KR102598181B1 - 호흡 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR102598181B1 KR1020230012346A KR20230012346A KR102598181B1 KR 102598181 B1 KR102598181 B1 KR 102598181B1 KR 1020230012346 A KR1020230012346 A KR 1020230012346A KR 20230012346 A KR20230012346 A KR 20230012346A KR 102598181 B1 KR102598181 B1 KR 102598181B1
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Abstract

호흡 측정 방법 및 시스템을 개시한다. 일실시예에 따른 호흡 측정 방법은, 대상체에 부착된 센서를 통해 형성되는 프린징 필드(fringing field)의 상기 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 상기 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정하는 단계 및 상기 연속적으로 측정된 변화를 통해 상기 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 상기 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

호흡 측정 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING RESPIRATION}
아래의 설명은 호흡 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
건강에 대한 관심이 높아지면서 전자 장치를 이용한 헬스 케어 부분에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 전자 장치에 장착되는 센서들은 전자 장치, 전자 장치의 외부, 또는 사용자와 관련된 정보들을 수집할 수 있는데, 사용자가 자신의 상태를 체크하기 위해서는 지속적으로 생체 신호를 측정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이와 관련하여, 사용자의 운동 상태 또는 이상 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기술이 요구됨에 따라 사용자의 생체 신호를 체크하는 기능을 제공하는 전자 장치들이 개발되고 있다.
[선행기술문헌번호]
한국등록특허 제10-2229999호
대상체에 부착된 센서를 이용하여 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 연속적으로 측정함으로써 대상체의 호흡을 연속적으로 측정할 수 있는 호흡 측정 방법 및 장치를 제공한다.
대상체에 부착된 센서를 통해 형성되는 프린징 필드(fringing field) 의 상기 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 상기 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정하는 단계; 및 상기 연속적으로 측정된 변화를 통해 상기 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 상기 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함하는 호흡 측정 방법을 제공한다.
일측에 따르면, 상기 센서는 상기 대상체의 표면에 대해 수평으로 이격된 적어도 두 개의 전극을 포함하고, 상기 연속적으로 측정하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 전극에 전압을 인가하여 프린징 필드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 연속적으로 측정하는 단계는, 상기 대상체의 호흡 활동에 따라 상기 프린징 필드가 변화됨에 따른 상기 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 측정하는 단계는, 상기 오실레이터의 출력 신호의 주기를 클럭 카운터를 이용하여 카운팅하여 카운팅된 값의 변화를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 클럭 카운터는 기준 시간 생성부가 생성하는 기준 시간 동안의 상기 출력 신호의 주기를 카운팅하고, 상기 출력 신호의 주파수가 높을수록 상기 기준 시간 동안 상대적으로 더 많은 주기가 상기 클럭 카운터에 의해 카운팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 연속적으로 측정하는 단계는, 상기 센서를 반복적으로 충전 및 방전시키는 단계; 및 상기 대상체의 호흡 활동에 따라 상기 프린징 필드가 변화됨에 따른 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 충전 및 방전시키는 단계는, 기준 시간 생성부를 통해 생성되는 기준 시간 간격의 제어 신호를 이용하여 충전 스위치를 통해 상기 센서를 전류 소스에 연결 및 연결 해제하여 상기 센서를 상기 기준 시간 간격으로 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계는, 상기 센서의 입력단 전압을 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 이용하여 디지털 코드로 변환하는 단계; 및 상기 센서의 충전이 종료되는 시점의 상기 ADC의 출력값의 변화를 통해 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 대상체의 호흡에 대한 정보에 기초하여 상기 대상체의 호흡이 기설정된 시간 이상 없는 것으로 결정된 경우, 알림이 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
대상체에 부착되어 프린징 필드(fringing field)를 생성하는 센서; 상기 대상체의 호흡 활동에 따른 상기 프린징 필드의 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 상기 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정하는 측정 회로; 및 상기 측정 회로를 제어하고, 상기 연속적으로 측정된 변화를 통해 상기 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 상기 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 호흡 측정 시스템을 제공한다.
대상체에 부착된 센서를 이용하여 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 연속적으로 측정함으로써 대상체의 호흡을 연속적으로 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 대상체의 호흡 활동에 따른 센서의 변화의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 호흡 측정 시스템의 내부 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 호흡 측정 방법의 예를 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 프린징 필드의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 회로부의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 클럭 카운터의 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 호흡 측정 방법의 다른 예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 회로부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, ADC의 동작의 예를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 청구범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 청구범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 대상체의 호흡 활동에 따른 센서의 변화의 예를 도시한 도면이다. 도 1은 호흡 활동을 하는 인간이나 동물과 같은 대상체(110)에 부착된 센서(120)의 예를 나타내고 있다. 대상체(110)의 흉곽과 같은 부위는 대상체(110)의 호흡 활동에 따라 체적이 변화하면서 움직임이 발생하게 된다.
센서(120)는 이러한 대상체(110)의 특정 부위에 부착될 수 있다. 이때, 센서(120)는 대상체(110)의 외부 표면에 완전히 밀착되지 않도록 부착될 수 있다. 일례로 인체의 경우, 센서(120)는 센서(120)의 일면 중 일부만이 인체의 피부 부착되도록 함으로써, 센서(120)의 해당 면 전체가 인체의 피부에 밀착되지 않도록 부착할 수 있다.
대상체(110)가 호흡 활동을 하는 경우, 흉곽의 체적이 변화하면서 움직임이 발생하게 되고, 이러한 움직임에 따라 센서(120)와 대상체(110)의 외부 표면간의 밀착 정도가 지속적으로 달라지면서 일정한 변화가 유도된다. 도 1에서는 대상체(110)의 들숨과 날숨 시, 센서(120)와 대상체(110)간의 밀착 정도가 달라짐을 나타내고 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 호흡 측정 시스템은 이러한 대상체(110)의 호흡 활동에 따른 변화를 연속적으로 측정함으로써, 대상체(110)의 호흡 패턴 및/또는 호흡 주기와 같은 호흡에 대한 정보를 측정할 수 있다.
일실시예에서 호흡 측정 시스템은 센서(120)를 통해 둘 이상의 전극을 이용하여 대상체(110)의 표면 내부로 인입하는 프린징 필드(fringing field)를 형성할 수 있다. 실시예에 따라 프린징 필드는 적어도 대상체(110)의 표면까지 도달하도록 형성될 수도 있다. 이때, 호흡 측정 시스템은 대상체(110)의 호흡 활동에 따른 프린징 필드의 변화를 측정하여 대상체(110)의 호흡에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이때, 대상체(110)의 호흡 활동에 따른 프린징 필드의 변화를 측정하는 방식으로서 오실레이터 및/또는 센서(120)의 반복적인 충방전이 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 호흡 측정 시스템의 내부 구성의 예를 도시한 도면이다. 도 2의 실시예에 따른 호흡 측정 시스템(200)은 주로 수면 중에 정상적인 호흡 여부와 수면 무호흡증을 진단하기 위한 목적으로 사용될 수 있으며, 나아가 호흡의 질, 수면의 질을 판단하기 위해 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 호흡 측정 시스템(200)은 호흡 측정 장치(210)와 표시 장치(220)를 포함할 수 있다. 도 2의 실시예에서는 호흡 측정 장치(210)와 표시 장치(220)가 각각 별개의 물리적인 장치로 구현된 예를 설명하고 있으나, 실시예에 따라 호흡 측정 장치(210)와 표시 장치(220)는 하나의 물리적인 장치로 구현될 수도 있다.
호흡 측정 장치(210)는 이러한 호흡 측정 장치(210)는 센서부(211), 측정 회로부(212), 제어부(213) 및 통신부(214)를 포함할 수 있다.
센서부(211)는 프린징 필드의 변화에 기반한 호흡 측정 센서일 수 있으며, 측정 회로부(212)는 센서부(211)를 통해 센서 데이터(또는 센싱 데이터)를 읽어내는 측정 회로를 포함할 수 있다. 제어부(213)는 측정 회로부(212)의 동작을 제어하고, 측정된 데이터를 표시 장치(220)로 전송하도록 통신부(214)를 제어할 수 있다. 통신부(214)는 표시 장치(220)와의 유무선 연결을 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(214)와 표시 장치(220)간의 데이터 통신은 BLE(Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication), WiFi 등과 같이 이미 잘 알려진 다양한 통신 프로토콜 중 적어도 하나를 이용하여 이루어질 수 있다.
표시 장치(220)는 스마트폰, 스마트 워치 등과 같은 사용자의 단말일 수 있다. 표시 장치(220)는 호흡 측정 장치(210)에 의해 측정된 데이터(일례로, 파형 데이터)를 표시하고, 측정된 데이터를 통해 결정된 대상체(110)의 호흡수, 호흡의 질, 수면의 질 등을 표시할 수 있다. 이를 위해, 호흡수와 호흡의 질, 수면의 질 등을 판단하는 알고리즘이 호흡 측정 장치(210) 또는 표시 장치(220)에서 구동될 수 있다. 호흡 측정 장치(210)에서 해당 알고리즘이 구동되는 경우, 호흡 측정 장치(210)는 측정된 데이터에 더해 측정된 데이터를 이용하여 결정된 대상체(110)의 호흡수, 호흡의 질, 수면의 질 등에 대한 정보를 표시 장치(220)로 더 전송할 수 있다.
실시예에 따라, 수면의 질 등을 판단하기 위해 호흡 측정 장치(210)에 운동 센서와 같은 추가 센서가 포함될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 호흡 측정 방법의 예를 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 호흡 측정 방법은 프린징 필드 기반의 호흡 측정 장치(210)에 의해 수행될 수 있다. 일실시예로, 호흡 측정 장치(210)의 제어부(213)는 적어도 하나의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있다. 이때, 호흡 측정 장치(210)의 동작은 제어부(213)의 메모리가 저장하는 컴퓨터 프로그램의 코드에 따라 제어부(213)의 프로세서가 호흡 측정 장치(210)가 포함하는 측정 회로부(212) 및 통신부(214)를 제어함에 따라 구현되는 것으로 해석될 수 있다.
단계(310)에서 호흡 측정 장치(210)는 대상체에 부착된 센서를 통해 형성되는 프린징 필드의 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정할 수 있다. 여기서 대상체에 부착된 센서는 앞서 도 1에서 설명한 센서(120) 또는 도 2에서 설명한 센서부(211)에 대응할 수 있다.
센서는 대상체의 표면에 대해 수평으로 이격된 적어도 두 개의 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 호흡 측정 장치(210)는 단계(310)에서 적어도 두 개의 전극에 전압을 인가하여 프린징 필드를 형성할 수 있다. 프린징 필드는 대상체의 표면 내부로 인입되도록 형성되거나, 또는 적어도 대상체의 표면까지 도달하도록 형성될 수 있다. 이후, 호흡 측정 장치(210)는 오실레이터 또는 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 프린징 필드의 변화를 측정할 수 있다.
일실시예로, 호흡 측정 장치(210)는 대상체의 호흡 활동에 따라 프린징 필드가 변화됨에 따른 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 측정할 수 있다. 일례로, 프린징 필드는 대상체의 내부나 대상체의 표면에 형성될 수 있다. 이때, 대상체의 호흡 활동에 따른 프린징 필드의 변화를 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 통해 측정하기 위해, 호흡 측정 장치(210)는 오실레이터의 출력 신호의 주기를 클럭 카운터를 이용하여 카운팅하여 카운팅된 값의 변화를 측정할 수 있다.
이때, 클럭 카운터는 기준 시간 생성부가 생성하는 기준 시간 동안의 상기 출력 신호의 주기를 카운팅할 수 있다. 출력 신호의 주파수가 높을수록 기준 시간 동안 상대적으로 더 많은 주기가 클럭 카운터에 의해 카운팅될 수 있다.
다시 말해, 클럭 카운터에 의해 카운팅된 값의 변화를 통해 오실레이터가 생성하는 공진 주파수의 변화를 파악할 수 있으며, 이는 대상체의 호흡 활동에 따른 프린징 필드의 변화를 파악할 수 있음을 의미할 수 있다. 이처럼, 클럭 카운터에 의해 카운팅된 값의 변화를 연속적으로 측정함에 따라 대상체의 호흡에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다.
다른 실시예로, 호흡 측정 장치(210)는 대상체에 부착된 센서를 반복적으로 충전 및 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 호흡 측정 장치(210)가 포함하는 측정 회로부(212)는 기준 시간 생성부를 통해 생성되는 기준 시간 간격의 제어 신호를 이용하여 충전 스위치를 통해 센서(일례로, 용량성 센서)를 전류 소스에 연결 및 연결 해제하여 센서를 기준 시간 간격으로 충전 및 방전시킬 수 있다. 이후, 호흡 측정 장치(210)는 대상체의 호흡 활동에 따라 프린징 필드가 변화됨에 따른 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정할 수 있다. 예를 들어, 호흡 측정 장치(210)는 대상체의 호흡 활동에 따라 변화됨에 따른 정전용량의 변화에 따라 프린징 필드가 변화할 수 있다. 이때, 이러한 정전용량의 변화는 센서가 충전되는 정도의 변화를 통해 측정할 수 있다. 이 경우, 호흡 측정 장치(210)가 포함하는 측정 회로부(212)는 센서의 입력단 전압을 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 이용하여 디지털 코드로 변환할 수 있다. 이때, 측정 회로부(212)는 센서의 충전이 종료되는 시점의 ADC의 출력값의 변화를 통해 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정할 수 있다.
다시 말해, 대상체의 호흡 활동에 따른 프린징 필드의 변화를 센서가 충전되는 정도의 변화가 반영할 수 있으며, 측정 회로부(212)는 이러한 센서의 충전이 종료되는 시점(일례로, 충전 스위치가 센서와 전류 소스간의 연결을 해제하는 시점)의 출력값의 변화를 센서가 충전 및 방전될 때마다 연속적으로 측정할 수 있다. 따라서, ADC의 출력값의 변화를 통해 대상체의 호흡에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다.
단계(320)에서 호흡 측정 장치(210)는 연속적으로 측정된 변화(프린징 필드의 변화)를 통해 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공할 수 있다. 대상체의 호흡에 대한 정보는 앞서 설명한 호흡수, 호흡의 질, 수면의 질 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일실시예로, 이러한 호흡에 대한 정보를 호흡 측정 장치(210)가 결정하는 경우, 호흡 측정 장치(210)는 제어부(213)에 의해 구동되는 알고리즘의 입력으로 연속적으로 측정된 변화(프린징 필드의 변화)에 대한 정보를 제공할 수 있다. 실질적으로 연속적으로 측정된 변화는 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화에 대응할 수 있으며, 이러한 공진 주파수의 변화는 앞서 설명한 바와 같이 클럭 카운터에 의해 카운팅된 값의 변화를 통해 얻어질 수 있다.
다른 실시예로, 호흡에 대한 정보를 표시 장치(220)와 같은 호흡 측정 장치(210)의 외부 기기가 결정하는 경우, 호흡 측정 장치(210)는 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 통신부(214)를 통해 표시 장치(220)와 같이 외부 기기로 제공할 수 있다.
또한, 대상체의 호흡에 대한 정보에 기초하여 대상체의 호흡이 기설정된 시간 이상 없는 것으로 결정된 경우, 알림이 제공될 수 있다. 예를 들어, 호흡 측정 장치(210)가 대상체의 호흡에 대한 정보를 직접 결정하는 경우, 호흡 측정 장치(210)는 대상체의 호흡에 대한 정보에 따라 대상체의 호흡이 기설정된 시간 이상 없는지 여부를 모니터링할 수 있다. 이 경우, 호흡 측정 장치(210)는 진동, 소리 등과 같은 다양한 방식으로 사용자에게 알림을 제공할 수 있다. 다른 예로, 호흡 측정 장치(210)는 표시 장치(220)가 진동, 소리 등과 같은 다양한 방식으로 사용자에게 알림을 제공하도록 하기 위한 신호를 표시 장치(220)로 전송할 수도 있다. 또 다른 예로, 표시 장치(220)가 대상체의 호흡에 대한 정보를 직접 결정하는 경우, 표시 장치(220)는 대상체의 호흡에 대한 정보에 따라 대상체의 호흡이 기설정된 시간 이상 없는지 여부를 모니터링할 수 있다. 이 경우, 표시 장치(220)는 진동, 소리 등과 같은 다양한 방식으로 사용자에게 알림을 제공할 수 있다. 또 다른 예로, 표시 장치(220)는 호흡 측정 장치(210)가 진동, 소리 등과 같은 다양한 방식으로 사용자에게 알림을 제공하도록 하기 위한 신호를 호흡 측정 장치(210)로 전송할 수도 있다. 여기서, 사용자는 대상체, 대상체의 보호자 및/또는 대상체의 관리자일 수 있다. 또한, 기설정된 시간은 일례로, 8초 또는 10초 등과 같이 경험적으로 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 프린징 필드의 예를 도시한 도면이다. 도 4는 MUT(410)에 부착된 두 개의 전극(420, 430)을 나타내고 있다. 이때, 두 개의 전극(420, 430)에 전압을 인가함에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 전극(420, 430) 사이에 MUT(410) 내부로 프린징 필드(440)가 형성될 수 있다.
도 4에서는 이해를 돕기 위해 프린징 필드(440)를 점선타원으로 표시하였으나, 실질적으로 프린징 필드(440)는 커패시터에 전압을 바이어싱(biasing)할 때, 두 도체 사이의 전자기력선(일례로, 도 4의 필드선(field lines, 450))에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 회로부의 예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 클럭 카운터의 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 5의 실시예에 따른 측정 회로부(212)는 센서(510)와 연결된 오실레이터(Oscillator, 520), 버퍼(Buffer, 530), 클럭 카운터(Clock Counter, 540), 기준 시간 생성부(Reference Time Generator, 550) 및 출력 버퍼(Output Buffer, 560)를 포함할 수 있다.
센서(510)는 앞서 설명한 센서(120) 또는 센서부(212)에 대응할 수 있으며, 센서(510)가 포함하는 적어도 두 개의 전극(일례로, 두 개의 전극(420, 430))에 전압이 인가됨에 따라 프린징 필드가 형성될 수 있다. 오실레이터(520)는 RC(Resistor-Capacitor) 오실레이터 또는 LC(Inductor-Capacitor) 오실레이터 등이 될 수 있다. 이때, 호흡에 따라 프린징 필드가 변하면, 센서(510)와 연결된 오실레이터(520)의 출력 주파수(공진 주파수)가 달라질 수 있다. 이 경우, 오실레이터(520)의 출력 신호는 버퍼(530)를 통해 클럭 카운터(540)로 입력될 수 있다.
클럭 카운터(540)는 기준 시간 생성부(550)의 기준 시간 동안 입력 신호의 주기를 카운팅할 수 있다. 입력 신호의 주파수가 높을수록 기준 시간 동안 상대적으로 더 많은 주기가 카운팅될 수 있기 때문에 클럭 카운터(540)의 출력값이 증가할 수 있다. 기준 시간 생성부(550)는 클럭 카운터(540)가 동작하는 기준 시간의 신호를 생성할 수 있다.
클럭 카운터(540)의 출력은 출력 버퍼(560)를 통해 센서 데이터로서 출력될 수 있다.
도 6에서는 오실레이터(520)의 출력(공진 주파수의 신호)이 클럭 카운터(540)로 입력될 때, 클럭 카운터(540)가 기준 시간 생성부(550)의 출력에 따라 오실레이터(520)의 출력의 주기를 카운팅하여 센서 데이터의 출력값으로서 출력하는 예를 나타내고 있다.
이처럼, 대상체(110)의 호흡에 따라 센서(510)를 통해 형성되는 프린징 필드가 변화하고, 프린징 필드의 변화에 따라 오실레이터(520)가 출력하는 공진 주파수가 변화하며, 공진 주파수의 변화에 따라 클럭 카운터(540)의 출력값이 변화할 수 있다. 따라서, 역으로 클럭 카운터(540)의 출력값의 변화를 통해 대상체(110)의 호흡에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 회로부의 다른 예를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, ADC의 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 7의 실시예에 따른 측정 회로부(212)는 센서(710)와 연결된 충전 스위치(Charge Switch, 720), 전류 소스(Current Source, 730), ADC(740), 기준 시간 생성부(Reference Time Generator, 750) 및 출력 버퍼(Output Buffer, 760)를 포함할 수 있다.
센서(710)는 앞서 설명한 센서(120) 또는 센서부(212)에 대응할 수 있다. 도 7의 실시예에서는 센서(710)가 측정 회로부(212)에 포함된 것처럼 표시되어 있으나, 실질적으로 센서(710)는 대상체(110)에 부착되도록 측정 회로부(212)의 외부에 배치될 수 있다.
측정 회로부(212)는 충전 스위치(720)를 이용하여 센서(710)에 충전과 방전을 반복하면서 충전되는 정도를 측정할 수 있다. 기준 시간 생성부(750)는 기준 시간 간격의 제어 신호를 생성하여 충전 스위치(720)를 동작시킬 수 있다. 충전 스위치(720)가 켜지면 센서(710)와 전류 소스(730)가 연결되어 센서(710)가 충전될 수 있고, 충전 스위치(720)가 꺼지면 센서(710)와 전류 소스(730)간의 연결이 해제되어 센서(710)는 방전될 수 있다.
센서(710)가 충전되는 동안 센서(710)의 입력단 전압이 상승할 수 있고, 측정 회로부(212)는 이 전압을 ADC(740)를 이용하여 디지털 코드로 변환할 수 있다. 이때, 기준 시간 생성부(750)에서 충전 스위치(720)를 끄는 시점의 ADC(740)의 출력값이 출력 버퍼(760)를 통해 센서 데이터로서 출력될 수 있다.
도 8에서는 기준 시간 생성부(750)의 출력에 따라 충전 스위치(720)가 센서(710)와 전류 소스(730)간의 연결 및 연결 해제를 반복함에 따른 ADC(740)의 입력과 출력을 각각 나타내고 있다. 또한, 기준 시간 생성부(750)에서 충전 스위치(720)를 끄는 시점의 ADC(740)의 출력값이 센서 데이터 출력값으로서 출력될 수 있음을 나타내고 있다.
이처럼, 대상체(110)의 호흡에 따라 프린징 필드가 변화됨에 따라 센서(710)가 충전되는 정도가 변화하며, 센서(710)가 충전되는 정도의 변화에 따라 ADC(740)의 출력값이 변화할 수 있다. 따라서, 역으로 ADC(740)의 출력값의 변화를 통해 대상체(110)의 호흡에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 대상체에 부착된 센서를 이용하여 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 연속적으로 측정함으로써 대상체의 호흡을 연속적으로 측정할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 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. 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 대상체에 부착된 센서를 통해 형성되는 프린징 필드(fringing field)의 상기 대상체의 호흡 활동에 따른 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 상기 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정하는 단계; 및
    상기 연속적으로 측정된 변화를 통해 상기 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 상기 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 연속적으로 측정하는 단계는,
    상기 센서를 반복적으로 충전 및 방전시키는 단계; 및
    상기 대상체의 호흡 활동에 따라 상기 프린징 필드가 변화됨에 따른 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 대상체의 표면에 대해 수평으로 이격된 적어도 두 개의 전극을 포함하고,
    상기 연속적으로 측정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 전극에 전압을 인가하여 프린징 필드를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연속적으로 측정하는 단계는,
    상기 대상체의 호흡 활동에 따라 상기 프린징 필드가 변화됨에 따른 상기 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 측정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오실레이터의 공진 주파수의 변화를 측정하는 단계는,
    상기 오실레이터의 출력 신호의 주기를 클럭 카운터를 이용하여 카운팅하여 카운팅된 값의 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 클럭 카운터는 기준 시간 생성부가 생성하는 기준 시간 동안의 상기 출력 신호의 주기를 카운팅하고,
    상기 출력 신호의 주파수가 높을수록 상기 기준 시간 동안 상대적으로 더 많은 주기가 상기 클럭 카운터에 의해 카운팅되는 것
    을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전 및 방전시키는 단계는,
    기준 시간 생성부를 통해 생성되는 기준 시간 간격의 제어 신호를 이용하여 충전 스위치를 통해 상기 센서를 전류 소스에 연결 및 연결 해제하여 상기 센서를 상기 기준 시간 간격으로 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계는,
    상기 센서의 입력단 전압을 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 이용하여 디지털 코드로 변환하는 단계; 및
    상기 센서의 충전이 종료되는 시점의 상기 ADC의 출력값의 변화를 통해 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대상체의 호흡에 대한 정보에 기초하여 상기 대상체의 호흡이 기설정된 시간 이상 없는 것으로 결정된 경우, 알림이 제공되는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 방법.
  10. 대상체에 부착되어 프린징 필드(fringing field)를 생성하는 센서;
    상기 대상체의 호흡 활동에 따른 상기 프린징 필드의 변화를 오실레이터를 통해 생성되는 공진 주파수의 변화 또는 상기 센서의 반복적인 충방전에 기초하여 연속적으로 측정하는 측정 회로; 및
    상기 측정 회로를 제어하고, 상기 연속적으로 측정된 변화를 통해 상기 대상체의 호흡에 대한 정보를 결정 가능하도록 상기 연속적으로 측정된 변화에 대한 정보를 제공하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 측정 회로는, 상기 센서를 반복적으로 충전 및 방전시키고, 상기 대상체의 호흡 활동에 따라 상기 프린징 필드가 변화됨에 따른 상기 센서가 충전되는 정도의 변화를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 호흡 측정 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010104455A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Panasonic Electric Works Co Ltd 呼吸誘導システム、呼吸誘導方法、呼吸誘導プログラム
KR20220156197A (ko) * 2021-05-18 2022-11-25 주식회사 에스비솔루션 생체 내 생체 조직의 상대 유전율 변화에 따른 분석물 농도 검출 방법 및 시스템

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