KR101864642B1 - 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피험자의 상기도 및 흉부 각각에서의 임피던스 데이터에 따른 영상을 기반으로 무호흡을 진단하는 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상기도 및 흉부 각각에 부착된 전극에 따른 EIT(Electrical Impedance Tomography)를 적용하여 상기도 개폐에 따른 폐 내부의 공기분포를 영상화하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡을 진단하고, 그에 따른 치료계획을 수립할 수 있다.
Description
본 발명은 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 피험자의 상기도 및 흉부 각각에서의 임피던스 데이터에 따른 영상을 기반으로 무호흡을 진단하고, 그 치료에 필요한 정보를 제공하는 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
수면 무호흡은 심장질환, 비만, 피로와 졸음에 의한 사고 등을 유발하는 심각한 보건의료 문제이며 세계적으로 평균수명의 증가와 비만인구의 증가로 인하여 그 대상자가 늘어나고 있는 추세이다.
수면 무호흡증의 진단에는 수면다원검사(PSG, polysomnography)가 주로 사용되며, 수면다원검사를 수행하는 의료기관은 별도의 검사실에서 뇌파 등을 포함한 다수의 생체 신호 측정기와 영상 모니터링 기기 등을 설치하고, 별도의 수면기사를 통하여 운영하고 있다.
수면무호흡증의 종류로는 폐쇄성 무호흡(obstructive apnea), 중추성 무호흡(central apnea) 및 복합성 무호흡이 있다.
폐쇄성 수면 무호흡증은 수면 중 상기도를 통한 공기 흐름의 장애로 인하여 잦은 각성과 혈중산소포화 농도의 저하가 반복적으로 나타나는 수면호흡장애를 일컫으며, 성인의 경우 최소한 10초 이상의 기간 동안 호흡 진폭이 기저 호흡 진폭에 비하여 90%이상 감소된 상태가 평균적으로 한 시간에서 다섯 번 이상 나타나면서 동시에 호흡에 대한 노력이 유지되거나 증가되어 있는 경우로 정의된다.
또한, 중추성 수면 무호흡증은 뇌 또는 신경계통의 여러 가지 원인으로 발생하는 무호흡 증세로서 10초이상 무 호흡이 있으면서 동시에 호흡에 대한 노력이 없는 경우로 정의된다.
이러한, 수면 무호흡증을 진단하는 수면다원검사를 받는 환자는 이러한 특수 목적의 검사실에서 여러 종류의 센서를 몸에 부착하여 수면을 취하며, 수면다원검사 시스템은 수면 도중에 측정한 각종 생체 신호와 영상 데이터를 분석하여 수면 무호흡 진단에 필요한 정보를 의사에게 제공한다.
호흡 및 무호흡에 대한 정의는 하기의 참고문헌을 통해 뒷받침 될 수 있다.
(참고문헌: Panossian LA, Avidan AY. Review of sleep disorders. Med Clin North Am 2009;93(2):407~25/ Woodson BT, Franco R. Physiology of sleep disordered breathing. Otolaryngol Clin North Am 2007;40(4):691~711/ Coleman J. Overview of sleep disorders: where does obstructive sleep apnea syndrome fit in? Otolaryngol Clin North Am 1999;32(2):187~93/ Redline S, Strohl KP. Recognition and consequences of obstructive sleep apnea hyponea syndrome. Otolaryngol Clin North Am 1999;32(2):303~31/ Thakkar K, Yao M. Diagnostic studies in obstructive sleep apnea. Otolaryngol Clin North Am 2007;40(4):785~805.)
여기서, 수면다원검사란, 수면 중에 뇌파, 안전도(눈동자의 움직임), 턱근전도, 심전도, 다리 근전도, 코골이, 가슴-배 호흡운동, 혈중산소포화농도, 호흡기류(airflow), 몸의 자세 등 수면 시 신체에 나타나는 여러 가지 생리적인 신호를 동시기록(동기화)하여 수면상태평가와 수면질환진단에 필요한 객관적인 자료를 제공하는 검사이다.
다만, 수면다원검사를 이용하여 정상호흡 또는 무호흡, 수면의 질 등에 대한 종합적인 평가가 가능하나, 많은 센서를 부착하고 특별한 측정공간 내에서 측정을 수행해야 하는 제약이 존재한다.
또한, 상기도에서 음압에 의해 발생되는 폐쇄성 무호흡을 발생시키는 원인에 대한 판단이 사람마다 다른 폐 기능에 따라 발생할 수 있으므로, 무호흡의 실제 인체에 미치는 영향도를 분석하는데 있어 제약이 따른다.
기도의 폐쇄로 발생되는 폐쇄성 무호흡과 신경계 이상으로 발생되는 중추성 무호흡은 서로 다른 치료법을 요하며, 중추성 무호흡의 경우에도 상기도가 폐쇄되는 경우가 있으므로, 이에 대한 정확한 감별이 요구된다.
호흡에 대한 의지 유무에 따라 이를 감별하는 것은 정확성이 부족하며, 기도에서 폐 내부에 이르는 공기 흐름의 변화와 함께 호흡 의지를 동시적으로 해석하는 것이 필요하다.
이에 따라서, 실제 폐 내부로 유입되는 공기 흐름의 변화를 관찰하는 것이 보다 직접적인 수면 무호흡과 저호흡을 관찰하는데 필요하며, 정확한 진단(원인)에 따른 치료계획을 세우는데 사용되어질 수 있다.
본 발명은 상기도 및 흉부 각각에 부착된 전극에 따른 EIT(Electrical Impedance Tomography) 방법을 적용하여 상기도 영상에 따른 상기도 개폐와, 동시에 흉부 영상에 따른 폐 내부의 공기분포를 측정하는 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기도 개폐에 따른 폐 내부의 공기분포를 영상화하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡을 진단하고, 그에 따른 치료계획을 수립하는 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 측정되는 서로 다른 신호간섭을 억제하고, 알고리즘 면에서 각각의 영역별 변화에 대한 신호성분만을 분리해 내는 신호 처리 기법을 적용하여 상기도 및 흉부 각각에 대한 정확한 영상을 제공하는 수면 무호흡 측정장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제1 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착되는 상기도 전극부, 전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제2 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착되는 흉부 전극부, 상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급하고, 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정하며, 상기 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터로부터 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하여 영상화하는 제어부 및 상기 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡을 진단하는 무호흡 진단부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 상기 피험자의 생체 신호를 센싱하는 감지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡을 측정하는 방법은 피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착된 복수의 제1 전극들 및 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착된 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급하는 단계, 상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터를 획득하는 단계, 상기 획득된 임피던스 데이터에 신호 분리 알고리즘을 적용하여 서로 다른 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하는 단계, 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터에 기초하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화하는 단계 및 상기 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡을 진단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡을 측정하는 방법은 상기 피험자의 생체 신호를 센싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기도 및 흉부 각각에 부착된 전극에 따른 EIT(Electrical Impedance Tomography) 방법을 적용하여 상기도 영상에 따른 상기도 개폐와, 동시에 흉부 영상에 따른 폐 내부의 공기분포를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기도 개폐에 따른 폐 내부의 공기분포를 영상화하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡을 진단하고, 그에 따른 치료계획을 수립할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 측정되는 서로 다른 신호간섭을 억제하고, 알고리즘 면에서 각각의 영역별 변화에 대한 신호성분만을 분리해 내는 신호 처리 기법을 적용하여 상기도 및 흉부 각각에 대한 정확한 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 실시예를 도시한 것이고, 도 2b는 상기도 전극부 및 흉부 전극부의 계략적인 도면을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에 도시된 수면 무호흡 측정장치에 채용된 복합 전극을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 전극벨트를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4e는 전극벨트가 피험자의 인체에 부착된 예를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 신호 분리 알고리즘을 적용하여 임피던스 데이터를 분리하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 피험자의 상기도에 대한 시간에 따른 측정 데이터 및 영상을 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 피험자의 흉부에서 호흡구간 및 무호흡구간에서 영상화한 임피던스 데이터로부터 수치화한 구간에 따른 측정 데이터 및 코골이 소리 데이터와 흉부 임피던스 영상을 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 무호흡 구간에서의 상기도 영상 및 흉부 영상의 변화를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡을 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 실시예를 도시한 것이고, 도 2b는 상기도 전극부 및 흉부 전극부의 계략적인 도면을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에 도시된 수면 무호흡 측정장치에 채용된 복합 전극을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 전극벨트를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4e는 전극벨트가 피험자의 인체에 부착된 예를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 신호 분리 알고리즘을 적용하여 임피던스 데이터를 분리하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 피험자의 상기도에 대한 시간에 따른 측정 데이터 및 영상을 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 피험자의 흉부에서 호흡구간 및 무호흡구간에서 영상화한 임피던스 데이터로부터 수치화한 구간에 따른 측정 데이터 및 코골이 소리 데이터와 흉부 임피던스 영상을 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 무호흡 구간에서의 상기도 영상 및 흉부 영상의 변화를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡을 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 부착된 상기도 전극 및 흉부 둘레에 부착된 흉부 전극으로부터 측정된 임피던스 데이터를 영상화하여 무모흡을 진단한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 상기도 전극부(110), 흉부 전극부(120), 제어부(130) 및 무호흡 진단부(150)를 포함한다.
상기도 전극부(110)는 전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제1 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착된다.
상기 복수의 제1 전극들은 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 따라 부착되어 상기도에 대한 임피던스 데이터를 측정하기 위한 EIT 전극일 수 있다.
상기 EIT 전극은 플렉시블(Flexible)한 재질로 구성된 베이스 플레이트의 일면에 배열되어 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 부착될 수 있다.
또한, EIT 전극은 사용자가 감지할 수 없는 비교적 낮은 전류, 예를 들면 1mA 이하의 고주파 전류를 주입하고 유도 전압을 측정하는데 사용되며, EIT 전극을 통해 측정된 전류-전압 데이터는 영상화 알고리즘을 통해 상기도 폐쇄 시 그 형태와 폐쇄의 원인이 되는 구조적 변화를 검출하는데 사용될 수 있다.
흉부 전극부(120)는 전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제2 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착된다.
상기 복수의 제2 전극들은 피험자의 흉부에 따라 부착되어 폐 내부에 대한 임피던스 데이터를 측정하기 위한 EIT 전극일 수 있다.
상기 EIT 전극은 플렉시블(Flexible)한 재질로 구성된 베이스 플레이트의 일면에 배열되어 피험자의 흉부 둘레에 부착될 수 있다.
또한, EIT 전극은 사용자가 감지할 수 없는 비교적 낮은 전류, 예를 들면 1mA 이하의 고주파 전류를 주입하고 유도 전압을 측정하는데 사용되며, EIT 전극을 통해 측정된 전류-전압 데이터는 영상화 알고리즘을 통해 흉부(폐) 형태를 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들은 단순 전극 또는 복합 전극 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
제어부(130)는 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급하고, 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정하며, 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터로부터 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하여 영상화한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 제1 전류 주입 모듈(131), 제2 전류 주입 모듈(132), 전압 측정 모듈(133), 임피던스 데이터 획득 모듈(134), 알고리즘 기능 모듈(135), 영상 생성 모듈(136) 및 제어 모듈(137)을 더 포함할 수 있다.
제1 전류 주입 모듈(131)은 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 부착된 복수의 제1 전극들 중에서 적어도 하나의 선택된 전극 쌍을 통하여 복수의 주파수 범위를 갖는 전류를 주입할 수 있다.
제2 전류 주입 모듈(132)은 피험자의 흉부에 부착된 복수의 제2 전극들 중에서 적어도 하나의 선택된 전극 쌍을 통하여 복수의 주파수 범위를 갖는 전류를 주입할 수 있다.
실시예에 따라서, 제1 전류 주입 모듈(131) 및 제2 전류 주입 모듈(132)은 선택된 전극 쌍 및 주파수를 선택하고, 선택된 주파수에 따른 전압 신호를 생성하여 전류로 변환하며, 선택된 전극 쌍들을 통해 피험자의 얼굴 및 목과, 흉부에 변환된 전류를 각각 주입할 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 제1 전류 주입 모듈(131) 및 제2 전류 주입 모듈(132)은 주파수가 다른 두 전압신호를 두 전류로 변환하여 각각 주입하거나, 복수의 제1 전극들 중 전류를 주입하는 전극의 위치와 가장 먼 복수의 제2 전극들 중의 전극 쌍을 선택하여 전류를 주입할 수도 있다.
다른 실시예에 따라서는 복수의 제1 전극들 중 하나 이상의 전극 쌍을 선택하여 서로 다른 주파수의 전류를 동시에 주입하고, 복수의 제2 전극들 중 대칭적인 전극쌍에 서로 다른 주파수의 전류를 동시에 주입할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 주파수 분리(frequency multiplexing) 방법 및 주입 전극의 위치를 상대적으로 거리가 떨어진 전극을 선정함으로써, 복수의 전극들 사이의 신호간 간섭을 줄이는 공간 분리(spatial multiplexing) 방법을 적용할 수 있다.
전압 신호를 위상이 서로 다른 두 전류로 변환하고, 진폭 및 주파수가 동일하도록 두 전류를 교정하며, 선택된 전극 쌍을 통해 피험자의 얼굴 및 목과, 흉부에 교정된 두 전류를 각각 주입할 수도 있다.
전압 측정 모듈(133)은 복수의 제1 전극들 중 선택되지 않은 전극들 및 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들로부터 주입되는 전류에 따라 유기된(induced) 전압을 측정할 수 있다.
예를 들면, 전압 측정 모듈(133)은 측정된 전압의 기울기를 근거로 하여 검출된 전압에 포함된 노이즈를 제거하고, 검출된 전압의 기울기가 기설정된 임계값을 초과하는 경우, 임계값을 초과하는 구간의 전압을 기설정된 전압값으로 대체할 수 있다.
임피던스 데이터 획득 모듈(134)은 측정된 전압에 기초하여 임피던스 데이터를 획득할 수 있다.
예를 들면, 임피던스 데이터 획득 모듈(134)은 주입된 전류에 의해 유기된 전압차 신호를 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들을 통해 획득하며, 피험자의 얼굴 및 목 둘레와, 흉부 둘레 및 전극 위치에 따른 임피던스 데이터를 획득할 수 있다.
알고리즘 기능 모듈(135)은 획득된 임피던스 데이터에 신호 분리 알고리즘을 적용하여 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하고, 분리된 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터의 크기를 복원할 수 있다.
이하에서는, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 신호 분리 알고리즘을 적용하여 임피던스 데이터를 분리하는 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 신호 분리 알고리즘을 적용하여 임피던스 데이터를 분리하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 5a는 신호 분리 알고리즘을 적용하여 임피던스 데이터를 분리하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이고, 도 5b는 분리된 임피던스 데이터 각각을 원신호의 크기로 복원하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 상기도 전극부(110)로부터 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 따른 전압을 측정하고, 흉부 전극부(120)로부터 피험자의 흉부 둘레에 따른 전압을 측정한다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 피험자의 얼굴 및 둘레에 따른 전압과, 흉부 둘레에 따른 전압의 서로 다른 독립신호가 섞인 복합신호를 수신하게 된다.
예를 들면, 정상적인 호흡구간에서는 크기의 변화가 일정한 공기 유동에 의해 신호가 흉부에서 측정되므로 상기도 영역에서의 임피던스 변화는 없으나, 수면 무호흡이 발생한 구간에서는 상기도 영역의 임피던스 변화가 발생하여 흉부에서의 폐 내부 공기 유동에 의한 신호가 정상에 비해 감소하거나 사라질 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 여러 종류의 서로 다른 독립신호와 생체 동잡음과 시스템 잡음이 섞인 복합신호에 신호 분리 알고리즘인 ICA(Independent component analyses) 알고리즘을 적용하여 상기도 및 흉부 각각에 따른 독립신호를 분리할 수 있다.
보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 피험자의 얼굴 및 목 둘레로부터 측정된 전압과, 피험자의 흉부 둘레로부터 측정된 전압이 포함된 임피던스 데이터에서, 특성정보(상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터)만을 획득하기 위해 신호 화이트닝(Signal Whitening) 및 신호 디컴포징(Signal Decomposing)을 적용하는 ICA 알고리즘을 적용할 수 있다.
이후, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 ICA 알고리즘을 통해 분리하고자 하는 신호의 독립성이 최대화되는 신호분리행렬을 산출하고, 신호분리행렬을 이용하여 복합신호로부터 서로 다른 독립신호들을 추출하고 잡음신호를 제거 할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 ICA 알고리즘을 이용하여 분리된 독립신호들의 크기를 원신호의 크기로 보상하기 위해, 신호크기 복원 알고리즘을 적용하여 독립신호와 원신호간의 신호크기 복원변수를 산출할 수 있다.
이후, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 산출된 복원변수를 이용하여 각각의 독립신호를 원신호의 크기로 복원할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 분리된 독립신호(
) 각각에 신호크기 복원 알고리즘인 하기의 [수식 1]을 적용하여 신호크기가 복원된 독립신호(
)를 획득할 수 있다.
[수식 1]
여기서, a 및 b는 신호크기 복원변수를 의미하고, x는 독립신호를 의미하며, y는 원신호를 의미한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 기능 모듈(135)은 주파수 또는 전류를 주입하는 전극 쌍의 위치에 따른 전압 데이터에 가중치를 적용하고, 가중치가 부여된 데이터에 측정 주파수 또는 위치에 따라 분류된 고유 번호 또는 데이터로 분리하는 방법을 통해, 피험자의 상기도와 흉부에서 측정한 임피던스 데이터를 분리할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)의 영상 생성 모듈(136)은 복원된 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터에 기초하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화할 수 있다.
예를 들면, 영상 생성 모듈(136)은 측정된 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터 값으로 피험자의 도전율 및 유전율 영상을 복원하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화할 수 있다.
구체적으로, 영상 생성 모듈(136)은 피험자의 상기도 및 흉부의 영상화를 위해, 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들이 갖는 측정 프로토콜을 갖음으로 인해, 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)의 위치에 따른 민감도와 해상도를 제어할 수도 있다. 이러한 다수의 측정 프로토콜을 이용한 측정값들 또는 그 조합과 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)을 통해 생성한 3차원 모델링 영상에서 개선한 민감도 행렬을 이용하여, 피험자의 상기도 및 흉부 내부의 도전율과 유전율 영상 즉, 임피던스 영상인 상기도 영상 및 흉부 영상을 생성할 수 있다.
제어 모듈(137)은 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 전극 쌍들의 선택을 제어하고, 선택되지 않은 전극들의 선택을 제어하며, 피험자의 생체 신호의 센싱을 제어할 수 있다.
제어 모듈(137)은 피험자의 상기도 및 흉부 중 적어도 하나에 대한 임피던스 데이터를 측정하도록 제1 전류 주입 모듈(131) 및 제2 전류 주입 모듈(132)을 제어할 수 있고, 피험자의 측정 대상 부위에 대한 생체 신호를 측정하도록 감지부(140)를 제어할 수 있다.
또한, 제어 모듈(137)은 피험자의 상기도 및 흉부 중 적어도 하나에 대한 수직방향 및 수평방향의 임피던스를 측정하기 위해 전압 측정 모듈(133), 임피던스 데이터 획득 모듈(134), 알고리즘 기능 모듈(135) 및 영상 생성 모듈(136) 중 적어도 어느 하나 이상의 모듈을 제어할 수도 있다.
또한, 제어 모듈(137)은 검출된 수면 무호흡 진단에 따른 정보를 사용자에게 디스플레이하여 제공하도록 사용자 인터페이스부(미도시)를 제어할 수 있으며, 통신부(미도시)로부터 외부로 전송하도록 제어할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)의 피험자의 상기도 영상 및 흉부 영상을 획득하기 위한 전기 임피던스 단층촬영(EIT) 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 명령에 따른 채널 및 정현파 주파수를 선택하고, 선택된 채널에 해당하는 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)에서의 한 쌍의 전극을 선택한다. 선택된 한 쌍의 전극은 피험자의 얼굴 및 목에 해당하는 상기도 및 흉부에 전류를 주입하는 용도로 사용되고, 선택되지 않은 전극들은 피험자의 표면의 전압을 측정하는 용도로 사용된다.
상기 채널 및 정현파의 주파수가 선택되면, 제어부(130)는 FPGA(미도시)를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 상기 제어신호는 선택된 주파수에 관한 정보를 포함할 수 있다.
FPGA는 제어신호를 수신 및 저장하고, 수신된 제어신호를 근거로 하여 정현파 전압 신호를 생성한다. 특히 FPGA는 제어신호에 포함된 주파수 정보를 근거로 하여 전압 신호를 생성하고, 생성된 전압 신호를 두 개의 16bit D/A 컨버터(미도시)에 전송한다. 이때, FPGA는 16bit D/A 컨버터에 전송된 전압 신호의 진폭을 조절하기 위해 8bit D/A 컨버터(미도시)를 제어한다. 이후, 두 개의 16bit D/A 컨버터에 출력된 전압 신호들은 전압-전류 컨버터(미도시)들에 의해 전류로 변환되고, 두 전류는 교정기(미도시)에 전송된다. 교정기(미도시)는 진폭 및 주파수가 동일하도록 두 전류를 조절한다. 여기서, 상기 두 전류는 180°의 위상 차를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)의 제어 모듈(137)은 상기도 임피던스와 흉부 임피던스의 동시 측정을 위해, 제1 전류 주입 모듈(131) 및 제2 전류 주입 모듈(132)의 주파수와 위상차를 다르게 설정할 수 있으며, 동시에 주입되는 전극의 위치를 제어하여 상호 간섭을 최소화하는 주파수 분리(frequency multiplexing) 및 공간 분리(spatial multiplexing) 방법을 적용할 수 있다.
더불어, 제어부(130)의 제어 모듈(137)은 교정기를 통과한 두 전류가 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)에서의 선택된 전극 쌍에 각각 전송되도록 제1 전류 주입 모듈(131) 및 제2 전류 주입 모듈(132)을 제어한다.
피험자의 얼굴 및 목 둘레, 및 흉부 둘레에 주입된 전류는 내부 조직들의 저항률 또는 도전율 차이에 따라 그 표면에 서로 다른 크기의 전압을 유도(induce)하게 된다. 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)에서 선택되지 않은 전극들이 피험자의 얼굴 및 목 둘레의 표면, 및 흉부 둘레의 표면 전압을 감지하면, 전압 측정 모듈(133)은 선택되지 않은 전극들에 대응하는 감지된 표면 전압을 수신한다.
이후, 전압 측정 모듈(133)은 감지된 표면 전압 데이터의 기울기를 근거로 하여 표면 전압 데이터에 노이즈가 포함되었는지를 판단한 후, 노이즈가 포함되었다면 해당 전압 데이터를 다른 전압 값으로 대체한다. 또한, 제어 모듈(137)은 전압 데이터의 최대값에 따라 전압 증폭기(미도시)의 이득을 조절한다. 예를 들어, 제어 모듈(137)은 전압 데이터의 최대값이 A/D 컨버터(미도시) 최대출력의 90%에 도달하면 전압 증폭기의 이득을 조절하지 않고, 반대로 전압 데이터의 최대값이 A/D 컨버터 최대출력의 90%에 미치지 못하면 전압 증폭기의 이득을 크게 한다.
전압 데이터로부터 노이즈가 제거되고 전압 증폭기의 이득이 조절되면, 전압 측정 모듈(133)은 조절된 이득 값에 따라 전압 데이터를 증폭시키고, A/D 컨버터는 전압 데이터를 디지털 값으로 변환한다.
이후, 임피던스 데이터 획득 모듈(134)은 채널정보 및 이득정보에 기초하여, 채널별 이득정보를 고려하여 전압 데이터를 처리한다. 이득 값이 서로 다르므로 검출된 전압 데이터를 그대로 사용한다면, 피험자의 상기도 및 흉부 내부의 전기적 특성을 정확하게 표현하기 어렵기 때문이다. 따라서, 이득 값에 따라 해당 전압 값을 차감하거나 증대시켜야 한다. 예를 들면, 이득 값이 기준 이득 값보다 더 크다면 해당 전압 값을 줄이고, 이득 값과 기준 이득 값의 비율을 해당 전압 값과 곱할 수 있다.
이에 따라서, 임피던스 데이터 획득 모듈(134)은 채널별 이득정보를 고려하여 전압 데이터를 처리한 후, 전압 데이터를 이용하여 임피던스 데이터를 획득할 수 있다.
이후, 알고리즘 기능 모듈(135)은 임피던스 데이터에서 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하고, 영상 생성 모듈(136)은 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터로부터 피험자의 상기도 및 흉부 내부를 영상화한다. 다만, 피험자의 상기도 및 흉부 표면의 전압 데이터를 이용하여 측정 대상(상기도 또는 흉부) 내부를 영상화하기 위한 다양한 방법이 적용될 수 있다.
또한, 영상 생성 모듈(136)은 피험자의 하악 및 흉곽 형태에 따른 3차원 복원 모델을 형성하기 위해 전극에 위치한 마커를 이용하여 광학적 영상장치 및 길이 측정 장치를 이용하여 외형 정보를 획득할 수 있으며, 이를 이용한 복원 알고리즘을 생성할 수 있다.
여기서, 복원 알고리즘은 3차원 영상을 복원하기 위한 알고리즘으로 일반적으로 사용되는 알고리즘이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)는 피험자의 생체 신호를 센싱하는 감지부(140)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 감지부(140)는 복수 개의 센서를 포함할 수 있으며, 섬유 기반 센서로 수면중인 사용자의 생체 신호를 센싱(sensing)하는 기능을 수행할 수 있다.
실시예에 따라서, 감지부(140)는 피험자의 수면 상태 시, 측정 대상 부위에 따른 동맥혈의 혈중산소포화도(SpO2) 신호를 측정하는 혈중산소포화도 측정 센서, 피험자의 생체 활동에 따른 소리를 감지하는 소리 감지 센서, 피험자의 움직임을 감지하는 자세 측정 센서, 및 측정 대상 부위의 심전도를 측정하는 심전도 측정 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 혈중산소포화도 측정 센서는 피험자의 측정 대상 부위에 부착되어 혈액을 구성하고 있는 여러 가지 성분 중 헤모글로빈 내에 존재하는 산소의 함유량을 나타내는 혈중산소포화도(SpO2, Saturation of peripheral Oxygen)를 측정하는 것일 수 있다.
실시예에 따라서, 혈중산소포화도 측정 센서는 광을 이용하여, 반사되거나 투과한 피험자의 인체의 광용적맥파(PPG, Photoplethysmography)에 관한 신호를 측정하고, 측정된 광용적맥파에 관한 신호에 기초하여 혈중산소포화도를 측정할 수 있다.
또한, 소리 감지 센서는 수면에 따른 호흡, 코골이, 울음 및 잠꼬대 중 적어도 어느 하나의 소리를 감지할 수 있으며, 실시예에 따라서, 소리 감지 센서는 수면 시, 피험자의 측정 대상 부위에 부착되거나 피험자로부터 일정 거리가 떨어져 존재하는 비-접촉의 형태일 수 있다.
또한, 자세 측정 센서는 자이로 센서 및 가속도 센서 중 적어도 어느 하나로부터 형성될 수 있으며, 피험자의 측정 대상 부위에 부착되어 피험자의 움직임에 따른 자세를 측정할 수 있다.
예를 들면, 자세 측정 센서는 가속도 센서를 이용하여 피험자의 수면 자세의 변동을 감지하고, 예컨대 피험자가 수면 중에 누워있거나, 혹은 각성 중에 앉아 있거나 서있게 됨에 따른 수면 자세의 변동 상태를 감지할 수 있다.
또한, 자세 측정 센서는 피험자의 흉부 및 복부 상에 위치하여 호흡에 의한 미세한 각 부위의 위치 변위를 측정할 수 있으며, 이를 통해 호흡 의지를 측정할 수 있다.
심전도 측정 센서는 피험자의 측정 대상 부위에 접촉되어 심전도(electroencephalogram, ECG)를 측정할 수 있다.
여기서, 심전도(ECG)는 심장의 특수흥분전도시스템(special excitatory & conductive system)에 의해 발생되는 활동전위(action potential)을 벡터 합으로 구성된 파형이다. 즉, 심장의 각 구성요소인 동방결절(SA node, sinoatrial node), 방실결절(AV node, atrioventricular node), 히스속(His bundle), 히스속 브랜치(bundle branch), 퍼킨스 섬유(furkinje fibers) 등에서 발생되는 활동전위의 벡터 합 신호를 체외에 부착한 전극으로부터 측정한 신호를 일컫을 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 감지부(140)는 피험자의 뇌파(EEG), 근전도(EMG), 안구전도(EOG), 흉부의 신진동파(SCG) 및 심탄도법(BCG) 중 적어도 어느 하나 이상을 측정할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)의 감지부(140)는 실시예에 따라서, 수면 환경을 측정하는 수면 환경 센서를 더 포함할 수 있으며, 수면 환경 센서는 피험자와 일정 거리가 떨어진 곳에 위치하여 수면 공간의 소음, 빛, 진동, 온도 및 습도 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)의 무호흡 진단부(150)는 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡을 진단한다.
무호흡 진단부(150)는 상기도 영상에 기초하여 시간에 따른 상기도의 개폐 변화, 정도 및 모양 중 적어도 하나를 정량화하고, 흉부 영상에 기초하여 시간에 따른 폐 내부 공기분포의 변화, 정도 및 모양 중 적어도 하나를 정량화할 수 있다.
이에 따라서, 무호흡 진단부(150)는 상기도 영상 및 흉부 영상에서의 정량화된 결과와, 감지부(140)로부터 센싱된 생체 신호를 이용하여 피험자의 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡 증상을 진단할 수 있다.
예를 들면, 무호흡 진단부(150)는 정량화된 상기도 영상 및 흉부 영상과, 센싱된 생체 신호를 이용하여 피험자의 수면 상태를 검출할 수 있다.
무호흡 진단부(150)는 정량화된 상기도 영상 및 흉부 영상과, 센싱된 생체 신호에 의한 심전도, 심탄도, 심진동파, 흉부 및 복부의 움직임 등의 모폴로지(morphology) 정보로부터 피험자의 호흡 또는 무호흡의 수면 상태를 검출할 수 있다.
실시예에 따라서, 무호흡 진단부(150)는 호흡성 동성 부정맥(respiratory sinus arrhythmia)라고 불리는 호흡에 의해 발생되는 심박의 변이 현상에 근거하여 심전도의 생체 신호의 피크 간격을 구하고, 그 간격에 보간법(interpolation)을 적용하여 호흡 신호를 검출할 수 있다. 그러므로, 무호흡 진단부(150)는 호흡신호로부터 무호흡 상태를 검출할 수도 있다.
즉, 무호흡 진단부(150)는 심전도의 생체 신호와 피험자의 상기도 및 흉부에 대해 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 이용하여 피험자의 호흡 또는 무호흡의 수면 상태를 검출할 수 있다.
또한, 무호흡 진단부(150)는 무호흡의 수면 상태를 검출할 경우, 상기도 개폐를 나타내는 상기도 영상에서의, 폐 내부의 공기분포를 영상화한 흉부 영상의 비교, 및 생체 신호를 이용하여 폐쇄성 무호흡 또는 중추성 무호흡의 수면 상태를 검출할 수 있다.
예를 들면, 무호흡 진단부(150)는 상기도 영상 및 흉부 영상과, 생체 신호를 이용하여 피험자의 상기도를 통한 공기 흐름의 장애로 인하여 잦은 각성과 혈중산소포화도 농도의 저하가 반복적으로 나타나는 폐쇄성 무호흡증 또는 10초 이상 무호흡이 진행되나 호흡의 노력이 없는 중추성 무호흡증의 수면 상태를 검출할 수 있다.
또한, 무호흡 진단부(150)는 무호흡이 발생되는 구간(시간)에서의 상기도 영상 및 흉부 영상을 비교하여, 상기도 개폐가 외부적인 원인에 의해 폐쇄되는 폐쇄성 무호흡, 대뇌나 뇌간에 이상이 생겨 호흡을 명령하는 신호가 전달이 되지 않아 호흡운동을 멈추게 되어 발생되는 중추성 무호흡, 및 폐쇄성 무호흡과 중추성 무호흡이 모두 나타나는 복합성 무호흡 중 적어도 하나의 무호흡 증상을 진단할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 실시예를 도시한 것이고, 도 2b는 상기도 전극부 및 흉부 전극부의 개략적인 도면을 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 피험자의 상기도 및 사용자의 흉부에 각각 부착 가능한 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)를 포함하고, 피험자의 측정 대상 부위에 부착된 감지부(140)를 포함할 수 있다.
피험자의 얼굴 및 목 둘레에 부착된 상기도 전극부(110)는 베이스 플레이트(30a) 상에 일정한 간격으로 형성되어 상기도 영역 주변의 얼굴 표면에 부착되며, 상기도의 개폐에 대한 임피던스 데이터를 측정할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기도 전극부(110)가 형성된 베이스 플레이트(30a)는 마스크형 플레이트, 벨트형 플레이트, 전극 벨트 및 케이블 벨트 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기도 전극부(110)는 상기도 영역 주변의 얼굴 표면에 부착된 복수의 제1 전극들(20a)을 보호하기 위해 복수의 제1 전극들(20a)을 감싸는 형태로 구성된 벨트 또는 마스크 형태의 보호장구에 형성될 수 있다.
이러한 형태의 보호장구는 사용자가 자연 수면 시 압박을 느끼는 정도를 감소시킴과 동시에 유도전압을 측정할 수 있는 정도의 접촉수준을 유지하는 역할을 하며, 기존 초음파 프로브의 압력 정도에 비해 압박감이 매우 감소될 수 있다. 그러므로, 이러한 구조의 상기도 전극부(110)를 사용하여 자연 수면 상태에서 장시간동안 사용자의 상기도 폐쇄 여부를 용이하게 측정할 수 있다.
실시예에 따라서, 복수의 제1 전극들(20a)은 은(Ag) 도금된 탄성섬유 또는 고분자 나노섬유(PVDF nanofiber web)를 기반으로 제작된 전도성 섬유전극을 포함할 수 있으나, 실시예에 따라서는 장시간 측정에 대한 피부 반응이 적은 다양한 재질의 전극으로 형성될 수도 있으므로, 이에 한정되는 것은 아니다.
피험자의 흉부 둘레에 부착된 흉부 전극부(120)는 베이스 플레이트(30b) 상에 일정 거리의 간격을 유지하여 형성되며, 피험자의 흉부에 부착되어 피험자의 수면 상태 시, 호흡에 따른 폐의 형상으로부터 임피던스를 측정할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 흉부 전극부(120)가 형성된 베이스 플레이트(30b)는 벨트형 배열 전극의 형상으로 반드시 한정되지는 않는다. 이외에도 자연 수면 시 피험자가 느끼는 압박감을 최소화하면서 데이터 측정 수준을 높이기 위한 접촉수준을 고려하여 조끼 형태, 벨트 형태 및 패치 형태 중 적어도 어느 하나의 형상이나 구조를 가지는 배열의 흉부 전극부(120)를 포함하는 베이스 플레이트(30b)도 충분히 적용될 수 있다.
도 2a에서, 본 발명의 실시예에 따른 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)의 복수의 전극들(20)은 베이스 플레이트(30) 상에 일정한 간격으로 형성되거나 측정 대상 부위(상기도 및 흉부)의 특성 및 활용 용도에 따라 다양한 배열 및 구조로 배치될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(30)는 피험자의 상기도 및 흉부 또는 복부를 포함하는 측정 대상 부위에 두른 상태로 임피던스를 측정할 수 있도록 일정한 길이 및 넓이를 가질 수 있으나, 길이 및 넓이는 실시예에 따라 변형 가능하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)는 피험자의 상기도 또는 흉부에 부착되어 복수의 전극들(20)을 2차원 또는 3차원으로 배열하는 방식으로 전극 배열 구조와 측정 구조의 변경을 통하여 상기도 또는 흉부 근처 표면에서의 전기장 분포를 효과적으로 측정할 수 있다.
실시예에 따라서, 베이스 플레이트(30) 상에 형성된 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)는 3차원적 배열로 배치되어 각각의 레이어에 대응하는 임피던스 측정이 가능하게 함으로써, 특정 위치에서의 2차원적인 단면 영상만을 제공하는 종래의 방법보다 정확하고 효과적인 진단을 도모할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 피험자의 측정 대상 부위에 부착된 감지부(140)는 피험자의 측정 대상 부위에 접촉되어 생체 신호를 센싱할 수 있다.
감지부(140)는 피험자의 측정 대상 부위의 어느 곳에나 접촉될 수 있으므로, 접촉되는 측정 대상 부위의 위치 및 개수는 도 2a에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 감지부(140)는 소리 감지 센서, 자세 측정 센서 및 심전도 측정 센서 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 피험자의 인체에 부착하기 위한 섬유 기반의 센서일 수 있다. 또한, 감지부(140)는 복수의 센서를 일컫을 수도 있다.
실시예에 따라서, 상기 복수의 센서는 피험자의 인체의 서로 다른 부위에 부착될 수 있으며, 감지부(140)는 상기 복수의 센서를 통칭하는 구성요소일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치의 감지부는 피험자의 혈중산소포화도를 측정하기 위해, 손끝이나 발끝에 있는 말초혈관에 흐르는 혈류 량을 적색 광원을 이용하여 투과하는 광량을 측정하는 광센서를 사용하여 산소포화도(SpO2) 신호를 측정할 수 있다.
예를 들면, 감지부는 손가락 끝에 끼워지는 측정 단자 형태로 구성되며, 발광부에 660nm의 적색 LED와 940nm의 적외선 LED가 구성되고, 수광부에는 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor)를 부착한 광 모듈(optic module)로 구성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)는 복수의 전극(20)이 마련되며, 측정하고자 하는 피험자의 얼굴 및 목 둘레 또는 흉부 둘레를 따라 장착 가능하다. 이를 위해, 상기도 전극부(110) 및 흉부 전극부(120)는 복수의 전극들(20)이 마련되는 베이스 플레이트(30)(이하, 전극벨트로 지칭함)를 포함한다.
이하에서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 복수의 전극들(20)을 포함하는 전극벨트에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에 도시된 수면 무호흡 측정장치에 채용된 복합 전극을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b를 다시 살펴보면, 케이블 벨트(61)는 복수의 전극들(20)(이하, 복합 전극으로 지칭함)이 고정된 전극 설치홀(31)을 통해 노출되는 커넥터(22, connecter)에 연결된다. 이때, 케이블 벨트(61)는 복합 전극(20)에 대응하여, 전류를 주입하기 위한 복수의 연결 케이블 단자(61a)를 포함할 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치(100)의 전압 측정 모듈(133)은 케이블 벨트(61)를 통해 복합 전극(20)에 주입된 전류에 의해 유기된 전압을 측정한다. 구체적으로, 케이블 벨트(61)를 통해 다 주파수의 전류를 생성하여 크기와 위상을 제어하면서 피험자에 장착된 전극벨트(30)의 복수의 전극들(20)로 전류를 인가한다. 이때, 상기 다 주파수를 갖는 전류는 복합 전극(20)의 제1전극(21)을 통해 주입되며, 주입된 전류에 의해 유기된 전압차 신호를 복합 전극(20)의 제2전극(24)을 이용해 획득한다.
도 3a를 참조하면, 복합 전극(20)은 전류를 주입하는 도전성 재질의 제1전극(21)과, 전압을 측정하는 도전성 재질의 제2전극(24), 케이블 벨트(61)와 연결되는 버튼형태의 커넥터(22)로 구성된다. 제1전극(21)은 제2전극(24)과 비교하여 상대적으로 넓은 면적을 가지고 전류를 주입하고, 제2전극(24)은 제1전극(21)에 비해 상대적으로 작은 면적을 가지고 전압을 측정하며, 반복되는 복합 전극(20)의 제2전극(24)과 케이블 벨트(61)상에서 한 쌍으로 마련된다.
이때, 제1전극(21)의 평판 형상을 가지며, 단추모양의 커넥터(22)는 제1전극(21) 및 제2전극(24)과 연결되어 돌출되도록 한 쌍의 돌기 형상을 가진다. 이러한 복수의 복합 전극(20) 각각의 제1 및 제2 전극(21)(24)은 비전도성 재질로 형성되는 비전도체(23)를 사이에 두고 전극벨트(30)에 설치된다.
한편, 복수의 전극들(20)이 복합 전극을 포함하는 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않으며, 도 3b와 같은 단순 전극(20')을 포함하는 변형예도 가능하다. 단순 전극(20')의 경우, 전류의 주입 또는 전압의 측정이 하나의 도전성 전극(21')으로 이루어지며, 비전도체(22')에 지지된다.
또한, 전극(20, 20')은 유연한 소재의 전도성 섬유 또는 전도성 고분자 물질로 제작되거나 건식전극 형태를 갖을 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 전극벨트를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4e는 전극벨트가 피험자의 인체에 부착된 예를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 전극벨트(30)는 섬유, 실리콘과 같은 고분자 화합물과 같은 탄성 재질로 형성되며, 마련된 복수의 전극 설치홀(31)의 개수 및 설치되는 복수의 복합 전극(20)의 개수는 변경 가능하다. 한편, 전극벨트(30)의 양단부에는 상호 결합되는 한 쌍의 고정부(32)가 마련되어, 피험자의 인체의 둘레에 감겨진 상태를 상호 고정되어 유지시킨다.
본 발명의 실시예에서는 전극벨트(30)가 피험자의 측정 대상 부위인 얼굴 및 목 둘레 또는 흉부 둘레를 따라 감싸져 양단부에 마련된 벨크로(Velcro) 타입의 고정부(32)에 의해 상호 고정되는 것으로 도시 및 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정되지 않으며, 고정부(32)가 후크 타입 등과 같이 다양한 고정수단 중 어느 하나로 채용될 수 있음은 당연하다.
전극벨트(30)는 도 4b와 같이 복수의 복합 전극(20)이 설치되어 피험자에 접촉되는 접촉면(33)과 도 4c와 같이 접촉면(33)에 대향하여 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)를 향해 노출되는 노출면(34)를 구비한다. 이때, 전극벨트(30)의 접촉면(33)에는 복합 전극(20)의 제1전극(21)과 제2전극(24)이 노출되며, 노출면(34)에는 케이블 벨트(61)와 연결되는 커넥터(22)가 전극 설치홀(31)을 통해 노출된다. 아울러, 전극벨트(30)의 노출면(34)에는 복수의 복합 전극(20) 각각의 정보에 대응되는 다수의 색과 패턴으로 형성된 표시부(40) 즉, 마커(marker)가 복수의 복합 전극(20)에 각각 대응되도록 복수개 마련된다.
실시예에 따라서, 표시부(40) 즉, 마커는 복합 전극(20) 마다 각기 다른 모양으로 형성되어 있을 수 있고, 그에 따른 서로 다른 채널번호 혹은 데이터정보를 포함하고 있어 표시부(40)의 인식(감지)에 따라 전극의 위치를 확인할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 전극벨트(30)는 피험자의 측정 대상 부위에 부착되는 감지부(140)를 더 포함할 수 있으며, 감지부(140)가 포함되어 피험자의 표면에 부착될 수 있다.
감지부(140)의 구성은 도 1 및 도 2a에서 전술하였으므로, 생략하기로 한다.
도 4e를 참조하면, 전극벨트에 포함된 복합 전극(20)은 측정하고자 하는 피험자(1)의 인체 둘레에 따라 3차원 배열로 배치되며, 선택되는 전극 쌍을 통해 전류를 주입하고, 주입된 전류에 따라 인가된 전압을 측정하여 각각의 레이어에 대응하는 임피던스 측정이 가능하므로, 특정 위치(흉부 또는 상기도)에서의 3차원적인 영상을 획득할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 피험자의 상기도에 대한 시간에 따른 측정 데이터 및 영상을 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 피험자의 측정 대상 부위에서의 센싱된 생체 신호의 측정 데이터를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 피험자에 대한 혈중산소포화도(SpO2), 산소 흐름(Airflow), 서미스터(Thermister), 흉곽(Thorax) 및 복부(abdomen) 각각에 대한 시간에 따른 측정 데이터를 수집할 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 저호흡(Hypopnea) 또는 무호흡(Obstructive apnea)의 구간을 감지할 수 있고, 감지된 구간에 대응하는 시간(T1, T2, …, T19)을 감지할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 시간(T1, T2, …, T19)에 따른 상기도 영상을 획득할 수 있으므로, 저호흡 또는 무호흡에서의 상기도 개폐를 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 저호흡 구간인 T1 내지 T7에서의 상기도 영상과, 무호흡 구간인 T12 내지 T20에서의 상기도 영상을 비교해 보면, 저호흡 구간과 무호흡 구간에서의 상기도 개폐를 보다 선명하고 정확하며 정량화하여 확인할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 피험자의 흉부에서 호흡구간 및 무호흡구간에서 영상화한 임피던스 데이터로부터 수치화한 구간에 따른 측정 데이터 및 코골이 소리 데이터와 흉부 임피던스 영상을 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 피험자의 흉부에서 감지된 전압에 따른 폐 EIT의 측정 데이터 및 감지부로부터 센싱된 코골이(snoring) 신호를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 폐 내부의 공기분포에 따른 폐 EIT의 측정 데이터와, 측정된 코골이 신호에 기초하여 무호흡(apnea) 구간을 감지할 수 있다.
도 7b는 감지된 무호흡 구간에서의 영상화된 흉부 영상을 도시한 것이다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 흉부 영상을 통해 폐 내부의 공기분포에 따른 날숨(expiration) 및 들숨(inspiration)을 확인할 수 있다.
그러므로, 흉부 임피던스 영상을 통해 무호흡, 저호흡 시 폐 내부 기저 공기량 및 변화량을 영상화할 수 있다.
이에 따라서, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 영상화된 흉부 영상, 센싱된 생체 신호(코골이 신호) 및 흉부 전극부로부터 측정된 전압에 기초하여 피험자의 무호흡을 판단할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 무호흡 구간에서의 상기도 영상 및 흉부 영상의 변화를 도시한 것이다.
도 8a는 무호흡 구간(A)에서의 측정된 상기도 영상에 따른 상기도 개폐 변화를 도시한 것이고, 도 8b는 무호흡 구간(A)에서의 측정된 흉부 영상에 따른 폐 내부의 공기분포 변화를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 도 8a의 무호흡 구간(A)이 아닌 구간에서 상기도 영상을 살펴보면, 상기도가 열려있는 것을 확인할 수 있다(가장 왼쪽의 상기도 영상임. 정상 상태인 경우 늘 열려 있기 때문에 영상에서 변화가 없는 것으로 표시됨). 또한, 무호흡 구간(A)에서의 상기도 영상을 살펴보면, 상기도가 닫혀 있는 것을 확인할 수 있고(가운데의 상기도 영상임. 상기도 폐쇄로 인해 내부 조직의 형태 변화로 인한 임피던스 영상변화가 표시됨), 무호흡 구간(A)이 끝나기 바로 직전에서의 상기도 영상을 살펴보면, 상기도가 열리는 것의 중간 과정을 확인할 수 있다(가장 오른쪽의 상기도 영상임).
도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 흉부 전극부로부터 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터, 광용적맥파(PPG) 및 혈중산소포화도(SpO2)로부터 무호흡 구간(A)을 감지하고, 감지된 무호흡 구간(A)에서의 흉부 영상을 통해 폐 내부의 공기분포에 따른 날숨(expiration) 및 들숨(inspiration) 시 공기변화량을 확인할 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치는 무호흡 구간(A)에서의 상기도의 개폐여부 및 폐 내부의 공기분포를 확인하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡 증상을 진단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡을 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서 피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착된 복수의 제1 전극들 및 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착된 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급한다.
단계 910은 복수의 제1 전극들 중 선택된 전극 쌍 및 복수의 제2 전극들 중 선택된 전극 쌍, 및 주파수를 선택하고, 선택된 서로 다른 주파수에 따른 전압 신호를 생성하여 전류로 변환하며, 선택된 전극 쌍들을 통해 피험자의 얼굴 및 목과, 흉부에 상기 변환된 전류를 각각 주입하는 단계일 수 있다.
단계 920에서 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정한다.
단계 930에서 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터를 획득한다.
단계 940에서 획득된 임피던스 데이터에 신호 분리 알고리즘을 적용하여 서로 다른 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 생체 잡음 신호로부터 분리한다.
단계 940은 획득된 임피던스 데이터에 ICA(Independent Component Analyses) 알고리즘인 신호 분리 알고리즘을 적용하여 서로 다른 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하고, 분리된 임피던스 데이터 각각에 신호 크기 복원 알고리즘을 적용하여 원신호로 복원하는 단계일 수 있다.
단계 950에서 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터에 기초하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화한다.
단계 950은 복원된 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터로부터 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수면 무호흡 측정방법은 피험자의 생체 신호를 센싱하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
단계 960에서 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡을 진단한다.
단계 960은 상기도 영상 및 흉부 영상에서의 정량화된 결과와, 센싱된 생체 신호를 이용하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나의 무호흡 증상을 진단하는 단계일 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (18)
- 전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제1 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착되는 상기도 전극부;
전류 주입 및 전압 감지를 위한 복수의 제2 전극들이 형성되며, 측정하고자 하는 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착되는 흉부 전극부;
상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급하고, 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정하며, 상기 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터로부터 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하여 영상화하는 제어부; 및
상기 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡 정도를 측정하는 무호흡 진단부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 임피던스 데이터에 대하여 신호분리행렬을 산출하고, 상기 산출된 신호분리행렬을 이용하여 상기 임피던스 데이터로부터 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터를 분리하며, 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터와 상기 임피던스 데이터 간의 신호크기 복원변수를 산출하고, 상기 산출된 신호크기 복원변수를 이용하여 상기 흉부 임피던스 데이터 및 상기 임피던스 데이터의 크기를 상기 임피던스 데이터의 크기로 복원하는
수면 무호흡 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 피험자의 얼굴 및 목 둘레에 부착된 상기 복수의 제1 전극들 중에서 적어도 하나의 선택된 전극 쌍을 통하여 복수의 주파수 범위를 갖는 전류를 주입하는 제1 전류 주입 모듈; 및
상기 피험자의 흉부 둘레에 부착된 상기 복수의 제2 전극들 중에서 적어도 하나의 선택된 전극 쌍을 통하여 복수의 주파수 범위를 갖는 전류를 주입하는 제2 전류 주입 모듈
을 포함하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 전류 주입 모듈 및 상기 제2 전류 주입 모듈 중 어느 하나는
상기 선택된 전극 쌍 및 주파수를 선택하고, 상기 선택된 주파수에 따른 전압 신호를 생성하여 전류로 변환하며, 상기 선택된 전극 쌍들을 통해 상기 피험자의 얼굴 및 목과, 상기 흉부에 상기 변환된 전류를 각각 주입하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는
상기 복수의 제1 전극들 중 선택되지 않은 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들로부터 상기 주입되는 전류에 따라 유기된(induced) 전압을 측정하는 전압 측정 모듈;
상기 측정된 전압에 기초하여 임피던스 데이터를 획득하는 임피던스 데이터 획득 모듈; 및
복원된 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터에 기초하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화하는 영상 생성 모듈
을 더 포함하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제4항에 있어서,
상기 전압 측정 모듈은
상기 측정된 전압의 기울기를 근거로 하여 상기 측정된 전압에 포함된 노이즈를 제거하고, 상기 측정된 전압의 기울기가 임계값을 초과하는 경우, 상기 임계값을 초과하는 구간의 전압을 기설정된 전압값으로 대체하고,
상기 임피던스 데이터 획득 모듈은
상기 노이즈가 제거된 전압에 기초하여 상기 임피던스 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 획득된 임피던스 데이터에 ICA(Independent Component Analyses) 알고리즘인 상기 신호 분리 알고리즘을 적용하여 서로 다른 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터를 분리하고, 상기 분리된 임피던스 데이터 각각에 신호 크기 복원 알고리즘을 적용하여 원신호의 크기로 보상하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 전극 쌍들의 선택을 제어하고, 상기 피험자의 생체 신호의 센싱을 제어하는 제어 모듈
을 더 포함하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 피험자의 생체 신호를 센싱하는 감지부
를 더 포함하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제8항에 있어서,
상기 무호흡 진단부는
상기 상기도 영상에 기초하여 시간에 따른 상기도의 개폐 변화, 정도 및 모양 중 적어도 하나를 정량화하고, 상기 흉부 영상에 기초하여 시간에 따른 폐 내부 공기분포의 변화, 정도 및 모양 중 적어도 하나를 정량화하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제9항에 있어서,
상기 무호흡 진단부는
상기 상기도 영상 및 상기 흉부 영상에서의 상기 정량화된 결과와, 상기 감지부로부터 센싱된 상기 생체 신호를 이용하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나와 관련된 무호흡 정도를 측정하는 수면 무호흡 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들은 단순 전극 또는 복합 전극 중 적어도 어느 하나이며, 플렉시블(Flexible)한 탄성 재질로 구성된 베이스 플레이트의 일면에 배열되어 상기 상기도 및 상기 흉부 각각에 부착되는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정장치.
- 수면 무호흡 측정장치를 이용하여 피험자의 수면 무호흡 정도를 측정하는 방법에 있어서,
피험자의 얼굴 및 목 둘레를 따라 부착된 복수의 제1 전극들 및 피험자의 흉부 둘레를 따라 부착된 복수의 제2 전극들 각각에서의 적어도 하나 이상의 선택된 전극 쌍들에 전류를 선택적으로 공급하는 단계;
상기 복수의 제1 전극들 및 상기 복수의 제2 전극들 중 선택되지 않은 전극들을 통해 전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 전압에 따른 임피던스 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득된 임피던스 데이터에 신호 분리 알고리즘을 적용하여 서로 다른 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하는 단계;
상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터에 기초하여 상기도 영상 및 흉부 영상을 영상화하는 단계; 및
상기 영상화된 상기도 영상 및 흉부 영상을 정량화하여 무호흡 정도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 서로 다른 상기도 임피던스 데이터 및 흉부 임피던스 데이터를 분리하는 단계는,
상기 임피던스 데이터에 대하여 신호분리행렬을 산출하는 단계;
상기 산출된 신호분리행렬을 이용하여 상기 임피던스 데이터로부터 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터를 분리하는 단계;
상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터와 상기 임피던스 데이터 간의 신호크기 복원변수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 신호크기 복원변수를 이용하여 상기 흉부 임피던스 데이터 및 상기 임피던스 데이터의 크기를 상기 임피던스 데이터의 크기로 복원하는 단계
를 포함하는 수면 무호흡 측정방법.
- 제12항에 있어서,
상기 전류를 선택적으로 공급하는 단계는
상기 복수의 제1 전극들 중 선택된 전극 쌍 및 상기 복수의 제2 전극들 중 선택된 전극 쌍, 및 주파수를 선택하고, 상기 선택된 주파수에 따른 전압 신호를 생성하여 전류로 변환하며, 상기 선택된 전극 쌍들을 통해 상기 피험자의 얼굴 및 목과, 상기 흉부에 상기 변환된 전류를 각각 주입하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정방법.
- 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 영상화하는 단계는
복원된 상기 상기도 임피던스 데이터 및 상기 흉부 임피던스 데이터로부터 상기 상기도 영상 및 상기 흉부 영상을 영상화하는 수면 무호흡 측정방법.
- 제12항에 있어서,
상기 피험자의 생체 신호를 센싱하는 단계
를 더 포함하는 수면 무호흡 측정방법.
- 제16항에 있어서,
상기 무호흡 정도를 측정하는 단계는
상기 상기도 영상 및 상기 흉부 영상에서의 정량화된 결과와, 상기 센싱된 생체 신호를 이용하여 폐쇄성 무호흡, 중추성 무호흡 및 복합성 무호흡 중 적어도 어느 하나와 관련된 무호흡 정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 수면 무호흡 측정방법.
- 제12항, 제13항 및 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위하여 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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