KR102552314B1 - 3g 센서 마스크 및 이를 이용한 지속적 양압기 시스템 - Google Patents

3g 센서 마스크 및 이를 이용한 지속적 양압기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수면 중 환자의 수면자세를 센싱하여 수면 자세가 변경되면 변경된 수면 자세에 따라 즉각적으로 블로워를 통해 압력을 보정하는 3G 센서마스크 및 이를 이용한 지속적 양압기 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 시스템은 환자의 얼굴에 장착되어 수면 중 환자의 수면자세를 센싱하는 3G 센서 마스크, 및 3G 센서 마스크와 유무선으로 연결되어 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받으며, 전송받은 환자의 수면 자세 변화에 대응하여 기도 개방에 필요한 기도 폐쇄압을 검출하고 검출된 수면 자세별 기도 폐쇄압에 근거하여 치료 압력을 즉각 보정하는 양압기를 포함한다.

Description

3G 센서 마스크 및 이를 이용한 지속적 양압기 시스템{3G SENSOR MASK AND CONTINUOUS POSITIVE AIRWAY PRESSURE SYSTEM USING OF THEM}
본 발명은 지속적 양압기에 관한 것으로, 특히 환자의 자세 변화에 따라 즉각적으로 치료 양압을 보정하여, 수면 중 환자의 수면자세가 수시로 변경되더라도 변경된 수면자세에 대응되는 치료 압력으로 즉시 제어하여 환자가 호흡의 불편함없이 수면을 지속할 수 있도록 하는 압력조정 양압기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 코골이 환자나 수면무호흡증과 같은 증상을 가진 환자는 지속적 양압기(Continuous positive airway pressure, CPAP)를 이용한 치료를 통해 삶의 질을 향상시킬 수 있다.
지속적 양압기는 환자가 잠자는 동안, 기도의 폐쇄에 의해 무호흡이 발생하여 호흡량이 줄어들거나, 호흡기도저항의 증가로 흡기 또는 배기 유속이 감소하는 경우, 마스크를 통해 정해진 압력의 공기를 불어넣어 지속적으로 양압(대기압보다 높은 압력)을 유지하게 함으로써 기도의 폐쇄를 방지하는 장치이다.
이러한 지속적 양압기에는 고정 양압기, 자동 양압기가 있는데, 항상 고정된 압력의 공기를 불어넣어주는 고정 양압기는 자동 양압기에 비하여 다양한 환자의 상태를 능동적으로 보정하지 못하는 단점이 있다. 자동 양압기는 환자의 상태(무호흡, 저호흡, 코골이 등)에 따라 블로워를 통한 압력 조정으로 능동적으로 환자의 호흡량을 유지하는 장점이 있으나, 수 회 ~ 수십 회 이상 호흡을 통해 점진적으로 압력을 조정하기 때문에 환자의 상태 변화에 따른 응답에 최소 수십 초, 최대 수 분의 시간이 소요된다. 이로 인해 환자가 수면 중 자세를 변경하게 되는 경우 즉각적인 압력 조정이 어려운 문제점이 있다.
예를 들어, 환자가 수면 중 자세를 바꾸는 과정은 수 초 이내 발생하지만, 양압기의 느린 반응으로 인해 치료 압력을 알맞은 값으로 변화시키는 과정은 수십 초 이상이 걸린다. 따라서, 환자가 자세를 변경하여 이전보다 상대적으로 높은 기도 개방압력이 필요한 상황에도 불구하고, 양압기의 느린 반응으로 인해 낮은 기도 개방압력이 공급되어 환자가 저호흡 또는 무호흡으로 진입할 수 있다. 또는 높은 압력에서 낮은 압력으로 이동하는 시간동안 환자에게 환자의 자세에 비해 높은 기도 개방압력이 공급되어, 호흡에 불편함을 느끼고 잠에서 깨는 현상이 발생할 수 있다.
미국특허 US10758690 B2호(2020. 09. 01 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수면 중 환자의 수면자세가 변경되면 변경된 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하고 검출된 기도 폐쇄압에 근거하여 즉각적으로 블로워를 통해 치료 압력을 보정함으로써 환자가 수면 중 호흡함에 있어 불편함없이 수면을 지속할 수 있도록 하는 지속적 양압기 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 환자의 얼굴에 장착되어 목구멍으로 정해진 압력의 공기를 공급함으로써 환자의 호흡량을 보조함은 물론, 환자의 수면자세를 센싱하고 센싱된 수면 자세 정보를 양압기로 유선 또는 무선 방식에 의해 전송하여 환자의 수면자세를 실시간 반영하게 하는 3G 센서 마스크를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 환자가 일어나는 자세를 취하는 경우 3G 센서 마스크를 통해 비수면 상태를 인식하여 수면 치료모드가 아닌 비수면 치료모드로 전환하여 잠에서 깨어난 비수면 상태에 대해서도 능동적 치료가 가능하도록 제공한다.
이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템은, 환자의 얼굴에 장착되어 수면 중 상기 환자의 수면자세를 센싱하는 3G 센서 마스크; 및 상기 3G 센서 마스크와 유무선으로 연결되어 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받고, 전송받은 상기 환자의 수면 자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하며, 검출된 기도 폐쇄압과 그에 따른 자세 정보에 근거하여 블로워의 압력을 즉각 보정하는 양압기;를 포함한다.
이때, 상기 양압기는, 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고, 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 사전 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환자의 수면 자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하는 구성은, 상기 수면 모니터링을 통해 수집된 데이터들로부터 상기 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압과, 상기 환자가 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출하고, 자세 정보를 중력 방향에 대하여 각도 정보로 변환하여 누운 자세(position 90°)에서의 기도폐쇄압을 최대압으로, 옆으로 누운 자세(position 0°)에서의 기도 폐쇄압을 최소압으로 정하여 그 사이 범위내에서 중력 방향에 대하여 비례하는 파형 함수를 생성하며, 생성된 함수를 근거로 다양한 각도의 수면자세에 따른 기도 폐쇄압을 예측하여 추출할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 양압기는, 압력센서, 블로워, 제어부를 포함하여 환자의 호흡 상태에 따라 상기 블로워의 압력을 제어하는 ACPAP(Auto CPAP); 및 상기 ACPAP와 별개로 압력센서, 블로워, 제어부를 포함하며, 상기 3G 센서 마스크와 통신을 수행하여 환자의 수면 자세에 따라 블로워의 압력을 제어하는 PCPAP(Position CPAP);로 구분되고, 상기 ACPAP는 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 수행하며, 상기 PCPAP는 상기 ACPAP에서 모니터링을 통해 수집된 데이터에 근거하여 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세에 대응되는 기도 폐쇄압을 분석하고 상기 PCPAP에 대한 블로워의 압력을 보정하여 수면 자세에 따른 최적의 압력을 공급할 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 양압기는, 압력센서, 블로워, 제어부를 포함하여 환자의 호흡 상태에 따라 상기 블로워의 압력을 제어하는 ACPAP(Auto CPAP); 및 상기 3G 센서 마스크와 통신을 수행하여 환자의 수면 자세에 따라 상기 ACPAP의 블로워의 압력을 제어하는 제어모듈;로 구비되고, 상기 ACPAP는 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 수행하며,상기 제어모듈은 상기 ACPAP에서 모니터링을 통해 수집된 데이터에 근거하여 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세에 대응되는 기도 폐쇄압을 분석하고 상기 ACPAP에 대한 블로워의 압력을 보정하여 수면 자세에 따른 최적의 압력을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3G 센서 마스크는, 양압기용 마스크로서, 환자의 얼굴에 장착되어 목구멍으로 정해진 압력의 공기를 공급하는 공급호스; 수면 중 상기 환자의 수면자세를 센싱하는 3G 센서 모듈; 및 상기 3G 센서 모듈을 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 유무선으로 상기 양압기에 전송하여 환자의 수면자세를 실시간 반영하게 하는 통신부;를 포함한다.
추가로, 상기 3G 센서 마스크는, 상기 3G 센서 모듈을 통해 상기 환자의 수면자세를 센싱할 시 기본자세의 위치를 센싱하여 기준위치를 셋팅하도록 구비한 스위치 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 3G 센서 모듈은, 상기 환자의 얼굴에 장착 가능하게 하는 프레임과 일체로 구비되거나, 탈부착이 가능하게 구비되어 기존 양압기용 마스크에 적용 가능한 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따르면, 환자가 수면 중 자세가 변경되면 3G 센서 마스크를 통해 환자의 수면자세를 센싱하고 센싱된 수면자세에 따라 달라지는 환자별 기도 폐쇄압(기도 개방에 필요한 압력을 말하며, 기도 개방압이라고도 칭함)을 즉각 제공하여 제어함으로써 환자가 수면 방해없이 수면을 지속할 수 있는 효과가 있다. 즉, 환자가 수시로 수면자세를 변경하더라도 시간 지연없이 해당 목표치로 즉각 제어가 가능하게 됨으로써 환자의 자세 변화에 따라 발생하는 호흡의 불편함을 해소하는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 수면 모니터링 과정을 통해 환자의 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 사전 분석하여 기록해 둠으로써 시간 지연을 최소화하고 즉각 대응이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 환자가 똑바로 누운 자세일 때, 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출하고 이로부터 중력에 의한 기도 폐쇄압을 분석하여 다양한 각도의 수면자세별 기도 폐쇄압을 예측함으로써 한 번의 측정으로 다양한 각도의 수면자세에 대한 압력 보정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 3G 센서 마스크에 따르면, 환자가 얼굴에 장착하는 동안 환자의 자세를 센싱하여 양압기에 전송함으로써 환자의 수면자세를 실시간 반영할 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 본 발명은 센서 모듈을 마스크에 일체화로 마련할 수 있고, 또는 탈부착이 가능하게 마련함으로써 기존 양압기용 마스크에 부착하여 사용이 가능하도록 그 활용범위를 확대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 환자가 일어나는 자세를 취하는 경우 3G 센서 마스크를 통해 비수면 상태를 인식하여 수면 치료모드가 아닌 비수면 치료모드로 전환하여 비수면 상태에서도 능동적이고 지속 치료가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지속적 양압기 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양압기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양압기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양압기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양압기에서 제어부의 기능을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 6은 수면 자세 변화에 따라 매칭되는 기도 폐쇄압을 검출하는 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 중력방향각도에 기초하여 다양한 각도에 따른 수면자세별 기도 폐쇄압을 예측하는 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양압기 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지속적 양압기 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 지속적 양압기 시스템은 환자의 얼굴에 장착되는 3G 센서 마스크(100)와, 양압기(200)를 포함하여 구현된다.
3G 센서 마스크(100)는 도 1에 도시한 것처럼 환자의 얼굴에 장착되어 환자의 목구멍으로 정해진 압력의 공기를 공급하여 환자의 호흡량을 보조한다. 그리고, 3G 센서 마스크(100)는 환자가 얼굴에 장착하는 동안 환자의 수면자세를 센싱하여 양압기(200)로 전송한다. 이때, 3G 센서 마스크(100)는 유선 또는 무선으로 양압기(200)와 연결되어 데이터를 양압기(200)로 전송한다.
양압기(200)는 3G 센서 마스크(100)를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받고, 전송받은 환자의 수면 자세 변화에 대응하여 기도가 폐쇄될 기도 폐쇄압을 검출한다. 그리고 검출된 기도 폐쇄압에 근거하여 블로워를 통해 압력을 즉각 보정한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 양압기(200)는 수면 중 환자의 수면자세가 바뀌면 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하여 기도의 폐쇄를 방지하기 위해 블로워의 압력을 보정하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 양압기(200)는 환자별 수면 패턴을 진단하기 위한 수면 모니터링 과정이 수행되어야 한다. 일반적으로 기도 폐쇄는 수면 자세, 예컨대 똑바로 누운 자세와 옆으로 누운 자세에 따라 달라지며, 또 해부학적으로 사람마다 차이가 있다. 보통 똑바로 누웠을 때 중력에 의한 기도 폐쇄가 옆으로 누웠을 때보다 높다. 이러한 이유로 본 발명의 실시예에서는 수면 모니터링을 통해 환자의 수면자세 패턴과 수면 중 기도 폐쇄압 패턴을 수면 진단 데이터로 수집하고, 환자의 수면자세에 따른 기도 폐쇄압을 미리 결정해 둔다. 이후 환자의 수면자세가 바뀌면 3G 센서 마스크(100)에 의해 측정된 수면 자세와 대응되는 기도 폐쇄압을 추출하여 즉각 조절하는 것에 특징이 있다.
이하, 다양한 실시예들을 참조하여 본 발명의 시스템 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양압기 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 양압기 시스템의 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양압기에서 제어부의 기능을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 2는 3G 센서 마스크(100)와 하나의 양압기(200)로 구현되는 시스템을 도시하고 있고, 도 3에서는 3G 센서 마스크(100)와 두 개의 양압기(300, 400) 즉, ACPAP(Auto Continuous Positive Airway Pressure; 300)와 PCPAP(Position Continuous Positive Airway Pressure; 400)로 구현되는 시스템을 도시하고 있다. 도 4는 ACPAP(500)에, 수면 자세에 따른 제어를 위한 제어모듈(600)만을 추가 구성한 시스템에 대하여 도시하고 있다.
여기서, ACPAP는 기존 자동 양압기를 의미하고, PCPAP는 본 발명의 실시예들에 의해 수면 자세 변화에 따라 압력을 제어하는 자동 양압기를 말한다. 따라서, 본 발명은 다양한 실시예를 통해 기존의 자동 양압기인 ACPAP를 그대로 적용 또는 병합하여 구현할 수 있을 것이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3G 센서 마스크(100)는, 양압기용 마스크로서, 기본적으로 환자의 얼굴에 장착되어 목구멍으로 정해진 압력의 공기를 공급하는 공급호스를 포함하고, 수면 중 환자의 수면 자세를 센싱하는 3G 센서 모듈(120)과, 스위치 모듈(140)을 포함한다. 그리고, 3G 센서 모듈(120)을 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 양압기(200)의 통신부(260)로 유무선 방식에 의해 전송하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.
유선 방식은 공급호스를 통하여 유선으로 연결할 수 있으며, 무선 방식은 RF(RADIO FREQUENCY) 무선통신, 블루투스(BLUETOOTH) 통신, 와이파이(WiFi) 통신, NFC(NEAR FIELD COMMUNICATION), 비콘(BEACON) 등을 이용한 근거리 무선통신 등을 이용하여 연결할 수 있다.
3G 센서 모듈(120)은 3축 방향의 속도, 위치, 거리 등을 측정하여 현 위치를 센싱하는 장치이다. 예컨대, 3G 센서 모듈(120)은 3축 가속도센서, 3축 자이로센서, 레이저를 이용한 센서 등을 포함한다. 3G 센서 모듈(120)의 전원은 배터리 또는 충전지를 이용할 수 있다.
스위치 모듈(140)은 3G 센서 모듈(120)을 통해 환자의 수면 자세를 센싱할 시 기준위치를 셋팅하는 데 이용된다. 즉, 환자가 스위치 모듈(140)을 조작하면 해당 자세에서의 센싱값을 기본자세로 인식하고 그것을 기준위치로 셋팅한다.
또한, 스위치 모듈(140)은 기준위치 셋팅을 위한 사용자의 조작이 있으면 기본자세를 몇 초간 유지하라는 안내 메세지를 음성, 혹은 화면이나 표시등을 이용한 시각적인 표출 방법 등을 이용하여 제공할 수 있다. 여기서, 기본자세는 일반적으로 똑바로 하늘을 보고 누운 자세를 의미하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 사용자의 편의에 따라 옆으로 누운 자세를 기본자세로 셋팅할 수 있을 것이다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 3G 센서 마스크(100)는 환자의 얼굴에 장착되는 동안 3G 센서 모듈(120)을 통해 환자의 수면자세를 센싱하고 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 양압기(200)로 전송하여 환자의 수면 자세 변화를 실시간 반영하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 3G 센서 모듈(120)은 환자의 얼굴에 장착 가능하게 마련되는 프레임과 일체로 구비되거나, 탈부착이 가능하게 구비될 수 있다. 후자의 경우 3G 센서 모듈(120)은 기존 양압기용 마스크에 부착하여 사용이 가능하므로, 기존 양압기용 마스크를 소지한 환자에게까지 그 활용범위를 확대할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양압기(200)는 압력센서(210)와 블로워(220), 저장부(230), 제어부(240), 모드 선택부(250), 통신부(260)를 포함한다.
압력센서(210)는 유입되는 산소와 공기의 압력을 측정하고, 블로워(220)는 유입되는 공기를 내부로 분사하여 공급하는 역할을 한다.
제어부(230)는 압력센서(210)를 통해 측정된 공기의 압력에 기초하여 환자의 상태에 따라 블로워(220)의 압력을 조절한다. 이러한 구성에 의해 본 발명의 실시예에 따른 양압기(200)는 환자의 목구멍으로 공급되는 공기의 압력을 능동적으로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 통신부(260)를 통해 3G 센서 마스크(100)로부터 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받고, 전송받은 환자의 수면 자세 변화에 대응하여 기도 개방에 필요한 압력 즉, 기도 폐쇄압(또는 기도 개방압이라 부르기도 함)을 검출한다. 그리고, 검출된 기도 폐쇄압에 근거하여 블로워(220)를 통해 압력을 보정한다.
수면자세별 기도 폐쇄압을 검출하기 위해, 제어부(200)는 환자별 수면 패턴을 진단하는 수면 모니터링 과정을 수행한다. 즉, 수면 중 환자의 기도 폐쇄압을 모니터링하고, 이와 동시에 3G 센서 마스크(100)를 이용하여 환자의 수면자세를 모니터링한다.
모니터링 결과, 제어부(240)는 도 5에 도시한 것처럼, 수면 데이터 수집부에서, 3G 센서 마스크(100)를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와, 압력센서(210)를 통해 센싱된 수면 중 환자의 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집한다. 그리고 수면 자세별 기도 폐쇄압 분석부에서, 수집된 양 데이터를 매칭하여 환자의 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 분석한다.
기도 폐쇄압을 분석하는 방법으로는, 수집된 데이터들로부터 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압과 환자가 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출하고, 검출된 각 기도 폐쇄압을 중력 방향각에 의한 최대압, 최소압으로 정하여 그 사이값 범위내에서 중력 방향각에 대하여 비례하여 변하는 파형 함수(예컨대, sine 파형)를 생성한다. 생성된 함수를 근거로, 수면자세의 다양한 각도에 따라 기도 폐쇄압을 예측하여 추출할 수 있다.
제어부(240)의 블로워 압력 제어부는 수면자세별 기도 폐쇄압 분석부를 통해 검출된 기도 폐쇄압에 근거하여 블로워의 압력을 즉각 보정한다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(240)는 수면 모니터링을 통해 환자의 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압을 미리 결정해 두고, 이후 환자의 수면자세가 바뀌면 3G 센서 마스크(100)에 의해 측정된 수면 자세와 대응되는 기도 폐쇄압을 수면자세별 기도 폐쇄압 분석부에서 분석된 함수로부터 추출하여 즉각 블로워(220)의 압력을 조절한다.
도 6은 수면 자세 변화에 따라 매칭되는 기도 폐쇄압을 검출하는 그래프를 나타낸 도면이다.
그래프에서, ACPAP 곡선(점선)은 수면 중 환자의 기도 폐쇄압을 모니터링하여 측정한 값들이며, 대략적으로 환자의 수면 자세가 바뀔 때마다 ACPAP의 곡선이 서서히 바뀌는 것을 알 수 있다.
이때, A지점은 position이 0°가 될 때 즉, 환자가 옆으로 누운 자세일 때를 나타내는 것이고, B지점은 position이 90°가 될 때 즉, 환자가 똑바로 누운 자세일 때를 나타낸 것이다.
수면 모니터링을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 양압기는 수면 중 환자의 기도 폐쇄압 정보와 수면 자세 정보를 수집하여 도 6에서 나타낸 ACPAP 곡선과 수면자세 곡선을 획득하고 이들을 서로 매칭할 수 있다.
따라서, A지점에서의 압력 즉, 환자가 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압과, B지점에서의 압력 즉, 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출할 수 있다.
한편, PCPAP 곡선(실선)은 본 발명의 일 실시예에 따라 환자의 수면자세별 제어를 수행한 결과를 모니터링하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기도 폐쇄압을 측정한 값들이다. PCPAP 곡선과 ACPAP 곡선을 비교해보면, 두 곡선이 거의 유사한 파형을 이루고 있지만, 세부적으로 PCPAP 곡선이 환자의 수면 자세가 바뀔 때마다 능동적으로 바뀌는 것을 볼 수 있다. 다시 말해, 시간 지연없이 환자의 수면자세에 따라 능동적으로 즉각 제어가 이루어진 결과를 보여주고 있다.
그리고, PCPAP 곡선에서 초반 잠이 들기 전까지의 수면진입시간 동안에는, ACPAP 곡선을 따라 점진적으로 제어한다. 일반적으로 환자가 수면에 진입하게 되면 평소보다 기도 폐쇄압이 서서히 올라가게 되므로 이에 따라 본 발명에서도 수면 자세와 관계없이 ACPAP 동작 모드처럼 점진적으로 압력을 제어하게 된다. 수면 진입 이후에는 수면 자세 변화에 따라 능동 제어한다.
도 7은 중력방향각도에 기초하여 다양한 각도에 따른 수면자세별 기도 폐쇄압을 예측하는 그래프를 나타낸 도면이다.
앞서 도 6의 그래프에서 검출된 각 기도폐쇄압, 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압(Pt)과, 환자가 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압(Ps)을 중력 방향각에 의한 최대압, 최소압으로 정하고, 3축 정보를 종합하여 중력 방향 각도로 표현하면, sine 파형으로 중력 방향각과 비례하는 기도 폐쇄압을 예측할 수 있다.
이러한 곡선을 근거로, 본 발명의 일 실시예에 따른 양압기는 다양한 각도에 따른 수면자세에 대하여 해당 기도 폐쇄압을 예측하여 추출할 수 있다.
중력 방향 각도 또는 중력 방향각이란, 누운 자세 및 목의 자세 등의 정보인 X, Y, Z축을 종합하여 중력 방향으로의 각도로 변환한 상태를 말하며, 해부학적으로 볼 때 X, Y, Z 축의 비중은 각각 다르게 반영될 수 있다.
도 7의 곡선에서, O지점은 옆으로 누운 자세인 경우, P지점은 똑바로 누운 자세인 경우, Q지점은 O와 반대편인 옆으로 누운 자세를 의미한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는, 3G 센서 마스크(100)로부터 환자가 일어나는 자세가 센싱되는 경우, 비수면 상태로 인식하여 모드 선택부(250)와 연계하여 수면 치료모드가 아닌 비수면 치료모드로 모드 전환하여 동작 제어한다.
모드 선택부(250)는 수면 치료모드 및 비수면 치료모드로 구분하여 간단한 모드 전환(또는 선택)으로 비수면 치료모드로 동작 진입이 가능하게 제공한다. 통상적으로, 환자가 수면으로 진입하게 되면 평소보다 기도 폐쇄압이 올라간다. 따라서, 비수면 치료모드는 수면 치료모드에 비해 전체적으로 압력 제어를 낮추어 조절하도록 설정된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는, 환자가 잠에서 깼을 경우 또는 비수면 치료모드에서 동작하다가 다시 수면 모드로 진입하려는 경우, 수면 자세에 따른 압력 제어 방식으로 치료를 재개할 것인지에 대하여 판단하고, 사용자로부터 치료 재개에 대한 조작 요청이 입력되면 제어부(240)는 기 프로파일화된 환자별 수면 자세에 따른 압력 제어 방식으로 동작을 수행하도록 제어한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는, 수면 모니터링을 수행할 때 원격 모니터링 및 압력 조정을 하거나, 수면 진단 데이터를 양압기(200)의 저장부(230)에 저장 및 기록하여 환자별 프로파일화한다.
다음으로 도 3의 다른 실시예를 참조한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 두 개의 양압기인 ACPAP(300)와, PCPAP(400)로 구현된 예를 도시하고 있다.
즉, ACPAP(300)는 기본적인 구성요소인 압력센서(310) 및 블로워(320), 제어부(330)를 포함하여, 수면 자세와 관계없이 수면 중 환자의 기도 폐쇄압에 따라 블로워를 조절하여 압력을 제어한다. ACPAP(300)는 환자의 수면 패턴을 모니터링하기 위한 것으로 일정 시간 (예컨대 하룻밤 정도) 동안 적용하고, 모니터링을 마친 후에는 후술하는 PCPAP(400)을 적용한다.
이러한 ACPAP(300)는 일반적인 양압기의 기능을 갖는 장치로서, 기존 자동 양압기를 그대로 적용할 수 있다.
PCPAP(400)는 ACPAP(300)과 별개로 구비되며, 통신부(460)를 통해 ACPAP(300) 및 3G 센서 마스크(100)와 각각 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
PCPAP(400)는 도 2의 일 실시예에서의 구성과 마찬가지로, 제어부(430), 저장부(440), 모드 선택부(450), 통신부(460)를 포함한다. 즉, PCPAP(400)는 통신부(460)에서 3G 센서 마스크(100)로부터 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받고, 제어부(420)는 통신부(460)를 통해 전송받은 환자의 수면 자세 변화에 대응하여 기도 폐쇄압을 검출한 후, 이를 근거로 블로워(420)를 통해 압력을 보정한다.
이를 위해, PCPAP(400)는 제어부(420)에서, ACPAP(300)를 통해 측정된 환자의 기도 폐쇄압 정보를 수집하고, 이와 동시에 3G 센서 마스크(100)를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 수집한다. 그리고, 수집된 양 데이터를 매칭하여 수면 중 상기 환자의 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 분석한다. 분석 결과, PCPAP(400)는 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압에 근거하여 압력을 즉각 보정한다.
기도 폐쇄압을 분석하는 구체적인 방법으로는, 이상의 도 2 및 도 5, 6, 7에서 설명한 것과 동일하다. 또한, 3G 센서 마스크(100)의 구성 또한 도 2에서 설명한 구성과 동일하므로 앞서 설명한 것과 중복되는 구성에 대해서는 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템은, ACPAP(300)를 이용하여 수면 모니터링을 수행하고, PCPAP(400)에서 모니터링한 데이터를 수집하여 분석하는 역할을 한다. 즉, 수면 모니터링을 위해 처음에는 ACPAP(300)를 통해 ACPAP 모드로 치료를 수행하고, 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압을 데이터 분석한 후 환자별 프로파일링한 이후부터는, PCPAP(400)를 통해 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압 정보에 근거한 PCPAP 모드로 치료를 수행한다. 다시 말해, 도 3의 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템은 기존 자동 양압기인 ACPAP와 별개로 PCPAP를 구비하되, 기존 양압기를 그대로 적용할 수 있으므로 환자 입장에서는 새로운 장비를 마련하지 않고 추가 구성만 구비하여 수면 자세에 따른 능동적 치료를 받을 수 있다.
다음으로 도 4의 또 다른 실시예를 참조한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 기존의 자동 양압기인 ACPAP(500)에 수면 자세에 따른 압력 제어를 수행하는 제어 모듈(600)을 추가 구성하였다. 제어 모듈(600)로는 제어부(630), 저장부(640), 모드 선택부(650), 통신부(660)를 포함한다.
이러한 제어 모듈(600)은 도 3의 실시예에서의 PCPAP(400)와 유사하게, 환자의 수면 모니터링을 위해 ACPAP(500)를 통해 측정된 환자의 기도 폐쇄압 정보를 수집하고, 이와 동시에 3G 센서 마스크(100)를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 수집하며, 수집된 양 데이터를 매칭하여 수면 중 환자의 수면자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 분석한다. 그리고, 분석 결과 제어 모듈(600)은 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압에 근거하여 압력을 즉각 보정한다.
이때, 제어 모듈(600)은 ACPAP(500)의 블로워를 즉각 조절하여 압력을 제어한다는 점에서, 도 3의 실시예와 차이가 있다.
그러나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템 또한 도 3의 실시예와 마찬가지로 기존 양압기를 그대로 적용할 수 있는 구성으로, 환자 입장에서는 새로운 양압기를 마련하지 않고 추가 구성만 구비하여 수면 자세에 따른 능동적 치료를 받을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양압기 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저 S1 단계에서, 제어부가 환자 또는 사용자(간호사, 의사)의 조작에 의해 수면 모니터링을 개시한다. 수면 모니터링 시에는 제어부가 ACPAP 모드로 일정 시간동안 치료를 수행하게 된다. 여기서, ACPAP 모드란 수면 자세에 따른 압력 제어 방식이 아닌 기존 일반적인 자동 양압기에 의한 제어 방식, 즉, 환자의 호흡 상태에 따라 제어하는 방식을 일컫는다.
다음, 수면 모니터링 개시와 동시에 3G 센서 마스크(100)가 동작하여 환자의 수면 중 수면 자세를 센싱한다.
다음 S2 단계에서, 제어부가 3G 센서 마스크(100)를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 ACPAP 모드로 치료를 수행한 기도 폐쇄압 정보를 각각 검출하여 수집한다.
다음 S3 단계에서, 제어부가 수집한 양 데이터를 매칭하여 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압 정보를 데이터 분석하고 저장부에 저장한다. 제어부는 이의 저장을 통해 환자별 프로파일링이 가능하다.
구체적으로, 제어부는 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압과 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출하고, 검출된 기도 폐쇄압을 근거로 수면자세의 중력 방향각에 따른 기도 폐쇄압을 예측하여 검출할 수 있다.
다음 S4 단계에서, 제어부가 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압 정보에 근거한 PCPAP 모드로 치료를 수행한다. 즉, 제어부가 환자별 분석한 수면 자세 변화에 따른 기도 폐쇄압에 근거하여 블로워를 즉각 보정(제어)하여 수면 자세에 따른 최적의 압력을 공급한다.
다음 S10 및 S11 단계에서, 환자가 잠이 깨었거나 또는 비수면 모드로 진입하였다가 다시 수면 모드로 진입하고자 하는 경우, 제어부가 PCPAP 모드로 동작하기 전에 치료를 재개할 것인지에 대하여 판단한다.
통상적으로는 환자가 잠이 든다는 전제하에 본 발명의 양압기 동작을 수행하는 것이므로, 이 단계는 환자가 잠이 깬 경우 치료를 지속적으로 할 것인지에 대하여 확인하는 과정이다.
상기 S11 단계에서, 사용자로부터 치료를 재개할 것이라는 조작이 입력되면 S4 단계로 리턴하여 이전처럼 수면 자세에 따른 기도 폐쇄압을 기준으로 PCPAP 모드로 치료를 계속 수행한다.
상기 S11 단계에서, 사용자로부터 치료를 재개하지 않을 것이라는 조작이 입력되면, 다음 S12 단계와 같이 제어부가 수면 자세를 다시 체크할 것인지에 대한 진단 여부를 확인한다.
진단할 경우, 제어부가 처음 S1 단계로 리턴하여 루틴 동작을 수행한다.
진단하지 않을 경우, 제어부가 종료한다.
이상의 설명은 하나의 양압기로 통합 구현된 시스템의 구성에 기초하여 설명하였지만, 도 3 및 도 4와 같이 기존 양압기에 추가적으로 PCPAP 또는 제어 모듈이 포함된 시스템의 경우 수면 모니터링 단계(S1)에서는 기존의 양압기인 ACPAP를 통해 치료를 수행하였다가, 이후의 데이터 분석 및 동작은 PCPAP 또는 제어 모듈을 통해 수행될 것이다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
100: 3G 센서 마스크 200: 양압기
120: 3G 센서 모듈 140: 스위치 모듈
210, 310: 압력센서 220, 320: 블로워
230, 440, 640: 저장부 240, 430, 630: 제어부
250, 450, 650: 모드 선택부 260, 460, 660; 통신부

Claims (12)

  1. 환자의 얼굴에 장착되어 상기 환자의 수면자세를 센싱하는 3G 센서 마스크; 및
    상기 3G 센서 마스크와 유무선으로 연결되어 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보를 전송받고, 전송받은 상기 환자의 수면 자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하며, 검출된 기도 폐쇄압과 그에 대응되는 수면 자세 정보에 근거하여 블로워의 압력을 즉각 보정하는 양압기;
    를 포함하되,
    상기 양압기는,
    상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고, 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 사전 수행하며,
    상기 환자의 수면 자세에 따라 달라지는 기도 폐쇄압을 검출하는 구성은,
    상기 수면 모니터링을 통해 수집된 데이터들로부터 상기 환자가 똑바로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압과, 상기 환자가 옆으로 누운 자세일 때의 기도 폐쇄압을 각각 검출하고, 자세 정보를 중력 방향에 대하여 각도 정보로 변환하여 누운 자세(position 90°)에서의 기도폐쇄압을 최대압으로, 옆으로 누운 자세(position 0°)에서의 기도 폐쇄압을 최소압으로 정하여 그 사이 범위내에서 중력 방향에 대하여 비례하는 파형 함수를 생성하며, 생성된 함수를 근거로 다양한 각도의 수면자세에 따른 기도 폐쇄압을 예측하여 추출하는 것을 특징으로 하는 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양압기는,
    압력센서와 블로워 및 제어부를 포함하여 환자의 호흡 상태에 따라 상기 블로워의 압력을 제어하는 ACPAP(Auto CPAP); 및
    상기 ACPAP와 별개로, 압력센서와 블로워 및 제어부를 포함하며, 상기 3G 센서 마스크와 통신을 수행하여 환자의 수면 자세에 따라 블로워의 압력을 제어하는 PCPAP(Position CPAP);로 구분되고,
    상기 ACPAP는 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 수행하며,
    상기 PCPAP는 상기 ACPAP에서 모니터링을 통해 수집된 데이터에 근거하여 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세에 대응되는 기도 폐쇄압을 분석하고 상기 PCPAP에 대한 블로워의 압력을 보정하여 수면 자세에 따른 최적의 압력을 공급하는 것을 특징으로 하는 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양압기는,
    압력센서와 블로워 및 제어부를 포함하여 환자의 호흡 상태에 따라 상기 블로워의 압력을 제어하는 ACPAP(Auto CPAP); 및
    상기 3G 센서 마스크와 통신을 수행하여 환자의 수면 자세에 따라 상기 ACPAP의 블로워의 압력을 제어하는 제어모듈;로 구비되고,
    상기 ACPAP는 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세 정보와 환자의 호흡 상태에 따른 기도 폐쇄압 정보를 각각 수집하고 수집된 양 데이터를 매칭하는 수면 모니터링 과정을 수행하며,
    상기 제어모듈은 상기 ACPAP에서 모니터링을 통해 수집된 데이터에 근거하여 상기 3G 센서 마스크를 통해 센싱된 환자의 수면 자세에 대응되는 기도 폐쇄압을 분석하고 상기 ACPAP에 대한 블로워의 압력을 보정하여 수면 자세에 따른 최적의 압력을 공급하는 것을 특징으로 하는 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양압기는,
    상기 3G 센서 마스크를 통해 상기 환자가 일어나는 자세가 센싱되는 경우, 비수면 상태로 인식하여 수면 치료모드가 아닌 비수면 치료모드로 모드 전환하여 동작하여 지속 치료가 가능한 것을 특징으로 하는, 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 3G 센서 마스크는 상기 환자의 수면자세를 센싱할 시 기준위치를 셋팅하기 위해 기본자세의 위치를 센싱하여 상기 양압기로 전송하며,
    상기 양압기는 상기 센서 마스크로부터 전송받은 위치를 기준위치로 설정하고, 설정 완료 및 센싱 동작에 관한 안내를 음성, 알람, 빛 중 하나 이상을 이용하여 사용자에게 출력하는 것을 특징으로 하는, 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양압기는,
    상기 수면 모니터링을 수행할 때 원격 모니터링 및 압력 조정을 하거나, 또는 상기 수집된 양 데이터를 저장부에 저장 및 기록하여 환자별 프로파일링 하는 것을 특징으로 하는, 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양압기는,
    상기 환자가 잠에서 깬 경우, 수면 자세에 따른 압력 제어 방식으로 치료를 재개할 것인지에 대하여 판단하고, 사용자로부터 치료 재개에 대한 조작 요청이 입력되면 기 프로파일화된 환자별 수면 자세에 따른 압력 제어 방식으로 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3G 센서 마스크를 이용한 지속적 양압기 시스템.
  10. 삭제
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  12. 삭제
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