 등 영상화면을 제어하는 영상조절회로가 구성될 수 있다. 또한, 상기 비주얼 디스플레이(640a, 640b)에서 칩 LED을 사용할 경우에는 빛을 분산하고, 자외선을 차단하는 필터가 더 포함된다.
또한, 상기 영상부(170)는 상기 휴대 제어단말기(30)에 탑재되어 있는 수면어플로부터 동영상신호를 받아 재생할 수 있고, 메모리(190)에 사용자가 사전에 저장된 동영상 파일들을 재생할 수 있으며, 모든 영상제어는 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 이뤄지도록 되어있다.
상기 영상부(160)에 있어서, 상기 수면유도부(230)가 작동할 경우에는 사용자에게 멜라토닌을 억제하는 빛을 단계적으로 점감시켜 주고, 스트레스 해소와 심신이완에 효과가 있고 숙면에 도움이 되는 포근하고 아늑한 영상을 제공하여 쉽게 잠들 수 있도록 하며, 점멸하는 빛에 사용자를 뇌파 동조시켜 쉽게 수면을 유도하는 기능을 포함한다.
또한, 상기 영상부(160)에 있어서, 상기 각성유도부(240)가 작동할 경우에는 사용자에게 단계적으로 밝은 빛을 비추어 교감신경계의 활성화에 영향을 주어 쉽게 각성 수준에 이르게 할 수 있고, 상기 자각몽유도부(250)가 작동할 경우에는 사용자의 의식을 유도하는 기능과, 수면유지 시 흐릿한 불빛을 유지하는 기능을 더 포함한다.
상기 통신부(180)는 상기 프로세서(200)에서 각종 알고리즘을 수행한 결과로 얻어진 수면데이터를 USB(universal serial bus) 또는 RS-232C(recommended standard 232 revision C) 등의 유선데이터 통신방식과, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 등의 무선데이터 통신방식을 이용하여 상기 휴대형 제어단말기(30)로 전송하는 기능을 포함한다.
상기 메모리(190)는 상기 음향부(160)와 영상부(170)에 공급하는 MP3 파일 또는 동영상 파일과, 휴대형 제어단말기(30)에서 설정된 수면환경 조건들과, 상기 수면단계분석부(210), 수면상태분석부(220), 수면유도부(230), 각성유도부(240), 자각몽유도부(250) 등의 알고리즘들과, 상기 알고리즘들의 실시에 따른 수면데이터들을 저장하는 기능을 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면단계분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수면단계분석부(210)는 다시 PPG/EOG 신호처리부(S700)와 판정알고리즘부(S701∼S712)로 구성된다. 상기 PPG/EOG 신호처리부(S700)에서는 상기 PPG 센서모듈(110)과 EOG 센서모듈(120)에서 획득된 PPG 신호와 EOG 신호에 대한 신호처리 기능을 포함하고, 상기 판정알고리즘부(S701∼S712)에서는 신호처리를 거친 PPG 신호와 EOG 신호를 이용하여 수면단계를 각성 단계(S710), 얕은 수면 단계(S709), 깊은 수면 단계(S708), REM 수면 단계(S711) 등의 4단계로 분류하는 기능을 포함한다.
상기 PPG/EOG 신호처리부(S700)에서는 PPG 센서모듈(110)로부터 얻어진 신호에 포함된 사용자의 움직임에 의해서 발생 되는 동잡음(motion artifact)을 제거하고, PPG 신호를 복원하기 위해서 적응필터 방법, 웨이브렛 변환 방법, 주기적이동평균필터(PMAF, Periodic Moving Average Filter) 방법이 사용될 수 있다.
상기 동잡음이 제거되고 복원된 PPG 신호로부터 피크를 검출하여 피크-피크의 간격인 PPI(pulse-to-pulse interval)를 구한 다음, PPI의 변화량을 연속으로 나타내는 PRV(pulse rate variability)를 계산한다. 상기 PRV는 사용자별로 개인차가 심하게 나타날 수도 있을뿐더러 같은 사용자라도 주위환경이나 심리적 상태 등 외부의 요인에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있다.
또한, 상기 EOG 센서모듈(120)로부터 입력받은 EOG 신호는 눈동자의 움직임에 따라 번갈아 바뀌는 신호가 된다. 눈의 각막은 플러스(+) 전하, 망막은 마이너스(-) 전하를 띠고 있어서, 각막과 망막 사이에는 자연적으로 수 mV의 다이폴이 존재한다. 따라서 안구를 좌측으로 움직이면 각막이 좌측으로 향하므로 좌측 전극이 플러스(+), 우측 전극이 (-)가 된다. 안구를 반대 우측으로 움직이면 신호를 반대로 나타나게 된다. 이러한 안구의 움직임은 정상적인 NREM(non-rapidly eye movement) 수면일 동안에는 간헐적으로 나타나지만, REM 수면일 동안에는 격렬하게 움직이게 된다.
상기 PPG/EOG 신호처리부(S700)에서는 상기의 EOG 신호를 REM 수면 판단에 도움이 될 수 있도록, 안구의 움직임 횟수(주파수)나 전력스펙트럼밀도 등의 형태로 산출하는 것을 포함한다.
우선, 본 발명에서 도출한 수면단계분석을 위한 판정알고리즘의 취지를 설명하면 다음과 같다.
뇌파를 기반으로 하여 수면을 5단계로 분류하는 발견적 집합을 제안한 Rechtschaffen & Kales의 머리글자를 따서 수면분류의 R-K 규칙이라 한다. 수면 1단계는 가장 얕고, 수면 4단계가 가장 깊은 수면이다. 그리고 피험자의 EEG가 완전히 의식이 있는 피험자와 닮았는데도 불구하고, 의식을 나타내지 않는 역설수면(paradoxical sleep)이 있다. 이 수면단계에서는 감은 눈꺼풀 아래로 안구가 급격하게 움직이기 때문에 흔히 REM 수면이라 하며, 이 시기에 주로 꿈을 꾸기 때문에 꿈 수면으로 알려져 있다. 따라서 수면 1~4단계를 NREM 수면으로 알려져 있다.
정상적인 성인의 하루 평균수면시간은 7.5~8시간으로 NREM 수면의 수면 1단계~4단계를 거쳐 다시 수면 2단계 수면을 지나서 렘수면까지 평균 90분의 주기로 하룻밤 동안 4~5회 정도 반복한다. NREM 수면은 주기가 진행될수록 감소하는데 반하여 REM 수면 시간은 증가하며, 정상 성인의 하룻밤 수면시간의 75%는 NREM 수면시간(수면 1단계; 5%, 수면 2단계; 50%, 수면 3 및 4단계; 20%)이고, 25%는 REM 수면시간이다.
뇌파 기반의 R-K 규칙에 따른 수면분류는 수면검사실에서 수면다원검사를 통해 정확하게 분류할 수 있으나, 이동 가능한 상황에서 수면단계를 분석할 경우에 뇌파는 신호가 작아서 피험자의 작은 움직임 또는 외부 자극에 심한 변동이 발생함은 물론, 수면단계를 분석하는데 많은 매개변수들이 필요로 하는 문제점을 수반한다.
따라서, 본 발명에서는 휴대형 기반의 유비쿼터스 수면관리를 위해 비교적 생체신호의 레벨 높고 측정이 용이하며 수면단계 분석에 적은 매개변수를 사용하는 PRV를 이용할 것이다.
또한, 수면 단계를 분류하는데 있어서 수면 1단계가 전체 수면량에서 약 5% 정도를 차지하고, 수면 3과 4단계는 깊은 수면으로 전체 수면량의 20%를 차지하므로, 본 발명에서 수면단계는 수면 2단계를 얕은 수면 단계(S709), 수면 3과 4단계를 깊은 수면 단계(S708) 또는 서파수면(SWS, Slow Wave Sleep), 그리고 REM 수면 단계(S711)와 각성단계(S710) 등 4단계로 분류될 것이다.
따라서, 도 5를 참조하여 수면단계분석을 위한 판정알고리즘부(S701∼S712)를 상세히 설명한다.
수면이 개시되면, 상기 PPG 센서모듈(110)과 EOG 센서모듈(120)에서 획득된 PPG신호와 EOG신호에 대한 신호처리를 한다(S700). PPG의 신호처리로부터 얻어진 PRV를 FFT(fast Fourier transform)와 STFT(short time fourier transform)을 사용하여 주파수영역에서 전력밀도를 계산하거나, 피크-피크의 간격을 이용한 AR(autoregressive) 모델을 사용하여 시계열에 대한 전력밀도를 계산할 수 있다. 그 다음, LF(low-frequency band) 대역(0.04~0.15Hz)과 HF(high-frequency band) 대역( 0.15~0.50Hz)의 전력은 각 주파수 대역의 전력밀도를 적분하여 각 5분 전력스펙트럼에 대해 계산될 수 있다. 각 대역의 전력을 사용하여 LF/HF 비율을 계산한다(S701). 여기서, HF 전력은 부교감활동을, LF 전력은 주로 부교감성분을 지닌 교감활동을 반영하고 있다. LF/HF 비율은 일반적으로 교감-미주신경계 균형(sympathovagal balance)의 지수로 간주되고 있다.
상기 계산된 LF/HF 비율이 REM 수면 대역 범위에 있는지 판단한다(S702). 이때 REM 수면 대역 범위에 존재한다면, EOG 신호 주파수 또는 전력스펙트럼밀도를 계산하고(S703), 상기 계산된 LF/HF 비율이 REM 수면 대역 범위에 있는지를 판정한다(S704). 이때 REM 수면 대역 범위에 포함된다면 REM 수면 단계로 판정하고(S711), 그렇지 않으면 REM 수면 대역의 상한값보다 큰지 작은지를 판단한다(S705). 이때 LF/HF 비율이 REM 수면 대역의 상한값보다 크다면 각성 단계로 판정하고(S710), 그렇지 않으면 얕은 수면 대역 범위에 존재하는지 판단한다(S706). 이때 LF/HF 비율이 얕은 수면 단계 범위에 존재한다면 얕은 수면 단계로 판정하고(S709), 그렇지 않으면 깊은 수면 대역 범위에 존재하는지 판단한다(S707). 이때 LF/HF 비율이 깊은 수면 단계 범위에 존재한다면 깊은 수면 단계로 판정하고(S708), 그렇지 않으면, 사용자가 급성 심정지의 위험성이 있는 응급상황발생으로 판정한다(S712).
상기 수면단계분석이 끝나면 각 단계별 수면데이터를 상기 메모리(190)에 저장하였다가 각성 후 사용자 자신의 수면데이터를 상기 제어단말기(30)를 통해 모니터링 할 수 있다. 또한, 실시간으로 수면데이터를 상기 통신부(180)를 통해 상기 휴대형 제어단말기(30)로 전송한다.
도 6은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
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도 6에 도시된 바와 같이, 상기 수면상태분석부(220)는 사용자가 입면 시기부터 각성 될 때까지 수면의 질을 떨어뜨리는 중요한 수면방해 요인이 되는 수면저/무호흡, 코골이, 체동 등의 유무와 그 데이터를 토대로 사용자가 양질의 수면을 취할 수 있도록 실시간 수면자세 교정 및 수면지도를 할 수 있다.
수면무호흡 동안에는 기도가 막히고 공기의 흐름이 없게 되며 심장과 폐는 호흡을 하기 위해 노력하게 되고 이때 목구멍이 완전히 늘어지게 되어 무호흡 상태가 된다. 그 결과 체내에 산소가 부족해져 저산소증이 나타난다. 저산소증은 심근경색, 고혈압, 뇌졸중 등을 유발한다.
임상적으로 무호흡(apnea)은 수면다원검사에서 평상시 호흡량의 약 80% 이상 감소하고 10초 이상 지속 되며, 산소포화도가 3% 이상 감소 되는 것을 말한다. 저호흡(hypopnea)은 호흡량이 50% 이상 감소 되며 10초 이상 지속 되고 산소포화도가 3% 이상 감소 되는 것을 말한다. 수면 중 시간당 무호흡 또는 저호흡 횟수가 일어나는 수를 무호흡-저호흡지수(Apnea-Hypopnea Index) 또는 호흡장애지수(respiratory disturbance index)라고 하는데, 이 수치가 5 이상이며 과도한 주간 졸림증이나 불면증을 호소하는 경우 수면무호흡증으로 진단한다. 숨이 멎는 회수가 20회 이상이면 자칫 돌연사할 수 있다.
호흡은 말초순환(peripheral circulation)을 변화시키므로, 사용자의 이마에 접촉되는 상기 PPG 센서모듈(110)서 측정한 PPG 신호로부터 추출이 가능하다. 즉, 호흡신호는 PPG 신호의 각 밸리점(vallay point)을 연결하여 검출된다.
PPG 신호처리 후 호흡신호 추출 알고리즘(S721)은 먼저 수집된 PPG 신호를 필터링 하여 호흡과 관련된 부분만을 추출한다. 상기 필터링 방법에는 저역통과필터, 고역통과필터, 대역통과필터가 있으며, 필터의 종류로는 베셀, 버터워드, 체비셔브가 있다 이중 호흡과 관련된 필터링 방법과 필터의 종류를 찾아 호흡 신호를 추출할 수 있다. 이와 같이 추출된 호흡신호를 FFT 분석을 통하여 주파수 대역으로 변환을 하면 호흡률의 주기를 측정할 수 있다. 이로부터 사용자가 수면 중 저호흡 또는 무호흡 증세가 있는지 여부를 판정할 수 있다(S722).
도 7은 도 6의 수면저/무호흡 판정 알고리즘 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 휴대형 이목 마스크(10)를 착용하면 착용 유무 센서모듈(150)이 동작하여 사용자가 수면이 시작됨을 알린다(S731). 호흡량이 수면 전에 비해 50% 이상 감소하였는지 여부를 판단한다(S732). 만일 판단결과가 50% 이상 감소하지 아니한 경우에는 정상으로 판단하고(S733), 호흡량이 50% 이상 감소한 경우에 80% 이상 감소하였는지 여부를 판단한다(S734). 만일 호흡량이 80% 이상 감소하지 아니한 경우에는 그 시간이 10초 이내이면 정상으로, 이상이면 저호흡으로 판단하고(S738), 수면저호흡 데이터를 저장하고(S742), 코골이 방지 베개 제어부가 작동된다(S729). 또한, 호흡량이 80% 이상 감소한 경우에는 그 시간이 10초 이내이면 정상으로, 이상이면 무호흡으로 판단하고(S737), 수면무호흡 데이터를 저장하고(S742), 코골이 방지 베개 제어부가 작동된다(S729). 그 다음, 수면 중 시간당 저호흡과 무호흡이 발생하는 횟수를 카운트하여 수면저/무호흡 횟수의 합(호흡 장애 지수)이 5보다 큰지 작은지를 판단한다(S740). 이때 5 이상이면 수면무호흡증으로 판단하고(S741), 수면무호흡증 데이터를 저장한다(S742). 상기 수면저/무호흡 판정 결과를 토대로 사용자의 수면조절을 위해 코콜이 방지 베개 제어부(20)를 작동시킨다.
도 6을 참조하여 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 있어서, 코골이에 대해 설명한다. 코골이는 수면 중 호흡 시 공기가 코에서 인두를 지나며 연조직들을 진동시켜나는 소리이다. 코골이는 목이나 그 안에 이상이 있을 때 목젖이 떨려나는 소리로 일종의 질환이다. 코골이는 잠을 잘 때 혀와 목젖 등 근육의 긴장이 풀려 기도를 부분적으로 막고, 공기의 흐름이 방해를 받아 나타나는 증상이다. 코골이는 코로 숨이 잘 안 통해 입으로 숨을 쉴 때 소리가 나며, 코골이를 유발하는 원인은 나이, 비만, 음주 등이다. 코골이는 기도의 일부분만 막히지만 대부분은 숨이 끊어지는 수면무호흡증이 동반된다. 코골이는 옆으로 자는 습관으로 50~70%를 줄일 수가 있다. 옆으로 자면 숨을 쉬는 통로가 눌리지 않아 코골이를 줄일 수 있고, 베개는 팔뚝 높이의 높이로 평평하게 해야 한다.
따라서, 본 발명에서 코골이 감지는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 콧등 부위에 압전센서 또는 마이크로폰을 장착한 상기 코콜이 센서모듈(130)을 구비하여 실시된다. 코골이 진동 또는 음을 진폭 및 필터링 방법 등으로 코골이 신호처리를 한다(S723), 코골이의 크기가 기준 레벨 이상일 경우에는 코를 고는 것으로 판단하고, 코골이 감지 알고리즘에 의해 총 코골이 횟수와 시간, 시간당 코곪의 평균 횟수와 시간, 간헐적인 코골이의 횟수와 시간 등 코골이 데이터를 추출한다(S724). 상기 추출된 코골이 데이터를 저장하고(190), 상기 코골이 데이터를 토대로 사용자의 수면조절을 위해 코콜이 방지 베개 제어부(20)를 작동시킨다.
또한, 도 2와 도 6을 참조하여 수면조절을 위한 수면상태분석 방법에 있어서, 체동 감지에 대해 설명한다. 일반적으로 양질의 수면을 취할 경우에는 체동량이 적고, 불량의 수면을 취할 경우에는 체동량이 많아지는 것으로 알려져 있으며, 이러한 체동량으로부터 수면의 질을 평가할 수 있다.
본 발명에서 체동 감지는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 좌우 측과 후두 측에 장착된 압전센서 또는 on/off 센서를 장착한 상기 체동 센서모듈(140)을 구비하여 실시된다. 상기 체동 센서모듈(140)에서 얻어진 체동신호를 프로세서(200)가 인식할 수 있도록 정형화하는 신호처리를 한다(725). 사용자의 머리 움직임으로 몸의 뒤척임을 예측할 수 있으므로, 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)를 착용하고 천정을 바라보며 똑바로 누웠을 때는 후면에 장착된 체동감지센서(650b)에서 ID 코드와 함께 바로 누운 신호가 발생 되고, 사용자가 좌우측 옆으로 누웠을 경우에는 좌우측 위치에 장착된 체동감지센서(650a, 650c)에서 ID 코드와 함께 좌우측 누운 신호가 발생 된다(S726). 이와 같은 신호들은 프로세스로 전달되어 상태를 기억한다. 이러한 절차로 체동의 횟수와 체동유지 시간을 기록하여 사용자의 수면의 질을 평가하는 데이터로 활용한다.
도 1과 도 6을 참조하여 수면조절을 위해 코골이 방지 베개 제어부를 상세히 설명한다.
본 발명에서 부수적으로 사용하게 되는 코골이 방지 베개는 좌우 높이를 자유자재로 조절할 수 있는 기능과, 진동모터가 구비되어 사용자에게 진동 자극을 인가할 수 있는 기능을 더 포함한다.
상기 수면단계분석부(210)에서 수면저/무호흡 판정 결과 급성 심정지 위험 경보가 발생 되면(S712), 상기 코골이 방지 베개 제어부(20)가 작동되어 베개에 부착된 진동모터가 동작하고 베개의 좌우 높이가 교대로 바뀌는 율동을 일으키도록 동작하여 응급상황에 대처한다(21). 이때, LF/HF 비율이 1분 동안 높아지지 않으면, 응급상황으로 인식한다. 이러한 응급상황발생 시 응급신호가 상기 제어단말기(30)를 거쳐 상기 수면관리센터(40)로 전송되어 응급상황이라고 판단되면 지역응급관리센터에 도움을 요청할 수 있다.
상기 수면상태분석부(220)에서 사용자의 수면상태가 수면저/무호흡으로 판정되면, 상기 코골이 방지 베개 제어부(20)가 작동되어 베개의 좌우 높이가 교대로 바뀌는 율동을 일으키도록 동작하여 응급상황에 대처한다(22).
상기 수면상태분석부(220)에서 사용자의 수면상태가 코를 고는 상태로 판정되면, 상기 코골이 방지 베개 제어부(20)가 수면베개에 신호를 보내서, 사용자의 목을 6㎝, 어깨를 2㎝ 정도로 유지하면서 30°정도 옆으로 기울인 상태로 잘 수 있도록 수면베개의 좌측이나 우측 부분이 부풀어 오르게 한다(22). 즉, 코골이를 감지하고 수면베개의 높이를 조절하여 사용자의 수면자세를 바꾸도록 유도함으로써 코골이를 방지할 수 있다. 이때, 상기 수면베개가 상기 휴대형 이목 마스크(10) 좌우에 장착된 상기 체동 센서모듈(140)이 동작할 때까지 부풀어 오르게 하며, 사용자 코골이를 멈추고 10분이 지나면 다시 부풀어진 수면베개를 원래 상태로 복귀시킨다.
도 1을 참조하면, 상기 수면유도부(230)는 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크(10)를 착용 시 상기 휴대형 이목 마스크(10)의 이마 부분 양쪽에 구비된 상기 착용 유무 센서모듈(150)에 의해 작동이 활성화되며, 사용자가 수면상태에 쉽게 진입할 수 있도록 보조하는 역할을 한다.
본 발명에서는 사용자의 수면을 유도하기 위해 음향과 영상, 뇌파동조를 이용한 바이오피드백 방법을 사용하고 있다.
음향을 사용하여 수면을 유도하는 취지를 설명하면 다음과 같다. 음악이 뇌파에 미치는 영향에 관한 연구에 따르면 진정성 음악이 높은 각성 상태의 사용자들에게 각성을 감소시키고, 마음을 안정시키며 뇌에서 알파 파를 많이 발생시키도록 유도한다. 뇌파가 알파 파가 되면 마음이 안정되고 스트레스가 해소되고, 수용력이 증대되고 기억력이 좋아지며, 집중력이 증대되고 직관과 영감이 떠오르게 된다.
따라서, 사용자가 명상음악을 듣는 동안 뇌파가 알파파, 쎄타파, 델타파 순으로 발생하여 명상과 같은 효과를 얻을 수 있으며, 쉽게 수면에 들 수 있게 도와준다.
수면유도음향의 종류에는 클래식음악, 뉴에이지 음악, 국악, 인도 명상음악, 중국의 티벳 음악, 파도소리와 새소리 및 비 오는 소리와 같은 자연의 소리, 샤먼의 북소리나 찬불가, 찬송가, 흑인영가, 시 낭독 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 상기의 수면유도음향은 상기 메모리(190)에 사전에 저장된 것일 수도 있고, 스마트폰과 같은 모바일 멀티미디어 핸드폰을 사용하는 상기 휴대형 제어단말기(30)의 수면어플이 될 수 있다. 또한, 수면 중 사용할 수면유도음향의 종류와 순서를 상기 휴대형 제어단말기(30)의 제어입력설정부(320)에서 선택된다.
영상을 사용하여 수면을 유도하는 취지를 설명하면 다음과 같다. 시각과 조명 사이에는 인간의 적응 능력 중 하나로 주어진 환경에 적응할 수 있는 순응이라는 신체적 능력이 필요하다. 빛의 밝기와 관련된 순응에는 명순응과 암순응이 있다. 일반적으로 명순응에서 암순응으로 변해가는 데는 약 30분이라는 적응시간이 필요하고, 반대로 어두운 곳에서 밝은 곳으로 나올 때의 명순응은 약 200 ms로 아주 짧다. 그러나 나이가 들수록 고령자의 눈은 빛을 느끼고 반응하는 시세포의 감도가 저하되고, 빛의 양적인 변화에 대응하는 추상체와 간상체의 감도가 나이와 함께 쇠퇴하기 때문에 암순응에 필요한 시간이 길어짐과 동시에 순응에 대한 적응력이 저하되어 어두운 곳에서 물체를 보기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 휴대용 이목 마스크 장치(10) 착용 시 일시적으로 어둠을 직면하게 되면서 사용자가 겪게 되는 불안과 공포를 해소하고, 암순응 시간 동안 서서히 빛의 조도가 감소하는 빛이나 영상을 제시한다.
바람직한 일실시 예로써, 색온도 3,000K에서 조도가 5룩스에서 3룩스로 점점 낮아지다가 20∼30분 후에 꺼지게 하거나, 1룩스의 빛을 수면 동안 유지되도록 한다. 빛은 사람의 눈꺼풀에 의해서 눈꺼풀에 의해 98~99.7%까지 감쇠 되어 가장 흐릿한 빛 조건(1룩스)은 0.0003~0.002룩스의 유효한 망막 조도를 나타낸다.
또한, 마음의 안정을 유도하는 수면유도에 적합한 조도를 나타내는 저녁노을이나 밤하늘 등의 영상을 제시할 수 있다. 사용자의 스트레스 해소 및 심신이완을 위해 편안한 영상이나 감미로운 조도를 조절하여 뇌의 송과선에서 멜라토닌의 분비를 촉진시켜 입면 시간을 단축할 수 있다. 수면유도를 위한 조도와 영상의 종류 선택은 상기 휴대형 제어단말기(30)의 입력제어설정부(320)에서 설정한다.
뇌파동조는 인위적으로 공진 또는 동조현상을 이용하여 뇌파를 유도하는 원리이다. 즉, 소리와 점멸하는 빛에 사용자의 뇌파를 동조시키는 것이다.
뇌파동조를 이용하여 수면을 유도하는 취지를 설명하면 다음과 같다. 청각자극에 의해 뇌파를 동조시키는 대표적인 것이 바이노럴 비트(binaural beat)이다. 즉, 집중력과 스트레스 해소를 위해서 알파파(7~13Hz)에 뇌파를 동조시키고자 한다면, 한쪽 귀에는 310Hz를 들려주고 다른 한쪽 귀에는 300Hz를 들려준다. 그러면, 상기 두 주파수의 차 성분인 10Hz의 음이 청각자극으로 가해지게 되고, 이 음에 사용자의 뇌파가 동조 되어 알파파를 우세하게 발생하게 된다. 만일 사용자가 명상을 할 경우에는 세타파(4~7Hz)에, 깊은 수면으로 접어들고 싶다면 델파파(<4Hz)에 동조될 수 있도록 좌우 다른 주파수 음을 들려준다.
시각 자극에 의한 뇌파동조를 위해서 유사한 종래 기술에서는 일반적으로 청색 또는 적색 LED를 원하는 뇌파 동조 주파수와 일치하도록 점멸시키고 있다. 그러나 청색은 광자극 효과에 의해서 수면-각성 리듬을 지연 또는 전진시키는 부작용을 초래할 우려가 있고, 적색은 색채심리에 따르면 사용자를 진정시키기보다 각성시킬 우려가 존재하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 LED을 사용할 때는 황색 또는 주황색 LED를 점멸시켜 뇌파동조를 촉진하고, OLED 디스플레이를 사용할 때는 디스플레이 중심에 전체 화면의 30%에 해당하는 황색 또는 주황색 원형 면적이 점멸되도록 하여 뇌파 동조하도록 한다.
본 발명에서는 뇌파동조를 이용하여 수면유도를 할 경우에, 청각과 시각자극 알고리즘은 사전에 상기 메모리(190)에 저장한 것일 수도 있고, 스마트폰과 같은 모바일 멀티미디어 핸드폰을 사용하는 상기 휴대형 제어단말기(30)의 수면어플이 될 수 있다. 또한, 수면 중 사용할 수면유도 빛과 영상의 종류와 순서를 상기 휴대형 제어단말기(30)의 제어입력설정부(320)에서 선택된다.
도 8은 본 발명에 따른 수면조절을 위한 수면유도방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
본 발명에서는, 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 눈 덮개부 상부에 위치한 반사형 PPG 광전센서로부터 PPI를 산출하고, 이로부터 PRV를 계산한 후 LF/HF-비율을 계산하여 3분마다 그 비율이 계산 이전의 값과 현재 값을 비교하여 상승 및 감소 여부에 따라 사용자가 미리 설정한 순서대로 영상과 음향 또는 시각자극과 청각자극을 바꿔가면서 입면 시간을 줄이도록 하는 바이오피드백 방법을 사용한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 먼저 사용자는 상기 휴대형 제어단말기(30)의 제어입력설정부(320)에서 음향/영상 또는 뇌파동조의 수면유도 방식과, 각 수면유도 방식에 따라 진행할 순차 트랙을 3개까지 선택한다(S751, S752). 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)를 착용할 때부터 바이오피드백 방식의 수면유도가 시작된다. 상기 수면단계분석부(210)에서 계산되는 LF/FH-비율을 3분마다 계산한다(S755). 현재 계산된 LF/FH-비율의 값이 이전의 LF/FH-비율의 값보다 크면 다음 트랙을 진행하고, 작으면 얕은 수면의 LF/HF-비율의 상한값과 비교를 진행한다(S756). 이때 LF/HF-비율의 값이 LF/HF-비율의 상한값보다 크면 그 다음 트랙을 진행하고, 같거나 작으면 바이오피드백을 마친다(S757). 이때까지 걸린 시간이 사용자의 입면 시간으로 상기 메모리(190)에 저장한다(S758). 또한, 사용자가 상기 제어입력설정부(320)에서 수면 유지 중에 지속적으로 영상/음향 유지를 선택하였으면, 상기 선택된 영상/음향이 수면 중인 사용자에게 제시된다(S759). 단, 뇌파동조를 선택하면 시각자극과 청각자극의 트랙은 자동적으로 알파동조, 세타동조, 델타동조 순서로 결정된다.
종래 기술에서는 사용자의 특성을 고려하지 않고 일방적으로 음향/영상을 제시하거나 뇌파동조를 시키고 있다. 이에 반하여 본 발명은 상기와 같은 바이오피드백 방식으로 수면유도 함으로써 사용자의 특성에 적합한 음향/영상 또는 뇌파동조를 제시하여 사용자가 보다 편안하고 안락하게 숙면을 취할 수 있으며 입면 시간을 단축할 수 있는 특징을 포함한다.
본 발명에서 각성 유도 방식으로 사용자를 깨우는 취지를 설명하면 다음과 같다. 정상적인 성인의 하루 수면은 7.5∼8시간으로 90분 정도를 한 주기로 해서 얕은 수면 → 깊은 수면 → REM 수면 → 얕은 수면 단계를 순차적으로 이루어나가며, 하룻밤 동안에 4∼5번의 주기를 반복하는 구조로 이루어진다.
이러한 수면단계 중에서 가장 상쾌하게 기상할 수 있는 수면단계가 얕은 수면 단계이다. 이때는 잠이 들 것 같은 단계, 잠이 든 건지 아닌지 잘 모르는 단계, 주변의 소리를 들으면서 누워만 있는 단계이다. 만일 꿈을 꾸는 중에 잠에서 깨어나면 꿈의 내용이 그대로 머릿속에 남아서 아직 꿈을 꾸고 있는 것 같은 느낌을 받을 수 있어서 꿈의 내용이 한동안 머리를 괴롭힐 것이고, 깊은 단계에서 잠을 깨게 되면 단잠을 자는 단계에서 억지로 잠이 깬 것이 되므로 매우 짜증스럽고 피곤한 느낌이 밀려오게 된다.
따라서, 본 발명에서 각성 유도 방식의 바람직한 일실시 예는, 수면단계 중에서 가장 명확하게 구분할 수 있는 REM 수면 단계를 검출하고, 각 수면주기별 REM 수면 지속 시간이 지난 후에 단계적으로 증가하는 음향과 영상을 사용자에게 제시하여 깨우는 방식을 특징으로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 수면조절을 위한 기상유도방법을 설명하기 위한 일실시 예 타임차트이다.
도 9를 참조하여 상기 각성유도부(240)를 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 휴대형 제어단말기(30)의 제어입력설정부(320)에서 기상예정시간을 선택한다. 상기 기상예정시간은 다섯 가지를 선택할 수 있다. 즉, 수면개시 1시간 30분 후, 3시간 14분 후, 4시간 51분 후, 6시간 28분 후, 8시간 5분 후이다. 그 다음 상기 제어입력설정부(320)에서 기상음악과 기상 광원을 선택하고, 최소 및 최대 음량과 광량을 선택한다. 상기 기상음악은 교감신경이 활성화되는데 효과적인 경쾌하고 빠른 음악을 선택하고, 상기 기상 광원은 적색 또는 백색 중에서 선택한다. 상기 설정이 완료되고 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)를 착용하면 수면개시가 시작된다. 수면개시 후 상기 기상예정시간에 이르면, 2분마다 음악과 광원이 5단계로 커지고 밝아진다.
본 발명에서, 상기 자각몽유도부(250)는 사용자로 하여금 비자각 REM 수면에서 자각 REM 수면으로 유도하여 자각몽을 꾸도록 하기 위한 것으로서, 자각몽(lucid dream)을 유도하는 취지를 설명하면 다음과 같다.
자각몽은 자신이 꿈을 꾸고 있다는 사실을 자각하며 꾸는 꿈을 말하며, 1913년 네덜란드의 내과의사 F.V. 에덴이 처음으로 사용한 용어이다. 꿈을 꾸면서 스스로 그 사실을 인지하기 때문에 꿈의 내용을 어느 정도 통제할 수 있다는 특징이 있다. 자각하지 못하고 꾸는 꿈의 내용에 비해 현실적이며, 일관성이 있다. 또 꿈을 꾸는 동안에도 깨어 있을 때와 마찬가지로 생각하고, 기억할 수 있기 때문에 수면상태와 깨어 있는 상태의 차이가 거의 없다. 자각몽을 통해 소위 무의식의 상징물들을 접하고 그것을 이해함으로써 자신의 심리적 문제를 해결하고 삶에 새로운 에너지를 얻게 된다.
따라서, 본 발명에서 바람직한 자각몽유도의 일실시 예는, 상기 수면단계분석부(210)에서 REM 수면을 검출하고 이때 꿈을 꾸고 있는 사용자에게 적색 점멸 광원을 인가하는 것이다. 이때, 점멸 광원은 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 눈 덮개부 안쪽에 좌우 5개씩 적색 칩 LED를 장착 또는 OLED 디스플레이에 프랙털 패턴으로 사용자에게 빛을 제시할 수 있다. 상기 제어입력설정부(320)에서 상기 적색 칩 LED 배열 또는 OLED 디스플레이의 조도는 3단계, 반복시간은 5단계로 설정이 가능하다. 또한, 점등개시 시각은 상기 제어입력설정부(320)에서 5단계 설정이 가능하다. 점등개시 시각의 단계는 사용자가 취침 중 REM 수면의 순서에 대응한다. 상기 자각몽의 효과를 극대화하기 위해 음향 사용 선택을 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 휴대형 제어단말기(30)는 스마트폰이나 아이폰 등과 같은 모바일 멀티미디어 핸드폰이 역할을 수행하며, 상기 수면어플제어부(300), 긴급전화설정부(310), 제어입력설정부(320), 수면데이터표시부(330), 수면의 질 평가부(340), 수면보고서표시부(350)를 포함한다.
상기 수면어플제어부(300)는 스마트폰이나 아이폰에서 사용되고 있는 각종 수면관련 어플들을 별도로 저장 및 관리하고, 이러한 어플들의 기능을 본 발명에서 이용하기 위해 상기 제어입력설정부(320)에서 설정 입력상태에 따라 어플을 제어할 수 있는 인터페이스 기능과, 상기 선택된 어플과 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)와 연동을 위한 인터페이스 기능과, 상기 휴대형 제어단말기(30) 자체 기능을 이용하기 위한 인터페이스 기능을 더 포함한다.
상기 수면어플제어부(300)는 스마트폰이나 아이폰에서 사용되고 있는 각종 수면관련 어플들을 별도로 저장 및 관리하고, 이러한 어플들의 기능을 본 발명에서 이용하기 위해 상기 제어입력설정부(320)에서 설정 입력상태에 따라 어플을 제어할 수 있는 인터페이스 기능과, 상기 선택된 어플과 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)와 연동을 위한 인터페이스 기능과, 상기 휴대형 제어단말기(30) 자체 기능을 이용하기 위한 인터페이스 기능을 더 포함한다.
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상기 긴급전화설정부(310)는 수면 중에 긴급전화 외에는 수신할 수 없도록 하여 수면을 방해하지 않도록 조치하는 기능이다. 긴급전화는 수면 중이라도 꼭 전화를 수신해야 할 전화번호를 말하며, 사용자는 수면 전에 긴급전화에 해당하는 전화번호를 상기 휴대형 제어단말기(30)에 저장해 둔다. 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 저장된 해당 전화번호가 수신되면 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 영상부(170)에서 전화번호를 문자로 표시하거나, 음향부(160)에서 문자-음성 변환(TTS, Text-To-Speech)을 거쳐 음성으로 사용자에게 들려준다. 사용자는 제시된 문자나 음성형태를 사전에 설정할 수 있고, 긴급전화 수신시 전화번호를 보거나 들은 후에 통화 여부를 결정할 수 있다.
상기 제어입력설정부(320)에서는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 각종 기능을 설정하는 부분이다. 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예는 기상예상시간 설정과, 긴급전화번호 설정과, 수면유도 시에 있어서, 유도방법(음향/영상 또는 뇌파동조) 선택 설정, 음향/영상 소스(저장파일 또는 수면어플) 선택 설정, 음향의 종류와 순서, 영상의 종류와 조도 설정과, 각성 유도 시에 있어서, 음향/영상 소스(저장파일 또는 수면어플) 선택 설정, 음향과 영상의 종류 선택 설정, 최소 및 최대 음량과 조도와, 자각몽 유도 시에 있어서, 조도와 반복시간 설정, 음향의 종류와 음량 설정과, 상기 휴대형 제어단말기(30)에 디스플레이하고자 하는 수면데이터의 종류 선택 설정 등이다.
상기 수면데이터표시부(330)에서는 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에서 전달된 사용자의 수면데이터를 사용자가 언제 어디서나 확인할 수 있는 기능을 포함한다. 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예로써, 상기 수면데이터표시부(330)에서 표시할 수 있는 수면데이터는 사용자의 수면주기 그래프, 총수면 시간, 입면과 각성 시간, 수면 중 각성 시간, 맥박수 및 호흡수와, 수면저/무호흡 및 수면무호흡증의 발생 시간과 빈도, 응급상황 발생 시간과 빈도와, 총 코골이 시간과 빈도, 시간당 코골이 횟수와 시간, 간헐적 코골이의 횟수와 시간과, 체동발생 시간과 빈도, 총수면 중 체동 횟수와 유지시간, 수면 체위의 종류와 시간 등이다.
상기 수면의 질 평가부(340)는 피츠버그 수면의 질 지수(PSQI, Pittsburgh sleep quality index)에 기초하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에서 전송된 수면데이터, 즉, 수면데이터는 사용자의 수면주기 그래프, 총수면 시간, 입면과 각성 시간, 수면 중 각성 시간, 맥박수 및 호흡수와, 수면저/무호흡 및 수면무호흡증의 발생 시간과 빈도, 응급상황 발생 시간과 빈도와, 총 코골이 시간과 빈도, 시간당 코골이 횟수와 시간, 간헐적 코골이의 횟수와 시간과, 체동발생 시간과 빈도, 총수면 중 체동 횟수와 유지시간, 수면 체위의 종류와 시간 등을 분석하고, 가공 및 통계처리 등을 수행한다.
상기 수면보고서표시부(350)는 상기 휴대형 제어단말기(30)의 상기 수면의 질 평가부(340)에서 수행된 수면데이터의 분석, 가공, 통계처리된 사용자의 수면정보를 표시한다. 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예로써, 상기 수면보고서표시부(350)에서 표시할 수 있는 수면보고서는 수면데이터의 그래픽 정보와, 일별, 주별, 월별 수면통계정보와, 상기 수면통계정보에 대한 수면진단 등의 내용이 포함된 사용자의 수면관리정보를 표시한다.
상기 수면의 질 평가부(340)는 피츠버그 수면의 질 지수(PSQI, Pittsburgh sleep quality index)에 기초하여 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에서 전송된 수면데이터, 즉, 수면데이터는 사용자의 수면주기 그래프, 총수면 시간, 입면과 각성 시간, 수면 중 각성 시간, 맥박수 및 호흡수와, 수면저/무호흡 및 수면무호흡증의 발생 시간과 빈도, 응급상황 발생 시간과 빈도와, 총 코골이 시간과 빈도, 시간당 코골이 횟수와 시간, 간헐적 코골이의 횟수와 시간과, 체동발생 시간과 빈도, 총수면 중 체동 횟수와 유지시간, 수면 체위의 종류와 시간 등을 분석하고, 가공 및 통계처리 등을 수행한다.
상기 수면보고서표시부(350)는 상기 휴대형 제어단말기(30)의 상기 수면의 질 평가부(340)에서 수행된 수면데이터의 분석, 가공, 통계처리된 사용자의 수면정보를 표시한다. 본 발명에 따른 바람직한 일실시 예로써, 상기 수면보고서표시부(350)에서 표시할 수 있는 수면보고서는 수면데이터의 그래픽 정보와, 일별, 주별, 월별 수면통계정보와, 상기 수면통계정보에 대한 수면진단 등의 내용이 포함된 사용자의 수면관리정보를 표시한다.
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도 10은 본 발명에 따른 수면 모니터링 방법에 대한 일실시 예 흐름도이다.
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도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 휴대형 이목 마스크 기반 수면 모니터링 방법은, 상기 휴대형 제어단말기(30)에서 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)의 기능을 설정하고, 디스플레이하고자 원하는 종류의 수면데이터를 선택하는 제 1 단계(S801) ; 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에 장착된 상기 센서모듈부(100)로부터 PPG와 EOG 신호, 코골이, 체동 신호 등을 감지하는 제 2 단계(S802); 상기 제 2단계에서 감지된 신호를 분석하여 맥박수, 총 수면시간, 수면단계별 시간, 수면 중 각성 횟수와 시간, 수면 저/무호흡 횟수 및 시간, 총 코골이 횟수와 시간, 총 체동 시간 및 횟수 등을 포함하는 종합적인 수면지표에 대한 정량적인 매개변수 값을 도출하는 제 3 단계(S803); 상기 휴대형 이목 마스크 장치(10)에서 수집된 수면데이터를 상기 휴대형 제어단말기(30)로 송신하는 제 4 단계(S804); 상기 수면데이터를 수신하여 상기 휴대형 제어단말기(30)에 정량적 수면지표를 저장 및 디스플레이하고, 수면의 질을 평가하여 수면통계정보 및 사용자 수면관리정보를 위한 수면보고서를 사용자에게 제공하여 수면패턴을 교정하여 수면의 질을 향상시키는 제 5 단계(S805);를 포함한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 휴대형 이목 마스크 장치 20: 코골이 방지 베개 제어부
30: 휴대형 제어단말기 100: 센서모듈부 160: 음향부 170: 영상부
180: 통신부 190: 메모리 200: 프로세서
30: 휴대형 제어단말기 100: 센서모듈부 160: 음향부 170: 영상부
180: 통신부 190: 메모리 200: 프로세서
Claims (25)
- 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치에 있어서,
휴대형 이목 마스크 장치는,
수면 중인 사용자의 수면단계 및 수면상태 분석을 위한 신호를 감지하기 위한 센서모듈부 ;
센서모듈부로부터 획득한 신호를 토대로 동작하는 수면단계분석부와, 수면상태분석부와, 수면유도부와, 각성유도부와, 자각몽유도부를 포함하는 프로세서 ;
수면유도와, 각성유도와, 자각몽유도와, 수면유지를 돕기 위한 음향부 및 영상부 ;
수면단계분석과 수면상태분석을 위한 알고리즘과, 알고리즘 수행으로부터 얻어진 수면데이터와, 음향부와 영상부에 공급되는 MP3 파일과 영상파일 등을 저장하는 메모리 ;
수면데이터와 응급신호를 휴대형 제어단말기로 전송하기 위한 통신부;
수면상태분석에 따라 응급신호발생과 수면 중인 사용자의 수면자세를 교정하기 위해 코골이 방지 베개를 제어하기 위한 코골이 방지 베개 제어부 ;
를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치에 있어서,
휴대형 제어단말기는,
스마폰 또는 아이폰 등과 같은 모바일 멀티미디어 핸드폰의 역할을 동시에 수행하는 것으로서,
스마트폰 또는 아이폰에서 사용되고 있는 각종 수면관련 어플들을 별도로 저장 및 관리하는 수면어플제어부 ;
수면 중인 사용자가 긴급한 전화만 선택적으로 수신할 수 있도록 설정하고, 수신된 전화번호를 영상부에 문자로, 음향부에는 문자-음성 변환을 거쳐 음성으로 알려주는 긴급전화설정부 ;
휴대형 이목 마스크 장치의 각종 기능과 휴대형 제어단말기 자체 기능을 설정하는 제어입력설정부 ;
휴대형 이목 마스크 장치에서 전달된 사용자의 수면데이터를 사용자가 언제 어디서나 확인할 수 있는 기능을 갖는 수면데이터표시부 ;
피츠버그 수면의 질 지수(PSQI, Pittsburgh sleep quality index)에 기초하여 수면데이터를 분석하고, 가공 및 통계처리 등을 수행하는 수면의 질 평가부 ;
평가된 수면의 질을 사용자 맞춤형 수면보고서를 디스플레이하는 수면보고표시부 ;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
센서모듈부는,
수면 중인 사용자의 이마에 반사형 PPG 센서를 접촉시켜 맥파를 검출하기 위한 PPG센서모듈 ;
수면 중인 사용자의 양쪽 눈초리와 이마에 전극을 접촉시켜 안구 움직임을 검출하기 위한 EOG센서모듈 ;
수면 중인 사용자의 콧등 부분에 압전센서 또는 마이크로폰을 구비하여 코골이를 감지하는 코골이 센서모듈 ;
수면 중인 사용자의 머리 양측과 후두측에 압전센서 또는 on/off센서를 구비하여 몸의 뒤척임과 같은 체동을 감지하는 체동 센서모듈 ;
수면 중인 사용자의 이마 양쪽에 압전센서 또는 on/off센서를 구비하여 휴대형 이목 마스크의 전원을 공급하고 사용자의 수면개시 시간을 알리는 착용 유무 센서모듈 ;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 3항에 있어서,
코골이 센서모듈과, 체동 센서모듈과, 착용 유무 센서모듈에 사용되는 압전소자로서 PVDF (polyvinylidenefluoride)나 EMFi(ElectroMechanical Film) 센서를 사용하는 것과,
체동 센서모듈과 착용 유무 센서모듈에서 오류를 방지하기 위해 두 개의 센서를 한 개조로 감지하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
음향부는 오디오 출력단과, 음향증폭기 회로와, 휴대형 제어단말기에서 제어되는 음량 및 음질제어를 위한 이퀄라이저 증폭기로 구성되는 것과,
메모리에 사전에 저장된 MP3파일들을 재생 또는 휴대형 제어단말기에 탑재되어 있는 수면어플로부터 음향신호를 받아 재생할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
영상부는 칩 LED 또는 OLED 디스플레이가 구비되어 수면 중인 사용자에게 영상을 제공하는 비주얼 디스플레이와, 영상증폭기 회로와, 휴대형 제어단말기에서 제어되는 밝기, 대비, 선명도, 형태 등 영상화면을 제어하는 영상조절회로로 구성되는 것과,
메모리에 사전에 저장된 동영상 파일들을 재생 또는 휴대형 제어단말기에 탑재되어 있는 수면어플로부터 동영상신호를 받아 재생할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
비주얼 디스플레이에 칩 LED을 사용할 경우에는 빛을 분산하고, 자외선을 차단하는 필터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
통신부는 프로세서에서 각종 알고리즘을 수행한 결과로 얻어진 수면데이터와, 휴대형 제어단말기에서 발생하는 제어신호를 USB 또는 RS-232C 등의 유선데이터 통신방식과, 블루투스, 지그비, 와이파이 등의 무선데이터 통신방식을 이용하여 휴대형 이목 마스크 장치와 휴대형 제어단말기 사이에 인터페이스를 제공하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
메모리는 음향부와 영상부에 공급하는 MP3 파일이나 동영상 파일과, 휴대형 제어단말기에서 설정된 수면환경 조건들과, 수면단계분석부, 수면상태분석부, 수면유도부, 각성유도부, 자각몽유도부 등을 위한 알고리즘들과, 알고리즘들의 수행결과에 따른 수면데이터들을 저장하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
코골이 방지 베개 제어부는,
좌우 높이를 자유자재로 조절할 수 있는 기능과, 진동모터가 구비되어 사용자에게 진동 자극을 인가할 수 있는 기능을 갖는 코골이 방지 베개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항 또는 제 10항에 있어서,
코골이 방지 베개 제어부는 수면단계분석부에서 급성 심정지 위험 경보 신호가 발생 되면 코골이 방지 베개에 부착된 진동모터가 동작하고 베개의 좌우 높이가 교대로 바뀌면서 율동을 일으키도록 동작을 제어하는 것과,
수면상태분석부에서 수면저/무호흡 판정 결과가 도출되면 코골이 방지 베개의 좌우 높이가 교대로 바뀌면서 율동을 일으키도록 동작을 제어하는 것과,
수면상태분석부에서 수면 중인 사용자가 코를 고는 것으로 판정되면 수면 중인 사용자의 수면자세가 옆으로 기울어지도록 코골이 방지 베개의 한쪽 방향이 높아지는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
수면단계분석부는 PPG를 신호처리하여 얻어진 PRV(pulse rate variability)로부터 계산된 LF(low frequency)/HF(high frequency) 비율과,
EOG 신호를 이용하여 수면단계를 각성 단계, 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계, REM 수면 단계 등의 4단계로 분류하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
수면상태분석부는 사용자가 수면 입면 시기부터 각성시까지 수면방해 요인이 되는 수면저/무호흡, 코골이, 체동 등의 유무를 판정하는 것과,
판정 결과 데이터를 토대로 사용자가 양질의 수면을 취할 수 있도록 실시간 수면자세를 교정하는 신호를 발생하는 기능을 포함하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 13항에 있어서,
수면저/무호흡 판정은,
PPG 신호로부터 추출한 호흡량이 수면 전에 비해 50% 이상 감소하고 10초 이상 지속 되면 수면저호흡으로 판정하고, 80% 이상 감소하고 10초 이상 지속 되면 수면무호흡으로 판정하며, 수면 중 시간당 저호흡과 무호흡이 발생하는 횟수의 합이 5보다 크면 수면무호흡증으로 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
체동 센서모듈에서는 좌우 측과 후두 측에 해당하는 ID 신호와 체동 신호가 동시에 발생하는 것과,
수면 중인 사용자의 머리 움직임으로 몸의 뒤척임과 같은 체동 상황과 대응하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
수면유도부에서 음향/영상 바이오피드백 방식은,
휴대형 제어단말기에서 바이오피드백에서 사용할 음향과 영상 소스를 선택하는 것과,
수면단계분석부에서 산출된 LF/FH-비율을 일정 시간 간격으로 계산하여 이전의 LF/FH-비율의 값과 비교해 크면 다음 트랙을 진행하고, 작으면 다시 얕은 수면의 LF/HF-비율의 상한값과 비교한 결과 크게 되면 그 다음 트랙을 진행하고, 같거나 작으면 바이오피드백을 종료하는 것과,
이때까지 걸린 시간을 사용자의 입면시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 16항에 있어서,
수면 중인 사용자가 상기 휴대형 이목 마스크를 착용시 일시적으로 어둠에 직면하게 되면서 겪게 되는 불안과 공포를 해소하기 위해, 선택적으로 수면 유지 중에 영상/음향이 지속적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
수면유도부에서 뇌파동조 바이오피드백 방식은,
휴대형 제어단말기에서 바이오피드백에서 사용할 청각자극과 시각자극 형태를 선택하는 것과,
수면단계분석부에서 산출된 LF/FH-비율을 일정 시간 간격으로 계산하여 이전의 LF/FH-비율의 값과 비교해 크면 다음 트랙을 진행하고, 작으면 다시 얕은 수면의 LF/HF-비율의 상한값과 비교한 결과 크게 되면 그 다음 트랙을 진행하고, 같거나 작으면 바이오피드백을 종료하는 것과,
이때까지 걸린 시간을 사용자의 입면시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 18항에 있어서,
뇌파동조 바이오피드백 방식에서 시각자극과 청각자극의 트랙은 자동으로 알파동조, 세타동조, 델타동조 순서로 결정되는 것과,
청각자극으로 바이노럴 비트를 사용하는 것과,
시각자극으로 LED을 사용할 때는 황색 또는 주황색 LED를 점멸시켜 뇌파 동조를 촉진하고, OLED 디스플레이를 사용할 때는 디스플레이 중심에 전체 화면의 30%에 해당하는 황색이나 주황색 원형 면적이 점멸되도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대형 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
각성유도부는 휴대형 제어단말기에서 기상예정시간을 수면개시 후 수면주기에 REM 수면 시간을 더한 시간으로 하여 5단계로 설정하는 것과,
기상음악과 적색 또는 백색의 기상 광원을 선택 가능한 것과,
기상음악과 기상 광원의 최소 및 최대 음량과 광량의 선택을 하는 것과,
수면개시 후 기상예정시간에 이르면, 일정 시간마다 음악과 광원이 5단계로 커지고 밝아지면서 수면 중인 사용자를 깨우는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 제 1항에 있어서,
자각몽유도부는 수면단계분석부에서 REM 수면을 검출하고 이때 꿈을 꾸고 있는 사용자에게 적색 점멸 광원을 인가하는 것과,
점멸 광원은 휴대형 이목 마스크 장치의 좌우 안쪽에 5개씩 적색 칩 LED 장착 또는 OLED 디스플레이에 프랙털 패턴으로 사용자에게 빛을 제시하는 것과,
적색 칩 LED 배열이나 OLED 디스플레이의 조도는 3단계, 반복시간은 5단계로 설정과, 점등개시 시각은 5단계 설정이 가능한 것과,
자각몽의 효과를 극대화하기 위해 음향 사용을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴대형 이목 마스크 기반 수면조절 및 모니터링 장치. - 삭제
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210114580A (ko) | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 한국표준과학연구원 | 웨어러블 수면 모니터링 시스템 및 그 제어방법 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101712878B1 (ko) * | 2014-04-04 | 2017-03-07 | 서병윤 | 뇌파모니터링을 통한 숙면 유도 시스템 |
| WO2016140408A1 (ko) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | 주식회사 프라센 | 수면 유도 장치 및 이를 포함하는 수면 관리 시스템 |
| KR101687321B1 (ko) | 2015-03-05 | 2016-12-16 | 주식회사 프라센 | 수면 유도 장치 및 이를 포함하는 수면 관리 시스템 |
| WO2017119638A1 (ko) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 전남대학교산학협력단 | 실시간 수면장애 감시 장치 |
| KR102087583B1 (ko) | 2016-10-18 | 2020-03-11 | 한국전자통신연구원 | 이상호흡 감지 장치 및 방법 |
| KR101868368B1 (ko) * | 2017-09-07 | 2018-06-18 | 미미라이팅주식회사 | 뇌파리듬 조절 기능이 구비된 조명기구 |
| US20210170193A1 (en) * | 2017-11-02 | 2021-06-10 | Beon Solutions S.R.L. | Device for stimulating the endogenous production of melatonin and process for optimizing stimulation thereof |
| CN108543194A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-09-18 | 深圳恩鹏健康产业股份有限公司 | 一种基于红外的睡眠干预控制装置及方法 |
| GB2577297B8 (en) | 2018-09-20 | 2023-08-02 | Deborah Carol Turner Fernback | Ear-and-eye mask with noise attenuation and generation |
| US11097078B2 (en) * | 2018-09-26 | 2021-08-24 | Cary Kochman | Method and system for facilitating the transition between a conscious and unconscious state |
| JP7115214B2 (ja) * | 2018-10-22 | 2022-08-09 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用通知システム |
| KR20200091261A (ko) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 삼성전자주식회사 | 전자 장치 및 이의 수면 유도 방법 |
| KR102268339B1 (ko) * | 2019-03-26 | 2021-06-22 | 홍수정 | 헬스케어용 광 출력 장치 |
| CN112006652B (zh) * | 2019-05-29 | 2024-02-02 | 深圳市睿心由科技有限公司 | 睡眠状态检测方法和系统 |
| KR102383921B1 (ko) * | 2019-08-29 | 2022-04-08 | 고려대학교 산학협력단 | 사용자 맞춤형 수면 관리 방법 및 시스템 |
| US20220233805A1 (en) * | 2019-08-29 | 2022-07-28 | Korea University Research And Business Foundation | Customized-type sleep management method and system |
| CN111110983A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-05-08 | 深圳前海冰寒信息科技有限公司 | 智能睡眠眼镜的控制方法、控制系统以及计算机存储介质 |
| CN110957030A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-03 | 中国人民解放军第二军医大学 | 一种睡眠质量监测及交互系统 |
| KR102440383B1 (ko) * | 2020-07-27 | 2022-09-06 | 주식회사 오션아이 | 수면 유도 led 제어 방법 및 시스템 |
| KR102377920B1 (ko) * | 2021-02-18 | 2022-03-22 | 공영일 | 수면 힐링 서비스 제공 시스템 및 그 방법 |
| KR20230012133A (ko) * | 2021-07-14 | 2023-01-26 | 삼성전자주식회사 | 수면 상태에 따른 사용자 인터페이스를 제공하는 전자 장치 및 그의 동작 방법 |
| KR102387735B1 (ko) * | 2021-08-30 | 2022-04-18 | 주식회사 에이슬립 | 수면 분석 모델을 이용한 수면 분석 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 |
| WO2023075092A1 (ko) * | 2021-10-25 | 2023-05-04 | 삼성전자 주식회사 | 사용자의 호흡 상태를 감지하기 위한 웨어러블 장치 |
| CN114255848B (zh) * | 2021-12-16 | 2024-06-07 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种姿势调整方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114052667B (zh) * | 2021-12-18 | 2024-03-05 | 郑州大学 | 一种睡眠状态监测方法及睡眠监测装置 |
| CN115350380B (zh) * | 2022-08-26 | 2024-09-17 | 中国人民解放军陆军军医大学第一附属医院 | 一种基于睡眠监测的睡眠改善系统 |
| KR102637823B1 (ko) * | 2023-01-27 | 2024-02-20 | 한국전자기술연구원 | 압력신호 기반 수면단계별 케어 서비스 제공 시스템 및 방법 |
| CN115910351B (zh) * | 2023-03-03 | 2023-07-07 | 安徽星辰智跃科技有限责任公司 | 一种睡眠周期性检测量化及辅助干预的方法、系统和装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004187961A (ja) | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Toshiba Corp | 睡眠状態検出装置および睡眠状態管理システム |
| JP2008264551A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | National Yang Ming Univ | サングラス型睡眠検出及び防止装置 |
| KR100894221B1 (ko) * | 2007-06-29 | 2009-04-20 | 진경수 | 무선을 이용한 안구전위 기반 안구운동과 수면학습을 위한 안대장치 및 그 제어 방법 |
-
2012
- 2012-09-24 KR KR1020120105570A patent/KR101516016B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004187961A (ja) | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Toshiba Corp | 睡眠状態検出装置および睡眠状態管理システム |
| JP2008264551A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | National Yang Ming Univ | サングラス型睡眠検出及び防止装置 |
| KR100894221B1 (ko) * | 2007-06-29 | 2009-04-20 | 진경수 | 무선을 이용한 안구전위 기반 안구운동과 수면학습을 위한 안대장치 및 그 제어 방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210114580A (ko) | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 한국표준과학연구원 | 웨어러블 수면 모니터링 시스템 및 그 제어방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140039452A (ko) | 2014-04-02 |
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