KR20120066868A

KR20120066868A - 실시간 호흡 및 심박 측정을 통한 사용자의 건강상태 결정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120066868A
Application number: KR1020100128193A
Authority: KR
Inventors: 김영길; 조위덕; 신효섭
Original assignee: 아주대학교산학협력단
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-06-25

Abstract

본 발명에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부; 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정하는 음성신호 측정부; 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하는 호흡수 측정부; 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정하는 심박수 측정부; 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 상기 사용자의 움직임을 측정하는 움직임수 측정부; 및 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정하는 제어부를 포함하여, 사용자의 호흡 및 심박에 대한 꾸준한 모니터링으로 영아 돌연사 증후군과 같은 사용자의 돌연사를 방지함으로써 사용자의 사망률을 상당부분 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

실시간 호흡 및 심박 측정을 통한 사용자의 건강상태 결정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING HEALTH OF USER BY MEASURING RESPIRATION AND HEART BEAT IN REAL TIME}

본 발명은 사용자의 신체정보를 활용한 사용자의 건강상태 결정 장치 및 방법에 관한 것이다.

거동이 불편한 환자를 돌보는 간병인이나 영아를 돌보는 보호자는 환자나 영아 곁에서 상주하며 환자나 영아의 건강상태를 계속해서 확인해야 한다. 따라서, 간병인이나 보호자는 환자나 영아를 돌보는 일 이외의 일을 거의 볼 수 없는 등 행동에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다. 거동이 불편한 중증 환자라면 일반적으로 병원에 입원하는 경우가 많고, 환자의 건강상태가 갑자기 악화되면 병원의 의료장비를 이용하여 환자의 돌연사를 방지할 수 있는 가능성이 높다. 그러나, 영아의 경우엔 별도의 의료장비가 구비되지 아니한 가정 내에서 돌봐지고, 한 명의 보호자에 의해 돌봐지는 경우가 대부분이므로, 보호자가 잠시 다른 일을 하는 경우 영아 돌연사로 이어지는 사고가 종종 발생한다. 특히, 유럽이나 미국 등에서는 부모가 수면을 취하는 방과 다른 방에서 영아가 수면을 취하도록 한다. 이 경우 홀로 있는 영아가 돌연사할 가능성이 더욱 높아지므로, 이를 예방할 수 있는 베이비 케어 시스템(Baby Care System) 분야가 활발히 연구되고 있다.

영아 돌연사 증후군(Sudden Infant Death Syndrome, SIDS)이란 자세한 병력, 부검소견, 사망 현장 조사로 설명이 되지 않는 12개월 미만의 영아의 갑작스런 사망을 말하는데, 최근 수년간 그 발생률이 급격하게 감소하였음에도 불구하고, 미국 통계에 의하면 연간 3000건이 발생하여 영아 사망 원인 중 세 번째를 차지한다고 알려져 있다. 국내의 알려진 통계에 의하면 국내 영아 돌연사 발생률은 출생 1000명당 0.31명(남아 0.33명, 여아 0.29명)이었다. 영아 돌연사 증후군은 남아에게서, 가을철과 겨울철에 많이 발생하고, 주로 2~4개월의 영아에게서 발생하며, 특히 6개월 미만의 영아에게서 95%가 발생한다고 알려져 있다.

영아 돌연사 증후군의 확실한 원인은 밝혀지지 않았으며, 호흡 혹은 심장 기능의 조절 기전과 연관이 있을 것으로 추정되고 있다. 영아 돌연사 증후군의 유력한 요인들로는 다음과 같은 것들이 거론되고 있다. 첫 번째는 모의 다산 또는 조산(임신 제29주에서 38주 사이까지의 분만)이고, 두 번째는 영아 돌연사 증후군의 가족력이며, 세 번째는 중추성 고혈압이 있는 영아, 마약 중독자의 아이, 임신 중 흡연을 한 경우, 젊은 모의 나이 등이 거론되고 있다. 그러나, 영아 돌연사 증후군은 특별한 진단도 증상도 없이 갑자기 발생하기 때문에 무엇보다도 예방이 중요하다.

한편, 영아를 포함하는 소아에서의 갑작스런 심폐기능 정지는 성인에서의 갑작스런 심폐기능 정지에 비해 훨씬 드문데, 이는 소아에서는 심장이상이 원인이 아닌 호흡부전 또는 호흡정지가 원인인 경우가 많기 때문이다.

즉 소아의 나이에 따른 사망 원인을 세부적으로 살펴 보면, 신생아에서는 호흡 부전이 가장 흔한 원인이고, 영아에서는 영아 돌연사 증후군, 호흡기 질환, 이물질 흡인을 포함한 기도 폐쇄, 익수(submersion), 폐혈증 및 신경학적 질환이 많으며, 1세가 지나면 사고(trauma)가 주된 사망 원인이 된다. 이와 같이 대부분의 소아의 심폐기능 정지는 진행되는 호흡 부전 및 쇼크에 의한 것이다.

상기에서 영아 사망원인의 하나로 거론된 기도 폐쇄에는 완전한 기도 폐쇄, 부분적인 기도 폐쇄, 상기도 폐쇄 및 하부기도 폐쇄 등이 있다. 이들 중, 상기도 폐쇄 증상으로 흡인 시 천명음, 쉰소리, 침을 흘리는 증상 등이 나타난다.

하부기도 폐쇄 증상으로는 원인 질환에 따라 증상이 다르며, 쌕쌕거리는 숨소리, 호흡 곤란, 이차적인 감염에 따른 발열, 호기 시 천명음, 호기시간이 연장되는 등의 증상이 나타나는데, 천명음은 중요한 기도폐쇄의 증상으로써, 아동들이 숨을 쉴 때 천명음이 들린다면 심한 기도폐쇄로 볼 수 있고 기도폐쇄와 관련한 결과로는 호흡성 산증과 함께 고탄산혈증이 나타난다.

부분적인 기도 폐쇄 증상으로는 숨가쁜 증상을 보이거나 불안과 빈호흡, 호흡 부속근 사용이 나타나지만 호흡소리와 흡기운동은 정상이고 보통 빈맥과 얼룩진 피부색을 띄고 있다. 이 경우 산소투여를 반드시 해야 한다.

완전 폐쇄 증상으로는 숨소리가 비정상적으로 들리기도 하고, 청색증, 의식저하, 호흡수의 저하, 전신관류저하, 무호흡, 서맥이 나타나며 급히 치료하지 않으면 사망에 이르게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 압전센서 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 사용하여 사용자의 호흡이나 숨소리를 측정하여 사용자의 건강상태가 악화될 때 이를 보호자에게 경고함으로써, 사용자의 돌연사를 미연에 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 압전센서 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 사용하여 측정된 사용자의 호흡이나 숨소리를 통해 건강상의 이상 징후를 판단하고, 이를 원격에 위치한 보호자에게 경고함으로써 사용자의 돌연사를 미연에 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부; 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정하는 음성신호 측정부; 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하는 호흡수 측정부; 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정하는 심박수 측정부; 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 상기 사용자의 움직임을 측정하는 움직임수 측정부; 및 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 센서부로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 원신호 측정단계; 음성신호 측정부로 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정하는 음성신호 측정단계; 호흡수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하는 호흡수 측정단계; 심박수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정하는 심박수 측정단계; 움직임수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하는 움직임수 측정단계; 및 제어부로 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정하는 건강상태 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 압전 센서와 같은 압력 또는 진동 감지 센서를 이용하여 사용자의 호흡, 심박 및 움직임에 따른 신호를 검출하여, 이로부터 사용자의 호흡, 심박 및 움직임에 대한 생체정보를 획득하고, 마이크로폰과 같은 음성신호 측정부를 이용하여 사용자의 호흡소리 또는 울음소리에 대한 신호를 검출하여, 상기 획득된 생체정보와 함께 미리 결정된 값과 비교하여 사용자의 건강상 위험상태를 결정하고, 사용자가 위험상태에 놓여있는 경우 스피커를 이용하여 경고음을 발생시키는 등 보호자 또는 주변인에게 사용자의 위험상태를 알리거나, 원격에 위치한 사용자의 보호자 또는 주변인에게 사용자의 위험상태를 경고함으로써, 경고를 인지한 보호자 또는 주변인이 건강상 위험하고 긴박한 상황에 처해있는 사용자를 구호할 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도,
도 6은 원신호, 호흡신호 및 심박신호를 도시한 도표,
도 7은 호흡소리신호를 도시한 도표,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 사용자의 건강상태 결정 방법의 각 단계를 도시한 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 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 센서부(11), 음성신호 측정부(12), 호흡수 측정부(13), 심박수 측정부(14), 움직임수 측정부(15) 및 제어부(16)를 포함한다.

상기 센서부(11)는 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 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 음성신호 측정부(12)는 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정한다. 상기 음성신호 측정부(12)는 마이크로폰을 포함할 수 있어서, 상기 사용자에 의해 발생하는 음파로부터 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 디지털 처리함으로써 디지털 음성신호로 변환할 수 있다. 상기 음성신호는 상기 사용자의 호흡소리에 대한 호흡소리신호일 수 있고, 상기 사용자의 울음소리에 대한 울음소리신호일 수 있으며, 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호가 혼합된 신호일 수도 있다. 상기 음성신호에 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호가 혼합되어있는 경우, 상기 음성신호 측정부(12)는 상기 음성신호로부터 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호를 서로 구분하여 출력할 수 있다.

상기 호흡수 측정부(13)는 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정한다. 상기 호흡신호는 상기 심박신호와 비교하여 저주파수 성분으로 이루어져 있기 때문에 저역통과필터를 통해 검출할 수 있다. 상기 검출된 호흡신호로부터 단위 시간당 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 피크(peak)가 몇 개 있는지를 셈으로써 호흡수를 측정할 수 있다.

그러나, 상기 검출된 호흡신호에는 사용자의 호흡에 의한 순수한 호흡신호 이외에도 잡음에 대한 신호(ripple)가 포함되어 있다. 하기에서 도 6과 관련하여 상기 호흡신호에서 상기 잡음에 대한 신호를 제거하여 사용자의 호흡수를 보다 정확하게 측정하기 위한 실시 예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 측정된 호흡수가 소정의 값 이하인 경우(예를 들어, 호흡이 13초 이상 중지되는 경우 등 시간 설정은 변경이 가능하도록 구성됨)를 사용자의 건강 위험상태로 결정하여, 보호자에게 사용자의 위험상황을 경고한다.

상기 심박수 측정부(14)는 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정한다. 상기 심박수 측정부(14)는 상기 원신호로부터 상기 검출된 호흡신호를 감하여 상기 심박신호를 검출할 수 있다. 또는, 상기 심박수 측정부(14)는 상기 원신호로부터 상기 호흡신호가 통과할 수 없는 고역통과필터를 통해 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출할 수 있다. 상기 심박수 측정부(14)는 상기 검출된 심박신호로부터 단위 시간당 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 피크(peak)가 몇 개 있는지를 셈으로써 심박수를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 측정된 호흡수가 소정의 값 이하인 경우(예를 들어, 심박이 5초 이상 중지되는 경우 등 시간 설정은 변경이 가능하도록 구성됨)를 사용자의 건강 위험상태로 결정하여, 보호자에게 사용자의 위험상황을 경고할 수 있다.

상기 움직임수 측정부(15)는 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 움직임수를 측정한다. 상기 움직임수 측정부(15)는 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 피크의 수를 셈으로써 상기 움직임수를 측정한다. 일반적으로, 사용자의 뒤척임 등에 의한 움직임으로 인하여 센서에 검출된 사용자의 움직임신호는 사용자의 호흡신호 및 심박신호와 비교하여 진폭이 크다.

상기 측정된 움직임수를 이용하여 단위시간당 소정의 값 이상의 움직임수가 측정되는 경우, 사용자가 건강상 위험상황에 처해있는 것으로 결정하고, 보호자에게 사용자의 위험상황을 경고할 수 있다.

상기 제어부(16)는 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 사용자의 건강상태를 결정한다. 상기 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수를 이용하여 사용자의 건강상태를 결정하는 실시 예들에 대해서는 하기에 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 일반적인 침대 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 일반적인 침대 이외에도 의자, 소파, 전기장판과 같이 인체를 지지하도록 하여 사용자로 하여금 휴식이나 수면을 취할 수 있도록 하는 모든 장치를 포함한다.

상기 센서부(11)는 본 발명에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에서 인체가 상기 장치에 접촉하는 부분에 부착될 수 있다. 상기 센서부(11)는 사용자가 어떠한 불편함도 느끼지 않고 편안하게 수면을 취할 수 있도록 인체에 비접착식으로 상기 장치에 부착된다. 상기 장치가 침대로 이루어진 경우, 인체를 지지하고 인체에 접촉되는 침대의 상면에 배치될 수 있다. 또한, 상기 장치가 침대 이외의 형태로 이루어진 경우에도, 상기 센서부(11)는 인체에 의해 압력이 전해질 수 있는 위치에 배치될 수 있다.

도 2에서 상기 센서부(11)는 침대와 같은 인체 지지 장치의 일부 면상에 복수의 열로 실질적으로 평행하게 배치되어있지만, 이외에도 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 센서부(11)는 상기 사용자의 건강상태 결정 장치의 일면에 균일하게 또는 불균일하게 배치될 수 있다. 상기 센서부(11)는 사용자의 호흡, 심박 및 움직임으로 인해 압력을 감지할 수 있는 부분이라면 상기 사용자의 건강상태 결정 장치의 일면이 아닌 다수의 면상에도 배치될 수 있다.

상기 음성신호 측정부(12)는 본 발명에 따른 장치의 임의의 부분에 부착될 수 있다. 상기 음성신호 측정부(12)에 포함된 마이크로폰은 바람직하게는 본 발명에 따른 장치에서 사용자의 머리가 위치하는 지점과 근접한 위치에 배치될 수 있다. 상기 마이크로폰이 사용자의 머리가 위치하는 지점과 근접한 위치에 배치됨으로써, 사용자의 머리 부분으로부터 발생되는 호흡소리 및 울음소리를 보다 큰 진폭을 가진 신호로 용이하게 검출할 수 있다. 상기 음성신호 측정부(12)는 하나 이상의 마이크로폰을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 상기 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 출력하는 출력부(17)를 포함할 수 있다. 상기 출력부(17)는 상기 제어부(16)에 의해 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 출력한다. 상기 출력부(17)는 상기 결정된 사용자의 건강상태를 음성, 영상 또는 촉감으로 출력될 수 있다. 따라서, 상기 출력부(17)는 스피커, 디스플레이어 또는 촉감을 느낄 수 있도록 하는 촉감장치 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 출력부(17)가 디스플레이어로 이루어진 경우, 상기 출력부(17)는 LED(Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display) 및 유기 EL(Electro Luminescence Display) 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

상기 제어부(16)에서 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과는 상기 출력부(17)를 통해 사용자 또는 사용자 주변에 위치한 사람이 직접적으로 인식할 수 있도록 출력될 수 있지만, PC 등의 외부 장치로 전송되어 출력될 수도 있다.

상기 출력부(17)를 통해 출력되는 상기 사용자의 건강상태에 대한 결과는 상기 사용자의 건강상태에 따라 다른 강도로 또는 다른 방식으로 출력될 수 있다. 즉, 상기 제어부(16)에 의해 결정된 사용자의 건강상태에 대해 고위험, 위험 및 양호와 같은 기준에 따라 스피커를 통해 출력되는 출력음을 상이하게(예를 들어, 경고음의 음압을 다르게) 설정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 상기 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 저장하는 저장부(18)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 저장부(18)는 본 발명에 따른 장치의 동작에 필요한 소프트웨어 및 본 명세서에서 언급되는 미리 결정된 값 또는 소정의 값에 대한 데이터를 포함할 수 있다.

상기 저장부(18)를 더 포함하여, 사용자는 상기 제어부(16)로부터 결정된 건강상태에 대한 데이터를 일단위, 주단위 또는 월단위로 저장하여 관리함으로써 보다 장기간에 걸쳐서 건강관리를 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 건강상태에 대한 데이터는 상기 제어부(16)로부터 PC 등의 외부 장치로 전송되어 역시 일단위, 주단위 또는 월단위로 체계적으로 저장되고 관리될 수 있다. 나아가, 외부 장치로 전송된 상기 건강상태에 대한 데이터는 건강관리서버를 통해, 사용자는 의사와 같은 건강에 대한 전문가의 상담을 받을 수 있도록 함으로써, 건강을 체계적으로 관리할 수 있도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에 대한 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치는 상기 제어부(16)에 의해 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 원격의 단말기로 전송하는 통신부(19)를 더 포함할 수 있다. 상기 사용자의 건강상태가 미리 결정된 값과 비교하여 위험상태로 결정되는 경우, 상기 통신부(19)는 경고신호를 상기 원격의 단말기로 전송할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 측정된 호흡소리신호로부터 소정의 시간 동안 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 호흡 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 통신부(19)는 경고 신호를 원격의 단말기로 전송할 수 있다. 나아가, 상기 측정된 울음소리신호로부터 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 울음소리신호가 검출되는 경우, 상기 통신부(19)는 경고 신호를 원격의 단말기로 전송할 수 있다.

하기에서는 도 6 및 도 7과 관련하여 본 발명에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치의 동작에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 원신호, 호흡신호 및 심박신호를 도시한 도표이다.

사용자가 본 발명에 따른 장치에 눕거나 앉는 등 상기 장치에 지지하여 수면을 취하게 되면, 상기 사용자의 호흡 및 심박으로 인해 상기 센서부(11)는 상기 호흡신호(63) 및 심박신호(62)를 포함하는 원신호(61)를 출력하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 원신호(61)는 고주파 성분인 심박신호(62) 및 저주파 성분인 호흡신호(63)를 포함한다.

상기 사용자의 심박수 및 호흡수를 측정하기 위해서는 상기 원신호(61)로부터 상기 심박신호(62) 및 호흡신호(63)를 분리하여 검출할 필요가 있다. 상기 심박신호(62) 및 호흡신호(63)의 분리에는 대역통과필터가 사용될 수 있다. 즉 상기 원신호(61)로부터 상기 심박신호(62)를 검출하기 위해서는 상기 심박신호(62) 주파수 대역에 해당하는 고주파 대역통과필터를 사용하여 상기 원신호(61)를 필터링한다.

또한 상기 원신호(61)로부터 상기 호흡신호(63)를 검출하기 위해서는 상기 호흡신호(63) 주파수 대역에 해당하는 저주파 대역통과필터를 사용하여 상기 원신호(61)를 필터링한다. 이렇게 상기 원신호(61)로부터 분리 검출된 상기 심박신호(62)로부터 심박수를 측정하고, 상기 호흡신호(63)로부터 호흡수를 측정한다.

그러나, 상기 설명한 바와 같이 상기 호흡신호(63)에는 외부로부터 유입되는 잡음신호(ripple)가 포함되어 있다. 따라서, 상기 잡음신호와 상기 심박신호(62)를 정밀하게 분리할수록 사용자의 호흡수를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다. 하기에서는 잡음에 의한 영향을 최소화하여 상기 호흡신호(62)로부터 심박수를 더욱 정확하게 측정하기 위한 실시 예에 대해서 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 장치에서 상기 호흡수 측정부(13)는 상기 검출한 호흡신호의 절대값에 대한 피크들 중 소정의 크기범위에 해당하는 피크들을 선택하고, 선택된 피크들의 단위시간당 개수를 호흡수로 측정하며, 상기 선택된 피크들 중 인접하는 피크들 사이의 시간간격이 소정의 시간간격 이내인 경우 하나의 호흡수로 측정한다.

인간의 정상적인 호흡수는 분당 15 내지 20회이고, 호흡수가 과도한 과도호흡의 기준 호흡수도 분당 30회 이내이다. 즉, 제1 호흡과 바로 다음의 제2 호흡 사이의 시간간격이 2초 이하인 경우 과도호흡으로 분류된다는 사실에 기초한다. 따라서, 호흡신호의 절대값에 대한 피크들의 시간간격이 소정의 시간간격(예를 들어 1초) 이내인 경우 사용자의 호흡으로 인한 피크가 아닌 잡음에 의한 피크가 발생했다고 간주하고 이를 호흡수 측정에서 배제하는 것이다.

도 7은 호흡소리신호를 도시한 도표이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 사용자의 호흡소리신호는 들숨과 날숨에 의해 발생되는 소리를 상기 음성신호 측정부(12)를 통해 음성신호로 변환된 신호이다. 사용자가 무의식적인 호흡을 계속하는 동안에는 도 7에 도시된 도표와 같이 대체적으로 일정한 진폭을 갖는 호흡소리신호가 일정한 주기로 반복된다.

도 7과 같은 호흡소리신호로부터 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 신호(72)들 사이의 시간간격을 측정함으로써 단위시간당 호흡수를 측정할 수 있다. 또는 호흡소리신호로부터 단위시간당 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 신호들의 수를 셈으로써 단위시간당 호흡수를 측정하거나, 일정 시간 동안 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 신호들의 수를 셈으로써 상기 일정 시간 동안의 호흡수를 측정할 수도 있다.

도 7과 같은 호흡소리신호는 사용자의 호흡 이외에는 움직임이 없는 상태에서 사용자의 호흡소리가 사용자에 의해 발생되는 소리 중 가장 진폭이 큰 소리인 경우 측정될 수 있는 형태이다. 호흡 이외의 사용자의 움직임에 의한 소리나, 특히 울음소리와 같은 육성이 상기 호흡소리와 함께 상기 음성신호 측정부(12)를 통해 검출될 때, 호흡소리는 육성과 같은 소리보다 진폭이 상대적으로 매우 작기 때문에 음성신호 측정부(12)를 통해 검출된 소리신호로부터 호흡소리만을 분리해서 해석하기가 매우 곤란하다. 따라서, 울음소리와 같은 육성이 혼합되어 검출되어, 소정의 값 이상의 진폭을 갖는 신호가 검출되는 부분에서는 상기 호흡소리신호를 측정하지 않는다.

본 발명에 따른 사용자의 건강상태를 측정하는 장치의 구체적인 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 사용자가 본 발명에 따른 장치에 신체를 지지함으로써, 상기 센서부(11)를 통해 호흡, 심박 및 움직임에 대한 신호가 검출되고, 상기 음성신호 측정부(12)를 통해 호흡소리 및 울음소리에 대한 신호가 검출된다.

사용자의 움직임이 있을 때, 움직임에 대한 신호는 호흡이나 심박에 대한 신호보다도 상대적으로 신호의 강도가 세기 때문에, 사용자의 움직임이 지속되는 동안에는 호흡 및 심박에 대한 신호를 분석하여 사용자의 건강상태를 측정하는 동작을 중지한다. 또한, 사용자가 말을 하거나 우는 경우, 이에 따른 음성신호는 사용자의 호흡소리에 대한 신호보다 상대적으로 강도가 세기 때문에, 사용자의 호흡소리를 분석하여 사용자의 건강상태를 측정하는 동작을 역시 중지한다.

사용자의 움직임이 없어서, 상기 센서부(11)를 통해 상기 사용자의 호흡 및 심박에 대한 신호 중심으로 원신호 검출이 이루어진 경우, 상기 원신호로부터 필터를 이용하여 호흡신호 및 심박신호를 각각 검출한다. 검출된 호흡신호 및 심박신호로부터 각각 호흡수 및 심박수를 측정하여, 소정의 값 이하로 횟수가 감소하는 경우 사용자 또는 사용자의 주변인에게 경고를 하거나, 원격의 보호자에게 경고를 한다. 예를 들어, 호흡이 13초 이상 중지되는 경우, 무호흡에 따른 영아의 건강이 위태로울 수 있기 때문에 사용자 또는 사용자의 주변인에게 경고를 하거나, 무선 통신 단말을 이용하여 원격에 위치하는 사용자의 보호자에게 경고를 한다.

사용자가 영아와 같이 호흡 및 심박의 강도가 약한 경우, 본 발명의 장치에 포함되는 상기 음성신호 측정부(12)를 통해 사용자의 호흡소리를 측정하여 이를 분석함으로써 사용자가 위험상황에 처하게 되는 경우를 미연에 방지할 수도 있다. 즉, 마이크로폰과 같은 음성신호 측정부(12)를 통해 검출된 사용자의 호흡소리에 대한 음성신호로부터, 소정의 값 이상의 진폭(예를 들어, 저점 대비 피크의 음압 차이가 10dB인 경우)을 갖는 피크의 수를 분석하여, 소정의 값 이하로 호흡 횟수가 감소하는 경우 사용자 또는 사용자의 주변인에게 경고를 하거나, 원격의 보호자에게 경고를 한다.

상기 사용자가 말을 하는 경우, 상기 음성신호 측정부(12)보다는 상기 센서부(11)를 통한 호흡수 측정이 효과적일 수 있다. 또한, 상기 사용자가 영아이어서 호흡 및 심박에 따른 진동이 미약하게 발생되거나, 상기 사용자가 경련을 일으키는 등 미세한 진동을 발생시켜 불필요한 노이즈 진동을 발생시키는 경우에는, 상기 센서부(11)보다는 상기 음성신호 측정부(12)를 통한 호흡수 측정이 더 효과적일 수 있다.

앞서 종래기술에 설명하였지만 영아 사망률에서 돌연사 증후군은 무시할 수 없는 비중을 차지하고 있다. 영아 돌연사 증후군의 정확한 원인은 알 수 없으나, 호흡 및 심박 이상을 동반한다는 추정이 유력하기 때문에, 호흡 및 심박에 대한 꾸준한 모니터링으로 영아 돌연사 증후군에 의한 영아 사망률을 상당부분 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 원신호 측정단계(S81)에서는 상기 센서부(11)로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호를 포함하는 원신호를 측정한다. 상기 센서부(11)로부터 측정된 상기 심박신호, 호흡신호 및 움직임신호를 포함하는 원신호에 대해서는 도 6과 관련하여 앞서 설명하였다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 센서부(11)는 압전 소자로 이루어질 수 있다.

음성신호 측정단계(S82)에서는 상기 음성신호 측정부(12)로 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정한다.

호흡수 측정단계(S83)에서는 상기 호흡수 측정부(13)로 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정한다.

심박수 측정단계(S84)에서는 상기 심박수 측정부(14)로 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정한다.

움직임수 측정단계(S85)에서는 상기 움직임수 측정부(15)로 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 움직임수를 측정한다.

건강상태 결정단계(S86)에서는 상기 제어부(16)로 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 음성신호는 상기 사용자의 호흡소리에 대한 호흡소리신호 및 상기 사용자의 울음소리에 대한 울음소리신호 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 상기 음성신호 측정단계(S82)에서 상기 음성신호로부터 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호를 서로 구분하여 출력할 수 있다. 상기 측정된 호흡소리신호로부터 소정의 시간 동안 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 호흡 신호가 검출되지 않는 경우 경고를 하거나 원격의 단말기로 경고신호를 전송할 수 있다. 또한, 상기 측정된 울음소리신호로부터 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 울음소리신호가 검출되는 경우 경고를 하거나 원격의 단말기로 경고신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 호흡수 측정단계(S83)에서 상기 호흡수 측정부(13)로 상기 원신호로부터 소정 주파수 대역의 저역통과필터를 통과한 호흡신호를 검출하고, 상기 검출한 호흡신호의 절대값에 대한 피크들 중 소정의 크기범위에 해당하는 피크들을 선택하고, 선택된 피크들의 단위시간당 개수를 호흡수로 측정하며, 상기 선택된 피크들 중 인접하는 피크들 사이의 시간간격이 소정의 시간간격 이내인 경우 하나의 호흡수로 측정한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 도 9에 따른 실시 예는 도 8에 따른 실시 예에서 상기 건강상태 결정단계(S86) 이후 건강상태 출력단계(S87)가 추가된다.

상기 건강상태 출력단계(S87)에서, 상기 S86 단계에서 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 상기 출력부(17)를 통해 출력한다. 사용자의 건강상태에 대한 결과 출력은 스피커를 통해 음성으로 이루어질 수 있고, 디스플레이어를 통해 시각적으로 이루어질 수도 있으며, 인간의 촉감을 자극하는 수단에 의해서 촉각적으로 이루어질 수도 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 건강상태 결정 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 10에 따른 실시 예는 도 8에 따른 실시 예에서 경고신호 전송단계(S88)가 추가된다.

상기 경고신호 전송단계(S88)에서, 사용자의 건강상태가 미리 결정된 값과 비교하여 위험상태로 결정되는 경우, 상기 통신부(19)를 통해 원격의 단말기로 경고신호를 전송한다. 상기 경고신호를 수신한 상기 원격의 단말기는 시각적, 청각적 또는 촉각적인 수단을 통해 상기 원격의 단말기 사용자 또는 상기 원격의 단말기 주변에 위치한 자에게 경고를 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자의 호흡 및 심박에 대한 꾸준한 모니터링으로 영아 돌연사 증후군과 같은 사용자의 돌연사를 방지함으로써 사용자의 사망률을 상당부분 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

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

사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 센서부;
상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정하는 음성신호 측정부;
상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하는 호흡수 측정부;
상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정하는 심박수 측정부;
상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 상기 사용자의 움직임을 측정하는 움직임수 측정부; 및
상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서부는 압전 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 음성신호는 상기 사용자의 호흡소리에 대한 호흡소리신호 및 상기 사용자의 울음소리에 대한 울음소리신호 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제3항에 있어서, 상기 음성신호 측정부는 상기 음성신호로부터 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호를 서로 구분하여 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 호흡수 측정부는 상기 원신호로부터 소정 주파수 대역의 저역통과필터를 통과한 호흡신호를 검출하고, 상기 검출한 호흡신호의 절대값에 대한 피크들 중 소정의 크기범위에 해당하는 피크들을 선택하고, 선택된 피크들의 단위시간당 개수를 호흡수로 측정하며, 상기 선택된 피크들 중 인접하는 피크들 사이의 시간간격이 소정의 시간간격 이내인 경우 하나의 호흡수로 측정하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부에 의해 사용자의 건강상태가 미리 결정된 값과 비교하여 위험상태로 결정되는 경우, 경고신호를 원격의 단말기로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제3항에 있어서, 상기 측정된 호흡소리신호로부터 소정의 시간 동안 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 호흡 신호가 검출되지 않는 경우, 경고 신호를 원격의 단말기로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
제3항에 있어서, 상기 측정된 울음소리신호로부터 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 울음소리신호가 검출되는 경우, 경고 신호를 원격의 단말기로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 장치.
센서부로 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기 및 빈도에 따라 상기 사용자의 호흡에 대한 호흡신호, 상기 사용자의 심박에 대한 심박신호 및 상기 사용자의 움직임에 대한 움직임신호 중 적어도 하나를 포함하는 원신호를 측정하는 원신호 측정단계;
음성신호 측정부로 상기 사용자에 의해 발생하는 음성신호를 측정하는 음성신호 측정단계;
호흡수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 호흡신호를 검출하고, 상기 검출된 호흡신호로부터 호흡수를 측정하는 호흡수 측정단계;
심박수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 심박신호를 검출하고, 상기 검출된 심박신호로부터 심박수를 측정하는 심박수 측정단계;
움직임수 측정부로 상기 원신호로부터 상기 움직임신호를 검출하고, 상기 검출된 움직임신호로부터 움직임수를 측정하는 움직임수 측정단계; 및
제어부로 상기 측정된 음성신호, 호흡수, 심박수 및 움직임수 중 적어도 하나를 이용하여 미리 결정된 값에 따라 상기 사용자의 건강상태를 결정하는 건강상태 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 센서부는 압전 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 음성신호는 상기 사용자의 호흡소리에 대한 호흡소리신호 및 상기 사용자의 울음소리에 대한 울음소리신호 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제12항에 있어서, 상기 음성신호 측정단계에서 상기 음성신호로부터 상기 호흡소리신호 및 울음소리신호를 서로 구분하여 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 호흡수 측정단계에서 상기 호흡수 측정부로 상기 원신호로부터 소정 주파수 대역의 저역통과필터를 통과한 호흡신호를 검출하고, 상기 검출한 호흡신호의 절대값에 대한 피크들 중 소정의 크기범위에 해당하는 피크들을 선택하고, 선택된 피크들의 단위시간당 개수를 호흡수로 측정하며, 상기 선택된 피크들 중 인접하는 피크들 사이의 시간간격이 소정의 시간간격 이내인 경우 하나의 호흡수로 측정하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 결정된 사용자의 건강상태에 대한 결과를 출력부에 의해 출력하는 건강상태 출력단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 사용자의 건강상태가 미리 결정된 값과 비교하여 위험상태로 결정되는 경우, 통신부에 의해 경고신호를 원격의 단말기로 전송하는 경고신호 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제12항에 있어서, 상기 측정된 호흡소리신호로부터 소정의 시간 동안 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 호흡 신호가 검출되지 않는 경우, 경고 신호를 원격의 단말기로 전송하는 경고신호 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.
제12항에 있어서, 상기 측정된 울음소리신호로부터 소정의 값 이상의 절대값을 갖는 울음소리신호가 검출되는 경우, 경고 신호를 원격의 단말기로 전송하는 경고신호 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자의 건강상태 결정 방법.