[논문]코골이 감지 수면베개

쩐밍; 안도현; 박재희

코골이 감지 수면베개
Snoring Detection Sleep Pillow 원문보기

한국융합신호처리학회논문지 = Journal of the Institute of Convergence Signal Processing, v.20 no.2, 2019년, pp.105 - 110

쩐밍 (계명대학교 전자공학과) , 안도현 (경북대학교 의공학과) , 박재희 (계명대학교 전자공학과)

초록
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사람들은 일생동안 1/3을 잠을 자며 그들의 잠자는 시간은 나이에 따라 변하게 된다. 일반적으로 어른들은 하루에 8시간의 잠을 잔다. 그러나 항상 좋은 잠자리를 기대할 수는 없다. 실제로 50대 이상의 많은 사람들은 수면 문제를 가지고 있다. 이는 코골이, 수면 무호흡과 같은 수면 장애요소들 때문에 발생하는 것이다. 이 논문에서는 수면 장애요소 중 하나인 코골이를 검출하는 스마트 베개에 대해서 조사하였다. 스마트 베개는 베개의 오른쪽과 왼쪽 부분에 위치한 두 개의 마이크로폰으로 구성되어져 있다. 쉽게 코골이는 검출하기 위하여 피크 검출회로를 사용하여 코골이 신호를 펄스신호로 변형시켰으며, 펄스폭을 사용하여 코골이 이벤트 발생을 판단하였다. 측정된 코골이 검출 정확도는 약 98.6%이었다. 본 연구에서 얻은 연구 결과들이 스마트 베개가 수면 중 코골이를 검출할 수 있음을 보여 주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

People sleep about one-third of their lives and their sleep time varies according to age. Adult usually sleep 8 hours a day. However, that dose not guarantee good sleep. The cause of this is due to sleep disorders like snoring and sleep apnea. In this paper, the smart pillow for detecting snoring among sleep disorders is investigated. This pillow consists of two microphones located on the left and right side of the pillow. For simple detecting, the snoring signal was converted into the pulse using a peak detection circuit. The decision of the snoring occurrence was by pulse duration. The accuracy of the snoring detection was about 97%. The research results show that the smart pillow can be use to detect the snoring during sleeping.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 방식은 코골이 신호 검출에는 탁월한 특성을 가지고 있으나 사람 코밑에 설치하기 때문에, 이로 인하여 수면자의 수면을 방해할 수 있어 수면자의 코골이 검출에 사용하기가 불편하다. 그래서 본 연구에서는 수면자의 수면을 방해하지 않고 코골이 신호를 모니터링 할 수 있는 스마트 베개의 특성을 조사할 것이다. 이 스마트 베개는 두 개의 고감도 마이크로폰이 베게의 왼쪽과 오른쪽 끝 부분에 설치된 베개이다.
본 연구에서는 코골이를 감지할 수 있는 스마트 베개에 대해 조사하였다. 스마트 베개는 베개의 왼쪽과 오른쪽에 고감도 마이크로폰이 설치된 구조를 하고 있다.
그래서 노이즈 신호들이 작은 경우에는 코골이 신호 검출이 가능하나, 노이즈 신호가 큰 경우 코골이 신호가 노이즈 신호에 묻혀 코골이 검출이 불가능하였다. 실험 결과로부터 노이즈가 있는 환경에서 코골이 신호만을 추출하는 것이 어렵다는 판단하여 코골이 신호 검출을 쉽게 하기 위한 방법을 고안하였다.
주로 침실에서 많이 발생하는 선풍기 노이즈, 샤워 노이즈, TV 및 라디오 노이즈 등이 있다. 이런 노이즈들이 코골이 신호에 어떤 영향을 주는지 조사하여 보았다. Figure 2(a)는 마이크로폰으로 time domain에서의 선풍기 소리 노이즈와 샤워 소리 노이즈 하에서의 코골이 신호이고, 2(b)는 주파수 도메인에서의 코골이 신호이다.

제안 방법

펄스 신호로 변환된 코골이 신호는 DAQ에서 디지털 신호로 변환되어 PC 로 전달된다. PC에서는 Labview를 사용하여 코골이 발생 여부 및 특성을 분석한다. Interface circuit는 증폭기, peak detection circuit, 및 RC high pass filter(HPF)로 구성되어 있다.
고안된 코골이 신호 검출 방법은 peak detection 회로(Fig. 3)를 사용하여 코골이 신호를 펄스 신호로 변환하고 코골이 펄스폭을 가지고 코골이 발생 유무를 판단하였다. Figure 4는 콘덴서의 정정용량이 4.
베개는 잠을 잘 때 사용하는 수면 도구로 주로 침실에서 많이 사용한다. 그래서 코골이 신호 처리 알고리즘을 개발하기 위하여 먼저 노이즈가 없는 경우와 침실에서 발생할 수 있는 노이즈가 있는 경우의 코골이 신호를 획득하여 주파수 성분을 분석하여 보았다.
스마트 베개의 코골이 감지 특성을 분석하기 위해 체형이 다른 20대에서 30대 사이의 남성 10명의 코골이 신호를 검출하여 코골이 수를 계수하였다. 사람들은 정자세로 누워 코골이를 100회 하게 한 뒤 코골이 수를 계수하여 실제 코골이 수와 비교하여 정확도를 계산하였다. Table 1은 10명의 실험자를 정자세로 누워 코골이 감지 수면베개 100회 호흡 신호를 획득 분석한 결과이다.
스마트 베개의 코골이 감지 특성을 분석하기 위해 체형이 다른 20대에서 30대 사이의 남성 10명의 코골이 신호를 검출하여 코골이 수를 계수하였다. 사람들은 정자세로 누워 코골이를 100회 하게 한 뒤 코골이 수를 계수하여 실제 코골이 수와 비교하여 정확도를 계산하였다.
이런 사람의 건강에 중요한 베개에 두 개의 마이크로폰을 설치하여 코골이 신호까지 검출이 가능한 스마트 베개에 대한 연구를 수행하였다.
스마트 베개는 베개의 왼쪽과 오른쪽에 고감도 마이크로폰이 설치된 구조를 하고 있다. 코골이 신호 검출을 하기 위하여 peak detection 회로를 사용하여 아날로그 코골이 신호를 펄스신호로 변경하였고, 펄스폭이 0.5초 이상이면 코골이가 발생한 것으로 판단하였다. 스마트 베개의 코골이 검출 특성을 알아보기 위하여 10명의 남자들의 코골이 검출 실험을 수행하였고 검출 정확도가 평균 98.

대상 데이터

Interface circuit의 증폭기의 증폭도는 510배였으면, HPF의 cutoff 주파수는 약 16Hz였다. 본 실험에서 사용된 마이크로폰은 electret microphone(Pui audio AOM-4544P-2-R)이었다. 두 개의 마이크로폰에서 입력된 코골이 신호 중 하나 이상 0.
스마트 베개의 코골이 감지 특성을 알아보기 위해 아래 실험 장치(Fig. 5)를 이용하였다. 실험 장치는 왼쪽과 오른쪽에 마이크로폰이 설치된 베개, interface circuit, data acquisition(DAQ) unit, 및 personal computer(PC)로 구성되어 있다.
5)를 이용하였다. 실험 장치는 왼쪽과 오른쪽에 마이크로폰이 설치된 베개, interface circuit, data acquisition(DAQ) unit, 및 personal computer(PC)로 구성되어 있다. 마이크로폰으로 입력된 코골이 신호는 interface circuit(Fig.

성능/효과

Table 1은 10명의 실험자를 정자세로 누워 코골이 감지 수면베개 100회 호흡 신호를 획득 분석한 결과이다. 모두 98% 이상의 코골이 측정 정확도를 가졌으며 평균 98.6%의 정확도를 보였다. 이 모든 실험 결과들은 본 연구에서 개발된 코골이 측정 스마트 수면 베개가 수면 중에 있는 사람의 코골이 신호를 추출 분석하여 사람의 수면 중 코골이에 대한 정보를 얻을 수 있다는 것을 보여주고 있다.
6%이었다. 본 연구의 결과들이 스마트 베개가 수면 중 수면자의 코골이 신호를 검출 분석할 수 있음을 보여 주고 있다. 보다 더 정밀한 수면자의 수면의 질을 판단하기 위하여 코골이와 호흡 신호가 경합된 형태의 intelligent 베개의 개발이 필요해 보인다.
5초 이상이면 코골이가 발생한 것으로 판단하였다. 스마트 베개의 코골이 검출 특성을 알아보기 위하여 10명의 남자들의 코골이 검출 실험을 수행하였고 검출 정확도가 평균 98.6%이었다. 본 연구의 결과들이 스마트 베개가 수면 중 수면자의 코골이 신호를 검출 분석할 수 있음을 보여 주고 있다.
Time domain 신호는 코골이가 발생할 때 큰 진폭의 신호가 나타나고 그 외에는 신호가 없었고, 주파수 도메인 신호는 150Hz, 300Hz 전후, 430Hz대에 큰 진폭의 신호가 있었다. 실험 결과가 이 주파수대의 신호들을 관찰하면, 노이즈가 없는 환경에서 코골이 신호 검출이 가능함을 보여주고 있다.
6%의 정확도를 보였다. 이 모든 실험 결과들은 본 연구에서 개발된 코골이 측정 스마트 수면 베개가 수면 중에 있는 사람의 코골이 신호를 추출 분석하여 사람의 수면 중 코골이에 대한 정보를 얻을 수 있다는 것을 보여주고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수면 장애 치료기술의 두 가지 방법과 각각의 장단점은 무엇인가?	수면 중 발생하는 모든 수면 방해 수면 장애 관련 문제들을 극복하기 위하여 많은 수면 장애 치료기술들이 개발되었다. 수면 장애를 치료하기 위해서는 약물적인 방법과 비약물적인 방법이 있는데 약물적인 치료는 빠른 효과는 있으나 장기적으로 볼 때 부작용을 유발하고 중독을 초래할 수 있는 위험성을 크게 내포하고 있다. 비약물적으로 치료하는 방법 중에는 특정 파장의 빛을 단계적으로 밝아지도록 조사하는 light therapy(빛치료)[1]와 편안한 잠을 유도하도록 음향을 노출해주는 sound therapy(음향치료)[2]가 많이 사용되고 있다. 하지만 이런 therapy들은 환자 개 인의 상황에 맞도록 능동적 조절을 할 수 없으며 일반적이고 수동적인 therapy만을 제공한다. 능동적인 therapy[3]를 제공하기 위해서는 수면 관련 생체신호를 모니터링 하는 기술이 매우 중요하다.
	수면 장애가 끼치는 악영향은?	수면 장애는 학습 장애 및 일의 능률 저하, 교통 사고 등 각종 안전 사고, 정서 장애, 사회 적응 장애 등의 원인이 될 수 있다. 또한 수면 장애를 적절하게 치료하지 않으면 이미 앓고 있는 내과, 외과, 이비인후과, 신경과, 정신건강의학과 질환의 회복이 지연되거나 악화될 수 있다.
	코골이란 무엇인가?	코골이는 잠을 자면서 숨을 쉴 때, 좁아진 기도로 공기가 억지로 지나가면서 기도의 좁은 부위가 떨리는 현상이다. 이런 코골이는 수면 장애를 가장 잘 나타내는 현상 중 하나라고 할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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