UPDATED. 2020-06-07 16:20 (일)
[단독] "코로나19 확산, 이때 꼭 필요한 발명"…한국전자통신연구원, 다방면에 활용 가능한 '이상호흡 감지 장치 및 방법' 특허 취득
[단독] "코로나19 확산, 이때 꼭 필요한 발명"…한국전자통신연구원, 다방면에 활용 가능한 '이상호흡 감지 장치 및 방법' 특허 취득
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한국전자통신연구원(ETRI)이 2016년 10월 18일 출원(출원번호 제1020160135222호)해 3월 5일 등록(등록번호 제102087583호)을 받은 '이상호흡 감지 장치 및 방법' 특허의 대표도면. 그림=키프리스 캡처
한국전자통신연구원(ETRI)이 2016년 10월 18일 출원(출원번호 제1020160135222호)해 3월 5일 등록(등록번호 제102087583호)을 받은 '이상호흡 감지 장치 및 방법' 특허의 대표도면. 이상호흡 감지 장치의 블록 구성도. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] 사용자 신체로부터 반사되어 수신되는 광신호로부터 광용적맥파를 센싱하는 센서와 이 센서로부터 수신된 광용적맥파로부터 필요 대역의 신호를 추출하는 대역통과 필터, 상기 필터링된 신호에 대해 디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기 및 디지털 변환된 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하고, 추출된 호흡률 신호에 대해 시간 축 분석을 통해 복수의 호흡률 특징값을 도출하고, 도출된 복수의 호흡률 특징값을 이용해 이상 호흡을 감지하는 이상호흡 인지부를 포함하는 이상호흡 감지 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 이상호흡 감지 장치는 독거노인 및 군사 작전 때 고립된 병사들, 재난·사고 현장에 고립된 사람들의 생존 여부 모니터링, 수면 질 진단 및 모니터링 등에 활용될 수 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)이 2016년 10월 18일 출원(출원번호 제1020160135222호)해 3월 5일 등록(등록번호 제102087583호)을 받은 '이상호흡 감지 장치 및 방법' 특허의 요약문이다.

이 발명은 생체 신호를 이용한 무호흡 또는 이상호흡을 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

소득의 증대로 삶의 질이 높아짐에 따라 스마트밴드, 패드 등의 모바일 기기를 이용한 다양한 자가 건강 검사기술이 최근 들어 늘어나고 있으며, 이런 기술은 맥박 등의 다양한 생체신호를 측정하기 위한 웨어러블 장치의 형태로 발전하고 있다.

특히, 독거노인과 군사 작전 때 고립된 병사들, 재난·사고 현장에 고립된 사람들의 생존 여부를 모니터링할 수 있는 웨어러블 장치를 이용한 무호흡 상태 인지 기술에 대한 요구가 증대되고 있다.

무호흡은 중추성 무호흡(Central Apnea), 폐쇄성 무호흡(Obstructive Apnea) 및 혼합성 무호흡(Mixed Apnea)으로 구분될 수 있으며, 중추성 무호흡은 호흡중추 작용을 하는 두뇌의 모든 호흡 노력(Effort to Breathe)이 중단되는 신경학적 장애이다. 폐쇄성 무호흡은 상부 기도(Upper Airway)의 폐쇄에 의해 수면 중에 호흡이 반복적으로 정지되는 것으로 이로 인해 혈액 내 산소포화도의 감소가 발생된다.

혼합성 무호흡은 중추성 무호흡과 폐쇄성 무호흡이 동시에 발생되는 증상을 의미한다.

스마트 기기의 발달로 인하여 사용자의 맥박 등의 다양한 생체신호 측정 장치가 발달하고 있지만, 생체신호를 이용해 사용자의 익숙한 환경에서 자가진단 등의 응용 서비스에 활용할 수 있는 무호흡 인지 기술은 미흡한 실정이다.

독거노인 및 군사 작전 때 고립된 병사들, 재난·사고 현장에 고립된 사람들의 생존 여부를 효과적으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 장치를 이용한 이상호흡 또는 무호흡 상태 인지 기술이 필요하다.

또 일정소득 이상에서 수면의 질에 대한 관심이 매우 커지는 것이 사실이다. 수면의 질에 가장 큰 영향을 미치는 코골이 또는 수면 무호흡 증상은 부족한 체내 산소 공급으로 인해 주간 일상에서 피로현상을 초래해 학습과 일의 효율성을 저하시켜 산업재해와 교통사고 등의 안전사고의 원인이 될 수 있으며 심하면 체내 산소공급 부족으로 인한 심혈관 활동과 뇌 활동의 부전 원인이 될 수 있다.

이에 한국전자통신연구원은 측정된 생체신호를 이용해 사용자의 익숙한 환경에서 저렴한 수면의 질 자가진단 등의 응용 서비스를 제공할 수 있는 이상호흡 또는 무호흡 상태 인지 기술이 필요하다고 여기고 이 발명을 완성했다고 설명했다.

대상자의 이상호흡 감지 장치는 사용자 신체로부터 반사되어 수신되는 광신호로부터 광용적맥파를 센싱하는 센서와 센서로부터 수신된 광용적맥파로부터 필요 대역의 신호를 추출하는 대역통과 필터, 이를 디지털 변환을 수행하는 아날로그-디지털 변환기로 구성된다.

디지털 변환된 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하고 추출된 호흡률 신호에 대해 시간 축 분석을 통해 복수의 호흡률 특징값을 도출하고, 도출된 복수의 호흡률 특징값을 이용해 이상 호흡을 감지하는 이상호흡 인지부 통해 확인하게 된다.

복수의 호흡률 특징값은, 시간 축상으로 표현되는 호흡률 신호의 마루-골 차이와 단위시간 당 마루의 개수 등으로 확인하는 방식이다.

센싱된 광용적맥파는 0.2Hz~0.3Hz 대역인 호흡 주파수 대역의 대역 필터링을 수행함으로써 호흡률 신호를 획득한다.

이상호흡 감지 장치는 사용자의 신체에 착용 가능하며, 특히 사용자의 손목에 착용 가능한 형태의 기기에서 추출하게 된다.

수신된 호흡 정보는 디지털 변환된 광용적맥파 신호로부터 호흡률 신호를 추출하고 추출된 호흡률 신호에 대해 시간 축 분석을 통해 복수의 호흡률 특징값을 도출하고 도출된 복수의 호흡률 특징 값을 이용해 이상 호흡을 감지하는 단계를 포함하는 이상호흡 감지 방법을 수행할 수 있으며 이상 징후 발견 때 관계자에게 바로 통보되는 방식이다.

이 기술을 활용하면 광전소자가 구비된 웨어러블 디바이스에서 사용될 수 있는 이상호흡 감지 장치 및 방법을 제공함으로써 수면에 어려움을 격고 있는 사람들이 수면 무호흡 증상을 자가진단할 수 있어 사용자의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

특히 독거노인이나 최근 전 세계로 확산되고 있는 코로나19로 인해 자가격리된 의심자나 확진자 등의 관리에도 많은 도움을 줄 수 있다.

이와 함께 군사 작전 때 고립된 병사들, 재난·사고 현장에 고립된 사람들의 생존 여부를 모니터링하는 데 활용 가능해 공공 사회 안전과 복지 사회 국가 구축에 기여할 수 있는 효과가 있다고 한국전자통신연구원 측은 설명했다.


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