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KR-20260061578-A - IOT-based respiratory measuring and training system and method through measurement of electromyography and respiratory pressure

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Abstract

근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템과 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템은, 사용자의 호흡을 측정하는 호흡 측정 모듈과, 상기 사용자의 신체 부위의 근전도를 측정하는 근전도 측정 모듈을 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 장치; 및 측정된 상기 호흡 및 상기 근전도에 관한 데이터를 분석하여 상기 사용자의 호흡 패턴 및 호흡 양상을 판정하고 출력하는 사용자 단말을 포함할 수 있다.

Inventors

  • 천승호

Assignees

  • (주)인더텍

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (10)

  1. 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템으로서, 사용자의 호흡을 측정하는 호흡 측정 모듈과, 상기 사용자의 신체 부위의 근전도를 측정하는 근전도 측정 모듈을 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 장치; 및 측정된 상기 호흡 및 상기 근전도에 관한 데이터를 분석하여 상기 사용자의 호흡 패턴 및 호흡 양상을 판정하고 출력하는 사용자 단말을 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 호흡 측정 모듈은, 상기 사용자가 그립 가능한 모듈 몸체와; 상기 모듈 몸체의 상면에 설치되는 마우스 팁과; 상기 모듈 몸체를 관통하여 형성되는 유체 통로 내에 설치되며, 상기 마우스 팁을 통한 상기 사용자의 호흡에 따른 호흡 압력을 측정하여 호흡 측정 데이터로 출력하는 호흡 센서와; 상기 호흡 측정 데이터를 상기 사용자 단말로 전송하는 제1 모듈 통신부를 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 근전도 측정 모듈은, 하부 몸체와; 상기 하부 몸체 상에 탈착 가능한 상부 몸체와; 상기 상부 몸체 내에 보관되는 근전도 측정 패드 및 케이블을 포함하는 근전도 센서와; 상기 하부 몸체 내에 구비되며, 상기 케이블을 통해 상기 근전도 측정 패드에 의해 측정된 근전도 측정 데이터를 전달받아 상기 사용자 단말로 전송하는 제2 통신 모듈을 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 IOT 기반 호흡 측정 장치는, 상부의 거치면에 형성된 거치홈 내에 상기 호흡 측정 모듈과 상기 근전도 측정 모듈을 거치하는 거치부를 더 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 사용자 단말은, 상기 호흡 측정 데이터와 상기 근전도 측정 데이터를 지정된 방식으로 데이터 처리하는 데이터 처리부와; 데이터 처리된 상기 호흡 측정 데이터와 상기 근전도 측정 데이터를 분석하여 상기 사용자의 호흡 패턴과 호흡 양상을 판정하는 데이터 분석부와; 상기 판정 결과를 디스플레이를 통해 출력시키는 분석결과 출력부를 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 사용자 단말은, 상기 호흡 패턴과 상기 호흡 양상에 상응하는 호흡 유도 콘텐츠를 실행시켜 상기 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 가이드부를 더 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 데이터 분석부에서의 상기 근전도 측정 데이터의 분석 결과 호흡근 의존도가 높은 경우 상기 호흡 가이드부는 현재 호흡 패턴을 유지하게 하는 제1 호흡 유도 콘텐츠를 실행시키고, 부호흡근 의존도가 높은 경우 상기 호흡 가이드부는 복식 호흡을 유도하는 제2 호흡 유도 콘텐츠를 실행시키는 것을 특징으로 하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템.
  8. 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템에서 수행되는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법으로서, IOT 기반 호흡 측정 장치를 통해 사용자의 호흡 측정 데이터와 근전도 측정 데이터를 획득하는 단계; 사용자 단말에서 상기 호흡 측정 데이터와 상기 근전도 측정 데이터를 지정된 방식으로 데이터 처리하는 단계; 데이터 처리된 상기 호흡 측정 데이터와 상기 근전도 측정 데이터를 분석하여 상기 사용자의 호흡 패턴과 호흡 양상을 판정하는 단계; 및 상기 판정 결과를 상기 사용자 단말의 디스플레이를 통해 출력시키는 단계를 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 호흡 패턴과 상기 호흡 양상에 상응하는 호흡 유도 콘텐츠를 실행시켜 상기 사용자의 호흡을 유도하는 단계를 더 포함하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 근전도 측정 데이터의 분석 결과 호흡근 의존도가 높은 경우 상기 호흡 가이드부는 현재 호흡 패턴을 유지하게 하는 제1 호흡 유도 콘텐츠를 실행시키고, 부호흡근 의존도가 높은 경우 상기 호흡 가이드부는 복식 호흡을 유도하는 제2 호흡 유도 콘텐츠를 실행시키는 것을 특징으로 하는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법.

Description

근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템과 방법{IOT-based respiratory measuring and training system and method through measurement of electromyography and respiratory pressure} 본 발명은 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템과 방법에 관한 것이다. 본 과제(결과물)는 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학협력기반 지역혁신사업의 결과이다.(2022RIS-006)(This research was supported by "Regional Innovation Strategy (RIS)" through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(MOE)(2022RIS-006)) 만성폐쇄성질환(COPD, Chronic Obstructive Pulmonary Disease)은 장기간에 걸쳐 기도가 좁아지는 만성 폐쇄성 폐질환으로, 흡연, 직업적 유해가스 노출, 실내외 공기 오염, 폐 감염 등에 의해 기관지와 폐에 만성 염증이 발생하고, 기도가 좁아지면서 호흡 곤란을 유발하는 질환이다. COPD는 세계보건기구(WHO)가 발표한 2020년 전 세계 사망원인 3위에 올랐고, 2050년에는 대기오염 등으로 인해 전 세계 사망원인 1위에 오를 것으로 예상되고 있다. 그리고 세계보건기구에서는 2013년 미세먼지를 발암물질로 규정하였으며, 미세먼지 노출에 따른 급성 폐 손상과 호흡기 감염 간 높은 상관성이 있다는 연구결과가 제시되고 있다. 미세먼지에 노출되면 급성 인후염이나 급성 기관지염 같은 호흡기 질환을 일으켜 인후통, 기침, 가래 등의 증상을 유발한다. 이러한 증상이 지속되거나 반복되면 폐염증 반응을 초래하고, 지속적인 염증 반응은 폐실질 파괴로 이어져 폐기종과 소기도의 섬유화를 초래할 수 있으며, 이로 인해 폐기능이 감소되어 만성적인 폐질환을 초래할 수 있다. 또한, 코로나 19 후유증으로 잦은 기침부터 피로감, 수면장애 등 다양한 후유증이 나타나고 있으며, 특히 호흡곤란이 심각한 후유증 중 하나로 꼽히고 있다. 전술한 COPD, 호흡기 질환 환자(폐암, 식도암 포함) 등의 경우 치료과정에서 호흡 능력이 감소할 수 있어 복식호흡과 같은 호흡법, 객담배출 유도, 가벼운 운동 처방을 포함하는 호흡 재활 처치가 필요하다. 하지만, 이러한 재활 처치의 경우 환자들이 직접 병원에 내원해야 하는 번거로움과 입원 시에만 치료를 받을 수 있는 제약이 존재한다. 또한, 퇴원 이후에는 질환에 대한 관리가 이루어지지 않고 있는 실정이다. 이 발명의 배경이 되는 기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경 이해를 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이라고 단정될 수는 없다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템의 구성 블록도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치의 사시도, 도 3은 호흡 측정 모듈의 사시도이, 도 4는 다른 실시예에 따른 호흡 측정 모듈의 분해 사시도, 도 5는 마우스 팁의 실시예들, 도 6은 근전도 측정 모듈의 사시도, 도 7은 거차부의 평면도, 정면도 및 측면도, 도 8은 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치에 연동되는 애플리케이션 화면 예시도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법의 순서도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구성을 도시한 도면. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 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. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다. 또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템의 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치의 사시도이며, 도 3은 호흡 측정 모듈의 사시도이고, 도 4는 다른 실시예에 따른 호흡 측정 모듈의 분해 사시도이며, 도 5는 마우스 팁의 실시예들이고, 도 6은 근전도 측정 모듈의 사시도이고, 도 7은 거치부의 평면도, 정면도 및 측면도이며, 도 8은 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치에 연동되는 애플리케이션 화면 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 방법의 순서도이다. 도 1 내지 도 8에는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템(10), IOT 기반 호흡 관련 측정 장치(100), 호흡 측정 모듈(110, 110A, 110B, 이하 '110'으로 통칭하기도 함), 근전도 측정 모듈(120), 거치부(130), 사용자 단말(200), 데이터 처리부(210), 데이터 분석부(220), 분석결과 출력부(230), 호흡 가이드부(240), 호흡 측정 모듈 몸체(111), 하판(112), 상판(113), 마우스 팁(114, 114a. 114b, 이하 '114'로 통칭하기도 함), LED(115), 모듈 흡배기구(1121), USB 포트(1122), 스위치(1123), 제1 몸체(1111), 제2 몸체(1112), 팁 흡배기구(1141a, 1141b), 배리어(1142b), 근전도 측정 하부 몸체(121), 근전도 측정 상부 몸체(122), 상판(113), 케이블 연결 단자(124), 모듈 거치홈(131a, 131b)이 도시되어 있다. 호흡 재활에서 운동 치료는 가장 중요한 요소로 운동 치료 후 향상된 근력기능은 폐 기능의 호전 없이도 운동 능력을 향상시킬 수 있다. 재활 프로그램을 통해 기능이 저하된 골격근을 다시 체력 회복시킴으로써 운동 능력을 향상시키는 것이 재활 프로그램의 필수적인 요소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도 및 호흡 압력 측정을 통한 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템(10)은 간단한 구조를 가져 가정용으로 사용 가능하며, 운동 시 호흡 곤란 증세, 숨가쁨 증상을 보이고 있어 호흡 재활을 통해 호흡 측정 및 관리, 개선이 요구되는 사용자(호흡 계통 환자로서, 예컨대, COPD, 호흡기 질환 환자, 코로나 환자 등)의 호흡 운동에 도움을 주어 호흡 능력이 증진되게 할 수 있는 것을 특징으로 한다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련 시스템(10)은 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치(100)와 사용자 단말(200)을 포함할 수 있다. IOT 기반 호흡 관련 측정 장치(100)는 사용자의 호흡량(호흡 압력) 및/또는 근전도를 측정하는 하드웨어 장치이다. 사용자 단말(200)은 IOT 기반 호흡 관련 측정 장치(100)와 네트워크를 통해 연결되는 단말 장치이다. 단말 장치에는 IOT 기반 호흡 측정 및 훈련에 관한 연동 애플리케이션이 탑재되어 있거나 다운로드를 통해 설치 가능하고, 해당 애플리케이션을 실행시킬 수 있는 운영체제가 탑재된 컴퓨팅 장치로서, 예를 들어 스마트폰, 태블릿PC, 노트북, 데스크탑PC 등일 수 있다. 단말 장치는 사용자의 입력을 수신하는 입력부(예컨대, 터치스크린, 키패드, 키보드, 마우스 등), 각종 정보를 표시하는 출력부(예컨대, 디스플레이, 터치스크린 등), IOT 기반 호흡 관련 측정 장치(100)와의 통신을 위한 통신부(예컨대, 이동통신모듈(3G, 4G, 5G 등), 근거리 통신모듈(WiFi, Bluetooth 등) 등) 등을 구비하고 있을 수 있다.