KR20120045660A - 수면의 질 결정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명인 수면의 질 결정 장치는, 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부; 상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력하는 필터부; 상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 사용자가 수면을 취하는 동안 비접착식의 센서를 통해 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나에 대한 생체정보를 측정하고, 측정된 상기 생체정보에 의해 미리 설정된 값에 따라 수면의 질을 결정하여 출력함으로써, 사용자는 상기 수면의 질에 대한 결과를 통해 수면 방법을 체계적으로 관리하여 사용자의 건강을 증진시키는 이점을 갖는다.

Description

수면의 질 결정 장치 및 방법{ARRARATUS AND METHOD DETERMINING QUALITY OF SLEEP}
본 발명은 수면의 질을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 사용자가 수면을 취하는 동안 사용자의 생체정보를 간편하게 측정하여 수면의 질을 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 삶의 질이 향상되고 노령화가 급속히 진행됨에 따라 무병장수에 대한 열망이 커지면서 건강에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 건강을 유지하고 개선시키는 방법에는 운동, 식이요법 등 다양한 방법이 있지만, 하루 중 약 25%의 시간을 할애하는 수면활동을 잘 관리하는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 이유로 최근에는 수면의 질을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
수면의 질을 향상시키기 위해선, 수면 상태에 대한 분석이 선행되어야 한다. 사용자의 수면 상태를 분석하고 이를 자료화하여 체계적으로 관리함으로써 건강한 신체를 유지할 수 있다. 수면 상태를 분석하기 위해서는 수면 중 호흡수, 심박수, 움직임(뒤척임)수 및 수면시간 등의 다양한 생체정보를 측정하는 것이 기본이 될 것이다.
그러나, 호흡수 또는 심박수 등의 생체정보를 측정하기 위해 의료용 장비를 동원하는 것은 번거로울 뿐만 아니라, 생체정보 측정을 위해 신체에 부착해야 하는 등의 불편함이 수반된다. 이 경우, 수면의 질을 향상시키기 위해 생체정보를 측정함으로써 수반되는 번거로움과 불편함으로 인해 오히려 수면의 질을 해치는 결과를 초래할 수도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사용자가 수면을 취하는 동안 비접착식의 센서를 통해 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나에 대한 생체정보를 간편하게 측정하여 수면의 질을 결정하는 수면의 질 결정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치는 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부; 상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력하는 필터부; 상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 방법은 센서부로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 생체정보 측정단계; 필터부로 상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력하는 필터링단계; 제어부로 상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정하는 수면의 질 결정단계; 및 출력부로 상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 수면의 질 결정 장치 및 방법에 따르면, 사용자가 수면을 취하는 동안 비접착식의 센서를 통해 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나에 대한 생체정보를 간편하게 측정하고, 측정된 상기 생체정보에 의해 미리 설정된 값에 따라 수면의 질을 결정하고 출력하여 사용자에게 제공함으로써, 사용자는 상기 수면의 질에 대한 결과를 통해 수면 방법을 체계적으로 관리하여 사용자의 건강을 증진시키는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치에 대한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치에 대한 블록도,
도 4는 호흡신호 및 심박신호를 포함하는 원신호를 도시한 도표,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 방법에 대한 순서도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치에 대한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치는 센서부(11), 필터부(13), 출력부(15) 및 제어부(17)를 포함한다.
상기 센서부(11)는 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 센서부(11)는 가해진 압력에 따라 전압의 크기를 다르게 하여 출력하는 압전 소자(피에조 소자)로 이루어질 수 있다. 상기 센서부(11)는 상기 심박수, 호흡수 및 움직임수를 측정하여, 이를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환기(Analogue Digital Convertor, 미도시)에 의해 디지털 신호로 변환된다.
상기 필터부(13)는 상기 센서부(11)로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력한다. 원신호에 포함된 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호는 하기에 설명하겠지만, 각각 서로 다른 주파수 대역을 갖기 때문에 각각의 주파수 대역만을 통과시키는 필터를 통해서 각각의 신호를 검출하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 원신호에 상기 심박신호 및 호흡신호가 포함되어 있고 상기 심박신호를 검출한다면, 상기 심박신호는 상기 호흡신호에 비하여 높은 주파수 성분으로 이루어져있기 때문에 심박신호만을 통과시키는 고역통과필터를 사용하여 상기 심박신호만을 상기 원신호로부터 검출할 수 있다.
상기 제어부(17)는 상기 필터부(13)에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부(13)에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부(13)에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정한다. 상기 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 수면의 질을 결정하는 내용은 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 출력부(15)는 상기 제어부(17)에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력한다. 상기 출력부(15)는 상기 결정된 수면의 질을 음성, 영상 또는 촉감으로 사용자에게 알려줄 수 있다. 따라서, 상기 출력부(15)는 스피커, 디스플레이어 또는 촉감을 느낄 수 있도록 하는 촉감장치 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 복수의 조합으로도 이루어질 수 있다. 상기 출력부(15)가 디스플레이어로 이루어진 경우, 상기 출력부(15)는 LED(Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display) 및 유기 EL(Luminescence Display) 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 제어부(17)에서 결정된 수면의 질은 상기 장치에 더 포함될 수 있는 출력부(15)를 통해 사용자가 직접적으로 인식할 수 있도록 출력될 수 있지만, PC 등의 외부 장치로 전송되어 출력될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수면의 질 결정 장치는 일반적인 침대 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수면의 질 결정 장치는 일반적인 침대 이외에도 의자, 소파, 전기장판과 같이 인체를 지지하도록 하여 사용자로 하여금 수면을 취할 수 있도록 하는 모든 장치를 포함한다.
상기 센서부(11)는 본 발명에 따른 수면의 질 결정 장치에서 인체가 상기 장치에 접촉하는 부분에 부착될 수 있다. 상기 센서부(11)는 사용자가 어떠한 불편함을 느끼지 않고 편안하게 수면을 취할 수 있도록 인체에 비접착식으로 상기 장치에 부착된다. 상기 장치가 침대로 이루어진 경우, 인체를 지지하고 접촉되는 침대의 상면에 배치될 수 있다. 또한, 상기 장치가 다른 형태로 이루어진 경우에도, 상기 센서부(11)는 인체에 접촉하여 압력을 감지할 수 있는 면에 배치될 수 있다.
도 2에서 상기 센서부(11)는 복수의 열로 실질적으로 평행하게 배치되어있지만, 이외에도 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 센서부(11)는 상기 수면의 질 결정 장치의 일면에 균일하게 또는 불균일하게 배치될 수 있다. 상기 센서부(11)는 사용자의 수면 중 사용자에 호흡, 심박 및 움직임으로 인해 압력을 감지할 수 있는 부분이라면 상기 수면의 질 결정 장치의 일면이 아닌 다수의 면상에도 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치에 대한 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 장치는 저장부(19)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(19)를 더 포함하여, 사용자는 상기 제어부(17)로부터 결정된 수면의 질에 대한 데이터를 일단위, 주단위 또는 월단위로 저장하여 관리함으로써 보다 장기간에 걸쳐서 건강관리를 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 수면의 질에 대한 데이터는 상기 제어부(17)로부터 PC 등의 외부 장치로 전송되어 역시 일단위, 주단위 또는 월단위로 체계적으로 저장되고 관리될 수 있다. 나아가, 외부 장치로 전송된 상기 수면의 질에 대한 데이터는 건강관리서버를 통해, 사용자는 의사와 같은 건강에 대한 전문가의 상담을 받을 수 있도록 할 수도 있다.
하기에서는 본 발명에 따른 수면의 질 결정 장치의 동작에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 호흡신호 및 심박신호를 포함하는 원신호를 도시한 도표이다.
사용자가 본 발명에 따른 장치에 눕거나 앉는 등 상기 장치에 지지하여 수면을 취하게 되면, 상기 사용자의 호흡 및 심박으로 인해 상기 센서는 상기 호흡신호 및 심박신호를 포함하는 원신호를 출력하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 원신호(41)는 고주파 성분인 심박신호(42) 및 저주파 성분인 호흡신호(43)로 이루어진다. 상기 사용자의 심박수 및 호흡수를 측정하기 위해서는 상기 원신호(41)로부터 상기 심박신호(42) 및 호흡신호(43)를 분리하여 검출할 필요가 있다. 상기 심박신호(42) 및 호흡신호(43)의 분리에는 대역통과필터가 사용될 수 있다. 즉 상기 원신호(41)로부터 상기 심박신호(42)를 검출하기 위해서는 상기 심박신호(42) 주파수 대역에 해당하는 고주파 대역통과필터를 사용하여 상기 원신호(41)를 필터링한다. 또한 상기 원신호(41)로부터 상기 호흡신호(43)를 검출하기 위해서는 상기 호흡신호(43) 주파수 대역에 해당하는 저주파 대역통과필터를 사용하여 상기 원신호(41)를 필터링한다. 이렇게 상기 원신호(41)로부터 분리 검출된 상기 심박신호(42)로부터 심박수를 측정하고, 상기 호흡신호(43)로부터 호흡수를 측정한다.
사용자가 눕거나 앉는 등 상기 수면의 질 결정 장치에 지지하여 상기 센서로부터 호흡신호, 심박신호 및 움직임신호를 포함하는 원신호가 출력되는 시점부터 수면이 완료되어 상기 장치로부터 이탈하는 시점(기상시각)까지를 전체수면시간으로 정의한다. 상기 전체수면시간은 다시 수면 중(수면에 들기 시작하는 시점부터 수면이 완료되는 시점까지)인 순수수면시간과, 상기 장치에 지지하여 수면에 들기까지의 시간인 수면잠복시간으로 이루어진다.
사용자는 상기 장치에 신체를 지지한 후 순수수면에 이르기까지 수회의 움직임(뒤척임)을 계속하는데, 상기 수면잠복시간이란 사용자가 침대에 누운 시각부터 상기 움직임이 소정의 시간 동안(대략 10분) 발생하지 않는 시점까지를 말한다. 상기 순수수면시간은 상기 수면잠복시간이 종료되는 시점부터 기상시각까지로 정의된다. 사용자가 기상하는 시점(수면이 완료되는 시점)은 사용자의 심한 움직임 이후 소정의 시간 동안 상기 원신호가 소정의 진폭 이하의 값으로 출력되는 시점으로 결정한다.
한편, 수면 중 사용자의 움직임 발생 여부는 수면을 취하는 동안 상기 센서부(11)로부터 측정된 원신호의 진폭이 소정의 값 이상이 되는지 여부로 결정한다. 움직임이 발생하면 호흡, 심박이 아닌 값이 전달되는데, 이 경우 상기 원신호의 진폭은 상기 호흡신호 및 심박신호만을 포함하는 원신호의 진폭에 비하여 상대적으로 크게 측정된다. 일반적으로 인간은 수면 중 20 내지 60회 정도 신체의 자세를 바꾼다. 따라서 사용자의 움직임은 수면의 질을 결정하는 중요한 요소가 되며, 본 발명에서는 다양한 실시 예들을 통해 상기 움직임수를 이용하여 수면의 질을 결정한다.
수면시간과 기상시간이 일정하지 않으면, 사용자는 무의식적으로 불안감을 느끼게 되고, 사용자의 수면의 질은 상당히 저하된다. 따라서 수면시간과 기상시간을 결정하여 사용자에게 제공하면 사용자는 이를 생활패턴에 반영함으로써 보다 쾌적한 수면을 취할 수 있기 때문에 사용자의 수면의 질을 결정하는 중요한 요소가 된다. 본 발명의 일 실시 예에서는, 전체수면시간에 대한 순수수면시간의 비율을 수면의 질 결정요소(S1)로 정한다. 이를 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기에서, Sp는 상기 순수수면시간을 나타내고, Stt는 상기 전체수면시간을 나타낸다.
상기 순수수면시간은 다시 얕은수면(Rapid Eye Movement, REM)시간과 깊은수면(Non-REM)시간으로 이루어진다. 얕은수면이란 외관적으로 주위의 환경에 대하여 반응하지 않으면서, 감각이나 반사기능이 저하되지만, 각성할 수도 있고 특유의 수면 자세를 취하는 수면 단계를 말한다.
얕은수면은 하룻밤에 약 4회 내지 6회로 약 90분 간격으로 나타나고, 각각 10분 내지 1시간 동안 계속된다. 깊은수면이란 상기 순수수면 중 얕은수면 이외의 수면상태를 말한다. 평균적으로 깊은수면은 순수수면의 20%를 차지하고, 얕은수면에서 깊은수면으로 전이되는 시간이 순수수면의 50%를 차지한다. 상기 50%의 전이시간은 명확하게 깊은수면 또는 얕은수면으로 구분하기가 용이하지 않기 때문에, 적절한 시간 간격으로 나누어서(예를 들어 1:1의 시간으로) 깊은수면 또는 얕은수면으로 구분한다.
상기 깊은수면시간과 얕은수면시간을 비교하면, 먼저 근육의 긴장도 면에서 얕은수면 상태에서 뚜렷하게 저하되지만, 깊은수면 상태에서 약간의 저하만 있거나 일시적인 뚜렷한 저하만이 발생한다. 심박수 면에서, 얕은수면 상태에서 심박수는 규칙적이지 못하고 흐트러지면서 증가하지만, 깊은수면 상태에서 감소하는 경향을 보인다. 호흡수 면에서, 얕은수면 상태에서 호흡수는 규칙적이지 못하고 흐트러지면서 증가하지만, 깊은수면 상태에서 감소하는 경향을 보인다. 혈압 면에서, 얕은수면 상태에서 규칙적이지 못하고 흐트러지지만, 깊은수면 상태에서 저하된다. 또한 얕은수면 상태에서 발한 증세가 나타나지 않지만, 깊은수면 상태에서 발한 증세를 보이기도 한다.
본 발명의 실시 예들에서는, 상기 깊은수면시간과 얕은수면시간을 구분하기 위해 상기 호흡수 및 심박수를 이용하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시 예에서는 깊은수면 상태에서보다 호흡이 흐트러지고(호흡신호의 진폭 변화가 심함), 호흡수가 20 내지 30%가 증가하는 경우, 얕은수면 상태가 지속되는 얕은수면시간으로 결정한다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는 깊은수면 상태에서보다 심박이 흐트러지고(심박신호의 진폭 변화가 심함), 심박수가 20 내지 30%가 증가하는 경우, 얕은수면 상태가 지속되는 얕은수면시간으로 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 호흡수 또는 심박수를 이용하여 사용자가 깊은 수면을 취하는 시간인 깊은수면시간을 결정하고, 상기 순수수면시간에 대한 상기 결정된 깊은수면시간의 비율을 수면의 질 결정요소(S2)로 정한다. 이를 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
여기에서, Snr은 상기 깊은수면시간(Non-REM)을 나타내고, Sp는 상기 순수수면시간을 나타낸다. 상기 수학식 2는 깊은수면시간이 순수수면시간에서 차지하는 비율이 50% 이하로 낮아지면 수면의 질이 떨어진다는 사실에 근거한다. 즉, 본 수면의 질 결정요소(S2)는 상기 비율이 50% 이상이면 일괄적으로 1의 값을 갖고, 상기 비율이 50% 미만일 때는 상기 깊은수면시간과 순수수면시간의 비율에 따라 결정된다.
무호흡이란 수면 중 기도가 완전히 막혀서 10초 이상 호흡이 정지되는 증상이 시간당 5번 이상이거나 7시간 동안 30회 이상 있는 경우를 말한다. 코골이는 호흡이 완전히 정지되지는 않고 좁아진 기도를 통해 공기의 흐름이 빨라져서 주변의 유동적인 부위가 떨리면서 소리가 나서 발생되는 증상으로, 코골이 또한 무호흡의 일종이다. 무호흡은 상기 센서부(11)에 의해 측정된 호흡수를 이용하여 구할 수 있다.
이상호흡이란 비정상적인 호흡수를 보일 때를 지칭한다. 이상호흡에는 빈호흡, 서호흡, 과도호흡 및 호흡곤란 상태가 있다. 호흡수가 분당 24회 이상일 때를 빈호흡 상태라 하고, 이러한 증상은 흥분이나 공포 등과 같은 정서적 상태에서 발생한다. 호흡수가 분당 30 내지 50회 이상일 때를 과도호흡 상태라 하고, 이러한 증상은 호흡기 질환(예를 들어, 기관지나 천식), 빈혈, 쇠약, 출혈, 운동 또는 체온 증가시 발생한다. 호흡수가 분당 10회 이하일 때를 서호흡 상태라 하고, 이러한 증상은 뇌 내압의 상승과 진정제나 마약을 다량 투여했을 경우 발생한다. 기타 기도성 폐질환, 신진 대사성, 뇌성 등의 원인으로 호흡수가 증가하는 경우를 호흡곤란 상태라 한다.
상기 제어부(17)는 상기 호흡수를 이용하여 상기 소정의 값에 따라 무호흡 및 이상호흡 여부를 결정한다. 본 명세서에서는 상기 무호흡 및 이상호흡이 지속되는 시간을 각성시간으로 정의한다. 즉, 상기 각성시간이란 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간이다. 또한, 무호흡 및 이상호흡으로 인해 각성이 유발되므로, 각성의 횟수는 무호흡 및 이상호흡수로부터 결정될 수 있다. 또한, 각성은 무호흡 및 이상호흡으로 인해 유발되는 움직임에 의해 결정될 수도 있어서, 각성의 횟수는 상기 움직임수를 이용하여 결정할 수도 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 각성시간을 분단위로 적용하고, 상기 각성횟수 및 각성시간을 합한 값을 상기 순수수면시간에서 뺀 시간이 상기 순수수면시간에 대해서 차지하는 비율을 수면의 질 결정요소(S3)로 정한다. 즉, 상기 각성시간(Sat), 각성횟수(Saf), 순수수면시간(Sp) 및 수면의 질 결정요소(S3)와의 관계를 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
한편, 수면의 질은 수면을 취한 후 기상을 하기 바로 전(수면 완료 전) 어떠한 수면 상태에 있었는지에 따라서도 크게 좌우된다. 일반적으로 얕은수면 상태에서 기상을 하는 경우가 깊은수면 상태에서 기상을 하는 경우보다 수면의 질을 높일 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 기상시 얕은 수면 상태에 있었는지를 상기 호흡수, 심박수 또는 호흡수와 심박수의 조합을 이용하여 결정한 후, 기상 시 얕은수면 상태인 경우 소정의 값을 부과함으로써 수면의 질 결정요소(S4)로 정한다. 예를 들어, 상기 소정의 값은 얕은수면 상태로 기상하는 경우 1로 설정하고, 얕은수면 이외의 상태로 기상하는 경우 0으로 설정하여 수면의 질 결정요소로 삼는다. 이를 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기에서 설명한 수면의 질 결정요소들을 조합하여 수면의 질을 점수로 산정할 수도 있다. 즉, 상기 제어부(17)는 전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 제1요소(S1)를 구하고, 이 경우 상기 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부(11)로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고, 상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 제2요소(S2)를 구하며, 상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 제3요소(S3)를 구하고, 수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 얕은수면 상태인 경우 1의 값을 갖는 제4요소(S4)를 구한다. 이후, 상기 제어부(17)는 상기 구해진 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대해 각각 소정의 가중치를 설정한 후 합산하여 수면의 질을 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 소정의 가중치는 상기 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대해 각각 20, 30, 20 및 30으로 하여, 다음의 수학식 5와 같이 수면의 질(P)을 결정한다.
Figure pat00005
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수면의 질 결정 방법에 대한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 생체정보 측정단계(S51)에서는 센서부로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 센서부는 압전 소자(피에조 센서)로 이루어질 수 있다.
필터링 단계(S52)에서는 필터부로 상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력한다.
수면의 질 결정단계(S53)에서는 제어부로 상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정한다.
출력단계(S54)에서는 출력부로 상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력한다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서 상기 제어부는 상기 측정된 심박수 또는 호흡수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 깊은 수면을 취하는 시간인 깊은수면시간을 결정하고, 상기 측정된 움직임수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 수면에 든 시간인 순수수면시간을 결정하며, 상기 심박수, 호흡수, 움직임수, 깊은수면시간 및 순수수면시간 중 적어도 하나로부터 미리 정해진 값에 따라 수면의 질을 결정한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 도 5에 따른 실시 예에서, 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고, 상기 제어부는 상기 전체수면시간(Stt)에 대한 상기 순수수면시간(Sp)의 비율로 표현되는 상기 수학식 1에 따라 수면의 질을 결정하는 요소(S1)로 삼는다.
나아가, 본 발명의 일 실시 예는 도 5에 따른 실시 예에서, 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서 상기 제어부는 상기 순수수면시간(Sp)에 대한 상기 깊은수면시간(Snr)의 비율로 표현되는 상기 수학식 2에 따라 수면의 질을 결정하는 요소(S2)로 삼는다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 도 5에 따른 실시 예에서, 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서 상기 제어부는 상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 표현되는 상기 수학식 3에 따라 수면의 질을 결정하는 요소(S3)로 삼는다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 도 5에 따른 실시 예에서, 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서 상기 제어부는 수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 얕은수면 상태인 경우 소정의 값으로 수면의 질을 결정하는 요소로 삼는다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 실시 예들에서 수면의 질을 결정하는 요소를 조합하여 수면의 질을 결정한다. 즉, 상기 수면의 질 결정단계(S53)에서, 상기 전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 제1요소(S1)를 구하고, 이 경우 상기 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고, 상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 제2요소(S2)를 구하며, 상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 제3요소(S3)를 구하고, 수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 다음의 수학식
Figure pat00006
에 따라 제4요소(S4) 구하며, 상기 구해진 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대해 각각 소정의 가중치를 설정한 후 합산하여 수면의 질을 결정한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에서 상기 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대한 소정의 가중치는 각각 20, 30, 20 및 30으로 하여 상기 수학식 5에 따라 수면의 질(P)을 결정한다.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부;
    상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력하는 필터부;
    상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 압전 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 심박수 또는 호흡수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 깊은 수면을 취하는 시간인 깊은수면시간을 결정하고, 상기 측정된 움직임수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 수면에 든 시간인 순수수면시간을 결정하며, 상기 심박수, 호흡수, 움직임수, 깊은수면시간 및 순수수면시간 중 적어도 하나로부터 미리 정해진 값에 따라 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고,
    상기 제어부는 상기 전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00007
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Sp는 상기 순수수면시간을 나타내며, Stt는 상기 전체수면시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00008
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Snr은 상기 깊은수면시간을 나타내며, Sp는 상기 순수수면시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00009
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Sp는 상기 순수수면시간을 나타내며, Saf는 상기 각성횟수를 나타내고, Sat는 상기 각성시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 얕은수면 상태인 경우 소정의 값으로 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  8. 제3항에 있어서 상기 제어부는,
    전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 제1요소(S1)를 구하고, 이 경우 상기 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고,
    상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 제2요소(S2)를 구하며,
    상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 제3요소(S3)를 구하고,
    수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 다음의 수학식
    Figure pat00010
    에 따라 제4요소(S4)를 구하며,
    상기 구해진 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대해 각각 소정의 가중치를 설정한 후 합산하여 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대한 소정의 가중치는 각각 20, 30, 20 및 30으로 하여 다음의 수학식
    Figure pat00011
    으로 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 장치.
  10. 센서부로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호, 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 생체정보 측정단계;
    필터부로 상기 센서부로부터 측정된 원신호로부터 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 소정의 주파수에 따라 서로 구분하여 출력하는 필터링단계;
    제어부로 상기 필터부에 의해 출력된 심박신호로부터 심박수를 측정하고, 상기 필터부에 의해 출력된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하며, 상기 필터부에 의해 출력된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하고, 상기 측정된 심박수, 호흡수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 수면의 질을 결정하는 수면의 질 결정단계; 및
    출력부로 상기 제어부에 의해 결정된 수면의 질에 대한 결과를 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 생체정보 측정단계는 압전 소자로 이루어진 센서부로 상기 원신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수면의 질 결정단계에서 상기 제어부로 상기 측정된 심박수 또는 호흡수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 깊은 수면을 취하는 시간인 깊은수면시간을 결정하고, 상기 측정된 움직임수로부터 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자가 수면에 든 시간인 순수수면시간을 결정하며, 상기 심박수, 호흡수, 움직임수, 깊은수면시간 및 순수수면시간 중 적어도 하나로부터 미리 정해진 값에 따라 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수면의 질 결정단계에서 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고,
    상기 제어부로 상기 전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00012
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Sp는 상기 순수수면시간을 나타내며, Stt는 상기 전체수면시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 수면의 질 결정단계에서 상기 제어부로 상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00013
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Snr은 상기 깊은수면시간을 나타내며, Sp는 상기 순수수면시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 수면의 질 결정단계에서 상기 제어부로 상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 표현되는 다음의 수학식
    Figure pat00014
    으로 수면의 질을 결정하고, 여기에서 Sp는 상기 순수수면시간을 나타내며, Saf는 상기 각성횟수를 나타내고, Sat는 상기 각성시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 수면의 질 결정단계에서 상기 제어부로 수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 얕은수면 상태인 경우 소정의 값으로 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  17. 제12항에 있어서 상기 수면의 질 결정단계에서 상기 제어부로,
    전체수면시간에 대한 상기 순수수면시간의 비율로 제1요소(S1)를 구하고, 이 경우 상기 전체수면시간은 사용자가 상기 장치에 눕거나 기대어 상기 센서부로부터 상기 원신호가 출력되는 시점부터 수면에 드는 시점까지의 시간인 수면잠복시간과 상기 순수수면시간의 합으로 이루어지고,
    상기 순수수면시간에 대한 상기 깊은수면시간의 비율로 제2요소(S2)를 구하며,
    상기 호흡수를 이용하여 소정의 호흡수 범위 이외의 호흡수를 보이는 무호흡 및 이상호흡의 합산 시간인 각성시간을 결정하고, 상기 무호흡 및 이상호흡에 의해 유발되는 각성횟수를 결정하며, 상기 순수수면시간에 대해 상기 순수수면시간에서 상기 각성시간 및 각성횟수를 뺀 값이 차지하는 비율로 제3요소(S3)를 구하고,
    수면 완료 시 얕은수면 상태인지를 결정하고, 다음의 수학식
    Figure pat00015
    에 따라 제4요소(S4)를 구하며,
    상기 구해진 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대해 각각 소정의 가중치를 설정한 후 합산하여 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제어부로 상기 제1요소(S1), 제2요소(S2), 제3요소(S3) 및 제4요소(S4)에 대한 소정의 가중치는 각각 20, 30, 20 및 30으로 하여 다음의 수학식
    Figure pat00016
    으로 수면의 질을 결정하는 것을 특징으로 하는 수면의 질 결정 방법.
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