KR102497384B1 - 마스크를 이용한 건강 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크 내부에 센서를 설치하여 사용자의 구취 및 호흡수를 감지하고, 그 감지 결과를 근거로 사용자의 건강 상태를 체크하여 알려줄 수 있도록 한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양압 또는 음압 상태로 유지시키는 마스크; 상기 마스크의 내부에 장착되어 상기 공간이 양압 또는 음압 상태로 유지되도록 공기 흐름을 제어하고, 사용자의 구취 농도와 호흡수를 센싱하여 센싱 결과를 근거리 무선통신으로 전송하는 센싱 및 제어장치; 및 상기 구취 농도 및 호흡수를 전송받아 빅데이터 형태로 저장해 두고, 상기 빅데이터를 근거로 사용자의 건강 상태를 판단하여 화면에 표시하는 스마트폰으로 이루어지는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

Description

마스크를 이용한 건강 진단 시스템{SYSTEM FOR HEALTH EXAMINATION USING MASK}

본 발명은 마스크를 이용하여 사용자의 건강을 체크하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스크 내부에 센서를 설치하여 사용자의 구취 및 호흡수를 감지하고, 그 감지 결과를 근거로 사용자의 건강 상태를 체크하여 알려줄 수 있도록 한 것이다.

근래 들어, 급속한 산업화에 의해 미세먼지가 지속적으로 증가되고 있다. 미세먼지 농도는 대기환경에서 PM(Particulate Matter)으로 나타내며 입자의 크기는 대부분 0.001~10μm 범위이다. 미세먼지는 국내에서 발생되는 미세먼지와 국외로부터 유입되는 미세먼지로 분류할 수 있다. 국외로부터 유입되는 미세먼지의 대부분은 중국이나 몽골에서 발원된 것이며, 이 미세먼지에는 규소, 망간 및 알루미늄 등의 토양 성분이 주류를 이루고 있다.

중국의 산업화로 인하여 중국으로부터 국내로 유입되는 미세먼지에는 납이나 카드뮴과 같은 중금속이나 다이옥신과 같은 유해한 화학물질이 다량으로 함유되어 있어 피해 규모가 점차 커지고 있는 실정에 있다. 참고로, 중국으로부터 유입되는 황사에 포함된 중금속의 농도는 일반 공기에 비하여 2배 내지 15배 이상으로 높고, 납은 13배, 카드뮴은 14배, 크롬은 21배나 높은 것으로 보고되고 있다.

이와 같은 중금속들은 인체에 나쁜 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 납 성분은 신경과 근육을 마비시키고, 카드뮴은 폐암을 유발하며, 크롬은 신경질환과 기관지염을 유발하는 것으로 알려져 있다.

이와 같이 미세먼지에 의한 각종 폐해를 줄이기 위하여 마스크를 착용하는 것이 요구되고 있다.

더욱이, 최근들어 코로나 19와 같은 신종 바이러스가 발현하여 각종 경제활동을 위축시키고 사회 활동에 막대한 지장을 초래하고 있다. 코로나 19 바이러스의 경우 비말이나 필터링되지 않은 오염된 공기에 의해 전파되는 것으로 보고되고 있는데, 이러한 코로나 19 바이러스의 전파를 방지하기 위하여 마스크 착용이 의무화되었다.

그런데, 종래 기술에 의한 마스크는 미세먼지 또는 초미세먼지의 필터링 성능을 향상시키는데 초점이 맞추어져 있다. 또한, 호흡을 편리하게 할 수 있는 구조 또는 착용감을 향상시키는데 초점이 맞추어져 있다.

대한민국특허공개 10-2017-0049168 (2017.05.10. 공개) 대한민국특허공개 10-2019-0097388 (2019.08.21. 공개)

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안한 것으로서, 플라스틱과 같이 소정치 이상의 강도를 갖는 소재로 제작되고 내부가 양압 또는 음압 상태로 유지되는 마스크에 센서들을 설치하여 사용자의 구취 농도와 호흡수 등을 감지해서 스마트폰에 전송하고, 스마트폰에서는 구취 농도와 호흡수 등을 근거로 사용자의 건강 상태를 체크하여 그 체크 결과를 화면을 통해 사용자에게 알려줄 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 사용자의 안면과 이루는 공간을 양압 또는 음압 상태로 유지시키는 마스크; 상기 마스크의 내부에 장착되어 상기 공간이 양압 또는 음압 상태로 유지되도록 공기 흐름을 제어하고, 사용자의 구취 농도와 호흡수를 센싱하여 센싱 결과를 근거리 무선통신으로 전송하는 센싱 및 제어장치 및 상기 근거리 무선통신을 통해 상기 마스크로부터 상기 구취 농도 및 호흡수를 전송받아 빅데이터 형태로 저장해 두고, 상기 빅데이터를 근거로 사용자의 건강 상태를 판단하여 화면에 표시하는 스마트폰을 포함하는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 마스크는 외부공기가 사용자의 입과 코 주변으로 유입되는 것을 차단하고 입과 코 주변의 안면부에 상기 공간을 형성하되, 투명하고 소정의 강도를 갖는 소재로 형성된 공기차단막; 및 상기 공기차단막의 양측 종단부에 각기 형성되어 외부공기를 필터링해서 상기 공간에 불어넣어 상기 공간을 양압 상태로 만드는 제1필터부 및 제2필터부를 포함하고, 상기 제1필터부 및 제2필터부는 상기 외부공기를 상기 호흡공간으로 불어넣는 제1,2팬 및 상기 제1,2팬의 전방에 각기 설치되어 상기 제1,2팬으로 각각 유입되는 공기를 각기 필터링하는 제1필터 모듈 및 제2필터모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 센싱 및 제어장치는 상기 제1팬의 팬모터에 흐르는 전류량을 센싱하는 제1전류센서 및 제2팬의 팬모터에 흐르는 전류량을 센싱하는 제2전류센서; 상기 공기차단막의 내측에 설치되어 사용자에 의해 호흡된 공기로부터 구취 농도를 센싱하는 구취 센서부; 상기 구취 센서부에 의해 센싱된 구취 농도를 인식함과 아울러, 상기 제1,2전류센서의 센싱결과를 근거로 사용자의 호흡수를 인식하여 그 인식 결과들을 출력하는 컨트롤러 및 상기 컨트롤로부터 공급되는 사용자의 구취 농도 및 호흡수를 근거리 무선통신으로 스마트폰에 전송하는 근거리무선통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 구취 센서부는 황화수소(H₂S) 센서 및 VOCs 센서 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 구취 센서부는 상기 마스크 내에서 공기가 빠져나가는 출구측에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 구취 센서부는 상기 마스크의 착용 여부를 확인하기 위한 터치센서 또는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스마트폰은 하루 중에서 소정 주기마다 상기 구취 농도를 체크하여 그 체크 결과를 화면상에 그래프 형태로 표시하고, 한 달 동안 상기 구취농도의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도를 화면에 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스마트폰은 하루 중에서 소정 주기마다 상기 호흡수를 체크하여 그 체크 결과를 화면상에 그래프 형태로 표시하고, 한 달 동안 상기 호흡수의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도를 화면에 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 마스크를 이용한 건강 진단 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 내부가 양압 또는 음압 상태로 유지되고 소정치 이상의 강도를 갖는 소재로 제작된 마스크에 구취센서 및 전류센서들을 설치하여 사용자의 구취 농도와 호흡수 등을 감지해서 스마트폰에 전송할 수 있도록 하고, 스마트폰에서는 구취 농도와 호흡수 등을 근거로 사용자의 건강 상태를 체크하여 그 체크 결과를 화면을 통해 사용자에게 알려줄 수 있도록 함으로써, 사용자는 별도의 노력이나 주의를 기울이지 않고도 정기적으로 자신의 건강 상태를 인식할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 투명한 소재로 마스크를 제작하여 대면하고 있는 상대방이 마스크 착용자의 얼굴 전체를 볼 수 있는 자연스런 분위기가 연출되는 효과가 있다.

셋째, 필터 본체의 양측에 설치된 필터모듈 및 팬을 통해 필터링된 공기를 마스크 안쪽의 호흡공간에 불어넣어 그 호흡공간이 양압 상태를 유지할 수 있게 함으로써, 마스크 착용자가 필터링된 공기로 호흡할 때 폐에 무리를 주지 않고 편안한 호흡이 가능하면서 오염물질의 유입을 차단할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 마스크의 가장자리가 안면부에 떠 있는 구조로 되어 있어 피부 트러블, 끈적임 및 화장품 번짐 등이 발생되지 않는 효과가 있다.

다섯째, 필터모듈을 손쉽게 교체할 수 있어 투명 마스크를 반 영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 마스크를 이용한 건강 진단 시스템의 전체 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마스크의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 필터부의 분리사시도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 마스크의 공기 유입 및 분출에 대한 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마스크가 착용된 상태에서의 공기 흐름을 나타낸 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마스크의 센싱 및 제어장치의 상세 블록도이다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 마스크의 호흡공간에서의 기압 보상 원리를 나타낸 설명도이다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 마스크에서 일정한 양압을 유지하기 위해 기압을 보상하는 원리를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 구취 농도 체크 예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 호흡수 체크 예시도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 하고, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것으로 보아서는 아니 되며, 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 관한 정보 디스플레이 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 마스크를 이용한 건강 진단 시스템의 전체 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마스크를 이용한 건강 진단 시스템은 센싱 및 제어장치(140)를 구비한 마스크(100) 및 스마트폰(200)을 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 마스크의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 필터부의 분리사시도이고, 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 마스크의 공기 유입 및 분출에 대한 설명도이고, 도 5는 본 발명에 따른 마스크가 착용된 상태에서의 공기 흐름을 나타낸 설명도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마스크(100)는 외부공기가 입과 코 주변으로 유입되는 것을 차단하고 입과 코 주변의 안면부에 호흡공간이 형성된 공기차단막(110), 상기 공기차단막(110)의 양측 종단부에 각기 형성되어 외부공기를 필터링해서 상기 호흡공간에 불어넣어 그 호흡공간을 양압 상태로 만드는 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)을 포함할 수 있다.

공기차단막(110)의 소재는 다양한 종류로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공기차단막(110)의 전체를 투명한 소재로 제작할 수 있다. 이와 같은 경우, 사용자가 공기차단막(110)을 착용한 상태에서 상대방이 사용자의 얼굴 전체를 볼 수 있게 된다. 그리고, 공기차단막(110)은 좌우측 부분이 양쪽 볼을 감싸고, 상부 중앙 부위는 코에 걸리는 구조로 형성되어 사용자가 마스크(100)를 착용하기 위해 고정끈과 같은 고정수단을 필요로 하지 않는다. 그리고, 공기차단막(110)은 입과 코 주변을 포함하는 안면부에 호흡공간이 확보되도록 돌출된 구조로 형성되고, 그 호흡공간의 공기가 외부로 유출되도록 안면부와의 틈새를 형성하는 형상을 갖는다.

이를 위해 상기 공기차단막(110)은 일정치 이상의 탄성도를 가지며, 금형사출 공정을 통해 제작될 수 있다. 이를 위해 상기 공기차단막(110)의 소재로써, 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌(ABS), 결정성 폴리에틸렌(A-PET), 스티렌 아크릴로니트릴 부타디엔(SAN), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 등의 투명한 고분자 필름들이 사용될 수 있다. 하지만, 상기 공기차단막(110)의 소재가 상기 소재로 한정되는 것이 아니라 온도나 습도 등의 사용 조건에 따라서 다른 특성을 갖는 소재가 사용될 수도 있다.

사용자가 마스크(100)를 착용한 상태에서 호흡공간을 양압 상태로 유지하기 위하여, 공기차단막(110)과 사용자 안면 간에 완전히 밀착된 상태로 유지할 필요가 없으며, 오히려 호흡된 공기의 자연스러운 유출을 위해 상기 설명에서와 같이 약간의 틈새가 확보되는 구조를 가질 필요가 있다.

이를 감안하여 공기차단막(110)은 안면부에 밀착되지 않는 구조의 가장자리(edge)(111)를 포함할 수 있다.

제1필터부(120) 및 제2필터부(130)는 상기 공기차단막(110)의 양측 종단부에 각기 고정 설치되어 외부 공기를 필터링해서 호흡공간으로 불어넣어 그 호흡공간이 양압 상태로 된다. 이에 따라, 외부의 공기가 상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)를 경유하지 않고 곧바로 상기 호흡공간으로 유입되지 못하고, 호흡공간의 공기는 공기차단막(110)의 가장자리(111)와 사용자 안면 간의 틈새를 통해 외부로 유출된다. 그리고, 사용자는 상기와 같이 필터링되어 호흡공간에 공급된 공기로 호흡을 할 수 있게 된다. 상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)를 통해 상기 호흡공간으로 공급되는 단위 시간당 공기량은 특별하게 한정되지 않지만, 사용자의 폐에 무리를 주지 않으면서 편한 호흡이 가능한 정도가 될 수 있다. 이때, 상기 호흡공간의 기압과 외부와의 차압(예: 0.1~0.2 Pa)은 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들어, 외부 기압이 1일 때, 상기 호흡공간의 기압은 1.2Pa 내지 +1.2Pa로 유지될 수 있다.

결국, 상기 공기 차단막(110)에 의해 형성된 호흡공간의 양압은 상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)를 통해 그 호흡공간으로 공급되는 단위 시간당 공기량과, 공기차단막(110)의 가장자리(111)와 사용자 안면 간의 틈새 면적에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 상기 호흡공간의 양압을 상기와 같이 호흡에 적절한 기압으로 유지하기 위해서는 상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)를 통해 상기 호흡공간으로 공급되는 공기량과 상기 틈새 면적을 적절하게 설계할 필요가 있다.

상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)는 서로 동일한 구조를 가지므로, 제1필터부(120)를 예로 하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 제1필터부(120)는 외부 공기를 상기 호흡공간으로 불어넣는 제1팬(121) 및 상기 제1팬(121)의 전방에 설치되어 상기 제1팬(121)으로 유입되는 공기를 필터링하는 제1필터 모듈(122)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1팬(121) 및 제2필터부(130)의 제2팬(131)은 팬구동용 모터(이하, '팬모터'라 칭함)를 각기 포함하는 것을 예로하여 설명한다.

도 4의 (a)는 제1필터부(120)의 제1팬(121)과 제2필터부(130)의 제2팬(131)에 의해 공기가 호흡공간 내의 중간 지점인 코와 입의 주변에 몰리면서 에어 그래디언트(air gradient)가 형성되는 것을 나타낸 것이다. 그리고, 도 4의 (b)는 상기 제1팬(121) 및 제2팬(131)에 의해 호흡공간에 형성된 양압에 의해 공기가 호흡공간에서 공기차단막(110)과 피부의 접촉 부위를 통해 외부로 분출되는 것을 나타낸 것이다.

제1필터 모듈(122)은 제1팬(121)의 구동에 의해 그 제1팬(121)으로 유입되는 공기를 필터링하기 위해 세균 및 오염 물질을 1차적으로 필터링하는 외측 부직포필터(122B), 상기 외측 부직포필터(122B)를 통과한 공기에 포함되어 있는 유해 물질이나 바이러스를 필터링하는 멜트브라운 필터(meltblown filter)(122C) 및 상기 멜트브라운 필터(122C)를 통과한 공기에 포함된 오염물질을 필터링하는 내측 부직포필터(122D)를 포함할 수 있다.

상기 외측 부직포필터(122B), 멜트브라운 필터(122C) 및 내측 부직포필터(122D)는 필터케이스(122A)에 삽입된 후 뚜껑(122E)에 의해 닫혀진 형태로 제1필터부(120)에 장착될 수 있다. 따라서, 마스크(100)가 일정 시간 이상 사용되어 제1필터 모듈(122)의 외측 부직포필터(122B), 멜트브라운 필터(122C) 및 내측 부직포필터(122D)가 기준치 이상으로 오염된 경우 사용자는 제1필터부(120)의 제1덮개(123)를 열고 제1필터 모듈(122)만 새로운 필터 모듈로 교체하여 마스크(100)를 계속 사용할 수 있게 된다.

상기 제1필터 모듈(122)의 필터들이 상기 외측 부직포필터(122B), 멜트브라운 필터(122C) 및 내측 부직포필터(122D)로 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 다른 필터들로 구성될 수 있다.

상기 설명에서는 제1필터부(120)가 공기차단막(110)의 일측(예: 좌측) 종단부에 수평 방향으로 설치되고, 제2필터부(130)가 공기차단막(110)의 타측(예: 우측) 종단부에 수평 방향으로 설치된 것을 예로 하였다.

이와 같은 경우, 제1필터부(120)의 제1팬(121)이 좌측 귀 부근에 설치되고, 제2필터부(130)의 제2팬(131)이 우측 귀 부근에 설치될 수 있다. 이에 따라 사용자의 머리카락이 제1팬(121)이나 제2팬(131)에 빨려들어갈 수 있다. 이를 방지하기 위해 제1필터부(120)의 제1덮개(123)와 제2필터부(130)의 제2덮개(133)에 머리카락유입 방지용 망을 설치할 수 있다. 다른 예로써, 제1팬(121)과 제2팬(131)의 공기 흡입구 방향을 머리카락의 영향을 최소화 하는 방향으로 설치할 수 있다. 또 다른 예로써, 상기 제1팬(121)이나 제2팬(131)의 설치 위치를 머리카락의 영향을 받지 않는 영역(예: 턱 부분)에 설치할 수 있다.

도 5에서와 같이, 사용자는 상기 제1필터부(120)와 제2필터부(130)를 통해 공급되는 호흡공간에 공급되는 필터링된 공기로 호흡을 하게 되고, 그렇게 호흡된 공기는 상기 가장자리(111)와 안면 간의 공간을 통해 외부로 빠져나간다. 이를 위해 상기 설명에서와 같이 가장자리(111)는 사용자의 안면과 밀착되지 않고 떠 있는 구조로 설계할 필요가 있다.

도 6은 본 발명에 따른 마스크에 포함되는 마스크의 센싱 및 제어장치에 대한 상세 블록도이고, 도 7의 (a) 내지 (c)는 호흡공간의 기압 보상 원리를 나타낸 설명도이고, 도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 마스크에서 일정한 양압을 유지하기 위해 기압을 보상하는 원리를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 마스크의 센싱 및 제어장치(140)는 공기차단막(110)의 제1팬(121)의 팬모터에 설치된 제1전류센서(CS1) 및 제2팬(131)의 팬모터에 설치된 제2전류센서(CS2), 마스크(100)에 설치된 구취 센서부(BS), 상기 전류센서(CS1,CS2)의 출력신호를 근거로 팬구동부(142)의 구동을 제어하여 사용자의 호흡에 의한 양압의 변화를 보상하고, 상기 구취 센서부(BS)에 따라 사용자의 구취(입냄새) 농도를 검출하고, 상기 제1,2전류센서의 센싱결과를 근거로 사용자의 호흡수를 검출하여 출력하는 컨트롤러(141), 상기 컨트롤러(141)로부터 공급되는 사용자의 구취 농도 및 호흡수를 근거리 무선통신으로 스마트폰(200)에 전송하는 근거리무선통신부(144) 및 마스크(100)의 각부에서 필요로 하는 전원을 공급하는 전원부(145)를 포함할 수 있다.

제1필터부(120)의 제1팬(121)과 제2필터부(130)의 제2팬(131)이 일정한 속도로 회전되어 호흡공간의 양압(기압)이 목표치로 유지하더라도 사용자가 호흡을 하게 되면 도 8의 (a)에서와 같이 양압이 주기적으로 변화된다. 즉, 사용자의 날숨에 의해 양압이 상승되고, 들숨에 의해 양압이 하강된다. 그러나, 다음과 같은 양압 보상 동작에 의해 양압을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

사용자가 숨을 들이마실 때(들숨) 도 7의 (a)와 같이 호흡공간의 기압이 줄어들고, 이에 의해 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 변화된다. 즉, 들숨에서 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 줄어든다. 이에 따라, 제1팬(121)의 팬모터와 제2팬(131)의 팬모터에 흐르는 전류량이 변화(예: 상승)되는데, 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 변화되는 전류량을 검출할 수 있다.

따라서, 사전에 상기와 같은 과정을 통해 사용자의 호흡(들숨과 날숨)에 따른 제1팬(121)의 팬모터와 제2팬(131)의 팬모터의 전류변화를 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 검출하고, 그때 호흡공간의 기압 변화를 검출한다. 그리고, 상기 기압변화와 전류변화의 관한 데이터베이스를 구축해 놓는다.

그리고, 차후에는 컨트롤러(141)가 상기 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 검출되는 전류량을 근거로 상기 호흡공간의 기압을 보상하기 위해 제1팬(121)의 팬모터와 제2팬(131)의 팬모터의 구동을 제어한다. 예를 들어, 도 8의 (b)에서와 같이 컨트롤러(141)는 호흡공간의 기압이 날숨에 의해 상승되는 구간에서 팬구동부(142)의 구동을 제어하여 제1팬(121)과 제2팬(131)의 회전속도가 기압 상승에 상응되는 정도로 하강되게 한다. 그리고, 상기 호흡공간의 기압이 들숨에 의해 하강되는 구간에서는 팬구동부(142)의 구동을 제어하여 제1팬(121)과 제2팬(131)의 회전속도가 기압 하강에 상응되는 정도로 상승되게 한다. 이에 따라, 호흡공간의 양압이 사용자의 호흡에 관계없이 도 8의 (c)와 같이 일정한 상태로 유지된다.

이와 같이 사용자의 호흡에 의해 호흡공간의 기압이 변화되는 것을 별도의 기압센서를 이용하여 검출하지 않고, 팬모터의 전류 변화를 검출하여 인식할 수 있도록 함으로써, 비용을 절감할 수 있게 된다. 그리고, 공기차단막(110)의 제조공정을 단순화할 수 있게 된다.

다른 실시예로써, 마스크(100)를 음압 마스크로 구현할 수 있다. 이와 같은 경우, 제1필터부(120)와 제2필터부(130) 중에서 어느 하나 예를 들어, 제2필터부(130)의 공기 유입 및 유출 방향을 제1필터부(120)와 반대 방향으로 한다. 이때, 제2필터부(130)의 제2필터모듈(132)이 생략될 수 있다.

근거리무선통신부(144)는 사용자의 단말기인 스마트폰(150)과 상기 컨트롤러(141) 간의 근거리 무선통신을 지원한다. 이에 따라, 사용자는 단말기를 이용하여 마스크(100)의 양압이나 음압 등을 제어할 수 있게 된다.

전원부(145)는 마스크(100)의 각부에서 필요로 하는 전원을 공급한다. 이를 위해 전원부(145)는 충전용 배터리를 구비할 수 있으며, USB 포트(145A)를 통해 외부로부터 전원을 공급받아 충전용 배터리를 충전시킬 수 있다.

상기와 같이 마스크(100)를 양압 또는 음압 마스크로 구현하기 위해 팬을 사용하게 되는데, 이에 의해 소음이 발생될 수 있다. 하지만, 마스크(100)에 에이엔씨(Active Noise Canceler) 기능을 수행하는 에이엔씨부(143)를 추가 함으로써, 소음의 영향을 받지 않게 할 수 있다.

즉, 제1팬(121)에 제1마이크(도면에 미표시)를 설치함과 아울러, 제2팬(131)에 제2마이크(도면에 미표시)를 설치하고, 에이엔씨부(143)는 상기 제1,2마이크의 출력신호를 근거로 소음과 반대 위상을 갖는 신호를 각기 생성하여 출력함으로써, 소음이 상쇄되어 사용자가 소음을 느끼지 못하게 된다.

구취 센서부(BS)는 사용자가 호흡한 공기로부터 보다 상세하게는, 공기차단막(110)의 내측 안면부에 갇혀진 사용자의 날숨으로부터 입에서 나는 악취 즉, 구취를 센싱하여 그 센싱된 결과를 컨트롤러(141)에 출력한다. 이를 위해 구취 센서부(BS)는 마스크(100) 내에서 공기가 빠져나가는 출구측에 한 개 이상 설치될 수 있다. 예를 들어, 공기차단막(110)의 가장자리(111) 중에서 코 주변이나 턱 주변에 설치될 수 있다.

참고로, 구취는 구강, 비강, 상기도 및 소화기 상무로부터 유래되는데, 그 중 약 90%는 구강으로부터 원인을 찾을 수 있는 것으로 보고되고 있다. 구취는 성인의 약 50%이상이 겪는 매우 흔한 문제이며 특히 아침에 생기는 구취는 대부분의 경우 수면동안에 구강 세균에 의해 생기는 일시적인 문제이지만 구취가 지속적인 사람의 경우에는 병적인 것으로 간주된다. 여기서, 병적인 구취는 질병과 함께 나타나는 구취를 의미하는 것으로 질병으로 인해 구취를 스스로 자각할 수 있는 경우가 많다. 만일, 구취를 자각하지 못할 경우, 실제로 구취가 없는데도 불구하고 본인의 주관적인 강박관념에 의해 대인을 기피하고, 사회생활에 많은 비정상적인 문제점이 발생하게 된다. 또한, 자각할 수 있는 구취라도 그 정도가 얼마인지를 인지하기 어렵고, 본인이 자각하지 못하여 상대방에게 여러 가지의 불쾌감을 유발시키는 등 여러 가지 문제점이 발생하게 된다.

일반적인 마스크를 착용한 사용자의 구취를 센싱하고자 하는 경우, 마스크가 사용자의 안면에 밀착되어 있어 구취 센싱을 위한 충분한 공기를 확보하기 어려울 뿐만 아니라 마스크 전면부가 막힘 구조가 아니어서 날숨이 바로 배출되므로 날숨으로부터 구취를 센싱하는데 어려움이 있다. 이와 같은 경우, 날숨에 포함된 미세한 침방울(비말)이 마스크 표면에 붙어 있다가 증발하면서 냄새를 발생하므로, 사용자는 그 냄새를 맡을 수 있다.

이에 비하여, 본 발명에 따른 마스크(100)는 전면부에 공기구멍이 존재하지 않고, 상기 설명에서와 같이 제1,2팬(121,131)에 의해 유입된 공기가 내부에서 순화되는 구조를 가지므로, 구취 센서부(BS)를 이용하여 사용자의 날숨을 직접 포집해서 구취를 센싱할 수 있다.

구취 센서부(BS)를 이용하여 사용자가 호흡한 공기로부터 구취를 센싱할 때 센싱의 정확도를 높이기 위해 호흡된 공기를 일정시간 이상 가두웠다가 센싱할 필요가 있다. 이를 위해 공기차단막(110)의 안쪽에 일정 길이의 가이드 또는 관을 설치하고, 그 가이드 또는 관의 내부에 구취 센서부(BS)를 설치할 수 있다.

구취 센서부(BS)는 다양한 종류의 구취 센서들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 황화수소(H₂S) 센서 또는 VOCs 센서가 사용될 수 있다. 구취 센서부(BS)는 마스크(100)의 착용 여부를 확인하기 위한 터치센서 또는 압력센서를 포함할 수 있다.

상기 황화수소(H₂S) 센서는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 산화주석(SnO₂)] 박막을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 황화수소 센서는 황화수소에 노출되면 저항 변화가 발생하여 이를 통해 황화수소 가스를 센싱할 수 있다. 즉, 상기 본 발명의 황화수소 센서는 황화수소 가스에 노출되면 상기 센서의 저항 값이 변하고, 이러한 저항 값의 변화에 따라 황화수소 가스의 존재를 센싱할 수 있다.

VOCs 센서는 휘발성유기화합물 농도센이다. 여기서, VOCs란 대기환경보존법에서 정의된 약자로 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 지방족 및 비균일이 혼합되어 있는 탄화수소류 중 증기압이 27.6Kpa이상인 물질을 의미한다. VOCs는 평상 시 호흡할 때마다 몸 속으로 유입되고 있지만, 농도가 높아지면 피로감, 두통, 구토, 현기증, 신경계 장애 등을 일으킬 수 있으며 아토피, 기관지 따가움 등은 물론 심할 경우 기형아 출산, 성장 발육지연 등 인체에 좋지 못한 영향을 줄 수 있는 물질이다.

마스크를 착용한 사용자의 들숨, 날숨 및 호흡수를 센싱하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(141)가 상기와 같이 설치된 제1전류센서(CS1) 및 제2전류센서(CS2)의 출력신호를 근거로 사용자의 들숨 및 날숨을 인식하고, 그 인식된 들숨과 날숨을 근거로 호흡수를 인식할 수 있다.

상기 설명에서와 같이, 사용자의 들숨에 의해 도 7의 (a)와 같이 마스크(100) 내측의 호흡공간의 기압이 줄어들고, 이에 의해 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 변화된다. 즉, 들숨에서 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 줄어든다. 이에 따라, 제1팬(121)의 팬모터와 제2팬(131)의 팬모터에 흐르는 전류량이 변화(예: 상승)되는데, 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 변화되는 전류량을 검출할 수 있다.

마찬가지로, 사용자의 날숨에 의해 마스크(100) 내측의 호흡공간의 기압이 상승되고, 이에 의해 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 변화된다. 즉, 들숨에서 제1팬(121)과 제2팬(131)의 저항이 상승된다. 이에 따라, 제1팬(121)의 팬모터와 제2팬(131)의 팬모터에 흐르는 전류량이 변화(예: 감소)되는데, 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 변화되는 전류량을 검출할 수 있다.

결과적으로, 사용자의 들숨과 날숨에 의해 마스크(100) 내측의 호흡공간의 양압이 도 8의 (a)에서와 같이 주기적으로 변화된다. 즉, 사용자의 날숨에 의해 양압이 상승되고, 들숨에 의해 양압이 하강된다.

컨트롤러(141)는 상기 구취 센서부(BS)에 의해 센싱된 구취 농도를 인식하여 그 인식된 구취 농도를 기 설정된 주기에 도달할 때마다 근거리 무선통신부(144)에 출력한다. 이에 대하여, 근거리 무선통신부(144)는 상기와 같이 전송되는 구취 농도를 근거리 무선통신방식(예: WIFI, Bluetooth)으로 스마트폰(200)에 전송한다.

마찬가지로, 컨트롤러(141)는 상기 제1전류센서(CS1)와 제2전류센서(CS2)를 통해 검출되는 전류량을 근거로, 사용자의 들숨 및 날숨을 인식하고, 그 인식 결과를 근거로 사용자의 호흡수를 인식하여 그 인식된 호흡수를 기 설정된 주기에 도달할 때마다 근거리 무선통신부(144)에 출력한다. 이에 대하여, 근거리 무선통신부(144)는 상기와 같이 공급되는 호흡수를 근거리 무선통신방식으로 스마트폰(200)에 전송한다.

스마트폰(200)은 마스크(100)의 근거리무선통신부(144)를 통해 전송받은 구취 농도 및 호흡수를 빅데이터 형태로 저장해 두고, 그 빅데이터를 근거로 사용자의 건강 상태를 판단하여 화면을 통해 사용자에게 알려준다. 이를 위해 스마트폰(200)은 어플리케이션을 이용할 수 있다.

참고로, 건강한 사람의 안정시 호흡수는 성인의 경우 16~20회정도, 소아의 경우에는 40~50회정도이고 한번의 호흡수에 대한 맥박수의 비율은 3~5이 된다. 호흡수의 증가는 건강한 자라도 운동후나 정신적 흥분시에 보게 된다. 심질환 및 폐질환에서 주로 나타나며, 호흡수가 이상하게 증가한 상태를 빈호흡 tachypnea라 하고 각종 폐질환, 발열, 빈혈시에 볼수 있다. 한편 두개내압의 항진, 요독증, 당뇨병성혼수, 아편중독 등의 경우에 호흡수는 감소하는데 이것을 완서호흡(bradypnea)이라고 한다.

스마트폰(200)이 상기 빅데이터를 근거로 사용자의 건강 상태를 알려주는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다.

스마트폰(200)은 하루 중에서 소정 주기 예를 들어 1시간 주기로 상기 구취 농도를 체크할 수 있는데, 사용자가 9시부터 20시 까지 마스크(100)를 착용하는 경우를 예로 할 때, 9시부터 20시까지 매 시간 단위로 호흡수를 체크하여 그 체크 결과를 도 9에서와 화면상에 그래프 형태로 표시할 수 있다. 그리고, 스마트폰(200)은 하루 동안 체크한 구취 농도의 평균값을 구하고, 이렇게 구한 평균값들을 근거로 소정 기간 예를 들어 한달 동안의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도에 따라 화면상에 "약한 정도의 구취가 납니다" 또는 "보통 정도의 구취가 납니다" 또는 "강한 정도의 구취가 납니다"를 표시할 수 있다.

참고로, 도 9에서 9시, 13시 및 20시에는 악취 농도가 낮게 나타나는데, 그 이유는 사용자가 식사 후 양치질을 하여 구강 내부가 청결해지기 때문이다.

그리고, 스마트폰(200)은 한달 동안의 평균 구취 농도가 기준치에 비해 훨씬 높은 경우 화면상에 상기와 같이 "강한 정도의 구취가 납니다"를 표시함과 아울러, "구강, 비강, 상기도 및 소화기 상무의 질환이 의심되오니 병원 가셔서 진료를 받으시기 바랍니다"라는 안내 문자를 표시할 수 있다.

마찬가지로, 스마트폰(200)은 하루 중에서 소정 주기 예를 들어 1시간 주기로 상기 호흡수를 체크할 수 있는데, 사용자가 9시부터 20시까지 마스크(100)를 착용하는 경우를 예로 할 때, 9시부터 20시 까지 매 시간 단위로 호흡수를 체크하여 그 체크 결과를 도 10에서와 화면상에 그래프 형태로 표시할 수 있다. 그리고, 스마트폰(200)은 하루 동안 체크한 호흡수의 평균값을 구하고, 이렇게 구한 평균값들을 근거로 소정 기간 예를 들어 한달 동안의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도에 따라 화면상에 "호흡수가 낮습니다" 또는 "호흡수가 보통(정상) 입니다" 또는 "호흡수가 높습니다"를 표시할 수 있다.

참고로, 사용자가 운동을 하거나 육체노동을 하는 경우 호흡수가 평상시에 비하여 높게 나타나는데, 본 실시예에서는 그와 같은 경우가 배제된 것을 예로 하였다.

그리고, 스마트폰(200)은 한달 동안의 호흡수가 기준치에 비해 훨씬 높은 경우 화면상에 상기와 같이 "강한 정도의 구취가 납니다"를 표시함과 아울러, "호흡기질환이 의심되오니 병원에 가셔서 진료를 받으시기 바랍니다"라는 안내 문자를 표시할 수 있다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 마스크 110 : 공기차단막
111 : 가장자리 120 : 제1필터부
121 : 제1팬 122 : 제1필터모듈
122A : 필터케이스 122B : 내측 부직포필터
122C : 멜트브라운 필터 122D : 외측 부직포필터
123 : 제1덮개 130 : 제2필터부
131 : 제2팬 132 : 제2필터모듈
133 : 제2덮개 140 : 센싱 및 제어장치
141 : 컨트롤러 142 : 팬구동부
143 : 에이엔씨부 144 : 근거리무선통신부
145 : 전원부 145A : USB 포트
200 : 스마트폰

Claims (8)

1. 사용자의 안면과 이루는 공간을 양압 또는 음압 상태로 유지시키는 마스크(100);
   상기 마스크(100)의 내부에 장착되어 상기 공간이 양압 또는 음압 상태로 유지되도록 공기 흐름을 제어하고, 사용자의 구취 농도와 호흡수를 센싱하여 센싱 결과를 근거리 무선통신으로 전송하는 센싱 및 제어장치(140); 및
   상기 근거리 무선통신을 통해 상기 마스크(100)로부터 상기 구취 농도 및 호흡수를 전송받아 빅데이터 형태로 저장해 두고, 상기 빅데이터를 근거로 사용자의 건강 상태를 판단하여 화면에 표시하는 스마트폰(200)을 포함하되,
   상기 마스크(100)는
   외부공기가 사용자의 입과 코 주변으로 유입되는 것을 차단하고 입과 코 주변의 안면부에 상기 공간을 형성하되, 투명하고 소정의 강도를 갖는 소재로 형성된 공기차단막(110) 및
   상기 공기차단막(110)의 양측 종단부에 각기 형성되어 외부공기를 필터링해서 상기 공간에 불어넣어 상기 공간을 양압 상태로 만드는 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)를 포함하고,
   상기 제1필터부(120) 및 제2필터부(130)는
   상기 외부공기를 상기 마스크(100) 안쪽의 호흡공간으로 불어넣는 제1,2팬(121,131) 및
   상기 제1,2팬(121,131)의 전방에 각기 설치되어 상기 제1,2팬(121,131)으로 각각 유입되는 공기를 각기 필터링하는 제1필터 모듈(122) 및 제2필터모듈(132)을 포함하고,
   상기 공기차단막(110)은
   좌우측 부분이 양쪽 볼을 감싸고, 상부 중앙 부위는 코에 걸리는 구조로 형성되어 상기 마스크(100)를 착용하기 위한 고정수단을 필요로 하지 않으며,
   입과 코 주변을 포함하는 안면부에 호흡공간이 확보되도록 돌출된 구조로 형성되고, 상기 호흡공간의 공기가 외부로 유출되도록 안면부와의 틈새를 형성하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 센싱 및 제어장치(140)는
   상기 제1팬(121)의 팬모터에 흐르는 전류량을 센싱하는 제1전류센서(CS1) 및 제2팬(131)의 팬모터에 흐르는 전류량을 센싱하는 제2전류센서(CS2);
   상기 공기차단막(110)의 내측에 설치되어 사용자에 의해 호흡된 공기로부터 구취 농도를 센싱하는 구취 센서부(BS);
   상기 구취 센서부(BS)에 의해 센싱된 구취 농도를 인식함과 아울러, 상기 제1,2전류센서(CS1,CS2)의 센싱결과를 근거로 사용자의 호흡수를 인식하여 그 인식 결과들을 출력하는 컨트롤러(141) 및
   상기 컨트롤러(141)로부터 공급되는 사용자의 구취 농도 및 호흠수를 근거리 무선통신으로 스마트폰(200)에 전송하는 근거리무선통신부(144)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 구취 센서부(BS)는
   황화수소(H₂S) 센서 및 VOCs 센서 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 구취 센서부(BS)는
   상기 마스크(100) 내에서 공기가 빠져나가는 출구측에 설치된 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 구취 센서부(BS)는
   상기 마스크(100)의 착용 여부를 확인하기 위한 터치센서 또는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 스마트폰(200)은
   하루 중에서 소정 주기마다 상기 구취 농도를 체크하여 그 체크 결과를 화면상에 그래프 형태로 표시하고,
   한 달 동안 상기 구취농도의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도를 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 스마트폰(200)은
   하루 중에서 소정 주기마다 상기 호흡수를 체크하여 그 체크 결과를 화면상에 그래프 형태로 표시하고,
   한 달 동안 상기 호흡수의 평균값을 구한 후 그 평균값을 기준치와 비교하여 차이 정도를 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 마스크를 이용한 건강 진단 시스템.
   
   
   
   
   
   

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