KR20110024205A - 무구속 착용형 폐활량 측정 장치, 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무구속 착용형 폐활량 측정 장치, 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20110024205A
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Abstract

본 발명의 무구속 착용형 폐활량 측정 장치는 호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 도전사를 포함하며, 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변하는 가변 저항부; 가변 저항부의 저항값을 전압값으로 변환하는 저항-전압 변환부; 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 아날로그-디지털 변환부; 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단면 용적 계산부; 계산된 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 가산부; 및 산정된 페활량 정보를 외부로 전송하는 송신부를 포함한다. 따라서, 별도의 외부 장비나 기구 없이 의복과 같은 형태로 착용하여 폐활량을 측정할 수 있다.
도전사, 단면 용적, 폐활량 측정

Description

무구속 착용형 폐활량 측정 장치, 시스템 및 그 방법{The Non-intrusive wearable tidal volume measurement apparatus, system and method thereof}
본 발명은 폐활량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무구속 착용형 폐활량 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.
폐활량과 같은 호흡 생체 신호를 측정하는 경우, 종래에는 들숨과 날숨을 인체의 외부에서 직접 수집하거나, 들숨과 날숨을 필터에 통과시켜 전기적으로 공기 흐름의 속도를 측정하였다.
그러나, 이와 같은 방법들은 별도의 외부 장비를 측정할 때마다 구비하여야 하고, 또한 측정하는 동안 입으로 기구를 물고 불어야 하는 불편함이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 의복과 같은 형태로 착용하여 흉곽의 변화를 실시간으로 감지하고 폐 용적의 변화를 추정하여 폐활량을 측정할 수 있는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 장치는,
호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 도전사를 포함하며, 상기 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변하는 가변 저항부;
상기 가변 저항부의 상기 저항값을 전압값으로 변환하는 저항-전압 변환부;
상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 아날로그-디지털 변환부;
상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단면 용적 계산부;
계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 가산부; 및
산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 송신부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가산부에서 산정된 폐활량 정보를 표시하는 표시 모듈을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 가변 저항부는 일정하게 이격되어 있는 복수의 도전사를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가변 저항부는 밴드형 또는 의복형일 수 있다.
이 싱시예에 있어서, 상기 저항-전압 변환부는 상기 가변 저항부의 저항값을 전압값으로 변환하기 위하여 전압 분배 회로를 포함할 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 송신부는 유선 또는 무선 통신 방식으로 상기 폐 활량 정보를 외부로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 방법은,
호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따른 저항성 도전사의 길이 변화를 이용하여 저항값을 측정하는 단계;
측정된 상기 저항값을 전압값으로 변환하는 단계;
상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 단계;
상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단계;
계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 단계; 및
산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 폐활량을 산정한 후에, 산정된 상기 폐활량 정보를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 산정된 폐활량 정보가 외부로 전송된 후에, 외부에서 전송된 상기 폐활량 정보를 분석하고 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 도전사는 일정하게 이격되어 있으며, 밴드형 또는 의복형일 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 전압값은 전압 분배 회로에 의하여 상기 저항값으로부터 변환될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 폐활량 정보는 유선 또는 무선 통신 방식으로 외부로 전송될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템은,
호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 도전사를 포함하며, 상기 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변하는 가변 저항부; 및
상기 가변 저항부의 저항값으로부터 폐활량을 산정하고 산정된 상기 폐활량정보를 외부로 전송하는 판독 모듈을 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치;
상기 무구속 착용형 폐활량 측정 장치로부터 전송된 폐활량 정보를 분석하는 신호 분석부; 및
상기 분석된 폐활량 정보를 표시하는 신호 표시부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 판독 모듈은
상기 가변 저항부의 저항값을 전압값으로 변환하는 저항-전압 변환부;
상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 아날로그-디지털 변환부;
상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단면 용적 계산부;
계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 가산부; 및
산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 송신부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가변 저항부는 일정하게 이격되어 있는 복수의 도전사를 포함하며, 밴드형 또는 의복형일 수 있다.
본 발명에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 장치에 의하면, 별도의 외부 장비나 기구 없이 의복과 같은 형태로 착용하여 폐활량을 측정할 수 있다.
또한, 연속적인 모니터링이 가능하며 폐활량 측정 결과를 표시하여 사용자에게 알려줄 수 있고, 유무선 통신을 이용하여 외부 기기로 폐활량 측정 결과를 전송할 수 있다. 따라서, 사용자의 호흡 운동에 이상이 생긴 경우(예를 들면, 수면 무호흡) 이를 사용자 이외의 다른 주체에게 알려 사고를 예방할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 장치를 나타내는 블록도이고, 도 1b는 도 1a의 무구속 착용형 폐활량 측정 장치를 착용한 모습을 보여주는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 무구속 착용형 폐활량 측정 장치(100)는 가변 저항부(110)와 판독 모듈(150)을 포함하고, 판독 모듈(150)은 연산부(120), 송신부(130), 및 표시 모듈(140)을 포함한다.
가변 저항부(110)는 호흡 시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 저항성 도전사를 포함한다. 이 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변한다. 가변 저항부(110)는 복수의 저항성 도전사를 포함하며, 각 도전사는 흉곽의 다른 부위에 일정하게 이격되어 있다.
도전사는 전도성 섬유와 탄성사를 포함한다. 탄성사의 탄성에 의해 호흡시 흉곽의 둘레가 커지면 도전사가 늘어날 수 있다.
전도성 섬유는 탄소 섬유 또는 금속선을 포함한다. 도전사는 전도성 섬유와 탄성사를 서로 꼬아 놓은 형태일 수 있다. 예를 들면, 탄성사를 중심으로 전도성 섬유를 돌려 꼬아 놓은 형태일 수 있고, 탄성사를 중심으로 전도성 섬유를 이중으로 서로 반대방향으로 돌려 꼬아 놓은 형태일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 일정하게 이격되어 있는 복수의 저항성 도전사(115)들을 포함하는 가변 저항부(110)는 몸통을 두르는 밴드와 같은 형태로 독립적으로 착용될 수 있다. 또는 의복에 삽입될 수 있다.
연산부(120)는 변환, 환산, 합산 등의 연산을 수행하여 가변 저항부(110)의 저항값으로부터 폐활량을 계산한다. 연산부(120)의 상세한 구성에 대해서는 도 2에서 설명한다.
송신부(130)는 연산부(120)에서 계산된 폐활량 정보를 외부 기기로 전송한 다. 송신부(130)는 유선 또는 무선 통신 방식으로 폐활량 정보를 외부 기기로 전송할 수 있다.
표시 모듈(140)은 연산부(120)에서 계산된 폐활량 정보를 표시한다. 액정 등의 표시 모듈(140)을 통해 폐활량 측정 결과를 사용자에게 알릴 수 있다.
도 2는 도 1a에 도시된 연산부를 좀 더 상세히 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 연산부(120)는 저항-전압 변환부(122), A/D 변환부(124), 단면 용적 계산부(126), 및 가산부(128)를 포함한다.
저항-전압 변환부(122)는 가변 저항부(110)의 저항값을 전압값으로 변환한다. 이를 위해 저항-전압 변환부(122)는 하나 이상의 전압 분배 회로를 포함할 수 있다.
전압 분배 회로는 전원 전압 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 연결된 기준 저항과 가변 저항으로 구성된다. 저항성 도전사로 구성된 부분이 가변 저항에 해당한다. 호흡 시에 흉곽의 둘레가 변화하고, 이 둘레 변화에 따라 저항성 도전사의 길이가 변화하여 저항값이 달라지면, 이 가변 저항에 걸리는 전압의 크기가 달라진다. 따라서 이 전압의 크기를 측정하면 저항값을 전압값으로 변환할 수 있다.
A/D 변환부(124)는 저항-전압 변환부(122)에서 변환된 아날로그 전압값을 디지털로 변환하여 수치화한다. A/D 변환부(124)는 복수의 A/D 변환기를 포함한다.
단면 용적 계산부(126)는 A/D 변환부(124)에서 수치화된 디지털 값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산한다. 상세하게는, 환산 공식을 적용하여 단면 용적의 변화량을 계산한다. 예를 들면, 사용자가 본 발명에 따른 폐활량 측정 장치 를 착용하고, 숨을 들이쉬는 경우 흉곽의 둘레가 커지므로 도전사의 길이가 늘어난다. 사용자의 몸통을 원형이라고 가정하면 원의 반지름이 커지는 것이므로 원의 면적도 커진다. 이러한 원리를 응용하여 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산할 수 있다.
가산부(128)는 단면 용적 계산부(126)에서 계산된 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정한다. 가변 저항부(110)의 도전사는 어깨 높이에서 배꼽 위의 높이까지 반복적으로 부착될 수 있다. 따라서 각각의 단면 용적 변화량을 각 높이 별로 합산하여 호흡 운동에 따른 유효 폐 용적 부피 변화, 즉 폐활량을 산정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 가변 저항부(110)는 복수의 저항성 도전사를 포함하고, 각각의 저항성 도전사는 저항-전압 변환부(122)의 예를 들면, 전압 분배 회로와 각각 연결될 수 있고, A/D 변환부의 복수의 A/D 변환기 중 하나와 연결될 수 있다. 즉, 하나의 도전사가 전압 분배 회로와 연결되고, 하나의 A/D 변환기를 거쳐 단면 용적이 계산되고, 이렇게 계산된 단면 용적을 복수의 도전사에 대해 반복하여 합산함으로써 폐활량 값을 구할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템은 본 발명에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 장치(100), 신호 분석부(310), 신호 표시부(320)를 포함한다. 신호 분석부(310)와 신호 표시부(320)은 예를 들면 개인 휴대 단말과 같은 외부 기기(300)에 포함될 수 있다.
신호 분석부(310)는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치(100)로부터 전송된 폐활량 정보를 분석하고, 신호 표시부(320)는 신호 분석부(310)에서 분석된 폐활량 정보를 표시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 방법의 구체적인 실시예는 전술한 바와 같으므로 여기서는 그 동작 과정을 간략하게 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 우선, 호흡 시에 흉곽의 둘레 변화에 따른 도전사의 길이 변화를 이용하여 저항값을 측정한다(S410).
그 후, 측정된 저항값을 전압값으로 변환하고(S420), 변환된 전압값을 A/D 변환하여 수치화한다(S430).
다음으로, 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하고(S440), 계산된 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정한다(S450).
그 후, 산정된 폐활량 정보를 표시하여 사용자에게 알리거나, 측정된 페활량 정보를 외부기기로 전송한다(S460).
그 후, 전송된 폐활량 정보를 외부 기기에서 분석하고 표시한다(S470).
도 5는 착용자가 호흡을 하는 경우의 시간에 따른 폐활량 추정치 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 장치 사용자가 호흡을 하는 경우, 측정된 전압값을 바탕으로 계산된 폐활량 추정치가 호흡 주기와 동일하게 변화함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1b는 도 1a의 무구속 착용형 폐활량 측정 장치를 착용한 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1a에 도시된 연산부를 좀 더 상세히 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 착용형 폐활량 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 착용자가 호흡을 하는 경우의 시간에 따른 폐활량 추정치 변화를 나타내는 그래프이다.

Claims (15)

  1. 호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 도전사를 포함하며, 상기 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변하는 가변 저항부;
    상기 가변 저항부의 상기 저항값을 전압값으로 변환하는 저항-전압 변환부;
    상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 아날로그-디지털 변환부;
    상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단면 용적 계산부;
    계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 가산부; 및
    산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 송신부를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가산부에서 산정된 폐활량 정보를 표시하는 표시 모듈을 더 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항부는 일정하게 이격되어 있는 복수의 도전사를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항부는 밴드형 또는 의복형인 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항-전압 변환부는 상기 가변 저항부의 저항값을 전압값으로 변환하기 위하여 전압 분배 회로를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는 유선 또는 무선 통신 방식으로 상기 폐활량 정보를 외부로 전송하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치.
  7. 호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따른 저항성 도전사의 길이 변화를 이용하여 저항값을 측정하는 단계;
    측정된 상기 저항값을 전압값으로 변환하는 단계;
    상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 단계;
    상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단계;
    계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 단계; 및
    산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 단계를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폐활량을 산정한 후에, 산정된 상기 폐활량 정보를 표시하는 단계를 더 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 산정된 폐활량 정보가 외부로 전송된 후에, 외부에서 전송된 상기 폐활량 정보를 분석하고 표시하는 단계를 더 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 도전사는 일정하게 이격되어 있으며, 밴드형 또는 의복형인 무구속 착용형 폐활량 측정 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전압값은 전압 분배 회로에 의하여 상기 저항값으로부터 변환되는 무구 속 착용형 폐활량 측정 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 폐활량 정보는 유선 또는 무선 통신 방식으로 외부로 전송되는 무구속 착용형 폐활량 측정 방법.
  13. 호흡시에 흉곽의 둘레 변화에 따라 길이가 변하는 도전사를 포함하며, 상기 도전사의 길이 변화에 따라 저항값이 변하는 가변 저항부; 및
    상기 가변 저항부의 저항값으로부터 폐활량을 산정하고 산정된 상기 폐활량정보를 외부로 전송하는 판독 모듈을 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 장치;
    상기 무구속 착용형 폐활량 측정 장치로부터 전송된 폐활량 정보를 분석하는 신호 분석부; 및
    상기 분석된 폐활량 정보를 표시하는 신호 표시부를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 판독 모듈은
    상기 가변 저항부의 저항값을 전압값으로 변환하는 저항-전압 변환부;
    상기 전압값을 아날로그-디지털 변환하여 수치화하는 아날로그-디지털 변환부;
    상기 수치화된 전압값에 따라 흉곽의 단면 용적의 변화량을 계산하는 단면 용적 계산부;
    계산된 상기 단면 용적 변화량을 합산하여 폐활량을 산정하는 가산부; 및
    산정된 상기 페활량 정보를 외부로 전송하는 송신부를 포함하는 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가변 저항부는 일정하게 이격되어 있는 복수의 도전사를 포함하며, 밴드형 또는 의복형인 무구속 착용형 폐활량 측정 시스템.
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