KR101529259B1 - Digital oscillator for detecting sleep apnea - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 종래의 벨트 단면적을 측정하기 위한 발진기 회로와 발진 주파수 측정회로를 경량간소화하고 전류소모를 감소시키는데 있다. 또한 본 발명은 소형경량이고 전류소모가 적은 수면 무호흡을 검출하는 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디지털 발진기로서, 피검자의 몸에 착용하는 유도성 벨트와; 상기된 유도성 벨트의 두 개의 터미널과 연결되는 두 개의 도선으로 이루어지는 케이블과; 하나의 인버터와; 상기된 인버터의 입력과 회로 공통 사이에 연결되는 하나의 커패시터와; 상기된 케이블의 한쪽 도선과 회로 공통 사이에 연결되는 또 하나의 커패시터를 포함하며, 상기 케이블의 다른 한쪽 도선이 상기된 인버터의 입력과 연결되며, 인버터의 출력과 케이블의 한쪽 도선 사이에 하나의 저항을 삽입하는 것을 특징으로 하는 디지털 발진기를 제공한다.It is an object of the present invention to simplify the oscillator circuit and the oscillation frequency measurement circuit for measuring the conventional cross-sectional area of the belt, and to reduce current consumption. Another object of the present invention is to provide a device for detecting sleep apnea that is small and lightweight and has low current consumption.
According to an aspect of the present invention, there is provided a digital oscillator comprising: an inductive belt to be worn on a body of a subject; A cable comprising two conductors connected to two terminals of said inductive belt; One inverter; A capacitor connected between the input of the inverter and the circuit common; The other cable connected to the input of the inverter and connected between the output of the inverter and one of the conductors of the cable, Is inserted between the first electrode and the second electrode.

Description

수면 무호흡 검출용 디지털 발진기 {DIGITAL OSCILLATOR FOR DETECTING SLEEP APNEA}[0001] DIGITAL OSCILLATOR FOR DETECTING SLEEP APNEA [0002]

본 발명은 피검자의 수면중 무호흡 상태를 검출하기 위한 장치로서, 더욱 상세하게는 몸에 유도성 벨트(Inductive Belt)를 착용하고 소형경량화된 장치를 사용하여 쾌적하게 무호흡 상태에 관한 정보를 얻기 위한 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for detecting an apnea state in a sleeping state of an examinee, and more particularly, to an apparatus for detecting an apnea state by using an inductive belt (an inductive belt) .

일반적으로, 수면중 기도가 막혀서 발생하는 수면무호흡은 고혈압, 심장마비, 뇌졸중의 위험뿐 아니라 업무 효율 저하와 운전자의 졸음에 의한 사고를 유발할 수 있다.In general, sleep apnea caused by blockage of the airway during sleep can lead to the risk of hypertension, heart attack, and stroke, as well as lowering work efficiency and accidents caused by sleepiness of the driver.

수면중 무호흡은 짧으면 수초 내지 10초, 길면 1-2분 동안 일어나며 시간당 5-30번, 하룻밤에 200-500번의 부분적 혹은 완전한 호흡 교란 혹은 무호흡이 발생한다. 수면무호흡을 정밀진단하기 위해서는 수면다원검사(PSG: Polysomnography)를 표준으로 수행한다.Sleep apnea occurs for a few seconds to a few seconds and a long period of 1-2 minutes, resulting in a partial or complete respiratory disturbance or apnea of 5-30 times per hour and 200-500 times per night. To precisely diagnose sleep apnea, PSG (Polysomnography) is performed as a standard.

수면다원검사는 뇌파(EEG), 심전도(ECG), 호흡, 안전도(Electro-oculogram), 근전도(EMG) 등 많은 측정을 동시에 수행하여 정밀하고 다양한 데이터를 수집한 후 이 데이터를 의사가 분석한다. 그러나 수면다원검사는 통상적으로 병원에 입원하여 밤새도록 테크니션의 관찰하에 시행하며 많은 비용이 소요된다. 또한 20개 이상의 전극을 몸에 부착하여야하므로 병원에서만 실시할 수 있는 폐단이 있다.The sleep polyvalence test is performed by a physician who collects precise and diverse data by performing many measurements such as EEG, ECG, respiration, electro-oculogram, and EMG simultaneously . However, sleep polyvalence testing is usually performed at the hospital and is performed overnight under the observation of the technician. In addition, since more than 20 electrodes are required to be attached to the body, there is a closed end which can be performed only in a hospital.

따라서 병원에서 정밀진단한 후, 혹은 치료후 예후를 가정에서 관찰하기 위해서, 혹은 자체적으로 간편히 수면검사를 할 필요가 대두된다. 그러므로 본 발명에서는 가정에서 타인의 도움없이 사용이 가능하고 수면다원검사의 사전검사 등에 사용이 가능한 벨트착용 방식에 의한 수면 무호흡 측정 장치를 제공한다.Therefore, it is necessary to perform a sleep test in order to observe the prognosis at home, or to make a self-diagnosis after a precise diagnosis in a hospital. Therefore, the present invention provides a device for measuring sleep apnea by a belt wearing method which can be used at home without the help of others and can be used for preliminary examination of sleeping polygraphy.

벨트착용 방식은 압력 센서 부착 방식의 불쾌함과 센서 이탈로 인한 에러 가능성을 제거하기 위하여 몸통에 부드러운 벨트를 착용하고 호흡에 따른 벨트 단면적의 신장과 수축을 전기적으로 측정하는 방식으로 임피던스 법이나 Spirometer에 비하여 직접적이고 편안한 장점을 갖는다.In order to eliminate the unpleasantness of the method of attaching the pressure sensor and the possibility of error due to the deviation of the sensor, it is necessary to wear a soft belt on the body and to measure the elongation and contraction of the belt cross-sectional area by respiration by the impedance method or the spirometer It has a direct and comfortable advantage over the others.

벨트착용 방식의 종래의 기술은 참고문헌(K.P. Cohen, D. Panescu, J.H. Booske, J.G. Webster, and W.J. Tompkins, Design of an inductive plethysmograph for ventilation measurement, Physiol. Meas. Vol. 15, pp. 217-229, 1994)에 잘 기술되어 있으며 장치의 구성은 도 1과 유사하다.Conventional techniques of belt application are described in KP Cohen, D. Panescu, JH Booske, JG Webster, and WJ Tompkins, Design of an inductive plethysmograph for ventilation measurement, Vol. 15, pp. 217-229 , 1994) and the configuration of the apparatus is similar to that of Fig.

상기 참고문헌은 피검자의 몸에 착용하는 유도성 벨트의 단면적을 측정하기 위하여 BJT(Bipolar Junction Transistor)와 개별소자로 구성되는 콜피츠 발진기(Colpitts Oscillator) 회로를 사용하고 있다. 유도성 벨트의 인덕턴스는 벨트가 차지하는 단면적에 비례하며 상기 벨트를 사용하는 발진기의 발진 주파수는 벨트의 인덕턴스의 제곱근에 비례한다. 벨트의 단면적이 변함에 따라 발진 주파수가 변하므로 발진 주파수를 측정하면 호흡에 관한 정보를 손쉽게 얻을 수 있다.In this reference, a Bipolar Junction Transistor (BJT) and a Colpitts Oscillator circuit composed of discrete elements are used to measure the cross-sectional area of the inductive belt worn on the subject's body. The inductance of the inductive belt is proportional to the cross-sectional area occupied by the belt, and the oscillation frequency of the oscillator using the belt is proportional to the square root of the inductance of the belt. Since the oscillation frequency changes as the cross-sectional area of the belt changes, it is easy to obtain information about respiration by measuring the oscillation frequency.

그러나 상기의 콜피츠 발진기는 발진기를 공급전원으로부터 격리시키기 위해서 0.25 H나 되는 RFC(Radio Frequency Choke)를 사용하며 그 외에도 개별소자를 사용하므로 회로가 무겁고 크기가 커지는 문제가 있다.However, the above-mentioned Colpitts oscillator uses a RFC (Radio Frequency Choke) of 0.25 H in order to isolate the oscillator from the power supply. In addition, since the individual elements are used, there is a problem that the circuit is heavy and the size becomes large.

또한, BJT를 사용하는 발진기 회로에서 발진을 유지하기 위해서는 BJT의 트랜스콘덕턴스 gm을 크게 해야 하므로 전류소모가 커지는 문제가 있다. 또한 상기 참고문헌에서 발진기의 발진 주파수를 측정하기 위해서 사용한 PLL(Phase Lock Loop)은 주파수에 비례하는 DC 전압을 출력하므로 DC 전압을 측정하기 위해서 증폭기, 필터, ADC와 DAC를 사용해야 했으며 이에 따라 회로의 크기가 커지고 전류 소모가 커지는 문제가 있었다.
Further, in order to maintain the oscillation in the oscillator circuit using the BJT, the transconductance gm of the BJT must be increased, which causes a problem of increasing current consumption. In addition, in the above reference, PLL (Phase Lock Loop) used to measure the oscillation frequency of the oscillator outputs a DC voltage proportional to the frequency, so it was necessary to use an amplifier, a filter, an ADC and a DAC to measure the DC voltage, There is a problem that the size is increased and current consumption is increased.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 벨트 단면적을 측정하기 위한 발진기 회로와 발진 주파수 측정회로를 경량간소화하고 전류소모를 감소시키는데 있다. 또한 본 발명은 소형경량이고 전류소모가 적은 수면 무호흡을 검출하는 장치를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce the weight of the oscillator circuit and the oscillation frequency measurement circuit for measuring the belt cross-sectional area. Another object of the present invention is to provide a device for detecting sleep apnea that is small and lightweight and has low current consumption.

상기의 콜피츠 발진기의 문제점을 해결하기 위하여 디지털 회로에서 많이 쓰이는 크리스털 발진기(Pierce Oscillator라고도 함.)를 기본으로하는 회로를 사용하는 사례가 있다. 크리스털 발진기에서는 인버터의 입력과 출력을 값이 큰 저항으로 연결해 주어야 인버터가 선형 영역으로 바이어스 된다.In order to solve the problem of the above-mentioned Colpitts oscillator, there is an example in which a circuit based on a crystal oscillator (also referred to as a Pierce oscillator), which is often used in a digital circuit, is used. In a crystal oscillator, the input and output of the inverter must be connected with a large value resistor so that the inverter is biased to the linear region.

이에 비하여 본 발명에서는 유도성 벨트에 의하여 인버터의 입력과 출력이 직류적으로 연결되므로 인버터는 자동적으로 이득이 큰 선형 영역으로 바이어스 된다. 선형 영역에서의 인버터의 이득은 매우 크므로 본 발명에 의한 발진기는 적은 전류로도 발진이 가능하고 전류 소모가 적은 효과가 있다.In contrast, in the present invention, since the input and the output of the inverter are connected in series by the inductive belt, the inverter is automatically biased in a linear region having a large gain. Since the gain of the inverter in the linear region is very large, the oscillator according to the present invention can oscillate even with a small current and has a small current consumption.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디지털 발진기로서, 피검자의 몸에 착용하는 유도성 벨트와; 상기된 유도성 벨트의 두 개의 터미널과 연결되는 두 개의 도선으로 이루어지는 케이블과; 하나의 인버터와; 상기된 인버터의 입력과 회로 공통 사이에 연결되는 하나의 커패시터와; 상기된 케이블의 한쪽 도선과 회로 공통 사이에 연결되는 또 하나의 커패시터를 포함하며, 상기 케이블의 다른 한쪽 도선이 상기된 인버터의 입력과 연결되며, 인버터의 출력과 케이블의 한쪽 도선 사이에 하나의 저항을 삽입하는 것을 특징으로 하는 디지털 발진기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a digital oscillator comprising: an inductive belt to be worn on a body of a subject; A cable comprising two conductors connected to two terminals of said inductive belt; One inverter; A capacitor connected between the input of the inverter and the circuit common; The other cable connected to the input of the inverter and connected between the output of the inverter and one of the conductors of the cable, Is inserted between the first electrode and the second electrode.

한편 본 발명에서는 상기된 발진기의 발진 주파수 측정 회로를 소형화 하기 위하여 통상적으로 마이크로콘트롤러에 내장되어 주변장치로 사용되는 타이머를 사용한다.
In order to miniaturize the oscillation frequency measuring circuit of the above-described oscillator, a timer, which is usually incorporated in a microcontroller and used as a peripheral device, is used in the present invention.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 발진기는 디지털 인버터를 채용함으로써 소형경량화되는 효과가 있다. 또한 본 발명은 정전기에 의하여 발진기 입력이 파괴되는 것을 방지하는 효과가 있다.The oscillator according to the present invention as described above has the effect of reducing the size and weight by adopting the digital inverter. The present invention also has the effect of preventing the input of the oscillator from being destroyed by static electricity.

한편 마이크로콘트롤러는 어떤 장치에서던지 필수적으로 사용되고 있다고 볼 수 있으므로 본 발명에 의하여 마이크로콘트롤러에 내장된 타이머만을 사용하여 추가 부품없이 발진 주파수를 측정하면 무호흡 측정 장치의 소형경량화, 전류소모의 감소, 저가화 등의 효과를 얻을 수 있다.
On the other hand, since the microcontroller can be considered to be essentially used in any device, it is possible to measure the oscillation frequency without using any additional components by using only the timer built in the microcontroller according to the present invention to reduce the size and weight of the apnea measurement device, Can be obtained.

도 1은 종래의 기술에 의한 유도성 벨트와 발진 주파수 측정 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 디지털 인버터를 사용한 발진기와 발진 주파수 측정장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 발진 주파수 측정 방법을 나타낸다.1 shows an inductive belt and an oscillation frequency measuring apparatus according to the prior art.
2 shows an oscillator and an oscillation frequency measuring apparatus using a digital inverter according to the present invention.
3 shows a method of measuring oscillation frequency according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

본 발명에 의한 실시예는 도 2에 나타내었으며 다음과 같다.An embodiment according to the present invention is shown in FIG. 2 and is as follows.

도 2를 참조하면, 본 발명의 디지털 발진기는 피검자의 몸에 착용하는 유도성 벨트(201)와; 상기된 유도성 벨트(201)의 두 개의 터미널과 연결되는 두 개의 도선으로 이루어지는 케이블(202)과; 하나의 인버터(203)와; 상기된 인버터(203)의 입력과 회로 공통 사이에 연결되는 하나의 커패시터(204)와; 상기된 케이블(202)의 한쪽 도선과 회로 공통 사이에 연결되는 또 하나의 커패시터(205)를 포함하며, 상기 케이블(202)의 다른 한쪽 도선이 상기된 인버터(203)의 입력과 연결되며, 인버터(203)의 출력과 케이블(202)의 한쪽 도선 사이에 하나의 저항(207)을 삽입된다. Referring to FIG. 2, the digital oscillator of the present invention includes an inductive belt 201 to be worn on the subject's body; A cable 202 consisting of two conductors connected to the two terminals of the inductive belt 201 described above; One inverter 203; One capacitor 204 connected between the input of the inverter 203 and the circuit common; And another capacitor 205 connected between the one wire of the cable 202 and the circuit common, the other wire of the cable 202 being connected to the input of the inverter 203 described above, A resistor 207 is inserted between the output of the resistor 203 and one of the conductors of the cable 202.

이때 발진 주파수 fo는 유도성 벨트의 인덕턴스를 Lbelt, 발진기에 사용된 두 개의 커패시터 값을 각각 C1, C2라고 하면 다음과 같이 표시된다.In this case, the oscillation frequency fo is expressed as L belt , and the two capacitors used in the oscillator are C 1 and C 2 , respectively.

Figure 112011016276525-pat00001
Figure 112011016276525-pat00001

저항(207)의 값이 너무 크면 루프이득이 작아져서 발진이 이루어지지 않으며 너무 작으면 전력소모가 커지게 된다. 저항(207)의 값은 약 100옴 정도가 적당하다.If the value of the resistor 207 is too large, the loop gain is small and the oscillation is not performed. If the value is too small, the power consumption becomes large. The value of the resistor 207 is preferably about 100 ohms.

통상적인 크리스털 발진기는 회로 내부로만 연결되기 때문에 정전기에 노출될 위험이 적으나 본 발명에 의한 발진기 회로의 인버터는 주로 CMOS로 제작되며 유도성 벨트로 정전기가 유도될 가능성이 있으므로 정전기에 의하여 파괴될 가능성이 있다. 그러므로 본 발명에서는 정전기에 의하여 장치가 파괴되는 것을 방지하기 위하여 인버터의 입력과 회로 공통 사이에 정전기 방지용 다이오드(206)를 삽입한다.Since the conventional crystal oscillator is connected only to the inside of the circuit, the risk of exposure to static electricity is low. However, since the inverter of the oscillator circuit according to the present invention is mainly made of CMOS and the static electricity may be induced by the inductive belt, . Therefore, in order to prevent the device from being destroyed by static electricity, an anti-static diode 206 is inserted between the input of the inverter and the circuit common.

출력 파형을 구형파로 하기 위해서는 그림 2와 같이 발진기 인버터의 출력 터미널에 버퍼의 역할을 하는 다른 인버터(208)를 연결시킨다.To make the output waveform a square wave, another inverter 208 acting as a buffer is connected to the output terminal of the oscillator inverter as shown in FIG.

본 발명에 의한 마이크로콘트롤러(210)에 내장된 두 개의 타이머(211, 212)를 사용한 주파수 측정 원리는 다음과 같다.The frequency measurement principle using the two timers 211 and 212 built in the microcontroller 210 according to the present invention is as follows.

타이머0는 시스템 클락(내부 클락)을 입력으로 받으며 시간의 경과를 측정한다. 즉 타이머0에서 인터럽트가 발생하는데 걸리는 시간은 타이머0 피리어드 레지스터/시스템 클락 주파수이다. 한편 타이머1은 인터럽트에 의하여 정지될 때 까지 외부 발진기의 클락을 카운트 한다. 그러면 유도성 벨트에 의한 외부 발진기의 발진 주파수는 다음과 같이 계산된다.Timer 0 receives the system clock (internal clock) as input and measures the elapsed time. That is, the time it takes for the interrupt to occur at timer 0 is the timer 0 period register / system clock frequency. On the other hand, timer 1 counts the clock of the external oscillator until it is stopped by an interrupt. Then, the oscillation frequency of the external oscillator by the inductive belt is calculated as follows.

Figure 112011016276525-pat00002
Figure 112011016276525-pat00002

마이크로콘트롤러(210)에 내장된 두 개의 타이머(211, 212)를 사용한 주파수 측정 방법은 도 3과 같다.
A frequency measurement method using two timers 211 and 212 built in the microcontroller 210 is shown in FIG.

전술한 본 발명에 따른 수면 무호흡 검출 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
Although the preferred embodiments of the sleep apnea detection apparatus according to the present invention have been described, the present invention is not limited thereto. The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be variously modified and embodied within the scope of the claims, And this also belongs to the present invention.

200 : 디지털 발진기,
201 : 유도성 벨트,
202 : 케이블,
203 : 인버터,
204, 205 : 커패시터,
207 : 저항200: digital oscillator,
201: inductive belt,
202: cable,
203: inverter,
204, 205: capacitors,
207: Resistance

Claims (5)

피검자의 몸에 착용하는 유도성 벨트(201)와;
상기된 유도성 벨트(201)의 두 개의 터미널과 연결되는 두 개의 도선으로 이루어지는 케이블(202)과;
상기 케이블(202) 사이에 접속된 인버터(203)와;
상기 인버터의 입력과 회로 공통 사이에 연결되는 일 커패시터(204)와;
상기 인버터의 출력과 회로 공통 사이에 연결되는 타 커패시터(205)를 포함하며,
상기 인버터의 출력과 상기 케이블 사이에 저항(207)이 접속되는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 검출용 디지털 발진기.
An inductive belt (201) worn on the subject's body;
A cable 202 consisting of two conductors connected to the two terminals of the inductive belt 201 described above;
An inverter 203 connected between the cables 202;
A capacitor (204) connected between the input of the inverter and the circuit common;
And another capacitor (205) connected between the output of the inverter and the circuit common,
And a resistor (207) is connected between the output of the inverter and the cable.
제1 항에 있어서,
상기 인버터의 입력과 회로 공통 사이에 정전기 방지 소자가 더 접속되는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 검출용 디지털 발진기.
The method according to claim 1,
And an antistatic element is further connected between the input of the inverter and the circuit common.
제1 항에 있어서, 상기 인버터의 출력에 또 하나의 인버터(208)를 더 연결하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 검출용 디지털 발진기.The digital oscillator for sleep apnea according to claim 1, further comprising another inverter (208) connected to the output of the inverter. 삭제delete 삭제delete
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