WO2022139256A1

WO2022139256A1 - 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법

Info

Publication number: WO2022139256A1
Application number: PCT/KR2021/018474
Authority: WO
Inventors: 장극영; 위헌
Original assignee: 주식회사 바이랩
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-06-30
Also published as: KR20220089167A; KR102471883B1

Abstract

본 발명은 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 피검자로부터 획득한 폐용적신호의 변화를 이용하여 비정상적인 멀티 호흡 이벤트, 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트 또는 이들의 조합을 검출하여, 상기 피검자에 대한 무호흡(Apnea), 저호흡(Hypopnea), 서호흡(Bradypnea) 및 흡기시 호흡 정지(Inspiratory Breath Hold)를 포함하는 복수의 비정상 호흡을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법

본 발명은 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검자로부터 획득한 폐용적신호의 변화를 이용하여 비정상적인 멀티 호흡 이벤트, 비정상적인 호흡 주기를 가지는 연속한 두개의 피크로 구성된 단일 호흡 이벤트 또는 이들의 조합을 검출하여 상기 피검자에 대한 무호흡(Apnea), 저호흡(Hypopnea), 서호흡(Bradypnea) 및 흡기시 호흡 정지(Inspiratory Breath Hold)를 포함하는 복수의 비정상 호흡을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

수술 후, 잔류 마취제로 인한 서호흡, 저호흡, 호흡 정지 등을 포함하는 환자의 비정상 호흡은, 혈중 산소 농도가 비정상적으로 저하되는 저산소혈증이나, 혈중 이산화탄소 농도가 비정상적으로 높아지는 고탄산혈증을 유발한다. 이는, 뇌 손상, 장기 장애, 혼수(coma) 및 사망과 같이 영구적인 장애나 생병을 위협하는 합병증으로 이어질 수 있다.

특히 마취 수술 후 회복실(PACU, Post Anaesthesia Care Unit)이나 일반 병실에서 마취제의 영향이 남아 있거나 통증 완화를 위한 진통제를 투여하는 경우와 프로포폴을 이용한 치료절차적 진정마취(procedural sedation)의 경우에서 상기 비정상 호흡에 의한 환자의 위험이 증가한다.

또한 상기 비정상 호흡은, 만성폐쇄성폐질환(COPD, Chronic Obstructive Pulmonary Disease), 수면 무호흡증(sleep apnea), 비만저호흡증후군(OHS, Obesity hypoventilation syndrome), 신경근 질환(neuromuscular diseases) 등과 같은 다양한 질환에서도 매우 자주 나타나는 증상이다.

일반적으로 비정상 호흡은, 수면 중 호흡이 일시적으로 멎는 무호흡, 정상적인 호흡보다 얕게 호흡하는 저호흡, 정상적인 호흡보다 느리게 호흡하는 서호흡 및 흡기시에 호흡이 정지되는 흡기시 호흡 정지와 같은 다양한 유형을 포함한다.

또한 상기 무호흡은, 수면 중 상기도(기도 상부) 폐쇄에 의한 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea)과 호흡을 관장하는 뇌중추가 차단되면서 발생하는 중추성 무호흡(Central Apnea)을 포함한다.

또한 상기 비정상 호흡의 유형에 따라 환자에 대한 치료나 대처가 달라지므로, 상기 각 비정상 호흡의 유형을 정확하게 검출하는 것이 중요하다.

한편, 종래의 호흡 모니터링 기술로써 대표적으로 환자의 혈중 산소포화도를 모니터링하는 기술, 호기말 이산화탄소 분압을 모니터링하는 기술, 폐활량계(spirometer)를 이용한 모니터링 기술 등이 있다.

상기 혈중 산소포화도를 모니터링하는 기술은, 환자의 저산소혈증을 감지하는데 널리 사용된다. 그러나 일반적으로 혈중 산소포화도는, 외부 환경이나 환자의 생리적 요인에 따라 달라지기 때문에 실제 정상적인 호흡 상태에서도 경보를 출력하는 문제점이 있다. 이는 환자를 관리하는 관리자(간호사 등)에 대한 경보 피로를 유발한다.

또한 상기 호기말 이산화탄소 분압을 모니터링하는 기술은, 환자의 고탄소혈증을 감지하는데 주로 사용된다. 그러나 호기말 이산화탄소 분압을 정확하게 측정을 위해서는 가스 샘플링 수단을 포함하는 튜브를 이용해야 하기 때문에 환자에 불편함을 야기 시킨다.

또한 폐활량계를 이용한 모니터링 기술은, 환자가 입에 마우스피스를 물거나 마스크를 사용해서 일정 시간 동안 환자의 호흡에 대한 공기의 양과 압력을 측정하는 기술이다. 그러나 상기 폐활량계를 이용한 모니터링 기술은, 짧은 시간 동안에 폐 기능을 검사할 뿐 지속적인 호흡 모니터링에는 사용하기 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는, 환자의 흉부에 부착되는 복수의 전극을 이용하여 폐의 공기량에 따른 임피던스를 측정하여, 이를 영상화하고, 환자의 일회 호흡량이나, 호흡률을 측정하는 전기 임피던스 단층촬영(EIT, Electrical Impedance Tomography) 기술이 개발되어 상용화되고 있다.

상기 전기 임피던스 단층촬영 기술은, 환자의 흉부에 부착되는 복수의 전극을 통해 폐 내부의 공기량에 따른 임피던스를 측정한 폐용적신호를 이용하여 환자의 일회 호흡량과, 분당 호흡량, 호흡률 등의 호흡파라미터를 산출하는 것으로, 비침습적이면서도 정확도 높은 호흡파라미터를 산출할 수 있는 장점이 있다.

따라서 상기 전기 임피던스 단층촬영 기술을 통해 환자로부터 측정한 폐용적신호를 이용하여, 환자의 비정상 호흡을 검출할 수 있다면, 환자에 대한 적절한 대응이나 치료를 수행할 수 있을 것이다.

이에 따라 본 발명에서는 환자로부터 획득한 폐용적신호의 변화를 통해 비정상적인 멀티 호흡 이벤트를 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출 과정, 상기 폐용적신호로부터 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출 과정 또는 이들의 조합을 수행하여, 상기 무호흡, 저호흡, 서호흡 및 흡기시 호흡 정지를 포함하는 비정상 호흡을 신속 정확하게 검출할 수 있도록 하는 방안을 제안하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

*먼저 미국등록특허 제8764667호(2014.07.01.)는, 수면 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 환자의 두개의 전극 중 하나의 전극에 고주파 신호를 주입하고, 또 다른 하나의 전극을 통해 상기 주입한 고주파 신호에 대응하는 입력 고주파 신호를 입력받아, 상기 입력 고주파 신호의 위성 편이(phase shift)를 결정하여 심박출량(CO, Cardiac Output)을 계산함으로써 환자의 수면 중 무호흡을 식별하는 수면 모니터링 방법 및 시스템에 과한 것이다.

즉, 상기 선행기술은 고주파 신호를 이용하여 심박출량을 계산하는 것을 통해 수면 중 무호흡을 식별하는 것으로, 비정상 호흡 중 다른 유형의 비정상 호흡을 검출하는 데에는 그 한계가 있다.

반면에 본 발명은, 피검자로부터 획득한 폐용적신호의 변화를 이용하는 것으로, 상기 폐용적신호로부터 소정의 시간 동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하여, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트에 대한 평균 호흡량을 산출하고, 상기 산출한 평균 호흡량을 이용하여 상기 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡을 검출하며, 또는 상기 폐용적신호로부터 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 상기 중추성 무호흡, 서호흡 또는 흡기시 호흡 정지를 검출하는 것으로, 상기 선행기술은 이러한 본 발명의 기술적 특징을 기재하거나 시사 혹은 아무런 암시도 없다.

또한 한국공개특허 제2018-0056197호(2018.05.28.)는 신생아 무호흡 측정 장치 및 그 동작 방법과, 신생아 무호흡 측정 시스템에 관한 것으로, 신생아의 흉부 표면에 부착된 전극들을 이용하여 측정된 임피던스 데이터를 통해 폐 내부의 공기분포 변화를 정량화하여 신생아의 무호흡 상태를 모니터링하는 신생아 무호흡 측정 장치 및 그 동작 방법과, 신생아 무호흡 측정 시스템에 관한 것이다.

즉, 상기 선행기술은 흉부에 부착되는 복수의 전극을 통해 흉부 내의 공기분포에 따른 임피던스 값을 측정하여, 흉부 내 공기분포를 정량화하는 일반적인 전기 임피던스 단층촬영 기술을 기재하고 있을 뿐이다.

반면에 본 발명은, 피검자로부터 측정된 폐용적신호의 변화를 이용하여, 비정상적인 멀티 호흡 이벤트와 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출함으로써 상기 복수의 비정상 호흡을 신속 정확하게 검출하는 것이다. 따라서 상기 선행기술과 본 발명은 현저한 차이점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 피검자로부터 획득한 폐용적신호의 변화를 이용하여, 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하거나, 또는 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여, 무호흡, 저호흡, 서호흡 및 흡기시 호흡 정지를 포함한 복수의 비정상 호흡을 신속하고 정확하게 검출하는 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 소정의 시간동안 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 사전에 설정한 임계값 이하인 경우, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 호흡량을 평균하여, 상기 평균한 결과 사전에 설정한 두개의 임계값을 각각 초과하는지에 따라 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡이 발생한 것을 판단함으로써 상기 비정상 호흡을 검출하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트 사이의 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하여, 사전에 설정한 임계값 이하의 미분값을 가지는 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간을 식별하여, 상기 식별한 서브 구간에서 상기 중추성 무호흡, 서호흡 또는 흡기시 호흡정지를 포함하는 비정상 호흡을 검출하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 식별한 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간의 폐용적신호에 대한 평균을 산출하고, 상기 산출한 평균과 사전에 설정한 두개의 임계값을 이용하여 상기 중추성 무호흡, 서호흡 또는 흡기시 호흡 정지를 최종적으로 검출하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 비정상 호흡을 검출한 결과를 제공함으로써 상기 검출한 비정상 호흡에 따라 상기 피검자에 대한 적절한 치료와 대처를 수행할 수 있도록 지원 하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치는, 피검자로부터 폐용적신호(RVS)를 획득하는 폐용적신호 획득부 및 상기 획득한 폐용적신호에서 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출부, 상기 획득한 폐용적신호에서 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출부, 또는 이들의 조합을 포함하는 호흡 이벤트 검출부를 포함하며, 상기 호흡 이벤트에 따른 폐용적신호의 변화를 통해 복수의 비정상 호흡을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티 호흡 이벤트 검출부는, 상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하고 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 사전에 설정한 제1 임계값 이하이면 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식부, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 상기 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출부 및 상기 산출한 평균 호흡량이 사전에 설정한 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea)이 발생한 것으로 판단하고, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 상기 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 임계값, 제2 임계값 및 제3 임계값은, 상기 피검자에 대해 예측한 정상적인 호흡량에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되며, 상기 정상적인 호흡량은, 상기 피검자의 나이, 성별, 체중, 키 또는 이들의 조합을 포함하는 생리학적 정보에 따라 예측되는 것으로, 또 다른 복수의 피검자에 대한 생리학적 정보와 정상적인 호흡량을 매핑한 매핑 테이블을 참조하거나, 상기 생리학적 정보에 따라 정상적인 호흡량을 예측하기 위한 사전에 설정한 관계식을 통해 예측되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하는 것은, 상기 폐용적신호의 증감에 따른 변곡점을 토대로 검출한 복수의 피크(Peak) 및 밸리(Valley) 중 피크-밸리-피크가 순차적으로 연속하여 형성되는 폐용적신호를 검출함으로써 수행되며, 상기 피크는 사전에 설정한 임계 피크값 이상이고, 상기 밸리는 사전에 설정한 임계 밸리값 이하인 경우 중에서 연속한 상기 피크와 밸리의 차이값이 사전에 설정한 임계값 이상인 경우에만 검출하며, 상기 호흡량을 산출하는 것은, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트의 피크값에 밸리값을 차감한 결과를 호흡량으로 환산함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 단일 호흡 이벤트 검출부는, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이에서 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하고, 상기 미분한 결과가, 사전에 설정한 제4 임계값 이하로 형성되는 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간(sub interval)을 식별하는 서브 구간 식별부, 상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에 해당하는 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균부 및 상기 폐용적신호를 평균한 결과, 사전에 설정한 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 중추성 무호흡(Central Apnea)이 발생한 것으로 판단하거나, 상기 제5 임계값을 초과하고 사전에 설정한 제6 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 서호흡이 발생한 것으로 판단하거나, 또는 상기 제6 임계값을 초과하면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출부를 더 포함하며, 상기 호흡 주기는, 단일 호흡 이벤트에 대한 피크 사이의 지속시간을 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제4 임계값은, 상기 미분한 결과 중 제일 큰 값에 대한 특정 백분율로 설정되며, 상기 제5 임계값 및 제6 임계값은, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 폐용적신호의 두개의 피크값의 평균값에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법은, 피검자로부터 폐용적신호(RVS)를 획득하는 폐용적신호 획득 단계 및 상기 획득한 폐용적신호에서 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출 단계, 상기 획득한 폐용적신호에서 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출 단계, 또는 이들의 조합을 포함하는 호흡 이벤트 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 단계는, 상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하고 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 사전에 설정한 제1 임계값 이하이면 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식 단계, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 상기 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출 단계 및 상기 산출한 평균 호흡량이 사전에 설정한 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea)이 발생한 것으로 판단하고, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 상기 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 단일 호흡 이벤트 검출 단계는, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이에서 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하고, 상기 미분한 결과가, 사전에 설정한 제4 임계값 이하로 형성되는 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간(sub interval)을 식별하는 서브 구간 식별 단계, 상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에 해당하는 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균 단계 및 상기 폐용적신호를 평균한 결과, 사전에 설정한 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 중추성 무호흡(Central Apnea)이 발생한 것으로 판단하거나, 상기 제5 임계값을 초과하고 사전에 설정한 제6 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 서호흡이 발생한 것으로 판단하거나, 또는 상기 제6 임계값을 초과하면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법은, 실시간으로 획득되는 피검자의 폐용적신호의 변화를 통해 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하거나, 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하거나 또는 이들의 조합을 수행하여, 무호흡, 저호흡, 서호흡, 흡기시 호흡 정지 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 비정상 호흡을 효과적으로 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 상기 검출한 결과를 상기 피검자를 관리하는 관리자에게 알림으로 제공하여, 상기 검출한 비정상 호흡에 따라 상기 환자에 대한 정확한 대처나 치료를 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흉부 영상을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호와 호흡량을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 이벤트 검출 통해 비정상 호흡을 검출하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 이벤트 검출부와 단일 호흡 이벤트 검출부의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정상 호흡을 검출한 결과를 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호의 변화를 통한 비정상 호흡 검출 장치(100)(이하, 비정상 호흡 검출 장치라 칭함)는, 피검자로부터 실시간으로 획득되는 폐용적신호를 이용하여 상기 피검자에 대한 비정상 호흡을 검출하고, 검출한 결과를 알림으로 제공하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 폐용적신호를 통해 상기 피검자에 대한 호흡 모니터링을 수행하여 상기 비정상 호흡을 검출하는 것이다.

상기 비정상 호흡은, 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea) 및 중추성 무호흡(Central Apnea)을 포함하는 무호흡, 저호흡(Hypopnea), 서호흡(Bradypnea) 및 흡기시 호흡 정지(Inspiratory Breath Hold)를 포함한다.

또한 상기 폐용적신호는, 상기 환자의 호흡에 따른 폐 내부의 공기량 분포를 나타내는 신호를 의미하는 것으로, 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)와 같이 상기 폐용적신호를 측정하여 제공하는 다양한 장치로부터 획득된다.

상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)는, 환자에 흉부에 부착되는 복수의 전극을 포함하여 구성되는 전극 패드를 이용하여 상기 폐용적신호를 측정한다.

상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)는, 복수의 전극 중 한 쌍의 전극을 선택하여 전류를 주입하고, 나머지 전극을 통해 상기 주입한 전류에 대응하는 전류 또는 전압을 측정하여, 흉부 내 공기량에 의한 임피던스를 측정한다.

또한 상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)는 상기 측정한 임피던스를 이용하여 흉부 내 공기량의 분포를 나타내는 흉부 영상을 생성한다.

또한 상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)는, 상기 흉부 영상을 생성하는 과정을 반복적으로 수행하고, 상기 생성한 각 흉부 영상에서 사전에 설정한 폐 영역의 픽셀값을 모두 합산함으로써 상기 환자의 호흡에 따른 상기 폐 영역의 공기량을 나타내는 RVS(Respiratory Volume Signal)를 획득하여 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)로 제공한다. 이때, 상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)는 상기 생성한 흉부 영상을 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)로 제공하여 디스플레이를 통해 실시간으로 출력할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

상기 폐 영역의 공기량은, 폐용적(Lung Volume)을 나타내는 것과 동일한 의미기 때문에 상기 RVS가 상기 폐용적신호가 된다.

한편 도 1에 나타낸 산소 공급 장치(300)는, 상기 환자에 대한 산소 치료를 수행하기 위해 산소를 공급하는 장치를 의미한다.

또한 도 1에 나타낸 카프노그래피(Capnography) 장치(400)는, 환자의 손가락에 장착되는 혈중 산소포화도 측정 센서(SpO₂ 센서)에서 측정한 혈중 산소포화도와, 산소 공급을 위해 환자의 비강에 삽입되는 캐뇰라(Cannula)에 구비되는 호기말 이산화탄소 분압(End Tidal Carbon Dioxide, EtCO₂) 측정 센서에서 측정한 호기말 이산화탄소 분압을 분석하는 기능을 수행한다.

또한 상기 카프노그래피 장치(400)는 상기 분석한 결과 혈중 산소포화도 및 상기 호기말 이상화탄소 분압이 사전에 설정한 임계값 이하인 경우에는 알람을 출력하는 기능을 수행한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 전기 임피던스 단층촬영 장치(200)와, 상기 카프노그래피 장치(400)의 기능을 통합하여 구현될 수 있다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 획득한 폐용적신호로부터 복수의 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하여, 소정의 시간동안 복수의 호흡 이벤트(즉, 멀티 호흡 이벤트)를 검출한다. 또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하고, 상기 산출한 호흡량을 토대로 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트가 비정상 멀티 호흡 이벤트인지를 인식하여 상기 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 검출 단계를 수행한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 검출한 복수의 피크와 밸리를 토대로 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출 과정을 수행한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 과정과 상기 단일 호흡 이벤트 검출 과정을 순차적으로 수행하거나, 또는 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 과정과 상기 단일 호흡 검출 과정을 병렬적으로 수행하여 상기 복수의 비정상 호흡을 검출한다.

즉, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 과정, 상기 단일 호흡 이벤트 검출 과정 또는 이들의 조합을 수행하여, 상기 복수의 비정상 호흡을 검출하는 것이다.

이때, 상기 각 호흡 이벤트는, 상기 검출한 복수의 피크 및 밸리 중 피크-밸리-피크가 연속적으로 나타나는 폐용적신호의 변화를 의미하며, 상기 피크-밸리-피크가 연속적으로 나타나는 폐용적신호의 부분이 하나의 호흡 이벤트로 각각 검출된다.

한편, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 과정은, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 상기 폐쇄성 무호흡을 검출하거나 또는 저호흡이 발생한 것을 검출하며, 상기 단일 호흡 이벤트 검출 과정은, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서, 상기 중추성 무호흡, 서호흡 또는 흡기시 호흡 정지가 발생한 것을 검출한다.

한편, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출 과정과 상기 단일 호흡 이벤트 검출 과정은 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 비정상 호흡을 검출한 결과를 디스플레이(미도시)에 시청각적으로 출력하거나, 관리자 단말(500)로 제공함으로써 상기 검출한 비정상 호흡에 따라 상기 환자에 대한 적합한 대처 및 치료를 수행할 수 있도록 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 흉부 영상은, 환자의 흉부에 부착된 복수의 전극을 통해 피검자의 호흡에 따른 흉부 내부의 공기량에 대한 임피던스를 연속적으로 측정하여, 상기 측정한 임피던스를 이용하여 흉부 영상을 각각 생성하게 된다.

이때, 상기 흉부 영상은, ROI 영역인 폐 영역이 설정되어 있으며, 상기 폐용적신호는 상기 각 흉부 영상별로 폐 영역의 해당하는 모든 픽셀의 값을 합산함으로써 획득된다.

상기 합산한 픽셀의 값이 상기 폐용적신호에서 피크값으로 나타내는 경우, 해당 흉부 영상은 상기 사용자의 호흡에서 흡기말(최대 흡기)의 상태를 나타낸다. 또한 상기 합산한 픽셀의 값이 상기 폐용적신호에서 밸리값으로 나타내는 경우, 해당 흉부 영상은 상기 사용자의 호흡에서 호기말의 상태를 나타내며, 상기 합산한 픽셀의 값이 상기 폐용적신호에서 피크와 밸리 사이의 중간으로 나타나는 경우에는, 해당 흉부 영상은 상기 사용자의 호흡에서 호기 중간의 상태를 나타낸다.

한편, 상기 도 2에 도시한 흡기말, 호기 중간, 호기말은, 도 3에 도시한 폐용적신호에 표시한 (A), (B) 및 (C)에 각각 해당한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐용적신호는, 복수의 전극을 통해 측정한 피검자의 호흡에 따른 임피던스를 이용하여 생성한 흉부 영상에서 폐 영역에 해당하는 픽셀값을 모두 합산함으로써 획득된다.

즉, 상기 폐용적신호는, 상기 피검자의 호흡에 따라 폐 영역의 공기량의 변화를 나타내는 것이다.

또한 호흡 이벤트는, 피크-밸리-피크가 연속적으로 나타나는 폐용적신호의 부분으로 각각 검출된다. 즉, 상기 호흡 이벤트는 흡기말-호기말-흡기말이 연속적으로 나타나는 폐용적 신호를 검출함으로써, 검출되는 것이다.

이때, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는 상기 획득한 폐용적신호의 변곡점에 따라 복수의 밸리와 피크를 검출한다. 다만, 단순히 상기 변곡점에 따라 상기 밸리와 피크를 검출하는 경우, 실질적인 호흡 이벤트가 아닌 노이즈로 인한 피크와 밸리가 검출될 수 있다.

따라서 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는 상기 밸리와 피크를 검출할 때, 상기 피크는 사전에 설정한 임계 피크값 이상이고, 상기 밸리는 사전에 설정한 임계 밸리값 이하인 경우 중에서 연속한 상기 피크와 밸리의 차이값이 사전에 설정한 임계값 이상인 경우에만 검출된다.

또한 상기 호흡량은, 호흡별(즉, 개별적인 호흡 이벤트)로 상기 피검자가 들이쉬거나 내쉬는 공기의 양을 의미하는 것으로, 상기 검출한 피크에서 밸리까지의 차이값 또는 상기 밸리에서 피크까지의 차이값으로 산출된다.

한편, 상기 폐용적신호는 픽셀의 값에 대한 임의의 단위(Arbitrary Unit)를 가지고 상기 호흡량은 부피 단위(ml)를 가지므로, 상기 산출한 차이값에 사전에 설정한 켈리브레이션 팩터를 적용하여 상기 호흡량으로 환산함으로써 상기 호흡량을 산출한다.

상기 켈리브레이션 팩터는, 상기 피검자에 대한 폐용적신호를 획득함과 동시에 폐활량계를 이용하여 측정한 호흡량을 이용하여 설정된다. 즉, 상기 켈리브레이션 팩터는, 특정 시점에서 계산한 피크와 밸리의 차이값을 상기 폐활량계를 이용하여 측정한 호흡량으로 변환(환산)하기 위한 파라미터인 것이다.

또한 상기 폐용적신호에서 검출한 두개의 피크 사이의 지속시간은 상기 호흡 이벤트의 호흡 주기를 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 과정은, 우선 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 피검자로부터 획득한 폐용적신호로부터 복수의 피크와 밸리를 검출한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 검출한 피크와 밸리를 이용하여 상기 사전에 설정한 소정의 시간동안 복수의 호흡 이벤트인 멀티 호흡 이벤트를 검출하고, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트가 비정상 멀티 호흡 이벤트인지 혹은 정상적인 멀티 호흡 이벤트인지를 판단함으로써 비정상 멀티 호흡 이벤트를 인식한다. 여기서 상기 사전에 설정한 소정의 시간은, 최소 10초 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.

또한 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트는, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 모든 호흡량이 사전에 설정한 제1 임계값 이하인 경우에 인식된다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트가 인식되면, 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 산출한 평균 호흡량과 상기 제1 임계값 및 사전에 설정한 제2 임계값과 제3 임계값을 이용하여 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡을 검출한다.

여기서 상기 제1, 제2 및 제3 임계값은, 상기 피검자에 대해 예측한 정상적인 호흡량에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정된다. 이때, 상기 제1 임계값은 상기 예측한 정상적인 호흡량의 70%로 상기 제2 임계값은 상기 예측한 정상적인 호흡량의 30%로 설정되는 것이 바람직하다. 또한 제3 임계값은 제2 임계값을 초과하고 제1 임계값과 동일하거나 그 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 정상적인 호흡량은, 상기 피검자의 나이, 성별, 체중, 키 또는 이들의 조합을 포함하는 생리학적 정보를 이용하여 예측되는 것으로, 복수의 또 다른 피검자의 생리학적 정보와 상기 생리학적 정보에 따른 정상적인 호흡량을 매핑한 매핑 테이블을 참조하여 상기 피검자의 생리학적 정보에 따른 정상적인 호흡량을 상기 매핑 테이블로부터 추출함으로써 예측된다.

이외에 상기 정상적인 호흡량은, 상기 생리학적 정보에 따라 정상적인 호흡량을 계산하기 위해 상기 생리학적 정보와 정상적인 호흡량에 대해 사전에 설정한 관계식을 이용하여, 상기 피검자에 대한 정상적인 호흡량을 예측할 수도 있다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 산출한 평균 호흡량이, 상기 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡이 발생한 것으로 판단하며, 상기 제2 임계값을 초과하고 상기 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단함으로써 상기 비정상 호흡을 검출하게 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 과정은, 우선 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출한다.

상기 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하기 위해, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 폐용적신호로부터 검출한 피크 및 밸리를 이용하여 개별적인 호흡 이벤트를 검출한다. 이후, 상기 검출한 호흡 이벤트 간의 호흡 주기(Respiratory Period)를 산출하여 비정상 호흡 주기를 가지는 호흡 이벤트를 단일 호흡 이벤트로 검출한다.

여기서 상기 호흡 주기는, 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이의 지속시간을 계산함으로써 산출된다. 이때, 상기 산출한 호흡 주기가 12초 이상이면 해당 호흡 주기가 비정상 호흡 주기로 간주된다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에 해당하는 상기 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하여, 상기 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간(sub interval)을 식별한다.

상기 서브 구간은, 상기 미분한 결과가 사전에 설정한 제4 임계값 이하로 형성되는 상기 폐용적신호의 구간을 의미한다. 상기 제4 임계값은 상기 미분한 결과중 최대값에 대한 특정 백분율로 설정된다. 이때, 상기 제4 임계값은 상기 미분한 결과 중 최대값에 대한 25%로 설정되는 것이 바람직하다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에서의 폐용적신호를 평균하고 상기 평균한 결과와 사전에 설정한 제5 및 제6 임계값을 이용하여 상기 검출한 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트에서 상기 비정상 호흡을 검출한다.

즉, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 폐용적신호를 평균한 결과, 상기 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 중추성 무호흡이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제5 임계값을 초과하고 상기 제6 임계값 이하이면 서호흡이 발생한 것으로 판단하며, 상기 제6 임계값을 초과하면 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단함으로써 상기 비정상 호흡을 검출한다.

여기서 상기 제5 및 제6 임계값은, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크값의 평균값에 대한 서로 다른 특정 백분율로 설정된다. 이때, 상기 제5 임계값은 상기 평균값의 20%로, 상기 제6 임계값은 상기 평균값의 70%로 설정되는 것이 바람직하다. 한편, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 제1 내지 제5 임계값은, 피검자의 상태나 상기 피검자에 대한 치료 과정에 따라 상이하게 설정될 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 피검자로부터 폐용적신호를 획득하는 폐용적신호 획득부(110), 상기 획득한 폐용적신호로부터 피크와 밸리를 검출하는 피크/밸리 검출부(120), 알림부(130), 상기 획득한 폐용적신호에서, 멀티 호흡 이벤트를 검출하여 복수의 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출부(140), 상기 획득한 폐용적신호에서, 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 복수의 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출부(150) 또는 이들의 조합을 포함하는 호흡 이벤트 검출부를 포함하여 구성된다.

상기 폐용적신호는, 피검자에 부착되는 복수의 전극을 통해 환자의 호흡에 따른 임피던스를 측정하고, 상기 측정한 임피던스를 이용하여 생성한 흉부 영상을 토대로 획득됨은 상술한 바와 같다.

또한 상기 폐용적신호는, 상기 폐용적신호를 측정하는 다양한 장치(예: 전기 임피던스 단층촬영 장치)로부터 획득하거나, 상기 복수의 전극과 연결한 상기 폐용적신호 획득부(110)를 통해 직접적으로 획득될 수 있다. 상기 폐용적신호를 획득하는 것은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하였으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

또한 상기 피크/밸리 검출부(120)는, 상기 획득한 폐용적신호로부터 호흡 이벤트를 검출할 수 있도록 복수의 피크와 밸리를 검출하는 기능을 수행한다. 상기 피크/밸리 검출부(120)는, 노이즈에 의한 피크 및 밸리는 무시하여, 호흡 이벤트에 대한 정확한 피크 및 밸리를 검출한다. 한편 상기 피크 및 밸리를 검출하는 것은, 도 3을 참조하여 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.

또한 상기 호흡 이벤트 검출부는, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출부(140), 상기 단일 호흡 이벤트 검출부(150) 또는 이들의 조합을 통해 상기 멀티 호흡 이벤트 검출, 상기 단일 호흡 이벤트 검출 또는 이들의 조합을 수행하여 복수의 비정상 호흡을 검출한다. 상기 멀티 호흡 이벤트 검출부(140) 및 단일 호흡 이벤트 검출부(150)의 구성은 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

또한 상기 알림부(130)는, 상기 검출한 결과에 대한 알림을 디스플레이에 시청각적으로 출력하거나, 상기 피검자를 관리하는 관리자가 구비한 관리자 단말(500)로 상기 알림을 제공하는 기능을 수행한다.

상기 알림부(130)는, 상기 검출한 결과에 따른 상기 비정상 호흡이 발생한 구간을 상기 획득한 폐용적신호에 표시하여 디스플레이하고, 상기 사전에 설정한 특정 경고음을 출력한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 이벤트 검출부(140)는, 소정의 시간동안 복수의 호흡 이벤트(즉, 멀티 호흡 이벤트)를 검출하여, 상기 호흡 이벤트에 따른 폐용적신호의 변화를 통해 복수의 비정상 호흡을 검출하기 위해 동작한다.

또한 상기 멀티 호흡 이벤트 검출부(140)는, 상기 획득한 폐용적신호로부터 멀티 호흡 이벤트를 검출하고, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트가 비정상 멀티 호흡 이벤트인지를 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 검출부(141), 상기 인식한 멀티 호흡 이벤트에 대한 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출부(142) 및 상기 산출한 평균 호흡량을 이용하여 복수의 비정상 호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출부(143)를 포함하여 구성된다.

상기 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식부(141)는, 상기 피크/밸리 검출부(120)를 통해 상기 폐용적신호에서 검출한 복수의 피크 및 밸리 중 피크-밸리-피크가 연속하여 형성되는 폐용적신호를 사전에 설정한 소정의 시간동안 검출함으로써 상기 폐용적신호에서 상기 멀티 호흡 이벤트를 검출한다.

또한 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식부(141)는, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 개별적인 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 상기 제1 임계값 이하이면, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식한다.

또한 상기 평균 호흡량 산출부(142)는, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 각각의 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출한다. 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 비정상 호흡을 검출하기 위해 이용된다.

또한 상기 제1 비정상 호흡 검출부(143)는, 상기 산출한 평균 호흡량과, 상기 제1 임계값, 제2 임계값 및 제3 임계값을 이용하여 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡을 검출한다.

상기 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡을 검출하는 것은, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 상기 폐쇄성 무호흡이 발생한 것으로 판단하고, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 상기 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단함으로써 수행된다.

또한 상기 단일 호흡 이벤트 검출부(150)는, 상기 획득한 폐용적신호에서, 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트(즉, 비정상 호흡 주기를 가지는 호흡 이벤트)를 검출하여, 상기 호흡 이벤트에 따른 폐용적신호의 변화를 통해 복수의 비정상 호흡을 검출하기 위한 것이다.

또한 상기 단일 호흡 이벤트 검출부(150)는, 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 비정상 호흡 주기를 인식하여, 상기 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하는 비정상 호흡 주기 인식부(151), 상기 검출한 단일 호흡 이벤트의 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간을 식별하는 서브 구간 식별부(152), 상기 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 특정 서브 구간에 대한 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균부(153) 및 상기 폐용적신호를 평균한 결과를 이용하여 중추성 무호흡, 서호흡 및 흡기시 호흡 정지를 포함하는 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출부(154)를 포함하여 구성된다.

상기 비정상 호흡 주기 인식부(151)는, 상기 폐용적신호로부터 검출한 피크 및 밸리를 이용하여 호흡 이벤트를 각각 검출한다.

즉, 상기 비정상 호흡 주기 인식부(151)는, 상기 검출한 복수의 피크 및 밸리 중 피크-밸리-피크가 연속하여 형성되는 폐용적신호의 부분을 각각 검출함으로써, 상기 호흡 이벤트를 각각 검출하는 것이다.

또한 상기 비정상 호흡 주기 인식부(151)는, 상기 검출한 호흡 이벤트의 피크와 피크사이의 지속시간을 계산하여 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 호흡 이벤트를 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트로 최종 검출한다.

또한 상기 서브 구간 식별부(152)는, 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이에 대한 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하여, 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간을 식별하는 기능을 수행한다. 상기 서브 구간은, 상기 미분한 결과, 상기 제4 임계값 이하로 형성되는 폐용적신호의 구간을 의미함은 상술한 바와 같다.

또한 상기 폐용적신호 평균부(153)는, 상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간을 선택하여, 상기 선택한 제일 긴 서브 구간에 해당하는 폐용적신호를 평균하는 기능을 수행한다.

또한 제2 비정상 호흡 검출부(154)는, 상기 폐용적신호를 평균한 결과를 이용하여 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 중추성 무호흡, 서호흡 및 흡기시 호흡 정지를 검출하는 기능을 수행한다.

상기 중추성 무호흡, 서호흡 및 흡기시 호흡 정지를 검출하는 것은, 상기 평균한 결과, 상기 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 중추성 무호흡이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제5 임계값을 초과하고 상기 제6 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 서호흡이 발생한 것으로 판단하며, 상기 제6 임계값을 초과하면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단함으로써 수행된다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 멀티 호흡 이벤트 검출, 단일 호흡 이벤트 검출 또는 이들의 조합을 수행하여 상기 피검자에 대한 복수의 비정상 호흡을 검출한다.

또한 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)의 알림부(130)는, 상기 검출한 결과를 상기 획득한 피검자의 폐용적신호에 특정 색깔(도 8에는 회색으로 표시함)로 표시하여 상기 관리자가 시각적으로 인식할 수 있도록 한다.

또한 상기 알림부(130)는, 상기 산출한 호흡량을 디스플레이하여, 상기 피검자의 호흡 이벤트에 따른 호흡량을 시각적으로 인식할 수 있도록 한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 호흡 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 절차는 우선, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 피검자로부터 폐용적신호 획득하는 폐용적신호 획득 단계를 수행한다(S110).

다음으로 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 획득한 폐용적신호로부터 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출(S120)하고, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트가 비정상 멀티 호흡 이벤트인지를 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식 단계를 수행한다(S130).

또한 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트는, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하고, 상기 산출한 모든 호흡량이 사전에 설정한 제1 임계값 이하인 경우에 인식된다.

다음으로 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대한 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출 단계를 수행한다(S140).

이후, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 산출한 평균 호흡량과 상기 제1 임계값에 제2 임계값 및 제3 임계값을 더 이용하여, 상기 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 무호흡(폐쇄성 무호흡) 또는 저호흡이 발생한 것을 판단함으로써 상기 폐쇄성 무호흡 또는 저호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출 단계를 수행한다.

상기 제1 비정상 호흡 검출 단계는, 우선 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값 이하(S150)이면, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡이 발생한 것으로 판단하여 상기 폐쇄성 무호흡을 검출한다(S160).

또한 상기 제1 비정상 호흡 단계는, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 상기 제3 임계값 이하(S151)이면, 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단하여 상기 저호흡을 검출한다(S161).

한편, 상기 제1 임계값, 제2 임계값 및 제3 임계값은, 상기 피검자에 대해 예측한 정상적인 호흡량을 기반으로 설정됨은 상술한 바와 같다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 호흡 이벤트 검출을 통해 비정상 호흡을 검출하는 절차는 우선, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 피검자로부터 폐용적신호를 획득하는 폐용적신호 획득 단계를 수행한다(S210).

다음으로 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 획득한 폐용적신호로부터 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기(비정상 호흡 주기)를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하는 비정상 호흡 주기 인식 단계를 수행한다(S220).

상기 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하는 것은, 개별 호흡 이벤트를 구성하는 피크 사이의 지속시간을 계산하여 상기 계산한 지속시간이 사전에 설정한 시간 이상이면 비정상 호흡 주기로 인식함으로써 수행됨은 상술한 바와 같다.

다음으로 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 비정상 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트가 검출되면(S230), 상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 피크사이의 폐용적신호를 단위 시간으로 미분하여, 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간을 식별하는 서브 구간 식별 단계를 수행한다(S240).

상기 서브 구간은, 상기 미분한 결과가 상기 제4 임계값 이하로 형성되는 상기 폐용적신호의 구간을 의미한다.

다음으로 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 식별한 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에 대한 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균 단계를 수행한다(S250).

이후, 상기 비정상 호흡 검출 장치(100)는, 상기 폐용적신호를 평균한 평균 결과와 제5 임계값 및 제6 임계값을 이용하여 상기 검출한 단일 호흡 이벤트 사이에서 무호흡(중추성 무호흡), 서호흡 또는 흡기시 호흡 정지가 발생한 것을 판단하여, 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출 단계를 수행한다.

상기 제2 비정상 호흡 검출 단계는, 상기 평균 결과가, 상기 제5 임계값 이하이면(S260) 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 중추성 무호흡을 검출(S261)하며, 상기 제5 임계값을 초과하고 상기 제6 임계값 이하이면(S270) 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 서호흡을 검출한다(S271).

또한 상기 제2 비정상 호흡 검출 단계는, 상기 평균 결과 상기 제6 임계값을 초과하면(S280), 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 상기 흡기시 호흡 정지를 검출한다(S281).

한편, 도 9 및 도 10에는 비정상 호흡을 검출하기 위한 각각의 단계를 순차적으로 도시하여 설명하고 있으나, 상기 피검자에 대한 호흡 모니터링을 수행하는 동안 상기 각 단계는 반복적으로 수행됨은 자명하다.

이상에서와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

본 발명은 피검자로부터 획득한 폐용적신호를 이용하여, 비정상 멀티 호흡 이벤트와, 비정상적인 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트 또는 이들의 조합을 비침습적으로 검출하여, 복수의 비정상 호흡을 효과적으로 검출할 수 있다.

Claims

피검자로부터 폐용적신호(RVS)를 획득하는 폐용적신호 획득부; 및

상기 획득한 폐용적신호에서 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출부, 상기 획득한 폐용적신호에서 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출부, 또는 이들의 조합을 포함하는 호흡 이벤트 검출부;를 포함하며,

상기 호흡 이벤트에 따른 폐용적신호의 변화를 통해 복수의 비정상 호흡을 검출하는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 멀티 호흡 이벤트 검출부는,

상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하고 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 사전에 설정한 제1 임계값 이하이면 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식부;

상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 상기 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출부; 및

상기 산출한 평균 호흡량이 사전에 설정한 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea)이 발생한 것으로 판단하고, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1 임계값, 제2 임계값 및 제3 임계값은,

상기 피검자에 대해 예측한 정상적인 호흡량에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되며,

상기 정상적인 호흡량은,

상기 피검자의 나이, 성별, 체중, 키 또는 이들의 조합을 포함하는 생리학적 정보에 따라 예측되는 것으로, 또 다른 복수의 피검자에 대한 생리학적 정보와 정상적인 호흡량을 매핑한 매핑 테이블을 참조하거나, 상기 생리학적 정보에 따라 정상적인 호흡량을 예측하기 위한 사전에 설정한 관계식을 통해 예측되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하는 것은, 상기 폐용적신호의 증감에 따른 변곡점을 토대로 검출한 복수의 피크(Peak) 및 밸리(Valley) 중 피크-밸리-피크가 순차적으로 연속하여 형성되는 폐용적신호를 검출함으로써 수행되며,

상기 피크는 사전에 설정한 임계 피크값 이상이고, 상기 밸리는 사전에 설정한 임계 밸리값 이하인 경우 중에서 연속한 상기 피크와 밸리의 차이값이 사전에 설정한 임계값 이상인 경우에만 검출하며,

상기 호흡량을 산출하는 것은, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트의 피크값에 밸리값을 차감한 결과를 호흡량으로 환산함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 단일 호흡 이벤트 검출부는,

상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이에서 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하고, 상기 미분한 결과가, 사전에 설정한 제4 임계값 이하로 형성되는 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간(sub interval)을 식별하는 서브 구간 식별부;

상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에 해당하는 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균부; 및

상기 폐용적신호를 평균한 결과, 사전에 설정한 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 중추성 무호흡(Central Apnea)이 발생한 것으로 판단하거나, 상기 제5 임계값을 초과하고 사전에 설정한 제6 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 서호흡이 발생한 것으로 판단하거나, 또는 상기 제6 임계값을 초과하면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출부;를 더 포함하며,

상기 호흡 주기는, 단일 호흡 이벤트에 대한 피크 사이의 지속시간을 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 제4 임계값은,

상기 미분한 결과 중 제일 큰 값에 대한 특정 백분율로 설정되며,

상기 제5 임계값 및 제6 임계값은,

상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 폐용적신호의 두개의 피크값의 평균값에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 장치.
피검자로부터 폐용적신호(RVS)를 획득하는 폐용적신호 획득 단계; 및

상기 획득한 폐용적신호에서 소정의 시간동안 멀티 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 멀티 호흡 이벤트 검출 단계, 상기 획득한 폐용적신호에서 사전에 설정한 시간 이상의 호흡 주기를 가지는 단일 호흡 이벤트를 검출하여 비정상 호흡을 검출하는 단일 호흡 이벤트 검출 단계, 또는 이들의 조합을 포함하는 호흡 이벤트 검출 단계;를 포함하며,

상기 호흡 이벤트에 따른 폐용적신호의 변화를 통해 복수의 비정상 호흡을 검출하는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 멀티 호흡 이벤트 검출 단계는,

상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하고 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트에 대한 호흡량을 각각 산출하여, 상기 산출한 호흡량 모두가 사전에 설정한 제1 임계값 이하이면 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 비정상 멀티 호흡 이벤트로 인식하는 비정상 멀티 호흡 이벤트 인식 단계;

상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에 대해 산출한 상기 호흡량을 평균하여 평균 호흡량을 산출하는 평균 호흡량 산출 단계; 및

상기 산출한 평균 호흡량이 사전에 설정한 제2 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea)이 발생한 것으로 판단하고, 상기 산출한 평균 호흡량이 상기 제2 임계값을 초과하고 제3 임계값 이하이면 상기 인식한 비정상 멀티 호흡 이벤트에서 저호흡이 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제1 비정상 호흡 검출 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 제1 임계값, 제2 임계값 및 제3 임계값은,

상기 피검자에 대해 예측한 정상적인 호흡량에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되며,

상기 정상적인 호흡량은,

상기 피검자의 나이, 성별, 체중, 키 또는 이들의 조합을 포함하는 생리학적 정보에 따라 예측되는 것으로, 또 다른 복수의 피검자에 대한 생리학적 정보와 정상적인 호흡량을 매핑한 매핑 테이블을 참조하거나, 상기 생리학적 정보에 따라 정상적인 호흡량을 예측하기 위한 사전에 설정한 관계식을 통해 예측되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 멀티 호흡 이벤트를 검출하는 것은, 상기 폐용적신호의 증감에 따른 변곡점을 토대로 검출한 복수의 피크(Peak) 및 밸리(Valley) 중 피크-밸리-피크가 순차적으로 연속하여 형성되는 폐용적신호를 검출함으로써 수행되며,

상기 피크는 사전에 설정한 임계 피크값 이상이고, 상기 밸리는 사전에 설정한 임계 밸리값 이하인 경우 중에서 연속한 상기 피크와 밸리의 차이값이 사전에 설정한 임계값 이상인 경우에만 검출하며,

상기 호흡량을 산출하는 것은, 상기 검출한 멀티 호흡 이벤트를 구성하는 각 호흡 이벤트의 피크값에 밸리값을 차감한 결과를 호흡량으로 환산함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 단일 호흡 이벤트 검출 단계는,

상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 두개의 피크 사이에서 폐용적신호를 사전에 설정한 단위 시간으로 미분하고, 상기 미분한 결과가, 사전에 설정한 제4 임계값 이하로 형성되는 해당 폐용적신호에 대한 적어도 하나 이상의 서브 구간(sub interval)을 식별하는 서브 구간 식별 단계;

상기 식별한 적어도 하나 이상의 서브 구간 중 제일 긴 서브 구간에 해당하는 폐용적신호를 평균하는 폐용적신호 평균 단계; 및

상기 폐용적신호를 평균한 결과, 사전에 설정한 제5 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 중추성 무호흡(Central Apnea)이 발생한 것으로 판단하거나, 상기 제5 임계값을 초과하고 사전에 설정한 제6 임계값 이하이면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 서호흡이 발생한 것으로 판단하거나, 또는 상기 제6 임계값을 초과하면 상기 검출한 단일 호흡 이벤트에서 흡기시 호흡 정지가 발생한 것으로 판단하여, 상기 비정상 호흡을 검출하는 제2 비정상 호흡 검출 단계;를 더 포함하며,

상기 호흡 주기는, 단일 호흡 이벤트에 대한 피크 사이의 지속시간을 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 제4 임계값은,

상기 미분한 결과 중 제일 큰 값에 대한 특정 백분율로 설정되며,

상기 제5 임계값 및 제6 임계값은,

상기 검출한 단일 호흡 이벤트를 구성하는 폐용적신호의 두개의 피크값의 평균값에 대한 서로 다른 특정 백분율로 각각 설정되는 것을 특징으로 하는 폐용적신호의 변화를 이용한 비정상 호흡 검출 방법.