KR20080068483A - 수면 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면 모니터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수면 모니터링 장치는 매트리스; 상기 매트리스 위에 설치되며, 사용자의 호흡으로 인한 압력의 변화량을 검출하는 둘 이상의 에어셀; 상기 에어셀의 압력 변화량을 전기적인 신호로 변환하는 압력센서; 상기 압력센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지탈(A/D) 변환기; 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 수면 무호흡을 판단하는 무호흡판단부를 포함하며, 무호흡의 판단 시 경고음을 송출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 수면 모니터링 장치에 의하면 사용자의 손가락 기타 신체에 전극 또는 특별한 측정 기구를 부착하지 아니하고도 수면상태를 모니터링 할 수 있는 장점이 있다.

수면 모니터링, 심박, 호흡, 코골이, 에어 셀, 압력 센서, 재택

Description

수면 모니터링 장치{.}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수면 모니터링 장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수면 모니터링 장치의 동작 흐름도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수면 모니터링 장치의 사용 예시도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10: 매트리스 20: 에어 셀

30: (차동) 압력 센서 40: 오프셋 조정기

50: 차동증폭기 60: 제1 증폭기

70: 필터 80: 제2 증폭기

90: 이득 조정기 100: 아날로그 디지탈 변환기

110: 제어부 120: 통신부

130: 경고부 140: 전원부

본 발명은 수면 모니터링 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 사용자(수면자)의 손가락, 가슴 등 신체에 특별한 측정 기구를 부착하지 않더라도, 사용자(수면자)의 무호흡, 심박, 코골이, 움직임 등 데이터를 측정하는 수면 모니터링 장치에 관한 것이다.

수면 시 발생하는 무호흡 증후군(SAS: Sleep Apnea Syndrome)이란, 수면 시에 호흡이 멈춘 상태가 단속적으로 반복되는 일종의 병으로서, 무호흡 증후군 환자는 수면 시에 충분히 수면을 취할 수 없게 되어 일상생활 중에 피곤함을 느끼게 되며, 심지어는 운전 시에 졸 수도 있어 생명의 위협을 받을 수도 있다.

무호흡 증후군은 의학적으로 호흡이 10초 이상 정지하는 무호흡 상태가 수면 중에 30회 이상 발생하거나, 수면 1시간 당 무호흡이 5회 이상 발생하는 것을 말한다. 일반적으로 무호흡 증후군의 확정 진단에는 수면 다원 검사법(PSG: Polysomnography)이라고 하는 입원을 필요로 하는 수면 검사가 필요하다. 그러나 이 수면 다원 검사법은 고액의 기기 설비와 숙련된 기사의 의료 종사를 필요로 하여, 비용의 부담이 크므로 상대적으로 소수만이 진료의 혜택을 받아온 실정이다.

따라서 보다 간편하게 수면 무호흡을 진단할 수 있는 여러 방법들이 모색되었으나, 상기와 같은 방법들은 사용자의 손가락 기타 신체에 전극 또는 특별한 측정 기구를 부착해야 하므로 측정 기구에 연결된 전선 등이 장애가 되어 수면 시 불편한 문제점이 있었다.

또한 상기와 같은 방법들은 병원에 직접 입원하여 측정하여야 함에 따라 시간적 제한이 있는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 방법들은 수면 중 수면자의 움직임, 코골이 등의 다양한 데이터를 동시에 측정하는 장치를 제공하지 못한 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 방법들은 무호흡 등으로 인하여 사용자가 위험하다고 판단되었을 때, 수면자에게 경고하는 방법을 제공하지 못한 문제점이 있었으며, 특히 주변의 다른 수면자의 수면을 방해하지 않고 수면자에게 경고하는 방법을 제공하지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 사용자의 신체에 측정 기구를 직접 부착하지 아니하는 간편한 수면 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

또한, 병원에 입원하는 불편함을 해소하여 집에서 간단히 측정할 수 있는 수면 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

또한 수면자의 무호흡 여부뿐만 아니라 수면자의 코골이, 움직임, 심박율 등의 다양한 데이터를 동시에 측정할 수 있는 수면 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

또한, 무호흡 등으로 인하여 수면자가 위험하다고 판단되었을 때, 수면자에게 적절하게 경고할 수 있는 수면 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 수면 모니터링 장치는 매트리스; 상기 매트리스 위에 설치되며, 사용자의 호흡으로 인한 압력의 변화량을 검출하는 둘 이상의 에어셀; 상기 사용자의 체중변화에 의한 상기 에어셀의 압력 변화량을 전기적인 신호로 변환하는 압력센서; 상기 압력센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지탈(A/D) 변환기; 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 수면 무호흡을 판단하는 무호흡판단부를 포함하며, 무호흡의 판단 시 경고음을 송출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 심박신호를 필터링하여 평균 심박율을 계산하는 심박율 계산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 코골이신호를 필터링하여 코골이 유무를 판단하는 코골이유무판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 움직임신호를 필터링하여 움직임 변화율을 계산하는 움직임 유무 검사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부로부터 사용자의 수면 무호흡이 판단되면, 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력을 홈서버에 전송하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력 센서는 두 개의 에어 셀간의 압력차이를 검출하는 차동 압 력센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력 센서의 출력 신호를 조정하는 오프셋 및 이득 조정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 매트리스 위에 설치되며, 제어부에 의하여 사용자의 수면 무호흡이 판단되었을 때에, 상기 제어부의 신호에 의하여 진동하는 진동소자;가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수면 모니터링 장치의 구성도를 도시한 것이다. 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 수면 모니터링 장치를 설명하기로 한다.

본 발명의 일시예에 따른 수면 모니터링 장치는 매트리스(10), 에어셀(20), 압력센서(30), 아날로그 디지탈(A/D) 변환기(100), 제어부(110)를 포함하고 있으며, 무호흡판단부(111), 심박율계산부(112), 코골이유무판단부(113), 움직임 유무 검사부(114), 오프셋조정기(40) 및 이득 조정기(80), 경고부(130), 진동소자(133)가 더 포함될 수 있다.

매트리스(10)는 후술하는 에어셀(20)이 설치되는 곳으로서, 일반적인 섬유재질이면 족하다. 상기 매트리스는 크기에 제한되지 아니할 것이나, 사용자의 흉부를 중심으로 측정될 것이므로 사용자의 흉부를 덮을 정도면 충분하다고 할 것이다. 또한 상기 매트리스에는 후술할 진동소자(133)가 설치될 수도 있다.

에어셀(20)은 탄성력 있는 소재로 만들어진 것으로 내부에는 공기가 충전된 것을 말한다. 에어셀의 크기가 중요한 것은 아니나 그 길이는 흉부를 커버할 정도의 크기가 되어야 할 것이며, 2개 이상을 설치한다면 1자형 튜브 형태로 나란히 설치하는 것이 바람직하다. 사람이 호흡을 할 때에는 흉곽과 복부의 부피 변화가 일어나게 되며, 상기 흉곽과 복부의 부피변화로 인한 체중의 차이로 인하여, 흉부 밑의 에어 셀 내부는 압력이 변화된다. 상기 압력의 변화는 상기 에어셀에 연결된 가느다란 관을 통하여 후술할 압력 센서(30)에 전달된다. 이러한 측정 시 체중이나 움직임으로 인한 압력 변화는 신호가 큰데 반해, 호흡으로 인한 압력 변화는 미세하므로, 호흡으로 인한 압력변화를 정확하게 측정하기 위해서는 2개 이상의 에어 셀을 사용하여 이들의 압력 차이를 보정하여 신호를 측정한다. 본 발명은 이러한 원리를 바탕으로 수면 의학에서 밝혀진 호흡신호의 패턴정보로 사용자의 수면 무호흡 여부를 검출할 수 있도록 한 것이다.

압력센서(30)는 상기 에어셀(20)로부터 작은 호스로 연결되어 압력을 전기신호로 변환한다.

아날로그 디지탈(A/D) 변환기(100)는 상기 압력센서로부터 받아들인 아날로그신호를 디지탈 신호를 변환한다.

제어부(110)는 상기 아날로그 디지탈 변환기를 통과한 디지탈 신호를 분석하여 무호흡 여부를 판단한다. 필요에 따라서 상기 디지탈 신호를 병원 등의 외부로 전송하게 할 수도 있다. 또한 상기 제어부(110)는 무호흡판단부(111), 심박율계산부(112), 코골이유무판단부(113), 움직임 유무 검사부(114)를 포함할 수 있는데, 상기 아날로그 디지탈 변환기를 통과한 디지털 신호에서 진폭이나 주기에 의한 신호처리를 거쳐 심박, 호흡, 코골이, 움직임의 신호를 추출한다. 추출된 신호의 패턴을 분석하여 각각의 평균 심박율, 평균 호흡율, 코골이 유무, 움직임 유무를 해석 판단할 수 있다. 한편 사용자가 수면 중 움직임이 있는 구간은 압력 변화가 심하게 측정되어 호흡 신호를 검출할 수 없으나 이러한 움직임은 짧은 시간에만 나타날 뿐 보통의 수면 중에는 나타나지 않는다. 이러한 움직임 등으로 인한 잡음을 제거한 후, 수면 의학에서 밝혀진 호흡 신호의 패턴과 비교하여 운전자의 수면 무호흡의 여부를 판단하게 되는 것이다.

또한 상기 제어부(110)는 상기 아날로그 디지탈 변환기를 통과한 디지털신호를 외부(병원 등)로 전송할 수 있도록 통신부(120)가 구비되는 것이 좋다. 상기 통신부를 이용하여 유선 혹은 무선 등 다양한 통신방법으로 상기 제어부가 분석한 자료들을 외부로 전송할 수 있으며, 외부(병원 등)에서는 상기 분석 자료를 바탕으로 하여 레포트를 작성하여 수면자에게 보내줄 수도 있다. 레포트에는 총 수면시간, 평균심박율, 무호흡의 기간, 코골이의 기간 등이 기재될 것이다.

한편, 상기 제어부(110)에서는 무호흡여부, 평균심박율, 코골이유무, 움직임 유무를 해석 판단하여, 상당 기간 무호흡이 계속되거나 심박율이 평균치를 벗어나거나 코골이가 심해지거나 하는 경우, 후술하는 경고부(130)를 통하여 수면자에게 경고할 수 있다.

경고부(130)는 간단하게는 스피커(미도시)로 구성할 수 있다. 즉, 수면자가 상당 기간 무호흡이 계속되거나 심박율이 평균치를 벗어나거나 코골이가 심해지거나 움직임이 심해지는 경우 제어부는 상기 스피커를 통하여 경고음을 송출하게 할 수 있다. 그러나 수면자의 가족 등이 함께 자는 경우가 많이 있을 것이며, 수면자가 청각장애를 가질 수도 있으므로, 경고음을 발생하게 되면 주변에 피해를 줄 수 있을 뿐만 아니라 환자에게 전달되지 않을 수도 있다. 따라서 바람직하게 경고부(130)는 진동소자(133)로 하는 것이 좋다. 상기 진동소자(133)는 상기 매트리스에 설치되며, 간단하게는 (전)자석을 이용하여 구성하게 할 수 있다. 즉, 상기 제어부의 신호에 의해 진동소자에 전류를 흘려주게 되면 극성의 반발력으로 진동이 되도록 하게 하는 것이다.

상기 각 증폭기(50, 60, 80) 단에는 출력의 Offset 및 Gain을 조정하는 조정기(40, 90)가 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 도 2의 수면 모니터링 장치의 동작 흐름도를 이용하여 설명한다.

먼저 본 발명에서는 상기 에어 셀(20)이 설치된 매트리스에 사용자(수면자)의 가슴이나 등 부분이 에어셀에 접촉되도록 눕는다. 이때 사용자의 호흡으로 인한 흉곽과 복부의 부피 변화가 일어나게 되며, 상기 흉곽과 복부의 부피 변화로 인하여 에어 셀(20)의 압력이 미세하게 변하게 된다.

압력 센서(30)에 의해 에어 셀(20)의 공압이 전기적인 신호로 변환되며, 이 때 압력 센서(30)는 하나 이상의 에어 셀(20)의 압력을 측정하여 해당 전기적인 신호를 출력하거나 또는 필요에 따라 2개 이상의 에어 셀을 사용하여 이들의 압력 차이를 보정하여 신호를 측정한다. 이 경우 하나의 에어 셀의 압력 측정시보다 2개 이상의 에어셀을 사용하는 것이 검출 효율이 향상됨을 전술한 바 있다.

상기 압력 센서(30)의 출력 신호는 상기 각 증폭기(50, 60, 80) 단에는 출력의 Offset 및 Gain을 조정하는 조정기(40, 90) 및 필터(70)를 거쳐 신호 중의 잡음이 제거된 후, A/D 변환기(90)로 입력되어 디지털 신호로 변환되어 제어부(110)로 입력된다.

상기 제어부(110)는 사용자의 수면 무호흡이 장시간 지속되는 위험한 상황이라 판단되는 경우 경고부(130)를 통해 사용자나 주위 사람에게 경고음 또는 진동 등을 발생시켜 사용자의 수면 무호흡을 중지 시킬 수 있도록 한다.

또한 도 3에서 보는 바와 같이 수면 중 얻어진 사용자의 심박, 호흡, 코골이, 움직임 등의 신호를 통신부(120)를 통하여 홈 서버나 웹 서버에 데이터의 해석 결과를 전송함으로써 병원 내 수면 검사실에서만 가능했던 입원 수면 검사 대신에 재택에서 간단히 사용자의 수면 상태를 레포트 할 수 있다.

도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 사용자의 손가락 기타 신체에 전극 또는 특별한 측정 기구를 부착하지 아니하고도 수면상태를 모니터링 할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기와 같은 방법들은 병원에 직접 입원하지 않고 집에서도 측정할 수 있어 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.

또한, 무호흡여부 뿐만 아니라 수면 중 수면자의 움직임, 코골이 등의 다양한 데이터를 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 무호흡 등으로 인하여 사용자가 위험하다고 판단되었을 때, 적절한 방법으로 수면자에게 경고할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 매트리스;

   상기 매트리스 위에 설치되며, 사용자의 호흡으로 인한 압력의 변화량을 검출하는 둘 이상의 에어셀;

   상기 에어셀의 압력변화량을 전기적인 신호로 변환하는 압력센서;

   상기 압력센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지탈(A/D) 변환기;

   상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 수면 무호흡을 판단하는 무호흡판단부를 포함하며, 무호흡의 판단 시 경고음을 송출하는 제어부;를 포함하는 수면 모니터링 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 심박신호를 필터링하여 평균심박율을 계산하는 심박율 계산부;를 더 포함하는 수면 모니터링 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 코골이신호를 필터링하여 코골이유무를 판단하는 코골이유무판단부;를 더 포함하는 수면 모니터링 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력으로부터 사용자의 움직임신호를 필터링하여 움직임 변화율을 계산하는 움직임 유무 검사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부로부터 사용자의 수면 무호흡이 판단되면, 상기 아날로그 디지탈 변환기의 출력을 홈서버에 전송하는 통신부;를 더 포함하는 수면 모니터링 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 압력 센서는 두 개의 에어 셀간의 압력차이를 검출하는 차동 압력센서인것을 특징으로 하는 수면 모니터링 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 압력 센서의 출력 신호를 조정하는 오프셋 및 이득 조정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 매트리스 위에 설치되며, 제어부에 의하여 사용자의 수면 무호흡이 판단되었을 때에, 상기 제어부의 신호에 의하여 진동하는 진동소자;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수면 모니터링 장치.

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