KR20060005092A

KR20060005092A - 수면 무호흡증 무선 감시장치

Info

Publication number: KR20060005092A
Application number: KR1020040053960A
Authority: KR
Inventors: 주기환; 전기한
Original assignee: 주식회사 씨아이디
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-01-17

Abstract

본 발명은 수면 무호흡증을 무선으로 감시하는 장치에 관한 것으로 무전원의 압전센서 저전력 단일 차동증폭칩, 단일주파수변조(FM)파 송신칩, FM파 수신칩, 증폭칩으로 구성되어 있으면서 출력된 호흡리듬신호를 A/D변환카드를 통해서 실시간으로 표시하여 감시하는 수면 무호흡증 무선 감시장치를 제공한다.

이러한 장치는 호흡시 흉부의 움직임에 따라 연동하는 호흡리듬을 감지하기 위하여 압전센서를 부착한 센서장착벨트(10)와 이러한 압전센서에 얻어진 연속적인 호흡리듬신호를 증폭하고 필터링하여 컴퓨터에 송신하는 장치로 구성된 송신부(11), 이러한 송신부가 수면중에 이동하지 않도록 고정하는 송신장치 장착벨트(12), 호흡리듬신호를 무선으로 수신하는 수신부(13)와 호흡리듬신호를 A/D변환장치를 통해서 실시간으로 표시하는 컴퓨터(14)로 구성된다.

본 발명의 효과는 압력의 변화를 전기적인 신호로 바꾸어주는 무전원형의 압전세라믹센서의 원리를 이용하여 가슴에 벨트를 둘러서 호흡리듬을 쉽게 장시간 감시할 수 있도록 한 장치이며 자각을 할 수 없으며 7시간 이상의 장시간의 모니터링이 필요한 수면 무호흡증을 감시하기 위하여 수면에 방해를 받지 않고 무선으로 호흡리듬신호를 측정하여 실시간 표시하고 저장하여 수면 무호흡증을 감시하는 효과를 지니고 있다.

Description

수면 무호흡증 무선 감시장치{Telemetry device monitoring sleep apnoea syndromes}

도1은 본 발명에 관한 수면중 무호흡증 감시장치의 실시예를 표시한 것이다.

도2는 본 발명에 관한 호흡리듬신호의 측정장치와 송신장치를 나타낸 것이다.

도3은 본 발명에 관한 호흡리듬신호의 측정장치용 압력센서의 동작구조를 나타낸 것이다.

도4는 본 발명에 관한 호흡리듬신호의 송신장치의 블록선도를 나타낸 것이다.

도5는 본 발명에 관한 호흡리듬신호의 수신장치의 블록선도를 나타낸 것이다.

도6는 호흡리듬신호의 측정실시예로서 (a)는 정상적인 호흡리듬신호를, (b)는 무호흡증의 호흡리듬신호를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10, 10a: 센서 장착벨트 11, 11a: 송신부

12: 12a: 송신장치 장착벨트 13, 13a: 수신부

14, 14a: 컴퓨터 20: 압전센서

21: 신호전송선 22: 벨트접착부

23: 송신용 안테나 30: 센서 고정벨트

31: 센서 압박벨트 32: 센서 접촉대

33, 33a: 압전세라믹 41: 차동증폭칩

42: 전원공급부 43: RC필터부

44: 디지털 녹음기 45: 인덕터

46: FM파 송신칩 50: 수신용 안테나

51: FM파 수신칩 52: 수신기전원

53: 증폭칩 54: 신호입력선

55: A/D카드

본 발명은 흉부에 벨트로 장착한 압전센서에 의하여 측정된 호흡리듬신호를 증폭하여 주파수변조(FM)파로 변환시켜 무선으로 FM수신기와 연결된 A/D변환기를 통해서 컴퓨터에 입력하여 심전신호를 실시간 표시, 저장, 재생이 가능한 수면 무호흡증 감시장치에 관한 것이다.

30대 이상의 성인들 중에서 코골이를 심하게 하는 사람들이 많은데 이러한 코골이는 극심한 피로, 비만, 스트레스, 비염, 인후염에 의한 원인으로 꼽고 있다. 문제는 이러한 코골이 중에 수초에서 수 십초 정도 호흡이 중지되는 무호흡증을 일으켜 심한 피로현상을 가져와 생활의 질을 급격히 저하시켜 학습과 일의 효율성을 저하시키고 산업재해와 교통사고의 원인이 될 수 있고 심하면 체내 산소공급 부족으로 인하여 심혈관활동과 뇌활동의 부전의 원인이 되는 경우가 있다. 특히 부정맥, 심근경색, 심부전 등의 심질환자와 뇌경색 및 뇌졸증의 병력을 가진 뇌질환자의 경우에 이러한 수면 무호흡증으로 인한 돌연사와 급사의 원인이 되기도 한다.

수면 무호흡증으로 인한 피해를 미연에 방지하기 위해서 수면 무호흡증을 가진 사람이 스스로 조심하면 되겠지만, 불행하게도 수면 무호흡증은 본인이 자각할 수 없다. 따라서 수면 무호흡증을 옆에 있는 가족들이 말하여 주어야 하지만, 7시간의 수면 중에 20회 이상 호흡이 정지되는 상태가 수면무호흡증인 것을 감안한다면 주위 사람들이 자지 않고 장시간 관찰하는 것도 간단한 것이 아니다.

최근에 이러한 무호흡증을 측정하고 모니터링하는 장치가 등장하고 있다. 대상자의 입과 코의 사이즈에 맞는 호흡 마스크를 장착하여 수면 중 호흡의 변화에 따른 환기량의 변화를 측정하여 컴퓨터에 입력하여 측정하는 장치가 있다. 이러한 마스크는 모든 사람들에게 통일시킬 수 있는 것이 아니고 대상자의 입과 코의 모양에 따라 특수하게 제작된 것이 되어야 하고 장시간 측정된 호흡 환기량의 변화를 전기적인 신호로 바꾸어 컴퓨터에 입력하여 해석하는데는 고가의 변환장치와 소프트웨어가 필요하고 전문의나 임상기사의 도움이 필요하다.

종래의 수면 무호흡증 측정 장치가 사용이 복잡하고 고가인 것도 있지만, 무엇보다도 수면 중에 입과 코에 특수한 마스크를 착용하는 점과 호흡환기량을 전송 하는 연결선이 컴퓨터에 길게 연결되어 있어서 측정 장치 자체가 스트레스가 되어 수면에 영향을 준다는 문제점이 있다.

수면 무호흡증을 측정하기 위한 방법으로 호흡마스크를 이용한 호흡환기량의 변화를 측정하는 장치도 있지만, 본 발명자는 호흡시 폐와 횡격막의 상하운동과 호흡의 변화가 일치한다는 사실을 주목하여 센서가 장착된 신축형 벨트를 사용하여 호흡시 폐와 횡격막의 상하운동의 변화에 따른 흉부의 위치 변화를 감지하여 측정하는 장치를 검토하게 되었다.

호흡리듬을 간단하게 측정하기 위해서 어떤 센서를 사용하면 전원이 투입되기 때문에 장치의 경량화문제가 기술적인 과제가 될 것이다. 최근 음압의 변화를 감지하여 세라믹 압전센서가 등장하고 있다. 반대로 이러한 세라믹센서 위에 실리콘고무를 코팅하여 표면 압력을 가하면 전원이 없이도 압력의 변화를 감지한 신호가 얻어진다. 따라서 압전센서는 인체의 흉부에 신축형 벨트를 설치하고 신축형 벨트 안 쪽에 압력센서를 위치시켜서 호흡시 폐와 횡격막의 위치 변화에 따른 압력의 변화를 감지 할 수 있는 것이다.

본 발명자는 이러한 압전센서를 사용하여 지첨맥파신호를 측정하기 위한 기술에 적용하여 특허기술로 인정받은 바 있다(특허번호 제383459호, "가속도맥파측정장치" 참조)

수면에 방해를 주지 않기 위해서는 압전센서를 통해서 얻어진 전기적인 신호를 증폭하여 무선으로 송신하는 장치의 소형화가 기술적인 과제이다. 최근에 초소 형 보턴형 리튬전지의 저전력으로 구동(1.5-3볼트) 되는 초소형의 단일 증폭칩이 개발되어 있고, 송신기도 FM파를 송신할 수 있는 저전력 구동의 단일 FM파 송신칩이 등장하고 있다. 따라서 단일 증폭칩과 단일 FM파 송신칩에 3V의 초소형리륨전지를 공급전원으로 사용될 수 있다.

무선으로 FM파를 수신하는 수신기도 최근에 저전력으로 구동되는 단일 FM파 수신칩이 등장하고 있다. 이러한 FM파 수신칩에서 출력되는 호흡리듬신호에 대하여 단일 증폭칩을 사용하여 안정적으로 증폭시킨 후 오디오케이블을 통해서 컴퓨터에 장착된 A/D카드에 입력하는 방법이 있다.

본 발명에서는 종래의 수면 무호흡증 감시 장치가 가지는 고가, 사용의 복잡성, 큰 부피 등의 단점을 전부 극복하면서 무전원의 호흡리듬 측정장치, 신호송신장치와 호흡리듬신호를 받을 수 있는 구성된 수신장치를 통해서 컴퓨터에 입력하여 호흡리듬신호를 실시간으로 표시하여 감시할 수 있는 수면 무호흡증의 무선 감시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 수면 무호흡증 무선 감시장치는 호흡리듬을 측정하는 압전센서, 초저전력 직류전원공급회로, 단일증폭기, 필터부, FM파송신기, FM파 수신기, 단일 증폭칩, A/D카드, 컴퓨터로 장치를 구성하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 사용의 실시 예는 도1과 같이 호흡시 흉부의 움직임에 따라 연동 하는 호흡리듬을 감지하기 위하여 압전센서를 부착한 센서장착벨트(10)와 이러한 압전센서에 얻어진 연속적인 호흡리듬신호를 증폭하고 필터링하여 컴퓨터에 송신하는 장치로 구성된 송신부(11), 이러한 송신부가 수면중에 이동하지 않도록 고정하는 송신장치 장착벨트(12), 호흡리듬신호를 무선으로 수신하는 수신부(13)와 호흡리듬신호를 A/D변환장치를 통해서 실시간으로 표시하는 컴퓨터(14)로 구성된다.

도2는 호흡리듬신호의 측정장치와 송신장치의 실시예를 구체적으로 나타낸 것인데 흉부에 접촉시켜 호흡에 의하여 폐와 횡격막과 흉부의 상하이동에 따른 변화를 감지하는 압전센서(20)와 이러한 압전센서(20)는 센서장착벨트(10a)에 위치시켜 둘레조정과 탈착이 자유로운 벨트접착부(22)에 의하여 흉부에 고정된다. 압전센서(20)을 통해서 얻어진 호흡리듬신호는 신호전송선(21)를 통해서 송신부(11a)에 전달되고 송신장치 장착벨트(12a)로 허리에 고정되며 송신부(11a)에서 증폭, 필터링, FM파 변조된 호흡리듬신호는 송신용 안테나(23)를 통해서 무선으로 송출된다.

도3은 호흡리듬신호의 측정장치용 압력센서의 동작구조를 나타낸 것으로 신축성이 있는 센서고정벨트(30)와 센서접촉대(32)가 설치된 센서압박벨트(31)로 구성되어 호흡을 들이 쉬고 내 쉴 때 횡격막과 흉부의 이동에 따른 압력의 변화를 압전세라믹(33)이 감지하여 압력을 전기적인 신호로 변환하는 것이다. 도3에 나타나 있는 바와 같이 숨을 들이 쉴 때는 횡격막이 상하로 이동하면서 압전세라믹(33)과 센서접촉대(32)에 압력이 가하여지기 때문에 전기적인 신호로 표현된 호흡리듬신호가 상승하고 반대로 숨을 내 쉬면 압력이 줄어들기 때문에 호흡리듬신호가 하강하게 되는 것이다.

도4는 호흡리듬신호를 증폭하고 송신하는 장치에 대한 블록선도이며, 압력의 변화를 전기적인 신호로 바꾸어주는 압전세라믹(33a)를 통해서 얻어진 전기적인 호흡리듬신호(평균 10 mV)는, 증폭을 위하여 단일 차동증폭칩(41)에 입력된다. 차동증폭칩(41)은 소형 리튬보턴전지 (3V)를 안정화시켜 양전압과 음전압을 공급시키는 안정화 전원공급부(42)에 의하여 구동되어진다. 차동증폭칩(41)은 버브라운사에서 나온 INA시리즈를 사용하는데 최대 500배까지 입력신호를 증폭시킬 수 있다. 안정화 전원공급부(42)에 사용되는 단일칩은 맥심사에서 개발한 CL시리즈인 스위치 캐패시터 인버터로 구성한다. 그리고 외부에서 발생된 고주파잡음을 제거하기 위한 위한 필터장치로는 저항(R)과 콘덴서(C)를 조합한 RC필터부(43)로 구성하였다.

차동증폭칩(41)과 RC필터부(43)를 통해서 처리된 전기적인 아날로그 호흡리듬신호는 장시간 녹음할 수 있는 디지털 녹음기 (44)에 입력되는 동시에 무선으로 송출하기 위하여 단일 FM파 송신칩(46)에 입력되어 FM파로 변조되어 송신용 안테나(23a)을 통해서 무선출력이 되도록 구성된다. 단일 FM파 송신칩(46)은 칩의 외부에 설치한 소형 인덕터(45)에 의하여 변조주파수가 달라지는데 본 발명에서는 100MHz의 송출주파수로 설정하였다(L=390nH). 단일 FM파 송신칩(46)은 맥심사에서 개발된 MAX26시리즈로 구성하였다. MAX26시리즈는 저전력(공급전압 3V)의 FM파 송신기로서 출력은 88MHz-108MHz, 출력파워는 -21dBm, 50오옴 정도이다.

자유로운 상태에서 측정된 심전신호를 간단히 디지털 신호로 변환하여 녹음시키는 장치로서 저가형이며 초소형인 디지틀 녹음기(SONY, IC Recorder ICD-ST10)가 사용될수 있는데 디지털 녹음장치는 내장된 A/D변환기와 엔코더에 의하여 WAV파 일, MPEG파일, WMA파일, MP3파일로 저장이 가능하고 D/A변환기를 통하여 아날로그로의 출력은 물론이고 USB출력포터를 통하여 컴퓨터에 연결하면 고속으로 디지틀 파일을 전송, 저장이 가능하도록 되어 있다.

도5는 호흡리듬신호의 수신장치의 블록선도를 도시하고 있다. 수신부(13a)는 100MHz의 무선 FM파로 변조되어 송출되는 호흡리듬신호를 수신용 안테나(50)와 단일 FM파 수신칩(51)에 입력되어 단일 오디오 증폭칩(53)을 통해서 증폭되도록 구성한다. 그리고 FM 수신칩(51)과 증폭칩(53)은 3V의 수신기 전원(52)으로 구동되도록 수신장치를 구성한다. FM파 수신칩(51)은 필립스에서 개발된 TDA7088시리즈, 증폭칩(53)은 TDA7050시리즈로 구성하였다.

수신부(13a)를 통해서 출력되는 호흡리듬신호는 일반 이어폰(헤드폰)으로 가청 할 수 있으며 아날로그 신호입력선(54)를 통해서 컴퓨터(14a)의 A/D카드(55)에 입력되어 컴퓨터에 내장된 호흡리듬표시 프로그램에 의하여 실시간으로 표시되어진다. 컴퓨터(14a)에 장착되어 입력 아날로그신호를 디지털로 바꾸어 주는 A/D카드(55)는 국제규격인 PCMCIA카드로서 12비트, 1KHz 샘플링 주파수로 처리할 수 있다.

도5는 도1, 도2, 도3, 도4의 장치에 의하여 처리되어진 호흡리듬신호를 측정하여 컴퓨터의 디스플레이에 표시한 실시예이다.

도6(a)는 정상적인 호흡리듬신호를 나타내는 것이며 도6(b)는 수면중 무호흡증에 의하여 호흡이 일시정지된 상태의 무호흡증의 호흡리듬신호의 패턴이며 무호흡증의 환자로 판정이 나는 경우는 7시간의 수면 중 20회 이상 무호흡구간(10초 이 상)이 있는 상태를 말한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 압력을 전기적인 신호로 바꾸어주는 무전원형의 압전세라믹센서의 원리를 이용하여 가슴에 벨트를 둘러서 호흡리듬을 쉽게 장시간 감시할 수 있도록 한 장치이다. 이러한 장치는 자각을 할 수 없으며 7시간 이상의 장시간의 모니터링이 필요한 수면 무호흡증을 감시할 수 있는 수면에 방해를 받지 않고 호흡리듬신호를 측정하는 효과를 가지고 있다.

또한 초소형 보턴식 리튬전지로 구동되는 저전력형 단일 차동증폭칩, 단일 FM파송신칩, 단일, FM 수신칩을 사용함으로써 경량이면서도 간단히 무선으로 호흡리듬을 측정할 수 있다는 효과와 더불어 종래에 고가이며 마스크 타입의 수면방해가 되는 측정장치를 대신하여 장시간 간단히 수면 무호흡증을 감시할 수 있는 효과를 지니고 있다.

Claims

압전센서와 흉부장착 벨트로 수면중의 호흡리듬신호를 얻을 수 있는 것으로서 스위치 캐패시터컨버터에 의한 저전력 직류전원으로 구동되는 단일 차동증폭칩과 단일 무선 FM파 송신칩, 단일 무선 FM파 수신칩, 단일 증폭칩, A/D카드로 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡증 무선 감시장치.
수면중 호흡리듬신호를 측정하기 위하여 압전센서, 단일 차동 증폭칩, 간단 한 RC저역필터로 구성되어 있으면서 출력된 신호를 별도의 조정장치 없이 디지털 녹음기에 입력하여 디지털 녹음기의 출력을 컴퓨터의 직렬전송입력 단에 연결하여 사용하는 것을 특징으로 수면 무호흡증 무선 감시장치.
무선으로 수신된 FM파의 수면중 호흡리듬신호를 단일 FM파 수신칩을 통하여 아날로그 심전신호로 변환시키고, 변환된 심전신호를 단일 증폭칩으로 신호의 크기를 A/D카드의 입력범위로 조절하며 컴퓨터에 실시간으로 표시하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡증 무선 감시장치.