KR101786750B1 - 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치, 방지방법 및 이에 적용가능한 데이터 획득방법 - Google Patents

Abstract

선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치는, 침상 낙상 방지장치에 있어서, 침상에 장착되어 환자의 무게를 측정하는 센서부; 센서부에서 감지된 아날로그 신호를, 기설정된 신호 처리 범위 내에서, 디지털 신호로 전환하는 컨버터(converter)부; 컨버터부에서 디지털 신호를 입력받아 환자의 무게, 무게중심의 위치, 이동속도를 연산하고, 무게중심의 위치와 이동속도로부터 낙상 위험여부를 판단하는 제어부; 및 제어부에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 컨버터부의 신호 처리 범위를 보다 축소하여, 센서부의 정밀도(resolution)를 조정하는 해상도조정부;를 포함한다.

Description

선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치, 방지방법 및 이에 적용가능한 데이터 획득방법{felldown preventive apparatus, method capable of weight measurement of selective extent and data obtaining method applicable thereto}

본 발명은 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치와 침상 낙상 방지방법 및 이에 적용가능한 데이터 획득방법에 관한 것이다.

의료 기술의 발달과 함께, 노인 분들이나 거동이 불편한 보행자 등을 대상으로 안심하고 일상생활을 영위할 수 있도록 도와주는 건강관리(healthcare) 서비스들이 등장하고 있으나, 고령화 사회가 진행됨에 따라 나이가 많아 거동이 불편한 병노약자들의 비중이 증가하고 있어, 이들을 돌보고 관리할 수 있는 인력이나 시스템의 보완이 요구되고 있다.

부족한 인력으로, 점점 불어나는 병노약자들을 24시간 내내 지켜보며 보살피는 것은 사실상 불가능하여, 지능형 케어 시스템의 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히, 독거 노인들이나 혼자 생활하는 시간이 많은 노인들 등을 대상으로 하여, 낙상으로 인해 발생하는 불미스러운 사고를 대비하기 위한 낙상 구조 서비스가 각광을 받고 있다.

침상 낙상은 간병인이 없을 때 일어날 수 있는 가장 심각한 사고 중 하나로, 연약한 병노약자들은 낙상만으로도 심한 부상을 입을 수 있으므로 이에 대한 방지 혹은 사후 빠른 조치는 필수적이다.

일반적으로 침상 측면에 낙상 사고 방지 위한 안전바를 설치하고 있으나, 이러한 안전바는 침상에 누워있는 병노약자들에게 답답함과 구속감 등으로 심리적으로 불편함을 끼칠 수 있으며, 환자가 본인의 의지로 안전바를 내리고 침상에서 나가려다 낙상사고가 발생할 수 있다는 위험이 있다.

이러한 기존의 낙상 감지 방법에 대한 취약점을 보완하고 보다 능동적인 낙상 방지를 구현하기 위한 낙상 감지 방지안을 살펴보면, 크게 영상 기반의 낙상 감지 방법, 센서가 장착된 특수 의복을 이용한 낙상 감지 방법, 환자의 낙상이 발생하는 지점에 설치된 센서의 조합으로 낙상을 감지하는 방법에 해당되는 세 가지로 분류할 수 있다.

영상 기반의 낙상 감지 방법은, 영상 장치를 통한 이미지 데이터를 얻고 이를 신호 처리 기법으로 처리하여 환자의 낙상 여부를 알아내는 방법이나, 환자를 구속하는 장치가 없는 반면에 환자의 의복 색깔, 무늬 및 주변 조명에 민감하며, 이불 등의 외부 물질로 환자가 가려져 있을 때에는 환자의 정확한 위치를 파악하기 어려우며, 신호 처리를 통해 간접적인 방법으로 낙상 감지를 하기 때문에 정밀한 감지가 어렵다는 단점이 있다.

또한, 센서가 장착된 특수 의복을 이용한 낙상 감지의 경우, 가속도계 등이 환자에게 상시 부착되어 있어야 하므로, 센서가 장착된 특수 의복을 환자가 항상 착용하거나 환자의 특정 부위에 부착하여야 하므로, 이로 인해 이물감이나 불편함을 느낄 수 있다는 단점이 있다.

환자의 낙상이 발생하는 지점에 설치된 센서의 조합으로 환자의 낙상 여부를 감지하는 방법은, 침상 주변의 외부 물질로 인해 외란 요소에 취약하여 낙상 감지 여부의 정밀성을 구현하기 어렵다는 단점이 있다.

또한, 병원 내의 환자는 다양한 검사를 목적으로 무게를 측정하거나 무게의 변화를 주기적으로 관찰해야할 필요가 종종 있는데, 병실 내 침상에 누워있는 환자를 이동식 간이 침상에 옮겨 측정장치가 있는 장소로 이동하여야 하는 번거로움이 있으며, 특히, 거동이 불편한 환자의 침상 간 이동 시에는, 침상 표면과의 마찰, 돌출부와의 충돌 등의 위험이 따른다는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 침상에서의 환자의 위치 이동 속도를 정밀하게 감지하여 낙상 방지 장치의 역할을 도모할 뿐만 아니라, 환자의 식사 유무와 대소변 상태 확인 등, 필요 시, 별도의 무게 측정장치를 이용하지 않고도 환자의 미세한 무게변화를 측정할 수 있도록 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치, 방지방법 및 이에 적용가능한 데이터 획득방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 침상 낙상 방지장치에 있어서, 침상(10)에 장착되어 환자의 무게를 측정하는 센서부(110); 상기 센서부(110)에서 감지된 아날로그 신호를, 기설정된 신호 처리 범위 내에서, 디지털 신호로 전환하는 컨버터(converter)부(130); 상기 컨버터부(130)에서 디지털 신호를 입력받아 환자의 무게, 무게중심의 위치, 이동속도를 연산하고, 무게중심의 위치와 이동속도로부터 낙상 위험여부를 판단하는 제어부(140); 및 상기 제어부(140)에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 상기 컨버터부(130)의 신호 처리 범위를 보다 축소하여, 상기 센서부(110)의 정밀도(resolution)를 조정하는 해상도조정부(150);를 포함하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 센서부(110)는, 상기 침상(10)을 지지하는 다수의 다리부재(11)에 설치된 하중검출수단;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)는, 상기 센서부(110)의 설치간격과, 상기 센서부(110) 각각에서 측정된 하중으로부터 환자의 체중, 위치, 이동속도를 연산할 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)는, 환자의 무게중심이 상기 침상(10)내에 존재하는지, 무게중심의 이동속도가 기준치 이상인지 여부로 낙상 위험 상태인지를 판단하거나, 다수의 레벨로 구분하여 낙상의 위험 정도를 판단할 수 있다.

또한, 상기 해상도조정부(150)는, 상기 제어부(140)에서 출력되는 환자의 무게에 해당하는 전압을 기준 전압으로 하여, 상기 컨버터부(130)의 전압 작동 범위를 축소 조정할 수 있다.

또한, 상기 센서부(110)에서 출력되는 미세 신호를 증폭시키는 증폭기(120);를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면, 경보 신호를 발생시키는 경보부(160);를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면, 안전바와 같은 낙상 방지 수단을 구동시키는 구동부(170);를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부(140)에서 연산한 무게중심의 위치, 이동속도나, 낙상 위험여부에 관한 정보를 외부기기(20)로 전송하는 송신부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 송신부에서 입력된 신호에 따라 상기 외부기기(20)의 작동을 제어하는 원격수신부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은, 침상(10)에 누운 환자의 무게를 다수의 개소에서 분산하여 감지하는 하중센싱단계; 상기 하중센싱단계에서 감지된 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를, 기설정된 전압 작동 범위에서, 디지털 신호로 변환하는 컨버팅단계; 상기 컨버팅단계에서 변환된 디지털 데이터로 환자의 무게를 연산하는 무게연산단계; 상기 무게연산단계에서 연산된 환자의 무게를 기준으로, 전압 작동 범위를 축소조정하여, 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 입력받는 해상도조정단계; 상기 해상도조정단계를 거쳐 입력된 디지털 데이터로 환자의 무게 중심의 위치와 이동속도를 계산하되, 상기 침상(10)의 특정위치를 기준으로 하여, 무게 중심을 2차원 좌표로 연산하는 위치연산단계; 및 상기 위치연산단계에서 연산된 무게 중심이 상기 침상(10)의 가장자리 또는 기설정된 경계선으로부터 지정거리 이내에 근접하면 낙상의 위험이 있다고 판단하는 낙상판단단계;를 포함하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 감지방법을 다른 기술적 요지로 한다.

또한, 본 발명은, 기설정된 작동 범위를 기준으로 하여, 지정비율로 에러 범위를 설정하는 작동범위 기설정단계; 환자 무게 측정의 정밀도 조정을 위한 조작신호가 입력되면, 지정 시간간격을 두고 연속하여 환자 무게에 관한 데이터를 입력받는 기초데이터 획득단계; 최종적으로 입력된 환자의 무게와, 그 이전에 입력된 환자의 무게의 차이를 연산하는 것을 지정시간 동안 반복하는 무게확인단계; 상기 지정시간 동안, 무게 차이가 기설정된 에러 범위 이내를 유지하면, 입력된 환자의 무게를 기준으로 하여 상기 기설정된 에러 범위를 새로운 작동 범위로 설정하는 작동범위 변경단계; 및 기설정 작동 범위에 비해 보다 축소된 새로운 작동 범위에서 환자 무게에 관한 데이터를 보다 고정밀도로 입력받는 정밀데이터 획득단계;를 포함하는 데이터 획득방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 안전바, 착용 센서와 같이 환자를 심리적, 신체적으로 구속하지 않고 안전하게 적용할 수 있으며, 환자의 자세와 상관없이, 환자의 무게 중심의 위치와 이동 속도를 기반으로, 환자의 낙상 위험 여부를 신속하고 정확하게 판단하여 외부의 보호자에게 알릴 수 있도록 한다.

또한, 일정한 정밀도로 낙상 위험을 판단하는 것이 아니라, 환자의 대소변량의 변화나, 음식의 섭취량, 대사량의 변화 확인 등, 필요 시, 별도의 무게 측정장치를 이용하지 않고도, 컨버터부의 작동 범위를 환자 각자의 무게에 맞추어 가변시켜 하중 감지 센서의 정밀도를 보다 고해상도로 조정하면서, 환자의 미세한 무게변화를 측정할 수 있도록 한다.

이에 따라, 불필요한 환자의 이동을 감소시켜 시간적, 금전적 소모를 보다 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환자 이동 과정에서 발생될 수 있는 침상 표면과의 마찰, 자세 비틀림 등 환자의 상태에 치명적일 수 있는 위험요소를 근본적으로 방지하여 보다 안전한 치료를 보장할 수 있다.

환자의 특정한 움직임이나 이동 상태를, TV, 게임기 등 외부 기기의 조작, 제어 명령으로 적용할 수 있어, 무인환경에 대한 신뢰성을 주어 추가적인 인력 소모나 간병인에 대한 부담을 덜 수 있을 뿐 아니라, 무료한 병실 내에 엔터테인먼트 요소를 부여할 수 있으며, 환자에게 움직임에 대한 동기를 부여하여 움직임이 필요한 환자들의 재활에 도움이 될 수 있다.

도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치의 개념도
도 2 - 물체의 무게 중심의 위치에 따른 낙상 판단의 개념도
도 3 - 환자의 무게 중심의 위치에 따른 낙상 판단의 개념도
도 4 - 제어부에서 환자의 무게 중심의 위치를 연산하는 일례를 도시한 개념도
도 5 - 컨버터부의 작동 범위 및 사양에 따른 정밀도의 일례를 정리한 표
도 6 - 컨버터부의 신호 처리 범위를 환자의 무게를 기준으로 보다 축소하여 센서부의 정밀도를 높이는 일례를 도시한 개념도
도 7 - 컨버터부의 신호 처리 범위를 환자의 무게를 기준으로 보다 축소하여 센서부의 정밀도를 높이는 일례를 도시한 플로우차트
도 8 - 환자의 움직임에 관한 정보를 외부기기로 전송하는 일례를 도시한 개념도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치는, 침상 낙상 방지장치에 있어서, 센서부(110), 컨버터(converter)부(130), 제어부(140), 해상도조정부(150)를 구비하는 구성을 가진다.

상기 센서부(110)는, 침상(10)에 장착되어 환자의 무게를 측정하는 구성요소로, 본 발명의 일실시예에서 상기 센서부(110)는 상기 침상(10)을 지지하는 4개의 다리부재(11) 각각에 설치된 4개의 하중검출수단(상기 센서부(110)와 도면부호 중복표기)에 해당된다.

상기 센서부(110)에서 출력된 미세 신호는 증폭기(120)로 입력되어 증폭되며, 상기 증폭기(120)는 상기 센서부(110)의 개수에 대응되는 개수가 구비될 수 있고, 릴레이 방식의 소자를 사용하여 일정한 시간 간격을 두고 상기 센서부(110) 각각의 신호를 순차적으로 증폭시킬 수 있다.

상기 증폭기(120)를 거친 아날로그 신호는, 상기 컨버터부(130)에서, 기설정된 신호 처리 범위 내에서, 디지털 신호로 전환된 후, 상기 제어부(140)의 마이크로 컨트롤러로 입력되어 무게 측정 및 무게 중심의 위치와 이동 속도를 계산하는 알고리즘에 사용된다.

상기 제어부(140)에서는, 상기 컨버터부(130)에서 디지털 신호를 입력받아 환자의 무게, 무게중심의 위치, 이동속도를 연산하고, 무게중심의 위치와 이동속도로부터 낙상 위험여부를 판단한다.

도 2의 (a), (b)는 물체의 무게 중심의 위치에 따른 낙상 판단의 개념도이고, 도 3의 (a), (b), (c), (d)는 환자의 무게 중심의 위치에 따른 낙상 판단의 개념도이다.

도 2의 (a), (b)에 도시된 물체는 납작하고 긴 직육면체 형상을 가지는데, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 무게 중심(P)이 침상(10) 위에 존재한다면, 물체가 놓여진 형태와는 상관없이, 물체는 실제로 침상(10) 위에 존재하게 된다.

물체의 무게 중심(P)이 침상(10)의 모서리 부분에 위치하게 되면, 물체는 중립적 평형(neutral equilibrium) 상태에 놓이게 되며, 물체의 무게 중심(P)이, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 침상(10) 바깥에 존재하게 되면, 물체는 실제로 바닥에 떨어진 상태가 된다.

도 3의 (a) 내지 (d)에 도시된 사람도, 물체의 경우와 마찬가지로, 도 3의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 무게 중심(P)이 침상(10) 내에 존재하면, 그 자세와 상관 없이 낙상하지 않고 침상(10) 위에 위치하는 것으로 판단할 수 있으며, 도 3의 (c), (d)에 도시된 바와 같이, 무게 중심(P)이 침상(10) 바깥에 존재하면 실제로 낙상한 상태가 된다.

즉, 다수의 개소에 분산 설치된 상기 센서부(110)에서 감지된 하중 정보를 이용하여 상기 제어부(130)에서 환자의 낙상 여부를 판단함에 있어서, 환자의 자세와 상관없이, 환자의 무게 중심(P)만을 고려하여, 그 위치와 이동 속도를 기반으로, 환자의 낙상 위험 여부를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.

상기 제어부(140)는, 상기 센서부(110)의 설치간격과, 상기 센서부(110) 각각에서 측정된 하중으로부터 환자의 체중, 위치, 이동속도를 연산할 수 있으며, 도 4는 상기 제어부(140)에서 환자의 무게 중심(P)의 위치를 연산하는 일례를 도시한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 침상의 다리부재(11) 각각에 걸리는 힘을 F₁, F₂, F₃, F₄라고 하고, 침상(10)의 가운데 지점을 기준(O(0,0))으로 신체의 좌우방향을 x축 방향, 신체의 상하방향을 y축 방향으로 하면, 다음과 같은 힘의 평형과 모멘트 평형을 이용하여 무게 중심(P)(x_c, y_c)의 위치를 구할 수 있다.

m_human = {-m_bedg + (F₁ + F₂ + F₃ + F₄)}/g

(F₁ + F₂ + F₃ + F₄) - (m_bed + m_human)g = 0 (∑F=0)

-(F₁ + F₄)W/2 - m_humangx_c + (F2 + F3)W/2 = 0 (∑M=0)

∴ x_c = (F₁ + F₂ - F₃ - F₄)W/2m_humang, y_c = (F₃ + F₄ - F₁ - F₂)W/2m_humang

상기 제어부(140)는, 환자의 무게중심(P)이 상기 침상(10) 내에 존재하는지, 무게중심(P)의 이동속도가 기준치 이상인지 여부로 낙상 위험 상태인지를 판단하거나, 다수의 레벨로 구분하여 낙상의 위험 정도를 판단할 수 있다.

환자의 무게중심(P)이 상기 침상(10) 내에 존재하는지 여부로 낙상 위험 상태를 판단함에 있어서는, 무게중심(P)이 상기 침상(10) 내에 위치하더라도 침상(10)의 가장자리로부터 설정간격 이내에 있게 되면 낙상의 위험이 있다고 판단할 수 있다.

무게중심(P)의 이동속도에 관한 기준치를 설정함에 있어서는, 침상에서 자연스러운 이동에 의해 발생되기 어려운 속도라고 판단되거나, 사용자가 급정지하더라도 제동거리가 상기 침상(10) 외부까지 연장되는 경우, 해당 이동속도를 기준치(예를 들어, 5m/s)로 설정하면, 도출된 이동속도가 기준치 이상인 경우 낙상 위험 상태로 판단할 수 있다.

상기 컨버터부(130)는, 아날로그 디지털 컨버터(A/D converter)로 구성될 수 있으며, 도 5는 아날로그 디지털 컨버터의 작동 범위 및 사양에 따른 정밀도의 일례를 정리한 표이다.

도 5를 참조하면, 아날로그 디지털 컨버터는, 16bit, 24bit 등으로 사양을 구분할 수 있으며, 각 사양은 지정된 작동 범위 내에서 분할할 수 있는 영역의 개수(해상도, 정밀도)를 의미하는 것으로, 즉, 해당 사양에서는, 작동 범위의 크기에 관계없이, 동일한 개수로 구획되어 신호를 감지, 구분하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 16bit 에 비해, 24bit가 보다 우수한 해상도를 가지며, 예를 들어, 24bit 사양의 컨버터를 이용하고 0~200kg에 해당되는 전압 작동 범위를 설정하면, 각 영역은 200kg/2²⁴ =0.012g 단위로 구분되어 신호를 처리할 수 있다.

그리고, 24bit 사양의 컨버터를 그대로 이용하면서, 전압 작동 범위를 0~40kg에 해당되는 전압 작동 범위로 변경하면, 각 영역은 40kg/2²⁴ =0.001g 단위로 구분되어 보다 정밀하게 신호를 처리할 수 있다.

상기 해상도조정부(150)는, 상기와 같이 상기 컨버터부(130)의 신호 처리 범위를 보다 축소하여 상기 센서부(110)의 정밀도(resolution)를 조정하는 구성요소로, 상기 제어부(140)에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 하여, 상기 센서부(110)의 정밀도를 조정한다.

상기 제어부(140)에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 하여, 상기 센서부(110)의 정밀도를 조정함에 있어서는, 상기 제어부(140)에서 출력되는 환자의 무게에 해당하는 전압을 기준 전압으로 새롭게 재설정하고, 상기 컨버터부(130)의 전압 작동 범위를 초기 설정된 작동 범위에 비해 지정비율(이하 설명)로 축소 조정한다.

도 6, 7은 각각 상기 컨버터부(130)의 신호 처리 범위를 환자의 무게를 기준으로 보다 축소하여 상기 센서부(110)의 정밀도를 높이는 일례를 도시한 개념도, 플로우차트이다.

이하, 도 6, 7을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 획득방법에 대해 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 데이터 획득방법에 의하면, 기설정단계, 기초데이터 획득단계, 작동범위 변경단계, 정밀데이터 획득단계를 순차적으로 거쳐, 상기 제어부(140)에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 하여, 상기 컨버터부(130)의 전압 작동 범위를 초기 설정된 작동 범위에 비해 지정비율로 축소 조정하며, 환자의 무게에 대해 보다 정밀한 데이터를 획득하게 된다.

상기 기설정단계에서는, 기설정된 상기 컨버터부(130)의 작동 범위를 기준으로 하여, 지정비율로 에러 범위를 설정하며, 환자 무게 측정의 정밀도 조정을 위한 조작신호가 입력되면, 상기 기초데이터 획득단계로 진행되어, 지정 시간간격을 두고 연속하여 환자 무게에 관한 데이터를 입력받는다.

상기 무게확인단계에서는, 최종적으로 입력된 환자의 무게와, 그 이전에 입력된 환자의 무게의 차이를 연산하는 것을 지정시간 동안 반복하는데, 해당 시점과 그 이전 시점에서의 값을 1:1로 비교할 수도 있으나, 이전시점의 지정갯수(예를 들어, 2개, 3개, 10개 등) 또는 지정시간(신호처리 시간간격을 △t라 하면, △tx, 예를 들어, 2△t, 3△t, 10△t 등)의 평균값을 구하여 해당 시점과 비교할 수도 있다.

최종적으로 입력된 환자의 무게와, 그 이전에 입력된 환자의 무게간의 차이를 연산함에 있어서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 이전 시점에서의 무게 또는 지정 시간동안의 평균 무게(straingage_avg)를 기준으로 하여, 최종적으로 입력된 환자의 무게와 그 이전에 입력된 환자의 무게간의 차이(│straingage-straingage_avg│)를 에러비율(e)로서 도출하여, 기설정된 에러 지정비율(e_bound)과 비교할 수 있다.

상기 기설정된 상기 컨버터부(130)의 작동 범위를 0~200kg(또는 0~200V), 에러 지정비율을 ±10%, 상기 지정시간(t_set)을 3△t, 이전 시점 2개의 평균값과 해당시점의 무게의 차이를 비교하는 연산을 수행하는 경우, 다음과 같이 연산할 수 있다.

환자의 무게가 t₀ 시점에서 62kg, t₁ 시점에서 58kg, t₂ 시점에서 61.5kg, t₃ 시점에서 59.5kg, t₄ 시점에서 61kg이 연산, 도출되면, t₂ 시점에서는 │-61.5-{(62+58)/2}│/{(62+58)/2} = 2.5%, t₃ 시점에서는 │59.5-{(58+61.5)/2}│/{(58+61.5)/2} = 0.4%, t4 시점에서는 │61-{(61.5+59.5)/2}│/{(61.5+59.5)/2} = 0.8%로 에러비율(e)가 도출되며, t₂, t₃, t₄에 걸친 3△t동안의 무게의 차이값은 각각 2.5%, 0.4%, 0.8%로, 기설정된 에러 범위(e_bound) 10% 이내에 해당된다.

상기의 방법 이외에도, 최종적으로 입력된 환자의 무게와, 그 이전에 입력된 환자의 무게간의 차이를 직접적으로 마이너스(-) 연산에 의해 도출할 수도 있으며, 이 때 기설정된 에러 범위(e_bound)는 200kg×±0.1 = ±20kg로 적용하게 되며, t₄ 시점에서 {(61.5+59.5)/2}kg-61kg = -0.5kg와 같은 연산 방식을 적용함으로써, t₂, t₃, t₄에 걸친 3△t동안의 무게의 차이값은 각각 -1.5kg, 0.25kg, -0.5kg으로 도출되고, 기설정된 에러 범위 ±20kg 이내에 해당된다.

상기 작동범위 변경단계에서는, 상기와 같이 지정시간 동안, 무게 차이가 기설정된 에러 범위 이내를 유지하면, 입력된 환자의 무게(최종 연산된 무게나, 최종 연산, 처리된 시점을 기준으로 이전 지정 시간간격 동안의 평균치 등)를 기준으로 하여 상기 기설정된 에러 범위를 새로운 작동 범위로 설정한다.

예를 들어, 환자의 무게를 최종 신호 처리된 3△t간의 평균값으로 설정하는 경우, 환자의 무게는 {61.5 + 59.5 + 61}/3kg = 60.67kg 로 도출되며, 60.67kg를 기준으로 하여 에러 범위 ±20kg를 작동 범위로 적용하면, 60.67kg ± 20kg = 40.67kg~80.67kg 이 새로운 작동 범위가 된다.

도 7에 도시된 VA_out1 = AV_DD × SG_avg(1 + e_bound) / 2ⁿ, VA_out2 = AV_DD × SG_avg(1 - e_bound) / 2ⁿ에서, VA_out1, VA_out2는 각각 80.67kg, 40.67kg에 해당되는 전압이며, AV_DD 는 상기 컨버터부(130)의 초기 작동 범위 200kg에 해당되는 전압이고, SG_avg는 지정 시간동안의 평균 무게(straingage_avg)이며, e_bound는 에러 지정비율 10%-> 0.1, 2ⁿ에서 지수 n은 도 5의 16(bit), 또는 24(bit)에 대응된다.

상기 정밀데이터 획득단계에서는, 기설정 작동 범위(예를 들어, 0~200kg(도 5의 200kg 해당))에 비해 보다 축소된 새로운 작동 범위(예를 들어, 40.67kg~80.67kg(도 5의 40kg 해당))에서, 환자 무게에 관한 데이터를 보다 고정밀도(도 5 참조, 5배)로 입력받게 된다.

기설정된 작동범위에서 침상(10)위에 누운 환자의 무게를 측정하다가, 필요시, 사용자가 버튼을 조작하여, 환자 무게 측정의 정밀도 조정을 위한 조작신호를 입력하면, 상기 제어부(140)에서는 환자의 무게 값의 차이를 지정시간(예를 들어, 3초) 동안 계산, 기설정된 에러 범위와 비교하고, 상기 해상도조정부(150)에서는 기설정된 에러 범위를 새로운 작동 범위로 대체하여, 상기 컨버터부(150)의 전압 작동 범위를 축소 설정, 제어하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치와 데이터 획득방법을 이용하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 감지방법(미도시)을 구현할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 감지방법은, 하중센싱단계, 컨버팅단계, 무게연산단계, 해상도조정단계, 위치연산단계, 낙상판단단계를 순차적으로 거쳐 이루어진다.

상기 하중센싱단계에서는, 상기 센서부(110)를 이용하여, 침상(10)에 누운 환자의 무게를 다수의 개소에서 분산하여 감지하고, 상기 컨버팅단계에서는, 상기 컨버터부(130)를 이용하여, 상기 하중센싱단계에서 감지된 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를, 기설정된 전압 작동 범위에서, 디지털 신호로 변환한다.

상기 무게연산단계에서는, 상기 제어부(140)를 이용하여, 상기 컨버팅단계에서 변환된 디지털 데이터로 환자의 무게를 연산하며, 상기 해상도조정단계에서는, 상기 해상도조정부(150)를 이용하여, 상기 무게연산단계에서 연산된 환자의 무게를 기준으로, 전압 작동 범위를 축소조정하여, 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 입력받는다.

상기 위치연산단계에서는, 상기 제어부(140)를 이용하여, 상기 해상도조정단계를 거쳐 입력된 디지털 데이터로 환자의 무게 중심의 위치와 이동속도를 계산하되, 상기 침상(10)의 특정위치를 기준으로 하여, 무게 중심을 2차원 좌표로 연산한다.

상기 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 획득방법은, 상기 무게연산단계, 해상도조정단계, 위치연산단계에 걸쳐 적용될 수 있으며, 상기 낙상판단단계에서는, 상기 제어부(140)를 이용하여, 상기 위치연산단계에서 연산된 무게 중심이 상기 침상(10)의 가장자리 또는 기설정된 경계선으로부터 지정거리 이내에 근접하면 낙상의 위험이 있다고 판단한다.

낙상 위험 상태를 판단하기 위한 경계선은, 다수의 개소, 다방향에 걸쳐 설정할 수 있으며, 하나의 방향에 대해 다수의 경계선을 설정하되 낙상 위험 정도에 따라 각 경계선의 상대적인 위험 수준을 달리 설정함으로써 낙상의 위험 정도를 등급별로 판단할 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치에, 상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면 경보 신호를 발생시키는 경보부(160)를 구비하면, 환자가 낙상 위험 상태인 것을 상기 경보부(160)를 이용하여, 병실 내부에서 환자로부터 떨어진 위치에 있거나 병실 외부에 있는 가족, 간병인, 간호사 등에게 경고음 등으로 즉각 알릴 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치에, 상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면 안전바(미도시)와 같은 낙상 방지 수단(미도시)을 구동시키는 구동부(170)를 구비하면, 환자가 낙상 위험 상태인 경우, 상기 구동부(170)에 의해, 상기 안전바가 자동으로 작동(상향이동)하여 환자의 낙상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치는, 상기 제어부(140)에서 연산한 무게중심의 위치, 이동속도나, 낙상 위험여부에 관한 정보를 휴대폰, TV 등의 외부기기(20)로 전송하는 송신부(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 외부기기(20)로서 휴대폰 등과 같은 무선통신기기를 적용하는 경우, 상기 송신부를 이용하여, 상기 외부기기(20)를 휴대한 가족, 간병인, 간호사 등이 그 위치와 관계없이, 필요 시, 또는 환자의 낙상 위험 시, 이에 관한 정보를 실시간으로 확인할 수 있다.

도 8은 환자의 움직임에 관한 정보를 외부기기로 전송하는 일례를 도시한 개념도로, 도 8을 참조하면, 상기 외부기기(20)로서 TV, 게임기, 카메라 등과 같이 병실 내에 비치되는 전자기기를 적용하는 경우, 상기 송신부에서 입력된 신호에 따라 상기 외부기기(20)의 작동을 제어하는 원격수신부(미도시)를 상기 외부기기(20)에 구비하면, 상기 송신부를 이용하여, 환자의 상태에 따라 상기 전자기기의 작동을 제어할 수도 있다.

환자의 움직임은 무게중심의 위치와 이동속도로 분석할 수 있는데, 환자의 특정 움직임에 대한 무게중심의 위치 및 이동속도를 상기 외부기기(20)의 특정 제어명령으로 기설정해 두면, 환자가 해당 움직임을 행할 때마다 TV 등의 전원, 채널 등을 조정할 수도 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치는, 상기 외부기기(20)와 무선통신 등으로 연결함으로써, 원격 조종장치의 기능을 할 수도 있으며, 언어 전달이 어렵거나 불가능한 환자가 상기 외부기기(20)를 통해 다른 사람과의 의사소통을 가능하도록 하는 입력기(자판)의 기능을 구현할 수도 있다.

신호 증폭기의 증폭 비율을 변경하는 종래의 방법(이하 설명)을 해상도 변경에 적용하는 경우 수개의 모드로만 한정적으로 구현가능하나, 환자 몸무게에 해당하는 신호로부터 지정비율의 신호 범위로 확대하여 해상도의 범위를 자동조절하는 본 발명의 실시예에 의하면, 그 지정비율을 조절함으로써 해상도를 (마치 아날로그 조절과 같이) 원하는 대로 임의로 변경할 수 있다.

이하, 신호 증폭기의 증폭 비율을 변경하여 해상도를 변경하는 경우에 대해 설명한다.

센서신호가 증폭기를 통해 증폭되어 아날로그/디지털 컨버터(본 발명의 상기 컨버터부(130)에 해당)로 들어갈 때, 증폭기의 증폭 비율을 크게 조정함으로써, 일정한 해상도의 아날로그/디지털 컨버터에서 변환되는 디지털 1 bit의 값이 상대적으로 작은 값을 나타낼 수 있다.

예를 들어, 4bit의 해상도를 가진 아날로그 디지털 컨버터의 경우, -5~5V의 값을 2⁴인 16으로 나누기 때문에 1 bit가 의미하는 아날로그 값은 (5-(-5)) / 16 = 0.625V 이다. 따라서, -5~5V가 100kg에 맞추어져 측정되는 경우, 1V가 의미하는 것은 실제 10kg이므로 이러한 아날로그 디지털 컨버터의 출력을 가지고는 6.25kg(0.625V)보다 세밀한 해상도를 가질 수 없다.

즉, 0, 6.25kg, 12.5kg, 18.75kg, … 등의 0.625의 배수에 해당하는 kg 변화를 가지므로 그 중간 값인 8kg 등의 무게는 정확히 측정할 수 없어, 환자 무게를 61.25kg이라고 가정하면, 그 주변의 측정 가능한 무게의 최소범위는 61.25±6.25kg이 되어 62kg과 같은 중간 값은 측정할 수 없다.

증폭비를 10배로 했다고 가정하면, 1kg에 해당하여 출력되는 전압이 10배 증폭되므로, 1V에 해당하는 무게는 1/10으로 줄어든다. 즉, 동일 4bit의 아날로그/디지털 컨버터를 가지고도 해상도는 1/10(0.625kg)으로 세밀해진다.

따라서 종래 방법과 같이 출력 전압의 증폭비율을 증가시켜 해상도가 향상된 효과를 얻을 수 있으나, 이에 의하면 증폭기의 증폭비율을 조절하는 저항을 변경시켜주어야 하므로, 별도의 저항 스위칭 칩이 들어갈 뿐만 아니라, 하드웨어의 구성이 제한적임에 따라 변환할 수 있는 증폭 비율 또한 제한적이라는 한계가 있다.

이에 대해 본 발명은, 별도의 스위칭 칩 없이 동일한 아날로그 디지털 컨버터의 기준전압을 바꾸는 것만으로 해상도를 조정하고, 상기 기준전압은 마이크로 프로세서(상기 해상도조정부(150))의 출력을 통해 조절하므로, 상기 해상도조정부(150)에서 미세 전압신호 전달 성능에 따라 아날로그식 조절과 같이 해상도를 자유롭고 유연하게 증가, 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 일정한 정밀도(예를 들어, 0~200kg->1/200분할->1kg단위 해상도)로 낙상 위험을 판단하는 것이 아니라, 환자의 무게(예를 들어, 70kg)에 근거하여 상기 컨버터부(130)의 작동 범위를 변경하여 하중 측정의 정밀도를 보다 고해상도로 조정(예를 들어, 50~90kg->1/200분할->0.2kg단위 해상도)하면서, 보다 효율적으로 환자의 이동, 낙상 상태 등을 인식하여 외부의 보호자에게 알릴 수 있도록 한다.

이에 따라, 안전바, 착용 센서와 같이 환자를 심리적, 신체적으로 구속하지 않고 안전하게 적용할 수 있으며, 환자의 자세와 상관없이, 환자의 무게 중심의 위치와 이동 속도를 기반으로, 환자의 낙상 위험 여부를 신속하고 정확하게 판단하여 외부의 보호자에게 알릴 수 있도록 한다.

또한, 일정한 정밀도로 낙상 위험을 판단하는 것이 아니라, 환자의 대소변량의 변화나, 음식의 섭취량, 대사량의 변화 확인 등, 필요 시, 별도의 무게 측정장치를 이용하지 않고도, 컨버터부의 작동 범위를 환자 각자의 무게에 맞추어 가변시켜 하중 감지 센서의 정밀도를 보다 고해상도로 조정하면서, 환자의 미세한 무게변화를 측정할 수 있도록 한다.

또한, 미세 무게 변화 측정을 위한 환자의 불필요한 이동을 감소시켜 시간적, 금전적 소모를 보다 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환자 이동 과정에서 발생될 수 있는 침상 표면과의 마찰, 자세 비틀림 등 환자의 상태에 치명적일 수 있는 위험요소를 근본적으로 방지하여 보다 안전한 치료를 보장할 수 있다.

또한, 환자의 특정한 움직임이나 이동 상태를, TV, 게임기 등 외부 기기의 조작, 제어 명령으로 적용할 수 있어, 무인환경에 대한 신뢰성을 주어 추가적인 인력 소모나 간병인에 대한 부담을 덜 수 있을 뿐 아니라, 무료한 병실 내에 엔터테인먼트 요소를 부여할 수 있으며, 환자에게 움직임에 대한 동기를 부여하여 움직임이 필요한 환자들의 재활에 도움이 될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께, 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10 : 침상 11 : 다리부재
20 : 외부기기 110 : 센서부
120 : 증폭기 130 : 컨버터부
140 : 제어부 150 : 해상도조정부
160 : 경보부 170 : 구동부
P : 무게중심

Claims (12)

1. 침상 낙상 방지장치에 있어서,
   침상(10)에 장착되어 환자의 무게를 측정하는 센서부(110);
   상기 센서부(110)에서 감지된 아날로그 신호를, 기설정된 신호 처리 범위 내에서, 디지털 신호로 전환하는 컨버터(converter)부(130);
   상기 컨버터부(130)에서 디지털 신호를 입력받아 환자의 무게, 무게중심의 위치, 이동속도를 연산하고, 무게중심의 위치와 이동속도로부터 낙상 위험여부를 판단하는 제어부(140); 및
   상기 제어부(140)에서 연산된 환자의 무게를 기준으로 상기 컨버터부(130)의 신호 처리 범위를 보다 축소하여, 상기 센서부(110)의 정밀도(resolution)를 조정하는 해상도조정부(150);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
   상기 침상(10)을 지지하는 다수의 다리부재(11)에 설치된 하중검출수단;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
   상기 센서부(110)의 설치간격과, 상기 센서부(110) 각각에서 측정된 하중으로부터 환자의 체중, 위치, 이동속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
   환자의 무게중심이 상기 침상(10)내에 존재하는지, 무게중심의 이동속도가 기준치 이상인지 여부로 낙상 위험 상태인지를 판단하거나, 다수의 레벨로 구분하여 낙상의 위험 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 해상도조정부(150)는,
   상기 제어부(140)에서 출력되는 환자의 무게에 해당하는 전압을 기준 전압으로 하여, 상기 컨버터부(130)의 전압 작동 범위를 축소 조정하는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 센서부(110)에서 출력되는 미세 신호를 증폭시키는 증폭기(120);
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면, 경보 신호를 발생시키는 경보부(160);
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(140)에서 낙상 위험 상태라고 판단하면, 안전바와 같은 낙상 방지 수단을 구동시키는 구동부(170);
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(140)에서 연산한 무게중심의 위치, 이동속도나, 낙상 위험여부에 관한 정보를 외부기기(20)로 전송하는 송신부;
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 송신부에서 입력된 신호에 따라 상기 외부기기(20)의 작동을 제어하는 원격수신부;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 방지장치.
    
11. 침상(10)에 누운 환자의 무게를 다수의 개소에서 분산하여 감지하는 하중센싱단계;
    상기 하중센싱단계에서 감지된 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를, 기설정된 전압 작동 범위에서, 디지털 신호로 변환하는 컨버팅단계;
    상기 컨버팅단계에서 변환된 디지털 데이터로 환자의 무게를 연산하는 무게연산단계;
    상기 무게연산단계에서 연산된 환자의 무게를 기준으로, 전압 작동 범위를 축소조정하여, 하중 데이터에 관한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 입력받는 해상도조정단계;
    상기 해상도조정단계를 거쳐 입력된 디지털 데이터로 환자의 무게 중심의 위치와 이동속도를 계산하되, 상기 침상(10)의 특정위치를 기준으로 하여, 무게 중심을 2차원 좌표로 연산하는 위치연산단계; 및
    상기 위치연산단계에서 연산된 무게 중심이 상기 침상(10)의 가장자리 또는 기설정된 경계선으로부터 지정거리 이내에 근접하면 낙상의 위험이 있다고 판단하는 낙상판단단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 범위의 무게 측정이 가능한 침상 낙상 감지방법.
    
12. 기설정된 작동 범위를 기준으로 하여, 지정비율로 에러 범위를 설정하는 작동범위 기설정단계;
    환자 무게 측정의 정밀도 조정을 위한 조작신호가 입력되면, 지정 시간간격을 두고 연속하여 환자 무게에 관한 데이터를 입력받는 기초데이터 획득단계;
    최종적으로 입력된 환자의 무게와, 그 이전에 입력된 환자의 무게의 차이를 연산하는 것을 지정시간 동안 반복하는 무게확인단계;
    상기 지정시간 동안, 무게 차이가 기설정된 에러 범위 이내를 유지하면, 입력된 환자의 무게를 기준으로 하여 상기 기설정된 에러 범위를 새로운 작동 범위로 설정하는 작동범위 변경단계; 및
    기설정 작동 범위에 비해 보다 축소된 새로운 작동 범위에서 환자 무게에 관한 데이터를 보다 고정밀도로 입력받는 정밀데이터 획득단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 획득방법.

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