KR102319476B1 - 와상환자 돌봄을 위한 bcg 기반 스마트 매트 시스템 - Google Patents

와상환자 돌봄을 위한 bcg 기반 스마트 매트 시스템 Download PDF

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Abstract

와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템이 개시된다. 본 발명의 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템은, 복수의 피에조센서가 행렬 배열로 설치되는 매트 본체; 피에조센서를 통해 수집된 심탄도 신호에서 심박 신호를 추출하고 추출된 심박 신호에서 분당 심박수를 산출하며 이를 기반으로 분당 호흡수를 산출하는 생체신호 산출부; 및 상기 생체신호 산출부에서 산출된 생체정보가 디스플레이되는 사용자 단말을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 복수의 피에조센서를 행렬 배열로 설치하여 다중 포인트에서 각각 차압을 측정하도록 이루어짐으로써 주변 압력 노이즈에 취약하지 않고 더욱 정확한 차압을 측정할 수 있다.

Description

와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템{BCG-based smart mat system for care of bedridden patients}
본 발명은 복수의 피에조센서를 이용하여 압력 변화를 검출하고 이를 통해 와상환자의 심박수, 호흡수를 산출하되 다중감지 포인트 방식으로 압력변화를 감지하도록 피에조센서들을 배치하여 한층 정확하고 효율적으로 압력변화를 검출할 수 있으며, 사용자가 지면으로부터 일정 높이 이상 설치된 매트 본체로부터 바닥으로 낙상하는 지 여부를 정확하게 감지할 수 있을 뿐만 아니라 장시간 동일 자세를 유지하더라도 욕창이 발생하는 것을 방지할 수 있는 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 심탄도(BCG; ballistocardiogram)는 심장의 수축과 이완에 따라 심장과 혈관에서의 혈류변화에 따른 탄도를 계측한 신호를 의미하고, 통상 신호의 측정범위는 0 ~ 7mg, 주파수 범위는 0 ~ 40Hz로 이루어진다.
이러한 심탄도 신호는 심전도(Electrocardiogram: ECG) 신호와 함께 사용자의 심장박동에 대한 정보를 전기적 신호로 나타낸다. 심전도(ECG) 신호는 사람의 몸에서 심장에 가까운 부분에 전극을 부착하고 심장 박동 시 근육에서 발생하는 미세한 전기적 신호를 측정한다. ECG 신호는 각종 심장병에 대한 분석이 가능한 형태이며 주로 의료용으로 측정되고 분석되는 신호이다.
반면, 심탄도 신호는 심장박동에 대한 미세한 진동을 측정한 신호로 심장 근육의 움직임을 전기적 신호로 표현할 수는 없지만 분당 심박 수 등에 대한 정보를 포함하고 있다. 또한, 심탄도 신호는 신체에 특별한 전극이나 센서를 부착할 필요가 없어 무구속적, 무자각적으로 사용자의 심박 신호를 측정할 수 있는 장점이 있다.
심탄도 신호는 주로 사용자가 침대에 누운 상태에서 측정되는데 침대 아래에서 로드셀을 이용하여 침대 전체의 미세한 무게 변화를 감지하여 측정할 수도 있으며, 압력 센서(Pressure Sensor), 압전 센서(Piezoelectric Sensor) 등을 통해서도 측정이 가능하다. 이 때 측정되는 신호에는 호흡과 움직임 및 잡음 신호가 함께 측정되며, 측정시 신호에 영향을 주는 요소는 사용자의 누운 자세, 입은 옷은 재질 및 두께, 매트리스의 종류 등이 있다.
현재 적용중인 심탄도 신호를 이용한 생체신호 감지방법은 전술한 바와 같이 실질적인 측정 대상 주변의 압력 노이즈에 취약한 바 보다 정확한 생체정보 산출을 위해서는 다수의 보정을 필요로 하는 단점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0080153호 (2018.07.11. 공개)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다중 포인트에서 각각 차압을 측정하도록 이루어짐으로써 주변 압력 노이즈에 취약하지 않고 더욱 정확한 차압을 측정할 수 있는 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자가 지면으로부터 일정 높이 이상 설치된 매트 본체로부터 바닥으로 낙상하는 지 여부를 정확하게 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 장시간 동일 자세를 유지하더라도 욕창이 발생하는 것을 방지할 수 있는 BCG 기반 스마트 매트 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 차압 측정을 위한 센서의 배치 조밀도를 매트 전체 영역에 걸쳐 균일하게 하지 않고 부분적으로 더욱 조밀한 배치영역을 형성함으로써 더욱 정확한 차압을 측정할 수 있는 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 피에조센서가 행렬 배열로 설치되는 매트 본체; 상기 피에조센서를 통해 수집된 심탄도 신호에서 심박 신호를 추출하고 추출된 심박 신호에서 분당 심박수를 산출하며 이를 기반으로 분당 호흡수를 산출하는 생체신호 산출부; 및 상기 생체신호 산출부에서 산출된 생체정보가 디스플레이되는 사용자 단말을 포함하는 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템이 제공된다.
상기 매트 본체 내에는 복수의 피에조센서의 하방에 각각 개별적인 공간으로서 복수의 에어포켓이 마련되고, 상기 복수의 에어포켓으로 각각 공기를 주입하거나 주입된 공기를 배출하는 공기주입 및 배출부; 및 상기 복수의 에어포켓의 상측에 각각 마련되어 사용자에 의한 압력 변화를 감지하는 복수의 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 피에조센서와 압력센서를 통해 감지된 매트 본체의 압력분포도와 진동신호 변화량을 통해 사용자가 매트 본체로부터 낙상했는지 여부를 감지하는 낙상 감지부를 더 포함하며, 상기 낙상 감지부를 통해 감지된 정보는 상기 사용자 단말에 디스플레이될 수 있다.
상기 복수의 피에조센서와 압력센서로부터 감지된 매트 본체 전체 영역의 압력분포도와 상기 매트 본체 내에 설치된 공기압센서의 감지값을 기반으로 사용자의 욕창 발생 여부를 감지하는 욕창 감지부; 및
상기 욕창 감지부의 감지값을 전달받아 상기 공기주입 및 배출부의 구동을 제어하여 상기 복수의 에어포켓으로의 공기 주입 및 배출을 조절하고 사용자의 욕창 발생을 예방 가능하도록 하는 공기주입배출 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 매트 본체는, 복수의 피에조센서가 행렬 배치되는 제1 센싱영역; 및 동일 적용면적 대비 상기 제1 센싱영역에 배치된 복수의 피에조센서보다 상대적으로 조밀하게 복수의 피에조센서가 행렬 배치되는 제2 센싱영역을 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에 의하면, 복수의 피에조센서를 이용하여 압력 변화를 검출하고 이를 통해 와상환자의 심박수, 호흡수를 산출하되 다중감지 포인트 방식으로 압력변화를 감지하도록 피에조센서들을 배치하여 한층 정확하고 효율적으로 압력변화를 검출할 수 있다.
또한, 압력센서(FSR 센서)와 피에조센서, 공기압 센서의 신호 패턴을 분석하여 압력분포도와 진동신호 변화량 감지를 통해 사용자의 낙상 감지와 욕창 발생 여부 감지를 한층 정확하게 수행할 수 있으며, 피에조센서와 압력센서를 통해 감지된 사용자의 압력분포도를 고려하여 매트 본체 전체 영역에 걸쳐 부위별로 압력조절(에어포켓으로의 공기압 조절)함으로써 사용자가 장시간 동일 자세를 유지하더라도 욕창 발생을 안정적으로 예방할 수 있다.
또한 매트 본체에 제1 센싱영역과 동일 적용면적 대비 상기 제1 센싱영역에 배치된 복수의 피에조센서보다 상대적으로 조밀하게 복수의 피에조센서가 행렬 배치되는 제2 센싱영역을 형성함으로써, 심장박동, 호흡을 통해 사용자에 의해 가해지는 차압을 더욱 협소한 영역에 대해 더욱 정확하고 효율적으로 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에서 매트 본체가 설치된 모습을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에서 매트 본체를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에서 매트 본체를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템의 제어 관계를 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템에서 매트 본체를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템의 추가적인 기능에 따른 제어 관계를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템은 전기매트, 온수매트, 요가매트를 이용한 것으로서, 센서를 이용하여 와상환자의 생체신호정보(심박수, 호흡수 등)를 감지한 후 감지된 정보를 호스피스, 의료진, 가족이 사용하는 스마트기기로 전송하여 제3자가 와상환자의 상태를 원격지에서도 효율적으로 확인할 수 있도록 이루어진다.
또한, 본 발명은 사용자의 낙상 감지, 즉 매트 본체가 프레임에 장착된 상태에서 사용자가 매트 본체 상에 누워있다가 바닥으로의 낙하하는지 여부를 정확하게 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 욕창이 발생할 수 있는 조건을 감지하여 사용자의 욕창 발생을 예방할 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템(이하, '스마트 매트 시스템')은 웨어러블 기기와 같이 사용자의 신체에 직접적으로 접촉하지 않고 비접촉 방식으로 생체신호를 감지하는 것으로서, 매트 본체(100), 생체신호 산출부(200) 및 사용자 단말(300)을 포함한다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 매트 본체(100)는 복수의 압력센서(110, FSR 센서)가 행렬 배열로 설치되는데 압력센서(110)는 매트 본체(100)의 외피에 마련되고 피에조센서(191)는 압력센서의 대응하는 하방에 매트 본체 내에 마련된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 매트 시스템에서, 매트 본체(100) 내에는 복수의 피에조센서(191)의 하방에 각각 개별적인 공간으로서 복수의 에어포켓(190)이 마련된다. 따라서, 매트 본체의 상면은 전체적으로 엠보싱 구조를 형성할 수 있다.
구체적으로, 엠보싱 구조의 상부에는 압력센서(110), 즉 FSR 센서가 마련되며, 매트 본체의 외피 내측에서 압력센서(110)의 하방과 후술하는 에어포켓(190)의 상부에는 사용자에 의한 진동 변화를 감지하는 피에조센서(191)가 설치되며, 피에조센서(191)의 하방에는 별도의 구획부재(192)를 개재하여 개별적인 공간으로서 에어포켓(190)이 마련된다. 또한 매트 본체(100)의 외피 내에는 피에조센서(191)를 균일하게 가압 가능하도록 별도의 센서 보형물(193)이 마련된다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 매트 시스템은 복수의 에어포켓(190)으로 각각 공기를 주입하거나 주입된 공기를 배출하는 공기주입 및 배출부(400), 복수의 압력센서(110)와 피에조센서(191)를 통해 감지된 매트 본체(100)의 압력분포도와 복수의 피에조센서(191)를 통해 감지된 매트 본체(100)의 진동신호 변화량을 통해 사용자가 매트 본체(100)로부터 낙상했는지 여부를 감지하는 낙상 감지부(500)를 더 포함한다. 공기주입 및 배출부(400)는 공기펌프(410)와, 공기펌프(410)와 복수의 에어포켓(190) 사이를 연결하는 배관 상에 마련되어 배관 유로를 개방 또는 폐쇄하는 밸브(미도시)를 포함한다.
한편 낙상 감지부(500)를 통해 감지된 낙상 여부 정보는 사용자 단말(300)로 전송되어 디스플레이 가능하다.
본 발명에서, 낙상 감지부(500)는 복수의 압력센서(110)와 피에조센서(191)를 통해 매트 본체(100) 전체 영역에서의 압력분포도를 계산하고 피에조센서(191)를 통해 사용자에 의한 진동신호 변화량을 계산하는 압력분포도 및 진동변화 계산부, 계산된 압력분포도와 진동신호 변화량에 따라 사용자의 자세를 분석하는 자세분석부, 일정 압력값 이내의 신호 SNR 비교하는 SNR 비교부, 비교된 SNR 신호 중 최적의 신호를 선택하는 최적신호 선택부, 최적의 신호를 통해 사용자의 낙상 여부를 판단하는 낙상 판단부를 포함한다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명은 복수의 압력센서(110)와 피에조센서(191)로부터 감지된 매트 본체(100) 전체 영역의 압력분포도와 상기 매트 본체(100) 내에 설치된 공기압센서(195)의 감지값을 기반으로 사용자의 욕창 발생 여부를 감지하는 욕창 감지부(700)를 더 포함한다.
공기압센서(195)는 에어 포켓 내의 공기압을 측정하는 것으로서, 장시간 동일한 압력이 감지되는 경우 욕창 발생 가능성이 농후한 것으로 판단한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 매트 시스템은 욕창 감지부(700)의 감지값을 전달받아 후술하는 공기주입 및 배출부(400)의 구동을 제어하여 복수의 에어포켓(190)으로의 공기 주입 및 배출을 조절하고 사용자의 욕창 발생을 예방 가능하도록 하는 공기주입배출 제어부(600)를 더 포함한다.
공기주입배출 제어부(600)는 전술한 정보를 전달받아 복수의 에어포켓(190)으로의 공기 주입 및 배출을 조절하고 이에 따라 사용자의 욕창 발생을 예방할 수 있다. 즉, 사용자가 동일 자세를 취하면서 신체에 동일한 압력이 상당한 시간 지속되어 욕창이 발생하는 것을 방지하도록, 복수의 에어포켓(190)으로의 공기 주입 및 배출을 개별적으로 조절하여 신체의 각 부위로 가해지는 압력에 변화를 제공하여 욕창 발생을 예방할 수 있다. 즉 사용자의 각 신체부위로 가해지는 압력을 예를 들어 시간에 따라 주기적으로 조절하여 장시간 동일 자세를 유지하더라도 욕창이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 사용자의 체중 등의 상태에 따라 에어포켓(190)으로의 공기 주입량을 가변적으로 조절할 수 있으며, 상기 체중은 FSR 센서와 공기압센서(195)에 의해 감지되는 값을 사용자 체중과 FSR 센서 감지값, 공기압센서 감지값이 대응되어 있는 별도 테이블을 통해 비교 산출할 수 있다.
정리하자면, 본 발명은 압력센서(110), 즉 FSR 센서와 피에조센서(191), 공기압센서(195)의 신호 패턴을 분석하여 압력분포도와 진동신호 변화량 감지를 통해 사용자의 낙상 감지를 좀 더 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 본 발명은 압력센서(110)와 피에조센서(191)를 통해 감지된 사용자의 압력분포도를 고려하여 매트 본체(100) 전체 영역에 걸쳐 부위별로 압력조절(에어포켓으로의 공기압 조절)함으로써 욕창 발생을 안정적으로 예방할 수 있다.
이하, 사용자의 분당 호흡수를 산출 및 분석하기 위한 구성에 대해 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 생체신호 산출부(200)는 신호 처리부(270)와 신호 분석부(280)를 포함하고, 신호 분석부(280)는 낙상 감지부(500)와 욕창 감지부(700)를 포함한다. 생체신호 산출부(200)는 일종의 제어부로서, 복수의 피에조센서(191)를 통해 수집된 심탄도 신호에서 심박 신호를 추출하고 추출된 심박 신호에서 분당 심박수를 산출하며 이를 기반으로 분당 호흡수를 산출한다.
생체신호 산출부(200)는 BCG(심탄도, Ballistocardiogram) 기반 생체신호(심박수, 호흡수, 자세 등) 추출을 통해 사용자의 건강상태를 파악하는 것으로서, 아날로그 신호 처리부, A/D 변환부, 디지털 신호 처리부, 제1 연산 처리부, 제2 연산 처리부를 포함한다.
상기 신호 처리부(270)는 압력센서(110), 피에조센서(191)의 감지값을 전달받으며, 신호 분석부(280)의 심박 및 호흡 분석부(281)는 신호 처리부(270)를 통해 처리된 신호를 분석하여 생체신호를 추출한다.
아날로그 신호 처리부는 복수의 피에조센서(191)에서 출력되는 신호를 증폭하고 노이즈를 제거하며, A/D 변환부는 노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호 처리부로 전달한다.
디지털 신호 처리부는 A/D 변환부에서 출력되는 디지털 신호를 필터링하여 필요한 대역만 분리하고 분리된 대역에 필요한 디지털 신호처리를 수행한다.
심박 및 호흡 분석부(281)는 상기 제1 연산 처리부와 제2 연산 처리부를 포함하며, 제1 연산 처리부는 디지털 신호 처리부에서 처리된 신호에서 피크를 검출하여 분당 심박수를 측정한다. 구체적으로 제1 연산 처리부는 디지털 신호 처리부에서 필터링된 신호에서 문턱치를 초과하는 피크를 검출하고, 검출된 피크의 개수를 카운팅하여 분당 심박수를 측정한다.
제2 연산 처리부는 제1 연산 처리부에서 측정된 심박수를 통해 분당 호흡수를 산출한다.
심박수를 산출하는 방법에 대해 부연 설명하면, 압전센서(Piezoelectric sensor)를 이용하여 측정된 사용자의 심탄도(Ballistocardiogram: BCG) 신호를 수집하고, 수집된 심탄도 신호로부터 사용자의 심박 신호를 검출한다. 이때, 이동 표준편차 필터(Moving Standard Deviation Filter: MSDF)를 이용하여 사용자의 심탄도 신호로부터 심박 신호를 검출할 수 있다.
또한, 이동 표준편차 필터를 이용하여 사용자의 심탄도 신호의 노이즈 성분을 제거하여 심박 신호를 검출할 수도있다. 이때, 노이즈 성분은 사용자의 호흡 신호, 사용자의 움직임 또는 뒤척임에 따른 신호 및 잡음을 포함한다. 또한, 심탄도 신호와 평균 값의 이동 표준편차(Moving Standard Deviation)를 연산하고, 연산된 이동 표준편차를 이용하여 사용자의 심탄도 신호로부터 심박 신호를 검출할 수도 있다.
이후, 검출된 심박 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역(Frequency Spectrum)으로 변환하고, 주파수영역으로 변환된 사용자의 심박 신호의 주파수 피크치(Peak)를 이용하여 분당 심박수를 산출한다.
본 발명에서, 피에조센서(191)는 심박 또는 손목의 맥박에 의해 전달되는 맥파의 진동을 측정 가능한데 절대 수치가 아닌 설정 기준값에 대한 압력변화(차압)를 측정한다.
복수의 피에조센서(191)는 다중 포인트에서 각각 차압을 측정하여 주변 압력 노이즈에 취약하지 않고 더욱 정확한 차압을 측정하도록 이루어진다.
이를 위해, 복수의 피에조센서(191)는 서로 일정 간격 이격되게 행렬 형태로 배치되며, 각각의 센서는 배선을 통해 연결된다. 다중 포인트 측정의 경우 상대적으로 주변 압력 노이즈에 취약하지 않고 포인트 별로 정확한 차압 측정이 가능하게 된다.
일 예로, 복수의 피에조센서(191)는 매트 본체(100) 전체 영역 또는 설정된 영역에 걸쳐 균일하게 행렬배열로 설치될 수 있다.
동일 행에 위치한 복수의 피에조센서(191)는 행 배선(120)을 통해 전기적으로 연결되고, 동일 열에 위치한 피에조센서들은 열 배선(130)을 통해 전기적으로 연결된다.
행렬 배치된 복수의 피에조센서(191) 중 설정된 개수의 피에조센서를 포함하도록 피에조센서 모듈을 형성할 수 있다. 예를 들어, 3*3 피에조센서 배치를 하나의 피에조센서 모듈로 설정할 수 있으며, 이 경우 9개의 피에조센서를 통해 하나의 피에조센서 모듈 영역에 분산되는 압력/하중을 분산하여 측정 가능하며 측정 결과가 합산되어 차압이 측정된다.
변형 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 매트 본체(100)는 복수의 피에조센서(191)가 행렬 배치되는 제1 센싱영역(140)과, 동일 적용면적 대비 제1 센싱영역(140)에 배치된 복수의 피에조센서(191)보다 상대적으로 조밀하게 복수의 피에조센서(191)가 행렬 배치되는 제2 센싱영역(150)을 포함할 수 있다. 제2 센싱영역(150)은 적어도 한군데 마련될 수 있고, 제2 센싱영역보다 더욱 조밀한 피에조센서들이 배치된 또 다른 제3, 제4 센싱영역(미도시)이 더 추가될 수도 있다.
여기서, 제2 센싱영역(150)은 매트 본체(100) 전체 영역 중 사용자의 심장, 손목, 머리 등 사용자의 심장박동이나 호흡에 의해 상대적으로 진동이 크게 발생하는 신체 부위(등, 엉덩이, 머리, 손목 등)와 대응하는 부분에 마련되는 것이 바람직하다.
부연하자면, 피에조센서(191), 즉 압전센서는 예를 들어 심장과 가까운 위치에 설치될수록 신호가 선명하고 크게 측정된다. 심장으로부터 발생하는 심탄도 신호가 몸 전체로 전달되는데 소요되는 시간이 있으므로 넓은 면적에서 측정할 경우 좁은 면적에서 보다 심박 신호가 더 뚜렷하지 않을 수 있다.
본 발명은 이와 같이 제1 센싱영역(140)에 비해 동일 면적 대비 더 많은 다수의 피에조센서(191)를 배치함으로써, 심장박동, 호흡을 통해 사용자에 의해 가해지는 차압을 더욱 협소한 영역에 대해 더욱 정확하고 효율적으로 측정할 수 있다.
물론, 사용자가 매트 본체(100)에 누워서 수면을 취하는 동안 자세 변동을 통해 제2 센싱영역(150)이 사용자의 등, 엉덩이, 머리, 손목 위치에서 벗어날 수도 있겠으나, 상대적으로 더 많은 피에조센서를 배치한 제2 센싱영역(150)을 통해 제1 센싱영역(140)보다 더욱 정확한 차압 검출이 가능하다 할 수 있겠다.
본 발명은 와상환자의 배뇨/배변활동에 의한 온도 변화, 냄새 발생을 감지하고, 이와 더불어 온도 변화가 설정 범위 미만이거나 이를 초과할 경우 와상환자가 급격하게 체온 저하 또는 상승상태로 판단하여 와상환자에게 체온유지를 위한 열을 제공할 수 있는 추가적인 구조가 마련된다.
구체적으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 매트 본체(100)에는 온도변화를 감지하기 위한 복수의 온도센서(160)와 와상환자의 배뇨, 배변활동에 의해 발생하는 악취를 감지하기 위한 복수의 가스센서(170)가 더 마련된다. 온도센서와 가스센서는 피에조센서들 사이 영역에 배치될 수 있다.
온도센서(160)와 가스센서(170)는 매트 본체(100) 전체 영역에 걸쳐 서로 이격되게 마련될 수 있으며, 가스센서(170)는 배뇨, 배변 활동시 발생하는 암모니아 등의 가스를 감지할 수 있는 다양한 센서로 적용 가능하다.
전술한 바와 같이 생체신호 산출부(200)는 일종의 제어부 기능을 실행하는 구성으로서, 온도센서(160)와 가스센서(170)의 감지값을 실시간으로 전달받아 기설정된 설정값과 비교하여 와상환자의 활동상태를 판단한다. 이와 같이 생체신호 산출부(200)에 의해 판단된 와상환자의 상태정보(배뇨/배변 활동 여부)는 전술한 바와 같이 사용자 단말(300)에 디스플레이된다. 여기서, 생체신호 산출부(200)는 복수의 온도센서(160)의 감지값을 개별적으로 전달받도록 한다.
또한, 본 발명은 예를 들어 와상환자의 수면시 체온 변화를 감지하여 적절한 체온 유지가 이루어지는지 여부를 판단하여 이를 보완하는 기능을 추가적으로 갖고 있으며, 구체적으로 도 6에 도시한 바와 같이, 매트 본체(100)에는 이격되게 복수의 열전소자(180)가 더 마련된다.
생체신호 산출부(200)는 온도센서(160) 감지값이 설정 범위 미만이거나 이를 초과할 경우 이에 대응하여 열전소자(180)의 구동을 제어한다.
덧붙이자면, 와상환자의 배뇨/배변 활동시 감지되는 온도 변화는 실질적으로 체온변화보다 클 수 밖에 없다. 이러한 경우 실질적으로 와상환자의 체온변화를 제대로 감지하기 어렵게 되는바, 본 발명에서 생체신호 산출부(200)는 복수의 온도센서(160) 중 특히 와상환자의 하체에 대응하는 영역에 배치된 온도센서가 아닌 상체에 대응하는 영역에 배치된 온도센서 감지값을 전달받아 체온변화를 감지한다.
생체신호 산출부(200)는 이러한 체온변화 감지값을 전달받아 설정값과 비교함으로써 와상환자의 저체온, 고체온 상태를 판단하게 되며, 이를 기반으로 열전소자(180)의 구동을 적절하게 제어하여 와상환자 측으로 고온 또는 저온의 열을 전달하도록 한다.
사용자 단말(300)은 생체신호 산출부(200)의 송신부(미도시)를 통해 전송된 생체정보가 디스플레이되며, 이러한 생체정보는 분당 심박수, 분당 호흡수 등을 포함한다. 또한, 사용자 단말에는 사용자의 낙상 여부, 욕창 발생 여부 등에 대한 정보 또한 디스플레이된다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 매트 본체 110: 압력센서
140: 제1 센싱영역 150: 제2 센싱영역
160: 온도센서 170: 가스센서
180: 열전소자 190: 에어포켓
191: 피에조센서 195: 공기압센서
200: 생체신호 산출부 270: 신호 처리부
280: 신호 분석부 281: 심박 및 호흡 분석부
300: 사용자 단말
400: 공기주입 및 배출부 410: 공기펌프
500: 낙상 감지부 600: 공기주입배출 제어부
700: 욕창 감지부

Claims (5)

  1. 상면이 전체적으로 엠보싱 구조를 형성하며, 외피에 행렬 배열로 설치되는 복수의 압력센서(110)와, 상기 압력센서(110)와 대응하도록 내부 하방에 설치되는 복수의 피에조센서(191)와, 상기 피에조센서(191) 하방에 개재된 구획부재(192)에 의해 각각 개별적인 공간으로 형성된 복수의 에어포켓(190)과, 상기 압력센서(110)와 피에조센서(191) 사이에 위치하도록 상기 외피 내측에 마련되어 상기 피에조센서(191)를 균일하게 가압 가능하도록 하는 반원형의 센서 보형물(193)를 포함하는 매트 본체(100);
    상기 피에조센서(191)를 통해 수집된 심탄도 신호에서 심박 신호를 추출하고 추출된 심박 신호에서 분당 심박수를 산출하며 이를 기반으로 분당 호흡수를 산출하는 심박 및 호흡 분석부(281)와, 상기 복수의 피에조센서(191)와 압력센서(110)를 통해 감지된 매트 본체(100)의 압력분포도와 진동신호 변화량을 통해 사용자가 매트 본체(100)로부터 낙상했는지 여부를 감지하는 낙상 감지부(500), 및 상기 복수의 피에조센서(191)와 압력센서(110)로부터 감지된 매트 본체(100) 전체 영역의 압력분포도와 상기 매트 본체(100) 내에 설치된 공기압센서(195)의 감지값을 기반으로 사용자의 욕창 발생 여부를 감지하는 욕창 감지부(700)를 포함하는 생체신호 산출부(200);
    상기 복수의 에어포켓(190)으로 각각 공기를 주입하거나 주입된 공기를 배출하는 공기주입 및 배출부(400); 및
    상기 욕창 감지부(700)의 감지값을 전달받아 상기 공기주입 및 배출부(400)의 구동을 제어하여 상기 복수의 에어포켓(190)으로의 공기 주입 및 배출을 조절하고 사용자의 욕창 발생을 예방 가능하도록 하는 공기주입배출 제어부(600)
    상기 생체신호 산출부(200)의 정보가 디스플레이되는 사용자 단말(300);를 포함하며,
    상기 매트 본체(100)는,
    복수의 피에조센서(191)가 행렬 배치되는 제1 센싱영역(140); 및
    동일 적용면적 대비 상기 제1 센싱영역(140)에 배치된 복수의 피에조센서보다 상대적으로 조밀하게 복수의 피에조센서가 행렬 배치되는 제2 센싱영역(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와상환자 돌봄을 위한 BCG 기반 스마트 매트 시스템.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230073432A (ko) * 2021-11-18 2023-05-26 주식회사 앤씰 스마트 수면 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102351136B1 (ko) * 2019-11-18 2022-01-14 주식회사 더하일 사용자의 체압 특성을 이용한 임베디드형 욕창방지장치 및 이를 이용한 욕창방지 매트
KR102544049B1 (ko) * 2021-06-08 2023-06-16 (주)엘탑 생체신호 측정 장치 및 방법
KR20240080531A (ko) * 2022-11-30 2024-06-07 주식회사 오토웰즈 압전센서를 이용한 건강 모니터링 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006512112A (ja) * 2002-11-20 2006-04-13 ホアナ メディカル、インコーポレイテッド 受動患者監視装置及び方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101628262B1 (ko) * 2014-11-05 2016-06-08 아주대학교산학협력단 주파수 분석을 이용한 심박 수 산출 방법 및 그 장치
KR101925285B1 (ko) * 2017-04-24 2018-12-05 (주)엘메카 인공 지능형 욕창 방지 매트의 구동 방법
KR102589237B1 (ko) 2018-06-21 2023-10-16 전대연 중증환자용 또는 와상환자용 스마트침대시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006512112A (ja) * 2002-11-20 2006-04-13 ホアナ メディカル、インコーポレイテッド 受動患者監視装置及び方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230073432A (ko) * 2021-11-18 2023-05-26 주식회사 앤씰 스마트 수면 장치
KR102568543B1 (ko) * 2021-11-18 2023-08-23 주식회사 앤씰 스마트 수면 장치

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