KR20120056655A

KR20120056655A - 수면 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120056655A
Application number: KR1020100118301A
Authority: KR
Inventors: 김희선; 임재중; 김현정
Original assignee: (주)유엔씨
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-06-04
Also published as: KR101234821B1

Abstract

본 발명은 사용자의 구속하지 않도록 무구속으로 수면상태의 호흡, 저호흡, 무호흡 등을 검출하여 수면상태를 판단하고, 이 수면상태의 판단에 따라 수면자세를 변형하여 숙면을 취할 수 있는 수면 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 장치는 사용자의 수면상태정보를 검출하는 제1센서부와 사용자의 수면소리정보를 검출하는 제2센서부 및 상기 사용자의 주위의 잡음을 센싱하는 제3센서부로 구성되어 상기 각각의 센서부에서 검출되는 센싱정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서부와; 상기 센서부에서 출력되는 전기적 신호에 대응되어 상기 사용자의 위치, 사용자의 수면상태 및 주위의 잡음을 판단하여 수면정보를 송출하는 신호처리부와; 상기 신호처리부에서 송출되는 수면정보를 수신하여 출력되는 신호에 따라 상기 사용자의 검출위치에 대한 수면자세를 변형토록 하는 구동제어신호, 설정시간 경과 후에 상기 구동제어신호에 따라 가변된 위치를 복귀토록 하는 복귀제어신호 및 수면정보를 처리토록하는 정보처리제어신호를 발생시키는 제어부와; 상기 제어부의 구동제어신호와 복귀제어신호에 각각 대응되어 동작되는 수면제어부와; 상기 수면제어부의 제어에 따라 구동되는 구동부와; 상기 구동부의 변형범위, 상기 구동부가 동작되도록 하는 동작시간, 복귀제어신호시의 설정시간, 상기 센서부의 센서 감도 및 상기 사용자의 몸무게를 상기 제어부로 입력하기 위한 조작부 및 상기 제어부의 정보처리 제어신호에 따라 수면정보를 처리하는 정보처리부;로 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 수면에 사용되는 베개, 매트리스 등의 내부에 장착함으로써 수면 중 신체에 센서를 부착하거나 착용해야 하는 불편을 주지 않으므로 수면에 따른 불편함이 없어서 숙면을 취할 수 있도록 유도할 수 있으며, 다수개의 센서를 통해 사용자를 깨우지 않고도 이 사용자의 위치를 정확히 검출하여 사용자의 위치가 검출된 부분에만 부분적으로 구동되도록 공기를 주입하여 사용자의 자세를 바르게 유도할 수 있다. 또한, 기상 후 수면 상태에 대한 분석을 통하여 정량적인 지표를 제공함으로써 수면장애로 인한 피로, 집중력 저하 등을 개선하여 생산성 향상을 통한 경제적 효과뿐만 아니라 개인의 건강관리와 연계하여 의료비 절감의 효과를 가져 올 수 있을 것이다.

Description

수면 제어 장치 및 방법{Controlling Apparatus for Comfort Sleeping and Its Method}

본 발명은 수면 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무구속 상태에서 사용자의 수면상태의 호흡, 저호흡, 무호흡 등을 검출하여 수면상태를 판단하고, 이 판단결과에 따라 편안한 수면자세를 유도하여 숙면을 취할 수 있도록 하는 수면 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

현대 사회는 조명, 소음공해 등의 원인으로 수면이상 또는 수면장애를 가진 사람들이 증가하고 있으며, 이러한 수면의 질적 저하는 신체적 밸런스를 무너뜨리거나 여러 가지 질환의 근원이 되기도 하며, 집중력과 성취도를 저하시킨다.

운전자의 경우에는 판단저하 및 졸음에 의한 사고로 연결될 수 있는데, 특히 졸음운전은 대형사고의 원인이 되기도 한다.

숙면을 취하지 못하는 불면증은 보통 사람의 경우 3명 중 1명은 일생 동안 한 번 이상 겪고 있으며, 남성보다는 여성이 조금 많고 나이가 들어 65세가 넘어가면 이전보다 1.5배 정도 증가되는 것으로 알려져 있다.

수면장애로 병원치료를 요하는 환자는 전체 인구 중에서 10%이지만 이 환자들 중에서 5%만이 전문의를 찾는 것이 큰 문제이다.

한편, 수면장애 중에서 가장 흔하며 심각함에도 불구하고 간과되고 있는 증상이 코골이 및 폐쇄성 수면 무호흡증인데, 이 증상으로 낮에 과도하게 졸음이 오거나 또는 피로와 집중력 저하 등의 증세가 나타난다. 이 증상으로 병원을 찾은 40세 이후 중년 성인을 대상으로 한 연구 결과에 의하면 코골이 및 폐쇄성 수면 무호흡증은 비만과 무관하게 고혈압, 심장병, 뇌졸중의 독립된 위험인자로 밝혀졌으며, 이 증상을 가진자가 운전을 하게 되는 경우 교통사고에 따른 위험률도 정상인에 비해 7배나 높은 것으로 보고되고 있다.

특히, 이러한 생체 신호의 분석에 의한 수면심도의 분류뿐만 아니라 코골이도 수면을 방해하는 생활 습관병으로 분류되고 있는데 역학조사에 의하면 코골이는 단순한 수면방해 뿐만 아니라 수면무호흡증으로 발전할 가능성이 크고 심혈관계, 뇌혈관 관련 질환, 고혈압, 당뇨병 등의 원인이 되고 있으며, 비만인구의 증가로 인해 이러한 코골이 환자가 계속적으로 증가하고 있다.

이러한 이유로 주어진 시간 내에 숙면을 취할 수 있는 수면방법을 찾거나 가장 편안하고 쾌적하게 잠잘 수 있는 수면환경을 개선하기 위해 수면 중 발생하는 인간의 신체 또는 정신적인 변화를 측정, 판단할 수 있는 여러 가지 방법들이 시행되고 있다.

현재 수면 상태의 판단을 위한 수면다원검사에 있어서는 심전도, 뇌파, 호흡, 산소포화도, 근전도, 안구운동, 몸 뒤척임 등을 검출하여 검출파형으로부터 수면심도를 추정하는 방법이 사용되고 있는데, 이러한 검사를 위해서는 병원에서 다수의 센서들을 직접 피부에 부착하여야 할 뿐만 아니라, 이들 검사는 수면 상태에 대한 평가만을 위한 것으로 수면 중 발생되는 이상 현상에 대한 대처를 위한 것은 아니며, 이에 따라 즉각적인 대처가 불가능하다는 단점이 있다. 따라서 수면 중 코골이나 수면 무호흡증 등이 발생 되었을 때 이를 감지하여 이로부터 벗어날 수 있는 조건을 유도하는 장치의 개발이 요구된다.

이러한 요구에 부응하여 수면 중 발생될 수 있는 이상현상에 대해 즉각적인 대처를 위해 코골이나 수면 무호흡증을 인지하여 사용자의 자세를 변경함으로써 코골이를 경감시키거나 수면 무호흡증을 방지하기 위한 장치들이 개발되고 있으나, 기 개발된 장치들은 사용자의 몸에 각종 센서들을 부착하고 수면하도록 하는 것으로, 수면 중 이 센서들이 사용자의 몸에서 이탈될 가능성이 크며, 특히 불면증에 시달리는 이러한 환자들에 몸에 부착되는 각 센서들에 의해 더욱 수면이 방해되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 사용자의 신체에 직접 접촉하지 않고 근접접촉으로 사용자의 수면 상태를 파악하여 무호흡 또는 코골이를 경감하도록 하는 장치로서 등록특허 제742744호(무호흡 방지 및 코골이 경감 장치)가 알려져 있다.

상기 문헌에 제안된 장치는 첨부된 도면의 도 1에 도시된 바와 같이, 수면 자세를 고쳐주는 에어 패드(10a), 에어 튜브를 통해 전달되는 호흡을 전기적인 신호로 변환하는 센서(10c)와, 호흡 감지신호를 복수의 대역별로 필터링하여 심박/호흡/코골이 판단용 신호로 출력하는 대역 필터부(11)와, 기능 및 모드 변환신호를 입력하기 위한 기능 입력부(10g)와, 기능 입력부에서 입력된 신호에 대응하여 제어신호를 발생하는 중앙처리장치(10e)와, 구동부(12)에서 출력되는 공기 주입 신호에 따라 에어 패드(10a)에 공기를 주입하는 펌프를 구동시키는 모터(13a)와, 구동부(12)에서 출력되는 배기 제어신호에 따라 배기 밸브를 개폐하는 배기 솔레노이드(13b)로 구성된다.

그런데, 상기의 장치는 사용자가 수면중에 뒤척임 등에 의해 사용자의 자세가 변경되어도 이를 검출하는 수단이 없으며, 이에 사용자의 자세 변화에 대하여 코골이 또는 무호흡을 검출한다 하더라도 자세 변경에 대한 고려가 전혀 없어서 사용자의 수면 자세를 변형할 수 없는 문제점이 있다. 예를 들어 베개를 사용하여 수면하는 중에 베개의 가장자리에 머리가 놓인 상태에서 코골이를 감지하여 자세변형을 위해 에어패드를 팽창시키면, 사용자의 머리는 베개에서 이탈될 수 있어서 수면자세가 더욱 악화될 수 있고, 더욱이 이후의 수면중에는 사용자의 코골이 및 무호흡을 검출할 수 없다는 것이다.

즉, 상기 문헌은 수면 자세가 변동되어도 변동된 위치 검출에 따른 적절한 자세로 유도할 수 있는 방향이 제시되어 있지 않아 사용자의 자세가 변경된 이후에는 코골이를 경감시키거나 무호흡을 방지할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 수면중에는 사용자 주위에 문을 여닫는 소리, 사용자 근처의 다른 수면자의 뒤척임 등이 발생될 수 있으며, 이 주위의 잡음 등에 의해서 사용자의 수면상태를 정확히 판단할 수 없고, 이에 잡음에 의해서 자세를 변형시키기 위한 불필요한 작동이 빈번히 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 사용자의 신체에 직접 접촉하지 않고도 간접접촉으로 수면 상태를 파악할 수 있고, 사용자의 수면자세를 검출하여 이에 높낮이를 적절히 변형함으로써 수면자세를 변형하여 코골이를 경감시키고 무호흡을 방지할 수 있는 수면 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 사용자의 주의에서 발생되는 잡음과 사용자가 발생시키는 수면정보를 적절히 검출하여 사용자 주위에서 발생되는 잡음에 의해 수면제어 장치의 동작을 제어하여 불필요한 동작에 의해서 사용자의 수면을 방해하지 않는 수면 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적에 따른 장치는 사용자의 수면상태정보를 검출하는 제1센서부(110)와 사용자의 수면소리정보를 검출하는 제2센서부(120) 및 상기 사용자의 주위소리를 검출하는 제3센서부(130)로 구성되어 상기 각각의 센서부(110, 120, 130)에서 검출되는 센싱정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서부(100)와; 상기 센서부(100)에서 출력되는 전기적 신호에 대응되어 상기 사용자의 위치, 사용자의 수면상태 및 주위의 잡음을 판단하여 주위 잡음에 동작하지 않도록 하되 사용자의 수면상태정보를 송출하는 신호처리부(200)와; 상기 신호처리부(200)에서 송출되는 수면정보를 수신하여 상기 수면정보에서 사용자의 위치를 검출하고 수면자세를 변형토록 하는 구동제어신호, 설정시간 경과 후에 상기 구동제어신호에 따라 가변된 위치를 복귀토록 하는 복귀제어신호 및 수면정보를 처리토록하는 정보처리제어신호를 발생시키는 제어부(300)와; 상기 제어부(300)의 구동제어신호와 복귀제어신호에 각각 대응되어 동작되는 수면제어부(400)와; 상기 수면제어부(400)의 제어에 따라 구동되는 구동부(500)와; 상기 제어부(300)를 제어하기 위해 데이터를 입력하는 조작부(700) 및 상기 제어부(700)의 정보처리 제어신호에 따라 수면정보를 처리하는 정보처리부(600);로 구성하는 것에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 목적에 따른 방법은 사용자의 수면정보를 센싱하여 수집하는 수면정보수집 단계(S10)와; 상기 수면정보수집 단계(S10)에서 수집된 정보 중에서 잡음에 의한 정보인지를 판단하는 잡음확인 단계(S20)와; 상기 잡음확인 단계(S20)의 결과 잡음이 아닌 것으로 판단되면, 무호흡, 이갈이, 코골이 상태인 것으로 판단하여 수면자세를 변형하는 수면자세변형 단계(S30)와; 상기 수면자세변형 단계(S30) 이후에 수면이상이 계속되는지 확인하는 수면이상지속확인 단계(S50)와; 상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되는 것으로 판단되면, 수면자세의 변형값을 증가시키는 수면자세변형증가 단계(S60) 및 상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되지 않으면, 상기 수면자세변형 단계(S30)에서 변형값을 초기값으로 복귀하는 변형복귀 단계(S70);를 구비하는 것에 의해 달성된다.

본 발명은 센서를 수면에 사용되는 베개, 매트리스 등의 내부에 장착함으로써 수면 중 사용자의 몸에 직접 센서를 부착하거나 착용하지 않으므로 수면시에 불편함이 제거되어 숙면을 유도할 수 있으며, 또한 다수개의 센서를 통해 사용자의 수면 위치를 정확히 검출하여 이 검출된 위치에 적절한 제어에 의해 수면자세를 변형할 수 있다.

또한, 본 발명은 사용자의 기상 후 수면 상태에 대한 분석을 통해 정량적인 지표를 제공함으로써 수면장애로 인한 피로, 집중력 저하 등을 개선할 수 있다.

도 1은 종래 무호흡 방지 및 코골이 경감 장치의 구성 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 수면 제어 장치의 구성을 보인 블록도,
도 3은 본 발명의 에어백에 의해 수면자세를 변형하기 위한 베개의 구성도,
도 4는 본 발명의 롤링판에 의해 수면자세를 변형하기 위한 베개의 구성도,
도 4a는 목 올림판의 다른 구성을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 에어백에 의해 수면자세를 변형하기 위한 매트리스의 사시도(a) 및 단면도(b),
도 6은 본 발명의 롤링판에 의해 수면자세를 변형하기 위한 매트리스의 사시도(a) 및 단면도(b),
도 7은 본 발명에 따른 수면 제어 방법의 흐름도,
도 7a는 도 7의 ⓐ에 대한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수면 제어 장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 사용자의 구속하지 않도록 무구속으로 수면상태의 호흡, 저호흡, 무호흡 등을 검출하여 수면상태를 판단하고, 이 수면상태의 판단에 따라 수면자세를 변형하여 숙면을 취할 수 있는 수면 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 수면 제어 장치의 구성을 보인 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 센서부(100), 신호처리부(200), 제어부(300), 수면제어부(400), 구동부(500), 정보처리부(600) 및 조작부(700)으로 구성된다.

센서부(100)는 제1센서부(110), 제2센서부(120) 및 제3센서부(130)을 구성되며, 제1센서부(110)는 사용자의 수면상태정보를 검출하는 것으로서, 사용자의 몸무게에 따라 눌림에 의한 압력, 호흡에 의한 호흡패턴, 뒤척임에 의한 압력 및 맥박의 수면상태정보를 센싱하는 압력센서(111)를 포함하여 구성된다.

이 압력센서(111)는 적어도 2개 이상의 복수 개로 구성되어 상기 사용자의 수면위치를 검출할 수 있도록 하여, 사용자가 수면 중에 무의식적인 뒤척임에 의해서 변위되어도 변위된 위치를 검출할 수 있도록 복수 개 마련된다.

제2센서부(120)는 사용자의 수면소리정보를 검출하는 것으로서, 사용자의 코골이, 이갈이, 호흡 및 뒤척임의 수면소리정보를 센싱하는 진동센서(121)를 포함하여 구성된다.

또한 제3센서부(130)는 사용자의 주위소리를 검출하는 것으로서, 사용자의 주위 소리를 센싱하는 진동센서(131)를 포함하여 구성된다.

상기 제1센서부(110) 및 제2센서부(120) 사용자의 신체에 직접 접촉하지 않도록 하되 사용자의 수면정보를 검출할 수 있도록 적절히 배치되며, 베개 또는 매트리스 등의 내부에 설치된다.

제3센서부(130)는 사용자의 주위에 설치되어 사용자 주위의 잡음을 효과적으로 검출할 수 있는 위치에 설치된다.

이 센서부(100)에는 정확한 수면정보 및 잡음을 검출하기 위해 주파수 필터(도면에 미표시)를 사용하여 검출할 수 있다.

신호처리부(200)는 센서부(100)에서 출력되는 전기적 신호에 대응되어 상기 사용자의 위치, 사용자의 수면상태 및 주위의 잡음을 판단하여 수면정보를 송출하는 것으로서, 상기 복수 개로 설치되는 압력센서(111) 중에서 사용자에 의한 무게의 압력이 검출된 위치의 압력센서(111)를 상기 사용자의 위치로 판단하고, 상기 판단된 압력센서(111)를 제어부(300)로 송출한다.

이 신호처리부(200)는 사용자의 주위에서 발생되는 잡음에 대하여 잡음에 대해서는 수면자세를 변형하지 않도록 하여 필요없는 동작이 되지 않도록 하는데, 이는 제2센서부(120)에서 검출된 수면소리정보로 하는 제2진폭과 상기 제3센서부(130)에서 검출된 주위소리로 하는 제3진폭을 비교하여 제3진폭보다 제2진폭이 클 경우에만 상기 제2센서부에서 검출된 수면소리정보를 유효한 정보로 판단하여 이때 제1센서부(110) 및 제2센서부(120)에서 검출된 정보를 출력하도록 한다.

즉, 신호처리부(200)는 제1센서부(110) 및 제2센서부(120)를 통해 사용자의 수면정보(코골이, 이갈이, 호흡소리, 맥박, 호흡패턴 및 몸 뒤척임 등)를 검출할 뿐만 아니라 제3센서부(130)를 통하여 사용자 주위의 잡음을 동시에 검출하여 잡음의 신호가 클 경우에는 수면자세를 변형하지 않도록 구성된다. 따라서 제1센서부(110) 및 제2센서부(120)는 사용자의 수면정보를 검출하기 위한 최적의 위치에 설치될 수 있으며, 제3센서부(130)는 사용자의 주의 잡음을 검출할 수 있도록 최적의 위치에 설치될 수 있다.

제어부(300)는 신호처리부(200)에서 송출되는 수면정보를 수신하여 출력되는 신호에 따라 상기 사용자의 검출위치에 대한 수면자세를 변형토록 하는 구동제어신호, 설정시간 경과 후에 상기 구동제어신호에 따라 가변된 위치를 복귀토록 하는 복귀제어신호 및 수면정보를 처리토록하는 정보처리제어신호를 발생시키며, 신호처리부(200)에서 판단된 수면위치에 해당되는 상기 구동부(500)를 구동하도록 상기 수면제어부(400)를 제어한다. 이에, 구동부(500)와 압력센서(111)는 하나의 쌍으로 구성될 수 있으며, 사용자의 위치가 검출된 압력센서(111)의 구동부(500)를 작동하여 사용자의 수면자세를 변형하도록 유도할 수 있다.

또한, 제어부(300)는 신호제어부(200)에서 송출되는 수면정보에 따라서 수면 시간, 코골이 지속 시간, 무호흡 시간, 뒤척임, 수면습관 및 숙면 시간 중에서 선택된 하나 이상의 정보를 수면지표로 하여 표시하도록 제어한다.

한편, 본 발명은 수면중에서 발생될 수 있는 돌연사의 원인 중에 하나인 무호흡에 대해서는 소음을 발생하여 이를 해결하도록 한다.

이에, 제어부(300)의 제어신호에 의해 소음이 발생되는 스피커(800)를 더 포함하고, 이 제어부(300)는 신호처리부(200)로부터 수신되는 수면정보 중에서 무호흡 시간이 일정시간 지속되는 경우를 위험상황으로 판단할 수 있으며, 수면자세 변형에 효과가 없을 경우 스피커(800)로 소음을 발생하여 사용자를 깨우도록 구성될 수 있다. 이 스피커(800)는 사용자를 잠에서 깨어나기 용이하도록 사용자에 근접한 배게(1) 또는 매트리스(2) 등에 설치될 수 있다.

수면제어부(300)는 제어부(300)의 구동제어신호와 복귀제어신호에 각각 대응되어 동작되는 것으로서, 전기에너지의 인가로 공기를 주입하거나 배출하는 에어펌프(410) 또는 수면제어부(400)는 전기에너지의 인가로 회전에너지로 전환하는 모터(420)로 구성될 수 있으며, 도면에 도시하지는 않았으나, 전기에너지의 인가로 길이가 가변되는 액추에이터(actuator), 나사의 조임과 풀림에 의해 승하강이 가능한 시저스 리프트(scissors lift), 에어 실린더 등 다양하게 구성될 수 있다.

조작부(700)는 구동부(500)의 사용자의 체형, 몸무게 등에 따라 수면조건을 변경하는 경우에 이를 제어부(300)로 입력하기 위한 입력장치이다.이 조작부(700)를 통해 입력되는 기능은 구동부(500)가 변형되는 변형범위, 구동부(500)가 동작되도록 하는 시작 및 종료의 동작시간, 구동부가 변형되어 일정시간 경과 후 복귀하는 복귀제어신호시 까지의 설정시간, 센서부(100)의 센서 감도 및 상기 사용자의 몸무게 등을 입력할 수 있도록 구성될 수 있다.

정보처리부(600)는 제어부(700)의 정보처리 제어신호에 따라 수면정보를 처리하는 것으로서, 제어부(300)의 정보처리제어신호에 따라 화면에 디스플레이하는 출력부(610)와; 수면정보를 저장하는 저장부(620) 및 외부로의 수면정보를 전송하는 통신부(630)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 통신부(630)를 통해 외부로 전송되는 수면정보는 상기 제어부(300)에서 계산된 수면지표가 될 수 있으며, 통신부(630)의 통신은 유/무선 중에서 선택될 수 있다. 즉, 수면지표는 유/무선 통신에 의해 컴퓨터/이동통신 단말기로 전송되고, 컴퓨터/이동통신 단말기는 이 전송받은 수면지표에 대한 추가 분석을 수행하거나 병원 또는 사용자의 보호자 등에 분석 결과를 전송할 수 있는 응용 프로그램을 포함할 수 있고, 병원 등의 전문의가 전송된 수면평가를 하기 위한 자료로 활용 되도록 유도할 수 있다.

한편, 수면제어부(400)의 제어에 따라 구동되는 구동부(500)가 구비되는데, 이 구동부(500)는 사용자의 수면자세를 변형토록하는 것으로서, 에어펌프(410)의 구동에 의해서 팽창되거나 수축되는 에어백(510) 또는 모터(420)의 구동에 의해서 승하강이 가능한 롤링판(520) 등으로 구성될 수 있다.

이 에어백(510)과 상기 제1센서부(110)는 복수 개 구비되되, 상기 에어백(510)과 상기 제1센서부(110)는 서로 대응되도록 구비되어 사용자의 자세변화를 제1센서부(110)에서 검출하되 이 검출된 자세의 위치에 대응되는 에어백(510)를 팽창하여 사용자의 자세를 변화시킬 수 있다.

상기 롤링판(520)이 베개(1)에 설치되는 경우에는 머리의 형상에 따라 일정한 굴곡을 가지도록 하며, 매트리스(2)에 설치되는 경우에는 등의 현상에 따라 일정한 굴곡을 가지도록 구성될 수 있다.

변형범위는 상기 조작부(700)에서 입력된 변형범위 및 설정시간 이내에서 이루어지되, 변형범위가 크면 사용자의 머리가 베개(1) 또는 매트리스(2)에서 이탈될 가능성이 있으므로, 에어백(510)의 팽창 높이는 2 내지 10cm이하로 제한되며, 팽창되는 폭은 5 내지 6cm으로 제한될 수 있으며, 이때 팽창의 지속 시간은 30초 이상지속되도록 구성될 수 있다.

이 팽창 높이는 롤링판(520)의 상하이동거리로도 이용될 수 있다.

구동부(500)는 사용자의 수면을 돕는 구조물의 내부에 설치되며, 이 구조물에는 소정의 두께를 가지는 베개(1) 및 매트리스(2) 중에서 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

도 3 내지 도 6은 각각 에어백(510)과 롤링판(520)을 구비한 베개 및 매트리스를 도시한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 베개(1)에 내장된 센서부(100)로부터 사용자의 머리로부터 인가되는 압력, 코골이, 이갈이, 호흡소리 및 몸 뒤척임을 검출하고, 매트리스 및 패드에 내장된 센서로부터는 사용자의 몸무게에 의한 압력, 호흡패턴, 맥박 및 몸 뒤척임을 검출하도록 구성된다.

이는, 머리가 베개(1)에 위치하였을 때 제1센서부(110)는 사용자의 머리 무게에 의해 인가되는 압력을 검출하며, 제2센서부(120)는 코를 골거나 이를 갈 때의 소리가 두개골을 따라 전달되는 두개골의 미세한 진동, 그리고 사용자의 호흡에 의해 기관을 따라 전달되는 공기의 움직임에 의한 소리를 검출하는 하나 이상의 진동 센서(121)를 이용하여 검출한다.

머리의 무게에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 센서로는 압력센서(111)를 들 수 있으며, 코골이, 이갈이, 호흡소리를 검출하기 위한 센서로는 압전 필름을 사용하는 진동센서(121) 등이 있고, 이들 센서를 베개(1)의 내부에 삽입하려면 압력 및 진동의 원활한 전달이 될 수 있는 구조를 갖추어야 한다.

즉, 베개(1)는 신축성을 가진 재질로 만들어지는 경우, 사용자의 머리 무게에 의한 압력 및 두개골의 진동이나 움직임이 베개 재료에 흡수되어 검출하기가 어려우므로 센서가 삽입되는 롤링판(520)을 만들고 그 내부에 센서를 삽입하여 베개(1) 내부에 배치하는 형태가 될 수 있다.

도 4는 본 발명의 롤링판에 의해 수면자세를 변형하기 위한 베개의 구성도를 도시한 것으로, 롤링판(520)의 양 측면 하부에는 전기 에너지의 인가로 상기 롤링판(520)을 각각 승하강시키는 모터(420)가 구비되며, 상기 모터(420)를 대신하여 실린더 또는 시저스 리프트 등이 이용될 수 있다.

또한, 사용자 목 부위의 높이를 변형하기 위해 목 올림판(521)이 더 구비될 수 있으며, 이 목 올림판(521) 역시 모터(420)의 구동에 의해 승하강이 되도록 구성될 수 있다.

도 4a는 목 올림판(521)의 다른 구성을 나타낸 것으로, 그 구성은 상판(521a)과 하판(521b)이 고정 지지대(521c)에 의해 고정되는 형태이며, 이때 센서부(100)는 수면 중 사용자의 머리 무게, 코골이, 이갈이, 호흡, 움직임 등에 따른 신호를 검출하고, 검출된 신호를 분석하여 사용자의 수면 중 생체정보의 변화를 판단할 수 있다.

여기서 제1센서부(110)의 압력센서(111)는 상기 상판(521a)의 좌우측에 위치하도록 하여 두 압력센서 출력을 비교하여 사용자 머리의 무게 중심을 계산함으로써 사용자 머리의 위치를 판단하게 된다.

도 5는 본 발명의 에어백에 의해 수면자세를 변형하기 위한 매트리스의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 롤링판에 의해 수면자세를 변형하기 위한 매트리스의 분해 사시도이다.

매트리스(2)에 사용자가 누웠을 때에는 매트리스(2)에 내장된 제1센서부(110)로부터 몸무게에 의해 인가되는 압력을 검출하며, 제2센서부(120)로부터 심장 박동에 의한 미세한 몸 움직임, 호흡에 의한 호흡 패턴의 변화, 몸 뒤척임에 의한 움직임 신호의 변화가 검출된다.

상기 베개(1)와 동일하게 몸무게에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 센서로는 압력센서(111)가 이용될 수 있으며, 이는 사용자마다 몸무게와 수면을 취하는 자세가 다름에 따라 발생될 수 있는데, 이 수면 정보의 부정확성을 보완하기 위한 방안으로, 조작부(700)의 조작으로 사용자의 맥박수 및 호흡 패턴 등을 입력할 수 있다.

맥박수, 호흡 패턴, 몸 뒤척임에 의한 신호는 압력센서(111)와 압전필름(도면에 미표시)를 이용하여 검출할 수 있으며, 이들 센서들은 매트리스에 내장하거나 몸의 움직임에 의한 압력 변화가 원활히 전달될 수 있는 배치로 설치된다.

다음으로, 사용자가 숙면을 취하도록 하는 수면 제어 방법에 대해서 첨부된 도면의 도 7을 통하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 수면 제어 방법의 흐름도를 나타낸 것으로, 각 단계에 대해서 설명한다.

(1) 수면정보수집 단계(S10)

수면정보수집 단계(S10)는 사용자의 수면정보를 센싱하여 수집하는 단계로서, 센서부(100)의 제1센서부(110), 제2센서부(120) 및 제3센서부(130)를 통해 각각 사용자의 수면상태정보, 사용자의 수면소리정보 및 사용자의 주위소리를 검출하는 단계이다.

(2) 잡음확인 단계(S20)

잡음확인 단계(S20)는 상기 수면정보수집 단계(S10)에서 수집된 정보 중에서 잡음에 의한 정보인지를 판단하는 단계로서, 제2센서부(120)에서 검출된 수면소리정보로 하는 제2진폭과 상기 제3센서부(130)에서 검출된 주위소리로 하는 제3진폭을 비교하여 상기 제3진폭보다 제2진폭이 클 경우에만 상기 제2센서부에서 검출된 수면소리정보를 유효한 정보로 판단하는 단계이다.

(3) 수면자세변형 단계(S30)

수면자세변형 단계(S30)는 상기 잡음확인 단계(S20)의 결과 잡음이 아닌 것으로 판단되면, 무호흡, 이갈이, 코골이 상태인 것으로 판단하여 수면자세를 변형하는 단계로서, 제어부(300)에서 상기 판단된 수면위치에 해당되는 상기 구동부(500)를 구동하도록 상기 수면제어부(400)를 제어하여 구동부(500)가 구동되도록 하는 단계이다. 이 단계에서 사용자의 수면자세가 변형되어 코골이 등을 경감시키거나 무호흡을 방지한다.

(4) 수면지표저장 단계(S40)

수면지표저장 단계(S40)는 상기 수면자세변형 단계(S30)에서 무호흡, 이갈이, 코골이 상태의 시간을 수면 시간, 코골이 지속 시간, 무호흡 시간, 뒤척임, 수면 습관, 숙면 시간 중에서 선택된 하나 이상의 정보를 적산하여 수면정보를 수면지표로 저장하는 단계이며, 이 저장된 정보는 사용자가 수면에서 깨어났을 경우 자신의 수면정보를 확인할 수 있고, 이에 더하여 이 수면지표를 전문의에게 전송토록 하여 전문상담이 이루어지도록 구성될 수 있다.

(5) 수면이상지속확인 단계(S50)

수면이상지속확인 단계(S50)는 상기 수면자세변형 단계(S30) 이후에 수면이상이 계속되는지 확인하는 단계이다.

(6) 수면자세변형증가 단계(S60)

수면자세변형증가 단계(S60)는 수면이상이 무호흡이 아닌 경우에 실시될 수 있는 단계로서, 상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되는 것으로 판단되면, 수면자세의 변형값을 증가시키는 단계이다. 특히 수면이상이 무호흡인 경우(S61)에는 사용자의 생명이 위험할 수 있으므로, 스피커(800)를 통해 소음을 발생시키는 소음발생 단계(S62)가 더 포함될 수 있다.

(7) 변형복귀 단계(S70)

변형복귀 단계(S70)는 상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되지 않으면, 상기 수면자세변형 단계(S30)에서 변형값을 초기값으로 복귀하는 단계이다.

이상과 같이 본 발명은 센서를 수면에 사용되는 베개, 매트리스 등의 내부에 장착함으로써 수면 중 사용자의 몸에 직접 센서를 부착하거나 착용하지 않으므로 수면시에 불편함이 제거되어 숙면을 유도할 수 있으며, 또한 다수개의 센서를 통해 사용자의 수면 위치를 정확히 검출하여 이 검출된 위치에 적절한 제어를 수면자세를 변형할 수 있다.

1 : 베개 2 : 매트리스
100 : 센서부 110 : 제1센서부
111 : 압력센서 120 : 제2센서부
121, 131 : 진동센서 130 : 제3센서부
200 : 신호처리부 300 : 제어부
400 : 수면제어부 410 : 에어펌프
420 : 모터 500 : 구동부
510 : 에어백 520 : 롤링판
600 : 정보처리부 610 : 출력부
620 : 저장부 630 : 통신부
700 : 조작부 800 : 스피커

Claims

수면시 사용되는 수면 제어 장치에 있어서,
사용자의 수면상태정보를 검출하는 제1센서부(110)와 사용자의 수면소리정보를 검출하는 제2센서부(120) 및 상기 사용자의 주위소리를 검출하는 제3센서부(130)로 구성되어 상기 각각의 센서부(110, 120, 130)에서 검출되는 센싱정보를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서부(100)와;
상기 센서부(100)에서 출력되는 전기적 신호에 대응되어 상기 사용자의 위치, 사용자의 수면상태 및 주위의 잡음을 판단하여 주위 잡음에 동작하지 않도록 하되 사용자의 수면상태정보를 송출하는 신호처리부(200)와;
상기 신호처리부(200)에서 송출되는 수면정보를 수신하여 상기 수면정보에서 사용자의 위치를 검출하고 수면자세를 변형토록 하는 구동제어신호, 설정시간 경과 후에 상기 구동제어신호에 따라 가변된 위치를 복귀토록 하는 복귀제어신호 및 수면정보를 처리토록하는 정보처리제어신호를 발생시키는 제어부(300)와;
상기 제어부(300)의 구동제어신호와 복귀제어신호에 각각 대응되어 동작되는 수면제어부(400)와;
상기 수면제어부(400)의 제어에 따라 구동되는 구동부(500)와;
상기 제어부(300)를 제어하기 위해 데이터를 입력하는 조작부(700) 및
상기 제어부(700)의 정보처리 제어신호에 따라 수면정보를 처리하는 정보처리부(600); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센서(100)부의 제1센서부(110)는 상기 사용자의 몸무게에 따라 눌림에 의한 압력, 호흡에 의한 호흡패턴, 뒤척임에 의한 압력 및 맥박의 수면상태정보를 센싱하는 압력센서(111)를 포함하여 구성되고,
상기 센서부(100)의 제2센서부(120)는 상기 사용자의 코골이, 이갈이, 호흡 및 뒤척임의 수면소리정보를 센싱하는 진동센서(121)를 포함하여 구성되고,
상기 센서부(100)의 제3센서부(130)는 상기 사용자의 주위 소리를 센싱하는 진동센서(131)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1센서부(110)의 압력센서(111)는 적어도 2개 이상의 복수 개로 구성되어 상기 사용자의 수면위치를 검출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 신호처리부(200)는 상기 압력센서(111) 중에서 사용자에 의한 압력이 검출된 위치의 압력센서(111)를 상기 사용자의 위치로 판단하고,
상기 제어부(300)는 상기 판단된 수면위치에 해당되는 상기 구동부(500)를 구동하도록 상기 수면제어부(400)를 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 신호처리부(200)는
상기 제2센서부(120)에서 검출된 수면소리정보로 하는 제2진폭과 상기 제3센서부(130)에서 검출된 주위소리로 하는 제3진폭을 비교하여 상기 제3진폭보다 제2진폭이 클 경우에만 상기 제2센서부(120)에서 검출된 수면소리정보를 유효한 정보로 판단하는 출력신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(300)는
상기 신호제어부(200)에서 송출되는 수면정보에 따라서 수면 시간, 코골이 지속 시간, 무호흡 시간, 뒤척임, 수면 습관 및 숙면 시간 중에서 선택된 하나 이상의 정보를 수면지표로 하여 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부(300)의 제어신호에 의해 소음이 발생되는 스피커(800)를 더 포함하고,
상기 제어부(300)는 상기 신호처리부(200)로부터 수신되는 수면정보 중에서 무호흡 시간이 일정시간 지속되는 경우에는 상기 스피커(800)로 소음을 발생키는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수면제어부(400)는 전기에너지의 인가로 공기를 주입하거나 배출하는 에어펌프(410)로 구성되고,
상기 구동부(500)는 상기 에어펌프(410)의 구동에 의해서 팽창되거나 수축되는 에어백(510)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수면제어부(400)는 전기에너지의 인가로 회전에너지로 전환하는 모터(420)로 구성되고,
상기 구동부(500)는 상기 모터(420)의 구동에 의해서 승하강이 가능한 롤링판(520)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 에어펌프(410)의 구동에 의해서 팽창되는 변형범위는 상기 조작부(700)에서 입력된 변형범위 및 설정시간 이내에서 이루어지되, 상기 에어백(510)의 높이는 2 내지 10cm이하로 제한되며, 팽창되는 폭은 5 내지 6cm으로 제한되고, 팽창의 지속 시간은 30초 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 에어백(510)과 상기 제1센서부(110)는 복수 개 구비되되, 상기 에어백(510)과 상기 제1센서부(110)는 서로 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 8 또는 청구항 9 중에서
상기 구동부(500)는 베개(1) 및 매트리스(2) 중에서 선택되는 하나 이상의 내부에 구비됨을 특징으로 하는 수면 제어 장치
청구항 1에 있어서,
상기 정보처리부(600)는
상기 제어부(300)의 정보처리제어신호에 따라 화면에 디스플레이하는 출력부(610)와; 수면정보를 저장하는 저장부(620) 및 외부로의 수면정보를 전송하는 통신부(630)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 통신부(630)를 통해 외부로 전송되는 수면정보는 상기 제어부(300)에서 계산된 수면지표임을 특징으로 하는 수면 제어 장치.
수면 제어 방법에 있어서,
사용자의 수면정보를 센싱하여 수집하는 수면정보수집 단계(S10)와;
상기 수면정보수집 단계(S10)에서 수집된 정보 중에서 잡음에 의한 정보인지를 판단하는 잡음확인 단계(S20)와;
상기 잡음확인 단계(S20)의 결과 잡음이 아닌 것으로 판단되면, 무호흡, 이갈이, 코골이 상태인 것으로 판단하여 수면자세를 변형하는 수면자세변형 단계(S30)와;
상기 수면자세변형 단계(S30) 이후에 수면이상이 계속되는지 확인하는 수면이상지속확인 단계(S50)와;
상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되는 것으로 판단되면, 수면자세의 변형값을 증가시키는 수면자세변형증가 단계(S60) 및
상기 수면이상지속확인 단계(S50)의 결과 수면이상이 계속되지 않으면, 상기 수면자세변형 단계(S30)에서 변형값을 초기값으로 복귀하는 변형복귀 단계(S70);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수면 제어 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 수면자세변형 단계(S30)에서 무호흡, 이갈이, 코골이 상태의 시간을 수면 시간, 코골이 지속 시간, 무호흡 시간, 뒤척임, 수면 습관, 숙면 시간 중에서 선택된 하나 이상의 정보를 적산하여 수면정보를 수면지표로 저장하는 수면지표저장 단계(S40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 수면이상지속확인 단계(S50)에서 수면이상이 무호흡인 경우(S61)에는, 소음을 발생시키는 단계(S61)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 제어 방법.