KR102379321B1 - 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템 - Google Patents

스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템이 개시되며, 본원의 일 실시예에 따른 스스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템은, 측정 대상자의 신체에 부착되어, 상기 측정 대상자의 호흡에 따른 길이 변화량을 측정하는 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지로부터 수신된 상기 길이 변화량을 기초로 하여 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정하는 호흡량 측정 장치를 포함할 수 있다.

Description

스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING RESPIRATORY VOLUME BASED ON PERSONALIZED COEFFICIENT USING STRAIN GAUGE}
본원은 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템에 관한 것이다.
호흡수, 호흡량 등과 같은 생체 신호는 인체의 건강상태, 이상 유/무를 가장 간편하게 진단할 수 있는 요소 중 하나이다. 특히, 중환자, 응급환자, 수술 중 환자, 또는 건강 유지에 취약한 노약자들의 경우 생체신호측정기(예를 들어, 호흡기)를 부착하여 지속적으로 생체신호를 체크할 수 있다.
예컨대, 수술 중인 환자에게 산소 마스크를 부착시켜 수술 중 환자의 호흡 상태를 지속적으로 체크하게 되는데, 산소 마스크는 환자에게 공포감을 줄 수 있으며, 산소 마스크와 호흡 상태 모니터링 장치를 연결하는 많은 수의 연결 선으로 인해 의사 등의 사람의 동선에 제약이 발생할 수 있으며, 다른 시술 또는 수술과 병행하기 불편한 점이 있었다.
또한, 병원에서 입원 또는 수술하고 있는 환자뿐만 아니라, 병원 밖에서 일상 생활을 하는 사람들의 호흡과 관련된 정보를 확보해야 하는 상황은 빈번히 발생할 수 있다. 예를 들어, 호흡 패턴이 불안정한 노약자나 부모와 다른 공간에서 생활하는 영유아들의 경우 호흡 패턴이나 수면 중 호흡 패턴 등 호흡 정보를 지속적으로 측정하고 모니터링할 필요성이 높다.
그러나, 종래에는 전문적인 호흡 측정 장비 없이는 사용자의 호흡수 또는 호흡량 등을 정확히 측정하여 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 병원 내의 의사 등에게 정확히 전달하는 데에는 어려움이 있었다. 특히, 단순히 센서 등을 몸에 부착하여 센서로부터 획득된 신호를 이용하여 호흡량을 측정하는 종래의 방법은 정확도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
또한, 호흡량 등의 호흡 정보를 측정하기 위한 폐활량계 등은 측정 대상자의 코, 입 등 호흡기 주변에서 사용되며, 측정 대상자가 폐활량계에 구비된 측정 장치를 착용한 상태로 호흡을 수행하거나 측정 장치를 부는 방식으로 호흡 정보가 측정되는 것이 일반적이므로, 측정 대상자의 불편함을 초래할 뿐만 아니라, 코, 입 등의 호흡기 주변에 폐활량계를 착용한 상태를 유지하는 것은 더욱 불편함을 초래하게 되어 측정 대상자의 호흡 정보를 지속적으로 획득하기 어렵다는 한계가 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1218647호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 측정 대상자의 신체에 부착되는 스트레인 게이지의 길이 변화량으로부터 호흡량 등의 호흡 정보를 획득함으로써 측정 대상자에게 불편함을 초래하지 않고도 지속적으로 호흡량 등의 호흡 정보를 획득할 수 있는 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 측정 대상자 각각의 호흡과 연계된 개인 상관계수를 도출하고, 도출된 개인 상관계수를 기반으로 호흡 정보를 획득함으로써 개인 맞춤형의 호흡량 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 스스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템은, 측정 대상자의 신체에 부착되어, 상기 측정 대상자의 호흡에 따른 길이 변화량을 측정하는 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지로부터 수신된 상기 길이 변화량을 기초로 하여 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정하는 호흡량 측정 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레인 게이지는, 상기 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착되어 제1 길이 변화량을 측정하는 제1 스트레인 게이지 및 상기 측정 대상자의 복부에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착되어 제2 길이 변화량을 측정하는 제2 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 제1 길이 변화량 및 상기 제2 길이 변화량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 스스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템은, 기 설정된 시간 동안 상기 측정 대상자의 측정 호흡량을 획득하는 폐활량계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 측정 대상자가 상기 폐활량계를 착용한 상태에서, 상기 폐활량계가 측정한 측정 호흡량 및 상기 측정 대상자의 신체의 소정의 위치에 부착된 스트레인 게이지로부터 측정된 길이 변화량을 기 설정된 시간 동안 수신하고, 상기 측정 호흡량 및 상기 길이 변화량에 기초하여 상기 측정 대상자의 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 개인 상관계수에 기초하여 상기 측정 대상자가 상기 폐활량계를 미착용한 상태에서의 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 측정 호흡량 및 상기 길이 변화량의 선형적 상관관계에 기초하여 상기 개인 상관계수를 계산하는 단순 계산법 및 상기 측정 대상자의 신체를 가상의 원기둥으로 취급하는 면적 계산법 중 적어도 하나에 의해 상기 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 단순 계산법에 의해 상기 개인 상관 계수를 계산하는 경우, 하기 식 1을 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 면적 계산법에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 경우, 호흡에 의해 움직이는 상기 측정 대상자의 신체를 하나의 가상 원기둥으로 취급하는 제1 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하거나 호흡에 의해 움직이는 상기 측정 대상자의 신체를 흉곽에 대응하는 가상 원기둥 및 복부에 대응하는 가상 원기둥이 상하로 배치된 형태로 취급하는 제2 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 제1 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 경우, 하기 식 2를 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 제2 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 경우, 하기 식 3을 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 상기 호흡량 측정 장치는, 상기 흉곽에 대한 개인 상관계수 및 상기 복부에 대한 개인 상관계수에 기초하여 상기 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 측정 대상자의 신체에 부착되는 스트레인 게이지의 길이 변화량으로부터 호흡량 등의 호흡 정보를 획득함으로써 측정 대상자에게 불편함을 초래하지 않고도 지속적으로 호흡량 등의 호흡 정보를 획득할 수 있는 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 측정 대상자 각각의 호흡과 연계된 개인 상관계수를 도출하고, 도출된 개인 상관계수를 기반으로 호흡 정보를 획득함으로써 개인 맞춤형의 호흡량 측정 시스템을 제공할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제1 면적 계산 방식 및 제2 면적 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 호흡량 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법의 동작 흐름도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법의 세부 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템(10)(이하, '호흡량 측정 시스템(10)'이라 한다.)은, 호흡량 측정 장치(100), 스트레인 게이지(210, 220) 및 폐활량계(300)를 포함할 수 있다.
호흡량 측정 장치(100), 스트레인 게이지(210, 220) 및 폐활량계(300) 상호간은 네트워크(20)을 통해 연결될 수 있으며, 네트워크(20)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자의 신체에 부착된 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량을 기초로 하여 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
본원에서의 스트레인 게이지(210, 220)는 물체가 외력으로 변형될 때 변형되는 정도를 측정하는 측정기를 말하며, 물체(측정 대상자의 신체)에 부착된 상태로 변화 정도를 측정할 수 있다. 즉, 본원에서의 스트레인 게이지(210, 220)는 측정 대상자의 신체에 부착되어 측정 대상자의 호흡에 따라 그 길이가 변화되며, 길이가 변화되는 정도를 출력으로 제공하는 측정 장치로 동작하고, 본원에서의 호흡량 측정 장치(100)는 호흡에 따른 스트레인 게이지의 길이 변화 정도와 측정 대상자의 호흡량 간의 상관 관계를 도출함으로써, 스트레인 게이지의 길이 변화 정도에 따라 호흡량 추정치를 제공하도록 동작하게 된다.
참고로, 본원에서의 호흡량은 소정의 시간(예를 들면, 1분) 동안의 환기량을 의미하는 것일 수 있다. 다만, 이에만 한정되는 것은 아니며, 측정 목적, 측정 대상자 등에 따라 안정호흡 또는 심호흡시의 호흡기량의 평균, 1회 호흡기량, 예비흡기량, 예비호기량, 폐활량 등 측정 대상자의 호흡 능력과 연계되어 측정될 수 있는 모든 수치 정보(계측 정보)를 포함하는 것으로 이해됨이 바람직하다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는, 스트레인 게이지(210, 220)를 통해 길이 변화량을 측정하기에 앞서, 측정 대상자의 신체 정보에 기초하여 측정 대상자의 신체에 스트레인 게이지(210, 220)가 부착되는 위치 및 스트레인 게이지(210, 220)의 부착 길이를 결정할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 스트레인 게이지(210, 220)의 부착 위치 및/또는 부착 길이를 결정하기 위한 신체 정보는 예시적으로 측정 대상자의 신장, 체중, 연령, 성별, 질환 이력 정보 등일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 스트레인 게이지(210, 220)가 부착되는 위치는 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치 또는 복부에 대응하는 위치 중 적어도 하나의 위치일 수 있다. 본원의 실시예에 관한 설명에서, 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 스트레인 게이지(210)를 제1 스트레인 게이지(210)로 칭하고, 측정 대상자의 복부에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 스트레인 게이지(210)를 제2 스트레인 게이지(220)로 칭하도록 한다.
이하에서는, 호흡량 측정 장치(100)가 측정 대상자의 호흡량을 추정하는 과정에 대해 상세히 서술하도록 한다.
호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자가 폐활량계(300)를 착용한 상태에서, 폐활량계(300)가 측정한 측정 호흡량 및 측정 대상자의 신체의 소정의 위치에 부착된 스트레인 게이지(210, 200)로부터 측정된 길이 변화량을 기 설정된 시간 동안 획득할 수 있다.
참고로, 폐활량계(300)는 폐활량 등 여러 지표 등을 측정함으로써 호흡능력을 평가하거나 환기능장애의 유무와 정도를 진단하기 위해 사용되는 기기로써, 일반적으로 측정 대상자가 착용할 수 있는 마스크 형태로 구비될 수 있으나 이에만 한정되는 것은 아니며, 기기의 형상, 유형, 재질 등은 제한되지 않는다. 또한, 실시예에 따라 폐활량계(300)는 Spirometer로 달리 지칭될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 스트레인 게이지(210, 220)로부터 길이 변화량을 획득하는 기 설정된 시간은 예를 들면, 분(min) 단위의 소정의 시간일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 다양한 시간 범위로 결정될 수 있다. 일 예로, 길이 변화량을 획득하는 기 설정된 시간은 측정 대상자의 신체 정보에 기초하여 결정되는 것일 수 있다.
구체적으로, 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 제1 스트레인 게이지(210)로부터 측정된 제1 길이 변화량 및 측정 대상자의 복부에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 제2 스트레인 게이지(220)로부터 측정된 제2 길이 변화량 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
달리 말해, 측정 대상자의 신체에는 흉곽에 대응하는 위치에 제1 스트레인 게이지(210)만 부착되거나, 복부에 대응하는 위치에 제1 스트레인 게이지(220)만 부착되거나, 흉곽 및 복부에 대응하는 위치에 제1 스트레인 게이지(210) 및 제2 스트레인 게이지(220)가 모두 부착될 수 있으므로, 호흡량 측정 장치(100)는 스트레인 게이지(210, 220)의 부착 상태에 대응하여 제1 길이 변화량 및 제2 길이 변화량 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
또한, 호흡량 측정 장치(100)는, 기 설정된 시간 동안 획득된 측정 호흡량 및 길이 변화량에 기초하여 측정 대상자의 호흡과 관련된 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
이하에서는, 호흡량 측정 장치(100)가 개인 상관계수를 계산하는 과정에 대해 식 1 내지 식 3을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는 하기 식 1을 만족하는 개인 상관계수를 계산할 수 있다. 예를 들어, 식 1을 이용한 개인 상관계수 계산법은 단순 계산법으로 달리 지칭될 수 있다.
[식 1]
Figure 112019114658368-pat00001
상기 식 1에서, V는 폐활량계(300)에 의해 측정된 측정 호흡량, A는 제1 스트레인 게이지(210)에 의해 측정된 제1 길이 변화량, B는 제2 스트레인 게이지(220)에 의해 측정된 제2 길이 변화량, a는 측정 대상자의 흉곽에 대한 개인 상관계수, b는 측정 대상자의 복부에 대한 개인 상관계수일 수 있다.
또한, 식 1에 의해 개인 상관계수를 계산하는 경우(단순 계산법), 측정 대상자의 신체에 제1 스트레인 게이지(210)만 부착된 경우, 상기 식 1의 B를 0으로 간주하여 흉곽에 대한 개인 상관계수(a)를 계산할 수 있다. 마찬가지로, 측정 대상자의 신체에 제2 스트레인 게이지(220)만 부착된 경우, 상기 식 1의 A를 0으로 간주하여 복부에 대한 개인 상관계수(b)를 계산할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는, 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 하나의 가상 원기둥으로 취급하는 제1 면적 계산 방식에 의해 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
구체적으로, 호흡량 측정 장치(100)는 제1 면적 계산 방식에 의할 때, 하기 식 2를 만족하는 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
[식 2]
Figure 112019114658368-pat00002
여기서, V는 폐활량계(300)에 의해 측정된 측정 호흡량, A는 제1 스트레인 게이지(210)에 의해 측정된 제1 길이 변화량, B는 제2 스트레인 게이지(220)에 의해 측정된 제2 길이 변화량, c는 구하고자 하는 개인 상관계수, l은 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수일 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 상수 l은 제1 스트레인 게이지(210) 및 제2 스트레인 게이지(220)가 측정 대상자의 신체에 모두 부착된 경우, 제1 스트레인 게이지(210)와 제2 스트레인 게이지(220) 부착 위치 간의 높이 차이 값으로 결정될 수 있다.
이 때, 상기 식 2에 의해 개인 상관계수를 계산하는 경우(달리 말해, 제1 면적 계산 방식에 의하는 경우), 단순 계산법에서와 마찬가지로 측정 대상자의 신체에 제1 스트레인 게이지(210)만 부착된 경우, B는 0으로 간주되고, 반대로 측정 대상자의 신체에 제2 스트레인 게이지(220)만 부착된 경우, A는 0으로 간주되는 것일 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는, 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 흉곽에 대응하는 가상 원기둥 및 복부에 대응하는 가상 원기둥이 상하로 배치된 형태로 취급하는 제2 면적 계산 방식에 의해 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
구체적으로, 호흡량 측정 장치(100)는 제2 면적 계산 방식에 의할 때, 하기 식 3을 만족하는 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
[식 3]
Figure 112019114658368-pat00003
여기서, V는 폐활량계(300)에 의해 측정된 측정 호흡량, V 1 는 흉곽에 대응하는 측정 호흡량, V 2 는 복부에 대응하는 측정 호흡량, A는 제1 스트레인 게이지(210)에 의해 측정된 제1 길이 변화량, B는 제2 스트레인 게이지(220)에 의해 측정된 제2 길이 변화량, c는 흉곽에 대한 개인 상관계수, d는 복부에 대한 개인 상관계수, l 1 은 흉곽에 대응하는 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수, l 2 는 복부에 대응하는 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수일 수 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제1 면적 계산 방식 및 제2 면적 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 호흡량 측정 장치(100)는 제1 면적 계산 방식에 의하는 경우(a), 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 반지름이 r 이고 높이가 l인 하나의 원기둥으로 취급하여 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 호흡량 측정 장치(100)는 제2 면적 계산 방식에 의하는 경우(b), 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 반지름이 r 1 이고 높이가 l 1 인 흉곽에 대응하는 가상 원기둥 및 반지름이 r 2 이고 높이가 l 2 인 복부에 대응하는 가상 원기둥이 상하로 배치된 형태로 취급하여 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
또한, 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자에 대한 개인 상관계수가 계산되고 나면, 측정 대상자가 폐활량계(300)를 미착용한 상태에서, 스트레인 게이지(210, 200)로부터 측정된 길이 변화량 및 계산된 개인 상관계수에 기초하여, 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
달리 말해, 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자에 대한 개인 상관계수가 계산된 후에는 측정 대상자가 별도의 폐활량계(300)를 착용하지 않은 상태에서도 스트레인 게이지(210, 220)의 길이 변화만으로 측정 대상자의 호흡량을 추정(계산)할 수 있는 이점이 있다. 즉, 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자의 호흡에 의한 스트레인 게이지(210, 200)의 제1 길이 변화량(A) 및 제2 길이 변화량(B) 중 적어도 하나를 획득하여 상기 식 1 내지 식 3에 대입함으로써 측정 대상자의 호흡량(V)을 추정할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는, 추정된 측정 대상자의 호흡량(V) 정보에 기초하여 1회 호흡 단위를 결정하여, 호흡 단위에 기초한 호흡수를 카운팅할 수 있다. 또한, 호흡량 측정 장치(100)는 추정된 측정 대상자의 호흡량 정보에 기초하여 폐활량 정보, 폐용적 정보, 폐용량 정보 등을 생성하거나, 분당 호흡량, 들숨날숨 비율 등 측정 대상자의 호흡 패턴과 연계된 정보를 생성할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 호흡량 측정 장치(100)는 소정의 시간 이상 획득된 측정 대상자의 호흡량 정보에 기초하여 측정 대상자의 호흡 모니터링을 통해 측정 대상자의 심정지, 과호흡 등의 발생 가능성을 탐지하고, 소정의 수준 이상 또는 이하로 호흡량이 비정상적인 값을 나타내는 경우 이를 측정 대상자에게 경고하도록 동작할 수 있다. 구체적으로, 호흡량 측정 장치(100)는 별도의 통신 모듈을 구비하여 소정의 수준 이상 또는 이하로 호흡량이 비정상적인 값을 나타내는 경우, 측정 대상자의 사용자 단말(미도시) 또는 측정 대상자를 관리하는 보호자, 의료진 등이 보유한 단말(미도시)에 생성된 경고 신호를 전송하도록 동작할 수 있다.
또한, 호흡량 측정 장치(100)는, 흉곽에 대한 개인 상관계수(c) 및 복부에 대한 개인 상관계수(d)에 기초하여 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출할 수 있다. 이와 관련하여, 측정 대상자 개개인마다 호흡 시의 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율은 상이하며, 한 명의 측정 대상자를 기준으로 하더라도 호흡 상황(운동시, 수면시 등)에 따라 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율은 변동될 수 있다. 특히, 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율은 측정 대상자의 연령에 따라서도 변동될 수 있다. 따라서, 호흡량 측정 장치(100)는 흉곽에 대한 개인 상관계수(c) 및 복부에 대한 개인 상관계수(d)에 기초하여 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출함으로써 측정 대상자의 호흡 상황을 파악하거나 호흡 패턴 분석 정보를 생성하거나 측정 대상자의 연령을 추정하는 등의 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 호흡량 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 호흡량 측정 장치(100)는, 호흡 정보 수집부(110), 연산부(120), 호흡 추정부(130) 및 비율 산출부(140)를 포함할 수 있다.
호흡 정보 수집부(110)는, 측정 대상자가 폐활량계(300)를 착용한 상태에서, 폐활량계(300)가 측정한 측정 호흡량 및 측정 대상자의 신체의 소정의 위치에 부착된 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량을 기 설정된 시간 동안 획득할 수 있다.
연산부(120)는, 측정 호흡량 및 길이 변화량에 기초하여 측정 대상자의 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 연산부(120)는, 측정 호흡량 및 길이 변화량의 선형적 상관관계에 기초하여 개인 상관계수를 계산하는 단순 계산법 및 측정 대상자의 신체를 가상의 원기둥으로 취급하는 면적 계산법 중 적어도 하나에 의해 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
특히, 연산부(120)는, 면적 계산법에 의해 개인 상관계수를 계산하는 경우, 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 하나의 가상 원기둥으로 취급하는 제1 면적 계산 방식에 의해 개인 상관계수를 계산하거나 호흡에 의해 움직이는 측정 대상자의 신체를 흉곽에 대응하는 가상 원기둥 및 복부에 대응하는 가상 원기둥이 상하로 배치된 형태로 취급하는 제2 면적 계산 방식에 의해 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
호흡 추정부(130)는, 측정 대상자가 폐활량계(300)를 미착용한 상태에서, 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량 및 계산된 개인 상관계수에 기초하여, 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
비율 산출부(140)는, 개인 상관계수에 기초하여 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출할 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법의 동작 흐름도이다.
도 4에 도시된 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법은 앞서 설명된 호흡량 측정 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 호흡량 측정 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 단계 S410에서 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자의 신체 정보에 기초하여 측정 대상자의 신체에 스트레인 게이지(210, 220)가 부착되는 위치 및 스트레인 게이지(210, 220)의 부착 길이를 결정할 수 있다. 여기서, 스트레인 게이지(210, 220)가 부착되는 위치는 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치 또는 복부에 대응하는 위치 중 적어도 하나의 위치일 수 있다.
다음으로, 단계 S420에서 호흡량 측정 장치(100)는, 측정 대상자의 신체에 부착된 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량을 기초로 하여 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S410 및 S420은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법의 세부 동작 흐름도이다.
도 5에 도시된 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법은 앞서 설명된 호흡량 측정 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 호흡량 측정 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계 S510에서 호흡 정보 수집부(110)는, (a) 측정 대상자가 폐활량계(300)를 착용한 상태에서, 폐활량계(300)가 측정한 측정 호흡량 및 측정 대상자의 신체의 소정의 위치에 부착된 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량을 기 설정된 시간 동안 획득할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 단계 S510(달리 말해, (a) 단계)에서 호흡 정보 수집부(110)는, 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 제1 스트레인 게이지(210)로부터 측정된 제1 길이 변화량 및 측정 대상자의 복부에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착된 제2 스트레인 게이지(220)로부터 측정된 제2 길이 변화량 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
다음으로, 단계 S520에서 연산부(120)는, (b) 측정 호흡량 및 길이 변화량에 기초하여 측정 대상자의 개인 상관계수를 계산할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 단계 S520에서 연산부(120)는 상기 식 1을 만족하는 개인 상관계수를 계산(단순 계산법)할 수 있다. 또한, 본원의 다른 실시예에 따르면, 단계 S520에서 연산부(120)는 상기 식 2 또는 식 3을 만족하는 개인 상관 계수를 계산(면적 계산법)할 수 있다.
다음으로, 단계 S530에서 호흡 추정부(130)는, (c) 측정 대상자가 폐활량계(300)를 미착용한 상태에서, 스트레인 게이지(210, 220)로부터 측정된 길이 변화량 및 계산된 개인 상관계수에 기초하여, 측정 대상자의 호흡량을 추정할 수 있다.
다음으로, 단계 S540에서 비율 산출부(140)는, 흉곽에 대한 개인 상관계수 및 복부에 대한 개인 상관계수에 기초하여 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S510 내지 S540은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다
본원의 일 실시 예에 따른 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법 또는 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 스트레인 게이지를 이용한 호흡량 측정 방법 또는 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템
100: 호흡량 측정 장치
210: 제1 스트레인 게이지
220: 제2 스트레인 게이지
300: 폐활량계
110: 호흡 정보 수집부
120: 연산부
130: 호흡 추정부
140: 비율 산출부

Claims (9)

  1. 스트레인 게이지를 이용한 개인 상관계수 기반의 맞춤형 호흡량 측정 시스템에 있어서,
    기 설정된 시간 동안 측정 대상자의 측정 호흡량을 획득하는 폐활량계;
    상기 측정 대상자의 흉곽에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착되어 제1 길이 변화량을 측정하는 제1 스트레인 게이지;
    상기 측정 대상자의 복부에 대응하는 위치에 수평 방향을 따라 부착되어 제2 길이 변화량을 측정하는 제2 스트레인 게이지; 및
    상기 제1 스트레인 게이지 및 상기 제2 스트레인 게이지로부터 수신된 상기 길이 변화량을 기초로 하여 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정하는 호흡량 측정 장치,
    를 포함하고,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 측정 대상자가 상기 폐활량계를 착용한 상태에서, 상기 폐활량계가 측정한 측정 호흡량 및 상기 제1 길이 변화량 및 상기 제2 길이 변화량을 기 설정된 시간 동안 수신하고, 상기 측정 호흡량과 상기 제1 길이 변화량 및 상기 제2 길이 변화량에 기초하여 상기 측정 대상자의 개인 상관계수를 계산하고,
    상기 개인 상관계수에 기초하여 상기 측정 대상자가 상기 폐활량계를 미착용한 상태에서의 상기 측정 대상자의 호흡량을 추정하고,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    호흡에 의해 움직이는 상기 측정 대상자의 신체를 하나의 가상 원기둥으로 취급하는 제1 면적 계산 방식에 의해 하기 식 2를 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산하되,
    [식 2]
    Figure 112021139342403-pat00012

    여기서, V는 상기 측정 호흡량, A는 상기 제1 길이 변화량, B는 상기 제2 길이 변화량, c는 상기 개인 상관계수, l은 상기 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수로서 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지 부착 위치 간의 높이 차이 값에 대응하고,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 추정된 호흡량에 기초하여 상기 측정 대상자의 1회 호흡 단위를 결정하여 호흡수를 카운팅하고, 상기 호흡량 및 상기 호흡수에 기초하여 상기 측정 대상자의 폐활량 정보, 폐용적 정보, 폐용량 정보, 분당 호흡량 및 들숨날숨 비율 중 적어도 하나를 포함하는 호흡 패턴과 연계된 정보를 생성하고,
    상기 호흡 패턴과 연계된 정보에 기초하여 상기 측정 대상자의 심정지 또는 과호흡의 발생 가능성이 미리 설정된 수준에 비하여 비정상적인 것으로 판단되면, 상기 측정 대상자의 사용자 단말 또는 상기 측정 대상자에 대한 보호자가 보유한 단말로 경고 신호를 전송하는 것인, 호흡량 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 측정 호흡량 및 상기 길이 변화량의 선형적 상관관계에 기초하여 상기 개인 상관계수를 계산하는 단순 계산법 및 상기 측정 대상자의 신체를 가상의 원기둥으로 취급하는 면적 계산법 중 적어도 하나에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 것인, 호흡량 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 단순 계산법에 의해 상기 개인 상관 계수를 계산하는 경우,
    하기 식 1을 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산하되,
    [식 1]
    Figure 112019114658368-pat00004

    여기서, V는 상기 측정 호흡량, A는 상기 제1 길이 변화량, B는 상기 제2 길이 변화량, a는 상기 측정 대상자의 흉곽에 대한 개인 상관계수, b는 상기 측정 대상자의 복부에 대한 개인 상관계수인 것인, 호흡량 측정 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 면적 계산법에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 경우,
    호흡에 의해 움직이는 상기 측정 대상자의 신체를 흉곽에 대응하는 가상 원기둥 및 복부에 대응하는 가상 원기둥이 상하로 배치된 형태로 취급하는 제2 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 것인, 호흡량 측정 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 제2 면적 계산 방식에 의해 상기 개인 상관계수를 계산하는 경우,
    하기 식 3을 만족하는 상기 개인 상관계수를 계산하되,
    [식 3]
    Figure 112019114658368-pat00006

    여기서, V는 상기 측정 호흡량, V 1 는 흉곽에 대응하는 측정 호흡량, V 2 는 복부에 대응하는 측정 호흡량, A는 상기 제1 길이 변화량, B는 상기 제2 길이 변화량, c는 흉곽에 대한 개인 상관계수, d는 복부에 대한 개인 상관계수, l 1 은 흉곽에 대응하는 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수, l 2 는 복부에 대응하는 가상 원기둥의 높이에 해당하는 상수인 것인, 호흡량 측정 시스템.
  9. 제5항 또는 제8항에 있어서,
    상기 호흡량 측정 장치는,
    상기 흉곽에 대한 개인 상관계수 및 상기 복부에 대한 개인 상관계수에 기초하여 상기 측정 대상자의 호흡량으로부터 흉식 호흡 및 복식 호흡의 비율을 산출하는 것인, 호흡량 측정 시스템.
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