KR20170114753A - 수면관리장치를 이용한 온수매트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법에 관한 것으로서, 온수매트 내에 가속도센서 및 온도센서를 장착한 후 이를 이용하여 수면 중 발생하는 신체의 움직임 등의 수면 행동 변화를 감지 및 분석하고, 분석된 정보 데이터를 통해 온수매트의 온도를 제어하여 수면자의 최적화된 수면 환경을 제공할 수 있는 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법에 관한 것이다.

Description

수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법{WARM WATER MAT USING SLEEPING MANAGEMENT APPARATUS AND SLEEPING MANAGEMENT METHOD}

본 발명은 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 센서를 활용하여 수면 상황을 감지 및 분석을 통해 수면자에게 최적화된 수면환경을 제공하기 위한 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 일상 행위 중 수면은 매우 중요한 것으로서, 주기적으로 되풀이하는 생리적인 의식 상실과 흡사한 상태로, 과학적으로 취급할 때는 뇌파를 감지하여 수면상태를 파악한다. 뇌파는 수면이 깊어짐에 따라 그 주파수가 느려지는 방향으로 변화한다. 최근 상당히 깊은 수면이라고 생각되는 시기가 있다는 것이 알려졌는데 이를 파라(para)수면이라 부른다. 파라수면은 REM수면이라 불리는데 약 1시간 반의 간격으로 하룻밤에 3~5회 규칙적으로 수면단계가 나타나며 새벽이 될수록 길어지는 경향이 있다. 반대로 보통수면인 오르토(ortho)수면은 새벽에 주로 일어나며 수면의 심도가 얕아진다.

수면의학에서는 수면자의 수면 단계를 wake/stage 1~4/REM 수면으로 나누고, 수면 중의 단계 분석을 통하여 수면자의 수면 질을 평가하게 된다.

수면자의 수면 분석을 위한 일반적인 기술로는 뇌파(Electroencephalogram)의 주파수 분석, 심장 박동수의 변화(Heart Rate Variability)를 이용한 분석, 산소포화도(Oxygen Saturation)를 이용한 분석, 액티그래프(Actigraph)를 이용한 분석 등이 있다. 이러한 기술들 중 산소포화도 이용한 분석 기술 및 액티그래프를 이용한 분석 기술은 저비용으로 간단하게 수면 분석을 하기 위해 사용된다.

그런데, 이러한 수면 분석의 적합성을 결정하기 위해서는 제공된 수면 분석 시스템 위에서 오랜 기간 동안 수면 체험을 실시하여야 하나, 통상적으로 잠시 동안의 테스트만으로 선택할 뿐이다.

따라서, 수면자의 신체 변화에 기초하여 수면 시스템의 지지 및 안락 특성을 자동으로 조정할 수 있는 수면 관리 시스템이 필요하다.

특히, 수면 관리 시스템 중 온수매트를 사용하는 수면자는 온도에 민감하게 반응하여 수면 중에 온도 변화가 심할 경우 쉽게 잠에서 깨거나, 수면 중에 움직임 빈도가 높아 숙면을 취할 수 없는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2011-0069332호(2011.06.23)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 온수매트 내에 가속도센서 및 온도센서를 장착한 후 이를 이용하여 수면 중 발생하는 신체의 움직임 등의 수면 행동 변화를 감지 및 분석하고, 분석된 정보 데이터를 통해 온수매트의 온도를 제어하여 수면자의 최적화된 수면 환경을 제공할 수 있는 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수면관리장치를 이용한 온수매트는, 온수매트 내에 설치되어 수면자의 신체 상태의 변화에 따라 가속도를 측정하는 가속도센서; 상기 온수매트의 온도를 측정하는 온도센서; 및, 상기 가속도센서에서 감지된 수면자의 신체 움직임 정보를 제공받아 온수매트의 온도를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 온수매트를 이용한 수면관리방법은, 매트리스 내에 복수 개의 가속도센서를 배치하는 단계; 상기 가속도센서로부터 수면자의 신체 움직임 정보에 따른 가속도를 측정하는 단계; 및, 상기 수면자의 신체 움직임 정보에 따라 매트리스의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 수면관리장치를 이용한 온수매트 및 수면관리방법에 의하면, 수면 중 발생하는 신체의 움직임 등의 수면 움직임 정보를 통해 온수매트의 온도를 제어하여 수면자의 수면 자세를 변경하도록 유도하여 수면자가 숙면을 취할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 수면자의 수면 정보를 실시간으로 모니터링하거나 원격으로 수면상태를 제어할 수 있다.

발열부를 다수의 구역으로 나누어 각 발열부를 별도로 제어함으로써 각 구역별로 원하는 수면 환경 및 온도를 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 온수매트에 장착된 센서부를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수면관리장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 온수매트에 장착된 센서부를 나타내는 도면이다.

온수매트는, 온수를 열원으로 사용하는 온열장치로서, 상면 전체에 걸쳐 지그재그로 온수를 순환시키는 온수관(p)이 깔려 있는 매트리스(m)와, 상기 온수관(p)이 연결되고 온수를 순환시키며 온수의 온도를 제어하는 보일러(미도시)로 구성된다.

상기 온수매트에 따르면, 상기 매트리스(m)는 센서부(10)를 포함하고, 보일러는 제어부(20)를 포함한다.

상기 센서부(10)는 매트리스(m) 내에 균일하게 다수개 배치되어 있으며, 상기 센서부(10) 각각에는 가속도센서(11)와 온도센서(15)가 포함된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 매트리스(m)는 다수 영역들로 구획되고, 구획된 각각의 영역마다 가속도센서(11)와 온도센서(15)가 하나의 셀 형태로 내장되어 있다.

이에 따라, 상기 센서부(10)의 가속도센서(11)는 수면자의 수면 상태에서 수면자의 움직임 정도를 감지하여 매트리스(m)의 변화 신호를 출력하되, 매트리스(m)에 대한 가속도센서(11)의 위치 좌표를 포함하여 출력할 수 있다.

한편, 상기 매트리스(m)를 동일한 크기를 가지는 다수의 영역들로 구획하고, 구획된 각각의 영역마다 센서부(10)를 내장하는 하나의 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 수면자가 주로 매트리스(m)의 중앙 부근에 위치하여 수면상태가 되므로 매트리스(m)를 다수의 영역들로 구획시 센서부(10)를 매트리스(m)의 중앙부에 그 길이방향을 따라 설치하는 동시에 상기 중앙부를 기준으로 그 양측으로 일정 간격을 두고 이격하여 설치할 수 있다.

특히 매트리스(m)의 발열부를 복수의 구역으로 나누어 각 발열부의 온도를 별도로 제어하도록 구성함에 따라 각 구역별로 원하는 수면 환경 및 수면 온도를 관리할 수 있다.

상기 발열부의 개수는 부분적으로 온기를 제공하고자 하는 부위의 개수에 따라 다양하게 결정될 수 있으며, 사용자의 수에 따라서도 다양하게 결정될 수 있다. 다만 지나치게 세분화하는 경우에는 조절 부위가 많아지게 되므로 바람직하지 않다.

또한, 상기 센서부(10)는 충분한 성능을 발휘할 수 있도록 매트리스(m)의 표면에 인접하여 배치하는 것이 바람직하다. 이는 수면자의 수면 상태에 따라 변화하는 매트리스(m)의 변화 신호를 정확하게 감지할 수 있도록 하기 위함이다.

여기서, 상기 가속도센서(11)는 수면자의 수면상태에 따라 매트리스(m)에 가해지는 신체의 움직임 정도를 측정하는 센서로서, 수면자의 신체와 맞닿아 신체의 움직임이나 호흡에 따른 움직임 정도를 감지할 수 있다. 이러한 움직임 정도를 측정한 감지 결과를 제1센싱신호로 출력한다.

또한, 상기 온도센서(15)는 수면자의 수면 시, 온수에 의한 매트리스(m)의 표면 온도를 감지하고 감지 결과를 제2센싱신호로 출력한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 센서부(10)는 가속도센서(11) 및 온도센서(15)의 측정에 의해 발생한 아날로그 신호를 전송하기 위해 디지털 데이터로 변환하는 센서신호 변환모듈(12,16)과 이 변환된 디지털 데이터를 제어부(20)로 전송하는 센싱데이터 전송모듈(13,17)을 포함한다.

상기 센서부(10)의 센싱데이터 전송모듈(13,17)은 감지된 신체의 움직임 정보 및 온도 정보가 무선으로 전송되도록 하는 것이 바람직하며, 지그비(Zigbee), 무선랜, 블루투스 등의 근거리 무선 통신이 이용될 수 있다.

이러한 무선 통신을 이용하기 위하여 센서부(10)의 센서신호 변환모듈(12,16)은 상기 가속도센서(11) 및 온도센서(15)가 측정한 아날로그 신호를 무선 전송을 위한 디지털 데이터로 변환한다.

아울러, 상기 센서부(10)에서의 데이터 전송이 무선으로 전송하는 경우에 한정되는 것은 아니며, 전원공급과 전송의 안전성을 확보하기 위하여 센서부(10) 내의 가속도센서(11) 및 온도센서(15)에서 측정된 아날로그 신호를 제어부(20)에 유선으로 연결하여 전달할 수도 있다.

상기 가속도센서(11)의 제1센싱신호와 온도센서(15)의 제2센싱신호는 통신부(미도시)를 통해 유/무선 통신 방식을 이용하여 보일러의 제어부(20)로 전송된다.

상기 제어부(20)는 센서부(10)로부터 전송된 센싱 데이터, 즉 제1센싱 데이터와 제2센싱 데이터로부터 수면자의 수면 상태를 인식할 수 있다.

상기 제어부(20)는 크게 정보 처리부(21)와 정보 표시부(22)로 구성된다.

상기 정보 처리부(21)는 상기 수면자의 수면 상태의 정보를 외부에 전송하고, 외부로부터의 제어신호를 수신하여 원격으로 온수매트의 온도 관리가 가능하게 된다.

상기 정보 처리부(21)는 센싱데이터 수신모듈(21a), 수면상태 감지모듈(21b), 제어신호 생성모듈(21c), 원격관리 통신모듈(21d)을 포함하여 구성된다.

상기 센싱데이터 수신모듈(21a)은 가속도센서(11)에서 감지된 신체 움직임 정보를 수신한다. 상기와 같이 감지된 신체 움직임 정보는 유선으로 수신되거나, 지그비, 무선랜 등의 근거리 무선 통신을 통해 이용 가능하다.

상기 수면상태 감지모듈(21b)은 센싱데이터 수신모듈(21a)이 수신한 신체 움직임 정보를 이용하여 수면자의 수면상태를 감지한다. 이때, 상기 신체 움직임 정보는 센싱데이터 수신모듈(21a)에서 감지되는 움직임 정보를 받아 일정 수치를 기준으로 수면 상태를 등급별로 구분하여 판별하게 된다.

수면자의 움직임을 등급별로 분류하여 나타내는 등급별 움직임 데이터는 개개인마다 각기 다르기 때문에 학습 알고리즘을 이용하여 사용자별로 정량화할 수 있는 객관적인 지표로 제공되는 것이 바람직하다.

상기 수면자의 신체 움직임 정보는 수치에 따라 등급별로 분류된 상태에서, 현재 수집되는 신체 움직임 데이터와 비교하고, 이를 통해 가장 유사한 수면 상황을 나타내는 데이터를 찾게 된다. 즉, 수면상태 감지모듈(21b)은 수면자의 수면 중 매트리스(m) 내의 가속도센서(11)를 통한 신체 움직임 정보를 관리서버(30)에 지속적으로 저장하고, 저장된 정보에 따라 수면자의 수면 패턴을 파악하여 현재 수면자의 수면 상태를 파악하는 방식을 취하는 것이 바람직하다.

상기 제어신호 생성모듈(21c)은 수면상태 감지모듈(21b)이 감지한 수면 상태에 따라 그에 대응하는 온도로 매트리스(m)의 온도를 제어하기 위한 제어신호를 생성한다.

본 발명의 실시예에서는 온수매트의 매트리스(m) 변형을 이용한 수면자세의 변경을 통해 매트리스(m)의 온도를 제어하도록 한 것으로서, 예를 들어 수면자가 수면 시 자세를 변경할 경우 가속도센서(11)가 이를 신체 움직임 정보로 판단하게 되는 것이다.

상기 정보 처리부(21)는 관리서버(30)와 통신망을 통해 연결되며 유선 또는 무선을 통한 연결이 모두 가능하다. 특히 수면상태 감지모듈(21b)에서 수신한 수면자의 수면 상태에 대한 정보를 통신망을 통해 연결된 관리서버(30)로 전송하여 저장한다.

그리고 상기 관리서버(30)는 수면 상태에 대한 정보를 분석하고, 분석된 정보를 통해 등급별 움직임 데이터에 따른 온도 제어신호를 제어부(20)의 제어신호 생성모듈(21c)로 전송하게 된다.

상기 제어신호 생성모듈(21c)의 제어신호를 전달받은 원격관리 통신모듈(21d)은 온도 조절기(25)를 통해 매트리스(m)의 온도를 제어한다. 여기서, 조절되는 매트리스(m)의 온도는 수면자가 수면하는 데 적합한 최적의 온도로서, 수면자의 움직임이 적은 온도로 제어하게 된다. 여기서 상기 수면자의 움직임이 적은 온도는 학습 알고리즘에 의해 사용자별로 정량화된 객관적인 지표로 제공되는 온도이다. 예컨대, 상기 원격관리 통신모듈(21d)은 온수매트의 취침 기능이 동작 후 약 1시간 동안 통상적인 사용온도인 35 ~ 36℃를 유지하고, 약 4 ~ 5시간 동안은 32 ~ 33℃로 이며, 기상시간 1 ~ 2시간 전은 통상적인 사용온도인 35 ~ 36℃로 복귀하게 된다. 이는 일반적으로 수면자가 수면하는 데 적합한 최적의 온도를 나타낸다.

또한, 상기 원격관리 통신모듈(21d)은 온수매트 보일러의 전원 온,오프 또는 온도 설정 등의 원격 제어를 스마트폰 등과 같은 통신수단을 이용하여 구현할 수도 있다.

상기 정보 표시부(22)는 감지된 수면자의 수면 상태를 디스플레이 화면으로 표시하여 수면자가 비수면 상태에서 본인의 수면상태를 확인할 수 있게 된다. 또한, 상기 정보 표시부(22)는, 정보 처리부(21)에 포함된 각각의 모듈에 대한 상태를 표시하고, 각각의 모듈의 동작을 위한 설정을 실행하게 된다.

또한, 상기 정보 표시부(22)를 통해 출력된 결과는 수면자나 그 외 보호자 및 의료진에서 열람하여 볼 수 있으며, 유무선 통신을 이용하여 관리서버(30)에 전송하여 저장하고 이를 수면자가 자신의 수면 상태 변화를 주기적으로 통신수단을 이용하여 확인할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 수면관리장치를 이용한 온수매트에 의하면, 수면자의 수면 상태로부터 수면 행동 변화를 감지 및 분석하고, 분석된 정보 데이터를 통해 보일러의 온도를 최적화된 수면 환경을 제공하는 온도로 제어할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 수면관리장치를 이용한 온수매트의 수면 관리방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 온수매트의 매트리스(m)에 수면자가 눕게 되면 매트리스(m) 내에 내장되어 있는 가속도센서(11)가 동작하여 센싱 데이터가 생성되기 시작한다. 센서부(10)는 미리 설정한 시간 간격에 따라 주기적으로 센싱 데이터 수신모듈(21a)과 연결된 가속도센서(11)로부터 센싱 데이터를 수집한다.

이후, 수집된 센싱 데이터를 분석하게 되는데, 상기 분석 단계에서 수집된 센싱 데이터를 매트리스(m) 내에 배치된 위치에 따라 정렬하여 수면자의 시간별 움직임을 파악하고 이로부터 수면자의 수면 상태를 파악하는 작업이 수행된다.

즉, 상기 가속도센서(11)는, 수면자가 누워있는 상태를 주기적으로 감지하여 짧은 시간 내에 이전 위치와 달라진 경우나 온전히 누워 있지 않은 경우 최적의 수면 상태에 들지 못하고 있는 것으로 판단하여 온도 조절기(25)를 통해 매트리스(m)의 온도를 조절하여 쾌적한 취침 환경을 유지할 수 있도록 한다.

이와 반대로, 수면자가 일정시간 동안 동일한 자세로 누워있는 센싱신호가 제어부(20)에 전달되면 수면자가 최적의 수면 상태에 들어간 것으로 판단하여 매트리스(m)의 온도를 현재 상태로 계속 유지하게 된다.

예컨대, 일정시간 동안 수면자가 움직이지 않는 경우에는 숙면 상태에 진입한 것으로 판단하고, 비교적 짧은 시간 내에 근소한 움직임이 있을 경우에는 가수면 상태라고 판단하며, 빈번한 신체의 움직임이 있을 경우에는 수면을 하지 못하고 있는 것으로 판단할 수 있다.

아울러 수면 중 움직임이 장시간 전혀 없거나, 통상의 기상 시간을 과도하게 넘긴 경우에는 수면 상태가 아니라 의식불명 상태에 빠진 것으로 판단하여 응급 구호 메시지를 자동으로 외부로 전달하게 된다.

상기 가속도센서(11) 및 온도센서(15)가 측정한 아날로그 신호는 센서신호 변환모듈(12,16)에 의해 무선 전송을 위한 디지털 데이터로 변환되고, 상기 디지털 데이터는 센싱데이터 전송모듈(13,17)에 의해 제어부(20)로 전송된다.

상기 제어부(20)의 센싱데이터 수신모듈(21a)은 상기 센서부(10)로부터 센싱된 수면자의 신체 움직임 정보를 수신한다.

수면상태 감지모듈(21b)은 상기 센싱데이터 수신모듈(21a)에서 수신된 신체 움직임 정보를 이용하여 수면 상태를 판단한다.

제어신호 생성모듈(21c)은 수면상태 감지모듈(21b)에서 판단한 수면 상태에 따라 수면 상태를 제어하기 위한 제어신호를 생성한다.

원격관리 통신모듈(21d)은 외부의 관리서버(30)에 저장된 신체 움직임 정보, 수면 정보 등을 상기 제어신호 생성모듈(21c)을 통하여 전송받아 보일러의 온도를 최적화된 수면 환경을 제공하는 온도로 제어한다.

수면자가 기상하기까지 위 과정은 계속적으로 반복하여 진행된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 센서부 11 : 가속도센서
12, : 센서신호 변환모듈 13 : 센싱데이터 전송모듈
15 : 온도센서 16 : 센서신호 변환모듈
17 : 센싱데이터 전송모듈 20 : 제어부
21 : 정보 처리부 21a : 센싱데이터 수신모듈
21b : 수면상태 감지모듈 21c : 제어신호 생성모듈
21d : 원격관리 통신모듈 22 : 정보 표시부
25 : 온도 조절기 30 : 관리서버

Claims (8)

1. 온수매트 내에 설치되어 수면자의 신체 상태의 변화에 따라 가속도를 측정하는 가속도센서;
   상기 온수매트의 온도를 측정하는 온도센서; 및,
   상기 가속도센서에서 감지된 수면자의 신체 움직임 정보를 제공받아 온수매트의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는 매트리스의 중앙부에 그 길이방향을 따라 설치되는 동시에 중상기 매트리스의 중앙부를 기준으로 그 양측으로 일정 간격을 두고 이격하여 설치되는 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 매트리스를 복수의 구역으로 나누어 각 발열부의 온도를 별도로 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는, 상기 가속도센서 및 온도센서의 측정에 의해 발생한 아날로그 신호를 전송하기 위한 디지털 데이터로 변환하는 센서신호 변환모듈; 및,
   상기 디지털 데이터를 제어부로 전송하는 센싱데이터 전송모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 가속도센서에서 감지된 신체 움직임 정보를 수신하는 센싱데이터 수신모듈;
   상기 센싱데이터 수신모듈에서 수신된 신체 움직임 정보를 이용하여 수면자의 수면 상태를 감지하는 수면상태 감지모듈;
   상기 수면상태 감지모듈이 감지한 수면 상태에 따라 그에 대응하는 온도로 온수매트의 온도를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성모듈; 및
   상기 제어신호 생성모듈의 제어신호를 전달받아 온도 조절기의 온도를 제어하는 원격관리 통신모듈을 구비한 정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 수면관리장치는 상기 제어부에서 수신한 수면자의 수면 상태에 대한 정보를 저장하고, 분석하여 등급별 움직임 데이터에 따른 온도 제어신호를 제어부에 재 전송하는 관리서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면관리장치를 이용한 온수매트.
   
7. (a) 매트리스 내에 복수 개의 가속도센서를 배치하는 단계;
   (b) 상기 가속도센서로부터 수면자의 신체 움직임 정보에 따른 가속도를 측정하는 단계; 및,
   (c) 상기 수면자의 신체 움직임 정보에 따라 매트리스의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면관리방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 온수매트는,
   상기 수면자의 신체 상태 변화에 따라 매트리스의 변화 신호를 출력하는 다수의 가속도센서와 매트리스의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 센서부를 포함하며,
   상기 (a) 단계는 상기 수면자의 신체 상태의 변화에 따른 가속도를 측정하고,
   상기 (b) 단계는 상기 수면자의 신체 상태 변화를 기반으로 하는 학습 알고리즘에 의해 사용자별로 정량화된 객관적인 지표로 제공되는 온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 수면관리방법.
   
   

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