KR20190066268A - 수면 상태 개선 시스템 - Google Patents

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Abstract

수면 상태 개선 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 상태 개선 시스템은, 사용자의 신체에 착용 가능하도록 마련되는 본체; 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태를 측정하기 위한 데이터(data)인 수면 상태 데이터를 측정하는 수면 상태 데이터 측정부; 상기 수면 상태 데이터 측정부에 연결되어 상기 수면 상태 데이터와 미리 결정된 상기 사용자의 수면 무호흡 상태의 임계 데이터(apnea critical data) 범위인 무호흡 임계 데이터 범위를 비교하여 상기 수면 상태 데이터가 무호흡 임계 데이터 범위에서 벗어나는 경우 제어신호를 송출하는 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 상기 제어신호에 따라 상기 사용자의 수면 상태를 개선하기 위한 에너지를 상기 사용자에게 송출하는 수면 상태 개선부를 포함한다.

Description

수면 상태 개선 시스템{System for Improving Sleeping Condition}
본 발명은, 수면 상태 개선 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고 콤팩트한 구조를 통해 사용자 및 동침자의 수면에 방해를 주지 않으면서 사용자의 수면 상태를 측정하고, 사용자의 수면 자세의 변경을 유도하여 사용자의 수면 상태를 개선하는 수면 상태 개선 시스템에 관한 것이다.
하루 일과의 3분의 1 정도를 차지하는 수면은 사람의 건강을 유지하기 위한 중요한 요소이다. 수면 시간이 부족한 경우, 사람은 피로감을 느끼게 되고, 집중력 및 생활의 활력이 떨어져 일상생활에 지장을 주게 된다.
또한, 수면 시간을 충분히 유지하더라도, 수면 시 수면 무호흡(sleep Apnea) 상태가 나타나면, 수면의 질 저하로 인하여 다양한 질병이나 증상이 발생될 수 있다.
수면 무호흡 상태는 수면 시 중추성, 말초성 또는 중추와 말초의 복합적 원인으로 숨을 제대로 쉬지 못하는 현상을 말하며, 수면 중 호흡이 멈추거나, 오랜 시간 감소하는 수면 호흡장애를 말한다.
수면 무호흡 상태는 산소가 인체에 제대로 공급되지 않기 때문에 전체 수면 시간을 충분히 유지하더라도 수면 중 반복적인 저산소증을 초래할 수 있다.
저산소증은 수면 중 수면 무호흡상태가 반복되면서 혈액 내 산소포화도가 일정범위 밑으로 떨어져 뇌, 심장을 포함하여 전신에 산소공급이 제대로 안 되는 질병을 유발할 수 있는 원인 증상인 동시에 질병 상태이다. 이와 같이 저산소증이 발생하면, 조직(세포)에 산소공급이 적절히 이루어지지 않게 되고 호흡의 부산물인 이산화탄소를 효율적으로 제거하지 못하게 되면서 세포가 부어오르다 사멸하게 된다.
저산소증 발생 초기에는 급성 알코올 중독과 비슷한 판단력 장애, 운동 실조 등의 증상을 유발할 수 있다. 그러나 저산소증이 장기간 유지되면, 뇌혈관, 심혈관등의 저산소증에 의한 질환으로 확장하게 되면서 두통, 어지러움, 불면증, 주간피로, 주간졸음, 발기부전 등의 일상생활에 지장을 주는 증상이 나타날 수 있다. 또한, 저산소증을 계속 방치하면, 고혈압, 심근경색 등 심혈관질환, 뇌경색, 뇌출혈, 치매, 파킨슨병 등 뇌혈관질환으로 발전하여 생명에 위협을 줄 수 있다.
이와 같이 수면의 질 저하는 많은 문제를 유발시킬 수 있다. 다만, 수면의 질 저하로 인하여 발생할 수 있는 저산소증은 수면 상태를 개선함으로써 극복할 수 있다.
한편, 코골이(snoring)는 수면장애의 일종으로, 수면 시 공기가 좁은 기도부를 지나가면서 소리가 나는 현상이며, 공기가 지나가면서 목젖이나 연구개 또는 후두부위 조직을 진동시켜 소음이 발생할 수 있다. 이와 같은 코골이는 소음을 발생시켜 주위 사람들에게 많은 괴로움을 줄 수 있고, 심할 경우 본인에게도 수면 무호흡 상태도 동반시킬 수 있으며, 전술한 저산소증에 의한 문제를 초래할 수 있다.
코골이는 연령이 증가함에 따라 높아질 수 있으며, 발생원인은 복합적인 이유로 나타나, 특히 수면 중 특정 수면 자세로 인하여 기도를 좁혀 숨을 들이쉴 때 공기가 목젖이나 연구개 등의 조직을 진동시켜 발생할 수 있다.
또한, 코골이는 많은 경우 수면 무호흡 상태와 동반되므로, 코골이가 발생하는 경우 수면 상태의 개선을 통하여 수면 무호흡 상태로 인한 여러 가지 문제점을 방지하여야 한다.
코골이와 수면 무호흡 상태는 금주 및 금연 등의 생활 습관 교정, 체중 감량, CPAP(Cntinued Positive Airway Pressure)장치의 사용 등의 비수술적 치료와 좁은 기도를 확장하는 기도확장수술 등 이비인후과 또는 치과적 수술을 통하여 개선할 수 있다. 그리고 코골이와 수면 무호흡 상태는 수면 중 수면 자세의 변경을 유도하여 치료 또는 증상을 호전시킬 수 있다.
수면 중 수면 자세의 변경은 CPAP(Cntinued Positive Airway Pressure)장치의 사용을 통하여 코골이와 수면 무호흡 상태를 개선시키는 효과와 동등한 효과를 나타낼 수 있으며, 장기적인 순응도 역시 뛰어난 장점이 있다.
따라서, 수면 중 수면 무호흡 상태에 있는 사용자의 수면 자세변경을 유도하되 사용자 및 동침자의 수면을 방해하지 않으면서, 수면 무호흡 상태를 개선하기 위한 시스템 개발을 통하여 수면의 질적 향상을 꾀하는 연구 개발이 필요한 실정이다.
대한민국공개특허 제10-2016-0067579호 (삼성전자주식회사), 2016.06.14
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단하고 콤팩트한 구조를 통해 사용자와 동침자의 수면에 방해를 주지 않으면서 사용자의 수면 상태를 측정하고, 이에 따른 사용자의 수면 상태에 기초하여 사용자의 수면 상태를 판단하며, 사용자의 수면 자세의 변경을 유도함으로써 사용자의 수면 상태를 개선하는 수면 상태 개선 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 신체에 착용 가능하도록 마련되는 본체; 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태를 측정하기 위한 데이터(data)인 수면 상태 데이터를 측정하는 수면 상태 데이터 측정부; 상기 수면 상태 데이터 측정부에 연결되어 상기 수면 상태 데이터와 미리 결정된 상기 사용자의 수면 무호흡 상태의 임계 데이터(apnea critical data) 범위인 무호흡 임계 데이터 범위를 비교하여 상기 수면 상태 데이터가 무호흡 임계 데이터 범위에서 벗어나는 경우 제어신호를 송출하는 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 상기 제어신호에 따라 상기 사용자의 수면 상태를 개선하기 위한 에너지를 상기 사용자에게 송출하는 수면 상태 개선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템이 제공될 수 있다.
상기 본체의 일측에 마련되어 상기 수면 상태 개선부의 에너지 송출 전 상기 사용자의 수면 상태 데이터와 상기 수면 상태 개선부의 에너지 송출 후 상기 사용자의 수면 상태 데이터를 비교하여 상기 사용자의 수면 상태 개선도를 측정하는 수면 상태 개선도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 수면 상태 개선도 측정부는, 상기 사용자의 축방향을 측정하여 상기 사용자의 수면 자세 변경도를 측정하는 축방향 측정 모듈을 포함할 수 있다.
상기 축방향 측정 모듈은, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전된 정도인 축방향 회전 정도를 측정하는 자이로스코프(gyroscope) 센서및 상기 사용자의 수면 자세 변경에 따른 가속도 변화를 측정하는 가속도 센서 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 수면 상태 데이터 측정부는, 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 중 상기 사용자의 눈동자가 움직이는 운동인 사용자 눈동자 운동(eye movement)을 측정하는 사용자 눈동자 운동 측정모듈을 포함할 수 있다.
상기 사용자 눈동자 운동 측정모듈은, 상기 본체의 상기 사용자의 안면에 접하는 측에 배치되어 상기 사용자의 수면 중 상기 사용자의 눈꺼풀에 접하여 상기 사용자의 급속 눈동자 운동(rapid eye movement)을 측정하는 터치센서(touch sensor)를 포함할 수 있다.
상기 수면 상태 데이터 측정부는, 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 중 코골이(snoring)를 측정하는 음향 센서모듈을 포함할 수 있다.
상기 수면 상태 데이터 측정부는, 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태의 산소포화도 및 맥박수 중 적어도 어느 하나를 측정하는 펄스 옥시미터(pulse oximeter)를 포함할 수 있다.
상기 수면상태 데이터 측정부는, 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태 시 상기 사용자 주변의 이산화탄소 농도 변화를 측정하는 이산화탄소 농도 변화 센서모듈 및 상기 사용자 주변의 산소 농도 변화를 측정하는 산소 농도 변화 센서모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지는 빛, 진동, 전기 자극 및 소리 중 적어도 어느 하나이며, 상기 수면 상태 개선부는 상기 제어부의 상기 제어신호에 따라 상기 사용자의 수면 상태를 개선하기 위한 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 상기 사용자에게 방출할 수 있다.
상기 수면 상태 개선부는, 상기 사용자에게 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 방출하여 상기 사용자의 자세 변경을 유도하는 수면 자세변경 유도부일 수 있다.
상기 수면 자세변경 유도부는, 상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 빛을 상기 사용자에게 방출하는 자세변경 유도 광원모듈을 포함할 수 있다.
상기 수면 자세변경 유도부는, 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 소리인 자세변경 유도용 소리를 상기 사용자에게 송출하는 자세변경 유도 사운드(sound)모듈을 포함할 수 있다.
상기 수면 자세변경 유도부는, 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 진동인 자세변경 유도용 진동을 상기 사용자에게 전달하는 자세변경 유도 진동모듈 및 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 전기자극인 자세변경 유도용 전기자극을 상기 사용자에게 전달하는 자세변경 유도 진동모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수면 상태 데이터 측정부가 측정한 수면 상태 데이터를 실시간으로 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 저장된 상기 수면 상태 데이터를 제어부 및 외부 장치 중 적어도 어느 하나에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체 및 상기 외부 장치 중 적어도 어느 하나에 상기 수면 상태 데이터를 상기 통신부로부터 수신하여 상기 사용자의 수면 상태를 모니터링(monitering) 가능하게 마련되는 수면 상태 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체는, 상기 사용자의 안면에 착용 가능하게 마련되는 안면 본체유닛; 및 상기 사용자의 흉곽에 착용 가능하게 마련되는 흉곽 본체유닛을 포함할 수 있다.
상기 안면 본체유닛은, 상기 사용자의 눈을 덮는 눈 덮개부; 및 상기 눈 덮개부의 양측에 연결되어 길이 조절 가능하게 마련되는 길이조절부을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단하고 콤팩트한 구조를 통해 사용자의 수면에 방해를 주지 않으면서 사용자의 수면 상태를 측정하고, 측정된 사용자의 수면 상태 데이터에 기초하여 사용자의 수면 상태를 판단하며, 사용자의 수면 상태를 개선을 위하여 사용자에게 사용자의 수면 자세의 변경을 유도시킬 수 있는 에너지를 송출하고, 사용자의 수면 자세의 변경을 유도함으로써 사용자의 수면 상태를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 상태 개선 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
도 3은 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 안면 본체유닛의 사시도이다.
도 4는 도 3의 안면 본체유닛의 다른 사용예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 안면 본체유닛의 배면도이다.
도 6은 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 사용하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 상태 개선 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 수면 상태 개선 시스템(100)은, 본체(110)와, 수면 상태 데이터 측정부(120)와, 제어부(130)와, 수면 상태 개선부(140)와, 수면 상태 개선도 측정부(150)와, 메모리부(160)와, 통신부(170)와, 수면 상태 모니터링부(180)를 포함한다.
본체(110)는 사용자(1)의 신체에 착용 가능하게 마련되며, 안면 본체유닛(111)과, 사용자(1)의 흉곽에 착용 가능하게 마련되는 흉곽 본체유닛(112)을 포함한다.
흉곽 본체유닛(112)은, 도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 사용자(1)에 수면 상태를 측정하기 위한 위치에 탈착 가능한 단추의 형상으로 마련되나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 형상으로 마련될 수 있을 것이다.
한편, 도 3은 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 안면 본체유닛의 사시도이고, 도 4는 도 3의 안면 본체유닛의 다른 사용예를 설명하기 위한 사시도이다.
이들 도면에 자세히 도시된 바와 같이, 안면 본체유닛(111)은 사용자(1)의 안면에 착용 가능하게 마련되며, 사용자(1)의 눈을 덮는 눈 덮개부(111a)와, 눈 덮개부(111a)의 양측에 연결되어 길이 조절 가능하게 마련되는 길이조절부(111b)를 포함한다.
도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 안면 본체유닛(111)은 사용자(1)의 수면 상태를 방해하지 않기 위하여 수면 안대의 형상으로 마련되나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 형상으로 마련될 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 길이조절부(111b)는, 도 3에 자세히 도시된 바와 같이 사용자(1)의 머리를 감싸는 밴드(band) 형상으로 마련될 수 있고, 사용자의 편의에 따라 도 4에 자세히 도시된 바와 같이 사용자의 귀에 걸 수 있도록 귀걸이 형상으로 마련될 수 있다.
도 5는 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 설명하기 위한 안면 본체유닛의 배면도이다.
이제 도 1 내지 도 5를 참조하면, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 수면 상태 데이터 측정부(120)는, 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 안면 본체유닛(111)의 일측에 사용자(1)의 수면 상태를 측정하기 위한 데이터(data)인 수면 상태 테이터를 측정 가능하게 마련된다. 그러나 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 수면 상태 데이터 측정부(120)는 안면 본체유닛(111) 또는 흉곽 본체유닛(112) 중 적어도 어느 하나의 일측에 마련될 수 있다.
수면 상태 데이터 측정부(120)는, 사용자 눈동자 운동 측정모듈(121)과, 음향 센서모듈(122)과, 펄스 옥시미터(pulse oximeter, 123)와, 이산화탄소 농도 변화 센서모듈(124)과, 산소 농도 변화 센서모듈(125)를 포함한다.
본 실시예에 따른 사용자 눈동자 운동 측정모듈(121)은, 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되어 사용자(1)의 수면 중 사용자(1)의 눈동자가 움직이는 운동인 사용자 눈동자 운동(eye movement)을 측정하며, 터치센서(touch sensor, 121a)를 포함한다.
터치센서(121a)는 안면 본체유닛(111)의 사용자(1) 안면에 접하는 측에 배치되어 사용자(1)의 수면 중 사용자(1)의 눈꺼풀에 접하여 사용자(1)의 급속 눈동자 운동(rapid eye movement, REM)을 측정하며, 사용자(1)의 급속 눈동자 운동의 측정을 통하여 사용자(1)의 렘(REM) 수면 상태를 판단할 수 있다.
한편, 렘(REM) 수면 상태는, 수면 단계 중 빠른 안구 운동이 일어나는 기간이며, 뇌 활동이 활발히 진행되고 있음을 시사하는 것으로 깊은 잠과 선잠을 구별할 수 있는 기준이 되고, 렘(REM) 수면 상태에서는 사용자(1)의 근육 긴장도가 떨어지면서 혀뿌리가 중력에 따라 쳐지는 현상으로 인해 코골이를 유발하거나 무호흡 수면 상태에 도달할 수 있으므로 사용자(1)의 수면 상태를 측정하는 기준으로 활용될 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 음향 센서모듈(122)은 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되어 사용자(1)의 수면 중 코골이(snoring)를 측정한다.
코골이는, 수면 중 호흡 기류가 좁아진 기도를 지나면서 이완된 연구개와 목젖 등의 주위 구조물에 진동을 일으켜 발생하는 호흡 잡음을 말하며, 코골이가 진행되면서 사용자(1)의 무호흡 수면 상태가 동반될 수 있다. 따라서 코골이의 지속 시간 등을 측정하여 사용자(1)의 무호흡 수면 상태에 도달 여부를 예상 또는 측정할 수 있는 기준이 된다.
또한, 본 실시예에 따른 펄스 옥시미터(pulse oximeter, 123)는 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되어 사용자(1)의 수면 상태의 산소포화도 및 맥박수 중 적어도 어느 하나를 측정한다.
수면 상태의 산소포화도 및 맥박수를 측정하여 사용자(1)의 정상 산소포화도 보다 낮은 산소포화도를 갖는 저호흡 상태를 판단할 수 있으며, 저호흡 상태가 지속적으로 유지된 사용자(1)는 무호흡 수면 상태에 진입할 수 있으므로, 사용자(1)의 수면 상태의 개선을 위한 기준으로 활용될 수 있다.
본 실시예에 따른 이산화탄소 농도 변화 센서모듈(124)은, 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되어 사용자(1)의 수면 상태 시 사용자(1) 주변의 이산화탄소 농도 변화를 측정하고, 본실시예에 따른 산소 농도 변화 센서모듈(125)은, 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되어 사용자(1)의 수면 상태 시 사용자(1) 주변의 산소 농도 변화를 측정한다.
이와 같이 이산화탄소 농도 변화 센서모듈(124) 및 산소 농도 변화 센서모듈(125)은 사용자(1) 주변의 이산화탄소 농도 변화 또는 산소 농도 변화를 측정하여 사용자(1)의 호흡 여부를 판단하고, 사용자(1)의 저호흡 상태를 판단할 수 있으며, 사용자(1)가 무호흡 수면 상태에 진입되는 것을 예방할 수 있다.
본실시예에 있어서는 이산화탄소 농도 변화 센서모듈(124) 및 산소 농도 변화 센서모듈(125)이 모두 구비된 것으로 상술 하였으나, 본발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 이산화탄소 농도 변화 센서모듈(124) 및 산소 농도 변화 센서모듈(125) 중 선택된 어느 하나를 구비할 수 있다.
한편, 제어부(130)는, 수면 상태 데이터 측정부(120)에 연결되어 수면 상태 데이터와 미리 결정된 사용자(1)의 수면 무호흡 상태의 임계 데이터(apnea critical data) 범위인 무호흡 임계 데이터 범위를 비교하여 수면 상태 데이터가 무호흡 임계 데이터 범위에서 벗어나는 경우 제어신호를 송출한다.
수면 무호흡 상태의 임계 데이터 범위는, 사용자(1)의 건강 상태 따라 다양하게 선택될 수 있고, 본 실시예에 따른 제어부(130)는, 머신 러닝(machine Learning) 및 k-평균 알고리즘(k-mean algorithm)을 활용하여 클러스터링(clustering) 함으로써 자동적으로 선택될 수 있으며, 이에 대하여 자세히 후술하기로 한다.
머신 러닝은 기계학습을 의미하며, k-평균 알고리즘은 데이터를 k개의 클러스터(cluster)로 묶는 알고리즘을 말하고, 클러스터링은 유사성 등의 개념에 기초하여 데이터를 몇몇의 그룹으로 분류하는 수법을 총칭한다.
수면 상태 개선부(140)는, 제어부(130)에 연결되어 제어신호에 따라 사용자(1)의 수면 상태를 개선하기 위한 에너지를 사용자(1)에게 송출한다.
에너지는 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나이며, 수면 상태 개선부(140)는 제어부(130)의 제어신호에 따라 사용자(1)의 수면 상태를 개선하기 위한 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 사용자(1)에게 방출한다.
본 실시예에 따른 수면 상태 개선부(140)는, 사용자(1)에게 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 방출하여 사용자(1)의 자세 변경을 유도하는 수면 자세변경 유도부(140)이다.
본 실시예에 따른 수면 자세변경 유도부(140)는, 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되고, 자세변경 유도 광원모듈(141)과, 자세변경 유도 사운드(sound)모듈(142)과, 자세변경 유도 진동모듈(143)과, 자세변경 유도 전기자극 모듈(144)을 포함한다. 그러나 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 수면 자세변경 유도부(140)는, 필요에 따라, 안면 본체유닛(111) 또는 흉곽 본체유닛(112) 중 적어도 어느 하나의 일측에 마련될 수 있다.
자세변경 유도 광원모듈(141)은, 사용자(1)의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 빛을 사용자(1)에게 방출하고, 자세변경 유도 사운드모듈(142)은, 사용자(1)의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 소리인 자세변경 유도용 소리를 사용자(1)에게 송출하며, 자세변경 유도 진동모듈(143)은 사용자(1)의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 진동인 자세변경 유도용 진동을 사용자(1)에게 전달하고, 자세변경 유도 전기자극 모듈(144)은 사용자(1)의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 전기자극인 자세변경 유도용 전기자극을 사용자(1)에게 전달한다.
이와 같이 자세변경 유도 광원모듈(141)과, 자세변경 유도 사운드(sound)모듈(142)과, 자세변경 유도 진동모듈(143)과, 자세변경 유도 전기자극 모듈(144)은, 사용자(1)에게 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 외부 자극을 송출하여 사용자(1)의 자연스러운 자세 변경을 유도하고, 사용자(1)의 수면 상태를 효율적으로 개선시키는 효과가 있다.
본 실시예에 따른 수면 상태 개선도 측정부(150)는, 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 안면 본체유닛(111)의 일측에 마련되고, 축방향 측정 모듈(151)을 포함한다. 다만, 수면 상태 개선도 측정부(150)는 필요에 따라, 안면 본체유닛(111) 또는 흉곽 본체유닛(112) 중 적어도 어느 하나의 일측에 마련될 수 있다.
수면 상태 개선도 측정부(150)는 수면 상태 개선부(140)의 에너지 송출 전 사용자(1)의 수면 상태 데이터와 수면 상태 개선부(140)의 에너지 송출 후 사용자(1)의 수면 상태 데이터를 비교하여 사용자(1)의 수면 상태 개선도를 측정한다.
본 실시예에 따른 축방향 측정 모듈(151)은, 사용자(1)의 축방향을 측정하여 사용자(1)의 수면 자세 변경도를 측정하며, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전된 정도인 축방향 회전 정도를 측정하는 자이로스코프(gyroscope, 151) 센서 및 사용자(1)의 수면 자세 변경에 따른 가속도 변화를 측정하는 가속도 센서(151) 중 적어도 어느 하나이다.
자이로스코프(151) 센서는 사용자(1)의 축방향을 측정하여 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전된 정도를 측정하여 사용자(1)의 수면 자세 변경도를 측정하고, 가속도 센서(151)는 사용자(1)의 수면 자세 변경 시 사용자(1)의 특정방향으로 움직이는 가속도 변화를 측정하는 것이다. 이와 같이 사용자(1)의 수면 자세 변경도를 측정하여 사용자(1)의 수면 상태 개선 여부를 효과적으로 측정할 수 있는데 이에 대하여 자세히 후술하기로 한다.
본 실시예에 따른 메모리부(160)는 수면 상태 데이터 측정부(120)가 측정한 수면 상태 데이터를 실시간으로 저장하며, 저장된 수면 상태 데이터는 전술한 머신 러닝(machine Learning) 및 k-평균 알고리즘(k-mean algorithm)을 활용하여 클러스터링(clustering)에 활용된다.
통신부(170)는 메모리부(160)에 저장된 수면 상태 데이터를 제어부(130) 및 외부 장치(10) 중 적어도 어느 하나에 유선 또는 무선의 방식으로 전송한다.
수면 상태 모니터링부(180)는 필요에 따라 본체(110) 및 외부 장치(10) 중 적어도 어느 하나에 마련될 수 있으나, 본 실시예에 따른 수면 상태 모니터링부(180)는 외부 장치(10)에 수면 상태 데이터를 통신부(170)로부터 수신하여 사용자(1)의 수면 상태를 모니터링(monitering) 가능하게 마련된다.
따라서 사용자(1)의 수면 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있으며 사용자(1)의 수면 상태를 효율적으로 개선할 수 있다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 수면 상태 개선 시스템(100)의 사용 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 6은 도 1의 수면 상태 개선 시스템을 사용하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
본 발명에 따른 수면 상태 개선 시스템(100)은 수면 상태 데이터 측정부(120)에 의하여 측정된 수면 상태 데이터를 미리 결정된 사용자(1)의 무호흡 임계 데이터 범위와 비교하여 수면 상태 데이터가 무호흡 임계 데이터 범위에서 벗어나는 경우 제어신호를 제어부(130)에서 수면 상태 개선부(140)로 송출한다.
여기서 무호흡 임계 데이터 범위는, 전술한 바와 같이, 머신 러닝(machine Learning) 및 k-평균 알고리즘(k-mean algorithm)을 활용하여 클러스터링(clustering)하고, 사용자(1)의 상태에 따라 자동적으로 선택 가능하게 마련되는데 이에 대하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.
미리 결정된 일정한 기간 동안 사용자(1)의 수면 호흡 소리 데이터를 측정하고, 측정한 사용자(1)의 수면 호흡 소리 데이터를 기반으로 사용자(1)의 수면 상태를 k 개의 그룹으로 나누어 분류한다. 여기서 k는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있으나, 사용자(1)의 무호흡 임계 데이터 범위를 선정하기 위하여 소리 크기에 따라 무호흡 상태, 정상 호흡 상태, 코골이 상태로 나누기 위하여 k 값을 3으로 선택한다.
k 값을 3으로 선택하여 수면 호흡 소리 데이터를 기반으로 사용자(1)의 수면상태를 무호흡 상태, 정상 호흡 상태, 코골이 상태로 자동으로 분류하고, 분류과정을 거쳐 만들어진 무호흡 상태 그룹의 대푯값, 정상 호흡 상태 그룹의 대푯값, 코골이 상태 그룹의 대푯값을 판단하며, 수면 상태 데이터 측정부(120)에 의하여 측정된 수면 상태 데이터와 세 그룹과의 거리를 계산하여 더 작은 값을 가지는 그룹의 상태인 것으로 판단한다.
또한, 실시간으로 사용자(1)의 수면 상태가 무호흡 상태로 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 제어부(130)에서 제어신호를 송출한다.
수면 상태 개선부(140)는 제어부(130)에서 송출된 제어신호에 따라 사용자(1)에게 빛, 진동 및 소리 중 적어도 어느 하나인 에너지를 송출한다.
사용자(1)는 수면 상태 개선부(140)에 의해 송출된 에너지를 통하여 자연스럽게 뒤척임 또는 각성 효과에 따른 수면 자세변경이 유도된다.
이후 사용자(1)의 수면 상태 데이터 측정부(120)에서 측정된 수면 상태 데이터가 무호흡 상태의 임계 데이터 범위 내로 전환되게 되면 수면 상태 개선부(140)의 에너지 송출은 중단된다.
그리고 수면 상태 개선도 측정부(150)는, 자이로스코프 센서(151) 및 가속도 센서(151) 중 적어도 어느 하나를 통하여, 사용자(1)의 축방향의 변경도를 측정하고, 축방향 변경에 따른 수면 상태 개선도를 전술한 클러스터링 방법을 활용하여 판단한다.
즉 사용자(1)의 축방향에 따른 데이터를 기반으로 무호흡 상태, 정상 호흡 상태, 코골이 상태로 나누고, 무호흡 상태, 정상 호흡 상태, 코골이 상태로 자동으로 분류하며, 분류과정을 거쳐 만들어진 무호흡 상태 그룹의 대푯값, 정상 호흡 상태 그룹의 대푯값, 코골이 상태 그룹의 대푯값을 판단하고, 수면 상태 개선도 측정부(150)에 의하여 측정된 사용자(1)의 축방향 데이터와 세 그룹과의 거리를 계산하여 더 작은 값을 가지는 그룹의 상태인 것으로 판단하여 수면 상태 개선도를 측정한다.
한편, 메모리부(160)는 수면 상태 데이터 측정부(120)가 측정하는 수면 상태 데이터를 실시간으로 저장하며, 전술한 머신 러닝(machine Learning) 및 k-평균 알고리즘(k-mean algorithm)을 통한 클러스터링(clustering)에 수면 상태 데이터를 효율적으로 활용하게할 수 있다.
수면 상태 모니터링부(180)는 통신부(170)에서 수신한 수면 상태 데이터를 통하여 사용자(1)의 수면 상태를 실시간으로 모니터링 가능하게 마련되므로 사용자(1)의 수면 상태를 효율적으로 관리할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 간단하고 콤팩트한 구조를 통해 사용자의 수면에 방해를 주지 않으면서 사용자의 수면 상태를 측정하고, 이에 따라 측정된 사용자의 수면 상태 데이터에 기초하여 사용자의 수면 상태를 판단하며, 사용자의 수면 상태를 개선을 위하여 사용자에게 사용자의 수면 자세의 변경을 유도시킬 수 있는 에너지를 송출하고, 사용자의 수면 자세의 변경을 유도함으로써 사용자의 수면 상태를 개선할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 수면 상태 개선 시스템 110 : 본체
111 : 안면 본체유닛 112 : 흉곽 본체유닛
120 : 수면 상태 데이터 측정부 121 : 사용자 눈동자 운동 측정모듈
122 : 음향 센서모듈 123 : 펄스 옥시미터(pulse oximeter)
124 : 이산화탄소 농도 변화 센서모듈 125 : 산소 농도 변화 센서모듈
130 : 제어부 140 : 수면 상태 개선부
141 : 자세변경 유도 광원모듈 142 : 자세변경 유도 사운드(sound)모듈
143 : 자세변경 유도 진동모듈 144 :자세변경 유도 전기자극모듈
150 : 수면 상태 개선도 측정부 160 : 메모리부
170 : 통신부 180 : 수면 상태 모니터링부

Claims (18)

  1. 사용자의 신체에 착용 가능하도록 마련되는 본체;
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태를 측정하기 위한 데이터(data)인 수면 상태 데이터를 측정하는 수면 상태 데이터 측정부;
    상기 수면 상태 데이터 측정부에 연결되어 상기 수면 상태 데이터와 미리 결정된 상기 사용자의 수면 무호흡 상태의 임계 데이터(apnea critical data) 범위인 무호흡 임계 데이터 범위를 비교하여 상기 수면 상태 데이터가 무호흡 임계 데이터 범위에서 벗어나는 경우 제어신호를 송출하는 제어부; 및
    상기 제어부에 연결되어 상기 제어신호에 따라 상기 사용자의 수면 상태를 개선하기 위한 에너지를 상기 사용자에게 송출하는 수면 상태 개선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 수면 상태 개선부의 에너지 송출 전 상기 사용자의 수면 상태 데이터와 상기 수면 상태 개선부의 에너지 송출 후 상기 사용자의 수면 상태 데이터를 비교하여 상기 사용자의 수면 상태 개선도를 측정하는 수면 상태 개선도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수면 상태 개선도 측정부는,
    상기 사용자의 축방향을 측정하여 상기 사용자의 수면 자세 변경도를 측정하는 축방향 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축방향 측정 모듈은, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전된 정도인 축방향 회전 정도를 측정하는 자이로스코프(gyroscope) 센서및 상기 사용자의 수면 자세 변경에 따른 가속도 변화를 측정하는 가속도 센서 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수면 상태 데이터 측정부는,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 중 상기 사용자의 눈동자가 움직이는 운동인 사용자 눈동자 운동(eye movement)을 측정하는 사용자 눈동자 운동 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 사용자 눈동자 운동 측정모듈은,
    상기 본체의 상기 사용자의 안면에 접하는 측에 배치되어 상기 사용자의 수면 중 상기 사용자의 눈꺼풀에 접하여 상기 사용자의 급속 눈동자 운동(rapid eye movement)을 측정하는 터치센서(touch sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수면 상태 데이터 측정부는,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 중 코골이(snoring)를 측정하는 음향 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수면 상태 데이터 측정부는,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태의 산소포화도 및 맥박수 중 적어도 어느 하나를 측정하는 펄스 옥시미터(pulse oximeter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수면상태 데이터 측정부는,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태 시 상기 사용자 주변의 이산화탄소 농도 변화를 측정하는 이산화탄소 농도 변화 센서모듈 및 상기 사용자 주변의 산소 농도 변화를 측정하는 산소 농도 변화 센서모듈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에너지는 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나이며,
    상기 수면 상태 개선부는 상기 제어부의 상기 제어신호에 따라 상기 사용자의 수면 상태를 개선하기 위한 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 상기 사용자에게 방출하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수면 상태 개선부는,
    상기 사용자에게 빛, 진동, 전기자극 및 소리 중 적어도 어느 하나를 방출하여 상기 사용자의 자세 변경을 유도하는 수면 자세변경 유도부인 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수면 자세변경 유도부는,
    상기 본체의 일측에 마련되어 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 빛을 상기 사용자에게 방출하는 자세변경 유도 광원모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수면 자세변경 유도부는,
    상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 소리인 자세변경 유도용 소리를 상기 사용자에게 송출하는 자세변경 유도 사운드(sound)모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 수면 자세변경 유도부는,
    상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 진동인 자세변경 유도용 진동을 상기 사용자에게 전달하는 자세변경 유도 진동모듈 및 상기 사용자의 수면 상태의 자세 변경을 유도하기 위한 전기자극인 자세변경 유도용 전기자극을 상기 사용자에게 전달하는 자세변경 유도 진동모듈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 수면 상태 데이터 측정부가 측정한 수면 상태 데이터를 실시간으로 저장하는 메모리부; 및
    상기 메모리부에 저장된 상기 수면 상태 데이터를 제어부 및 외부 장치 중 적어도 어느 하나에 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 본체 및 상기 외부 장치 중 적어도 어느 하나에 상기 수면 상태 데이터를 상기 통신부로부터 수신하여 상기 사용자의 수면 상태를 모니터링(monitering) 가능하게 마련되는 수면 상태 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 사용자의 안면에 착용 가능하게 마련되는 안면 본체유닛; 및
    상기 사용자의 흉곽에 착용 가능하게 마련되는 흉곽 본체유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 안면 본체유닛은,
    상기 사용자의 눈을 덮는 눈 덮개부; 및
    상기 눈 덮개부의 양측에 연결되어 길이 조절 가능하게 마련되는 길이조절부을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 상태 개선 시스템.
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