KR20210071139A

KR20210071139A - 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20210071139A
Application number: KR1020190160340A
Authority: KR
Inventors: 이충휘; 임원빈; 김서현; 이경은; 이재석; 홍숙정
Original assignee: (주)제이앤바이오
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-16
Also published as: KR102400487B1

Abstract

본 발명은, 강제호기(Forced expiration)와 강제흡기(Forced inspiration)를 행하는 호흡 재활훈련시, 사용자의 노력성 폐활량(Forced vital capacity; FVC)을 측정하며, 사용자에게 흥미유발과 동기부여가 되도록 시청각적 피드백을 게임형태로 제공하되, 상기 게임의 난이도를 사용자의 폐활량에 따라 자동적으로 조절하게 하는, 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템은, 마우스피스를 통해 입력하는 피검자의 호기 및 흡기의 호흡량 신호를 검출하는, 호흡량 검출부; 호흡량 검출부로부터 수신된 호흡량 신호로부터, 노력성폐활량(FVC)을 포함하는 호흡 파라미터를 검출하되, 호흡 파라미터를 디스플레이부로 출력하게 하거나, 또는 검출된 노력성폐활량의 정도에 따라 게임의 태스크(task)를 수행하는 영상을 디스플레이부로 출력하게 하는 연산처리부를 포함하는, 게임 및 분석부;를 포함하며, 호흡검출부와, 게임 및 분석부가, 하나의 휴대용 폐활량계 시스템의 몸체에 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법{Portable spirometer system with game for rehabilitation of respiratory muscles and its driving method}

본 발명은, 강제호기(Forced expiration)와 강제흡기(Forced inspiration)를 행하는 호흡 재활훈련시, 사용자의 노력성 폐활량(Forced vital capacity; FVC)을 측정하며, 사용자에게 흥미유발과 동기부여가 되도록 시청각적 피드백을 게임형태로 제공하되, 상기 게임의 난이도를 사용자의 폐활량에 따라 자동적으로 조절하게 하는, 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.

초미세먼지, 중금속 황사, 경유차량 등으로 인해, 천식과 만성폐쇄성폐질환 등 호흡기질환에 대한 유병률이 증가하고 있다. 인구 10만 명 당의 천식 입원율과 만성폐쇄성폐질환(COPD) 입원율이 OECE평균보다 한국이 높은 실정이며, 연령이 증가할수록 유병률도 증가하며, 60세 이상에서 증가가 두드러진다. 특히, 2016년 보고된 국내 질병부담 연구에서, 만성폐쇄성폐질환으로 인한 장애가 남녀에서 모두 3위에 해당하는 수치로 확인될 정도로, 만성폐쇄성폐질환으로 인한 장애의 영향이 심각하다.

만성폐쇄성폐질환이 있는 환자는 폐기능 검사가 필요하다. 폐기능 검사는 호흡곤란의 원인이 심장질환인지 폐질환인지 감별하는데 도움을 주는 검사이다. 폐질환이 의심되는 호흡곤란 환자는 모두 폐기능 검사를 받아야 하는 대상에 속한다. 폐기능 검사를 통하여 만성폐쇄성폐질환이나 천식과 같은 질병을 진단할 수 있고 호흡곤란이나 폐질환 정도를 파악할 수 있다. 호흡기질환이 있는 환자들에서 정기적인 폐기능 검사는 폐기능의 추이를 살펴보아 질병의 경과를 알아보는 데 쓰인다. 폐기능 검사를 할 때 사용하는 장비로 폐활량계가 있다. 폐활량계는 환자가 숨을 들이쉬고 내쉬는 과정에서 시간에 따른 들숨과 날숨의 양을 측정하는 장비이다. 즉, 기존 폐활량계 제품들은 대부분 호흡재활 평가로만 사용되고 있다.

호흡 재활은 꾸준히 시행하는 것이 필요한데, 국내에서 호흡재활을 시행하는 병원은 전체 병원 중 20% 정도에 불과한 실정이어서 가정에서라도 꾸준하게 호흡재활 훈련을 할 수 있도록 재미있는 가정용 호흡재활치료기구가 어느 때보다 필요하다. 특히, 병원에서는 치료사의 도움을 얻어 훈련을 지속적으로 하지만, 집에서 혼자 재활훈련을 하게 되면 흥미유발과 동기부여가 잘되지 않는 게 현실이다. 또한, 혼자 훈련시, 훈련자 본인에 맞는, 호흡근 강화훈련 난이도 조절이 어렵다.

특히, 난이도는 사용자에게 호흡훈련을 유발한다는 측면뿐만 아니라, 난이도가 너무 낮을 경우 크게 호흡 재활에 도움이 안될 수 있으며, 난이도가 너무 높으면 너무 무리하게 호흡을 하도록 요구하게 되므로 사용자의 호흡기관에 무리를 가져올 수 있다. 따라서 난이도는 중요하다.

따라서 호흡능력 평가 기능을 구비할 뿐만 아니라 폐활량계에 게임기능을 추가하여 사용자들이 좀 더 흥미롭게 폐기능 강화 훈련을 하도록 이루어지며, 훈련 난이도가, 사용자의 폐활량에 따라 자동으로 조절가능한 휴대용 폐활량계 시스템이 요망된다.

최근 들어, 호흡검출부와 무선으로 연동되는 스마트폰 또는 컴퓨터를 통해 호흡과 연동된 게임을 행하면서 호흡훈련을 하는 방안들이 연구되고 있다. 이 경우, 특정위치에 스마트폰 또는 컴퓨터를 위치시키고, 호흡검출부로 호흡훈련을 행하여야 하는 데, 스마트폰 또는 컴퓨터를 보기 위해 고개를 아래로 숙이거나 할 수 있어 제대로 된 훈련이 어려울 수 있다.

그러므로, 본 발명은, 호흡측정부에, 사용자의 호기 및 흡기에 따라 구동되는 시청각적 피드백을, 게임형태로 제공하는 게임제공부가, 일체형으로 구비되되, 게임의 난이도는 사용자의 호흡량에 따라 자동 조절되도록 이루어지며, 사용자의 호흡훈련 시에 호흡 및 시야에 방해가 안 되는 구조로 이루어진, 휴대용 폐활량계 시스템을 제안한다.

선행기술로, 국내 공개특허 10-2017-0056385호는 모바일 센서와 게임을 활용한 깊은 호흡을 유도하는 호흡 훈련 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 사용자가 훈련게임시작 전에 목표 호흡량을 입력하도록 이루어지되, 사용자가 입력된 목표 호흡량에 따른 테스트를 행하고, 사용자가 입력수단을 통해 난이도를 조절하도록 이루어진다. 국내 공개특허 10-2017-0056385호의 경우, 의학적 지식이 없는 사용자가 입력수단을 통해 직접 난이도 및 목표 호흡량을 정하도록 이루어져, 재활훈련에 도움이되는 난이도의 설정이 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강제호기와 강제흡기를 행하는 호흡 재활훈련시, 사용자의 노력성 폐활량(Forced vital capacity; FVC)을 측정하며, 사용자에게 흥미유발과 동기부여가 되도록 시청각적 피드백을 게임형태로 제공하되, 상기 게임의 난이도를 사용자의 폐활량에 따라 자동적으로 조절하게 하는, 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 호흡측정부에, 사용자의 호기 및 흡기에 따라 구동되는 시청각적 피드백을, 게임형태로 제공하는 게임제공부가, 일체형으로 구비되며, 사용자의 호흡훈련 시에 호흡 및 시야에 방해가 안 되는 구조로 이루어진, 휴대용 폐활량계 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템은, 마우스피스를 통해 입력하는 피검자의 호기 및 흡기의 호흡량 신호를 검출하는, 호흡량 검출부; 호흡량 검출부로부터 수신된 호흡량 신호로부터, 노력성폐활량(FVC)을 포함하는 호흡 파라미터를 검출하되, 호흡 파라미터를 디스플레이부로 출력하게 하거나, 또는 검출된 노력성폐활량의 정도에 따라 게임의 태스크(task)를 수행하는 영상을 디스플레이부로 출력하게 하는 연산처리부를 포함하는, 게임 및 분석부;를 포함하며, 호흡검출부와, 게임 및 분석부가, 하나의 휴대용 폐활량계 시스템의 몸체에 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템은, 차동 압력센서를 포함하는 호흡량 측정 센서부를 이용하여, 마우스피스 내의 공기압을 전기적 신호로 변환한 신호를, 호흡량 신호로서, 검출하는, 호흡량 검출부; 호흡량 검출부로부터 수신된 호흡량 신호로부터, 노력성폐활량(FVC)을 검출하고, 노력성폐활량의 정도에 따라, 게임의 태스크(task)를 수행하는 영상을 디스플레이부로 출력하게 하는 연산처리부를 포함하는, 게임 및 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

연산처리부가 노력성폐활량(FVC)에 따른 음향신호를 생성하여 스피커부로 출력하게 한다.

마우스피스는, 휴대용 폐활량계 시스템 본체의 일측에 구비된 마우스피스 삽입 통공에 삽입되며, 마우스피스 삽입 통공의 내측의 일측에, 호흡량 측정 센서부의 센서 측정단자가 위치되며, 마우스피스가, 마우스피스 삽입 통공에 삽입되면, 마우스피스의 하부에 구비된 센싱용 통공과, 상기 센서 측정단자가 서로 결합되도록 이루어진다.

마우스피스의 외측 하부의 일측에 직선형으로 돌출된 센싱부턱을 구비하되, 상기 센싱부 턱 내에 2개의 센싱용 통공을 구비하며, 마우스피스의 내측에서, 상기 2개의 센싱용 통공의 사이에 메쉬망부가 위치되며, 마우스피스 삽입 통공의 내측 일측에 직선형의 홈인 센싱부 홈을 구비하되, 상기 센싱부 홈 내에 2개의 센서 측정단자가 위치되며, 호흡량 측정 센서부는 상기 2개의 센서 측정단자로부터, 마우스피스내에서 메쉬망부의 위와 아래의 공기압의 차를 전기적 신호로 변환하여 호흡량 신호로서 검출한다.

연산처리부는, 검출된 노력성 폐활량(FVC)의 크기에 따라, 폐활량 등급을 결정하고, 폐활량 등급에 따라, 게임 태스크(task)의 수행한 영상을 출력하되, 미션 성공은 폐활량 등급이 최고 등급으로, 게임 등급이 높을수록, 미션성공에 가까운, 게임 태스크(task)의 수행 영상을 출력하도록 이루어진다.

연산처리부는, 검출된 노력성 폐활량(FVC)을, 크기순서로 나열된 폐활량 등급 문턱치들과, 순차적으로 비교하여, 폐활량 등급을 결정하되, 최고등급 판정 문턱치보다 작은 경우에, 소정 폐활량 등급 문턱치보다 크고, 소정 폐활량 등급 문턱치와 연이은 폐활량 등급 문턱치 보다 작은 경우, 노력성 폐활량(FVC)은, 소정 폐활량 등급과 연이은 폐활량 등급으로 결정하고, 최고등급 판정 문턱치보다 큰 경우 최고등급으로 결정한다.

호흡 파라미터는, 노력성폐활량(FVC), 저속 폐활량(SVC), 최대 수의 환기량(MVV)을 포함한다.

연산처리부는, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치를, 노력성 폐활량 예측치에 의해 구하며, 폐활량 등급 문턱치가, 게임 진행에 따라, 연이은 미션성공이 기설정된 소정횟수를 초과하면, 폐활량 등급 문턱치를 1씩 증가하되, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치로부터 총 증가값이, 10을 초과하지 않는 범위내에서 행하여 진다.

폐활량 등급 문턱치는, 게임 진행에 따라, 연이은 미션실패가, 기설정된 소정횟수를 초과하면, 폐활량 등급 문턱치를 1씩 감소하되, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치로부터 총 감소값이, 10을 초과하지 않는 범위내에서 행하여 진다.

폐활량 예측치는, 동양인 남자의 폐활량 예측치(단위: ml)은 51.0×신장 - 25.0×나이 - 3550±590 으로 구하여지며, 동양인 여자의 폐활량 예측치(단위: ml)은 33.0×신장 - 23.0×나이 - 1400±460 으로 구하여진다.

폐활량 예측치는, 동양인 남자의 폐활량 예측치(단위: L)는, 0.045×신장(cm) - 0.023×나이 - 2.258 에 의해 구하여지며, 동양인 여자의 폐활량 예측치(단위: L)는, 0.032×신장(cm) - 0.018×나이 - 1.178 으로 구하여진다.

폐활량 등급은, 제0 등급, 제1 등급, 제2 등급, 제3 등급, 제4 등급, 제5 등급, 제6 등급, 제7 등급까지의 8가지의 등급을 가지며, 제0 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 15%이며, 제1 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 30%이며, 제2 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 40%이며, 제3 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 50%이며, 제4 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 60%이며, 제5 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 70%이며, 제6 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 80%이다.

게임의 태스크는, 블로우 파이프(blowpipe), 또는 블로우건(blowgun) 내의 화살촉이 발사되어 다트(dart)의 원반과녁에 꼿히도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 원반 과녁의 소정 점수 부분에 꼿히도록 이루어진 것이거나, 또는, 블로우 파이프 내의 화살촉이 발사되어, 날고 있는 새를 맞추어 떨어트리도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 소정 마리의 새가 떨어지도록 이루어지거나, 또는, 기둥형태의 물원통 내에 물 및 구슬들이 들어 있으며, 폐활량 등급에 따라 물원통 내의 물 기둥의 위치가 높아지도록 이루어지거나, 또는, 그래프가 디스플레이 되며, 바람소리의 음향이 제공되되, 폐활량 등급에 따라 음향의 크기가 달라지도록 이루어진다.

또한, 본 발명은, 마우스피스와 연결된 호흡량 측정 센서부로부터 호흡량 신호를 검출하고, 검출된 호흡량 신호로부터 노력성폐활량(FVC)을 검출하고, 호흡 재활 훈련을 위한 게임의 수행 영상을, 노력성폐활량에 따라 구동되게 하는 연산처리부를 포함하는 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법에 있어서, 연산처리부는 호흡량 측정 센서부로부터 호흡량 신호를 수신하고, 수신된 호흡량 신호로부터 노력성 폐활량를 검출하는, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계; 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계에서 검출된 노력성 폐활량(FVC)을, 크기순서로 나열된 폐활량 등급 문턱치들과, 순차적으로 비교하여, 폐활량 등급을 연산처리부가 결정하는, 폐활량 등급 결정단계; 폐활량 등급 결정 단계에서 결정된 폐활량 등급에 따라, 게임 태스크(task)의 영상 및 음향을 연산처리부가 출력하게 하는, 게임화면 출력단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

연산처리부는 게임카운터를 1 증가하고, 게임카운터를 기 설정된 게임횟수와 비교하여, 게임카운터가 기 설정된 게임횟수를 초과하면 게임을 종료하는, 게임 종료여부 판단단계; 연산처리부는 폐활량 등급이 기 설정된 최고등급인지 여부를 판단하여, 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로 판단하며, 폐활량 등급이 최고등급이 아니라면 미션에 실패한 것으로 판단하는, 미션 성공여부 판단단계; 연산처리부는 미션 성공여부 판단단계에서 미션 실패로 판단하였다면, 실패 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 실패이었는지를 판단하되, 만약 실패 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임이 미션 실패이었다고 판단하여, 실패 카운터를 1 증가하고, 실패횟수 비교단계로 가는, 연이은 실패여부 판단단계; 연산처리부는, 연이은 실패여부 판단단계에서 실패 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 실패 플래그를 세트하고, 성공 플래그를 리셋하고, 성공 카운터를 클리어하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 첫 실패단계; 실패카운터와 기 설정된 실패횟수 문턱치와 비교하여, 만약, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작다면, 연산처리부는 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 실패횟수 비교단계; 연산처리부는, 실패횟수 비교단계에서, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작지 않다면, 등급 문턱치들을 1을 감소하되, 초기의 각 등급 문턱치로부터 총 감소값이 10을 넘지 않는 한도내에서 감소하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 등급 문턱치 감소단계; 를 포함하여 이루어진다.

연산처리부는, 미션 성공여부 판단단계에서 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로, 성공 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 성공이었는 지를 판단하고, 만약, 성공 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임에서도 미션 성공이므로, 성공 카운터를 1 증가하고, 성공횟수 비교단계로 가는, 연이은 성공여부 판단단계; 연산처리부는, 연이은 성공여부 판단단계에서 성공 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 성공 플래그를 세트하고, 실패 플래그를 리셋하고, 실패 카운터를 클리어하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 첫 성공단계; 연산처리부는, 성공카운터를, 기 설정된 성공횟수 문턱치와 비교하여, 만약, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작다면, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 성공횟수 비교단계; 연산처리부는, 성공횟수 비교단계에서, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작지 않다면, 등급 문턱치들을 1을 증가하되, 초기의 각 등급 문턱치로부터 총 증가값이 10을 넘지 않는 한도내에서 증가하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 등급 문턱치 증가단계; 를 포함하여 이루어진다.

호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계의 전에, 연산처리부는 사용자가 기 입력한 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게를 이용하여, 노력성 폐활량 예측치를 구하고, 구하여진 노력성 폐활량 예측치를 이용하여 폐활량 등급 문턱치들을 구하는, 문턱치 연산단계;를 더 포함하여 이루어진다.

본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법은, 강제호기와 강제흡기를 행하는 호흡 재활훈련시, 사용자의 노력성 폐활량(Forced vital capacity; FVC)을 측정하며, 사용자에게 흥미유발과 동기부여가 되도록 시청각적 피드백을 게임형태로 제공하되, 상기 게임의 난이도를 사용자의 폐활량에 따라 자동적으로 조절하게 하여, 즉, 사용자에게 맞춤형으로 난이도가 자동 조절되어, 의학적 지식이 없는 사용자라고 하더라도 사용하기에 편리하며, 재활훈련 효과를 보다 향상할 수 있다.

또한, 본 발명은, 호흡측정부에, 사용자의 호기 및 흡기에 따라 구동되는 시청각적 피드백을, 게임형태로 제공하는 게임제공부가, 일체형으로 구비되며, 사용자의 호흡훈련 시에 호흡 및 시야에 방해가 안 되는 구조로 이루어져, 휴대하여 재활훈련하기에 편리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 저면 사시도이다.
도 4는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 본체를 나타낸다.
도 6는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 마우스피스를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 8은 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 측면들을 나타낸다.
도 9는 도 7의 호흡량측정센서부를 설명하는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에 적용되는 다수의 게임들을 설명하기 위한 설명도이다.
도 11는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템의 메인 메뉴화면의 일예와, 상기 메뉴화면에서 사용자 정보입력 버튼을 선택할 때의 화면과, 상기 메뉴화면에서 데이터 버튼을 선택할 때의 화면을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 노력성폐활량(FVC)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 유량 용량(용적) 곡선 화면 및 용량(용적) 시간 곡선 화면의 일예이다.
도 14는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 저속 폐활량(SVC)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 최대 수의 환기량(MVV)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 호흡근 강화게임의 초기화면의 일예이다.
도 17은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 호흡근 강화게임시의 연산처리부 구동을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 본 발명의 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템 및 그 구동방법의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템의 정면 사시도이고, 도 2는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 평면도를 나타내며, 도 3은 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 저면 사시도이고, 도 4는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 분해사시도이고, 도 5는 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 본체를 나타내며, 도 6은 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 마우스피스를 나타내며, 도 7은 본 발명의 시청각 피드백에 따른 호흡근 강화게임을 구비하는 휴대용 폐활량계 시스템의 구성을 설명하는 블록도이고, 도 8은 도 1의 휴대용 폐활량계 시스템의 측면들을 나타내며, 도 9는 도 7의 호흡량측정센서부를 설명하는 설명도이다.

도 6의 (a)는 마우스피스(160)를 나타내며, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 마우스피스(160)에서 메쉬망부(173)의 삽입위치를 설명하기 위한 설명도이다.

도 8의 (a)는 휴대용 폐활량계 시스템의 일측면에, 전원 스위치(242)를 구비하는 것을 나타내며, 도 8의 (a)는 휴대용 폐활량계 시스템의 다른 일측면으로, 휴대용 폐활량계 시스템의 포트부를 나타낸다.

도 9의 (a)는 호흡량측정센서부에 적용되는 차동 압력센서의 일예(예로, sensirion 사의 SDP600 또는 SDP610)를 나타내며, 도 9의 (b)는 차동 압력센서로 마우스피스 내의 공기압 측정을 설명하기 위한 설명도이다.

본 발명에서, 마우스피스(170)와 호흡량 측정 센서부(160) 등을 구비하는 호흡량 검출부(100)와, 디스플레이부(170)와 스피커부(230) 등등을 포함하는 게임 및 분석부(200)가, 하나의 몸체로 이루어진다.

휴대용 폐활량계 시스템(10)은, 도 1 및 도 2와 같이, 일측에는 마우스피스(170)가 장착되고, 다른 일측에는 디스플레이부(220)가 위치된다. 즉, 휴대용 폐활량계 시스템(10)은, 도 4에서와 같이, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)와 마우스피스(170)를 구비하며, 마우스피스(170)는 장착 및 탈착이 가능하도록 이루어져 있다,

휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)는, 도 5와 같이, 일측에 마우스피스 삽입 통공(150)이 있으며, 상면에는 디스플레이부(170), 조작버튼(241), LED등(발광다이오드 등)(243)이 위치된다. 마우스피스 삽입 통공(150)의 내측에는 센싱부 홈(155)를 구비하며, 상기 센싱부 홈(155)에는 호흡량 측정 센서부(160)의 센서 측정단자(167)가 있다. 즉, 마우스피스 삽입 통공(150)는 마우스피스(170)가 삽입되기 위한 통공이고, 센싱부 홈(155)은 마우스피스(170)의 센싱부턱(175)가 삽입되기 위한 홈이다. 즉, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 센싱부 홈(155)에, 마우스피스(170)의 센싱부턱(175)이 삽입되면, 자동적으로, 센서 측정단자(167)가, 마우스피스(170)의 센싱용 통공(177)과 서로 맞물려지게 이루어져 있다.

또한, 도 3과 같이, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 후면에는 스피커부(230)을 구비하며, 도 8의 (a)에서와 같이, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 일측에 전원 스위치(242)를 구비한다. 도 8의 (b)에서와 같이, 일측에 포트부 커버(111)가 있으며, 포트부 커버(111)를 열면, 포트부(281)가 노출된다. 포트부(281)에는 PC통신용 연결 포트(282), 데이터 저장 및 업데이트용 포트(283), 전원 연결포트(284) 등을 구비할 수 있다.

도 6과 같이, 마우스피스(170)는 관형태로 이루어지며, 일단에 입 삽입부(179)를 구비하며, 마우스피스 삽입 통공(150)에 삽입시, 마우스피스 삽입 통공(150)의 위에 거치되도록 링형태로 돌출된 마우스피스 거치턱(178)을 구비한다. 마우스피스 거치턱(178)은 입 삽입부(179)로부터 호흡량 측정 센서부(160)까지가 소정 길이를 유지하도록 하는 역할을 한다.

마우스피스(170)는 사용자가 마우스피스(170)의 일단, 즉, 입 삽입부(179)를 사용자의 입에 삽입하고 호기 또는 흡기를 행하기 위한 수단으로, 마우스피스 거치턱(178)을 기준으로, 마우스피스 상부(171)와, 마우스피스 하부(172)로 나눌 수 있다.

마우스피스 상부(171)는 마우스피스(170)의 일단인, 입 삽입부(179)로부터 마우스피스 거치턱(178)까지를 말하며, 마우스피스 하부(172)는, 마우스피스 거치턱(178)부터 마우스피스(170)의 다른 일단까지를 말한다.

마우스피스 하부(172)의 일측에는 센싱부턱(175)를 구비하며, 센싱부턱(175)에는 2개의 센싱용 통공(177)을 구비한다. 센싱용 통공(177)은 호흡량 측정 센서부(160)의 센서 측정단자(167)과 결합되기 위한 통공으로, 이와 같이 결합되어, 사용자의 호흡량 정보를 포함하는 공기압, 즉, 마우스피스(170) 내의 공기압을 측정하기 위한 수단이다. 또한, 마우스피스 하부(172)의 내측에는, 다수의 통공을 가진 먼지 메쉬망부(173)가 형성되어 있다. 특히, 메쉬망부(173)는 2개의 센싱용 통공(177)의 사이에 위치된다.

마우스피스(170)가, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 마우스피스 삽입 통공(150)에 삽입시, 마우스피스(170)의 센싱부턱(175)은, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 센싱부 홈(155)와 결합되고, 마우스피스(170)의 2개의 센싱용 통공(177)은, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)의 센싱부 홈(155)에 구비된 2개의 센서 측정단자(167)와 결합된다. 호흡량 측정 센서부(160)는 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)에 내장되어 있다.

도 9의 (b)에서와 같이, 하나의 센싱용 통공(177)와 하나의 센싱부 홈(155)의 결합 부분, 즉, 제1결합부와, 다른 하나의 센싱용 통공(177)와 다른 하나의 센싱부 홈(155)의 결합 부분, 즉, 제2결합부의 사이에, 메쉬망부(173)가 위치되며, 결과적으로, 제1결합부와 제2결합부 사이의 차동 압력을 측정하게 된다. 다시 말해 메쉬망부(173)에서의 압력을 측정하게 되며, 이 압력은 사용자의 호기 또는 흡기에 따른 공기량 정보를 포함하고 있어, 설명의 편의상, 본 발명에서는 호흡량 신호라 한다.

도 3, 도 5 및 도 8에서, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)에서, 상면 일측에 조작버튼(241) 및 LED등(243)이 위치되며, 저면(후면)에 스피커부(230)를 구비하며, 일측면에 전원 스위치(242)를 구비하며, 다른 일측면에 포트부(281)를 구비하나, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 조작버튼(241), LED등(243), 스피커부(230), 전원 스위치(242), 포트부(281)는 본체의 어디에도 설치가능함을 밝혀둔다.

도 7에서와 같이, 휴대용 폐활량계 시스템(10)은 호흡량 측정부(100)와, 게임 및 분석부(200)을 포함한다.

호흡량 측정부(100)는 마우스피스(170)을 통해 입력되는 공기들로부터 호흡량 신호를 검출하여 전처리하는 수단으로, 호흡량 측정 센서부(160)와 신호전처리부(180)을 포함한다.

호흡량 측정 센서부(160)는 차동 압력센서를 포함하며, 호흡량 측정 센서부(160)는 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)에 내장된다. 호흡량 측정 센서부(160)는 센서 측정단자(167)를 통해 메쉬망부(173)의 위아래에서의, 마우스피스 내의 공기압의 차를, 전기적 신호로 변환하여 출력하며, 상기 전기적 신호를 호흡량신호로서 검출한다. 호흡량 측정 센서부(160)는 차동 압력센서를 사용한다.

신호전처리부(180)는, 호흡량 측정 센서부(160)로부터 수신된 호흡량신호를 증폭하고 잡음을 제거하고, 아날로그신호인 호흡량신호를, 디지탈 신호의 호흡량신호로 변환하여, 게임 및 분석부(200)의 연산처리부(210)으로 전달한다.

게임 및 분석부(200)는 연산처리부(210), 디스플레이부(220), 스피커부(230), 키입력부(240), 송수신부(280), 메모리부(290)를 포함한다.

본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템(10)은 호흡량 측정모드와 호흡 훈련모드를 구비하며, 키입력부(240)를 통해 모드를 설정할 수 있다.

연산처리부(210)는, 키입력부로부터 호흡량 측정모드 신호를 수신할 경우, 호흡량 측정부(100)의 신호전처리부(180)로부터 입력된 호흡량신호로부터 소정 연산을 거쳐 폐활량을 포함하는 호흡 파라미터를 검출하여 디스플레이부(220)로 출력하거나, 상기 폐활량 신호의 정도에 따라 소정의 게임 태스크(task)를 행하는 영상을 디스플레이부(220)로 출력하게 한다. 여기서, 호흡 파라미터를 검출한다는 것은 폐기능검사(PFT, Pulmonary Function Test)를 행하는 것을 말한다. 즉, 호흡 파라미터는, 노력성폐활량(FVC, forced vital capacity), 저속 폐활량(SVC, slow vital capacity), 최대 수의 환기량(MVV, maximum voluntary ventilation, 최대 환기량)등이 있다.

노력성폐활량(FVC, forced vital capacity)은 강제폐활량이라고도 하며, 최대흡기값(최대들숨수준, maximal inspiratory level)에서 최대한 숨을 내쉬는 노력을 했을 때의 공기량을 말한다. 즉, 노력성폐활량(FVC)은 힘껏 숨을 들이마신 후, 힘껏 토해낸 공기의 양을 말한다.

예측폐활량(FVCPR) 또는 정상예측식은 성별, 연령(나이), 신장으로부터 계산되는 표준적인 폐활량이다. 예를들어, 동양인 남자의 예측폐활량(단위: L)은, 0.045×신장(cm) - 0.023×나이 - 2.258 에 의해 구하여질 있고, 동양인 여자의 예측폐활량(단위: L)은, 0.032×신장(cm) - 0.018×나이 - 1.178 에 의해 구하여질 수 있다. 또는, 남자의 예측폐활량(단위: ml)은 51.0×신장 - 25.0×나이 - 3550±590 으로 구하여질 수 있고, 여자의 예측폐활량(단위: ml)은 33.0×신장 - 23.0×나이 - 1400±460 으로 구하여질 수 있다.

저속 폐활량(SVC, slow vital capacity)은 일반적인 폐활량을 말하며, 폐활량(VC, Vital Capacity)이라고도 불리며, 폐의 호흡기능을 평가한다. 이는 숨을 들이마시고, 천천히 토했을 때의 폐의 용량을 측정한다.

최대 수의 환기량(MVV, maximum voluntary ventilation, 최대 환기량)은, 피검자가 자발적인 최대 노력으로 1분간 호흡할 수 있는 기량으로, 최대환기를 가장 빠르게 12초간 계속한 호흡량을, 5배하여 분시환기량으로서 표시한다.

연산처리부(210)는, 키입력부로부터 호흡 훈련모드 신호를 수신할 경우, 키입력부(240)로부터 게임시작 신호가 입력되면, 호흡량 측정부(100)의 신호전처리부(180)로부터 입력된 호흡량신호로부터 소정 연산을 거쳐 폐활량을 검출하고, 검출된 폐활량신호를, 각 등급 문턱치와 비교하여, 현재의 폐활량 등급을 구하고, 현재의 폐활량 등급에 따라 게임 태스크(task)를 진행하는 화면을 출력한다.

본 발명에서, '게임 태스크(task)'는 사용자의 폐활량으로부터 구해진 폐활량 등급에 따라 디스플레이상의 게임에서 소정행위가 이루어지는 것을 말한다, 예를 들어, 게임 태스크로서, 도 10의 (a)에서와 같이, 폐활량 등급에 따라 소정 개수의 촛불이 꺼지도록 이루어질 수 있다. 게임 태스크의 다른 예로써, 도 10의 (b)에서와 같이, 블로우 파이프(blowpipe, 입으로 부는 화살총, 또는 블로우건(blowgun) 이라함) 내의 화살촉이 발사되어 다트(dart)의 원반과녁에 꼿히도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 원반과녁의 소정 점수 부분에 꼿히도록 이루어질 수 있다. 게임 태스크의 또 다른 예로써, 도 10의 (c)에서와 같이, 블로우 파이프 내의 화살촉이 발사되어, 날고 있는 새를 맞추어 떨어트리도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 소정 마리의 새가 떨어지도록 이루어질 수 있다. 게임 태스크의 또 다른 예로써, 도 10의 (d)에서와 같이, 기둥형태의 물원통 내에 물 및 구슬들이 들어 있으며, 폐활량 등급에 따라 물원통 내의 물 및 구슬의 위치가 높아지도록 이루어질 수 있다. 게임 태스크의 다른 예로써, 도 10의 (e)에서와 같이, 그래프가 디스플레이 되며, 음향(예로 바람소리)이 제공되되, 강제 호기(Forced expiration)와 강제 흡기(Forced inspiration)의 증감에 따라 스피커부(230)에서 출력되는 음향의 크기가 증감되도록 이루어질 수 있다. 즉, 폐활량 등급에 따라 음향의 크기가 달라지도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서, 폐활량 등급은 다수개 구비하며, 예를들어, 제0 등급, 제1 등급, 제2 등급, 제3 등급, 제4 등급, 제5 등급, 제6 등급, 제7 등급까지의 8가지의 등급을 가질 수 있다.

연산처리부(210)는 구하여진, 폐활량을, 제0 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제0 등급으로 판정한다. 폐활량이 제0 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제1 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제1 등급으로 판정한다. 폐활량이 제1 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제2 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제2 등급으로 판정한다. 폐활량이 제2 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제3 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제3 등급으로 판정한다. 폐활량이 제3 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제4 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제4 등급으로 판정한다. 폐활량이 제4 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제5 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제5 등급으로 판정한다. 폐활량이 제5 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제6 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제6 등급으로 판정한다. 폐활량이 제6 등급의 문턱치(즉, 최고등급 판정 문턱치)보다 작지 않다면, 폐활량을, 제7 등급으로 판정한다.

본 발명에서 각 게임의 미션(mission, 또는 목표)은, 폐활량 등급이 최고등급(예로, 제7 등급)이 되게 하는 것으로 한다. 따라서 폐활량 등급이 최고등급(예로, 제7 등급)이 되어, 최고등급(예로, 제7 등급)에 따른 게임 태스크가 행하여지도록, 사용자는 폐활량이 최고등급이 될때까지 호기 및 흡기를 행한다.

본 발명에서 폐활량 최고등급은 게임의 미션(mission)으로 정해진 폐활량 등급을 말하며, 또한, 최고등급 판정 문턱치는 폐활량 최고등급 임을 판정하기 위한 등급 문턱치이다.

본 발명에서 각 등급 문턱치들을 '게임의 난이도'라고 한다.

게임의 난이도, 즉, 각 등급 문턱치는 초기에 사용자가 입력한 성별, 연령(나이), 신장를, 정상예측식에 적용하여, 예측폐활량(FVCPR)을 구하고, 구하여진 예측폐활량을 이용하여 구할 수 있다. 또는, 게임전에 사용자로부터 사용자로부터 노력성폐활량(FVC), 저속 폐활량(SVC), 최대 수의 환기량(MVV) 등을 구하여 이들을 이용하여 게임의 난이도, 즉, 각 등급 문턱치를 구할 수 있다.

예를들어, 제0 등급의 문턱치는 예측폐활량(FVCPR) 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 15%로 할 수 있으며, 제1 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 30%로 할 수 있으며, 제2 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 40%로 할 수 있으며, 제3 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 50%로 할 수 있으며, 제4 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 60%로 할 수 있으며, 제5 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 70%로 할 수 있으며, 제6 등급의 문턱치는 예측폐활량 또는 노력성폐활량(FVC)의 약 80%로 할 수 있다.

경우에 따라서, 게임의 미션(mission)이 종료되면, 사용자로 하여금 노력성폐활량(FVC)을 검출하게 하여 게임의 난이도, 즉, 각 등급 문턱치를 조정할 수 있다.

경우에 따라서, 연이은 소정 횟수(예를들어 5회) 게임 시도에서, 1회도 미션(mission)을 성공하지 못했다면, 각 등급 문턱치의 난이도를 1%씩 낮추되, 최초의 각 등급 문턱치로부터 10%가 넘지않는 한도에서 낮출 수 있다.

경우에 따라서, 연이은 소정 횟수(예를들어 5회) 게임 시도에서, 전부 미션(mission)을 성공하였다면, 각 등급 문턱치의 난이도를 1%씩 높이되, 최초의 각 등급 문턱치로부터 10%가 넘지않는 한도에서 높일 수 있다.

디스플레이부(220)는 연산처리부(210)의 출력을 디스플레이하되, 게임에 따른 영상을 디스플레이하거나, 검출된 폐활량 등을 출력한다.

스피커부(230)는 게임에 따른 음향을 연산처리부(210)로 부터 수신하여 출력한다. 또한 폐기능검사(PFT)의 절차에 따라 안내방송을 출력할 수 있다.

키입력부(240)는 데이터를 입력하거나 설정하는 조작버튼(241), 전원을 온(ON)/오프(OFF)하는 전원 스위치(242) 등을 포함하고, 경우에 따라서는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로 이루어질 수도 있다.

송수신부(280)는 포트부(281)를 이용하여 외부로 데이터를 전송하거나 수신할 수 있으며, 외부 메모리를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 블루투스 등을 이용하여 무선으로 데이터를 전송하거나 저장할 수 있다.

메모리부(290)는 게임 프로그램을 저장하고 있으며, 또한 사용자의 폐활량 등의 결과를 저장할 수 있다.

본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템은 사용초기에 사용자는 ID, 성별, 생년월일, 신장, 몸무게, 인종(예로, CAUCASIAN, BLACK, HISPANIC, ASIAN), 흡연여부 및 흡연기간 등을 입력하고, 화면밝기, 음량 등등의 초기값을 설정하며, 이들 입력된 데이터들은 메모리부(290)에 저장된다. 또한, 연산처리부(210)는 예측폐활량(FVCPR), 즉 정상예측식을 구하여, 메모리부(290)에 저장한다.

도 11은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템의 메인 메뉴화면(초기화면)의 일예(도 11의 (a))와, 상기 메뉴화면에서 사용자(User) 정보입력 버튼(273)을 선택할 때의 화면(도 11의 (b))과, 상기 메뉴화면에서 데이터 버튼(274)을 선택할 때의 화면(도 11의 (c))를 나타낸다.

폐기능검사(PFT) 버튼(271), 호흡근 강화 게임(RMSG) 버튼(272), 사용자(User) 정보입력 버튼(273), 데이터 버튼(274), 설정버튼(275) 등을 포함한다.

폐기능검사(PFT) 선택버튼(271)은 호흡량 측정모드를 선택하는 것으로, 노력성폐활량(FVC), 저속 폐활량(SVC), 최대 수의 환기량(MVV)을 검출하기 위한 선택버튼이다.

호흡근 강화 게임(RMSG) 선택버튼(272)는 호흡 훈련모드를 선택하는 것으로, 게임을 행하면서 호흡훈련을 하게하기위한 버튼이다. 호흡훈련을 하기 위한 다수의 게임을 구비한 경우 사용자는 그 중의 한 게임을 선택하고 게임을 행하게 된다.

사용자(User) 정보입력 버튼(273)은, 도 11의 (b)와 같이, ID, 이름, 성별, 생년월일, 신장, 몸무게, 인종(ethnic), 흡연여부 및 흡연기간 등의 사용자 개인정보를 입력하게 하기 위한 버튼이다.

데이터 버튼(274)은 호흡량 측정모드 또는 호흡 훈련모드에서 검출된 결과, 예로 폐활량 등을 저장하거나, 기저장된 데이터들을 확인하기 위한 버튼이다. 데이터 버튼(274)을 선택하여, 도 11의 (c)와 같이, 저장된 데이터를 볼수 있다.

설정(Setting) 버튼(275)은 휴대용 폐활량계 시스템 자체의 초기값, 예로, 화면밝기, 음량 등의 초기값들을 설정하며, 또한, 교정(CALIBRATION)을 행하거나 결과를 삭제하며, 폐활량 측정(SPIROMETER)에 대한 그래픽, 파라미터, 예측, 결과 등을 보기 위한 버튼이다.

도 12는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 노력성폐활량(FVC)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.

도 12의 (a)는 노력성폐활량(FVC)의 측정화면을 나타낸다. 도 12의 (a)는, 도 11의 (a)의 메인 메뉴화면에서 폐기능검사(PFT) 버튼(271)을 선택(터치)하고, 그다음에 제시된 화면에서, 노력성폐활량(FVC) 버튼(미도시), 저속 폐활량(SVC) 버튼(미도시), 최대 수의 환기량(MVV) 버튼(미도시) 중에, 노력성폐활량(FVC) 버튼(미도시)을 선택하여 노력성폐활량(FVC)을 측정하는 경우이다.

도 12의 (a)의 노력성폐활량(FVC)의 측정화면에서, 시작 버튼(251)을 눌러서, 노력성폐활량의 측정을 시작하고, 노력성폐활량의 측정이 끝난 후 종료버튼을 눌러 측정을 종료하며, 도 12의 (b)와 같이, 화면에 결과값이 표시된다. 사용자는 기침 등을 하거나 하여 잘못 측정된 경우는 데이터 삭제 버튼(253)을 눌러 데이터를 삭제하고, 측정을 종료할 경우, 폐활량 측정 후 종료버튼(미도시)을 눌러 측정을 종료한다. 종료버튼으로 종료를 하지 않을 경우, 측정시작부터 일정시간 후 자동 종료된다. 예를 들어 노력성폐활량(FVC) 측정시에는 측정시작부터 15초 경과되면 종료되게 할 수 있으며, 저속 폐활량(SVC) 측정시 및 최대 수의 환기량(MVV) 측정시에는, 측정시작부터 30초 경과되면 종료되게 할 수 있다.

도 12의 (b)에서와 같이, 측정이 종료되면, 즉 측정 종료 화면에 결과값이 표시되는 데, 노력성 폐활량(FVC), 1초간 노력성 폐활량(FEV1), 최고 호기 유속(PEF)를 결과값으로 출력한다.

여기서, 노력성 호기방법은 가능한 한 최대로 공기를 들어바신후 최대한 빠르고 세게 공기를 불어내는 방법이며, 노력성 폐활량(FVC)은 노력성 호기방법으로 가능한한 최대로 공기를 들어마신 후 최대한 빠르고 세계 불어낸 공기의 양을 나타낸다. 1초간 노력성 폐활량(FEV1)은 노력성 호기방법으로 공기를 불어낼때 처음부터 1초간 불어낸 공기의 양으로, 보통 L로 표시한다. 최고 호기 유속(PEF, Peak Expiratory Flow)은 노력성 호기방법으로 노력성 폐활량을 측정할때 최고로 빠른 호기의 유속으로 L/sec로 나타낸다.

또한, %FEV1(% 1초간 노력성 폐활량)은, 1초간 노력성 폐활량 예측치에 대한 1초간 노력성 폐활량 측정의 비로, % 1초간 노력성 폐활량 = (1초간 노력성 폐활량 측정치/ 1초간 노력성 폐활량 예측치) × 100 로 구하여지며, 즉 % 값으로 구하여진다.

1초간 노력성 폐활량 예측치는 검진자의 기대되어지는 정상인의 노력성 폐활량으로, 일반적으로 동일 인종에서 성별, 나이, 키, 몸무게에 따른 정상인의 예측치이다. 예를 들어, 동양인 남자인 경우, 1초간 노력성 폐활량 예측치는 0.036×신장(cm) - 0.028×나이 - 1.178이고, 동양인 여자인 경우, 1초간 노력성 폐활량 예측치는 0.022×신장(cm) - 0.022×나이 - 0.995 일 수 있다.

또한, FEV1/FVC 비율은, 티페노 피네리(Tiffeneau-Pinelli) 지수라고도 하며 폐쇄성 및 제한성 폐 질환의 진단에 사용되는 비율이며, FEV1/FVC 비율을 %로 나타낸 것을 FEV1/FVC %(1초율)라 한다.

또한, FEF25-75%(노력성 호기 중간유량, 최대 중간 호기유량, MMF)은 폐기능 검사할때 힘껏 폐활량대로 불어낼 때 전체를 0-100%로 보았을 때, 25-75%에 해당하는 유량(flow)을 의미하며, 세기관지의 기능을 보는 지표이다. 즉, 노력성 폐활량(FVC)의 25-75%에 해당하는 공기의 흐름이다.

최고 호기 유속(PEF) 예측치는 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게에 따른 정상인의 예측치이다. 예를들어, 동양인 남자인 경우, 최고 호기 유속(PEF) 예측치는 64.53×신장(m)³+ 0.4795×나이² + 77.0이고, 동양인 여자인 경우, 최고 호기 유속(PEF) 예측치는 310.4×신장(m) + 6.463×나이 - 209.0 일 수 있다.

도 12의 (b)와 같은 측정을 3번에 걸쳐 시행하게 되며, 3번의 결과 값이 저장되면, 도 12의 (c)와 3번의 결과 값을 가진 화면이 출력되게 된다. 도 12의 (c)와 같이, 3번의 측정이 종료된 후 최종결과보기 버튼(255)을 선택하게 되면, 도 12의 (d)와 같은, 최종 측정결과화면으로 가게된다.

도 12의 (d)와 같이, 최종 측정결과화면에서는, 측정값 중에서 가장 높은 값을 출력한다. 즉, 도 12의 (c)의 3번의 측정된 값 중, 가장 높은 값, 즉, 베스트 값에 해당하는 결과를 출력한다.

즉, 연산처리부(210)는, 사용자가 입력한 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게로, 예측된 노력성 폐활량(FVC)(즉, 예측폐활량 또는 정상예측식)과, 예측된 FEV1(즉, 1초간 노력성 폐활량 예측치)과, 예측된 최고 호기 유속(PEF), 예측된 FEF25-75%(노력성 호기 중간유량)을 구하여 최종 측정결과화면(즉, 최종 측정결과화면 중 Predict)에 출력하고, 또한, 노력성 폐활량(FVC)의 측정치, FEV1(즉, 1초간 노력성 폐활량)의 측정치, 최고 호기 유속(PEF)의 측정치, FEF25-75%의 측정치를 최종 측정결과화면(즉, 최종 측정결과화면 중 Pre)에 출력하고, 각 예측치와 각 측정치의 비율을 최종 측정결과화면(즉, 최종 측정결과화면 중 Pred)에 출력한다.

휴대용 폐활량계 시스템의 호흡량 측정모드에서 시작 버튼 및 종료버튼은, 시작/종료 버튼이 토굴 키로 일 수 있으며, 경우에 따라서는 시작버튼과 종료버튼을 각각 구비할 수 있다. 또한, 호흡량 측정모드 에서 PRE/POST 버튼(PRE 또는 POST)는 토굴(toggle) 키로 이루어지며, 기관지확장제 반응검사 시 사용되는 것으로, 기관지확장제의 반응 전(PRE) 및 반응 후(POST)의 측정시 선택하여 측정한다. 즉, 기관지확장제를 투여하지 않고 검사시는 (PRE)를 선택하고, 기관지확장제를 투여하고 검사시는 (POST)를 선택한다.

또한, 휴대용 폐활량계 시스템에서는 이전메뉴로 돌아가는 이전메뉴 버튼(252)과, 잘못 측정된 경우 데이터를 삭제하기 위한 데이터 삭제 버튼(253)과, 측정이 끝난 후 최종데이터를 보기위한 최종결과 보기 버튼(255)과, 유량 용량(용적) 곡선(Flow-Volume Curve, FV Curve) 버튼(256)과, 용량(용적) 시간 곡선(Volume-Time Curve) 버튼(257)을 구비한다.

일반적으로, 폐활량곡선(spirogram)은, 유량용량곡선(FV Curve) 및 용량(용적) 시간 곡선(Volume-Time Curve)이 있으며, 유량용량곡선(FV Curve)은 최대노력호출을 했을 때의 숨을 내뱉는 속도와 폐 내의 공기함유량 변화를 기록한 것이며, 용량(용적) 시간 곡선은 노력성 호기조작에 의하여 시간경과에 따른 호기시의 폐용적을 나타낸 것이다.

도 13은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 유량 용량(용적) 곡선 화면(도 13의 (a)) 및 용량(용적) 시간 곡선 화면(도 13의 (b))의 일예이다.

도 12의 (d)의 최종 측정결과화면에서 유량 용량(용적) 곡선 버튼(256)을 선택한 경우에, 도 13의 (a)와 같이, 유량 용량(용적) 곡선을 화면에 출력한다.

FEV1% Pred(% 1초간 노력성 폐활량 예측치)에 따른 해석을 나타낸다. 여기서, 강한 기관 확장제(bronchodilator Severity)를 취한 후, FEV1/FVC < 0.70 인 경우, 기도 폐쇄(Airway obstruction)이다. FEV1% Pred(% 1초간 노력성 폐활량 예측치)가 80% 보다 큰 경우는 가벼운(Mild) 정도(약한 정도)이고, FEV1% Pred(% 1초간 노력성 폐활량 예측치)가 50 내지 80%인 경우는 보통(Moderate) 정도(중간정도)이고, FEV1% Pred(% 1초간 노력성 폐활량 예측치)가 30 내지 50%인 경우는 심각(Severe)한 정도이고, FEV1% Pred(% 1초간 노력성 폐활량 예측치)가 30% 미만인 경우는 극심(Very severe)한 정도이라고 할 수 있다.

또한 도 12의 (d)의 최종 측정결과화면에서 용량(용적) 시간 곡선 버튼(257)을 선택한 경우에, 도 13의 (b)와 같이, 용량(용적) 시간 곡선을 화면에 출력한다.

또한, 도 12의 (d)의 최종 측정결과화면에서도, 데이터의 저장을 원치않는 경우 데이터 삭제 버튼(253)을 선택하여 데이터를 삭제할 수 있다.

도 14는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 저속 폐활량(SVC)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.

도 14의 (a)는 저속 폐활량(SVC)의 측정화면을 나타낸다. 도 14의 (a)는, 도 11의 (a)의 메인 메뉴화면에서 폐기능검사(PFT) 버튼(271)을 선택(터치)하고, 그다음에 제시된 화면에서, 노력성폐활량(FVC) 버튼(미도시), 저속 폐활량(SVC) 버튼(미도시), 최대 수의 환기량(MVV) 버튼(미도시) 중에, 저속 폐활량(SVC) 버튼(미도시)을 선택하여 저속 폐활량(SVC)을 측정하는 경우이다.

도 14의 (a)의 저속 폐활량(SVC)의 측정화면에서, 시작 버튼(251)을 눌러서, 저속 폐활량(SVC)의 측정을 시작하고, 저속 폐활량(SVC)의 측정이 끝난 후 종료버튼을 눌러 측정을 종료하며, 도 14의 (b)와 같이, 저속 폐활량(SVC) 측정 결과화면에 결과값이 표시된다. 측정 중에 종료버튼을 누르지 않아도, 즉, 강제 종료를 하지 않아도, 일정시간 후 측정은 자동 종료된다.

SVC 측정 시 호흡방법은, 적어도 3번 이상 평상시 호흡을 한다. 그 다음, 천천히 있는 힘을 다하여 끝까지 내쉰다(RV level). 그 다음, 천천히 있는 힘을 다하여 끝까지 들이쉰다(TLC level). 그 다음, 평상시 호흡으로 복귀한다. 이렇게 호흡하여 측정이 종료되면, 도 14의 (b)와 같은 저속 폐활량(SVC) 측정 결과화면에, 시간에 따른 폐 용적의 변화를 나타내는 그래프(V-T)가 출력된다.

저속 폐활량(SVC) 측정시, 저속 폐활량(SVC) 뿐만아니라, 1회 환기량(TV), 예비 흡기량(IRV), 예비 호기량(ERV) 등을 측정한다.

여기서, 1회 환기량(Tidal Volume, TV)은 1회호흡시 출입하는 공기의 양이며, 예비 흡기량(Inspiratory Reserve Volume, IRV)은 들이마실 수 있는 정상적인 공기의 양보다 더 많이 들이마실 수 있는 공기의 최대량이며, 예비 호기량(Expiratory Reserve Volume, ERV)은 정상적인 호흡을 할 때, 숨을 내쉬고 나서 폐에 남아 있는 공기량이며, 잔기량(Residual Volume, RV)은 최대호출(最大呼出)을 실시한 후에 폐내에 잔존하는 가스량을 말한다. 기능적잔기량(機能的殘氣量)과 예비호기량(豫備呼氣量)의 차로 계산한다.

도 15는 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 최대 수의 환기량(MVV)을 측정할때를 설명하기 위한 도면이다.

도 15의 (a)는 최대 수의 환기량(MVV)의 측정화면을 나타낸다. 도 15의 (a)는, 도 11의 (a)의 메인 메뉴화면에서 폐기능검사(PFT) 버튼(271)을 선택(터치)하고, 그다음에 제시된 화면에서, 노력성폐활량(FVC) 버튼(미도시), 저속 폐활량(SVC) 버튼(미도시), 최대 수의 환기량(MVV) 버튼(미도시) 중에, 최대 수의 환기량(MVV) 버튼(미도시)을 선택하여 최대 수의 환기량(MVV)을 측정하는 경우이다.

도 15의 (a)의 최대 수의 환기량(MVV)의 측정화면에서, 시작 버튼(251)을 눌러서, 최대 수의 환기량(MVV)의 측정을 시작하고, 최대 수의 환기량(MVV)의 측정이 끝난 후 종료버튼을 눌러 측정을 종료하며, 도 15의 (b)와 같이, 최대 수의 환기량(MVV) 측정 결과화면에 결과값이 표시된다. 측정 중에 종료버튼을 누르지 않아도, 즉, 강제 종료를 하지 않아도, 일정시간 후 측정은 자동 종료된다.

최대 수의 환기량(MVV) 측정 시 호흡방법은 스피커부(230)로부터 피검자(사용자)가 가능한 한 빨리 그리고 많이 호흡(MVV)하라는 지시 음성이 출력하고, 이에 따라 피검자(사용자)는 가능한 한 빨리 그리고 많이 호흡을 행하게 되며, 호흡량 검출부(100)로부터 이에따른 측정을 행하며, 측정시작으로부터 일정 시간, 즉, 정해진 측정시간(TMVV)이 지나면, 측정이 자동 종료되고, 그 검출 결과값이, 최대 수의 환기량(MVV) 측정결과 화면에 출력된다. 검출 결과값이 화면에 출력되면, 피검자는 평상호흡으로 복귀한다.

최대 수의 환기량(MVV) 측정결과 화면은 도 15의 (b)와 같이 시간에 따른 폐 용적의 변화를 나타내는 그래프(V-T)를 출력한다. 최대 수의 환기량(MVV)의 측정시, 최대 수의 환기량(MVV)뿐만아니라, 분당호흡수(RR, Respiratory rate), 1회 환기량(Tidal Volume, TV)을 검출하여 출력한다.

도 16은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 호흡근 강화게임의 초기화면의 일예이다.

즉, 도 11의 (a)의 메인 메뉴화면에서 호흡근 강화 게임(RMSG) 선택버튼(272)을 선택함으로써 출력된 화면으로, 호흡 훈련모드를 선택하였을 경우이다. 도 16과 같이 호흡근 강화게임의 초기화면에서 다수의 게임 버튼 들을 제시하고, 사용자의 흥미에 따라 선택하도록 이루어진다.

도 16의 호흡근 강화게임의 초기화면에서는, 촛불끄기 게임 버튼(261), 블로우건 다트(Blowgun Dart) 게임버튼(262), 블로우건 이글(Blowgun Eagle) 게임버튼(263), 물기둥 게임버튼(264), 그래프 게임버튼(265) 중 하나를 선택하도록 이루어지나, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.

촛불끄기 게임 버튼(261)을 선택하면, 도 10의 (a)에서와 같은, 폐활량에 따라 소정 개수의 촛불이 꺼지도록 하는 게임을 행할 수 있다.

블로우건 다트(Blowgun Dart) 게임버튼(262)을 선택하면, 도 10의 (b)에서와 같은, 블로우 파이프(blowpipe) 또는 블로우건(blowgun) 내의 화살촉이 발사되어 다트(dart)의 원반과녁에 꼿히도록 이루어지되, 폐활량에 따라 원반과녁의 소정 점수 부분에 꼿히도록 하는 게임을 행할 수 있다.

블로우건 이글(Blowgun Eagle) 게임버튼(263)을 선택하면, 도 10의 (c)에서와 같은, 블로우 파이프(blowpipe) 또는 블로우건(blowgun) 내의 화살촉이 발사되어, 날고 있는 새를 맞추어 떨어트리도록 이루어지되, 폐활량에 따라 소정 마리의 새가 떨어지도록 하는 게임을 행할 수 있다.

물기둥 게임(264)을 선택하면, 도 10의 (d)에서와 같이, 기둥형태의 물원통 내에 물 및 구슬들이 들어 있으며, 폐활량에 따라 물원통 내의 물기둥, 즉, 구슬의 위치가 높아지도록 하는 게임을 행할 수 있다.

그래프 게임버튼(265)을 선택하면, 도 10의 (e)과 같이, 그래프가 디스플레이 되며, 음향(예로 바람소리)이 제공되되, 강제 호기(Forced expiration)와 강제 흡기(Forced inspiration)의 증감에 따라 스피커부(230)에서 출력되는 음향의 크기가 증감되도록 이루어진 게임을 행할 수 있다. 이 경우, 폐활량 등급에 따라 음향의 크기가 달라지도록 이루어질 수 있다.

상기 5가지 게임에서 시각적 피드백은 영상(이미지)로서 제공되며, 청각적 피드백은 가능한 한 빨리 그리고 있는 힘을 다하여 끝까지 내쉬는 강제 호기(Forced expiration)과 가능한 한 빨리 그리고 있는 힘을 다하여 끝까지 들이쉬는 강제 흡기(Forced inspiration)가 증가할 때는 스피커부(230)에서 음량의 크기가 커지며, 강제 호기(Forced expiration)와 강제 흡기(Forced inspiration)가 감소할 때는 스피커부(230)에서 음량의 크기가 작아지게 된다.

노력성 폐활량(FVC) 측정시 및 호흡근 강화게임 시에, 우선, 피검자(사용자)의 ID, 인종, 성별, 키, 몸무게 등등의 개인 정보를 입력한다. 다음으로 마우스피스(170)를, 휴대용 폐활량계 시스템 본체(110)에 장착하고, 피검자는 평상시와 같이 3회 이상 호흡한다. 즉, 이는 평상시와 같은 호흡을 하여 측정준비를 하는 것으로, 정확한 측정을 위해 권고하는 사항이다. 다음으로, 가능한 한 많이 들이쉰다. 이 경우, 속도와 관계없이 가능한 한 많이 들이쉬어야 한다. 즉 피검자가 들여 마실 수 있는 최대량을 들여 마시도록 해야 한다. 그 다음으로, 가능한 한 빨리 그리고 있는 힘을 다하여 끝까지 내쉰다(Forced expiration). 즉, 최대한 빨리 내쉬어야 하며 더 이상 내쉬기 어려울 때까지 내쉬어야 한다. 그리고나서, 가능한 한 빨리 그리고 있는 힘을 다하여 끝까지 들이쉰다(Forced inspiration). 이 경우, 숨이 찬 상태가 되어 당연히 빨리 들여 마시게 되는데 이때 숨차는 것을 모면하기 위하여 들여 마시는 정도가 아니라 최대한 노력하여 들여 마셔야 한다. 위의 과정이 끝나면 화면의 종료버튼을 눌러 측정이 끝남을 기기에 알린다.

또한, 이 측정시들에는, 환자는 코마개의 사용과 함께 공기가 새나가지 않도록 마우스피스를 입술로 충분히 덮고 호흡한다. 측정 또는 훈련을 위해 사용되는 마우스피스는 일회용으로 사용한다.

도 17은 본 발명의 휴대용 폐활량계 시스템에서 호흡근 강화게임시의 연산처리부 구동을 설명하기 위한 흐름도이다.

초기화단계(S105)로, 연산처리부(210)는 게임 카운더, 미션 성공 플래그, 미션 실패 플래그 등을 리셋(클리어, 초기화)하며, 사용자가 키입력부(240)로부터 입력한 ID, 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게 등의 데이터를 메모리부(290)에 저장하고, 사용자가 선택한 게임모드관련 환경으로 전환한다. 즉, 사용자가 촛불끄기 게임 버튼(261), 블로우건 다트(Blowgun Dart) 게임버튼(262), 블로우건 이글(Blowgun Eagle) 게임버튼(263), 물기둥 게임버튼(264), 그래프 게임버튼(265) 중 하나를 선택하면, 각 게임관련 초기화면을 출력한다.

예측치 연산단계(S106)로, 연산처리부(210)는 메모리부(290)로부터 사용자 ID에 따른 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게를 읽어들여서, 노력성 폐활량(FVC) 예측치(즉, 예측폐활량 또는 정상예측식)를 구하여, 임시 저장한다.

문턱치 연산단계(S107)로, 노력성 폐활량(FVC) 예측치로부터 폐활량 등급 문턱치들을 구한다. 예를들어, 제0 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 15%로 구할 수 있으며, 제1 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 30%로 구할 수 있으며, 제2 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 40%로 구할 수 있으며, 제3 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 50%로 구할 수 있으며, 제4 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 60%로 구할 수 있으며, 제5 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 70%로 구할 수 있으며, 제6 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 약 80%로 구할 수 있다.

호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로, 연산처리부(210)는 호흡량 검출부(100)로부터 호흡량 신호를 수신하고(S110), 수신된 호흡량 신호로부터 노력성 폐활량(FVC)를 검출한다(S115).

폐활량 등급 결정단계(S120)로, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계에서 검출된 노력성 폐활량(FVC)을, 크기순서로 나열된 폐활량 등급 문턱치들과, 순차적으로 비교하여, 폐활량 등급을 연산처리부(210)가 결정한다.

예를들어, 폐활량이 제1 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제2 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제2 등급으로 판정한다. 폐활량이 제2 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제3 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제3 등급으로 판정한다. 폐활량이 제3 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제4 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제4 등급으로 판정한다. 폐활량이 제4 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제5 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제5 등급으로 판정한다. 폐활량이 제5 등급의 문턱치보다 작지 않다면, 폐활량을, 제6 등급의 문턱치와 비교하여, 작다면, 제6 등급으로 판정한다. 폐활량이 제6 등급의 문턱치(즉, 최고등급 판정 문턱치)보다 작지 않다면, 폐활량을, 제7 등급으로 판정한다. 즉, 연산처리부(210)는 최고등급 판정 문턱치보다 작은 경우에, 소정 폐활량 등급 문턱치보다 크고, 소정 폐활량 등급 문턱치와 연이은 폐활량 등급 문턱치 보다 작은 경우, 노력성 폐활량(FVC)은, 소정 폐활량 등급 문턱치와 연이은 폐활량 등급으로 결정하고, 최고등급 판정 문턱치보다 큰 경우 최고등급으로 판단한다.

게임화면 출력단계(S125)로, 폐활량 등급 결정 단계에서 결정된 폐활량 등급에 따라, 기설정된 게임 태스크(task)의 진행하되, 즉, 소정 폐활량 등급에 따라 기설정된 영상 및 음향을 연산처리부(210)가 출력하게 한다.

여기서, 폐활량 등급에 따라 음향의 크기가 다르며, 또한 폐활량 등급에 따라 영상속의 태스크(task)의 진행정도가 다르다.

게임 종료여부 판단단계로, 연산처리부(210)는 게임카운터를 1 증가하고(S127), 게임카운터가 기 설정된 게임횟수와 비교하여(S130), 게임카운터가 기 설정된 게임횟수를 초과하면 게임을 종료한다.

미션 성공여부 판단단계로, 폐활량 등급이 기 설정된 최고등급인지 여부를 판단하여, 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로, 연이은 성공판단단계(S170)로 가고, 폐활량 등급이 최고등급이 아니라면 미션에 실패한 것으로, 연이은 실패판단단계(S160)로 간다.

본 발명에서 미션 성공은 폐활량 등급이 기 설정된 최고등급인 경우이고, 미션 실패는 폐활량 등급이 기 설정된 최고등급이 아닌 경우이다.

연이은 실패여부 판단단계로, 미션 성공여부 판단단계에서 폐활량 등급이 최고등급이 아니라면 미션에 실패한 것이라면, 실패 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 실패이었는 지를 판단하고(S160), 만약, 실패 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임에서도 미션 실패이므로, 실패 카운터를 1 증가하고(S163), 실패횟수 비교단계로 간다.

첫 실패단계로, 연이은 실패여부 판단단계(S160)에서 실패 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 연이은 전 게임에서는 미션 실패가 아니므로, 실패 플래그를 세트하고, 성공 플래그를 리셋하고, 성공 카운터를 클리어하고(S161), 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

여기서 실패 플래그 및 성공 플래그는 연이은 전 게임에서 미션 실패이었는지, 미션 성공이었는지를 나타내는 플래그이다.

실패횟수 비교단계로, 실패카운터와 기 설정된 실패횟수 문턱치와 비교하여(S165), 만약, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작다면, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

등급 문턱치 감소단계로, 실패횟수 비교단계에서, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작지 않다면(즉, 크거나 같다면), 등급 문턱치들을 1을 감소하되, 처음설정된 각 등급 문턱치로부터 총 감소값이 10을 넘지 않는 한도내에서 감소하고(S167), 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

연이은 성공여부 판단단계로, 미션 성공여부 판단단계에서 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로, 성공 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 성공이었는 지를 판단하고(S170), 만약, 성공 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임에서도 미션 성공이므로, 성공 카운터를 1 증가하고(S173), 성공횟수 비교단계로 간다.

첫 성공단계로, 연이은 성공여부 판단단계(S170)에서 성공 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 연이은 전 게임에서는 미션 성공이 아니므로, 성공 플래그를 세트하고, 실패 플래그를 리셋하고, 실패 카운터를 클리어하고(S179), 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

성공횟수 비교단계로, 성공카운터와 기 설정된 성공횟수 문턱치와 비교하여(S175), 만약, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작다면, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

등급 문턱치 증가단계로, 성공횟수 비교단계에서, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작지 않다면(즉, 크거나 같다면), 등급 문턱치들을 1을 증가하되, 처음설정된 각 등급 문턱치로부터 총 증가값이 10을 넘지 않는 한도내에서 증가하고(S177), 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아간다.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

10: 휴대용 폐활량계 시스템 100: 호흡량 측정부
110: 휴대용 폐활량계 시스템 본체 111: 포트부 커버
150:마우스피스 삽입 통공 155: 센싱부 홈
160: 호흡량 측정 센서부 167: 센서 측정단자
170: 마우스피스 173: 메쉬망부
175: 센싱부턱 177: 센싱용 통공
178: 마우스피스 거치턱 179: 입 삽입부
180: 신호전처리부 200: 게임 및 연산부
210: 연산처리부 220: 디스플레이부
230: 스피커부 240: 키입력부
241: 조작버튼 242: 전원 스위치
243: LED등 251: 시작버튼
252: 이전메뉴 버튼 253: 데이터 삭제 버튼
255: 최종데이터 보기 버튼 256: 유량 용량 곡선 버튼
257: 용량 시간 곡선 버튼 280: 송수신부
281: 포트부 282: PC통신용 연결 포트
283: 데이터 저장 및 업데이트용 포트 284: 전원 연결포트
290: 메모리부

Claims

마우스피스를 통해 입력하는 피검자의 호기 및 흡기의 호흡량 신호를 검출하는, 호흡량 검출부;
호흡량 검출부로부터 수신된 호흡량 신호로부터, 노력성폐활량(FVC)을 포함하는 호흡 파라미터를 검출하되, 호흡 파라미터를 디스플레이부로 출력하게 하거나, 또는 검출된 노력성폐활량의 정도에 따라 게임의 태스크(task)를 수행하는 영상을 디스플레이부로 출력하게 하는 연산처리부를 포함하는, 게임 및 분석부;
를 포함하며,
호흡검출부와, 게임 및 분석부가, 하나의 휴대용 폐활량계 시스템의 몸체에 구비된 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제1항에 있어서,
호흡량 검출부는 차동 압력센서를 포함하는 호흡량 측정 센서부를 이용하여, 마우스피스 내의 공기압을 전기적 신호로 변환한 신호를, 호흡량 신호로서, 검출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
차동 압력센서를 포함하는 호흡량 측정 센서부를 이용하여, 마우스피스 내의 공기압을 전기적 신호로 변환한 신호를, 호흡량 신호로서, 검출하는, 호흡량 검출부;
호흡량 검출부로부터 수신된 호흡량 신호로부터, 노력성폐활량(FVC)을 검출하고, 노력성폐활량의 정도에 따라, 게임의 태스크(task)를 수행하는 영상을 디스플레이부로 출력하게 하는 연산처리부를 포함하는, 게임 및 분석부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
연산처리부가 노력성폐활량(FVC)에 따른 음향신호를 생성하여 스피커부로 출력하게 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
마우스피스는, 휴대용 폐활량계 시스템 본체의 일측에 구비된 마우스피스 삽입 통공에 삽입되며,
마우스피스 삽입 통공의 내측의 일측에, 호흡량 측정 센서부의 센서 측정단자가 위치되며,
마우스피스가, 마우스피스 삽입 통공에 삽입되면, 마우스피스의 하부에 구비된 센싱용 통공과, 상기 센서 측정단자가 서로 결합되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제5항에 있어서,
마우스피스의 외측 하부의 일측에 직선형으로 돌출된 센싱부턱을 구비하되, 상기 센싱부 턱 내에 2개의 센싱용 통공을 구비하며, 마우스피스의 내측에서, 상기 2개의 센싱용 통공의 사이에 메쉬망부가 위치되며,
마우스피스 삽입 통공의 내측 일측에 직선형의 홈인 센싱부 홈을 구비하되, 상기 센싱부 홈 내에 2개의 센서 측정단자가 위치되며,
호흡량 측정 센서부는 상기 2개의 센서 측정단자로부터, 마우스피스내에서 메쉬망부의 위와 아래의 공기압의 차를 전기적 신호로 변환하여 호흡량 신호로서 검출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
연산처리부는, 검출된 노력성 폐활량(FVC)의 크기에 따라, 폐활량 등급을 결정하고, 폐활량 등급에 따라, 게임 태스크(task)의 수행한 영상을 출력하되, 미션 성공은 폐활량 등급이 최고 등급으로, 게임 등급이 높을수록, 미션성공에 가까운, 게임 태스크(task)의 수행 영상을 출력하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제7항에 있어서,
연산처리부는, 검출된 노력성 폐활량(FVC)을, 크기순서로 나열된 폐활량 등급 문턱치들과, 순차적으로 비교하여, 폐활량 등급을 결정하되,
최고등급 판정 문턱치보다 작은 경우에, 소정 폐활량 등급 문턱치보다 크고, 소정 폐활량 등급 문턱치와 연이은 폐활량 등급 문턱치 보다 작은 경우, 노력성 폐활량(FVC)은, 소정 폐활량 등급과 연이은 폐활량 등급으로 결정하고,
최고등급 판정 문턱치보다 큰 경우 최고등급으로 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제1항에 있어서,
호흡 파라미터는, 노력성폐활량(FVC), 저속 폐활량(SVC), 최대 수의 환기량(MVV)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제8항에 있어서,
연산처리부는, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치를, 노력성 폐활량 예측치에 의해 구하며,
폐활량 등급 문턱치가, 게임 진행에 따라, 연이은 미션성공이 기설정된 소정횟수를 초과하면, 폐활량 등급 문턱치를 1씩 증가하되, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치로부터 총 증가값이, 10을 초과하지 않는 범위내에서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제10항에 있어서,
폐활량 등급 문턱치는, 게임 진행에 따라, 연이은 미션실패가, 기설정된 소정횟수를 초과하면, 폐활량 등급 문턱치를 1씩 감소하되, 게임 초기의 폐활량 등급 문턱치로부터 총 감소값이, 10을 초과하지 않는 범위내에서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제11항에 있어서,
폐활량 예측치는
동양인 남자의 폐활량 예측치(단위: ml)은 51.0×신장 - 25.0×나이 - 3550±590 으로 구하여지며,
동양인 여자의 폐활량 예측치(단위: ml)은 33.0×신장 - 23.0×나이 - 1400±460 으로 구하여지는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제11항에 있어서,
폐활량 예측치는
동양인 남자의 폐활량 예측치(단위: L)는, 0.045×신장(cm) - 0.023×나이 - 2.258 에 의해 구하여지며,
동양인 여자의 폐활량 예측치(단위: L)는, 0.032×신장(cm) - 0.018×나이 - 1.178 으로 구하여지는 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제13항에 있어서,
폐활량 등급은, 제0 등급, 제1 등급, 제2 등급, 제3 등급, 제4 등급, 제5 등급, 제6 등급, 제7 등급까지의 8가지의 등급을 가지며,
제0 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 15%이며, 제1 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 30%이며, 제2 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 40%이며, 제3 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 50%이며, 제4 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 60%이며, 제5 등급의 문턱치는 노력성폐활량(FVC) 예측치의 70%이며, 제6 등급의 문턱치는 노력성폐활량 예측치의 80%인 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 게임의 태스크는,
블로우 파이프(blowpipe), 또는 블로우건(blowgun) 내의 화살촉이 발사되어 다트(dart)의 원반과녁에 꼿히도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 원반 과녁의 소정 점수 부분에 꼿히도록 이루어진 것이거나, 또는
블로우 파이프 내의 화살촉이 발사되어, 날고 있는 새를 맞추어 떨어트리도록 이루어지되, 폐활량 등급에 따라 소정 마리의 새가 떨어지도록 이루어지거나, 또는
기둥형태의 물원통 내에 물 및 구슬들이 들어 있으며, 폐활량 등급에 따라 물원통 내의 물 기둥의 위치가 높아지도록 이루어지거나, 또는
그래프가 디스플레이 되며, 바람소리의 음향이 제공되되, 폐활량 등급에 따라 음향의 크기가 달라지도록 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 폐활량계 시스템.
마우스피스와 연결된 호흡량 측정 센서부로부터 호흡량 신호를 검출하고, 검출된 호흡량 신호로부터 노력성폐활량(FVC)을 검출하고, 호흡 재활 훈련을 위한 게임의 수행 영상을, 노력성폐활량에 따라 구동되게 하는 연산처리부를 포함하는 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법에 있어서,
연산처리부는 호흡량 측정 센서부로부터 호흡량 신호를 수신하고, 수신된 호흡량 신호로부터 노력성 폐활량를 검출하는, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계;
호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계에서 검출된 노력성 폐활량(FVC)을, 크기순서로 나열된 폐활량 등급 문턱치들과, 순차적으로 비교하여, 폐활량 등급을 연산처리부가 결정하는, 폐활량 등급 결정단계;
폐활량 등급 결정 단계에서 결정된 폐활량 등급에 따라, 게임 태스크(task)의 영상 및 음향을 연산처리부가 출력하게 하는, 게임화면 출력단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법.
제16항에 있어서,
연산처리부는 게임카운터를 1 증가하고, 게임카운터를 기 설정된 게임횟수와 비교하여, 게임카운터가 기 설정된 게임횟수를 초과하면 게임을 종료하는, 게임 종료여부 판단단계;
연산처리부는 폐활량 등급이 기 설정된 최고등급인지 여부를 판단하여, 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로 판단하며, 폐활량 등급이 최고등급이 아니라면 미션에 실패한 것으로 판단하는, 미션 성공여부 판단단계;
연산처리부는 미션 성공여부 판단단계에서 미션 실패로 판단하였다면, 실패 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 실패이었는지를 판단하되, 만약 실패 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임이 미션 실패이었다고 판단하여, 실패 카운터를 1 증가하고, 실패횟수 비교단계로 가는, 연이은 실패여부 판단단계;
연산처리부는, 연이은 실패여부 판단단계에서 실패 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 실패 플래그를 세트하고, 성공 플래그를 리셋하고, 성공 카운터를 클리어하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 첫 실패단계;
실패카운터와 기 설정된 실패횟수 문턱치와 비교하여, 만약, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작다면, 연산처리부는 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 실패횟수 비교단계;
연산처리부는, 실패횟수 비교단계에서, 실패카운터가 실패횟수 문턱치보다 작지 않다면, 등급 문턱치들을 1을 감소하되, 초기의 각 등급 문턱치로부터 총 감소값이 10을 넘지 않는 한도내에서 감소하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 등급 문턱치 감소단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법.
제17항에 있어서,
연산처리부는, 미션 성공여부 판단단계에서 폐활량 등급이 최고등급이라면 미션에 성공한 것으로, 성공 플래그가 셋트 되어 있는지 확인하여, 연이은 전 게임에서 미션 성공이었는 지를 판단하고, 만약, 성공 플래그가 셋트되어 있다면, 연이은 전 게임에서도 미션 성공이므로, 성공 카운터를 1 증가하고, 성공횟수 비교단계로 가는, 연이은 성공여부 판단단계;
연산처리부는, 연이은 성공여부 판단단계에서 성공 플래그가 셋트되어 있지 않다면, 성공 플래그를 세트하고, 실패 플래그를 리셋하고, 실패 카운터를 클리어하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 첫 성공단계;
연산처리부는, 성공카운터를, 기 설정된 성공횟수 문턱치와 비교하여, 만약, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작다면, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 성공횟수 비교단계;
연산처리부는, 성공횟수 비교단계에서, 성공카운터의 값이 성공횟수 문턱치보다 작지 않다면, 등급 문턱치들을 1을 증가하되, 초기의 각 등급 문턱치로부터 총 증가값이 10을 넘지 않는 한도내에서 증가하고, 호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계로 되돌아가는, 등급 문턱치 증가단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법.
호흡량신호 수신 및 노력성 폐활량 검출단계의 전에,
연산처리부는 사용자가 기 입력한 인종, 성별, 나이, 키, 몸무게를 이용하여, 노력성 폐활량 예측치를 구하고, 구하여진 노력성 폐활량 예측치를 이용하여 폐활량 등급 문턱치들을 구하는, 문턱치 연산단계;
를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 휴대용 폐활량계 시스템의 구동방법.