KR101542733B1 - 생리적 상태를 결정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법에 관한 것이고, 방법은 사람의 복수의 심장 박동들을 샘플링하는 단계, 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들을 추출하는 단계, 및 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하는 단계를 포함하고, 2개의 후속 R-R 간격들은 2차원 표현에서의 엔트리(entry)를 형성하고, 방법은 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들에 대해 센트로이드(centroid)를 결정하는 단계, 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅(fitting)시키는 단계로서, 폐곡선의 중심은 센트로이드와 일치하는, 상기 폐곡선 피팅 단계, 2차원 표현에서의 엔트리들과 폐곡선 사이의 거리들을 결정하는 단계, 및 결정된 거리들이 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정함으로써 사람의 물리적 상태를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 이 솔루션으로부터 따라오는 본 발명이 가진 이점은 엔트리들 각각으로서 상태의 변화를 신속히 검출하는 것이 가능함과 동시에, 사람의 코히런트 상태를 결정하는데 걸리는 시간이 최소화될 수 있다는 점이다. 본 발명은 또한, 이러한 결정 방법을 이용하는 대응 시스템에 관한 것이다.

Description

생리적 상태를 결정하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING A PHYSIOLOGICAL CONDITION}

본 발명은 일반적으로 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 심박 변이도(heart rate variability; HRV)를 이용한 정서 관련 이벤트들을 검출하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 결정 방법을 이용하는 대응 시스템에 관한 것이다.

이완 관련 방법들 및 시스템들/디바이스들에 대한 분야 및 수요는 현재 증가하고 있다. 사람의 스트레스 레벨을 결정하기 위한 사람의 신체의 물리 값들을 측정하기 위한 상이한 도구들이 개발되었다. 측정들은 일반적으로 심장 박동, 소화 및 호흡과 같은 무의식적 기능들을 측정하는 것을 포함한다. 뇌가 변화를 검출할 때마다, 자율 신경계는 즉각적인 신체적 반응들을 일으키고, 사람의 혈압, 심박, 및 피부 보습 레벨이 변한다. 바이오피드백(Biofeedback)은 전자 기구들을 이용하여 사람이 이들 변화들을 자각하게 하고, 이들을 더욱 양호하게 제어하는 방법을 가르치며, 따라서 그 사람의 신체가 스트레스에 어떻게 반응하는지를 식별 및 측정한다.

호흡이 심박(respiratory sinus arrhythmia; RSA)을 조정하고, 요가와 같은 명상 기술들이 이 원리를 이용하는 것은 잘 알려져 있다. 심박의 변동 또는 심박 변이도(HRV)는 자율 신경계(ANS)에 귀속된다. 심박의 증가는 부교감(미주) 신경계에 귀속되고 심박의 감소는 교감 신경계에 귀속된다. 선 명상(Zen meditation)에서, 심박 변이도의 스펙트럼의 낮은 주파수 부분은 스펙트럼의 높은 주파수 부분에 대해 증가된다. 이것은 명상가의 건강에 이로운(이완하는) 것으로 간주된다.

사람의 생리적 상태를 결정하기 위해 심박 변이도를 이용하는 방법은 US 6,358,201에 개시되어 있다. 이 방법은 심박 변이도의 주파수 기반 분석을 이용하고, 측정받는 사람이 코히런트 방식으로 호흡하고 있고 이완되고 있는 것을 의미하는 소위 코히런스에 대한 측정을 생성한다. 코히런스에 대한 자동표시기 부호는 심박 변이도의 주파수 스펙트럼에서 단일 피크이다.

그러나, 개시된 방법에는 적어도 하나의 문제가 있다. 이 문제는 심박 변이도의 주파수 분석에 기초한다는 사실로 인한 것이며, 그에 의해 일반적으로 약 60초 동안 대다수의 샘플링된 심장 박동들을 평균낼 것이다. 따라서, 이 방법을 구현하는 시스템은 사람이 이완 상태로 들어간 후에 제 1 신뢰 가능한 코히런스 값을 얻기 위해 긴 "학습 시간(learning time)"을 가질 것이다. 또한, 코히런트 주파수 피크로부터의 변화만이 주파수 피크의 매우 작은 확장을 유발할 것이므로, 극단치들(즉, 변칙적 심장 박동들)을 즉시 검출하는 것은 매우 어려울 것이다. 따라서, 이러한 시스템은 사람의 코히런스의 변화들을 단축하는 것을 신뢰할 수 없게 할 것이다.

따라서, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 개선된 방법 및 시스템이 필요하고, 특히 심박 변이도의 주파수 분석의 이용으로 인한 종래 기술의 신뢰도 문제들을 극복하거나 적어도 완화시키는 개선된 방법 및 시스템이 필요하다.

본 발명의 양태에 따라, 목적은 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법으로서, 사람의 복수의 심장 박동들을 샘플링하는 단계, 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들을 추출하는 단계, 및 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하는 단계를 포함하고, 2개의 후속 R-R 간격들은 2차원 표현에서의 엔트리(entry)를 형성하고, 방법은 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들에 대해 센트로이드(centroid)를 결정하는 단계, 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅(fitting)시키는 단계로서, 폐곡선의 중심은 센트로이드와 일치하는, 상기 폐곡선 피팅 단계, 2차원 표현에서의 엔트리들과 폐곡선 사이의 거리들을 결정하는 단계, 및 결정된 거리들이 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정함으로써 사람의 물리적 상태를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 사람의 생리적 상태 결정 방법에 의해 충족된다.

본 발명의 일반적인 개념은 복수의 심장 박동 샘플들로부터 추출된 심박 변이도, 즉 복수의 심장 R-R 간격들(즉, 2개의 연속적인 R 파형들, 또한 "박동간 간격", IBI라고도 표시됨)의 시간 기반 분석을 수행함으로써 사람의 코히런스와 같은 생리적 상태를 결정하는 것이 가능하다는 사실에 기초한다. 예를 들면, 본질적으로 푸앵카레 모델(Poincare model)(즉 n번째 측정된 R-R 간격이 x축 상에 도시되고 n+i번째 측정된 R-R 간격이 y축 상에 도시됨)과 같은 지연 맵으로서 후속 R-R 간격들의 모델링은 일반적으로 엔트리들의 타원 표현을 유발한다. 그러나, 엔트리들의 "클라우드(cloud)"의 센트로이드의 결정, 엔트리들의 클라우드를 통한 폐곡선 예를 들면, 타원의 피팅을 포함하는 본 발명의 신규한 개념에 의해, 그후, 엔트리들에 대한(아마도 엔트리들 각각에 대한) 거리는 클라우드의 폐곡선에 관련되며, 사람의 생리적 상태가 결정될 수 있다. 그러나, 엔트리들의 2차원 표현의 윤곽을 형성하는 적당한 타원(또는 리스케일링 후의 원)은 사람이 코히런트 상태로 호흡하고 있을 때에만 일반적으로 측정된다는 것을 유념해야 한다.

엔트리들 각각과 폐곡선 사이의 거리가 작은 경우, 즉 타원 라인의 두께가 작은 경우, 이것은 사람의 코히런스에 대한 측정이다. 즉, 사람이 심박 변이도(HRV)에 코히런트 상태이고 사람에 대한 호흡 기간이 매우 상관될 때, 거의 일대 거의 일이다; 호흡 기간 = HRV 기간. 따라서, 본 발명은 사람의 심박 변이도의 주파수 분석에 귀속될 필요 없이 사람의 코히런트 상태를 결정하는 문제를 해결한다. 즉, 2차원 표현의 엔트리들이 배열되는 것이 균일할수록, 측정 중인 사람은 더욱 코히런트 상태이다. 따라서, 이 솔루션으로부터 따라오는 본 발명이 가진 이점은 엔트리들 각각이 일 실시예에서 폐곡선으로서 이용된 폐곡선 예를 들면, 타원의 반경에 직접 관련되므로 상태의 변화를 신속히 검출하는 것이 가능함과 동시에, 사람의 코히런트 상태를 결정하는데 걸리는 시간이 최소화될 수 있다는 점이다. 또한, 각각의 엔트리가 시간 기반 분석으로 인해(종래 기술에 이용된 주파수 기반 분석에서 이용되는 이점에 비해) 개별적으로 분석되므로, 종래 기술의 엔트리들 각각에 대해 각각의 새로운 엔트리의 위치를 실시간 개별적으로 분석하는 것이 가능하다. 신체적으로 젊고 적당한 사람은 일반적으로 더 큰 반경을 가질 것이지만, 신체적으로 더 늙고 병든 사람은 더 작은 반경을 가질 것임을 유념해야 한다. 이 방법이 2차원 표현의 복수의 엔트리들에 대한 r 및 φ를 결정하는 단계를 포함할 수 있음을 유념해야 한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 결정 단계는 폐곡선의 결정된 평균 반경에 대한 2차원 표현의 엔트리들 사이의 편차를 결정하는 단계를 포함한다. 따라서, 상이한 엔트리들과 편차 및/또는 타원 표현의 반경 사이의 관계를 쉽게 결정하는 것이 가능하며, 또한 거리 및/또는 편차가 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정하는 가능성도 포함하고 그에 의해 사람에 대한 경고를 발생시킬 수 있다. 경고는 예를 들면, 청각 자각, 시각 자극, 촉각 자극 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이러한 자극들은 또한, 거리/편차가 최소화되도록 사람을 안내하기 위해 이용될 수 있다. 유사하게, 편차는 복수의 엔트리들에 대한 결정된 r 및 φ에 기초하여 반경 dr 및 회전 주파수 dφ 양쪽 모두의 결정을 포함할 수 있다. 이러한 개념은 하기에 더욱 정교해진다.

더욱이, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 필요한 처리 전력을 제한하기 위해, 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하는 단계는 원과 일치시키기 위해 엔트리들의 2차원 표현을 변환하는 단계, 즉, 타원에서 원으로의 변환하는 단계를 포함한다. 원 변환에 관한 추가적인 논의는 본 발명의 상세한 기술에서 이루어질 것이다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 생리적 상태는 복수의 사람들에 대해, 결정을 취득하는 시간 동안 사람들의 무관심, 진실된 관심, 및 분노 중 적어도 하나를 측정하기 위해 결정된다. 이러한 실시예는 예를 들면, 대중에게 제시된 (정치적) 제안들 및 견해들에 대한 정서적 반응을 모니터링(monitoring)하기 위해 사람들의 그룹의 수용 모니터링을 위해 이용될 수 있고, 제안된 견해들의 정서적 충돌에 대한 객관적인 측정들을 획득할 수 있다. 부가적인 가능성들은 특정 제안들의 동향들 분석을 포함한다. 따라서, 새로운 제안들은 이들이 처음 제시했을 때에는 긍정적 또는 부정적인 의미로 강한 정서적 반응들을 유발할 수 있다. 그러나, 제안과 더욱 친숙해지게 된 후에는, 이들의 강력한 첫 반응들은 사라질 수 있고(항상이 아니라 때때로), 더욱 균형잡힌 피상적 견해들이 될 수 있다. 즉, 코히런트 반응과 같은 집합적 파라미터들은 그룹에서의 분파가 유사한 태도를 보이는 것에 대한 정보를 제공한다. 수집된 정보는 결정 취득 처리를 안내하기 위한 프로세스 퍼실리테이터(process facilitator) 또는 그룹에 의해 이용될 수 있다. 이러한 측정들의 신뢰도를 추가적으로 증가시키기 위해, 복수의 사람들에 대한 전기 피부 반응의 결정을 포함하고, 무관심, 진실된 관심 및 분노를 측정할 때 결과 반응을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에서, 적어도 한명의 사람들은 나머지 사람들로부터 원격으로 위치되고, 복수의 심장 박동들을 샘플링하기 위한 사람의 센서 및/또는 전기 피부 반응을 결정하기 위한 수단으로부터의 측정들 결과들은 인터넷과 같은 네트워크를 통해 제어 유닛에 송신된다. 이러한 구현은 따라서 웹 기반 견해 제시에 관한 독창적 시스템, TV, 및/또는 다른 상이한 전자 대중 통신을 이용할 가능성을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 예를 들면, 마이크로프로세서(예를 들면, 범용 컴퓨터), 또는 셋톱 박스, 텔레비전 세트의 일부(내장됨), DVD 플레이어, 또는 휴대용 디바이스와 같은 유사한 디바이스 상에서 실행하는 컴퓨터 프로그램(컴퓨터 소프트웨어)으로서 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 시스템으로서, 사람의 복수의 심장 박동들을 샘플링하기 위한 적어도 하나의 센서, 및 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들을 추출하고, 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하도록 구성되고, 2개의 후속 R-R 간격들은 2차원 표현에서의 엔트리를 형성하고, 제어 유닛은 또한, 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들에 대해 센트로이드를 결정하고, 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅시키고, 여기서 폐곡선의 중심은 센트로이드와 일치하고, 2차원 표현에서의 엔트리들과 폐곡선 사이의 거리들을 결정하고, 결정된 거리들이 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정함으로써 사람의 물리적 상태를 결정하도록 구성되는, 사람의 생리적 상태 결정 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 방법에 관해 상술된 바와 같이, 이 신규한 시스템은 심박 변이도의 주파수 분석으로 인한 종래 기술의 평균화 및 신뢰도 문제를 해결한다는 사실로 인해 종래 기술을 능가하는 복수의 이점들을 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 복수의 심장 박동들을 샘플링하기 위한 적어도 하나의 센서는 광맥파계(photoplethysmograph), ECG 레코더, 또는 심탄동도(ballistocardiogram)를 측정하기 위한 디바이스 중 적어도 하나이다. 그러나, 당업자는 상이한 센서들이 이용될 수 있다는 것과 상기 예들이 비제한적이라는 것을 이해한다.

지금부터 본 발명의 이들 및 다른 양태들은 본 발명의 현재 양호한 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 후속 R-R 간격들(두 축들 상의 라벨들: x-축 IBI 시간 n, y-축 IBI 시간 n+1)의 2차원 표현을 도시한 그래프.
도 3은 반경 분포의 히스토그램 도면.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 이용한 결정 취득 시스템의 개념적 셋업을 도시한 도면.

본 발명은 이제, 본 발명의 현재 양호한 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 이후에 더욱 완전히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 이들 실시예들은 면밀성 및 완전성을 위해 제공되고 본 발명의 범주를 당업자에게 완전히 전달한다. 동일한 참조 글자들은 전반에 걸쳐 동일한 요소들을 나타낸다.

이제부터 도면들, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)의 블록도와 시스템(100)에 의해 결정된 후속 R-R 간격들의 2차원 그래픽 표현이 각각 도시되어 있다. 도 1 및 도 2는 동시에 설명될 것이다. 시스템(100)은 센서들(102 및 104)을 통해 시스템(100)에 의해 획득된 HRV 신호들을 측정, 비교 및 그에 대한 피드백을 제공한다. 각 센서(102 및 104)는 사람의 심장 박동을 측정하며, 즉 사람의 심장 박동을 검출할 수 있도록 구성된다. 다중 센서들을 이용하는 이점은 상이한 센서들의 데이터를 조합하고 신뢰도를 개선시키는 것, 예를 들면, 움직임 아티팩트들을 감소시키는 것이 가능하다는 점이다. 그러나, 당업자는 2개보다 많거나 적은 센서들이 가능하고 따라서 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 이해한다. 심장 박동을 검출할 수 있는 센서들의 예들은 광맥파계, ECG 레코더, 또는 심탄동도를 측정하기 위한 디바이스(예를 들면, Emfit 센서, MyHeart 프로젝트)이다.

시스템(100)은 사람의 심박 변이도(HRV)와 같이 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들(또는 "박동간 간격(interbeat interval)" IBI)을 추출하기 위해, 그리고 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하기 위해 마이크로프로세서 등과 같은 센서들(102 및 104)로부터 심장 박동 샘플들을 수신하는 제어 유닛(106)을 추가로 포함하며, 여기서 2개의 후속 R-R 간격은 2차원 표현에서의 엔트리(200)를 형성한다. 제어 유닛(106)은 심장 박동 측정들의 수신을 위한 무선 능력들을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 당연히 유선에 의해 접속이 제공된다. 상술된 바와 같이, 2차원 표현은 본질적으로 후속 R-R 간격들의 푸앵카레 모델인 것이 바람직하며, 즉 n번째 측정된 IBI는 x축에 도시되고 n+i번째 측정된 IBI는 y축 상에 도시된다. 또한, 제어 유닛(106)은 2차원 표현의 복수의 엔트리들에 대한 센트로이드(202) 및 평균 반경(204), 즉 본질적으로 타원 형태의 윤곽(즉, 2차원 표현의 엔트리들을 통해 피팅된 폐곡선)을 가지고 타원에 대한 센트로이드가 반경(204)을 표현하는 2차원 그림으로 표현된 엔트리들의 중앙을 결정하도록 더 적응되는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 평균 반경은 일반적으로 타원에서 원으로의 변환 후에만 결정될 수 있다. 그러나, 일종의 평균 타원을 규정하는 것이 바람직하지만, 타원의 2개의 축들의 평균들을 결정해야 하므로 더욱 복잡해진다. 또한, 제어 유닛(106)은 2차원 표현에서의 엔트리들 각각과 센트로이드(202) 사이의 거리(206)를 결정하도록 구성되며, 따라서 엔트리들 각각에 대한 거리가 개별적으로 분석되어 엔트리들에 대한 평균 반경(204)과 비교될 수 있다. 제어 유닛(106)에 의해 또한 수행될 수 있는 분석의 결과는 그 후에 사람의 생리적 상태를 결정하기 위해 이용될 수 있다.

시스템(100)은 또한, 자극 및 피드백 가능성들을 제공할 수 있으며, 여기서 자극은 예를 들면, 사람에게 보여준 호흡 보측기 자극을 포함한 그러한 자극을 제공하도록 특별히 구성된 TV 세트(108) 및 스피커들(110)에 의한 청각-시각(예를 들면, 오디오 및/또는 비디오) 경험의 렌더링을 포함할 수 있다. 또한, 엠비라이트(ambilight; 또는 유사)를 포함하는 TV 세트(108)의 경우에, 엠비라이트 조명 개념은 청각-시각 경험을 더욱 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 사람의 가까운 부근에 배열된, 예를 들면, 사람에 의해 착용된 직물 의복에 임베딩된 상이한 형태들의 액추에이터들(actuators) 또는 임베딩된 액추에이터들을 가진 소파/의자를 이용하여 사람의 촉각 자극을 포함한 다른 부가의 구성들도 당연히 가능하다. 그러나, TV 세트는 특별히 구성되어야 할 필요가 없고, 예를 들면, 사람이 신속히 코히런트 상태에 도달할 수 있도록(예를 들면, 신속히 스트레스를 벗어남) 사람에 대한 자극 및 안내를 제공하기 위한 정보 패턴이 저장된 DVD 플레이어(또는 유사한 휴대용 또는 고정된 저장 디바이스)를 위해 특별히 구성된 DVD 디스크를 포함한 상술된 자극을 제공하기 위해 셋-톱 박스 또는 DVD 플레이어가 대신 구성될 수 있다.

TV 세트(108) 및/또는 상술된 DVD 플레이어는 예를 들면, 사람이 그들의 집의 위안으로 쉽게 이완되게 하는 느림의 경험(slow down experience)을 제공하는 릴렉스 TV의 개념에 따라 구성될 수 있다. 시스템(100)을 이용하는 사람은 소파에 기대어, 각각의 손에 센서(102, 104)를 쥐고, TV 세트(108) 상에서 디스플레이되는 영화 클립과 보조를 맞추어 호흡하고, 예를 들면, TV 세트(108) 상에서 디스플레이되는 그래픽 피드백 인터페이스에 의해 이완 레벨이 증가하는 것을 목격할 수 있다. 수 분 후에, 사용자는 사용자의 심장 리듬 및 이완 수행이 고려된 특수 시청각 컨텐트 및/또는 엠비라이트(상술된 바와 같이)를 포함하여, TV 세트(108) 상에서 시각화되는 맞춤식 호흡 리듬 운동을 따름으로써 이완된 상태를 달성한다. 예를 들면, 릴렉스 TV 개념은 유럽 특허 출원 제 08152732.7호(출원인 참조 번호 PH009672)에 개시되어 있으며, 참조로서 완전히 포함되었다.

그러나, 느림의 경험은 TV(108)에만 제한되는 것이 아니라 다른 렌더링 디바이스들에 의해서도 마찬가지로 제공될 수 있음을 유념해야 한다. 예를 들면, 바이오피드백 이완 경험은 조명 시스템 또는 음악 플레이어에 일체화될 수 있다. 대안적으로, 이것은 알람 시계 또는 각성 조명에 이를 일체화시킴으로써 잠에 빠지는 과정을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.

도 2로부터 명백한 바와 같이, 2차원 표현에서의 엔트리들은 타원형으로 배열되는 디폴트에 의한 것이고, i = 0에 대해, 그림은 원점을 통과하는 직선이 될 것이다. 그러나, 반경 및 거리를 결정하기 위해, 그리고 분석시 그의 결정을 이용하기 위해, 광범위한 계산이 필요하다. 따라서, 타원보다는 원을 분석하는 것이 계산 전력을 덜 소모하기 때문에 원 변환(즉, 타원을 원으로)을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 두 축들 상의 데이터는 서로에 대해 90도 이동된다.

원 그림을 얻기 위해, IBI n 대 IBI n+i_circie을 그리는 것이 필요하다. 여기서 i_circie는 다음의 방법으로 추정된다:

여기서, T_pacer는 초 단위의 보측기의 기간이고, IBI_average는 초 단위의 평균 IBI이다. 비 T_pacer/IBI_average는 타원의 하나의 통과에 대한 데이터지점들의 수이다. 상기 수학식에 도시된 바와 같이 이 수를 4로 나누면 타원을 원으로 바꾸기 위한 90도 위상 인자를 제공한다.

사용자에 대한 피드백은 이 경우 타원(원)이다. 달리 말하면, 더 열리고 더 얇은 타원은 더 많은 "코히런트 상태(coherent state)", 즉 호흡 속도와 심박 사이의 양호한 동기를 표현한다. 타원의 반경(즉, 크기)은 심박 변이도(HRV)의 진폭에 대한 측정이고, 타원의 라인의 두께, 즉 반경의 변동은 코히런스에 대한 측정이다. 상술된 바와 같이, 사람이 코히런트 상태일 때, HRV 및 호흡 기간은 거의 일 대 거의 일로 강력하게 상관된다: 호흡 기간 = HRV 기간.

코히런트 상태의 파괴들은 당황하고 놀라운 결과로서, 타원 경로로부터 급격하고 직접적인 굴곡을 유발한다. 이것은 이벤트의 고속 검출과 또한 고속 시각화를 허용한다. 상기에 결정된 바와 같이, 원의 반경(204)이 평균 반경 r_average과 폭 dr을 가진 특정 분포를 가진다면, 지점이 원형 경로로부터 급격한 굴곡일 때에 대한 측정을 설정하는 것이 가능하다.

측정된 반경(즉, 센트로이드(202)와 특정 엔트리(200) 사이의 거리 d)이 평균 반경 r_average로부터 상당히 벗어날 때, 이 지점은 이벤트로서 라벨이 붙고, 분포(dr 및 r_average)를 고려하지 않는다. 이것이 필터링 방법이다; 그러나 다른 적당한 필터링 또는 데이터 지점 거부 방식들(data point rejections schemes)도 마찬가지로 이용될 수 있다. 당연히, 처음에는, 충분한 데이터 지점들을 가진 적당한 분포를 만드는 것이 필요하다. 그러나, 데이터 지점들의 수가 클수록, 분포가 양호해지고 이벤트 검출 작업들이 양호해진다. 달리 말하면, 긴 이력이 작성된다. 분포의 히스토그램 도면(300)의 예가 도 3에 도시된다. 이 예에서, 측정된 데이터 지점의 거리(206) d가 평균 반경으로부터 3배보다 많이 dr 벗어날 때 r_average: F= |d - r_average| > 3dr일 때, 이 지점은 이벤트(302)로서 라벨이 붙는다. 여기서, F는 엔트리의 거리 d와 폐곡선(204) 사이의 차(또한 이하에서 "거리"로 칭해짐)를 나타낸다. 지점이 상당히 벗어날 때의 기준은 시스템(100)의 사용자에 의해 수동으로 설정될 수 있거나, 시스템(100)에 의해 자동으로 설정될 수 있다(반경들 분포 및 통계 이론에 기초함).

약 10초간 이벤트들(즉, 코히런스의 파괴)을 검출하고 주파수 도메인에서의 분석을 이용하는 종래 기술의 방법들 및 시스템들을 비교하여, 본 발명에 따른 타원 시각화 방법은 약 1초 내에 이벤트들을 검출한다(즉, IBI 측정의 시간 비율시). 호흡 속도와 같이 피드백 및 조정적 측정들이 훨씬 더 빠를 수 있어서 코히런트 상태의 신속한 회복을 유발하기 때문에, 고속 검출이 유리하다. 따라서, 스트레스를 벗어나기 위한 사람의 시도의 경험이 향상된다.

그러나, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법은 또한 사람들의 그룹에 의해 취득된 결정에 대해 이용될 수 있다는 것을 더욱 유념해야 한다. 이와 같이, 명제들에 대한 정신 생리학적 반응은 그룹의 모든 사람들에 대해 모니터링될 수 있고, 무관심, 진실한 관심 및 분노와 같은 개별 파라미터들은 심박 변이도(HRV)의 해석에 의해 구별될 수 있고 및/또는 전기 피부 반응이 결정될 수 있다. 코히런트 반응들과 같은 집합적 파라미터들은 그룹의 분파들이 유사한 속성들을 보여주는 정보를 제공한다. 그러나, 그룹의 사람들의 정신 생리학적 반응은 상술된 특정 HRV 방법을 포함하거나 포함하지 않고 행해질 수 있음을 유념해야 한다.

도 4에서, 결정 취득 시스템(400)의 예가 도시된다. 예를 들면, 회의에 관한 그룹의 사람들 각각에는 심장 박동 및/또는 피부 컨덕턴스를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서가 구비된다. 예시적 실시예에서, 센서 구성(즉, 심장 박동 및 피부 컨덕턴스 양쪽 모두)은 단일 센서 디바이스(402)에 일체화되고, 중앙 제어 유닛(404)과 통신하기 위한 무선 능력을 추가로 포함한다. 실시예에서, 추가적인 사람/참여자는 예를 들면, 전화 회의 또는 화상 회의에 의해 나머지 사람들로부터 원격으로 구성된다. 이 경우, 또한, 그 사람에게는 인터넷과 같은 네트워크 접속에 의해 제어 유닛(404)에 접속되는 센서 디바이스(402)가 장착되었다.

개별 사람들의 분석 동안, 투표와 측정들 사이의 시간 동기화가 정확하다는 것은 필수적이다. 따라서, 시스템(400)은 각 측정에 대한 타임스탬프를 기록한다. 따라서, 사람의 수용 레벨과 직무상 결과 사이의 거리 D가 규정된다면, 이 거리는 결정, 개인, 사람의 투표, 사람이 투표하는 순간에 측정된 생리적 데이터, 및 사람이 직무상 결과를 자각하게 된 순간에 측정된 생리적 데이터의 전체 결과의 함수가 될 것이다. 이 공식은 하기에 의해 주어진다:

D = f(vote_person - outcome_total) + g(measdata_after - measdata_voting)

여기서, 부함수 f는 사람의 투표 vote_person가 총 결과 outcome_total과 얼마나 상이한지를 결정하도록 규정되고, 부함수 g는 직무상 결과에서 측정된 데이터 measdata_after가 투표 동안 측정된 데이터 measdata_voting와 얼마나 상이한지를 결정하도록 규정된다.

거리 함수 D는 그 후에 일종의 가중 인자로서 간주될 수 있다. 거리가 멀수록 더 많은 사람이 직무상 결과와 불일치한다. 신뢰도 측정을 얻기 위해, 우리는 하기의 표에 도시된 다음의 4개의 상황들을 식별할 수 있다.

함수들(f+g)의 결과	거리(D)	일치 레벨
f small + g small	작음	매우 일치
f large + g small	중간	의심
f small + g large	중간	의심
f large + g large	큼	매우 불일치

시간 스탬프들과의 동기화가 상술된 바와 같이 행해질 때, 원격 위치 및 지역적으로 존재하는 양쪽 사람들이 동시에 평가될 수 있다. 반응 검출과 피드백 사이의 대기시간은 실시간 모니터링의 인식을 일으킬 만큼 충분히 짧아야 한다. 관심 경과들 및 이동들에 대해 상술된 심박 변이도 분석 알고리즘은 데이터를 분석하기 위해 이용될 수 있다. 제안이 제시되는 회의의 설정시 이러한 알고리즘의 활용은 참여자들에 대한 관심과 무관심이 구별되도록 허용한다. 상술된 방식으로, 무관심, 진실된 관심 및 분노와 같은 개별 파라미터들은 심박 변이도 및 전기 피부 반응의 해석에 의해 구별될 수 있다. 코히런트 반응들과 같은 집합적 파라미터들은 그룹의 분파들이 유사한 태도들 보여주는 정보를 제공한다. 수집된 정보는 결정 취득 처리를 안내하기 위한 프로세스 퍼실리테이터 또는 그룹에 의해 이용될 수 있다. 상술된 시스템(400)은 전자 투표(예를 들면, 전화 투표)와 함께 결정 취득 프로세스를 위한 피드백 도구로서 결정 취득을 위한 수용 모니터링에 대해 특히 유용하다.

당업자는 본 발명이 상술된 양호한 실시예들에 결코 제한되지 않음을 이해한다. 이에 반하여, 첨부된 특허청구범위 내에서 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 예를 들면, 상술된 바와 같은 결정 취득 시스템은 예를 들면, 주파수 분석을 이용한 종래 기술의 HRV 모니터링 방법들 중 하나와 같이, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 다른 종류의 방법들과 함께 이용될 수 있다.

더욱이, 원 변환을 수행하는데 있어서, 처음에 2차원 표현에서의 엔트리들의 질량 중심(즉, 센트로이드)을 결정하는 것이 가능하며, 그 후에 수평축에 대한 각(φ)과 질량 중심 좌표에 대한 거리(r)가 새로운 좌표(r, φ)를 산출하는 엔트리마다 결정된다. 각도는 시간의 함수로서 그려지고, 이 곡선에 대한 선형 적합이 이루어진다. 제 1 미분은 회전 주파수 f를 산출한다. 이로부터 기간 T = 1/f이 결정되고, 이 기간은 T_pacer/IBI_average와 등가이다. 타원을 원으로 변환하기 위한 시간 편이는 그 후에 Δt = T/4에 의해 주어진다. 유사하게, 거리 r의 미분 dr 또는 각도 φ의 미분 dφ가 코히런스를 위한 측정으로서 이용될 수 있다. 후자의 경우, 미분 dφ는 평균 회전 주파수 f와 비교된다. r의 미분에 대해, 상술된 유사한 측정(dr/r)을 이용하는 것이 가능하다.

100: 시스템 102, 104: 센서
106: 제어 유닛 108: TV 세트
110: 스피커들 200: 엔트리
400: 결정 취득 시스템 402: 단일 센서 디바이스
404: 중앙 제어 유닛

Claims (10)

1. 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법으로서:
   - 상기 사람의 복수의 심장 박동들을 샘플링(sampling)하는 단계;
   - 상기 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들(a series of cardiac R-R intervals)을 추출하는 단계; 및
   - 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하는 단계를 포함하고,
   2개의 후속 R-R 간격들은 상기 2차원 표현에서의 엔트리(entry)를 형성하는, 상기 사람의 생리적 상태 결정 방법에 있어서:
   - 상기 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들에 대한 센트로이드(centroid)를 결정하는 단계;
   - 상기 2차원 표현에서의 상기 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅(fitting)시키는 단계로서, 상기 폐곡선의 중심은 상기 센트로이드와 일치하는, 상기 폐곡선 피팅 단계;
   - 상기 2차원 표현에서의 상기 엔트리들과 상기 폐곡선 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
   - 상기 결정된 거리들이 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정함으로써 상기 사람의 물리적 상태를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폐곡선의 결정된 평균 반경에 대한 상기 2차원 표현에서의 상기 엔트리들 사이의 편차를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 엔트리들의 2차원 표현은 본질적으로 후속 R-R 간격들의 푸앵카레 모델(Poincare model)인, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하는 단계는 원과 일치시키도록 상기 엔트리들의 2차원 표현을 변환하는 단계를 포함하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 사람에 대한 상기 생리적 상태는 상기 사람에 대한 코히런스(coherence)의 측정인, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 2차원 표현에서의 상기 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅시키는 단계는 상기 복수의 엔트리들을 통해 타원을 피팅시키도록 구성된, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 생리적 상태의 변화가 미리 결정된 제 2 임계값보다 높거나 낮은 경우에 청각 자극, 시각 자극, 촉각 자극 중 적어도 하나를 출력하는 단계를 추가로 포함하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반경과 엔트리 사이의 거리가 최소화되도록 상기 사람을 안내하기 위해, 청각 자극, 시각 자극, 촉각 자극 중 적어도 하나를 출력하는 단계를 추가로 포함하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 생리적 상태는, 복수의 사람들에 대해, 결정을 취득하는 시간 동안 상기 사람들의 무관심, 진실된 관심 및 분노 중 적어도 하나를 측정하기 위해 결정되는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 방법.
10. 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 시스템으로서:
    - 상기 사람의 복수의 심장 박동들을 샘플링하기 위한 적어도 하나의 센서; 및
    - 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은:
    - 상기 심장 박동 샘플들로부터 일련의 심장 R-R 간격들을 추출하고;
    - 후속 R-R 간격들의 2차원 표현을 제공하도록 구성되고,
    2개의 후속 R-R 간격들은 상기 2차원 표현에서의 엔트리를 형성하는, 상기 사람의 생리적 상태 결정 시스템에 있어서, 상기 제어 유닛은:
    - 상기 2차원 표현에서의 복수의 엔트리들에 대한 센트로이드를 결정하고;
    - 상기 2차원 표현에서의 상기 복수의 엔트리들을 통해 폐곡선을 피팅시키고-여기서 상기 폐곡선의 중심은 상기 센트로이드와 일치함-;
    - 상기 2차원 표현에서의 상기 엔트리들과 상기 폐곡선 사이의 거리를 결정하고;
    - 상기 결정된 거리들이 미리 결정된 제 1 임계값보다 높거나 낮은지를 결정함으로써 상기 사람의 물리적 상태를 결정하도록 더욱 구성되는 것을 특징으로 하는, 사람의 생리적 상태를 결정하기 위한 시스템.

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