Wearable Device for Detecting & Improving Sleep Apnea

전세계에서 10억 명이나 되는 인구가 수면 무호흡증을 앓고 있지만 수면 무호흡증을 진단하는 방법은 수면 클리닉이 있는 병원에서 수면다원검사 외에는 거의 없습니다.

수면다원검사는 수십 개의 센서를 몸에 연결하여 병원에서 수면 후 그 데이터를 추후 받아서 자신의 수면 상태를 진단하는 방법이지만 일상생활과 다른 환경임과 더불어 수면 무호흡은 당일의 컨디션에 따라서도 수면 패턴이 달라질 수 있어서 주기적으로 측정하는 방법이 필요합니다.

최근에는 딥러닝을 이용하여 수면다원검사 결과의 ECG 신호를 분석해 수면 무호흡을 진단하는 방법들이 연구되고 있지만, 실시간으로 수면 무호흡을 진단하는 것이 아니라 측정이 완료된 후에 결과를 가공하는 방법으로 실생활에 적용되기 쉽지 않습니다.

우리는 대부분의 스마트워치에서 측정이 가능한 HeartRate, 가속도 신호를 이용하여 수면무호흡을 실시간으로 진단할 수 있는 방법을 연구했고 발명하였습니다. 이뿐만 아니라 KNN, GNB, ANN과 같은 Machine Lenarning 을 통해 생체신호를 분석하여 수면 무호흡을 예측하는 연구도 동시에 수행하였으며 96%의 정확도로 수면무호흡을 진단할 수 있음을 보였습니다. 이를 통하여 다양한 방법으로 쉽게 수면무호흡을 진단할 수 있음을 보입니다.

그리고 수면무호흡을 진단만 하는 것에 그친다면 큰 의미가 없기 때문에 이를 일사생활에서 치료할 수 있는 방법을 연구하고 있으며, 스마트 베개를 통하여 수면무호흡이 발생했을 때 기도를 확보해주거나 머리의 위치를 변경해 주는 방법으로 수면 무호흡을 개선하고자 합니다.

Obstructive sleep apnea (OSA), although it is a common symptom for ordinary people, is a serious issue in that it can lead to chronic and degenerative brain disease. However, these sleep disorders and apnea symptoms are difficult to diagnose at home or to recognize and cope with severe apnea situations. In response to this, we developed a Sleepcare Kit, an integrated wearable device. The Sleepcare Kit is a wearable distributed system in which the PAAR band and the bio-cradle are combined in the form of a hot plug-in without pre-setting. The PAAR band serves as a gateway for wireless communication with external devices and adjusts initial setting values for various sensors of the bio-cradle. Bio-cradle continuously measures/stores multiple bio-signals (PPG/SPO2, respiration, 3axis-acc, and body temperature) and analyzes the signal data to determine sleep quality and emergency situation in real-time. Although it is a set of small wearable devices, the kit itself diagnoses sleep quality on a real-time base without any external computing assistance while he/she is asleep. Simultaneously, it analyzes the gathered hypopnea and apnea data in real time and calculates the apnea risk phase. Moreover, according to the apnea risk phase, it can inform the wearer or guardian about the danger through the smartphone or smart-speaker. In this paper, we will discuss the algorithm that is used for the detection of sleep apnea in Sleepcare Kit, as well as the software platform for continuous measurement and synchronization of various bio-signals in real time. Moreover, we evaluated the accuracy of the system by comparing the obtained results with the polysomnography equipment used in hospitals.

And now, we are developing Smart Pillow that can improve sleep apnea.

게재 논문

• Yeong Jun Jeon, and Soon Ju Kang. "Wearable sleepcare kit: Analysis and prevention of sleep apnea symptoms in real-time." IEEE Access 7 (2019): 60634-60649.

• YeongJun Jeon, KukHo Heo, and Soon Ju Kang. "Real-Time Sleep Apnea Diagnosis Method Using Wearable Device without External Sensors." 2020 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerCom Workshops). IEEE, 2020.