WO2019093796A1 - 호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템 - Google Patents

호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템 Download PDF

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WO2019093796A1
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piezoelectric
signal
piezoelectric film
breathing
patient
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PCT/KR2018/013565
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French (fr)
Inventor
임재중
Original Assignee
주식회사 엠프로스
전북대학교 산학협력단
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs

Definitions

  • the present invention relates to a breathing sensing device and a breathing monitoring system including the breathing sensing device, and more particularly, to a breathing sensing device for sensing a breathing of a patient using a piezoelectric material and a breathing monitoring system including the breathing sensing device.
  • Examples of methods for monitoring respiratory depression to solve this problem include pulse oximetry using oxygen saturation, monitoring of ventilation using a partial pressure of carbon dioxide or bronchoscopy, and monitoring of circulation using a blood pressure or electrocardiogram .
  • One task is to provide a respiratory monitoring system in which interference by electrical bio-signals generated from the patient's body, such as ECG (electrocardiogram) or EMG (electromyogram), is minimized.
  • ECG electrocardiogram
  • EMG electrocardiyogram
  • Another object of the present invention is to provide a respiratory sensing device and a respiratory monitoring system having a structure in which the electrodes of the piezoelectric film can be easily grounded to the outside.
  • Another object of the present invention is to provide a breathing sensing device and a vibration sensing device in which a vibration transmission path from a patient's body to a piezoelectric film is easily formed without a strap member or an acoustic coupler for bringing the piezoelectric film into close contact with the body of the patient, Thereby providing a respiration monitoring system.
  • Another task is to provide a respiratory sensing device and a respiration monitoring system that minimizes the effects of external vibrations and the like caused by a passengers other than breathing and other factors.
  • Another task is to provide a respiratory monitoring system in which a disposable breathing sensing device utilizes a controller installed in an interface device.
  • Another task is to provide a respiratory monitoring system that outputs the patient's airway availability, sleep apnea status, and snoring status of the patient.
  • a respiratory sensing device is attached to a body of a patient and obtains information about the breathing state of the patient by sensing vibration caused by the breathing of the patient using a piezoelectric effect ,
  • a piezoelectric material in the form of a thin film, an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween, and a lower electrode positioned below the piezoelectric material,
  • the piezoelectric film is disposed at a lower portion of the piezoelectric film so as to face the lower electrode.
  • the piezoelectric film is provided with an adhesive material and is in contact with the body of the patient.
  • the vibration generated by the breathing of the patient is transmitted to the piezoelectric film.
  • An adhesive layer capable of electrically connecting the upper surface and the lower surface thereof; And an insulating film interposed between the piezoelectric film and the adhesive layer, the insulating film interrupting electrical connection between the piezoelectric film and the adhesive layer, wherein the insulating film is provided with an insulating film, And a through hole for electrically connecting the lower electrode and the adhesive layer to each other is formed so that the electrode is grounded to the body of the patient through the adhesive layer.
  • a respiratory sensing device which is attached to a body of a patient and outputs information on a breathing state of the patient acquired by sensing a vibration generated by the breathing of the patient using a piezoelectric effect )
  • a piezoelectric material in the form of a thin film
  • an upper electrode located on top of the piezoelectric material facing each other with the piezoelectric material therebetween
  • a lower electrode located below the piezoelectric material
  • a piezoelectric film for generating an electrical signal to the upper electrode and the lower electrode according to vibrations generated a piezoelectric film disposed below the piezoelectric film so as to face the lower electrode and being provided as an adhesive material to be contacted with the body of the patient;
  • the vibration generated by the breathing of the patient is transmitted to the piezoelectric film, And an insulating film interposed between the piezoelectric film and the adhesive layer, the insulating film interrupting an electrical connection between the piezoelectric film and the adhesive layer,
  • a respiratory sensing device for acquiring information on a breathing state of a patient by sensing vibrations caused by breathing of the patient using a piezoelectric effect, ) Having a piezoelectric material in the form of a thin film, an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween, and a lower electrode located below the piezoelectric material, A piezoelectric film including an upper electrode, a piezoelectric material, and a sensing region which are laminated while being overlapped with each other in the same area so as to generate an electrical signal according to vibration due to breathing; Wherein the upper electrode and the lower electrode include opposing portions positioned in the sensing region and terminal portions protruding outward from the opposing portion to transmit the electrical signal to the outside, And is provided as an adhesive material to be brought into contact with the body of the patient to transmit vibration generated due to breathing of the patient to the piezoelectric film and to electrically connect the upper surface and the lower surface An adhesive
  • a signal processing module disposed in parallel with the piezoelectric film so as not to overlap with the piezoelectric film when viewed in a direction perpendicular to the piezoelectric film so as to reduce noise; A case for covering the insulating film with the signal processing module and the piezoelectric film therebetween to form an outer appearance of the breathing sensing device and insulate the upper electrode and the signal processing module; And a cover attached to a lower surface of the adhesive layer to protect the adhesive material.
  • a respiratory monitoring system for outputting information on a breathing state of a patient obtained by sensing a vibration generated by breathing of the patient using a piezoelectric effect
  • a piezoelectric material for generating an electrical signal in response to vibrations due to breathing by stacking the lower electrodes while overlapping in the same region, wherein the upper electrode and the lower electrode are arranged in the sensing region, And projecting outwardly from the opposing portion to transmit the electrical signal to the outside
  • the piezoelectric film is disposed to face the lower electrode at a lower portion of the piezoelectric film and is provided with an adhesive material so as to be in contact with the body of the patient and to transmit vibration generated by breathing of the patient to the piezoelectric film And an adhesive layer for electrically connecting the upper surface and the
  • a respiratory monitoring system for outputting information on a breathing state of a patient obtained by sensing a vibration generated by a breathing of a patient using a piezoelectric effect
  • a piezoelectric device comprising: a piezoelectric material; an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween; and a lower electrode positioned below the piezoelectric material, wherein the upper electrode and the lower electrode A piezoelectric film for generating a piezoelectric signal on the lower electrode; a disposable respiratory sensing device located below the lower electrode and including an insulating film for blocking electrical connection to the piezoelectric film; And a battery, a first power cable for supplying power from the battery to the disposable respiratory sensing device, a first communication cable for receiving the piezoelectric signal from the disposable respiratory sensing device, A controller for processing the piezoelectric signal to generate a breathing signal, and an interface device including a communication module for transmitting the breathing signal to an external device.
  • the piezoelectric film by providing an insulating film between the piezoelectric film and the patient's body, it is possible to minimize interference from the piezoelectric film of the electrical bio-signal generated from the patient's body, thereby removing noise from the breathing signal.
  • the through hole of the insulating film electrically connects the lower electrode of the piezoelectric film to the conductive adhesive layer, so that the lower electrode can be grounded to the patient's body to remove noise from the breathing signal.
  • the piezoelectric film is provided as a gel having fluidity
  • the piezoelectric film is connected to the patient's body through an adhesive layer adhering closely to the body part of the patient, Lt; / RTI >
  • the adhesive layer provided as a gel performs a function of a band-pass filter against vibrations occurring in a body part of a patient, thereby minimizing noise.
  • a disposable respiratory sensing device does not use a separate controller, thereby saving costs.
  • the respiration time interval and the number of breaths of the patient can be measured to determine whether the airway obstruction and sleep apnea state are present and output.
  • the amplitude of the respiration signal of the patient can be measured to determine whether snoring is present or not.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a respiratory monitoring system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a use state of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a breathing sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a exploded side cross-sectional view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a top view of a piezoelectric film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 is a rear view of a piezoelectric film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a piezoelectric film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a breathing sensing operation of the breathing sensing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows the respiration signal sensed in FIG.
  • FIG. 13 shows an example of a respiration signal sensed by a respiratory sensing device with the insulating film removed.
  • Fig. 14 shows an example of a respiration signal sensed by a respiratory sensing device in which the lower electrode is not grounded.
  • 15 is another schematic diagram of a respiratory monitoring system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is another view showing the use state of the respiratory sensing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating the configuration of a respiration monitoring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is another perspective view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is another exploded perspective view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is another cross-sectional side view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is another exploded side cross-sectional view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 22 is another view showing a breathing sensing operation of the breathing sensing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a view showing the use state of the pulse oximeter according to the embodiment of the present invention.
  • 24 is a view showing the use state of the upper arm blood pressure monitor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a view showing the use state of the wrist blood pressure monitor according to the embodiment of the present invention.
  • 26 is another schematic diagram of a respiratory monitoring system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • a respiratory sensing device is attached to a body of a patient, and uses a piezoelectric effect to acquire information about the breathing state of the patient by sensing vibration caused by the breathing of the patient ,
  • a piezoelectric material in the form of a thin film, an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween, and a lower electrode positioned below the piezoelectric material,
  • the piezoelectric film is disposed at a lower portion of the piezoelectric film so as to face the lower electrode.
  • the piezoelectric film is provided with an adhesive material and is in contact with the body of the patient.
  • the vibration generated by the breathing of the patient is transmitted to the piezoelectric film.
  • An adhesive layer capable of electrically connecting the upper surface and the lower surface thereof; And an insulating film interposed between the piezoelectric film and the adhesive layer, the insulating film interrupting electrical connection between the piezoelectric film and the adhesive layer, wherein the insulating film is provided with an insulating film, And a through hole for electrically connecting the lower electrode and the adhesive layer to each other such that the electrode is grounded to the body of the patient through the adhesive layer.
  • the through hole may be provided with a breathing sensing device which is an empty space extending from the upper surface to the lower surface of the insulating film.
  • the adhesive layer may be provided with a breathing sensing device formed of a hydrogel.
  • a part of the hydrogel may be inserted into the through hole, and the lower electrode may be grounded to the body by contacting the lower surface of the lower electrode.
  • the piezoelectric film may include a sensing region for generating an electrical signal in response to vibration by overlapping the upper electrode, the piezoelectric material, and the lower electrode in a same region when viewed in a direction perpendicular to the piezoelectric film and,
  • the upper electrode and the lower electrode include a facing portion located in the sensing region and a terminal portion protruding from the facing portion to the outside so as to transmit the electrical signal to the outside,
  • a respiratory sensing device formed at the position of the insulating film corresponding to the opposing portion may be provided.
  • a respiratory monitoring system for outputting information on a breathing state of a patient obtained by sensing a vibration generated by breathing of the patient using a piezoelectric effect, And an upper electrode disposed on an upper portion of the piezoelectric material facing each other with the piezoelectric material therebetween and a lower electrode positioned below the piezoelectric material, And a piezoelectric film disposed on a lower portion of the piezoelectric film to face the lower electrode, the piezoelectric film being provided with an adhesive material and being contacted with the body of the patient, The vibration is transferred to the piezoelectric film, and the upper surface and the lower surface of the piezoelectric film And an insulating film interposed between the piezoelectric film and the adhesive layer, the insulating film interrupting electrical connection between the piezoelectric film and the adhesive layer, wherein the insulating film is provided with an electrical signal noise
  • the lower electrode and the adhesive layer are electrically connected to each other so that the lower electrode is grounded to the body of the patient through
  • a respiratory sensing device for acquiring information on a breathing state of a patient by sensing vibrations caused by breathing of the patient using a piezoelectric effect, ) Having a piezoelectric material in the form of a thin film, an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween, and a lower electrode located below the piezoelectric material, A piezoelectric film including an upper electrode, a piezoelectric material, and a sensing region which are laminated while being overlapped with each other in the same area so as to generate an electrical signal according to vibration due to breathing; Wherein the upper electrode and the lower electrode include opposing portions positioned in the sensing region and terminal portions protruding outward from the opposing portion to transmit the electrical signal to the outside, And is provided as an adhesive material to be brought into contact with the body of the patient to transmit vibration generated due to breathing of the patient to the piezoelectric film and to electrically connect the upper surface and the lower surface An adhesive
  • a signal processing module disposed in parallel with the piezoelectric film so as not to overlap with the piezoelectric film when viewed in a direction perpendicular to the piezoelectric film so as to reduce noise; A case for covering the insulating film with the signal processing module and the piezoelectric film therebetween to form an outer appearance of the breathing sensing device and insulate the upper electrode and the signal processing module; And a cover attached to a lower surface of the adhesive layer to protect the adhesive material.
  • the case may further include an accommodating portion having a space for accommodating the signal processing module therein, and the adhesive layer may be formed to extend from a region corresponding to the accommodating portion to a position far from the piezoelectric film A respiratory sensing device that is extended by a predetermined length may be provided.
  • the signal processing module may further include a cable connected to the circuit board so as to transmit an electrical signal processed by the circuit board to the outside, And the cable is connected to the circuit board horizontally on the other side of the signal processing module and the one side faces the piezoelectric film so as to reduce the influence of the cable on the piezoelectric film, And the other side may be provided with a breathing sensing device facing away from the piezoelectric film.
  • the insulating film, the adhesive layer, and the case may be provided with a respiratory sensing device that is stacked and aligned so that any one layer does not protrude outward when they are superimposed.
  • the piezoelectric film may be provided with a breathing sensing device including at least one selected from a PVDF film, PZT, or quartz.
  • a respiratory monitoring system for outputting information on a breathing state of a patient obtained by sensing a vibration generated by breathing of the patient using a piezoelectric effect
  • a piezoelectric material for generating an electrical signal in response to vibrations due to breathing by stacking the lower electrodes while overlapping in the same region, wherein the upper electrode and the lower electrode are arranged in the sensing region, And projecting outwardly from the opposing portion to transmit the electrical signal to the outside
  • the piezoelectric film is disposed to face the lower electrode at a lower portion of the piezoelectric film and is provided with an adhesive material so as to be in contact with the body of the patient and to transmit vibration generated by breathing of the patient to the piezoelectric film And an adhesive layer for electrically connecting the upper surface and the
  • a respiratory monitoring system for displaying information on a breathing state of a patient obtained by sensing a vibration generated by a breathing of a patient using a piezoelectric effect
  • a piezoelectric device comprising: a piezoelectric material; an upper electrode positioned above the piezoelectric material with the piezoelectric material interposed therebetween; and a lower electrode positioned below the piezoelectric material, wherein the upper electrode and the lower electrode A piezoelectric film for generating a piezoelectric signal on the lower electrode; a disposable respiratory sensing device located below the lower electrode and including an insulating film for blocking electrical connection to the piezoelectric film; And a battery, a first power cable for supplying power from the battery to the disposable respiratory sensing device, a first communication cable for receiving the piezoelectric signal from the disposable respiratory sensing device, A controller for processing the piezoelectric signal to generate a breathing signal, and an interface device including a communication module for transmitting the breathing signal to an external device.
  • a monitoring device for receiving the respiration signal from the interface device and displaying information about the breathing state of the patient based on the breathing signal.
  • the apparatus may further include a pulse oximeter installed at one of the fingers of the patient and measuring oxygen saturation of the blood, wherein the interface device is electrically connected at one end to the controller and at the other end, And a second communication cable electrically connected to the pulse rate meter and receiving a signal from the pulse oximeter, the signal including information on the oxygen saturation of the blood.
  • the interface device may be provided with a respiratory monitoring system including a second power cable for supplying power from the battery to the pulse oximeter.
  • the interface device may be provided with a respiration monitoring system for generating the respiration signal by further considering information on the oxygen saturation.
  • a respiration monitoring system may be provided to receive the signal.
  • the interface device may be provided with a respiratory monitoring system installed in the upper arm blood pressure monitor.
  • a wrist blood pressure monitor for detecting a corotor voice from the wrist of the patient and measuring a blood pressure corresponding to the wrist blood pressure value and correcting the blood pressure corresponding to the wrist blood pressure value to a signal reflecting the upper arm blood pressure value;
  • the interface device is electrically connected to the wrist blood pressure monitor, and a respiration monitoring system for receiving a signal reflecting the upper arm blood pressure value may be provided.
  • the communication module may be provided with a respiration monitoring system that is a wireless communication module using at least one of Bluetooth, an in-band, and a Wi-Fi.
  • the interface device may be configured to process the piezoelectric signal in a state in which the patient's trachea is not secured when the piezoelectric signal corresponds to a first predetermined condition, wherein the first predetermined condition is that the time interval at which the piezoelectric signal is sensed by the interface device exceeds a first predetermined time interval or the second predetermined time interval is shorter than the first predetermined time interval, Wherein the number of times the piezoelectric signal is sensed at the interface device is less than a first predetermined number and the second predetermined condition is that the time interval at which the piezoelectric signal is sensed at the interface device exceeds a second predetermined time interval, Wherein the piezoelectric signal is detected by the interface device Is less than a second predetermined number of times and the second predetermined time interval is greater than the first predetermined time interval and the second predetermined number of times is greater than the first predetermined number. Can be provided.
  • the first predetermined condition is that the time interval at which the piezoelectric signal is sensed by the interface
  • the interface device processes the respiration signal by treating the patient to be in a snoring state when the piezoelectric signal corresponds to a third predetermined condition and the third predetermined condition is an amplitude of the piezoelectric signal
  • a respiration monitoring system may be provided wherein the size of the breathing monitoring system exceeds a predetermined value.
  • the respiratory sensing device is disposed below the piezoelectric film so as to face the lower electrode, and is provided with an adhesive material so as to be in contact with the body of the patient.
  • the vibration generated by the respiration of the patient is reflected by the piezoelectric film
  • an adhesive layer for electrically connecting the upper surface and the lower surface of the piezoelectric film to the piezoelectric layer, the insulating layer interrupting the electrical connection between the piezoelectric film and the adhesive layer, and reducing the noise of the electrical signal due to the piezoelectric development
  • the lower electrode is electrically connected to the adhesive layer so that the lower electrode is grounded to the body of the patient through the adhesive layer.
  • the respiratory monitoring system 100 includes a respiration sensing device 1000 attached to one part of a patient's body to measure vibrations caused by the respiration of the patient and analyze the measured vibrations to thereby diagnose the breathing state of the patient to be.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a respiratory monitoring system 100 in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is another schematic diagram of a respiratory monitoring system 100 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the respiratory monitoring system 100 may include a respiration sensing device 1000 and a respiration monitoring device 3000.
  • the breathing sensing device 1000 can be attached to a part of the body of the patient 1 such as airway to sense the vibration due to the breathing of the patient 1.
  • the attachment site 2 to which the respiratory sensing device 1000 is attached may be where motion occurs when breathing is repeated.
  • it may be a chest wall that reflects changes in the volume of the lungs and abdominal wall during respiration, a wrist capable of sensing a pulse through the vein, one area of the chest wall where the heart is located therein, or the like.
  • the respiratory sensing device 1000 may preferably be attached to the neck region as shown in FIG. At this time, the respiratory sensing device 1000 may more preferably be attached to the airway of the neck region where the motion of the patient 1 due to respiration is relatively large.
  • the attachment site of the respiratory sensing device 1000 is not limited to the example described above.
  • the breathing sensing device 1000 can generate an electrical signal according to the piezoelectric effect when the vibration due to breathing occurs.
  • the respiratory sensing device 1000 may send the electrical signal to the respiratory monitoring device 3000.
  • the respiratory sensing device 1000 can process the signal generated according to the piezoelectric effect and transmit the processed signal.
  • the respiration monitoring device 3000 can output information on the breathing state of the patient 1 to the user under real-time or constant conditions.
  • the respiratory monitoring device 3000 may include visual and audio information output means such as a display or a speaker to visually display the respiration signal or to provide the respiratory status related information to the user through the speaker .
  • the respiration monitoring device 3000 can detect an abnormality in the health state of the patient 1 through the breathing state of the patient 1, and can output an alarm related thereto.
  • the respiratory monitoring device 3000 may provide an alert to a user via a display, a speaker, or the like, if the respiratory anomaly state or the apnea state continues.
  • the respiration monitoring device 3000 may be an information computing device for performing the functions described above.
  • the respiratory monitoring device 3000 may be implemented as a computer or similar device depending on the hardware, software, or combination thereof.
  • the respiration monitoring device 3000 may be an information processing device that stores and processes data in hardware, and may be provided in a form of a program or a code that drives the circuit in software.
  • the respiratory monitoring device 3000 may be wired or wirelessly connected to one or more respiratory sensing devices 1000 or other sensing devices.
  • each respiratory sensing device 1000 may be attached to a different body part of the same patient 1, and the other external device may be a Pluse oximeter.
  • the respiratory sensing device 1000 may independently process or correlate information received from the other respiratory sensing device 1000 or an external device to perform related operations.
  • the respiratory monitoring system 100 may include a respiration sensing device 1000, an interface device 2000, and a monitoring device 3000.
  • the respiratory sensing device 1000 can generate a piezoelectric signal as an electrical signal according to the piezoelectric effect when the vibration due to breathing occurs.
  • the respiratory sensing device 1000 may transmit the electrical signal to the interface device 2000.
  • the interface device 2000 can generate a respiration signal by processing a signal generated according to the piezoelectric effect. In this case, the interface device 2000 may send a breathing signal to the monitoring device 3000.
  • the interface device 2000 may receive a piezoelectric signal, which is an electrical signal from the breathing sensing device 1000, and process the piezoelectric signal to generate a breathing signal. In this case, the interface device 2000 may transmit the breathing signal to the monitoring device 3000 using the communication module.
  • the breathing sensing device 1000 and the monitoring device 3000 have been described above. However, the monitoring device 3000 can receive the respiratory signal from the interface device 2000 and use it to monitor the respiratory condition of the patient 1.
  • the respiratory monitoring device 3000 may be connected in a wired or wireless manner (not shown) to one or more respiratory sensing devices 1000 or other sensing devices (Figs. 15-17).
  • each respiratory sensing device 1000 may be attached to a different body part of the same patient 1, and the other external device may be a pulse oximeter measuring oxygen saturation.
  • the respiration monitoring device 3000 may independently process or correlate information received from the respiratory sensing device 1000 or other sensing device to perform related operations.
  • FIG. 2 is a view showing the use state of the breathing sensing device 1000 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is another drawing showing the use state of the breathing sensing device 1000 according to the embodiment of the present invention .
  • the respiratory sensing device 1000 may be attached to a body part of the patient 1 that generates vibration by respiration.
  • the body part of the patient 1 to which the respiratory sensing device 1000 is attached will be referred to as an 'attachment site' (2).
  • the attachment site 2 may be a clavicle bone.
  • the bony bone is an area where minute vibrations occur as a result of inhalation and exhalation during breathing. Therefore, the respiratory sensing device 1000 can measure vibrations and movements during respiration by attaching to the bone.
  • the attachment site 2 is a bone site, but it is not disclosed in the present invention that the site 2 is not limited to a bone site.
  • the respiratory sensing device 1000 may have various shapes. For example, as shown in FIG. 2, the respiratory sensing device 1000 may have a generally rectangular shape.
  • the respiratory sensing device 1000 can be attached in a form capable of measuring the movement along the breathing most effectively in consideration of the shape of the bone.
  • the respiratory sensing device 1000 may be positioned on the clavicle bone such that the long side of the rectangle faces in the horizontal direction.
  • the respiratory sensing device 1000 can be attached so that its long sides wrap around the bone.
  • the bones may be located at the center of the long side of the respiratory sensing device 1000, or the bones may be positioned at one side of the respiratory sensing device 1000.
  • a cable for transmitting an electrical signal generated by the vibration to the respiratory monitoring device 3000 may be extended.
  • the cable can extend in the opposite direction of the clavicle without crossing the clavicle bone so as not to generate noise.
  • FIG 3 is a block diagram of a configuration of a breathing sensing device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory sensing device 1000 may include a case 1200, a sensing module 1400, a cover 1600, and a signal processing module 1800.
  • the signal processing module 1800 is excluded from the respiratory sensing device 1000 and exist separately on the outside.
  • the respiratory sensing device 1000 includes a sensing module 1400 for sensing vibrations in its inside or below and a signal processing module 1800 for processing electrical signals according to vibration And a cover 1600 covering the adhesive material.
  • the case 1200 is a constitution that forms the appearance of the respiratory sensing device 1000.
  • the case 1200 can protect the other components of the respiratory sensing device 1000 from external shocks, dirt, and the like.
  • the case 1200 may provide space in which the respiratory sensing device 1000 is received. For example, it may be provided in a thin film shape to cover the sensing module 1400 and the signal processing module 1800 from above.
  • the case 1200 may be made of a flexible material so that the shape of the body 1200 can be deformed according to the shape of the body part to which the body 1200 is attached.
  • the case 1200 may be composed of one kind of rubber.
  • the case 1200 may be made of a negative conductive material.
  • the case 1200 can insulate other components in the respiratory sensing device 1000 such that electrical signals in the respiratory sensing device 1000 do not leak outside except for the purpose of data transmission.
  • the case 1200 may also prevent the external vibration generated from the opposite side of the sensing module 1400, which senses vibration to the case 1200, from being transmitted to the sensing module 1400.
  • an audio signal irrespective of respiration may be generated due to surgery or other causes.
  • the case 1200 may be provided with a material such as rubber that reduces external audio signals. Accordingly, the external audio signal is prevented from being transmitted to the sensing module 1400, thereby removing or reducing noise from the sensing module 1400.
  • the case 1200 may amplify the vibration due to the breathing sensed by the sensing module 1400.
  • the vibration due to respiration mainly has a frequency of 200 to 1,000 Hz, and the case 1200 may be provided with a material having a resonance frequency for the frequency band to amplify the vibration sensed by the sensing module 1400 have.
  • the sensing module 1400 generates an electrical signal in accordance with the vibration of the attachment site 2.
  • the sensing module 1400 can be adhered to the attachment site 2, and when the vibration generated in the attachment site 2 is transmitted to the inside, an electrical signal can be generated using the piezoelectric effect.
  • the sensing module 1400 may include an adhesive layer 1420, an insulating film 1440, and a piezoelectric film 1460.
  • the adhesive layer 1420 may provide an adhesive force so that the respiratory sensing device 1000 can be attached to the attachment site 2.
  • the adhesive layer 1420 may also serve as an electrical pathway for grounding the piezoelectric film 1460 to the body by reducing the conductivity.
  • the insulating film 1440 electrically isolates the piezoelectric film 1460 from the adhesive layer 1420 to electrically isolate the piezoelectric film 1460 from the external influence due to an electrocardiogram (ECG: EletroCardioGram) signal and an EMG (ElectroMyGraphy) signal generated in the body of the patient 1 Blocking or reducing.
  • ECG electrocardiogram
  • EMG ElectroMyGraphy
  • the piezoelectric film 1460 can generate an electrical signal corresponding to the vibration transmitted through the adhesive layer 1420 and the insulating film 1440.
  • the adhesive layer 1420 may comprise an adhesive material.
  • the adhesive material provides a contact force that allows the respiratory sensing device 1000 to be in close contact with the surface of the attachment site 2 without gaps during vibration measurement. After the vibration measurement, the breathing sensing device 1000 is easily separated It is possible to provide a sufficient contact force.
  • the adhesive material may be applied to the entire area of the adhesive layer 1420, or may be applied to only a part of the adhesive layer 1420.
  • the adhesive layer 1420 may be made of a flexible material so that the shape of the adhesive layer 1420 can be flexibly deformed according to the curvature and shape of the surface of the attachment site 2. This can increase the surface area of the adhesive layer 1420 in contact with the body. Accordingly, the adhesive force between the adhesive layer 1420 and the body can be increased. Accordingly, the vibration transmitted from the attachment site 2 can be effectively transmitted to the adhesive layer 1420.
  • the adhesive layer 1420 also serves to transmit the vibration of the attachment site 2 to the piezoelectric film 1460 through the insulating film 1440.
  • the vibration transmitted by the adhesive layer 1420 to the upper layer may be optional.
  • the adhesive layer 1420 may permit transmission of waves having a frequency of vibration due to breathing, while blocking waves having other frequencies. That is, the adhesive layer 1420 can function as a kind of band-pass filter for vibration transmitted from the attachment site 2. Thereby, the sensitivity of sensing can be improved by the adhesive layer 1420. This will be described in more detail later.
  • the adhesive layer 1420 may be made of a material harmless to the human body.
  • the adhesive material consists of a material which is harmless to the human body as much as a part of the adhesive material may remain in the human body after separation into the human body.
  • the insulating film 1440 is made of an insulating material and can insulate the piezoelectric film 1460.
  • the insulating film 1440 can insulate the piezoelectric film 1460 by preventing contact between the piezoelectric film 1460 and the adhesive layer 1420. Since the electromagnetic wave radiated from the body is prevented from reaching the piezoelectric film by the insulating film 1440, the influence of the electromagnetic wave can be minimized. This will be described further below.
  • the insulating film 1440 can transfer the vibration transmitted through the adhesive layer 1420 to the piezoelectric film 1460.
  • the insulating film 1440 can be deformed in a flexible manner in accordance with the bending of the attachment site 2. Such a deformation of the shape can help redistribute the vibration transmitted from the adhesive layer 1420 to the piezoelectric film 1460.
  • the piezoelectric film 1460 can be grounded to the body through the adhesive layer 1420.
  • the piezoelectric film 1460 is grounded with a body having a large electric capacity, thereby making it easy to set the reference electric potential, and it is possible to reduce the noise of the signal.
  • the piezoelectric film 1460 may include an upper electrode 1480a, a piezoelectric material 1470, and a lower electrode 1480b.
  • the upper electrode 1480a, the piezoelectric material 1470, and the lower electrode 1480b may be provided in the form of a thin film and may play a role similar to a capacitor due to overlapping with each other facing the main surface.
  • the piezoelectric material 1470 can generate a potential difference between the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b corresponding to the external force by the piezoelectric effect. And electrical signals may be generated in the upper and lower electrodes 1480b according to the potential difference.
  • Piezoelectric effect refers to a phenomenon in which a voltage is generated between two opposing surfaces of a crystal due to the action of a pressure or a twisting force on the piezoelectric crystal. Or a reverse phenomenon thereof, a phenomenon occurs in which a voltage is applied between two surfaces to cause a distortion that varies at the frequency of the voltage.
  • the nature of the piezoelectric effect is closely related to the occurrence of electric dipole moments in solids. The reason why the polarization changes when the mechanical force is applied is that the direction of the molecular arrangement changes due to the influence of the external stress, and this is caused by the change of the direction of the dipole moment.
  • Examples of the material exhibiting such a piezoelectric effect include naturally occurring quartz, berylite, sucrose, topaz and tourmaline.
  • Examples of the artificial piezoelectric material include gallium phosphide, Langasite or PZT and zinc oxide A perovskite structure including a tungsten-bronze structure, and the like.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the piezoelectric material 1470 may be a material selected from the above-mentioned piezoelectric materials.
  • the cover 1600 covers the adhesive layer 1420.
  • the cover 1600 can maintain the adhesive force at a good quality by preventing the adhesive layer 1420 from being exposed to foreign substances before the breathing sensing device 1000 is attached to the attachment site 2. [ The cover 1600 is removed immediately before the respiratory sensing device 1000 is attached, thereby exposing the adhesive layer 1420 to the outside and allowing the adhesive layer 1420 to adhere to the skin.
  • the cover 1600 can have a certain level of adhesive force with the adhesive layer 1420 so as not to be peeled off to a small degree of external force.
  • the adhesive layer 1420 must be in contact with the adhesive layer 1420 with an adhesive force less than a predetermined level so as to be easily peeled off from an external force of a predetermined size or more, and may be made of a material capable of withstanding tensile force and shear force so as not to be broken when peeled.
  • the signal processing module 1800 is a configuration for receiving and processing an electric signal.
  • the signal processing module 1800 may receive an electrical signal from the sensing module 1400.
  • the signal processing module 1800 may perform operations necessary to process the received electrical signal.
  • the signal processing module 1800 may perform a process for removing noise on the received electrical signal, and may include a noise removing circuit for this purpose.
  • the signal processing module 1800 may perform impedance matching to the output of the sensing module 1400 and may include an FET circuit for this purpose.
  • the signal processing module 1800 may perform an operation of amplifying the electrical signal.
  • the signal processing module 1800 may then send the processed electrical signal to the respiration monitoring device 3000 via the cable.
  • FIG. 17 is a block diagram of a configuration of a respiratory monitoring system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory sensing device 1000 may include a case 1200, a sensing module 1400, and a cover 1600. [ 17, the respiratory sensing device 1000 may include a case 1200, a sensing module 1400, and a cover 1600. [ The case 1200, the sensing module 1400, and the cover 1600 have been described above.
  • the interface device 2000 may process the piezoelectric signal received from the sensing module 1400 to generate a breathing signal.
  • the interface device 2000 may perform various algorithms for grasping the respiratory state from the electrical signals or perform various preprocessing operations including noise elimination for the electrical signals to perform the algorithm. According to the analysis result obtained according to the above-described procedure, the interface device 120 can grasp the breathing state of the patient 1 and generate a breathing signal.
  • the piezoelectric signal which is an electrical signal that the interface device 2000 receives from the respiratory sensing device 1000, may include components due to various vibrations that occur regardless of the respiration of the patient 1.
  • Such components may include, for example, vibrations caused by endoscopes and surgical instruments that unintentionally touch the airways of the patient 1.
  • noise may be a vibration that occurs when the patient 1 swallows a needle.
  • noise may be a vibration caused by a sudden movement of the patient 1.
  • One example of the preprocessing operation of the interface device 2000 may be a noise filtering operation that removes components due to the above-described respiration-free vibrations from electrical signals.
  • the information about the breathing state acquired by the interface device 2000 may be, for example, a breathing-related characteristic such as an apnea state, a snoring state, a breathing flow rate, and a tidal volume. Further, the interface device 2000 may diagnose the health condition of the patient 1. [ For example, an apnea, apnea, hypopnea, or UARS (Upper Airway Resistance Syndrome) state of respiratory-related characteristics that lasts for a certain period of time or longer Can be diagnosed.
  • a breathing-related characteristic such as an apnea state, a snoring state, a breathing flow rate, and a tidal volume.
  • the interface device 2000 may diagnose the health condition of the patient 1.
  • an apnea, apnea, hypopnea, or UARS (Upper Airway Resistance Syndrome) state of respiratory-related characteristics that lasts for a certain period of time or longer Can be diagnosed.
  • the interface device 2000 can sense the occurrence of an abnormality in the health state of the patient 1 through the breathing state of the patient 1, and can transmit a respiration signal related thereto to the breathing monitoring device 3000. For example, when the respiratory abnormal state or the apnea state continues, the interface device 2000 may transmit a signal including information indicating that the respiratory monitoring device 3000 corresponds to the respiratory abnormal state or the apnea state.
  • the interface device 2000 determines that the airway of the patient 1 has not been secured and can transmit a signal including information on this to the respiration monitoring device 3000.
  • the first predetermined time interval and the first predetermined number of times may be changed differently according to the state of the patient 1 and the sedation method performed to the patient 1.
  • the device 2000 may determine that the patient 1 is in a sleep apnea state and may send a signal to the respiration monitoring device 3000 that includes information on that.
  • the second predetermined time interval and the second predetermined number of times can be changed differently according to the age, the medical history, the sex, the body weight of the patient 1, and the sedation method performed to the patient 1.
  • the second predetermined time interval may be greater than the first predetermined time interval.
  • the interface device 2000 may transmit a respiratory signal to the respiratory monitoring device 3000, including information that the patient 1 is in a snoring state, if the piezoelectric signal corresponds to a third predetermined condition.
  • the third predetermined condition is that the magnitude of the amplitude of the piezoelectric signal exceeds a predetermined value, and the predetermined value is changed by at least one of the age, history, sex and body weight of the patient 1 .
  • various conditions may be added in addition to the above listed conditions.
  • the interface device 2000 may be an information computing device for performing the above-described functions.
  • the interface device 2000 may be implemented as a computer or similar device depending on hardware, software, or a combination thereof.
  • the interface device 2000 may be an information processing device that stores and processes data in hardware, and may be provided in a form of a program or a code for driving a circuit in software.
  • the interface device 2000 may be wired or wirelessly connected to one or more respiratory sensing devices 1000 or other sensing devices (not shown).
  • each respiratory sensing device 1000 may be attached to a different body part of the same patient 1, and the other external device may be a pulse oximeter 1700 that measures oxygen saturation.
  • the respiratory sensing device 1000 may independently process or correlate information received from the other respiratory sensing device 1000 or an external device to perform related operations.
  • the interface device 2000 may be connected to one or more blood pressure measuring devices.
  • the interface device 2000 can independently process or correlate the respiration information received from the respiratory sensing device and the blood pressure information received from the blood pressure measurement device, and perform related calculations.
  • the interface device 2000 may be wired or wirelessly connected to one or more respiratory monitoring devices 3000.
  • the interface device 2000 can send the respiration signal of the patient 1 to the respiration monitoring device 3000.
  • the interface device 2000 may transmit a respiration signal to the respiration monitoring device 3000 using at least one of Bluetooth, satellite, and Wi-Fi.
  • the communication method is not limited to this, and any method capable of wirelessly sending a respiration signal can be used without limitation.
  • the interface device 2000 may include a battery 2100, a controller 2200, a first power cable 2120, a first communication cable 2220, and a communication module 2300.
  • the controller 2200 is configured to receive and process an electric signal.
  • the controller 2200 may receive a piezoelectric signal, which is an electrical signal, from the sensing module 1400.
  • the piezoelectric signal can be transmitted from the sensing module 1400 to the controller 2200 via the first communication cable 2220.
  • One end of the first communication cable 2220 may be connected to the piezoelectric film 1460 and the other end may be connected to the controller 2200. The position at which the first communication cable 2220 is connected to the piezoelectric film 1460 will be described in more detail with reference to FIG. 19 and FIG.
  • the controller 2200 By being connected to the first communication cable 2200, the controller 2200 is physically separated from the piezoelectric film 1460. In this case, the noise generated in the piezoelectric film 1460 by the controller 2200 can be reduced. That is, the electric influence by the controller 2200 may not disturb the capacitance between the electrodes 1480a and 1480b. For example, when the controller 2200 and the piezoelectric film 1460 overlap, the mass and the volume of the controller 2200 may cause noise that may affect the vibration sensing sensitivity of the piezoelectric film 1460 .
  • the controller 2200 may be made of a rigid material due to the general characteristics of the circuit board.
  • the degree to which the rigid controller 2200 and the flexible piezoelectric film 1460 react with each other may vary, A gap may be generated between the controller 2200 and the piezoelectric film 1460 during vibration. This can cause noise.
  • the controller 2200 and the piezoelectric film 1460 can be connected at a distance apart using the first communication cable 2220, the above-described potential noise sources can be reduced or eliminated.
  • the controller 2200 may include a circuit board.
  • the circuit board is a configuration for receiving and processing signals.
  • Various electronic devices necessary for signal processing can be arranged on the circuit board.
  • the circuit board may be a flexible material bent according to the bending of the body, or may be a general hard PCB (Printed Circuit Board). Of course, it is also possible to use a flexible printed circuit board (FPCB) as the circuit board.
  • PCB Flexible printed circuit board
  • the controller 2200 may perform the operations required to process the received electrical signal.
  • the controller 2200 may perform processing for noise reduction on a received electrical signal, and may include a noise removing circuit for this purpose.
  • the controller 2200 may perform impedance matching to the output of the sensing module 1400 and may include a FET circuit for this purpose.
  • controller 2200 may perform an operation of amplifying the electric signal.
  • the controller 2200 may then send the processed electrical signal to the respiration monitoring device 3000.
  • the battery 2100 can supply power necessary for the operation of the controller 2200.
  • the battery 2100 can supply power necessary for the operation of the sensing module 1400 through the first power cable 2120.
  • the first power cable 2120 may be connected to the battery at one end and may be connected to the piezoelectric film 1460 at the other end. The position where the piezoelectric film 1460 is connected to the first power cable 2120 will be described in more detail with reference to FIG. 19 and FIG.
  • the first power cable 2120 and the first communication cable 2220 may be provided as separate cables.
  • the first power cable 2120 and the second power cable 2220 are designed in a cable assembly structure and have separate wires, but may be provided as a single wire.
  • the communication module 2300 can transmit a respiration signal to an external device.
  • communication module 2300 may send a respiration signal to respiration monitoring device 3000.
  • the communication module 2300 may send a breathing signal over the cable to the respiratory monitoring device 3000 on a wire.
  • the communication module 2300 may wirelessly transmit a respiration signal to the respiration monitoring device 3000 using at least one of communication means such as Bluetooth, directivity, and Wi-Fi.
  • FIG. 4 to 7 the structure and configuration of the respiratory sensing device 1000 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and 18 to 21.
  • FIG. 4 to 7 the structure and configuration of the respiratory sensing device 1000 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and 18 to 21.
  • FIG. 4 to 7 the structure and configuration of the respiratory sensing device 1000 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and 18 to 21.
  • FIG. 4 is a perspective view of a breathing sensing device 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a breathing sensing device 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 7 is a exploded side cross-sectional view of a respiratory sensing device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is another exploded perspective view of a breathing sensing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 20 is a perspective view of a respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention
  • 21 is another cross-sectional side view of the respiratory sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory sensing device 1000 When the respiratory sensing device 1000 is viewed from the outside, the respiratory sensing device 1000 may be in the form of a generally thin plate.
  • the respiratory sensing device 1000 can be made in a rectangular shape when viewed from above. Specifically, the respiratory sensing device 1000 may be in the form of a rectangle having a longer end so as to cover the attachment site 2.
  • One region of the upper portion of the respiratory sensing device 1000 may have a shape protruding upward.
  • the protruded shape may be formed at a position biased to the right and left sides in the respiratory sensing device 1000.
  • a cable can be connected on one side of the respiratory sensing device 1000 .
  • One region above the respiratory sensing device 1000 may have a shape protruding upward due to cable protrusion.
  • the first power cable 2120 and the first communication cable 2220 are separately shown in FIGS. 18 to 20, the first power cable 2120 and the first communication cable 2220 are designed in the form of a cable assembly , Or may be provided as a single line.
  • the respiratory sensing device 1000 may be a structure in which the cover 1600, the adhesive layer 1420, the insulating film 1440, the piezoelectric film 1460 and the case 1200 are stacked in order from the lowest layer to the uppermost layer.
  • the signal processing module 1800 may be positioned between the insulating film 1440 and the case 1200 while being horizontally positioned with the piezoelectric film 1460. That is, the respiratory sensing device 1000 has the cover 1600 on the lowest layer, the adhesive layer 1420 on the cover 1600, and the piezoelectric film 1460 and the signal processing module 1800 are placed on the adhesive layer 1420 And the case 1200 is positioned on the uppermost layer.
  • the respiratory sensing device 1000 may be a structure in which the cover 1600, the insulating film 1440, the piezoelectric film 1460, and the case 1200 are stacked in order from the lowest layer to the uppermost layer.
  • the respiratory sensing device 1000 may be a laminated structure in which the cover 1600 is positioned on the lowermost layer, the piezoelectric film 1460 is disposed on the cover 1600, and the case 1200 is positioned on the uppermost layer.
  • the breathing sensing device 1000 may further include an adhesive layer 1420.
  • the adhesive layer 1420 is located on the cover 1600, and the piezoelectric film 1460 can be placed on the adhesive layer 1420.
  • the cover 1600 may be provided in a thin film form.
  • the cover 1600 may have an area equal to or larger than the area of the adhesive layer 1420 when viewed from above.
  • the adhesive layer 1420 may be provided in a thin film form.
  • the adhesive layer 1420 may be provided as a gel-like material having both adhesiveness, conductivity, and flexibility.
  • a hydrogel may be used as an example of the gel-like substance.
  • An example of the hydrogel is an agarose gel.
  • the gel is a material having a porous network structure, and its shape can be flexibly changed by an external force.
  • the hydrogel may have electrical conductivity because it contains water inside the network structure.
  • the gel may have adhesiveness due to cross linking forming a network structure.
  • the adhesive layer 1420 may be provided in a sufficient length to provide sufficient adhesion to the breathing sensing device 1000.
  • the adhesive layer 1420 is disposed on the upper layer and has sufficient lengths on both sides of the housing portion 1202 in which the signal processing module 1800 is housed so that the cable and signal processing module 1800, which may be relatively heavy, Lt; / RTI >
  • the gel-like substance constituting the adhesive layer 1420 further includes an electrical channel function for grounding the lower electrode 1480b and a filtering function for respiratory vibration Lt; / RTI >
  • the insulating film 1440 may be provided in a thin film form.
  • the insulating film 1440 may be interposed between the adhesive layer 1420 and the piezoelectric film 1460.
  • the area of the insulating film 1440 can be provided to be equal to or larger than the area of the piezoelectric film 1460.
  • the manufacturing specifications of the insulating film 1440 such as the raw material or the thickness and the area may be determined in consideration of the insulating property, flexibility, vibration transmittance, etc. of the insulating film 1440.
  • a through hole 1442 may be formed in the insulating film 1440.
  • the through hole 1442 has a structure in which the piezoelectric film 1460 is grounded to the body through the adhesive layer 1420 by electrically connecting the piezoelectric film 1460 and the adhesive layer 1420.
  • the through hole 1442 may be an empty space extending through the insulating film 1440 from the upper surface to the lower surface of the insulating film 1440.
  • the through hole 1442 can be formed in one region of the insulating film 1440 which abuts the adhesive layer 1420 and the piezoelectric film 1460 when the adhesive layer 1420, the insulating film 1440 and the piezoelectric film 1460 are superimposed .
  • a part of the adhesive layer 1420 corresponding to the through hole 1442 is inserted into the through hole 1442 in the case where the adhesive layer 1420, the insulating film 1440 and the piezoelectric film 1460 are closely attached to each other, (See Fig. 6).
  • the piezoelectric film 1460 and the adhesive layer 1420 can be electrically connected to each other in a region corresponding to the through hole 1442.
  • the through hole 1442 may be a cylinder having a generally circular cross section, but is not limited thereto, and the cross section may be a polygonal shape or a shape having a minimum cross section in a slit shape.
  • the piezoelectric film 1460 may include a piezoelectric material 1470, an upper electrode 1480a, and a lower electrode 1480b.
  • the piezoelectric material 1470, the upper electrode 1480a, and the lower electrode 1480b may be in the form of a thin film.
  • the upper electrode 1480a may be formed on the upper surface of the piezoelectric material 1470 and the lower electrode 1480b may be formed on the lower surface of the piezoelectric material 1470.
  • the structure of the piezoelectric film 1460, the shape of each component, and the like will be described in detail later.
  • the signal processing module 1800 may be located close to the piezoelectric film 1460. This is because it is advantageous for the signal processing module 1800 to be located close to the output terminal for impedance matching.
  • the path for connecting the signal processing module 1800 and the piezoelectric film 1460 is long, the output and sensitivity of the electric signal output from the piezoelectric film 1460 may be deteriorated. All materials have their inherent impedances, and as the connection path becomes longer, the impedance increases and the electric signal output from the piezoelectric film 1460 may become more vulnerable to noise.
  • the signal processing module 1800 may be disposed at a position in parallel with the piezoelectric film 1460 as viewed from above. In other words, as viewed from above, the signal processing module 1800 can be positioned such that no overlapping regions with the piezoelectric film 1460 occur. This is because the signal processing module 1800 is not disposed in the direction of the gap between the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b so that the electrical influence by the signal processing module 1800 is the capacitance between the electrodes 1480a and 1480b So as not to be disturbed.
  • noise that may occur due to overlapping of the signal processing module 1800 and the piezoelectric film 1460 can be removed.
  • the signal processing module 1800 and the piezoelectric film 1460 are overlapped, a noise that may affect the vibration sensing sensitivity of the piezoelectric film 1460 due to the mass and the volume of the signal processing module 1800 ≪ / RTI >
  • the signal processing module 1800 may be made of a rigid material in the general characteristics of the circuit board.
  • the rigidity of the signal processing module 1800 and the flexible piezoelectric film 1460 vary depending on the vibration A gap may be generated between the vibration signal processing module 1800 and the piezoelectric film 1460. This can cause noise. Therefore, by locating the signal processing module 1800 and the piezoelectric film 1460 in the horizontal direction without overlapping regions, the above-described potential noise sources can be reduced or eliminated.
  • the signal processing module 1800 may include a circuit board, a connection terminal, a cable, and a housing.
  • the circuit board is a configuration for receiving and processing signals.
  • Various electronic devices necessary for signal processing can be arranged on the circuit board.
  • the circuit board may be a flexible material bent according to the bending of the body, or may be a general hard PCB (Printed Circuit Board). Of course, it is also possible to use a flexible printed circuit board (FPCB) as the circuit board.
  • PCB Flexible printed circuit board
  • connection terminal can be connected to the piezoelectric film 1460 to receive electrical signals from the piezoelectric film 1460.
  • the connection terminal may be connected to the terminal portion 1484 of the piezoelectric film 1460 in a Riveting manner.
  • connection terminal may be coupled to the terminal portion 1484 of the piezoelectric film 1460 in a soldering manner.
  • the connecting terminal may be connected to a lead wire connected to the terminal portion 1484 of the piezoelectric film 1460.
  • the cable is a configuration for transmitting the signal processed on the circuit board to the respiration monitoring device 3000.
  • the cable is inserted horizontally into the housing at one side of the housing and can be connected to the circuit board.
  • the cable can access the signal processing module 1800 while extending from the side farther from the piezoelectric film 1460 so as not to cross the piezoelectric film 1460.
  • the housing is a structure that provides a space in which the circuit board, connection terminals, and cables are located.
  • the housing may be a cover member for protecting the circuit board, the connection terminal, and the cable. As a result, the circuit board, the connection terminal and the cable in the housing can be firmly connected even to external vibration.
  • the housing may have a shape in which it is easy for the circuit board to be interposed between the case 1200 and the insulating film 1440.
  • the housing is provided in a flat plate shape, so that the housing can be easily fixed.
  • the housing may block the electrical signal so that it is not electrically connected to the external component in the area other than the connection terminal. Therefore, the housing may be composed of an insulator.
  • the circuit board may be horizontally connected to the terminal portion 1484 of the piezoelectric film 1460 at one side of the housing.
  • the case 1200 may be located on the uppermost surface of the respiratory sensing device 1000.
  • the case 1200 may be generally in the form of a thin film.
  • the case 1200 may have the same area as the insulating film 1440 or an area of the insulating film 1440 or more as viewed from above.
  • the case 1200 may be covered while covering the insulating film 1440, and a piezoelectric film 1460 and a signal processing module 1800 may be interposed therebetween.
  • the case 1200 may have a storage portion 1202 in which the signal processing module 1800 is housed.
  • the housing part 1202 may have a shape in which one area of the case 1200 protrudes upward and has a void space therein.
  • the housing part 1202 can be formed on the side of the piezoelectric film 1460 so as not to overlap with the piezoelectric film 1460 when the case 1200 and the piezoelectric film 1460 are superimposed.
  • the adhesive layer 1420 may extend from one side of the receiving portion 1202 by a predetermined length in the direction away from the piezoelectric film 1460 in the adhesive layer 1420 in consideration of the receiving portion 1202. [
  • the storage portion 1202 may be formed with a hole through which the cable passes. 19 to 21, the hole through which the cable is passed is formed at the upper end of the case 1200, but a hole through which the cable is passed may be formed on the side of the case 1200.
  • FIG. 8 the piezoelectric film 1460 will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10.
  • FIG. 8 is a top view of a piezoelectric film 1460 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a rear view of a piezoelectric film 1460 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. And is a side view of the piezoelectric film 1460.
  • the piezoelectric film 1460 may include a piezoelectric material 1470 and an upper electrode 1480a stacked on the upper surface of the piezoelectric material 1470 and a lower electrode 1480b formed on the lower surface of the piezoelectric material 1470.
  • the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b may cover a part or the whole of the upper surface and the lower surface of the piezoelectric material 1470, respectively.
  • the area, thickness, shape, material, etc. of the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b may be the same or different from each other.
  • the piezoelectric material 1470 may be in the form of a rectangular thin film.
  • Both electrodes 1480a and 1480b may be of a shape that includes a rectangular body and an area extending from one side of the square to the outside when viewed from above.
  • Both electrodes 1480a and 1480b may include an opposing portion 1482, a ground portion 1486, and a terminal portion 1484.
  • the opposing portion 1482 is formed in such a manner that when the electrodes 1480a and 1480b are laminated on the piezoelectric material 1470, the electrodes 1480a and 1480b sandwich the piezoelectric material 1470, 1480b.
  • the opposing portion 1482 of each of the electrodes 1480a and 1480b can be in direct contact with the piezoelectric material 1470.
  • the sensing region is a region in which a vibration is sensed by a piezoelectric effect and a voltage is generated due to a substantially similar behavior as a capacitor.
  • the sensing region may be located in a region where the piezoelectric effect is most effectively generated corresponding to the vibration transmitted to the piezoelectric film 1460.
  • the sensing region may be located anywhere on the piezoelectric film 1460 as long as the piezoelectric effect can be maximized.
  • the sensing region may be located at the center of the piezoelectric film 1460 so that the sensing of the deflection of the piezoelectric film 1460 can be detected.
  • the sensing region may be provided with a certain degree of tension to keep the piezoelectric film 1460 flat.
  • the tension may affect the sensitivity improvement of the piezoelectric film 1460.
  • the terminal portion 1484 is an area electrically connected to the connection terminal of the signal processing module 1800. Thus, the terminal portion 1484 can electrically connect the sensing region to the signal processing module 1800 and transmit the voltage and electrical signals generated in the sensing region to the signal processing module 1800.
  • the terminal portion 1484 may be electrically connected to the first communication cable 2220 of the interface device 2000. That is, the terminal portion 1484 can be connected to the controller 2200 of the interface device 2000 through the first communication cable 2220. Thus, the terminal portion 1484 can electrically connect the sensing region and the controller 2200, and transmit the voltage and piezoelectric signal generated in the sensing region to the controller 2200.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode, the piezoelectric material 1470 and the terminal portion 1484b of the lower electrode may not overlap with each other and may not be stacked when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric film 1460.
  • the piezoelectric material 1470 is not interposed between the terminal portions 1484 of the electrodes 1480a and 1480b, or the terminal portions 1484 of the electrodes 1480a and 1480b are located in different regions Can,
  • the terminal portion 1484 may be shaped to extend from the opposing portion 1482 to the outside.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a and the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b may be shaped to extend to the same side of the piezoelectric film 1460.
  • the direction in which the terminal portion 1484 extends may be a direction toward the signal processing module 1800.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a and the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b may extend from the same side, but may extend from the other side of the side.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a extends from the left side region of one side of the opposing portion 1482a
  • the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b is connected to the right side region Lt; / RTI > This makes it easier for the terminal portions 1484 of the electrodes 1480a and 1480b to be connected to the signal processing module 1800.
  • the terminal portion 1484 may be shaped to extend from the opposing portion 1482 to the outside.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a and the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b may be shaped to extend to the same side of the piezoelectric film 1460.
  • the direction in which the terminal portion 1484 extends may be a direction through which the first communication cable 2220 penetrates.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a and the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b may extend from the same side, but may extend from the other side of the side.
  • the terminal portion 1484a of the upper electrode 1480a extends from the left side region of one side of the opposing portion 1482a
  • the terminal portion 1484b of the lower electrode 1480b is connected to the right side region Lt; / RTI > This makes it easier for the terminal portion 1484 of each of the electrodes 1480a and 1480b to be connected to the first communication cable 2220. Also, the terminal portions 1484 of the respective electrodes 1480a and 1480b can be easily connected to the first power cable 2120.
  • the ground portion 1486 is an area for grounding the piezoelectric film 1460.
  • the piezoelectric film 1460 is insulated by the insulating film 1440 in most regions, but may not be insulated from the ground portion 1486.
  • the lower electrode 1480b can be electrically connected to an object having a large electric capacity through the grounding portion 1486 to obtain electrical stability.
  • the ground portion 1486 may be formed in one region of the lower electrode 1480b.
  • the ground 1486 may be a region of the lower electrode 1480b corresponding to the position of the through hole 1442 of the insulating film 1440 when the piezoelectric film 1460 and the insulating film 1440 are superimposed. Since the through hole 1442 penetrates the upper surface and the lower surface of the insulating film 1440 and forms an empty space, the ground portion 1486 corresponding to the through hole 1442 may not be insulated.
  • grounding portions 1486 are electrically connected may vary.
  • the place where the grounding portion 1486 is electrically connected may be the skin of the patient 1.
  • the grounding portion 1486 is electrically connected may be an adhesive layer 1420 connected to the skin of the patient 1.
  • the ground portion 1486 is electrically connected may be an external device having a large capacitance and a reference potential.
  • the grounding portion 1486 may be one region of the terminal portion 1484 or one region of the opposing portion 1482.
  • FIG. 11 is a view showing a breathing sensing operation of the breathing sensing device 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 22 is another diagram showing a breathing sensing operation of the breathing sensing device according to the embodiment of the present invention.
  • the respiratory sensing device 1000 can be adhered (tightly) to the attachment site 2 via the adhesive layer 1420.
  • the vibration generated by the breath can be transmitted to the adhesive layer 1420.
  • the adhesive layer 1420 may be in the form of a gel as described above, and may be, for example, an agarose gel which is a kind of hydrogel.
  • the gel can be adhered to the attachment site 2 with a maximum surface area while the shape of the gel is deformed in accordance with the bending of the attachment site 2.
  • the gel can selectively transmit only the vibrations generated by breathing to the upper layer.
  • the other vibration is a kind of noise and its transmission can be blocked by the gel.
  • Vibration due to breathing through the gel can be transmitted to the piezoelectric film 1460 through the insulating film 1440 as well.
  • the insulating film 1440 is also flexibly bent and can closely contact the adhesive layer 1420 of the lower surface and the piezoelectric film 1460 of the upper surface without gaps.
  • the vibration caused by the breathing can be transmitted to the piezoelectric film 1460 through the insulating film 1440.
  • the piezoelectric film 1460 receives an external force due to the vibration, so that a voltage is generated between the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b in the sensing region.
  • the ground 1486 in the lower electrode 1480b may be electrically connected to the adhesive layer 1420 through the through hole 1442.
  • the generated electrical signal can be transmitted to the signal processing module 1800 through the terminal portion 1484.
  • the vibration caused by the breathing can be transmitted to the piezoelectric film 1460 through the insulating film 1440.
  • the piezoelectric film 1460 receives an external force due to the vibration, so that a voltage is generated between the upper electrode 1480a and the lower electrode 1480b in the sensing region.
  • the ground 1486 in the lower electrode 1480b may be electrically connected to the adhesive layer 1420 through the through hole 1442.
  • the generated piezoelectric signal which is an electrical signal, can be transmitted to the first communication cable 2220 through the terminal portion 1484. That is, the generated piezoelectric signal can be transmitted to the controller 2200 of the interface device 2000 through the first communication cable 2220.
  • the insulating film 1440 can insulate the piezoelectric film 1460 while covering the surface area of the piezoelectric film 1460, thereby minimizing the influence of electromagnetic waves emitted from the body.
  • the piezoelectric element 1470 having the electrodes 1480a and 1480b on the upper and lower surfaces thereof may exhibit a behavior similar to a kind of capacitor. That is, when a piezoelectric effect is generated, an electromagnetic field can be generated in a direction from the upper electrode 1480a toward the lower electrode 1480b or vice versa. Considering the attachment type of the respiratory sensing device 1000, the direction of this electromagnetic field may coincide with the direction of the electromagnetic wave emitted from the body. This may exacerbate the adverse effect of the electromagnetic waves emitted from the body on the piezoelectric effect.
  • the insulating film 1440 can effectively block the electromagnetic waves emitted from the body by minimizing the area in which the piezoelectric film 1460 is exposed toward the body surface (exposing only the region of the through hole 1442 for grounding) have.
  • the piezoelectric film 1460 is grounded to the adhesive layer 1420 or the body through the through hole 1442 provided in the insulating film 1440, the sensing sensitivity can be increased.
  • the respiratory sensing device 1000 can be given electrical stability.
  • the piezoelectric film 1460 can set the reference potential through the ground.
  • the grounding effect may be independent of the area of the area to be grounded.
  • the through-hole for grounding is enlarged as described above, the influence of the electromagnetic wave radiated from the body can be increased. Therefore, it may be advantageous to minimize the area of the through-hole.
  • the vibration transmitted by the adhesive layer 1420 to the upper layer may be optional.
  • the adhesive layer 1420 selectively permits and transmits vibration of a predetermined frequency, but can block vibration of a constant frequency. That is, the adhesive layer 1420 can be utilized as a band pass filter. In other words, the adhesive layer 1420 can perform impedance matching with skin to prevent reflection and loss of vibration transmitted from the skin. Particularly, since the gel is ductile and has impurities, it may have a tendency to transmit vibrations of a specific frequency but absorb the vibrations of other specific frequencies by weakening the transmission force.
  • the frequency of the vibration transmitted or blocked by the adhesive layer 1420 can be determined by manufacturing characteristics such as the material properties of the adhesive layer 1420 or the thickness and area of the adhesive layer 1420. [ Therefore, the raw material and the manufacturing specification of the adhesive layer 1420 can be determined in consideration of the vibration frequency to be sensed and the vibration frequency of the noise.
  • the thickness of the adhesive layer 1420 can be designed to a thickness optimized to effectively transmit the vibration frequency associated with respiration to the upper layer, while effectively preventing the vibration frequency independent of respiration.
  • the components of the adhesive layer 1420 can be designed in consideration of optimized components and composition ratios so that the vibration frequency associated with breathing is effectively transmitted to the upper layer, but the vibration frequency independent of respiration can be effectively blocked.
  • the vibration allowed and transmitted by the adhesive layer 1420 may be vibration sensed by the breathing sensing device 1000.
  • the vibration transmitted and transmitted by the cueing layer 1420 may be vibration of the cadaver bone that occurs during respiration .
  • the vibration that the adhesive layer 1420 blocks may be noise that is not related to the vibration that the breathing sensing device 1000 wants to sense.
  • the noise may be a respiration-independent vibration.
  • the noise may be a vibration generated by an endoscope and a surgical instrument that unintentionally touches the airway while passing through the airway.
  • noise may be a vibration that occurs when the patient 1 swallows a needle.
  • noise may be a vibration caused by a sudden movement of the patient 1.
  • the adhesive layer 1420 may be formed to have a sufficiently long length to be adhered to the attachment region 2 to provide sufficient adhesion force to the breathing sensing device 1000.
  • the adhesive layer 1420 can be attached not only to the target area in which the breathing-related vibration to be actually sensed is generated but also to the periphery thereof.
  • the adhesive layer 1420 is attached to the peripheral portion in order to provide a stronger adhesion force to the breathing sensing device 1000.
  • these perimeters also provide noise to the vibration signal to be sensed. This is because the periphery may be associated with respiration or with respiration, but with less reliable movement. Such movement occurring at the peripheral portion may be transmitted to the piezoelectric film 1460 through the adhesive layer 1420 and act as noise.
  • the adhesive layer 1420 may have a region where the adhesive material is applied and an area where the adhesive material is not applied.
  • the uncoated region of the adhesive material may serve to block vibrations that are generated in the peripheral portion and are transmitted.
  • the adhesive material-uncoated areas may be provided in one or more than one.
  • the respiratory sensing device 1000 can sense vibration due to breathing while minimizing noise.
  • FIG. 12 shows the respiration signal sensed by the respiratory sensing device 1000 in FIG. 11, and FIG. 13 shows the respiration signal sensed by the respiratory sensing device 1000 with the insulating film 1440 removed.
  • the waveform of the electric signal shows that the difference in magnitude between the amplitude when there is motion and the amplitude when there is no motion is very distinct.
  • a high-quality signal can be seen as a result that the piezoelectric film 1460 is insulated from the body and the external configuration by the insulating film 1440, and the noise is reduced by the piezoelectric film 1460 being grounded to a part of the body.
  • the amplitude of the electric signal is very large, and the electric signal has a lot of noise such that the vibration due to respiration can not be confirmed, such as an electric signal is detected in a large number of frequency range bands.
  • the lower electrode 1480b of the piezoelectric film 1460 is in contact with the body in all regions without being electrically disconnected by the insulating film 1440.
  • body surface currents such as ECG and EMG, which are small in size, can act as noise for electrical signals generated through the piezoelectric effect.
  • FIG 14 shows the respiration signal sensed by the respiratory sensing device 1000 without the lower electrode 1480b being grounded.
  • grounding of an electronic product can have a significant impact on its performance.
  • electronics can perform noise filtering, which can also improve life expectancy.
  • the respiratory sensing device 1000 can be provided with electrical stability. Particularly, since the electrical signal generated by the respiratory sensing device 1000 is small in size and sensitive to noise, the role of the ground that can give electrical stability by setting the reference potential is greater.
  • FIG. 23 is a view showing the use state of the pulse oximeter according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 24 is a view showing the use state of the upper arm blood pressure monitor according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 26 is a schematic view of a breathing monitoring system according to an embodiment of the present invention.
  • the interface device 2000 may be connected to not only the respiratory sensing device 1000 but also other types of devices.
  • the interface device 2000 may be electrically connected to a pulse oximeter 1700 for measuring oxygen saturation of blood.
  • the pulse oximeter 1700 is a device for non-angiographically measuring oxygen saturation of blood by emitting light of two different wavelengths from a semiconductor device to one point of a finger.
  • the interface device 2000 may receive a signal including information about the oxygen saturation generated from the pulse oximeter through the second communication cable 2240.
  • the pulse oximeter 1700 may include a separate battery. In addition, the pulse oximeter 1700 may not include a separate battery. In this case, the interface device 2000 can supply power to the pulse oximeter 1700 via the second power cable 2140.
  • the interface device 2000 may generate a respiration signal further considering information about the oxygen saturation measured through the pulse oximeter 1700.
  • the respiratory sensing device 1000 measures a signal that occurs immediately upon breathing, but the pulse oximeter 1700 can generate a respiratory signal using the time difference caused by measuring the oxygen saturation of the blood . More specifically, since the change in oxygen saturation of blood occurs only after a respiratory abnormality occurs, the response may be slower than the respiratory signal measured in the respiratory sensing device 1000. Accordingly, the interface device 2000 processes the piezoelectric signal generated by the respiratory sensing device 1000, and when a change in the oxygen saturation of the blood is detected by the pulse oximeter 1700, it is reflected in the respiration signal prior to the piezoelectric signal can do.
  • the upper arm blood pressure monitor 1950 is a device for measuring the blood pressure attached to the upper arm of the patient 1.
  • the interface device 2000 may be electrically connected to the upper arm blood pressure monitor 1950 to receive a signal including information on the blood pressure of the upper arm.
  • the interface device 2000 can be connected to the brachium blood pressure meter 1950 via a cable via a cable.
  • the upper arm blood pressure monitor 1950 may be supplied with power from the outside or may be supplied with power from the battery 2100 of the interface device 2000. Of course, a separate battery may be installed in the upper arm blood pressure monitor 1950 to supply power.
  • the interface device 2000 may be installed in the upper arm blood pressure monitor.
  • the controller 2200 of the interface device 2000 can receive a signal including information on the blood pressure of the upper arm of the upper arm blood pressure monitor 1950.
  • the wrist blood pressure monitor 1900 is a device for measuring the blood pressure corresponding to the wrist blood pressure value by detecting the cochlear sound from the wrist of the patient 1.
  • the wrist blood pressure monitor 1900 can precisely position the sensor that senses the Korotkoff sound to the radial artery by using the piezo sensor in the form of an array sensor. That is, the piezo sensor can be implemented as an array sensor, which improves the fit of the wrist blood pressure monitor and enables accurate blood pressure measurement even if the blood pressure monitor deviates or deviates from a certain portion.
  • the wrist blood pressure monitor 1900 can correct the blood pressure corresponding to the wrist blood pressure value in the radial artery of the wrist using a signal reflecting the upper arm blood pressure value.
  • the interface device 2000 may be electrically connected to the wrist blood pressure monitor 1900 to receive a signal reflecting the upper arm blood pressure value.
  • the interface device 2000 and the wrist blood pressure monitor 1900 can be connected by a cable via a cable.
  • the wrist blood pressure monitor 1900 may be supplied with power from the battery 2100 of the interface device 2000.
  • 26 is another schematic diagram of a respiratory monitoring system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the interface device 2000 may be electrically connected to at least one of the respiratory sensing device 1000, the pulse oximeter 1700, the upper arm blood pressure monitor 1950 and the wrist blood pressure monitor 1900.
  • the interface device 2000 may receive the piezoelectric signal from the respiratory sensing device 1000 as described above.
  • the interface device 2000 may receive a signal from the pulse oximeter 1700, including information about the degree of oxygen saturation of the blood.
  • the interface device 2000 may receive a signal from the brachium blood pressure monitor 1950, which includes information on the blood pressure of the upper arm.
  • the interface device 2000 may receive a signal reflecting the upper-arm blood pressure value from the wrist blood pressure monitor 1900.
  • the interface device 2000 may send a respiration signal to the respiration monitoring device 3000 that reflects the respiration monitoring device 3000, including a signal including information about the piezoelectric signal and oxygen saturation.
  • a signal including information on the blood pressure of the upper arm and a blood pressure signal reflecting the signal reflecting the upper arm blood pressure value may be transmitted to the respiration monitoring device 3000.
  • the respiration monitoring device 3000 can display the blood pressure signal in addition to the breathing signal.
  • the respiratory sensing device 1000 and the respiration monitoring device 3000 including the same can measure the vibration due to the respiration of the patient 1 using the piezoelectric effect It is possible to acquire an electrical signal with minimized noise, acquire the respiratory state of the patient 1 based on the acquired electrical signal, and provide the respiratory state to the user.
  • the present invention can be applied in whole or in part to a respiratory sensing device and a respiratory monitoring system including the same.

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Abstract

본 발명은, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device) 및 획득한 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)에 관한 것이다.

Description

호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템
본 발명은 호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압전 소재를 이용하여 환자의 호흡을 감지하는 호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 진정(Sedation)법을 시행하여 환자의 긴장을 완화시키고 불안과 공포를 최소화시켜 효과적인 치료를 시행하려는 노력이 증가되고 있다. 이러한 진정법은 시행 방법에 따라 경구진정법, 흡입진정법 그리고 정주진정법 등이 있을 수 있고, 진정의 깊이에 따라 일반적으로 의식하 진정, 깊은 진정 등으로 나뉠 수 있다. 그런데, 진정법에 의해 의식 억제 상태로 유도된 경우, 환자가 임상적 자극을 알아차리지 못하거나 최소한의 반응만 할 수 있기 때문에 독자적으로 기도(trachea)를 확보하는 능력 등 신체 능력이 현저히 떨어질 수 있다. 따라서 안정한 진정법 시행을 위해서는 적극적인 환자감시가 필요하고, 특히 환자의 호흡 상태에 대한 모니터링을 수행하는 것은 수술의 성공율 및 환자의 생명과 직결되는 매우 중요한 부분이라고 할 수 있다.
이를 해결하기 위한 호흡저하 모니터링 방법으로는 산소포화도를 이용한 산소화 감시법(Pulse oximetry), 이산화탄소 분압 또는 기관 청진을 이용한 환기의 감시법 및 혈압 또는 심전도(electrocardiogram)를 이용한 순환의 감시법 등을 예로 들 수 있다.
그러나, 기존의 호흡 모니터링 방법은 이를 수행하기 위한 장치의 기구적 구조가 복잡하고, 조작이 어려우며, 주변 잡음에 쉽게 영향을 받으며, 가격이 매우 비싸다는 점 등의 문제점을 수반한다. 이에 따라 SNR(Signal to Noise Ratio)이 높으면서도 구조 및 사용법이 간단한 새로운 형태의 호흡 모니터링 장치의 필요성이 대두되고 있다.
일 과제는, ECG(심전도)나 EMG(근전도) 등과 같이 환자의 신체로부터 발생하는 전기적 생체 신호에 의한 간섭이 최소화되는 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
다른 일 과제는, 압전 필름의 전극의 외부 접지가 용이한 구조를 갖는 호흡 센싱 디바이스 및 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 일 과제는, 압전 필름이 환자의 신체에 밀착시키기 위한 스트랩(strap) 부재나 어쿠스틱 커플러(acoustic coupler)가 없이도 환자의 신체로부터 압전 필름으로의 진동 전달 경로가 용이하게 형성되는 호흡 센싱 디바이스 및 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 일 과제는, 호흡 이외의 환자의 뒤척임 및 기타 요인으로 발생하는 외부 진동 등의 영향을 최소화하는 호흡 센싱 디바이스 및 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 일 과제는, 처분형(disposable) 호흡 센싱 디바이스가 인터페이스 디바이스에 설치된 콘트롤러를 이용하는 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 일 과제는, 환자의 기도 확보 여부, 수면 무호흡 상태 및 환자의 코골이 상태를 출력하는 호흡 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름; 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층; 및 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막;을 포함하되, 상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 서로 대향하는 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층 및 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하되, 상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 호흡 센싱 디바이스; 및 상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름; -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함- 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층; 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막; 상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접 위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는 신호 처리 모듈; 상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스; 및 상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버;를 포함하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름, -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함- 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층, 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막, 상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접 위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는 신호 처리 모듈, 상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스 및 상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버를 포함하는 호흡 센싱 디바이스; 상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 압전 효과를 이용하여 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 압전 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 하부 전극의 하부에 위치하고, 상기 압전 필름으로의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하는 처분형(disposable) 호흡 센싱 디바이스; 및 배터리, 상기 배터리로부터 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로 전원을 공급하는 제1 전원 케이블, 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 압전 신호를 수신하는 제1 통신 케이블, 상기 제1 통신 케이블을 통해 수신되는 상기 압전 신호를 처리하여 호흡 신호를 생성하는 콘트롤러 및 외부 기기로 상기 호흡 신호를 전송하는 통신 모듈을 포함하는 인터페이스 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 의하면, 압전 필름과 환자의 신체 사이에 절연막을 마련함으로써, 환자의 신체로부터 발생하는 전기적 생체 신호의 압전 필름에 대한 간섭을 최소화하여 호흡 신호로부터 노이즈를 제거할 수 있다.
다른 일 실시예에 의하면, 절연막의 관통공이 압전 필름의 하부 전극과 전도성을 갖는 접착층을 전기적으로 연결함으로써, 하부 전극이 환자의 신체에 접지되어 호흡 신호로부터 노이즈를 제거할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 의하면, 압전 필름이 유동성을 가진 겔 상으로 제공됨에 따라 환자의 신체 부위에 밀착하여 부착되는 접착층을 통해 환자의 신체와 연결됨으로써, 환자의 신체 부위에서 발생하는 진동이 압전 필름에 잘 전달될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 의하면, 겔 상으로 제공되는 접착층이 환자의 신체 부위에서 발생하는 진동에 대하여 밴드-패스 필터(band-pass filter)의 기능을 수행함으로써, 노이즈를 최소화할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 의하면, 콘트롤러를 인터페이스 디바이스에 위치시킴으로써, 처분형(disposable) 호흡 센싱 디바이스에서는 별도의 콘트롤러를 사용하지 않아 원가를 절감할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 의하면, 환자의 호흡 시간 간격, 호흡 횟수를 측정하여 기도 폐쇄 여부 및 수면 무호흡 상태임을 판단하고 출력 할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 의하면, 환자의 호흡 신호의 진폭의 크기를 측정하여 코골이 여부를 판단하고 출력할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 구성에 관한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 분해 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름의 배면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 실시에에 따른 호흡 센싱 디바이스의 호흡 센싱 동작을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에서 감지된 호흡 신호를 도시한 것이다.
도 13은 절연막이 제외된 호흡 센싱 디바이스에 의해 감지된 호흡 신호의 일예를 도시한 것이다.
도 14는 하부 전극이 접지되지 않은 호흡 센싱 디바이스에 의해 감지된 호흡 신호의 일 예를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 다른 개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 사용 상태를 도시한 다른 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 구성에 관한 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 사시도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 분해 사시도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 측단면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 분해 측단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시에에 따른 호흡 센싱 디바이스의 호흡 센싱 동작을 도시한 다른 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 맥박 산소 측정기의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 상완용 혈압계의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 손목용 혈압계의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 또 다른 개략도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)는, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름; 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층; 및 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막;을 포함하되, 상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 관통공은 상기 절연막의 상면부터 하면까지 관통하면서 연장되는 빈 공간인 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 접착층은 하이드로 겔로 이루어지는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 하이드로 겔의 일부가 상기 관통공 내부로 삽입되면서 상기 하부 전극의 하면과 접촉함으로써 상기 하부 전극이 상기 신체에 접지되는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 압전 필름은, 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하고,
상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함하고, 상기 관통공은, 상기 하부 전극의 대향부에 대응되는 상기 절연막의 위치에 형성되는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 서로 대향하는 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층 및 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하되, 상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 호흡 센싱 디바이스; 및 상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름; -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함- 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층; 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막; 상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접 위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는 신호 처리 모듈; 상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스; 및 상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버;를 포함하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 케이스는, 내부에 상기 신호 처리 모듈을 수용하는 공간이 있는 수용부를 더 포함하고, 상기 접착층은, 충분한 접착력을 제공할 수 있도록, 상기 수용부에 대응되는 영역에서부터 상기 압전 필름과 먼 쪽으로 미리 설정된 길이만큼 더 연장되는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 신호 처리 모듈은, 상기 회로 기판에서 처리한 전기적 신호를 외부로 송신할 수 있도록 상기 회로 기판과 연결되는 케이블을 더 구비할 수 있고, 상기 접속 단자는 상기 신호 처리 모듈의 일 측면에서 상기 단자부와 연결되며, 상기 케이블은, 상기 신호 처리 모듈의 타 측면에서 수평으로 상기 회로 기판과 연결되며, 상기 케이블이 압전 필름에 미치는 영향을 줄일 수 있도록, 상기 일 측면은 상기 압전 필름을 향하고, 상기 타 측면은 상기 압전 필름과 먼 쪽을 향하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 절연막, 상기 접착층 및 상기 케이스는, 서로 포개졌을 때 어느 하나의 레이어가 외곽으로 돌출되지 않도록 정렬하여 적층되는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또, 상기 압전 필름은 PVDF필름, PZT 또는 석영 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 호흡 센싱 디바이스가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름, -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함- 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층, 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막, 상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접 위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는 신호 처리 모듈, 상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스 및 상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버를 포함하는 호흡 센싱 디바이스; 및 상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 압전 효과를 이용하여 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 디스플레이하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서, 박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 압전 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 하부 전극의 하부에 위치하고, 상기 압전 필름으로의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하는 처분형(disposable) 호흡 센싱 디바이스; 및 배터리, 상기 배터리로부터 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로 전원을 공급하는 제1 전원 케이블, 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 압전 신호를 수신하는 제1 통신 케이블, 상기 제1 통신 케이블을 통해 수신되는 상기 압전 신호를 처리하여 호흡 신호를 생성하는 콘트롤러 및 외부 기기로 상기 호흡 신호를 전송하는 통신 모듈을 포함하는 인터페이스 디바이스;를 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스로부터 상기 호흡 신호를 수신하고, 상기 호흡 신호에 기초하여 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 디스플레이하는 모니터링 디바이스;를 더 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 환자의 손가락의 일 지점에 설치되어, 혈액의 산소포화도를 측정하는 맥박 산소 측정기(pulse oximeter);를 더 포함하고, 상기 인터페이스 디바이스는, 일단은 상기 콘트롤러와 전기적으로 연결되고 타단은 상기 맥박 상소 측정기와 전기적으로 연결되어 상기 맥박 산소 측정기로부터 상기 혈액의 산소포화도에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 제2 통신 케이블을 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스는 상기 배터리로부터 상기 맥박 산소 측정기로 전원을 공급하는 제2 전원 케이블을 포함하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스는 상기 산소포화도에 관한 정보를 더 고려하여 상기 호흡 신호를 생성하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 환자의 상완에 설치되어, 상기 상완의 혈압을 측정하는 상완용 혈압계;를 더 포함하고, 상기 인터페이스 디바이스는 상기 상완용 혈압계와 전기적으로 연결되어, 상기 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스는 상기 상완용 혈압계에 설치되는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 환자의 손목에서 코로트코프음을 감지하여, 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 측정하고, 상기 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 상완 혈압값을 반영하는 신호로 보정하는 손목용 혈압계;를 더 포함하고, 상기 인터페이스 디바이스는 상기 손목용 혈압계와 전기적으로 연결되어, 상기 상완 혈압값을 반영하는 신호를 수신하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 통신 모듈은, 블루투스, 직비 및 와이파이 중 적어도 하나를 이용하는 무선 통신 모듈인 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스는, 상기 압전 신호가 제1 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자의 기도(trachea)가 확보되지 않은 상태로 처리하고, 상기 압전 신호가 제2 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자가 수면 무호흡 상태인 것으로 처리하여, 상기 호흡 신호를 전송하되, 상기 제1 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 시간 간격이 제1 미리 정해진 시간 간격을 초과하거나 기준시간 당 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 횟수가 제1 미리 정해진 횟수 미만이고, 상기 제2 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 시간 간격이 제2 미리 정해진 시간 간격을 초과하거나 기준시간 당 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 횟수가 제2 미리 정해진 횟수 미만이고, 상기 제2 미리 정해진 시간 간격은 상기 제1 미리 정해진 시간 간격 보다 크고, 상기 제2 미리 정해진 횟수는 상기 제1 미리 정해진 횟수 보다 많은 것을 특징으로 하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 인터페이스 디바이스는, 상기 압전 신호가 제3 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자가 코골이 상태인 것으로 처리하여, 상기 호흡 신호를 전송하되, 상기 제3 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호의 진폭의 크기가 미리 정해진 수치를 초과하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
또, 상기 호흡 센싱 디바이스는, 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층을 포함하고, 상기 절연막은 상기 압전필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 호흡 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
이하에서는 본 명세서의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템(100)에 관하여 설명하기로 한다.
호흡 모니터링 시스템(100)은 환자의 신체 일 부분에 부착된 호흡 센싱 디바이스(1000)를 통해 상기 환자의 호흡에 따른 진동을 측정하고, 상기 측정한 진동을 분석함으로써 상기 환자의 호흡 상태를 진단하는 시스템이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템(100)의 개략도이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템(100)의 다른 개략도이다.
도 1을 참조하면, 호흡 모니터링 시스템(100)은 호흡 센싱 디바이스(1000) 및 호흡 모니터링 디바이스(3000)를 포함할 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는, 기도 등의 환자(1)의 신체 일부에 부착되어 환자(1)의 호흡으로 인한 진동을 감지할 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착되는 부착 부위(2) 는 호흡이 반복될 때 움직임이 발생되는 곳일 수 있다. 예를 들면, 호흡 시 폐 및 복강의 부피 변화를 반영하는 흉곽, 정맥을 통해 맥박을 감지할 수 있는 손목, 그 내부에 심장이 위치하는 흉곽의 일 영역 또는 인중 등일 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 바람직하게는 도 1에서 도시된 바와 같이 목 부위에 부착될 수 있다. 이때 호흡 센싱 디바이스(1000)는 보다 바람직하게는 목 부위 중 환자(1)의 호흡에 따른 움직임이 비교적 큰 기도에 부착될 수 있다. 물론, 호흡 센싱 디바이스(1000)의 부착 부위가 위에 상술한 예시로 한정되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 호흡으로 인한 진동 발생 시, 압전 효과에 따라 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 상기 전기적 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)로 전송할 수 있다. 여기서, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 압전 효과에 따라 발생된 신호를 가공하여 전송하는 것도 가능하다.
호흡 센싱 디바이스(1000)에 관한 상세한 설명은 이후 더 후술하기로 한다.
호흡 모니터링 디바이스(3000)는 환자(1)의 호흡 상태에 관한 정보를 실시간 또는 일정 조건 하에 사용자에게 출력할 수 있다. 일 예로 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 디스플레이나 스피커와 같은 시청각 정보 출력 수단을 구비하고, 이를 통해 호흡 신호를 시각적으로 디스플레이하거나, 또는 청각적으로 스피커를 통해서 사용자에게 호흡 상태 관련 정보를 제공할 수 있다.
또 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 환자(1)의 호흡 상태를 통해 환자(1)의 건강 상태에 이상이 발생하는 것을 감지하고, 이에 관한 알람을 출력할 수 있다. 일 예로 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 호흡 이상 상태나 무호흡 상태가 계속되는 경우, 디스플레이나 스피커 등을 통해 사용자에게 경보를 제공할 수 있다.
호흡 모니터링 디바이스(3000)는 상술한 기능들을 수행하기 위한 정보 연산 장치일 수 있다. 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 하드웨어나 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 하드웨어적으로는 데이터를 저장 및 처리하는 정보 처리 장치일 수 있고, 소프트웨어적으로는 회로를 구동시키는 프로그램이나 코드 형태로 제공될 수 있다.
호흡 모니터링 디바이스(3000)는 하나 이상의 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 기타 센싱 디바이스와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 각 호흡 센싱 디바이스(1000)는 동일한 환자(1)의 상이한 신체 일부분에 부착될 수 있고, 또한 다른 외부 기기는 산소 포화도를 측정하는 기구(Pluse oximeter)일 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 다른 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 외부 디바이스에서 수신된 정보를 독립적으로 처리하거나 또는 상호 연관지어서 관련 연산을 수행할 수도 있다.
도 15를 참조하면, 호흡 모니터링 시스템(100)은 호흡 센싱 디바이스(1000), 인터페이스 디바이스(2000) 및 모니터링 디바이스(3000)를 포함할 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 호흡으로 인한 진동 발생 시, 압전 효과에 따라 전기적 신호인 압전 신호를 발생시킬 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 상기 전기적 신호를 인터페이스 디바이스(2000)로 전송할 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 압전 효과에 따라 발생된 신호를 가공하여 호흡 신호를 생성할 수 있다. 이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 신호를 모니터링 디바이스(3000)으로 전송할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는, 호흡 센싱 디바이스(1000)로부터 전기적 신호인 압전 신호를 수신하고, 상기 압전 신호를 처리하여 호흡 신호를 생성할 수 있다. 이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)는 통신 모듈을 이용하여 상기 호흡 신호를 모니터링 디바이스(3000)로 전송할 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000) 및 모니터링 디바이스(3000)에 관하여는 앞에서 설명하였다. 다만, 모니터링 디바이스(3000)는, 인터페이스 디바이스(2000)로부터 호흡 신호를 수신하고, 이를 이용해 환자(1)의 호흡 상태를 모니터링할 수 있다.
또한, 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 하나 이상의 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 기타 센싱 디바이스(도 15 내지 도 17)와 유선 또는 무선(미도시)으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 각 호흡 센싱 디바이스(1000)는 동일한 환자(1)의 상이한 신체 일부분에 부착될 수 있고, 또한 다른 외부 기기는 산소 포화도를 측정하는 맥박 산소 측정기(Pluse oximeter)일 수 있다. 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 기타 센싱 디바이스에서 수신된 정보를 독립적으로 처리하거나 또는 상호 연관지어서 관련 연산을 수행할 수도 있다.
이하에서는 본 명세서의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 사용 상태를 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 사용 상태를 도시한 다른 도면이다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 호흡에 의해 진동을 발생시키는 환자(1)의 신체 부위에 부착될 수 있다. 이하에서는 호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착되는 환자(1)의 신체 부위를 '부착 부위'(2)라고 지칭하기로 한다.
도 2를 참조하면, 부착 부위(2)는 울대뼈일 수 있다. 울대뼈는, 하기도의 일 구성으로서 호흡 시 들숨과 날숨이 지나감에 따라 미세한 진동이 발생하는 영역이다. 따라서 호흡 센싱 디바이스(1000)는 울대뼈에 부착됨으로써 호흡 시 발생하는 진동 및 움직임을 측정할 수 있다. 다만, 도 2에서는 부착 부위(2)가 울대뼈 부위인 것으로 도시하고 있으나, 본 발명에서 부착 부위(2)가 울대뼈로 한정되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 전체적으로 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 울대뼈의 형상을 고려하여 호흡에 따른 움직임을 가장 효과적으로 측정할 수 있는 형태로 부착될 수 있다. 예를 들면, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 직사각형의 긴 변이 수평 방향을 향하도록 울대뼈에 위치할 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 그 긴 변이 울대뼈의 둘레를 따라서 감싸도록 부착될 수 있다. 이 때 호흡 센싱 디바이스(1000)의 긴 변의 정 중앙에 울대뼈가 위치할 수도 있고, 또는 호흡 센싱 디바이스(1000)의 일 측으로 치우친 부분에 울대뼈가 위치할 수도 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)의 일 측에서는 진동에 의해 발생된 전기적 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)로 전송하기 위한 케이블이 연장될 수 있다. 이 때 케이블은 노이즈를 발생시키지 않도록 울대뼈를 가로지르지 않고 울대뼈의 반대 방향으로 연장될 수 있다.
케이블에 대하여는 도 17에서 더욱 자세히 설명한다.
이하에서는, 본 명세서의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 구성 및 호흡 모니터링 시스템(100)의 구성에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 구성에 관한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 케이스(1200), 센싱 모듈(1400), 커버(1600) 및 신호 처리 모듈(1800)을 포함할 수 있다. 도 3에는 상술한 구성이 모두 호흡 센싱 디바이스(1000)에 일체를 이루고 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 신호 처리 모듈(1800)이 호흡 센싱 디바이스(1000)에서 제외되어 외부에 별도로 존재하는 것도 가능하다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 케이스(1200)에 의해 외관이 형성되며, 그 내부 내지 아래에 진동을 센싱하는 센싱 모듈(1400) 및 진동에 따른 전기적 신호를 처리하는 신호 처리 모듈(1800)을 구비하고, 접착성 물질을 가리는 커버(1600)를 포함할 수 있다.
케이스(1200)는, 호흡 센싱 디바이스(1000)의 외관을 형성하는 구성이다.
케이스(1200)는 외부 충격이나 오염 등으로부터 호흡 센싱 디바이스(1000)의 타 구성 요소들을 보호할 수 있다. 케이스(1200)는 호흡 센싱 디바이스(1000)가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들면, 박막 형상으로 제공되어서 센싱 모듈(1400) 및 신호 처리 모듈(1800)을 위에서 덮을 수 있다.
케이스(1200)는 부착되는 신체 부위의 형태에 맞게 그 형상이 변형될 수 있도록 플렉서블한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 케이스(1200)는 고무의 일 종류로 구성될 수 있다.
케이스(1200)는 부전도체로 이루어질 수 있다. 케이스(1200)는 호흡 센싱 디바이스(1000) 내 전기 신호가 데이터 전송의 목적 외에는 외부로 누출되지 않도록 호흡 센싱 디바이스(1000) 내 타 구성요소를 절연시킬 수 있다.
또한 케이스(1200)는 케이스(1200)에 진동을 센싱하는 센싱 모듈(1400)이 배치되는 반대측으로부터 발생하는 외부 진동이 센싱 모듈(1400)에 전달되는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다. 호흡 센싱 디바이스(1200)가 사용되는 수술실 등과 같은 환경에서는 수술이나 기타 원인으로 인하여 호흡과는 무관한 오디오 신호가 발생할 수 있다. 예를 들어, 케이스(1200)는 외부 오디오 신호를 저감하는 고무 등의 재질로 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 외부 오디오 신호가 센싱 모듈(1400)로 전달되는 것이 차단됨으로써, 센싱 모듈(1400)로부터 노이즈가 제거 또는 감소될 수 있다.
나아가 케이스(1200)는 센싱 모듈(1400)에서 감지되는 호흡으로 인한 진동을 증폭시킬 수도 있다. 호흡으로 인한 진동은 주로 200~1,000Hz 대역의 주파수를 가지는데, 케이스(1200)는 해당 주파수 대역에 대한 공진 주파수를 가지는 재질로 마련되어 센싱 모듈(1400)에서 감지되는 진동을 증폭시키는 역할을 할 수도 있다.
센싱 모듈(1400)은, 부착 부위(2)의 진동에 따라 전기적 신호를 발생시키는 구성이다. 센싱 모듈(1400)은 부착 부위(2)에 접착될 수 있고, 부착 부위(2)에서 발생된 진동이 내부로 전달되면, 압전 효과를 이용해서 전기적 신호를 발생시킬 수 있다.
센싱 모듈(1400)은 접착층(1420), 절연막(1440) 및 압전 필름(1460)을 포함할 수 있다.
접착층(1420)은 부착 부위(2)에 호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착될 수 있도록 접착력을 제공할 수 있다. 또한 접착층(1420)은 전도성을 띔으로써 압전 필름(1460)을 신체에 접지시키기 위한 전기적 통로로 기능할 수도 있다.
절연막(1440)은 압전 필름(1460)과 접착층(1420)을 전기적으로 절연시킴으로써 환자(1)의 신체에서 발생하는 심전도(ECG: EletroCardioGram) 신호 및 근전도(EMG:ElectroMyoGraphy) 신호 등으로 인한 외부 영향을 차단 내지 감소시킬 수 있다.
압전 필름(1460)은 접착층(1420) 및 절연막(1440)을 통해 전달된 진동에 대응하여 전기적 신호를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 접착층(1420)은 접착성 물질을 포함할 수 있다. 접착성 물질은 진동 측정 시에는 호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착 부위(2)의 표면과 간극 없이 밀착될 수 있는 접촉력을 제공하되, 진동 측정 후에는 외력에 의해 호흡 센싱 디바이스(1000)가 쉽게 분리될 수 있는 정도의 접촉력을 제공할 수 있다. 접착성 물질은 접착층(1420)의 전체 면적에 도포될 수도 있고, 또는 접착층(1420) 일부에만 도포될 수도 있다.
접착층(1420)은 부착 부위(2) 표면의 굴곡 및 형태에 따라서 그 형상이 유연하게 변형될 수 있도록, 접착층(1420)은 유연한 재질로 구성될 수 있다. 이로써 접착층(1420)이 신체에 접촉하는 표면적이 증가할 수 있다. 이에 따라 접착층(1420)과 신체 간의 접착력이 증가할 수 있다. 또한 이에 따라 부착 부위(2)에서 전달되는 진동이 효과적으로 접착층(1420)으로 전달될 수 있다.
또한, 접착층(1420)은 부착 부위(2)의 진동을 절연막(1440)을 통해 압전 필름(1460)까지 전달하는 기능을 한다. 이때 접착층(1420)이 상층의 레이어로 전달하는 진동은 선택적일 수 있다. 예를 들면, 접착층(1420)은 호흡으로 인한 진동의 주파수를 갖는 파는 투과를 허용하되, 이외의 주파수를 갖는 파는 차단할 수 있다. 즉, 접착층(1420)은 부착 부위(2)에서 전달되는 진동에 대한 일종의 밴드패스 필터(band-pass filter)로서 기능할 수 있다. 이로써, 접착층(1420)에 의해 센싱 감도가 향상될 수 있다. 이에 대해서는 후에 더 자세히 설명한다.
접착층(1420)은 인체에 무해한 재질로 구성될 수 있다. 특히 접착성 물질은 인체에 분리 후 일부분이 인체에 남을 수도 있는 만큼 인체에 무해한 재질로 구성되는 것이 중요할 수 있다.
또한, 구체적으로 절연막(1440)은 절연 물질로 구성되어서 압전 필름(1460)을 절연시킬 수 있다. 특히, 절연막(1440)은 압전 필름(1460)과 접착층(1420)의 접촉을 방지함으로써 압전 필름(1460)을 절연시킬 수 있다. 절연막(1440)에 의해 신체로부터 발산되는 전자기파가 압전 필름에 도달하는 것이 차단됨으로써 전자기파에 의한 영향이 최소화될 수 있다. 이에 대해서는 더 후술하기로 한다.
또한, 절연막(1440)은 접착층(1420)을 통해 전달된 진동을 압전 필름(1460)으로 재전달할 수 있다.
또한, 절연막(1440)은 부착 부위(2)의 굴곡에 맞게 유연하게 그 형상이 변형될 수 있다. 이러한 형상의 변형은 접착층(1420)으로부터 전달된 진동을 압전 필름(1460)으로 재전달하는 데 도움을 줄 수 있다.
한편, 절연막(1440)의 일 영역에서는 압전 필름(1460)이 접착층(1420)을 통해 신체에 접지될 수 있다. 압전 필름(1460)은 전기 용량이 큰 신체와 접지됨으로써 기준 전위을 설정하는 것이 용이해지고, 신호의 노이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 구체적으로 압전 필름(1460)은 상부 전극(1480a), 압전 소재(1470) 및 하부 전극(1480b)을 포함할 수 있다. 상부 전극(1480a), 압전 소재(1470) 및 하부 전극(1480b)은 박막 형태로 제공될 수 있고, 서로 주면을 마주보면서 포개짐으로 인해 축전기(Capacitor)와 유사한 역할을 할 수 있다. 압전 소재(1470)는 압전 효과에 의해 외력에 대응하여 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b)에 전위차를 발생시킬 수 있다. 상부 및 하부 전극(1480b)에는 전위차에 따라 전기적 신호가 발생할 수 있다.
압전 효과(Piezoelectric effect)는 압전 결정에 압력 또는 비틀림 힘이 작용함으로써 결정의 상대하는 두 면 사이에 전압이 발생하는 현상을 말한다. 또는 이에 대한 역 현상으로서, 두 면 사이에 전압을 부여함으로써 그 전압의 주파수에서 변화하는 일그러짐이 발생하는 현상을 가리킨다. 압전 효과의 성질은 고체 안에서 전기 쌍극자 모멘트가 발생하는 것과 깊은 연관이 있다. 기계적인 힘이 가해졌을 때 편극이 변화하는 것은, 외부 응력의 영향으로 분자 배열 방향이 변화하여 쌍극자 모멘트의 방향이 바뀜에 따라 발생하는 것이기 때문이다. 이러한 압전 효과를 나타내는 물질로는, 자연적으로 존재하는 석영, 베르리나이트(Berlinite), 자당, 황옥 및 전기석 등이 있고, 인공 압전 물질로는 인산화 갈륨, 랑가사이트(Langasite) 또는 PZT 및 산화 아연 등을 비롯한 페로브스카이트(Perovskite)구조와 텅스텐-브론즈(Tungsten-bronze)구조를 한 세라믹스 등이 있다. 그 중 대표적으로 널리 사용되고 압전 효과가 우수한 물질은 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF)으로서, 석영보다 몇 배나 큰 압전 효과를 일으킬 수 있다.
압전 소재(1470)는 상술한 압전 물질 중에서 선택되는 물질일 수 있다.
커버(1600)는, 접착층(1420)을 덮는 구성이다. 커버(1600)는 호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착 부위(2)에 부착되기 이전에는 접착층(1420)이 외부 물질에 노출되는 것을 방지함으로써 접착력을 양질로 유지시킬 수 있다. 커버(1600)는 호흡 센싱 디바이스(1000)가 부착되기 직전에 제거됨으로써 접착층(1420)을 외부로 노출시키고, 접착층(1420)이 피부에 접촉 부착되도록 한다. 커버(1600)는 적은 정도의 외력에는 벗겨지지 않도록 접착층(1420)과 일정 수준의 접착력을 가질 수 있다. 그러나 한편으로는 일정 크기 이상의 외력에 쉽게 벗겨질 수 있도록 일정 수준 이하의 접착력으로 접착층(1420)과 접해 있어야 하며, 벗겨질 때 파손되지 않도록 일정한 장력 및 전단력을 견딜 수 있는 재질로 구성될 수 있다.
신호 처리 모듈(1800)은, 전기 신호를 수신하고, 처리하는 구성이다.
신호 처리 모듈(1800)은 센싱 모듈(1400)로부터 전기 신호를 수신할 수 있다.
신호 처리 모듈(1800)은 수신한 전기 신호를 처리하는데 필요한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 신호 처리 모듈(1800)은 수신한 전기적 신호에 대하여 노이즈 제거를 위한 처리를 수행할 수 있고, 이를 위한 노이즈 제거 회로를 포함할 수 있다.
또는 신호 처리 모듈(1800)은 센싱 모듈(1400)의 출력에 대한 임피던스 매칭을 수행할 수 있고, 이를 위한 FET 회로를 포함할 수 있다.
또는 신호 처리 모듈(1800)은 전기 신호를 증폭하는 동작을 수행할 수 있다.
신호 처리 모듈(1800)은 이후 가공된 전기 신호를 케이블을 통해서 호흡 모니터링 디바이스(3000)에게 전송할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템(100)의 구성에 관한 블록도이다.
도 17을 참조하면, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 케이스(1200), 센싱 모듈(1400) 및 커버(1600)를 포함할 수 있다. 도 17을 참조하면, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 케이스(1200), 센싱 모듈(1400) 및 커버(1600)를 포함할 수 있다. 케이스(1200), 센싱 모듈(1400) 및 커버(1600)에 대하여는 전술하였다.
인터페이스 디바이스(2000)는 센싱 모듈(1400)로부터 수신한 압전 신호를 처리하여 호흡 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로 인터페이스 디바이스(2000)는 전기적 신호로부터 호흡 상태를 파악하기 위한 각종 알고리즘을 수행하거나 상기 알고리즘을 수행하기 위해 상기 전기적 신호에 대한 노이즈 제거를 비롯한 각종 전처리 작업을 수행할 수 있다. 상술한 과정에 따라 획득된 분석 결과에 의해 인터페이스 디바이스(120)는 환자(1)의 호흡 상태를 파악하여 호흡 신호를 생성할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)가 호흡 센싱 디바이스(1000)로부터 수신하는 전기적 신호인 압전 신호에는 환자(1)의 호흡과 무관하게 발생하는 각종 진동으로 인한 성분이 포함될 수 있다. 이러한 성분에는 예를 들어, 의도치 않게 환자(1)의 기도를 터치하는 내시경 및 수술 기구에 의해 발생한 진동이 있을 수 있다. 또는 노이즈는 환자(1)가 침을 삼킬 때 발생하는 진동일 수 있다. 또는 노이즈는 환자(1)의 갑작스런 움직임에 의해 발생하는 진동일 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)의 전처리 작업의 일 예를 들면, 상술한 호흡과 무관한 진동으로 인한 성분을 전기적 신호로부터 제거하는 노이즈 필터링 작업이 있을 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)가 획득하는 호흡 상태에 관한 정보는 예를 들면, 무호흡 상태, 코골이 상태, 호기 유속, 1회 호흡량 등 호흡과 관련된 특징일 수 있다. 나아가, 인터페이스 디바이스(2000)는 환자(1)의 건강 상태를 진단할 수도 있다. 예를 들면, 호흡 관련 특징 중 무호흡 시간이 일정 시간 이상 지속(apnea)되거나, 호흡이 저하(hypopnea)되거나 또는 상부 기도 저항 증후군(UARS: Upper Airway Resistance Syndrome) 상태에 진입하는 등의 이상 징후 또는 질병을 진단할 수 있다.
또 인터페이스 디바이스(2000)는 환자(1)의 호흡 상태를 통해 환자(1)의 건강 상태에 이상이 발생하는 것을 감지하고, 이에 관한 호흡 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 일 예로 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 이상 상태나 무호흡 상태가 계속되는 경우, 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 호흡 이상 상태나 무호흡 상태에 해당한다는 정보를 포함하는 신호를 전송할 수 있다.
보다 구체적으로는, 압전 신호가 인터페이스 디바이스(2000)에서 감지된 시간 간격이 제1 미리 정해진 시간 간격(time interval)을 초과하거나 기준시간 당 압전 신호가 인터페이스 디바이스(2000)에서 감지된 횟수가 제1 미리 정해진 횟수 미만인 경우, 인터페이스 디바이스(2000)는 환자(1)의 기도가 확보되지 않았다고 판단하고, 이에 대한 정보를 포함하는 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제1 미리 정해진 시간 간격 및 제1 미리 정해진 횟수는 환자(1)의 상태와 환자(1)에게 행해지는 진정(Sedation)법에 따라 상이하게 변경될 수 있다.
또한, 압전 신호가 인터페이스 디바이스(2000)에서 감지된 시간 간격이 제2 미리 정해진 시간 간격을 초과하거나 기준시간 당 압전 신호가 인터페이스 디바이스(2000)에서 감지된 횟수가 제2 미리 정해진 횟수 미만인 경우, 인터페이스 디바이스(2000)는 환자(1)가 수면 무호흡 상태라고 판단하고, 이에 대한 정보를 포함하는 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 미리 정해진 시간 간격 및 제2 미리 정해진 횟수는 환자(1)의 나이, 병력, 성별, 체중 및 환자(1)에게 행해지는 진정(Sedation)법에 따라 상이하게 변경될 수 있다. 물론, 나열한 상기 조건 외에도 다양한 조건이 추가될 수 있다. 단, 상기 제2 미리 정해진 시간 간격은 상기 제1 미리 정해진 시간 간격 보다 클 수 있다.
또한, 인터페이스 디바이스(2000)는 압전 신호가 제3 미리 정해진 조건에 해당하는 경우, 환자(1)가 코골이 상태인 정보를 포함하는 호흡 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제3 미리 정해진 조건은 압전 신호의 진폭의 크기가 미리 정해진 수치를 초과하는 경우이며, 미리 정해진 수치는 환자(1)의 나이, 병력, 성별 및 체중 중 적어도 하나에 의하여 상이하게 변경될 수 있다. 물론, 나열한 상기 조건 외에도 다양한 조건이 추가될 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 상술한 기능들을 수행하기 위한 정보 연산 장치일 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 하드웨어나 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 하드웨어적으로는 데이터를 저장 및 처리하는 정보 처리 장치일 수 있고, 소프트웨어적으로는 회로를 구동시키는 프로그램이나 코드 형태로 제공될 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 하나 이상의 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 기타 센싱 디바이스(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 각 호흡 센싱 디바이스(1000)는 동일한 환자(1)의 상이한 신체 일부분에 부착될 수 있고, 또한 다른 외부 기기는 산소 포화도를 측정하는 맥박 산소 측정기(1700)일 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)는 다른 호흡 센싱 디바이스(1000) 또는 외부 디바이스에서 수신된 정보를 독립적으로 처리하거나 또는 상호 연관지어서 관련 연산을 수행할 수도 있다.
또한, 인터페이스 디바이스(2000)는 하나 이상의 혈압 측정 장치와 연결될 수 있다. 예를 들면, 상완용 혈압계(1950) 및 손목용 혈압계(1900) 중 적어도 하나는 호흡 센싱 디바이스가 부착된 환자의 신체 일부분에 부착될 수 있다. 이 경우, 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 센싱 디바이스에서 수신된 호흡 정보와 혈압 측정 장치에서 수신된 혈압 정보를 독립적으로 처리하거나 또는 상호 연관지어서 관련 연산을 수행할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 하나 이상의 호흡 모니터링 디바이스(3000)과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 환자(1)의 호흡 신호를 전송할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)가 호흡 모니터링 디바이스(3000)와 무선으로 연결되는 경우, 인터페이스 디바이스(2000)은 블루투스, 직비 및 와이파이 중 적어도 하나를 이용하여 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 호흡 신호를 전송할 수 있다. 물론, 상기 통신 방법으로 제한되는 것은 아니고, 호흡 신호를 무선으로 보낼 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용 가능하다.
인터페이스 디바이스(2000)는 배터리(2100), 콘트롤러(2200), 제1 전원 케이블(2120), 제1 통신 케이블(2220) 및 통신 모듈(2300)을 포함할 수 있다.
콘트롤러(2200)는, 전기 신호를 수신하고, 처리하는 구성이다.
콘트롤러(2200)는 센싱 모듈(1400)으로부터 전기적 신호인 압전 신호를 수신할 수 있다. 이 경우, 압전 신호는 제1 통신 케이블(2220)을 통하여 센싱 모듈(1400)로부터 콘트롤러(2200)에 전송될 수 있다. 제1 통신 케이블(2220)의 일단은 압전 필름(1460)과 연결되고, 타단은 콘트롤러(2200)과 연결될 수 있다. 제1 통신 케이블(2220)이 압전 필름(1460)가 연결되는 위치는 도 19 및 도 20에서 보다 자세히 설명한다.
제1 통신 케이블(2200)으로 연결됨으로써, 콘트롤러(2200)가 압전 필름(1460)과 물리적으로 이격된다. 이 경우에, 콘트롤러(2200)에 의하여 압전 필름(1460)에 발생되는 노이즈가 감소될 수 있다. 즉, 콘트롤러(2200)에 의한 전기적 영향이 양 전극(1480a, 1480b) 간의 정전 용량을 교란시키지 않을 수 있다. 예를 들면, 콘트롤러(2200)과 압전 필름(1460)이 오버랩되는 경우, 콘트롤러(2200)의 질량 및 부피로 인하여 압전 필름(1460)의 진동 센싱 감도에 영향을 미칠 수 있는 노이즈가 초래될 수 있다. 또는, 콘트롤러(2200)은 회로 기판의 일반적 특성상 경성의 재질이 될 수 있는데, 이때 경성의 콘트롤러(2200)와 연성의 압전 필름(1460)이 각각 진동에 따라 반응하는 정도가 다를 수 있고, 이로 인하여 진동 시 콘트롤러(2200) 및 압전 필름(1460) 사이에 간극이 발생할 수 있다. 이는 노이즈의 원인이 될 수 있다. 따라서, 콘트롤러(2200)과 압전 필름(1460)이 제1 통신 케이블(2220)을 이용하여 이격된 거리에서 연결됨으로써, 상술한 잠재적 노이즈 원인들은 감소 또는 제거될 수 있다.
콘트롤러(2200)는 회로 기판을 포함할 수 있다.
회로 기판은 신호를 수신하고, 처리하는 구성이다. 회로 기판에는 신호 처리에 필요한 각종 전자 장치들이 배치될 수 있다. 회로 기판은 신체 굴곡에 따라 휘어지는 유연한 재질일 수도 있고, 일반적 경성의 PCB(Printed Circuit Board)일 수도 있다. 물론, 회로 기판로 유연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)를 이용하는 것도 가능하다.
콘트롤러(2200)는 수신한 전기 신호를 처리하는데 필요한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 콘트롤러(2200)는 수신한 전기적 신호에 대하여 노이즈 제거를 위한 처리를 수행할 수 있고, 이를 위한 노이즈 제거 회로를 포함할 수 있다.
또는 콘트롤러(2200)은 센싱 모듈(1400)의 출력에 대한 임피던스 매칭을 수행할 수 있고, 이를 위한 FET 회로를 포함할 수 있다.
또는 콘트롤러(2200)는 전기 신호를 증폭하는 동작을 수행할 수 있다.
콘트롤러(2200)은 이후 가공된 전기 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에게 전송할 수 있다.
배터리(2100)는 콘트롤러(2200)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 이 경우, 배터리(2100)는 제1 전원 케이블(2120)을 통하여 센싱 모듈(1400)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 제1 전원 케이블(2120)은 일단은 배터리와 연결되고, 타단은 압전 필름(1460)과 연결될 수 있다. 제1 전원 케이블(2120)이 압전 필름(1460)가 연결되는 위치는 도 19 및 도 20 에서 보다 자세히 설명한다.
제1 전원 케이블(2120)과 제1 통신 케이블(2220)은 별도의 독립된 케이블로 제공될 수 있다. 또한, 제1 전원 케이블(2120)과 제2 전원 케이블(2220)은 케이블 어셈블리구조로 설계되어, 별도의 전선을 가지지만 하나의 선으로 제공될 수도 있다.
통신 모듈(2300)은 외부 기기로 호흡 신호를 전송할 수 있다. 이 경우에, 통신 모듈(2300)은 호흡 모니터링 디바이스(3000)로 호흡 신호를 전송할 수 있다. 통신 모듈(2300)은 케이블을 통해 유선 상으로 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 호흡 신호를 전송할 수 있다. 또한, 통신 모듈(2300)은 블루투스, 직비 및 와이파이 중 적어도 하나의 통신 수단을 이용하여 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 호흡 신호를 무선으로 전송할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 구조 및 각 구성에 관하여 도 4 내지 도 7 및 도 18 내지 도 21을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 측단면도이고, 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 분해 측단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 사시도이고, 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 분해 사시도이고, 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 측단면도이고, 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스의 다른 분해 측단면도이다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 그 외관을 바라볼 때, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 대체로 두께가 얇은 평판 형태일 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 위에서 내려다 보았을 때 사각형 형태로 제작될 수 있다. 구체적으로, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 부착 부위(2)를 감쌀 수 있도록 일단이 더 긴 직사각형 형태일 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000) 상부의 일 영역은 위쪽 방향으로 돌출된 형상일 수 있다. 상기 돌출된 형상은 호흡 센싱 디바이스(1000)에서 좌우 일 측으로 치우친 위치에 형성될 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)의 일 측에서는 케이블이 연결될 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000) 상부의 일 영역은 케이블 돌출로 인하여 위쪽 방향으로 돌출된 형상일 수 있다. 도 18 내지 도 20에서는, 제1 전원 케이블(2120) 및 제1 통신 케이블(2220)을 각각 나누어 표현하였지만, 제1 전원 케이블(2120) 및 제1 통신 케이블(2220)은 케이블 어셈블리 형태로 설계되어, 하나의 선으로 제공될 수도 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 커버(1600), 접착층(1420), 절연막(1440), 압전 필름(1460) 및 케이스(1200)가 최하층부터 최상층까지 순서대로 적층된 구조일 수 있다. 이 때 신호 처리 모듈(1800)은 압전 필름(1460)과 수평으로 위치하면서 절연막(1440)과 케이스(1200) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 최하층에 커버(1600)가 위치하고, 커버(1600) 위에 접착층(1420)이 위치하며, 접착층(1420) 위에 압전 필름(1460) 및 신호 처리 모듈(1800)이 위치하며, 최상층에 케이스(1200)가 위치하는 적층 구조일 수 있다.
이 경우, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 커버(1600), 절연막(1440), 압전 필름(1460) 및 케이스(1200)가 최하층부터 최상층까지 순서대로 적층된 구조일 수 있다.
즉, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 최하층에 커버(1600)가 위치하고, 커버(1600) 위에 압전 필름(1460) 이 위치하며, 최상층에 케이스(1200)가 위치하는 적층 구조일 수 있다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 접착층(1420)을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 접착층(1420)은 커버(1600)위에 위치하고, 접착층(1420)위에 압전 필름(1460)이 위치할 수 있다.
커버(1600)는 박막 형태로 제공될 수 있다. 커버(1600)는 위에서 보았을 때 접착층(1420)의 면적과 동일하거나 그보다 큰 면적을 가질 수 있다.
접착층(1420)은 박막 형태로 제공될 수 있다. 접착층(1420)은 접착성, 전도성 및 유연성을 모두 구비하는 겔 상의 물질로 제공될 수 있다. 여기서, 겔 상의 물질의 예로는, 하이드로 겔이 이용될 수 있다. 하이드로 겔의 예로는 아가로스 겔을 들 수 있다. 겔은 다공성 망상 구조를 갖는 물질로서, 외력에 의해 그 형태가 유연하게 변경될 수 있다. 또한, 그 중 하이드로 겔은 그 망상 구조 내부에 물을 포함하기 때문에 전기 전도성을 가질 수 있다. 또한, 겔은 망상 구조를 이루는 크로스링킹으로 인해 접착성을 가질 수도 있다.
접착층(1420)은 호흡 센싱 디바이스(1000)에 충분한 접착력을 제공할 수 있도록 충분한 길이로 제공될 수 있다. 특히, 접착층(1420)은 상층에 위치하며, 상대적으로 무거울 수 있는 케이블 및 신호 처리 모듈(1800)을 정확히 접착시킬 수 있도록 신호 처리 모듈(1800)이 수용되는 수납부(1202)의 양측으로 충분한 길이로 연장될 수 있다.
한편, 접착층(1420)을 구성하는 겔 상의 물질은 부착 부위(2)에 호흡 센싱 디바이스(1000)를 접착시키는 이외에도 하부 전극(1480b)의 접지를 위한 전기적 채널 기능과 호흡 진동에 대한 필터링 기능을 더 가질 수 있다.
절연막(1440)은 박막 형태로 제공될 수 있다. 절연막(1440)은 접착층(1420)과 압전 필름(1460) 사이에 개재될 수 있다. 위에서 보았을 때 절연막(1440)의 면적은 압전 필름(1460)의 면적 이상으로 제공될 수 있다.
절연막(1440)의 제조 원료 또는 두께 및 면적과 같은 제조상 스펙은 절연막(1440)의 절연성, 유연성 및 진동 전달률 등을 고려하여 결정될 수 있다.
한편, 절연막(1440)에는 관통공(1442)이 형성될 수 있다. 관통공(1442)은 압전 필름(1460)과 접착층(1420)을 전기적으로 연결함으로써, 압전 필름(1460)을 접착층(1420)을 통해 신체에 접지시키는 구성이다.
관통공(1442)은 절연막(1440)의 상면에서 하면까지 절연막(1440)을 관통하면서 연장되는 빈 공간일 수 있다.
관통공(1442)은 접착층(1420), 절연막(1440) 및 압전 필름(1460)이 포개지는 경우, 접착층(1420)과 압전 필름(1460)에 맞닿는 절연막(1440)의 일 영역에 형성될 수 있다. 이로써, 접착층(1420), 절연막(1440) 및 압전 필름(1460)이 밀착되어서 포개지는 경우, 관통공(1442)에 대응되는 접착층(1420)의 일부가 관통공(1442) 내부로 삽입되면서 압전 필름(1460)의 하부 전극(1480b)에 접촉될 수 있다(도 6 참조). 이로써 관통공(1442)에 대응되는 영역에서는 압전 필름(1460)과 접착층(1420)이 전기적으로 연결될 수 있다.
관통공(1442)은 대체로 원형의 단면을 갖는 실린더일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 단면이 다각형이거나, 슬릿 형태로 최소한의 단면을 갖는 형상일 수도 있다.
압전 필름(1460)은 압전 소재(1470), 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b)을 포함할 수 있다. 압전 소재(1470), 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b)은 박막 형태일 수 있다. 상부 전극(1480a)은 압전 소재(1470)의 상면에 형성되고, 하부 전극(1480b)은 압전 소재(1470)의 하면에 형성될 수 있다.
압전 필름(1460)의 구조 및 각 구성 요소의 형태 등에 대해서는 이후 더 자세히 설명하기로 한다.
신호 처리 모듈(1800)은 압전 필름(1460)과 근접한 곳에 위치할 수 있다. 임피던스 매칭을 위해서는 신호 처리 모듈(1800)이 출력단과 근접 위치하는 것이 유리하기 때문이다. 신호 처리 모듈(1800)과 압전 필름(1460)을 연결하기 위한 경로가 길어지면, 압전 필름(1460)에서 출력되는 전기 신호의 출력 및 감도가 떨어질 수 있다. 모든 물질은 자체적으로 내재된 임피던스를 가지고 있고, 연결 경로가 길어질수록 임피던스가 증가하여 압전 필름(1460)으로부터 출력되는 전기 신호가 노이즈에 보다 취약해질 수 있다.
신호 처리 모듈(1800)은 상부에서 볼 때 압전 필름(1460)과 나란한 위치에 배치될 수 있다. 다시 말해, 상부에서 볼 때 신호 처리 모듈(1800)은 압전 필름(1460)과 겹치는 영역이 발생하지 않도록 위치할 수 있다. 이는 상부 전극(1480a)와 하부 전극(1480b) 간의 간격 방향 상에 신호 처리 모듈(1800)을 배치하지 않음으로써 신호 처리 모듈(1800)에 의한 전기적 영향이 양 전극(1480a, 1480b) 간의 정전 용량을 교란시키지 않도록 하기 위함이다.
이 때 신호 처리 모듈(1800)과 압전 필름(1460)이 오버랩됨으로 인해 발생할 수 있는 노이즈가 제거될 수 있다. 예를 들면, 신호 처리 모듈(1800)과 압전 필름(1460)이 오버랩되는 경우, 신호 처리 모듈(1800)의 질량 및 부피로 인하여 압전 필름(1460)의 진동 센싱 감도에 영향을 미칠 수 있는 노이즈가 초래될 수 있다. 또는, 신호 처리 모듈(1800)은 회로기판의 일반적 특성 상 경성의 재질이 될 수 있는데, 이때 경성의 신호 처리 모듈(1800)과 연성의 압전 필름(1460)이 각각 진동에 따라 반응하는 정도가 다를 수 있고, 이로 인하여 진동 시 신호 처리 모듈(1800) 및 압전 필름(1460) 사이에 간극이 발생할 수 있다. 이는 노이즈의 원인이 될 수 있다. 따라서, 신호 처리 모듈(1800)과 압전 필름(1460)을 겹치는 영역 없이 수평 방향으로 나란히 위치함으로써 상술한 잠재적 노이즈 원인들을 감소 또는 제거될 수 있다.
신호 처리 모듈(1800)은 회로 기판, 접속 단자, 케이블 및 하우징을 포함할 수 있다.
회로 기판은 신호를 수신하고, 처리하는 구성이다. 회로 기판에는 신호 처리에 필요한 각종 전자 장치들이 배치될 수 있다. 회로 기판은 신체 굴곡에 따라 휘어지는 유연한 재질일 수도 있고, 일반적 경성의 PCB(Printed Circuit Board)일 수도 있다. 물론, 회로 기판로 유연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)를 이용하는 것도 가능하다.
접속 단자는 압전 필름(1460)과 연결되어 압전 필름(1460)으로부터 전기 신호를 수신할 수 있다. 이때 접속 단자는 압전 필름(1460)의 단자부(1484)와 리베팅(Riveting) 형태로 결합될 수 있다. 또는 접속 단자는 압전 필름(1460)의 단자부(1484)와 납땜(Soldering) 형태로 결합될 수 있다. 또는 접속 단자는 압전 필름(1460)의 단자부(1484)와 연결되는 도선이 연결될 수도 있다.
케이블은 회로 기판에서 처리된 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)로 송신하는 구성이다. 케이블은 하우징의 일 측면에서 수평으로 하우징 안으로 삽입되고, 회로 기판과 연결될 수 있다. 케이블은 압전 필름(1460)을 가로지르지 않도록 압전 필름(1460)과 먼 쪽으로부터 연장되면서 신호 처리 모듈(1800)에 접근할 수 있다.
하우징은 회로 기판, 접속 단자 및 케이블이 그 내부에 위치되는 공간을 제공하는 구성이다. 하우징은 회로 기판, 접속 단자 및 케이블을 보호하기 위한 외장재일 수 있다. 이로써, 하우징 내 회로 기판, 접속 단자 및 케이블을 외부 진동에 대해서도 연결이 단단하게 유지될 수 있다.
또한, 하우징은 회로 기판이 케이스(1200) 및 절연막(1440) 사이에 개재되는 것이 용이한 형상일 수 있다. 예를 들면, 하우징은 평판 형상으로 제공되어서, 고정이 용이할 수 있다.
또한, 하우징은 접속 단자 외의 영역에서는 외부 구성 요소와 전기적으로 연결되지 않도록 전기 신호를 차단할 수 있다. 따라서 하우징은 절연체로 구성될 수 있다.
하우징의 일 측면에서 회로 기판은 압전 필름(1460)의 단자부(1484)와 수평으로 나란하게 연결될 수 있다.
케이스(1200)는 호흡 센싱 디바이스(1000)의 최상면에 위치할 수 있다. 케이스(1200)는 대체로 박막 형태일 수 있다. 케이스(1200)는 위에서 보았을 때 절연막(1440)과 동일하거나 절연막(1440) 이상의 면적을 가질 수 있다. 케이스(1200)는 절연막(1440)을 위에서 덮으면서 포개질 수 있고, 그 사이에 압전 필름(1460) 및 신호 처리 모듈(1800)이 개재될 수 있다.
케이스(1200)는 신호 처리 모듈(1800)이 수용되는 수납부(1202)를 구비할 수 있다. 수납부(1202)는 케이스(1200)의 일 영역이 위로 볼록하게 돌출되고, 그 내부에는 빈 공간을 구비하는 형상일 수도 있다. 수납부(1202)는 케이스(1200)와 압전 필름(1460)이 포개졌을 때, 압전 필름(1460)과 겹치지 않도록 압전 필름(1460) 측면에 형성될 수 있다. 수납부(1202)를 고려하여, 접착층(1420)에서는 압전 필름(1460)과 멀어지는 방향으로 일정 길이만큼 수납부(1202)의 일측으로부터 접착층(1420)이 연장될 수 있다. 수납부(1202)에는 케이블이 관통되는 구멍이 형성될 수 있다. 도 19 내지 도 21에서는 케이블이 관통되는 구멍이 케이스(1200)의 상단에 형성되었으나, 케이블이 관통되는 구멍은 케이스(1200)의 측면에 형성될 수도 있다.
이하에서는 압전 필름(1460)에 대하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름(1460)의 상면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름(1460)의 배면도이고, 도 10는 본 발명의 실시예에 따른 압전 필름(1460)의 측면도이다.
압전 필름(1460)은 압전 소재(1470)와 압전 소재(1470) 상면에 적층되는 상부 전극(1480a) 및 압전 소재(1470) 하면에 형성되는 하부 전극(1480b)을 포함할 수 있다. 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b)은 각각 압전 소재(1470)의 상면 및 하면의 일부 또는 전체를 덮을 수 있다.
상부 전극(1480a)과 하부 전극(1480b)의 면적, 두께, 형태 및 재질 등은 각각 서로 동일할 수도 있으나 서로 상이할 수도 있다.
압전 소재(1470)는 사각형의 박막 형태일 수 있다.
양 전극(1480a, 1480b)은 위에서 내려다 보았을 때, 사각형 몸체와, 사각형의 일 측에서 외곽으로 연장되는 영역을 포함하는 형태일 수 있다.
양 전극(1480a, 1480b)은 대향부(1482), 접지부(1486) 및 단자부(1484)를 포함할 수 있다.
대향부(1482)는 각 전극(1480a, 1480b)이 압전 소재(1470)에 적층될 때 각 전극(1480a, 1480b)이 압전 소재(1470)를 사이에 두고 다른 전극을 마주보는 각 전극(1480a, 1480b)의 일 영역을 말한다. 각 전극(1480a, 1480b)의 대향부(1482)는 압전 소재(1470)와 직접적으로 접촉할 수 있다.
상부 전극(1480a)의 대향부(1482a), 압전 소재(1470) 및 하부 전극(1480b)의 대향부(1482b)가 서로 오버랩되면서 적층되는 구조는 압전 필름(1460)의 센싱 영역을 형성한다. 센싱 영역은 축전기(Capacitor)와 유사한 거동을 보이면서 실질적으로 압전 효과에 의해 진동을 감지하고 이에 따른 전압이 발생하는 영역이다. 센싱 영역은 압전 필름(1460)에 전달되는 진동에 대응하여 압전 효과가 가장 효과적으로 발생하는 영역에 위치할 수 있다.
센싱 영역은 압전 효과가 극대화될 수 있는 곳이라면, 압전 필름(1460)의 어느 곳에 위치해도 무방하다. 예를 들면, 센싱 영역은 압전 필름(1460)의 휘어짐을 잘 감지할 수 있도록 압전 필름(1460)의 중심부에 위치할 수 있다.
센싱 영역에는 압전 필름(1460)을 평평하게 유지하기 위한 일정 정도의 텐션이 제공될 수 있다. 상기 텐션은 압전 필름(1460)의 감도 향상에 영향을 줄 수 있다.
단자부(1484)는 신호 처리 모듈(1800)의 접속 단자와 전기적으로 연결되는 영역이다. 이로써 단자부(1484)는 센싱 영역과 신호 처리 모듈(1800)을 전기적으로 연결할 수 있고, 센싱 영역에서 발생된 전압 및 전기 신호를 신호 처리 모듈(1800)로 전송할 수 있다.
단자부(1484)는 인터페이스 디바이스(2000)의 제1 통신 케이블(2220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 단자부(1484)는 제1 통신 케이블(2220)을 통하여 인터페이스 디바이스(2000)의 콘트롤러(2200)과 연결될 수 있다. 이로써 단자부(1484)는 센싱 영역과 콘트롤러(2200)을 전기적으로 연결할 수 있고, 센싱 영역에서 발생된 전압 및 압전 신호를 콘트롤러(2200)로 전송할 수 있다.
압전 필름(1460)의 주면에 수직한 방향에서 바라볼 때, 상부 전극의 단자부(1484a), 압전 소재(1470) 및 하부 전극의 단자부(1484b)는 서로 중복되며 적층되는 형태가 아닐 수 있다. 예를 들면, 양 전극(1480a, 1480b)의 단자부(1484) 사이에는 상기 압전 소재(1470)이 개재되지 않거나, 상기 양 전극(1480a, 1480b)의 단자부(1484)는 각각 서로 다른 영역에 위치할 수 있다,
단자부(1484)는 대향부(1482)에서 외곽으로 연장되는 형태일 수 있다. 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)와 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 압전 필름(1460)의 동일한 일 측으로 연장되는 형태일 수 있다. 상기 단자부(1484)가 연장되는 방향은 신호 처리 모듈(1800)을 향하는 방향일 수 있다. 이 때 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)와 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 동일한 일 측면에서 연장되되, 상기 일 측면의 다른 부분에서 연장될 수 있다. 예를 들면 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)가 대향부(1482a) 일 측의 왼쪽 영역에서 연장된다면, 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 같은 대향부(1482b) 일 측에 오른쪽 영역에서 연장될 수 있다. 이로써, 각 전극(1480a, 1480b)의 단자부(1484)가 신호 처리 모듈(1800)과 접속하는 것이 용이해질 수 있다.
단자부(1484)는 대향부(1482)에서 외곽으로 연장되는 형태일 수 있다. 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)와 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 압전 필름(1460)의 동일한 일 측으로 연장되는 형태일 수 있다. 상기 단자부(1484)가 연장되는 방향은 제1 통신 케이블(2220)이 관통하는 방향일 수 있다. 이 때 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)와 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 동일한 일 측면에서 연장되되, 상기 일 측면의 다른 부분에서 연장될 수 있다. 예를 들면 상부 전극(1480a)의 단자부(1484a)가 대향부(1482a) 일 측의 왼쪽 영역에서 연장된다면, 하부 전극(1480b)의 단자부(1484b)는 같은 대향부(1482b) 일 측에 오른쪽 영역에서 연장될 수 있다. 이로써, 각 전극(1480a, 1480b)의 단자부(1484)가 제1 통신 케이블(2220)과 접속하는 것이 용이해질 수 있다. 또한, 각 전극(1480a, 1480b)의 단자부(1484)는 제1 전원 케이블(2120)과 접속하는 것이 용이해질 수 있다.
접지부(1486)는 압전 필름(1460)의 접지를 위한 영역이다. 압전 필름(1460)은 대부분의 영역에서 절연막(1440)에 의해 절연되나, 접지부(1486)에서는 절연되지 않을 수 있다. 접지부(1486)를 통하여 하부 전극(1480b)은 전기 용량이 큰 물체와 전기적으로 접속됨으로써 전기적 안정성을 획득할 수 있다.
접지부(1486)는 하부 전극(1480b)에의 일 영역에 형성될 수 있다. 접지부(1486)는 압전 필름(1460)과 절연막(1440)이 포개졌을 때, 절연막(1440)의 관통공(1442)과 위치적으로 대응되는 하부 전극(1480b)의 일 영역일 수 있다. 관통공(1442)은 절연막(1440)의 상면과 하면을 관통하면서 빈 공간을 형성하기 때문에, 관통공(1442)과 대응되는 접지부(1486)는 절연되지 않을 수 있다.
접지부(1486)가 전기적으로 연결되는 곳은 다양할 수 있다. 예를 들면 상기 접지부(1486)가 전기적으로 연결되는 곳은 환자(1)의 피부일 수 있다. 또는 상기 접지부(1486)가 전기적으로 연결되는 곳은 환자(1)의 피부와 연결된 접착층(1420)일 수 있다. 또는 상기 접지부(1486)가 전기적으로 연결되는 곳은 지면일 수 있다. 또는 상기 접지부(1486)가 전기적으로 연결되는 곳은 전기용량이 크고, 기준 전위가 설정된 외부 기기일 수 있다.
접지부(1486)는 단자부(1484)의 일 영역일 수도 있고, 또는 대향부(1482)의 일 영역일 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 호흡 센싱 동작에 관하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시에에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000)의 호흡 센싱 동작을 도시한 도면이고, 도 22는 본 발명의 실시에에 따른 호흡 센싱 디바이스의 호흡 센싱 동작을 도시한 다른 도면이다.
도 11을 참조하여, 실제 부착 부위(2)에 부착된 완전히 결합된 상태의 호흡 센싱 디바이스(1000)에서, 호흡으로 인해 발생된 진동이 각 층을 거쳐서 압전 필름(1460)으로 전달되는 경로 및 호흡 센싱 디바이스(1000)의 센싱 감도를 향상하기 위한 각 구성 요소의 역할을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 진동이 전달되어서 전기적 신호로 변환되는 과정을 살펴본다.
호흡 센싱 디바이스(1000)는 접착층(1420)을 통해 부착 부위(2)에 접착(밀착)될 수 있다. 호흡으로 인해 발생된 진동은, 접착층(1420)으로 전달될 수 있다. 이 때 접착층(1420)은 상술한 바 있듯이 겔의 형태일 수 있고, 예를 들면, 하이드로 겔의 일종인 아가로스 겔일 수 있다. 상술한 바 있듯이, 겔은 부착 부위(2)의 굴곡에 맞게 형태가 변형되면서 최대의 표면적으로 부착 부위(2)에 밀착될 수 있다. 더 자세히 후술하겠지만, 겔은 호흡으로 인해 발생된 진동만을 선택적으로 상층의 레이어로 투과시킬 수 있다. 기타의 진동은 일종의 노이즈로서 겔에 의해 그 전달이 차단될 수 있다.
겔을 투과한 호흡으로 인한 진동은 절연막(1440)을 역시 투과하여 압전 필름(1460)으로 전달될 수 있다. 이 때 절연막(1440) 또한 유연하게 휘어지면서 하면의 접착층(1420) 및 상면의 압전 필름(1460)과 간극 없이 밀착할 수 있다.
호흡으로 인해 발생한 진동은 절연막(1440)을 통해서 압전 필름(1460)으로 전달될 수 있다. 압전 필름(1460)은 진동에 따른 외력을 받고, 이에 따라 센싱 영역의 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b) 사이에 전압이 발생된다. 이 때 하부 전극(1480b) 내 접지부(1486)는 관통공(1442)을 통해 접착층(1420)에 전기적으로 연결된 상태일 수 있다. 발생된 전기적 신호는 단자부(1484)를 통해 신호 처리 모듈(1800)로 전송될 수 있다.
또한, 호흡으로 인해 발생한 진동은 절연막(1440)을 통해서 압전 필름(1460)으로 전달될 수 있다. 압전 필름(1460)은 진동에 따른 외력을 받고, 이에 따라 센싱 영역의 상부 전극(1480a) 및 하부 전극(1480b) 사이에 전압이 발생된다. 이 때 하부 전극(1480b) 내 접지부(1486)는 관통공(1442)을 통해 접착층(1420)에 전기적으로 연결된 상태일 수 있다. 발생된 전기적 신호인 압전 신호는 단자부(1484)를 통해 제1 통신 케이블(2220)로 전송될 수 있다. 즉, 발생된 압전 신호는 제1 통신 케이블(2220)을 통해 인터페이스 디바이스(2000)의 콘트롤러(2200)로 전송될 수 있다.
이 때 센싱 감도 향상에 기여하는 접착층(1420) 및 절연막(1440)의 역할을 살펴보면 다음과 같다.
절연막(1440)은 압전 필름(1460)의 표면적을 덮으면서 압전 필름(1460)을 절연할 수 있고, 이로써 신체로부터 발산되는 전자기파의 영향을 최소화 시킬 수 있다.
호흡으로 인한 진동은 미세하기 때문에 매우 정밀한 센싱 감도를 요구한다. 따라서 신체에서 발산되는 전자기파의 크기가 미약한 정도일지라도, 호흡 센싱 감도에 영향을 미칠 수 있고, 이러한 영향은 신체 표면과 압전 필름(1460)이 전기적으로 접속되는 면적이 넓어질수록 더욱 심화될 수 있다.
구체적으로, 상면 및 하면에 전극(1480a, 1480b)이 부착된 압전 소자(1470)은 일종의 캐패시터(capacitor)와 유사한 거동을 보일 수 있다. 즉, 압전 효과가 발생하면 상부 전극(1480a)에서 하부 전극(1480b)을 향하는 방향으로 혹은 그와 반대되는 방향으로 전자기장이 생성될 수 있다. 호흡 센싱 디바이스(1000)의 부착 형태를 고려할 때, 이러한 전자기장의 방향은 신체로부터 발산되는 전자기파의 방향과 일치할 수 있다. 이로써 신체로부터 발산되는 전자기파가 압전 효과에 미치는 악영향이 심화될 수 있다.
이에 대한 해결책으로, 절연막(1440)은 압전 필름(1460)이 신체 표면을 향해 노출되는 영역을 최소화함으로써(접지를 위한 관통공(1442)의 영역만을 노출시킴) 신체로부터 발산되는 전자기파를 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, 절연막(1440)에 구비된 관통공(1442)을 통해서 압전 필름(1460)이 접착층(1420) 내지는 신체에 접지됨으로써, 센싱 감도가 증가할 수 있다.
신체는 상대적으로 거대한 전기 용량을 가지므로, 호흡 센싱 디바이스(1000)에 전기적 안정성을 부여할 수 있다. 또한 접지를 통해서 압전 필름(1460)은 기준 전위를 설정할 수 있다.
접지를 위한 신체와의 접속은 전기적으로 연결되는 것으로 충분하기 때문에 접지 효과는 접지되는 영역의 면적과는 무관할 수 있다. 그런데 상술한 것처럼 접지를 위한 관통공이 커지면 신체로부터 발산되는 전자기파에 의한 영향이 커질 수 있기 때문에, 이를 고려하면 관통공의 면적을 최소화하는 것이 유리할 수 있다.
또한, 언급한 바 있듯이 접착층(1420)이 상층의 레이어로 전달하는 진동은 선택적일 수 있다. 접착층(1420)은 선택적으로 일정한 주파수의 진동을 투과 허용 및 전달하되, 일정한 주파수의 진동을 차단할 수 있다. 즉, 접착층(1420)은 밴드 패스 필터(Band pass filter)로서 활용될 수 있다. 다시 말하면, 접착층(1420)은 피부로부터 전달되는 진동의 반사 및 손실을 방지하기 위하여 피부와의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 특히, 겔은 연성이고 흐물흐물한 성질을 가지므로, 특정한 주파수의 진동은 투과시키되 다른 특정한 주파수의 진동에 대해서는 전달력을 약화시켜서 흡수하는 경향을 가질 수 있다.
접착층(1420)에 의해 전달되거나 또는 차단되는 진동의 주파수는, 접착층(1420)의 물질적 특성 또는 접착층(1420)의 두께 및 면적과 같은 제조상 특징에 의해 결정될 수 있다. 따라서 접착층(1420)의 원료 및 제조상 스펙 등은 감지하고자 하는 진동 주파수 및 노이즈의 진동 주파수를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들면 접착층(1420)의 두께는 호흡과 관련된 진동 주파수를 효과적으로 상층 레이어로 전달시키되, 호흡과 무관한 진동 주파수는 효과적으로 차단할 수 있도록 최적화된 두께로 설계될 수 있다. 다른 예로, 접착층(1420)의 성분은 호흡과 관련된 진동 주파수를 효과적으로 상층 레이어로 전달시키되, 호흡과 무관한 진동 주파수는 효과적으로 차단할 수 있도록 최적화된 성분 및 성분비를 고려하여 설계될 수 있다.
접착층(1420)이 투과 허용 및 전달하는 진동은 호흡 센싱 디바이스(1000)가 감지하고자 하는 진동일 수 있다. 예를 들면, 호흡 센싱 디바이스(1000)가 울대뼈에 부착되어 호흡 시 울대뼈의 진동을 감지하기 위한 것이라면, 접착층(1420)이 투과 및 전달시키는 진동은 호흡 시 발생하는 울대뼈의 진동일 수 있다.
접착층(1420)이 차단하는 진동은 호흡 센싱 디바이스(1000)가 감지하고자 하는 진동과 무관한 노이즈일 수 있다. 예를 들면, 호흡 센싱 디바이스(1000)가 울대뼈에 부착되어 호흡 시 울대뼈의 진동을 감지하기 위한 것일 때, 노이즈는 호흡과 무관한 진동일 수 있다. 구체적으로 노이즈는 기도를 지나면서 의도치 않게 기도를 터치하는 내시경 및 수술 기구에 의해 발생한 진동일 수 있다. 또는 노이즈는 환자(1)가 침을 삼킬 때 발생하는 진동일 수 있다. 또는 노이즈는 환자(1)의 갑작스런 움직임에 의해 발생하는 진동일 수 있다.
상술한 바 있듯이, 접착층(1420)은 호흡 센싱 디바이스(1000)에게 충분한 접착력을 제공하기 위해서 충분히 긴 길이로 형성되어 부착 부위(2)에 접착될 수 있다. 예를 들면, 접착층(1420)이 신체에 부착되었을 때, 접착층(1420)은, 실제로 센싱하려는 호흡 관련 진동이 발생되는 타겟 영역뿐만 아니라 그 주변부에도 부착될 수 있다. 여기서 접착층(1420)이 주변부에 부착되는 것은 호흡 센싱 디바이스(1000)에게 더 강한 접착력을 제공하기 위함이다. 그러나 때때로, 이러한 주변부는 센싱하려는 진동 신호에게 노이즈를 제공하기도 한다. 주변부에서도 호흡과 무관하거나 또는 호흡과 관련되지만 그 신뢰성이 떨어지는 움직임이 발생할 수가 있기 때문이다. 주변부에서 발생한 이러한 움직임은 접착층(1420)을 통해 압전 필름(1460)로 전달되어 노이즈로서 작용할 수 있다.
이를 해결하기 위해서, 접착층(1420)은 접착성 물질이 도포된 영역과 접착성 물질이 도포되지 않은 영역을 구비할 수도 있다. 접착성 물질의 미도포 영역은 주변부에서 발생되어 전달되는 진동을 차단하는 역할을 할 수 있다. 접착성 물질 미도포 영역은 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 과정을 통해 호흡 센싱 디바이스(1000)는 노이즈를 최소화하면서 호흡으로 인한 진동을 센싱할 수 있다.
도 12는 도 11에서 호흡 센싱 디바이스(1000)를 통해 감지된 호흡 신호를 도시한 것이고, 도 13은 절연막(1440)이 제외된 호흡 센싱 디바이스(1000)에 의해 감지된 호흡 신호를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 호흡에 따라 진동이 발생하는 것이 전기 신호의 파형으로 나타남을 알 수 있다.
전기 신호의 진폭이 크게 나타나는 것은 호흡에 따른 움직임이 발생함을 의미한다. 전기 신호가 일정한 주파수로 발생하고, 진폭 역시 일정하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는, 호흡이 일정 시간 간격으로 이루어지고 있으며, 갑작스런 움직임의 변화 없이 호흡이 정상 상태로 유지되고 있음을 나타낸다.
전기 신호의 파형을 보면, 움직임이 있는 경우의 진폭과 움직임이 없는 경우의 진폭의 크기 차가 매우 뚜렷하게 나타남을 알 수 있다. 이러한 양질의 신호는 압전 필름(1460)이 절연막(1440)에 의해 신체 및 외부 구성에 대해서 절연이 잘 되고 있고, 압전 필름(1460)이 신체 일부에 접지됨으로써 노이즈가 감소한 결과로 볼 수 있다.
도 13을 참조하면, 전기 신호의 진폭이 매우 크고, 호흡과 관련 없이 수많은 주파수 영역 대에서 전기 신호가 감지되는 등 호흡에 따른 진동을 확인할 수 없을 정도로 전기 신호에 노이즈가 많음을 확인할 수 있다.
이는 압전 필름(1460)의 하부 전극(1480b)이 절연막(1440)에 의해 전기적으로 단절됨이 없이 모든 영역에서 신체와 접촉하기 때문이다. 이 경우 그 크기가 작은 ECG 및 EMG와 같은 신체 표면 전류라도, 압전 효과를 통해 발생된 전기적 신호에 대해서 노이즈로서 작용할 수 있다.
도 14는 하부 전극(1480b)이 접지되지 않은 호흡 센싱 디바이스(1000)에 의해 감지된 호흡 신호를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 접지가 되지 않은 경우, 호기와 흡기에 따른 진동을 구별할 수는 있으나, 신호의 진폭 차이가 뚜렷하게 구별되지 않아 신호의 질이 매우 떨어질 수 있다.
일반적으로,　전자 제품의 접지는 그 성능에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 접지를 통해 전자 제품은 노이즈 필터링을 할 수 있고, 이로써 기대 수명도 향상될 수 있다.
신체는 호흡 센싱 디바이스(1000)에 비해 상대적으로 거대한 전기 용량을 가지므로, 호흡 센싱 디바이스(1000)에 전기적 안정성을 부여할 수 있다. 특히, 호흡 센싱 디바이스(1000)가 생성하는 전기적 신호는 그 크기가 작고, 노이즈에 민감하기 때문에, 기준 전위를 설정함으로써 전기적 안정성을 부여할 수 있는 접지의 역할이 더욱 크다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 맥박 산소 측정기의 사용 상태를 도시한 도면이고, 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 상완용 혈압계의 사용 상태를 도시한 도면이고, 도 25는 본 발명의 실시예에 따른 손목용 혈압계의 사용 상태를 도시한 도면이고, 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 또 다른 개략도이다.
도 23 내지 도 25를 참조하면, 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 센싱 디바이스(1000)뿐만 아니라 다른 종류의 장치와도 연결될 수 있다.
도 23을 참조하면, 인터페이스 디바이스(2000)는 혈액의 산소포화도를 측정하는 맥박 산소 측정기(1700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 맥박 산소 측정기(1700)는 반도체 소자에서 두개의 다른 파장의 빛을 손가락의 일 지점에 발사하여 혈액의 산소포화도를 비혈관적으로 측정하는 장치이다.
이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)는 제2 통신 케이블(2240)을 통하여 맥박 산소 측정기로부터 발생된 산소포화도에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
맥박 산소 측정기(1700)는 별도의 배터리를 포함할 수 있다. 또한, 맥박 산소 측정기(1700)에는 별도의 배터리가 포함되지 않을 수 있다. 이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)는 제2 전원 케이블(2140)을 통하여 맥박 산소 측정기(1700)로 전원을 공급할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 맥박 산소 측정기(1700)를 통하여 측정된 산소포화도에 관한 정보를 더 고려하여 호흡 신호를 생성할 수 있다. 이 경우에, 호흡 센싱 디바이스(1000)는 호흡으로 즉시 발생하는 신호를 측정하나, 맥박 산소 측정기(1700)는 혈액의 산소포화도를 측정하므로 인해 발생하는 시간적 차이를 이용하여 호흡 신호를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 혈액의 산소포화도의 변화는 호흡 이상이 발생한 이후에야 발생하게 되므로, 호흡 센싱 디바이스(1000)에서 측정되는 호흡 신호 보다는 반응이 느릴 수 있다. 따라서, 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 센싱 디바이스(1000)에서 발생된 압전 신호를 처리하되, 맥박 산소 측정기(1700)에 의하여 혈액의 산소포화도의 변화가 발견되면 이를 압전 신호보다 우선하여 호흡 신호에 반영할 수 있다.
상완용 혈압계(1950)는 환자(1)의 상완에 부착되어 혈압을 측정하는 장치이다. 인터페이스 디바이스(2000)는 상완용 혈압계(1950)와 전기적으로 연결되어 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)는 상완용 혈압계(1950)와 케이블을 통해 유선으로 연결될 수 있다.
또한, 상완용 혈압계(1950)는 외부로부터 별도의 전원을 공급받을 수도 있고, 인터페이스 디바이스(2000)의 배터리(2100)로부터 전원을 공급받을 수도 있다. 물론, 상완용 혈압계(1950)에 별도의 배터리가 설치되어 전원을 공급할 수도 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 상완용 혈압계에 설치될 수 있다. 이 경우, 인터페이스 디바이스(2000)의 콘트롤러(2200)가 상완용 혈압계(1950)의 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
손목용 혈압계(1900)는 환자(1)의 손목에서 코로트코프음을 감지하여, 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 측정하는 장치이다. 이 경우에, 손목용 혈압계(1900)는 어레이 센서 형태의 피에조 센서를 이용함으로써 코로트코프음을 감지하는 센서를 요골동맥에 정확하게 위치시킬 수 있다. 즉, 피에조 센서는 어레이 센서로 구현되어 손목형 혈압계의 착용감을 향상시킬 수 있고, 혈압계가 일정 부분 이탈되거나 어긋나더라도 정확한 혈압 측정을 할 수 있다.
손목용 혈압계(1900)는 손목의 요골동맥에서 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 상완 혈압값을 반영하는 신호로 보정할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 손목용 혈압계(1900)와 전기적으로 연결되어 상완 혈압값을 반영하는 신호를 수신할 수 있다. 이 경우에, 인터페이스 디바이스(2000)와 손목용 혈압계(1900)는 케이블을 통해 유선으로 연결될 수 있다. 또한, 손목용 혈압계(1900)는 별도의 전원을 공급받을 수도 있고, 인터페이스 디바이스(2000)의 배터리(2100)로부터 전원을 공급받을 수도 있다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템의 다른 개략도이다.
도 26를 참조하면, 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 센싱 디바이스(1000), 맥박 산소 측정기(1700), 상완용 혈압계(1950) 및 손목용 혈압계(1900) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 인터페이스 디바이스(2000)는 호흡 센싱 디바이스(1000)로부터 압전 신호를 수신할 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 맥박 산소 측정기(1700)로부터 혈액의 산소포화도에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 인터페이스 디바이스(2000)는 상완용 혈압계(1950)로부터 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 또한, 인터페이스 디바이스(2000)는 손목용 혈압계(1900)로부터 상완 혈압값을 반영하는 신호를 수신할 수 있다.
인터페이스 디바이스(2000)는 상기 압전 신호 및 산소포화도에 관한 정보를 포함하는 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)를 반영하는 호흡 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 또한, 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호 및 상완 혈압값을 반영하는 신호를 반영하는 혈압 신호를 호흡 모니터링 디바이스(3000)에 전송할 수 있다. 이 경우, 호흡 모니터링 디바이스(3000)는 호흡 신호 외에도 혈압 신호를 디스플레이 할 수 있다.
상술한 기재에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 센싱 디바이스(1000) 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 디바이스(3000)는, 압전 효과를 이용해 환자(1)의 호흡에 따른 진동을 측정함으로써 노이즈가 최소화된 전기적 신호를 획득하고, 이를 바탕으로 환자(1)의 호흡 상태를 획득하여 사용자에게 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
전술한 바와 같이, 상기 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 관련된 사항을 기술하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 호흡 센싱 디바이스 및 이를 포함하는 호흡 모니터링 시스템에 전체적으로 또는 부분적으로 적용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서,
    박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름;
    상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층; 및
    상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막;을 포함하되,
    상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는
    호흡 센싱 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 절연막의 상면부터 하면까지 관통하면서 연장되는 빈 공간인,
    호흡 센싱 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 접착층은 하이드로 겔로 이루어지는
    호흡 센싱 디바이스.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 하이드로 겔의 일부가 상기 관통공 내부로 삽입되면서 상기 하부 전극의 하면과 접촉함으로써 상기 하부 전극이 상기 신체에 접지되는
    호흡 센싱 디바이스.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 압전 필름은, 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하고,
    상기 상부 전극 및 하부 전극은,
    상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함하고,
    상기 관통공은, 상기 하부 전극의 대향부에 대응되는 상기 절연막의 위치에 형성되는
    호흡 센싱 디바이스.
  6. 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서,
    박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 서로 대향하는 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층 및 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하되, 상기 절연막에는, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 호흡 센싱 디바이스; 및
    상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  7. 환자의 신체에 부착되고, 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해
    발생하는 진동을 감지함으로써 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 획득하는 호흡 센싱 디바이스(Respiratory sensing device)로서,
    박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상
    부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름; -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함-
    상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물
    질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층;
    상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막;
    상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전
    기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접 위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때 상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는
    신호 처리 모듈;
    상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스; 및
    상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버;를 포함
    하는
    호흡 센싱 디바이스.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 케이스는, 내부에 상기 신호 처리 모듈을 수용하는 공간이 있는 수용부
    를 더 포함하고,
    상기 접착층은, 충분한 접착력을 제공할 수 있도록, 상기 수용부에 대응되는 영역에서부터 상기 압전 필름과 먼 쪽으로 미리 설정된 길이만큼 더 연장되는
    호흡 센싱 디바이스.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 신호 처리 모듈은,
    상기 회로 기판에서 처리한 전기적 신호를 외부로 송신할 수 있도록 상기 회로 기판과 연결되는 케이블을 더 구비할 수 있고,
    상기 접속 단자는 상기 신호 처리 모듈의 일 측면에서 상기 단자부와 연결되며,
    상기 케이블은, 상기 신호 처리 모듈의 타 측면에서 수평으로 상기 회로 기판과 연결되며,
    상기 케이블이 압전 필름에 미치는 영향을 줄일 수 있도록, 상기 일 측면은
    상기 압전 필름을 향하고, 상기 타 측면은 상기 압전 필름과 먼 쪽을 향하는
    호흡 센싱 디바이스.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 절연막, 상기 접착층 및 상기 케이스는, 서로 포개졌을 때 어느 하나의 레이어가 외곽으로 돌출되지 않도록 정렬하여 적층되는
    호흡 센싱 디바이스.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 압전 필름은
    PVDF필름, PZT 또는 석영 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는
    호흡 센싱 디바이스.
  12. 압전 효과를 이용하여 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서,
    박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 박막에 수직한 방향에서 볼 때 상기 상부 전극, 상기 압전 소재 및 상기 하부 전극이 동일한 일 영역에서 중복되면서 적층됨으로써, 호흡으로 인한 진동에 따라 전기적 신호를 생성하는 센싱 영역을 포함하는 압전 필름, -상기 상부 전극 및 하부 전극은, 상기 센싱 영역 내 위치하는 대향부 및 상기 전기적 신호를 외부로 전송하기 위하여 상기 대향부로부터 외곽으로 돌출되어 연장되는 단자부를 포함함- 상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층, 상기 압전 필름과 상기 접착층의 사이에 개재되고, 상기 압전 필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 일 영역에서 상기 하부 전극과 상기 접착층을 전기적으로 연결시키는 관통공을 구비하는 절연막, 상기 단자부과 연결되어서 상기 전기적 신호를 수신하는 접속 단자, 상기 전기적 신호를 처리하는 회로기판 및 상기 접속 단자 및 상기 회로 기판을 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 효과적인 임피던스 매칭을 위해서 상기 압전 필름에 근접위치하되, 노이즈를 감소시키기 위해서 상기 압전 필름에 수직한 방향에서 볼 때
    상기 압전 필름과 중복되지 않도록 상기 압전 필름과 수평으로 나란히 위치하는 신호 처리 모듈, 상기 신호 처리 모듈 및 상기 압전 필름을 사이에 두고 상기 절연막을 위에서 덮으면서 호흡 센싱 디바이스의 외관을 형성하고, 상기 상부 전극 및 상기 신호 처리 모듈을 절연시키는 케이스 및 상기 접착층의 하면에 부착되어 상기 접착성 물질을 보호하는 커버를 포함하는 호흡 센싱 디바이스; 및
    상기 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 기초하여 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 출력하는 호흡 모니터링 디바이스;를 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  13. 압전 효과를 이용하여 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 감지함으로써 획득한 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 디스플레이하는 호흡 모니터링 시스템(Respiratory monitoring system)으로서,
    박막 형태의 압전 소재, 상기 압전 소재를 사이에 두고 상기 압전 소재의 상부에 위치하는 상부 전극 및 상기 압전 소재의 하부에 위치하는 하부 전극을 구비하고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생한 진동에 따라 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 압전 신호를 발생시키는 압전 필름, 상기 하부 전극의 하부에 위치하고, 상기 압전 필름으로의 전기적 연결을 차단하는 절연막을 포함하는 처분형(disposable) 호흡 센싱 디바이스; 및
    배터리, 상기 배터리로부터 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로 전원을 공급하는 제1 전원 케이블, 상기 처분형 호흡 센싱 디바이스로부터 상기 압전 신호를 수신하는 제1 통신 케이블, 상기 제1 통신 케이블을 통해 수신되는 상기 압전 신호를 처리하여 호흡 신호를 생성하는 콘트롤러 및 외부 기기로 상기 호흡 신호를 전송하는 통신 모듈을 포함하는 인터페이스 디바이스;를 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스로부터 상기 호흡 신호를 수신하고, 상기 호흡 신호에 기초하여 상기 환자의 호흡 상태에 관한 정보를 디스플레이하는 호흡 모니터링 디바이스;를 더 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 환자의 손가락의 일 지점에 설치되어, 혈액의 산소포화도를 측정하는 맥박 산소 측정기(pulse oximeter);를 더 포함하고,
    상기 인터페이스 디바이스는,
    일단은 상기 콘트롤러와 전기적으로 연결되고 타단은 상기 맥박 상소 측정기와 전기적으로 연결되어 상기 맥박 산소 측정기로부터 상기 혈액의 산소포화도에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 제2 통신 케이블을 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스는 상기 배터리로부터 상기 맥박 산소 측정기로 전원을 공급하는 제2 전원 케이블을 포함하는
    호흡 모니터링 시스템.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스는 상기 산소포화도에 관한 정보를 더 고려하여 상기 호흡 신호를 생성하는
    호흡 모니터링 시스템.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 환자의 상완에 설치되어, 상기 상완의 혈압을 측정하는 상완용 혈압계;를 더 포함하고,
    상기 인터페이스 디바이스는 상기 상완용 혈압계와 전기적으로 연결되어, 상기 상완의 혈압에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신하는
    호흡 모니터링 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스는 상기 상완용 혈압계에 설치되는
    호흡 모니터링 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 환자의 손목에서 코로트코프음을 감지하여, 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 측정하고, 상기 손목 혈압값에 해당하는 혈압을 상완 혈압값을 반영하는 신호로 보정하는 손목용 혈압계;를 더 포함하고,
    상기 인터페이스 디바이스는 상기 손목용 혈압계와 전기적으로 연결되어, 상기 상완 혈압값을 반영하는 신호를 수신하는
    호흡 모니터링 시스템.
  21. 제13 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    블루투스, 직비 및 와이파이 중 적어도 하나를 이용하는 무선 통신 모듈인
    호흡 모니터링 시스템.
  22. 제13 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스는,
    상기 압전 신호가 제1 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자의 기도(trachea)가 확보되지 않은 상태로 처리하고, 상기 압전 신호가 제2 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자가 수면 무호흡 상태인 것으로 처리하여, 상기 호흡 신호를 전송하되,
    상기 제1 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 시간 간격이 제1 미리 정해진 시간 간격을 초과하거나 기준시간 당 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 횟수가 제1 미리 정해진 횟수 미만이고,
    상기 제2 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 시간 간격이 제2 미리 정해진 시간 간격을 초과하거나 기준시간 당 상기 압전 신호가 상기 인터페이스 디바이스에서 감지된 횟수가 제2 미리 정해진 횟수 미만이고,
    상기 제2 미리 정해진 시간 간격은 상기 제1 미리 정해진 시간 간격 보다 크고, 상기 제2 미리 정해진 횟수는 상기 제1 미리 정해진 횟수 보다 많은 것을 특징으로 하는
    호흡 모니터링 시스템.
  23. 제13 항에 있어서,
    상기 인터페이스 디바이스는,
    상기 압전 신호가 제3 미리 정해진 조건에 해당하는 경우 상기 환자가 코골이 상태인 것으로 처리하여, 상기 호흡 신호를 전송하되,
    상기 제3 미리 정해진 조건은 상기 압전 신호의 진폭의 크기가 미리 정해진 수치를 초과하는
    호흡 모니터링 시스템.
  24. 제13 항에 있어서,
    상기 호흡 센싱 디바이스는,
    상기 압전 필름의 하부에 상기 하부 전극과 마주보도록 위치하고, 접착성 물질로 제공되어 상기 환자의 신체에 접촉 부착되고, 상기 환자의 호흡으로 인해 발생하는 진동을 상기 압전 필름에 전달하며, 전도성을 띔으로써 그 상면과 하면을 전기적으로 연결할 수 있는 접착층을 포함하고,
    상기 절연막은 상기 압전필름과 상기 접착층 간의 전기적 연결을 차단하되, 상기 압전 현상에 따른 전기적 신호의 노이즈를 감소시키기 위하여 상기 하부 전극이 상기 접착층을 통해 상기 환자의 신체에 접지되도록 상기 하부 전극과 상기 접착층을 서로 전기적으로 연결시키는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는
    호흡 모니터링 시스템.
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