코골이 및 수면 무호흡증 등의 수면 질환은 정신적, 육체적 피로감을 유발하고 정상적인 활동에 심각한 영향을 미치고 있다. 코골이는 공기가 좁아진 기도를 통과할 때 진동에 의해서 일어나는 호흡잡음이고, 수면 무호흡은 기도 주변의 조직이 이완됨에 따라 기도가 일시적으로 막히게 될 때 일어나는 현상이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수면 중 코골이를 검출하고 이를 경감하려는 많은 시도가 이루어져왔다. 본 연구에서는 수면 중 코골이 신호의 검출에 있어서 오류가 발생되는 원인인 주변 잡음이나 기타 영향을 제거하기 위한 새로운 센싱 시스템과 분석 알고리즘의 개발을 수행하였다. 센싱 시스템은 베개 내부에 내장되는 두 개의 polyvinylidene fluoride (PVDF) 진동 센서를 포함하고 있으며 검출되는 신호를 수집, 저장하는 하드웨어부와 코골이 신호를 판단하는 신호처리부로 이루어졌다. 베개에 내장되는 PVDF 센서 중 제 1센서는 코골이 신호를 검출하고 제 2센서는 코골이 신호 및 주변의 잡음을 검출한다. 본 실험에는 10명의 피험자가 참여하였으며 수면 중 잡음이 발생할 수 있는 다양한 환경 조건 하에서 신호를 검출하여 분석하였다. 그 결과 다양한 잡음환경 하에서 코골이 신호가 코골이가 아닌 잡음에 비해 약 70% 이상의 에너지 값을 가지는 것을 확인하였고 이를 통해 잡음으로부터 코골이 신호를 정확하게 검출하는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 수면 중 발생하는 코골이의 경감을 위한 베개의 개발과 정량적인 수면상태 평가를 통해 건강한 수면 환경을 제시할 수 있는 숙면 유도 시스템의 개발에도 활용될 것이다.
Sleep diseases such as snoring and sleep apnea are physically, mentally harmful and results serious health problems. Snoring, known as breathing noise, is caused by coupled oscillation of the airway when the air passes through the trachea, and sleep apnea is caused by upper airway blockage. In order to solve these problems, many attempts have been made to detect the snoring during sleep and alleviate it. In this study, a new sensing system and analysis algorithm were developed in order to detect snoring sounds correctly under various sleep environments. Two polyvinylidene fluoride (PVDF) vibration sensors were used inside the pillow. The first PVDF sensor detects vibration transmitted through skull caused by snoring. And the second PVDF sensor detects both snoring sounds and ambient noises. The signals of two sensors were acquired through the designed analog circuits, and analyzed for snoring detection. Ten volunteers were participated for the experiment under five different conditions. Data from two PVDF sensors were processed by the established analysis algorithm, and snoring sounds were compared to noises. The results indicated that the energy of snoring is 70% bigger than that of ambient noise, which proves effectiveness of sensing system and analysis algorithm. Further study would be continued for more wide clinical studies with various environment noises. Based on this study, development of anti-snore pillow and sleep monitoring system for comfort sleep could be developed.
