KR101553909B1 - 호흡 재활 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 호흡 재활 장치에 관한 것으로서, 상기 호흡 재활 장치는 입력된 음성에 대응하는 음성 신호를 출력하는 마이크, 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형과 점수가 저장되어 있는 메모리, 그리고 상기 마이크와 연결되어 있고, 상기 마이크로부터 입력된 상기 음성 신호의 주파수와 진폭을 분석하여 음성 파형을 생성하고, 생성된 음성 파형과 상기 적어도 기준 음성 신호에 대응하는 적어도 하나의 기준 음성 파형을 비교하여 유사도를 산출하고, 산출된 유사도 중에서 가장 큰 값을 갖는 유사도를 판정하여 판정된 유사도가 설정값 이상일 경우, 판정된 상기 유사도에 대응하는 상기 기준 음성 파형에 부여된 점수를 획득 점수로 할당하고, 현재 총 획득 점수에 할당된 상기 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출하고, 산출된 새로운 총 획득 점수라 목표 점수 이상일 경우, 호흡 재활 게임을 성공한 상태로 판정하는 제어부를 포함한다. 이로 인해, 정해진 음성만을 스피커에 대고 소리 내는 동작만으로 호흡 재활 동작이 행해지므로, 때와 장소에 무관하게 호흡 재활 훈련을 할 수 있어 사용자의 편리성과 훈련 효율이 향상된다.

Description

호흡 재활 장치 및 그 제어 방법{RESPIRATION REHABILITATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 호흡 재활 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
산업의 발전과 더불어 공장이나 자동차 등에서 많은 공해 물질을 배출하고, 중금속을 함유한 황사나 미세 먼지 등으로 인해 폐질환이나 기관지 질환과 같은 호흡기 질환 등을 앓고 있는 사람의 수가 매년 증가하고 있다.
이러한 호흡기 질환은 약물 치료뿐만 아니라 흉부 물리 치료, 심리 치료 등과 같은 포괄적인 호흡재활 치료로 받게 된다.
호흡 재활 치료로는 체위 배액 요법, 호흡 운동 및 이완 운동 등이 있다.
호흡 재활 치료를 통해 기관지 내의 분비물 제거, 기관지 경직의 완화 및 폐조직의 확장, 또는 폐활량 증가에 많은 도움을 받게 되고, 호흡 형태의 개선 및 호흡 조절법을 습득하여 운동 능력을 증가시키며, 일상 생활의 수행 능력을 증가시키게 된다.
특히, 호흡 운동은 호흡 양상의 교정과 호흡근을 강화시켜 폐포환기를 증가시키고, 기도내의 분비물을 배출시키기 위한 기침 기능을 증가시키기 위하여 필수적으로 필요한 치료 중의 하나이다.
호흡기 질환자의 기능 회복이나 수술 후 호흡계 합병증의 감소를 위해 흡기 호흡 운동과 호기 호흡 운동을 모두 실시하여야 한다.
흡기(吸氣) 호흡 훈련을 위해서는 여러 가지의 흡기 저항 호흡(inspiratory resistive breathing) 기구들을 사용하여 개인이 편리하게 훈련을 실시할 수 있다.
그러나 호기(呼氣) 호흡 훈련을 위해서는 촛불 불기 및 병 불기 등과 비의료 장비가 많이 이용되고 있어 호기 호흡 훈련의 효능이나 효과를 정확하게 점검할 수 없다.
반면, 의료 장비를 이용하여 호기 호흡 훈련을 위해서는 별도의 휴대가 불편한 별도의 의료 장비를 고가로 구입하고 휴대해야 하므로 사용자의 경제적인 부담감과 사용의 불편함이 있었다.
한국 공개특허공보 공개번호 특1999-001682(공개일자: 1999년 01월 15일, 발명의 제목: 폐질환 환자의 호흡 훈련기 및 이를 이용한 흉부 물리 치료 시스템)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 때와 장소에 무관하게 편리하게 호흡 훈련을 실시하여 사용자의 편리성을 증가시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 호흡 재활 장치는 입력된 음성에 대응하는 음성 신호를 출력하는 마이크, 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형과 점수가 저장되어 있는 메모리, 그리고 상기 마이크와 연결되어 있고, 상기 마이크로부터 입력된 상기 음성 신호의 주파수와 진폭을 분석하여 음성 파형을 생성하고, 생성된 음성 파형과 상기 적어도 기준 음성 신호에 대응하는 적어도 하나의 기준 음성 파형을 비교하여 유사도를 산출하고, 산출된 유사도 중에서 가장 큰 값을 갖는 유사도를 판정하여 판정된 유사도가 설정값 이상일 경우, 판정된 상기 유사도에 대응하는 상기 기준 음성 파형에 부여된 점수를 획득 점수로 할당하고, 현재 총 획득 점수에 할당된 상기 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출하고, 산출된 새로운 총 획득 점수라 목표 점수 이상일 경우, 호흡 재활 게임을 성공한 상태로 판정하는 제어부를 포함한다.
상기 특징에 따른 호흡 재활 장치는 동작 시작 신호를 상기 제어부로 출력하는 사용자 입력부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 동작 시작 신호가 입력되면 경과 시간을 계수하여 설정 시간에 도달했는지 판단하고, 상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달하면 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수와 비교하여 상기 새로운 총 획득 점수가 상기 목표 점수 이상인지를 판정하는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 호흡 재활 장치는 상기 제어부와 연결되어 있고 상기 호흡 재활 게임의 성공 상태를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 기준 음성 신호는 적어도 하나의 날숨 소리에 해당하는 음성 신호인 것이 좋다.
상기 적어도 하나의 날숨 소리는 '후'. '후후', '호', '호호', '하', '허', '훅', '훅훅', '혹', '혹혹', '푸', '푸푸', '휘', '쓰-' 및 '퍼-'중 적어도 하나일 것이 바람직하다.
적어도 하나의 기준 음성 파형에 부여된 점수는 상이할 수 있다.
상기 제어부는 판정된 상기 유사도가 상기 설정값보다 작을 경우, 획득 점수을 '0'으로 할당할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 호흡 재활 방법은 음성에 대응하는 음성 신호가 입력되었는지를 판단하는 단계, 상기 음성 신호가 입력되면 상기 음성 신호에 대응하는 음성 파형을 생성하는 단계, 생성된 상기 음성 파형과 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형을 비교하여 유사도를 산출하는 단계, 산출된 상기 유사도 중에서 가장 큰 값을 갖는 유사도를 판정하는 단계, 판정된 상기 유사도가 설정값 이상인지를 판정하는 단계, 판정된 상기 유사도가 상기 설정값 이상일 경우, 상기 판정된 상기 유사도에 대응하는 상기 기준 음성 파형에 부여된 점수를 획득 점수로 할당하는 단계, 현재 총 획득 점수에 할당된 상기 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출하는 단계, 산출된 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수 이상인지를 판단하는 단계, 그리고 산출된 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수 이상일 경우, 호흡 재활 게임의 성공으로 판정하는 단계를 포함한다.
상기 특징에 따른 호흡 재활 방법은 동작 시작 신호를 입력되는지를 판단하는 단계, 상기 동작 시작 신호가 입력되면, 타이머를 동작시켜 상기 호흡 재활 게임의 경과 시간을 계수하는 단계, 상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달했는지를 판단하는 단계, 상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달할 경우, 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수와 비교하는 단계, 그리고 상기 새로운 총 획득 점수가 상기 목표 점수 이상일 경우, 상기 호흡 재활 게임을 성공한 상태로 판정하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 호흡 재활 방법은 상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달하지 않을 경우, 음성 신호가 입력되었는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 기준 음성 신호는 적어도 하나의 날숨 소리에 해당하는 음성 신호인 것이 좋다.
상기 적어도 하나의 날숨 소리는 '후'. '후후', '호', '호호', '하', '허', '훅', '훅훅', '혹', '혹혹', '푸', '푸푸', '휘', '쓰-' 및 '퍼-' 중 적어도 하나일 수 있다.
적어도 하나의 기준 음성 파형에 부여된 점수는 상이할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 호흡 재활 방법은 판정된 상기 유사도가 상기 설정값보다 작을 경우, 획득 점수를 '0'으로 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 정해진 음성만을 스피커에 대고 소리 내는 동작만으로 호흡 재활 동작이 행해지므로, 때와 장소에 무관하게 호흡 재활 훈련을 할 수 있어 사용자의 편리성과 훈련 효율이 향상된다.
또한, 호흡 재활 훈련이 게임 형태로 이루어지므로, 사용자의 재미와 흥미가 증가하여 사용자의 만족도 또한 증가한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 호흡 재활 장치의 블럭도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 호흡 재활 장치의 동작 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속되어" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 호흡 재활 장치 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 호흡 재활 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
본 예에서, 호흡 재활 장치(100)는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대 전화기, 스마트폰(smart phone) 또는 태블릿 피씨(tablet personal computer) 등의 휴대 단말기(handheld terminal)과 같이 이동 가능한 이동 단말기(mobile terminal)일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 고정 단말기(stationary terminal)일 수 있다.
도 1를 참고로 하면, 이러한 호흡 재활 장치(100)는 통신부(110), 사용자 입력부(120), 통신부(110)와 사용자 입력부(120)에 연결된 제어부(130), 제어부(130)에 연결된 출력부(140), 그리고 제어부(130)에 연결된 메모리(150), 타이머(timer)(160), 마이크(170) 및 인터페이스부(interface)(180)를 구비한다.
이때, 도 1에 도시된 구성요소들(110-180)은 필수적인 것은 아니어서, 호흡 재활 장치(100)는 이들 구성 요소(110-180) 이외의 다른 적어도 하나의 구성요소를 추가로 구비하거나 이들 중 적어도 하나의 구성요소를 생략할 수 있다.
통신부(110)는 호흡 재활 장치(100)와 통신 시스템(도시하지 않음) 사이, 또는 호흡 재활 장치(100)와 휴대 단말기나 고정 단말기와 같은 다른 전자 기기가 위치한 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함한다.
한 예로, 도 1에 도시한 것처럼, 통신부(110)는 이동통신 모듈(111), 인터넷 모듈(112) 및 근거리 통신 모듈(113)을 구비한다.
이동 통신 모듈(111)은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말 및 서버 중 적어도 하나와 무선으로 신호(즉, 무선 신호)를 송수신한다. 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 단문 메시지나 멀티미디어 메시지의 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
인터넷 모듈(112)은 무선 또는 유선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 인터넷 모듈(112)은 호흡 재활 장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(WiFi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access) 또는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다.
근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband) 또는 지그비(ZigBee) 등이 이용될 수 있다.
사용자 입력부(120)는 사용자가 호흡 재활 장치(100)의 동작 제어를 위한 명령 입력 등과 같은 입력 동작에 관련된 신호를 발생시켜 제어부(130)로 출력한다.
사용자 입력부(120)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(touch pad), 조그(jog) 스위치 또는 마우스(mouse) 등으로 구성될 수 있다.
제어부(130)는 사용자 입력부(120)를 통해 인가되는 신호를 이용하여 출력부(140)의 동작 상태를 제어하고, 호흡 재활 장치(100)의 동작 중 발생한 데이터의 처리를 실시하고 제어한다.
예를 들어, 호흡 재활 장치(100)에 설치된 호흡 재활 프로그램(program)이나 호흡 재활 어플리케이션(application)이 실행될 때 입력되는 사용자의 음성 신호를 이용하여 입력된 음성 신호에 대한 점수를 산출한다.
또한, 호흡 재활 장치(100)의 동작 상태에 해당하는 화면 영상 데이터를 터를 메모리(150)로부터 읽어와 판독된 화면 영상 데이터를 출력부(140)로 출력한다. 이로 인해, 동작 상태에 맞는 화면이 출력부(140)를 통해 출력될 수 있도록 한다.
또한, 호흡 재활 장치(100)가 통화 모드일 때 제어부(130)는 통화 동작을 제어하며 통화에 관련된 UI(User Interface)나 GUI(Graphic User Interface)에 해당하는 영상 출력을 위한 영상 데이터를 출력부(140)로 출력하며, 화상 통화 모드나 촬영 모드인 경우에는 이들 모드의 동작을 제어하고 촬영 영상이나 수신된 영상, 또는 화상 통화 모드나 촬영 모드를 위한 UI나 GUI에 해당하는 영상 데이터를 출력부(140)로 출력한다.
출력부(140)는 시각, 청각 및 촉각에 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이 모듈(141), 음향 출력 모듈(142) 및 햅틱(haptic) 모듈(143)을 구비한다.
디스플레이 모듈(141)은 호흡 재활 장치(100)의 동작을 제어하는 제어부(130)의 동작에 따라 제어부(130)에서 출력되는 영상 데이터에 해당하는 영상을 화면에 표시한다.
이로 인해, 디스플레이 모듈(141)은 호흡 재활 장치(100)의 동작 상태에 따른 영상을 표시하며, 호흡 재활 장치(100)의 동작 모드에 따라 사용되는 UI나 GUI를 표시한다.
이러한 디스플레이 모듈(141)은 액정 디스플레이(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display), 플렉시블 디스플레이(flexible display) 및 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나의 표시 장치를 포함한다.
디스플레이 모듈(141)이 영상 표시를 위한 구조뿐만 아니라 터치 동작을 감지하는 센서[이하, '터치 센서(touch sensor)'라 함]가 상호 적층 구조(layered structure)를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함), 디스플레이 모듈(141)은 영상을 출력하는 출력 장치 이외에 사용자 입력부(120)와 같은 입력 장치로 기능한다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름(touch film), 터치 시트(touch sheet), 터치 패드(touch pad) 등의 형태를 가질 수 있다.
터치 센서는 디스플레이 모듈(141)의 특정 부위에 가해진 압력이나 디스플레이 모듈(141)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 신호로 변환하는 구조를 가질 수 있다.
터치 센서는 접촉되는 즉, 터치되는 위치와 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있다.
터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 전기적인 신호, 예를 들어, 터치 스크린(141)의 복수의 화소에서 터치된 부분에 위치한 적어도 하나의 화소행에 대한 전기적인 신호와 적어도 하나의 화소열에 대한 전기적인 신호는 이 전기적인 신호를 처리하는 터치 제어기(도시하지 않음)로 보내지고, 터치 제어기는 전기적인 신호를 처리한 후 그에 대응하는 데이터를 제어부(130)로 전송한다. 따라서, 제어부(130)는 터치 제어부에서 출력되는 데이터를 이용하여 디스플레이 모듈(141)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 판정하게 된다.
음향 출력 모듈(142)은 제어부(130)의 동작에 의해 제어부(130)에서 출력되는 오디오 신호(audio signal)를 음성으로 출력한다.
따라서, 제어부(130)는 호흡 재활 장치(100)의 동작 상태나 동작 모드에 따라 호신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 통신부(110)로부터 수신되거나 호흡 재활 장치의 동작 시 메모리(150)에 저장된 해당 오디오 데이터에 기초한 해당 오디오 신호를 음향 출력 모듈(142)로 출력하고, 이에 따라 음향 출력 모듈(142)은 오디오 신호에 해당하는 음향을 외부로 출력한다.
이러한 음향 출력 모듈(142)은 스피커(speaker)나 버저(buzzer) 등을 구비할 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(143)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 본 예에서, 햅틱 모듈(153)이 발생시키는 촉각 효과는 진동이 있다.
햅틱 모듈(143)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어부(130)의 제어 동작에 의해 변경 가능하며, 이러한 햅틱 모듈(143)은 제어부(130)의 제어에 의해 동작되는 모터(motor) 등을 구비할 수 있다.
메모리(150)는 제어부(130)의 동작에 필요한 데이터나 동작 중에 발생하는 데이터를 저장하는 저장 매체이다.
본 예에 따른 메모리(150)는 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형(음성 주파수와 진폭을 갖는 파형)과 각 기준 음성 신호에 부여된 점수가 추가로 저장되어 있다.
이러한 메모리(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory, RAM), 에스램(static random access memory, SRAM), 롬(read only memory, ROM), 이이피롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 피롬(programmable read only memory, PROM), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나일 수 있다.
대안적인 예에서, 호흡 재활 장치(100)는 인터넷(internet)상에서 메모리(150)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 연관되어 동작할 수도 있다.
타이머(160)는 제어부(130)의 동작에 따라 시간을 계수하여 계수된 시간에 해당하는 시간 데이터를 제어부(130)로 출력한다. 따라서, 제어부(130)는 타이머(160)에서 출력되는 시간 데이터를 이용하여 호흡 재활 게임의 설정 시간이 경과했는지의 여부를 판정한다.
마이크(microphone)(180)는 외부로부터 입력되는 음성을 대응하는 음성 신호로 변환하여 제어부(130)로 출력한다.
인터페이스부(180)는 호흡 재활 장치(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다.
인터페이스부(180)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 호흡 재활 장치(100) 내부의 해당 구성 요소에 전달하거나 호흡 재활 장치(100) 내부의 데이터를 외부 기기로 전송하도록 한다.
예를 들어, 유선 또는 무선 헤드셋 포트(headset port), 외부 충전기 포트, 유선 또는 무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 오디오 입력 및 출력 포트(audio input and output) 포트 및 비디오 입력 및 출력 포트(video input and output port), 이어폰 포트(earphone port) 등이 인터페이스부(180)에 포함될 수 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 호흡 재활 장치(100)의 제어 동작에 대하여 상세히 설명한다.
이하에서, 설명의 편의를 위해, 디스플레이 모듈(141)은 영상 표시 기능과 터치 센서를 통한 입력 기능을 구비한 터치 스크린으로 가정하므로 사용자 입력부(120)의 적어도 일부는 터치 스크린이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
전원 공급부(도시하지 않음)를 통해 호흡 재활 장치(100)의 동작에 필요한 전원이 공급되어, 제어부(130)의 동작이 시작된다(S11).
호흡 재활 장치(100)에는 이미 통신부(110)를 통해 호흡 재활 훈련을 위한 호흡 재활 게임을 실행하기 위한 호흡 재활 프로그램이나 호흡 재활 어플리케이션이 설치되어 있고, 호흡 재활 장치(100)의 바탕 화면에는 호흡 재활 게임을 구동시키기 위한 실행 아이콘(icon)이 설치될 수 있다.
따라서, 사용자의 동작에 의해 실행 아이콘이 실행되어 해당 호흡 재활 게임에 대한 구동 신호가 사용자 입력부(120)인 터치 스크린이나 해당 스위치를 통해 입력되었는지를 판단하고(S12), 구동 신호가 입력된 상태로 판정되면 제어부(130)는 메모리(150)에서 초기 화면에 대한 영상 데이터를 읽어봐 디스플레이 모듈(141)로 출력하여, 디스플레이 모듈(141)에 초기 화면을 출력한다(S13).
다음 이와 같이, 제어부(130)은 사용자 입력부(120)의 종료 버튼 또는 종료 스위치의 동작에 의해 동작 종료 신호가 입력되었는지를 판정한다(S14).
동작 종료 신호가 입력되면, 제어부(130)는 호흡 재활 장치(100)의 동작을 종료한다(S100).
하지만, 사용자 입력부(120)로부터 동작 종료 신호가 입력되지 않을 경우, 제어부(130)는 사용자 입력부(120)의 동작 시작 버튼이나 동작 시작 스위치의 동작에 의해 동작 시작 신호가 입력되었는지를 판단한다(S15).
사용자 입력부(120)를 통해 동작 시작 신호가 입력되면(S15), 제어부(130)는 호흡 재활 게임을 실행시킨 후(S16), 게임 결과를 메모리(150)에 저장한다.
이때, 메모리(150)에 저장되는 게임 결과는 최종 점수, 게임 일시, 게임자명일 수 있다.
하지만, 동작 시작 신호가 입력되지 않을 경우(S15), 제어부(130)는 단계(S14)로 넘어간다.
다음, 도 3을 참고로 하여 호흡 재활 게임의 실행 동작에 대하여 설명한다.
호흡 재활 게임의 실행 루틴(routine)이 시작되면(S16), 제어부(130)는 사용되는 변수를 초기화한 후(S161), 타이머(160)의 동작을 실시하여 호흡 재활 게임이 시작된 후 경과 시간을 판단하도록 한다(S162).
그런 다음, 타이머(160)에 의해 측정된 경과 시간이 게임 종료 시간인 설정 시간을 경과했는지를 판단한다(S163).
경과 시간이 설정 시간을 초과하지 않을 경우, 제어부(130)는 게임 종료 시간이 경과되지 않은 상태로 판정하여 마이크(170)를 통해 음성 신호가 입력되었는지 판단한다(S164).
마이크(170)를 통해 음성 신호가 입력되면 제어부(130)는 음성 신호를 처리하고(S165), 음성 신호가 입력되지 않을 경우, 제어부(130)는 음성 신호가 입력되었는지를 판단한다(S164).
다음, 도 4를 참고로 하여 음성 신호 처리 동작을 설명한다.
먼저, 음성 신호 처리 루틴으로 들어가면(S165), 제어부(130)는 먼저 마이크(170)를 통해 입력된 음성 신호를 메모리(150)에 저장하고(S651), 저장된 음성 신호의 주파수와 진폭을 분석하여 입력된 현재 음성 신호에 대한 현재 음성 파형을 생성한다(S652).
다음, 제어부(130)는 생성된 현재 음성 파형을 복수의 기준 음성 신호에 해당하는 기준 음성 파형과 비교하여(S653), 입력된 음성 신호와 복수의 기준 음성 신호 각각과의 유사도를 측정한다(S654).
복수의 기준 음성 신호에 대응하는 음성은 다음의 [표 1]과 같다.
음성 발음기호 특징 점수
후 [hu] 입을 동글게 오므려 내밀고 입김을 많이 내뿜는 소리 또는 그 모양 25
후후 [huhu] 입을 둥그렇게 우므려 입김을 자꾸 많이 내뿜는 소리를 나타내는 말 또는 그 모양을 나타내는 말 24
호 [ho] 입을 오므려 내밀고 입김을 내뿜는 소리 또는 그 모양 22.5
호호 [hoho] 입을 동그랗고 작게 오므리고 웃는 소리를 나타내는 말 19
하 [ha] 입을 크게 벌리고 입김을 한 번 내어 부는 소리 또는 그 모양 16
허 [heo] 입을 벌리고 입김을 한 번 내어 부는 소리 또는 그 모양. 13
훅 [hook] 입을 오므리고 입김을 갑자기 세게 부는 소리 또는 그 모양 11
훅훅 [hook hook] 입을 오므리고 입김을 잇따라 세게 부는 소리 또는 그 모양 9.5
혹 [hok] 입을 작게 오므리고 입김을 갑자기 조금 세게 부는 소리 또는 그 모양 8
혹혹 [hok hok] 입을 작게 오므리고 입김을 잇따라 조금 세게 부는 소리 또는 그 모양 6
푸 [poo] 다물었던 입술을 내밀고 조금 벌리며 입김을 내뿜는 소리 또는 그 모양 5
푸푸 [poo poo] 다물었던 입술을 내밀고 조금 벌리며 잇따라 입김을 내뿜는 소리 또는 그 모양 4
휘 [hui-] 숨을 한꺼번에 내쉬는 소리, 한숨소리 3
쓰- [sseu] 혀를 윗니 가까이에 두고 (약간의 틈) 내뿜는 소리 2
퍼- [per] 입술을 오므린 다음 튕기듯이 내뿜는 소리 1
[표 1]에 기재된 음성은 호기음인 날숨 소리(egressive)들로서, 호기 호흡 연습에 도움을 음성들로서, 호흡의 난이도는 [표 1]의 상부에서 하부로 갈수록 감소한다. [표 1]에서, '-'은 장음을 나타내는 표시로서 정해진 시간동안 같은 음을 내는 것을 지칭한다.
본 예에 따른 메모리(150)에는 이미 이들 날숨 소리(즉, 기준 음성 신호)에 대한 주파수와 진폭을 분석하여 생성된 기준 음성 파형들이 이미 저장되어 있고, 각 기준 음성 신호 또는 각 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형에 대한 점수가 난이도의 크기에 따라 다르게 부여되어 있다.
기준 음성 신호에 대한 점수는 난이도가 증가할수록 커지므로, '후'음성에 대한 점수가 가장 크고(예, 25점) '퍼-'음성에 대한 점수가 가장 작다(예, 1점).
[표 1]에 도시한 복수의 기준 음성 신호와 이들에게 각각 부여된 점수는 하나의 예로서, 기준 음성 신호의 개수는 가감(예, 1개 또는 16개 이상) 가능하며 점수 또한 가감될 수 있다.
따라서, 사용자는 호흡 재활을 위해 해당 음성을 출력하여 가능한 한 높은 점수를 얻기 위해서는 원하는 기준 음성 신호에 대응하는 음성을 내기 위한 상태와 최대한 가깝거나 동일하게 입, 입술, 혀 등의 위치나 모양을 만들어 소리는 내야 한다.
제어부(130)는 입력된 음성 신호에 대한 음성 파형을 생성하여, 기준 음성 신호에 대응하는 각 기준 음성 파형과 현재 입력된 현재 음성 신호에 대한 현재 음성파형의 동일성을 분석한 후 그 유사도를 측정하여 산출한다.
다음, 제어부(130)는 입력된 음성 신호와 각 기준 음성 신호와의 유사도가 산출되면 산출된 유사도 가운데 가장 큰 값을 갖는 유사도에 대응하는 기준 음성 신호를 판정한다(S655).
그런 다음, 판정된 기준 음성 신호에 대한 유사도가 설정값(예, 50%)보다 크거나 같은지를 판단한다(S656). 이때, 설정값은 변경 가능하다. 이때, 설정값은 호흡 재활 게임을 실시하는 사용자의 음성 출력에 따라 점수를 부여할지 여부를 결정하기 위한 값으로서 필요에 따라 값의 크기는 변경 가능하다.
판정된 유사도가 설정값 이상일 경우, 제어부(130)는 사용자가 점수를 획득할 정도로 해당 음성(예, 후)을 정확하게 발음한 상태로 판정하여, 해당 음성에 부여된 점수, 예, '25점'을 획득 점수로 부여한다(S657).
하지만, 판정된 유사도가 설정값 미만일 경우, 제어부(130)는 사용자가 점수를 획득할 정도로 해당 음성(예, 후)을 정확하게 발음하지 못한 상태로 판정하여, 해당 음성에 부여된 점수를 부여하지 않아 현재 음성 신호에 대한 획득 점수를 '0'으로 처리한다(S658).
이와 같이, 제어부는(130)이 호흡 재화 게임이 시작된 후 마이크(170)를 통해 음성 신호가 입력될 때마다 입력된 음성 신호와 기준 음성 신호에 대한 유사도에 따라 해당 음성을 소리 냈을 경우, 설정된 점수의 부여 여부를 결정한다.
도 4와 같이, 현재 입력된 입력 신호에 대한 획득 점수가 정해지면, 제어부(130)는 다시 도 3으로 되돌아가서, 현재 총 획득 점수에 새로운 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출한 후(S166), 메모리(150)에 저장한다.
이때, 제어부(130)는 새로운 총 획득 점수뿐만 아니라 새로운 획득 점수를 얻게 된 음성 신호와 처리 시간 등이 함께 저장될 수 있다.
이렇게 음성 신호가 입력될 때, 총 획득 점수가 산출되면, 제어부(130)는 단계(S163)로 넘어가, 게임 경과 시간이 설정 시간에 도달했는지를 판정하여 설정된 설정 시간 동안 음성 출력을 통해 호흡 재활 훈련을 실시할 수 있도록 한다.
단계(S163)에서 게임 경과 시간이 설정 시간에 도달하게 되면, 제어부(130)는 현재 메모리(150)에 저장된 총 획득 점수를 목표 점수(예, 200점)와 비교하여(S167), 사용자의 음성 출력 동작에 의해 획득한 총 획득 점수가 목표 점수에 도달했는지를 판정한다.
총 획득 점수가 목표 점수에 도달하거나 초과할 경우, 제어부(130)는 정해진 시간 동안 호흡 재활 게임을 성공적으로 수행한 상태로 판정하고(S168), 성공 상태와 획득한 총 획득 점수 등과 같은 결과를 출력부(140)의 디스플레이 모듈(141)로 출력한 후 호흡 재활 게임을 종료한다(S100).
하지만, 총 획득 점수가 목표 점수에 도달하지 못할 경우, 제어부(130)는 정해진 시간 동안 호흡 재활 게임을 실패한 상태로 판정하고(S169), 실패 상태와 획득한 총 획득 점수 및 목표 점수 등과 같은 결과를 출력부(140)의 디스플레이 모듈(141)로 출력한 후(S1610) 호흡 재활 게임을 종료한다(S100).
이와 같이, 정해진 음성만을 스피커에 대고 소리 내는 동작만으로 호흡 재활 동작이 행해지므로, 때와 장소에 무관하게 호흡 재활 훈련을 할 수 있어 사용자의 편리성과 훈련 효율이 향상된다.
특히, 호흡 재활 훈련이 호흡 재활 프로그램이나 호흡 재활 어플리케이션이 설치되어 있는 휴대 전화기와 같이 휴대용 단말기를 통해 행해지므로, 휴대가 가능하다. 더욱이 휴대 전화기를 호흡 재활 장치로 이용할 경우, 호흡 재활 치료를 위한 별도의 단말기를 구비할 필요 없이 호흡 재활 게임을 실행하는 프로그램이나 어플리케이션만을 설치하면 되므로, 사용자의 경제적 부담이 크게 감소한다.
또한, 호흡 재활 훈련이 게임 형태로 이루어지므로, 사용자의 재미와 흥미가 증가하여 사용자의 만족도 또한 증가한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
120: 사용자 입력부 130: 제어부
140: 출력부 141: 디스플레이 모듈
150: 메모리 160: 타이머
170: 마이크

Claims (14)

  1. 호흡 재활 훈련을 위한 호흡 재활 장치에서,
    입력된 음성에 대응하는 음성 신호를 출력하는 마이크,
    적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 기준 음성 파형과 점수가 저장되어 있는 메모리, 그리고
    상기 마이크와 연결되어 있고, 상기 마이크로부터 입력된 상기 음성 신호의 주파수와 진폭을 분석하여 음성 파형을 생성하고, 생성된 음성 파형과 상기 적어도 기준 음성 신호에 대응하고 주파수와 진폭을 갖는 적어도 하나의 기준 음성 파형을 비교하여 생성된 음성 파형과 상기 적어도 하나의 기준 음성 파형에 대한 적어도 하나의 유사도를 산출하고, 산출된 적어도 하나의 유사도 중에서 가장 큰 값을 갖는 유사도를 판정하여 판정된 유사도가 설정값과 같거나 클 경우, 입력된 상기 음성이 가장 큰 값의 유사도를 갖는 기준 음성 신호에 대응하는 음성인 것으로 판정하여 가장 큰 값을 갖는 상기 유사도에 대응하는 상기 기준 음성 파형에 부여된 점수를 획득 점수로 할당하고, 현재 총 획득 점수에 할당된 상기 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출하고, 산출된 새로운 총 획득 점수라 목표 점수 이상일 경우, 호흡 재활 게임을 성공한 상태로 판정하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 음성은 '호', '호호', '허', '훅', '훅훅', '혹', '혹혹', '푸', '푸푸', '휘', '쓰-' 및 '퍼-'중 적어도 하나의 날숨 소리인
    호흡 재활 장치.
  2. 제1항에서,
    동작 시작 신호를 상기 제어부로 출력하는 사용자 입력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 동작 시작 신호가 입력되면 경과 시간을 계수하여 설정 시간에 도달했는지 판단하고, 상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달하면 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수와 비교하여 상기 새로운 총 획득 점수가 상기 목표 점수 이상인지를 판정하는
    호흡 재활 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제어부와 연결되어 있고 상기 호흡 재활 게임의 성공 상태를 출력하는 출력부를 더 포함하는 호흡 재활 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    적어도 하나의 기준 음성 파형에 부여된 점수는 상이한 호흡 재활 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제어부는 판정된 상기 유사도가 상기 설정값보다 작을 경우, 획득 점수를 '0'으로 할당하는 호흡 재활 장치.
  8. 호흡 재활 훈련을 위한 호흡 재활 장치의 제어 방법에서,
    마이크로 입력된 음성에 대응하는 음성 신호가 상기 마이크로부터 입력되었는지를 판단하는 단계,
    상기 음성 신호가 입력되면 상기 음성 신호의 주파수와 진폭을 분석하여 상기 음성 신호에 대응하는 음성 파형을 생성하는 단계,
    생성된 상기 음성 파형과 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하고 주파수와 진폭을 갖는 적어도 하나의 기준 음성 파형을 비교하여 적어도 하나의 유사도를 산출하는 단계,
    산출된 상기 적어도 하나의 유사도 중에서 가장 큰 값을 갖는 유사도를 판정하는 단계,
    판정된 상기 유사도가 설정값과 같거나 큰지를 판정하는 단계,
    판정된 상기 유사도가 상기 설정값과 같거나 클 경우, 입력된 상기 음성이 가장 큰 값을 갖는 기준 음성 신호에 대응하는 음성인 것으로 판정하여 가장 큰 값을 갖는 상기 유사도에 대응하는 상기 기준 음성 파형에 부여된 점수를 획득 점수로 할당하는 단계,
    현재 총 획득 점수에 할당된 상기 획득 점수를 더하여 새로운 총 획득 점수를 산출하는 단계,
    산출된 상기 새로운 총 획득 점수를 목표 점수 이상인지를 판단하는 단계, 그리고
    산출된 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수 이상일 경우, 호흡 재활 게임의 성공으로 판정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 기준 음성 신호에 대응하는 음성은 '호', '호호', '허', '훅', '훅훅', '혹', '혹혹', '푸', '푸푸', '휘', '쓰-' 및 '퍼-'중 적어도 하나의 날숨 소리인
    호흡 재활 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에서,
    동작 시작 신호를 입력되는지를 판단하는 단계,
    상기 동작 시작 신호가 입력되면, 타이머를 동작시켜 상기 호흡 재활 게임의 경과 시간을 계수하는 단계,
    상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달했는지를 판단하는 단계,
    상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달할 경우, 상기 새로운 총 획득 점수를 상기 목표 점수와 비교하는 단계, 그리고
    상기 새로운 총 획득 점수가 상기 목표 점수 이상일 경우, 상기 호흡 재활 게임을 성공한 상태로 판정하는 단계
    를 더 포함하는 호흡 재활 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 경과 시간이 상기 설정 시간에 도달하지 않을 경우, 음성 신호가 입력되었는지를 판단하는 단계를 더 포함하는 호흡 재활 장치의 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에서,
    적어도 하나의 기준 음성 파형에 부여된 점수는 상이한 호흡 재활 장치의 제어 방법.
  14. 제8항에서,
    판정된 상기 유사도가 상기 설정값보다 작을 경우, 획득 점수를 '0'으로 할당하는 단계를 더 포함하는 호흡 재활 장치의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230077283A (ko) 2021-11-25 2023-06-01 대한민국(국립재활원장) 폐활량 측정, 호흡압 측정, 및 호흡저항 훈련을 가능하게 하는 호흡재활어셈블리

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