KR101572179B1 - Method and system for measuring Resonance Frequency of Respiration and Apparatus for leading Resonance Respiration - Google Patents

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Abstract

호흡 공명 주파수를 검출하는 방법과 이를 적용하는 장치를 개시한다.
공명 주파수 검출 방법: 은 사용자에게 호흡 조건을 달리하는 다수의 시각 자극(Visual Stimulation)을 제시하는 단계; 상기 다수의 시각 자극에 반응하는 ECG(심전도, electrocardiogram) 신호를 상기 사용자로부터 획득하는 단계; 상기 ECG 신호로부터 소정 범위 주파수 대역에서의 다수의 피크 파워(Peak Power)를 가지는 HRV(Heart Rate Variability) 데이터를 추출하는 단계; 그리고 상기 HRV 데이터로부터 가장 큰 피크 파워를 나타내는 주파수를 사용자의 최적 호흡을 위한 공명 주파수(Resonance Frequency)로 선택하는 단계; 를 포함한다.
A method for detecting a respiratory resonance frequency and an apparatus for applying the method are disclosed.
A method for detecting a resonance frequency includes: presenting a plurality of visual stimuli to a user with different breathing conditions; Obtaining an ECG (electrocardiogram) signal responsive to the plurality of visual stimuli from the user; Extracting HRV (Heart Rate Variability) data having a plurality of peak powers in a predetermined frequency band from the ECG signal; Selecting a frequency representing the largest peak power from the HRV data as a resonance frequency for a user's optimum breathing; .

Description

호흡의 공명주파수를 측정하는 방법 및 장치 그리고 이를 이용하는 호흡 장치{Method and system for measuring Resonance Frequency of Respiration and Apparatus for leading Resonance Respiration}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring respiratory resonance frequency, and a respiratory apparatus using the same.

사용자 고유의 특징으로 나타나는 호흡 공명을 통해 혈압을 조절하는 방법 및 이를 적용하는 방법에 관련한다.The present invention relates to a method of controlling blood pressure through respiratory resonance which is a characteristic of a user and a method of applying the same.

호흡이 생체 주요 장기에 미치는 영향을 고려했을 때, 호흡이 가지는 모든 생명체에 대한 중요성은 아무리 강조되어도 지나침이 없다. 그러나 이에 대한 의식수준은 낮은 편이다. 호흡 조절을 통해, 다양한 질병의 증상들이 완화되는 사례들이 보고되고 있다. 그 예로 폐의 가스교환 (pulmonary gas exchange), 섬유근육통 (fibromyalgisa), 교감 및 부교감 신경의 균형 (autonomic balance) 등의 효과가 보고된바 있다 (Karavidas and Lehrer, 2006; Giardino, et al., 2003; Acharya et. al. 2006). 이 외에도 생체 주요 장기에 긍정적인 영향을 미치는 연구결과들이 보고되고 있으며, 이에 대한 연구들이 크게 증대되고 있다. Considering the effect of respiration on the vital organs of the body, the importance of breathing to all life forms is not overestimated. However, the consciousness level is low. Through respiratory control, cases of various symptomatic symptoms have been reported. For example, pulmonary gas exchange, fibromyalgia, sympathetic and autonomic balance have been reported (Karavidas and Lehrer, 2006; Giardino, et al., 2003) Acharya et al., 2006). In addition, studies that have positive effects on major organs of living organisms have been reported, and studies on them have been greatly increased.

호흡은 심장 박동의 리듬을 조절할 수 있는 중요한 요소이며, 이는 혈압에 영향을 미친다 (Vaschillo, et al., 2006). 이는 심장 리듬, 혈압, 그리고 호흡이 생체 내부에 생리적 메커니즘에 따라 상호간 영향을 미치고 있음을 반영한다. 고혈압은 생명에 많은 고통을 주며, 이는 경련, 발작 등을 일으키고 심하면 사망에 까지 이르게 한다. 또한, 고혈압을 완치할 수 있는 방법은 개발되지 않은 실정이며, 다만 약물을 통해 혈압 수준을 유지하는 정도의 기술만이 존재한다. 그러나 약물 복용에 대한 부작용도 보고되고 있으며, 이를 개선하기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다. Respiration is an important factor in controlling the rhythm of the heartbeat, which affects blood pressure (Vaschillo, et al., 2006). This reflects that heart rhythm, blood pressure, and respiration interact with each other physiologically in the living body. Hypertension is a pain in life, which causes cramps, seizures, and even death. In addition, there is no way to cure hypertension, but there is only the technology to maintain the blood pressure level through medication. However, adverse drug reactions have been reported, and various efforts have been made to improve them.

AAcharya, U., Joseph, K., Kannathal, N., Lim, C., Suri, J. (2006). Heart Rate Variability: A Review. International Federation for Medical and Biological Engineering.AA Charya, U., Joseph, K., Kannathal, N., Lim, C., Suri, J. (2006). Heart Rate Variability: A Review. International Federation for Medical and Biological Engineering. Giardino, H., Glenny, R., Borson, W., Chan, L. (2003). Respiratory sinus arrhythmia is associated with efficiency of pulmonary gas exchange in healthy humans. American Journal of Physiology (Heart and Circulatory Physiology, 284), H1585-H1591.Giardino, H., Glenny, R., Borson, W., Chan, L. (2003). Respiratory sinus arrhythmia is associated with efficiency of pulmonary gas exchange in healthy humans. American Journal of Physiology (Heart and Circulatory Physiology, 284), H1585-H1591. Karavidas, M., Lehrer, P. (2006). A pilot study of heart rate variability (HRV) Biofeedback as a treatment for major depression. Biological Psychology, 234-235. Karavidas, M., Lehrer, P. (2006). A pilot study of heart rate variability (HRV) Biological Psychology, 234-235. Pan, J., Tomplins, W. J. (1985) "A real-time QRS detection algorithm," Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, vol. 32, no. 3, 230-236.Pan, J., Tomplins, W. J. (1985) "A real-time QRS detection algorithm," Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, vol. 32, no. 3, 230-236. Vaschillo, E. G., Vaschillo, B., Lehrer, P. M. (2006). Characteristics of Resonance in Heart Rate Variability Stimulated by Biofeedback. Applied Psychophysiology and Biofeedback, Vol. 31, No. 2, 129-142.Vaschillo, E. G., Vaschillo, B., Lehrer, P. M. (2006). Characteristics of Resonance in Heart Rate Variability Stimulated by Biofeedback. Applied Psychophysiology and Biofeedback, Vol. 31, No. 2, 129-142.

본 발명은 생체 각각의 호흡 특성을 파악하고, 이로부터 사용자 또는 피험자각각의 혈압의 조절과 유관한 호흡 공명 주파수(Resonance Frequency of Respiration)를 구하는 방법과 공명 호흡을 통해 사용자의 혈압을 적정 범위로 유도할 수 있는 방법 및 이를 적용하는 시스템을 제공한다. The present invention relates to a method for determining the respiratory characteristics of each living body, a method for obtaining a resonance frequency of respiration associated with the control of the blood pressure of each user or subject, and a method for inducing the blood pressure of the user to an appropriate range through resonance breathing And a system for applying the method.

본 발명에 따른 호흡 공명 주파수 결정 방법: 은 Method for Determining Respiratory Resonance Frequency According to the Present Invention:

사용자에게 주파수를 달리하는 다수의 시각 자극(Visual Stimulation)을 제시하는 단계;Presenting a plurality of visual stimuli to the user with different frequencies;

상기 다수의 시각 자극에 반응하는 ECG(심전도, electrocardiogram) 신호를 상기 사용자로부터 획득하는 단계;Obtaining an ECG (electrocardiogram) signal responsive to the plurality of visual stimuli from the user;

상기 ECG 신호로부터 소정 범위 주파수 대역에서의 다수의 피크 파워(Peak Power)를 가지는 HRV(Heart Rate Variability) 데이터를 추출하는 단계; 그리고Extracting HRV (Heart Rate Variability) data having a plurality of peak powers in a predetermined frequency band from the ECG signal; And

상기 HRV 데이터로부터 가장 큰 피크 파워를 나타내는 주파수를 사용자의 최적 호흡을 위한 공명 주파수(Resonance Frequency)로 선택하는 단계; 를 포함한다.Selecting a frequency representing the largest peak power from the HRV data as a resonance frequency for a user's optimal breathing; .

본 발명에 따른 호흡 조절 장치:는  The breath control apparatus according to the present invention comprises:

디스플레이 장치를 통해 상기 방법에 의해 결정된 호흡 공명 주파수에 따라른 시호흡을 유도하는 시각 자극을 제시한다.And a visual stimulus that induces a quick sucking according to the respiratory resonance frequency determined by the above method through a display device.

본 발명에 따른 호흡 유도 시스템: 은 상기 혈압 조절 방법을 수행하며; The respiration induction system according to the present invention performs the blood pressure control method;

사용자에게 시각 자극을 제시하는 디스플레이 장치; A display device for presenting a visual stimulus to a user;

사용자로부터 ECG 신호를 검출하는 생체 신호 검출 장치; 그리고 A biological signal detecting device for detecting an ECG signal from a user; And

상기 ECG 신호로부터 HRV 데이터를 추출하고 이로부터 공명 주파수를 선택하는 분석 시스템; 을 구비한다. An analysis system for extracting HRV data from the ECG signal and selecting a resonant frequency therefrom; Respectively.

본 발명은 시각적 자극에 의해 혈압을 조절할 수 있는 방법을 제시한다. 이러한 방법은 사용자 개인의 특질을 나타내는 공명 주파수의 추출과 이 공명 주파수에 동기(同期)하는 시각적 자극을 통해서 이루어진다. 이러한 본 발명은 약물 등에 의존하지 않고 비정상적 혈압을 정상적 혈압으로 조절하며, 이는 정보통신기술 기반의 소위 유헬스(U-healthcare) 관점에서 그 활용도가 매우 크다.The present invention provides a method for controlling blood pressure by visual stimulation. This method is based on extraction of the resonance frequency representing the user's own characteristics and visual stimulation synchronized with the resonance frequency. The present invention regulates an abnormal blood pressure to a normal blood pressure without depending on a drug or the like, and is highly utilized from the viewpoint of so-called U-healthcare based on information communication technology.

도1은 호흡 유도를 위해 디스플레이 상에 표시되는 인터페이스 화면를 예시한다.
도2는 실험 순서를 설명하는 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 HRV 분석의 흐름도이다.
도4는 HRV 분석에 따른 호흡 공명 주파수를 예시한다.
도5는 본 발명에 따른 자유 호흡과 공명 호흡 조건에서의 수축기 혈압을 비교 도시한다.
도6은 본 발명에 따른 자유 호흡과 공명 호흡 조건에서의 이완기 혈압을 비교 도시한다.
도7은 본 발명에 따른 자유 호흡과 공명 호흡 조건에서의 수축기 혈압의 정상 범위를 비교 도시한다.
도8은 본 발명에 따른 자유 호흡과 공명 호흡 조건에서의 이완기 혈압의 정상 범위를 비교 도시한다.
도9는 본 발명에 따른 호흡 공명 주파수 및 이에 따른 호홉 유도를 위한 시스템의 알고리즘을 도시한다.
도10은 본 발명에 따른 알고리즘에서 데이터 처리 흐름도이다.
도11는 본 발명의 실험에서 사용되는 실시간 호흡 공명 주파수 결정 시스템에서 훈련세션에서의 사용자 인터페이스 화면(GUI, Graphic User Interface)를 도시한다.
도12는 실시간 혈압 조절 시스템에서 연습세션에서의 GUI를 도시한다.
Figure 1 illustrates an interface screen displayed on the display for breathing guidance.
2 is a diagram for explaining the procedure of the experiment.
3 is a flowchart of HRV analysis according to the present invention.
Figure 4 illustrates the respiratory resonance frequency according to the HRV analysis.
Figure 5 compares systolic blood pressure at free breath and resonant respiratory conditions according to the present invention.
FIG. 6 shows a comparison of diastolic blood pressures under free breathing and resonance breathing conditions according to the present invention.
Figure 7 compares the normal range of systolic blood pressure under free breath and resonant respiratory conditions according to the present invention.
Figure 8 compares the normal range of diastolic blood pressure under free and respiratory respiratory conditions according to the present invention.
Figure 9 shows the algorithm of the system for respiratory resonance frequency and accordingly induction of breathing according to the present invention.
10 is a data processing flowchart in the algorithm according to the present invention.
Figure 11 shows a graphical user interface (GUI) in a training session in a real-time respiratory resonance frequency determination system used in an experiment of the present invention.
Figure 12 shows a GUI in a practice session in a real-time blood pressure control system.

본 발명은 기본적으로 ECG 신호를 검출하고 이를 증폭하는 증폭기, 그리고 증폭된 ECG 신호를 디지털화하는 디지타이져, 그리고 디지털화된 ECG 신호를 분석하는 분석 시스템이 요구된다. 분석 시스템은 키보드, 마우스 등의 입력 장치와 그 결과를 표시하는 디스플레이를 구비하는 컴퓨터 기반의 하드웨어 그리고 실제 ECG 신호 분석 등을 수행하는 소프트웨어 시스템을 구비한다. The present invention basically requires an amplifier for detecting and amplifying the ECG signal, a digitizer for digitizing the amplified ECG signal, and an analysis system for analyzing the digitized ECG signal. The analysis system includes a computer-based hardware having an input device such as a keyboard and a mouse and a display for displaying the result, and a software system for performing an actual ECG signal analysis and the like.

본 발명의 실험(연구) 방법에 대해 먼저 설명한다.The experimental (research) method of the present invention will be described first.

가. 피험자end. Subject

대학교 재학생 11명이 (남자 6명, 여자 5명, 평균나이: 26.7±3.24)이 실험에 참여하였다. 모든 피험자는 심혈신경계에 이상이나 병력이 없었고 전날 충분한 수면을 취하도록 하였다. 또한 심혈관계 반응에 영향을 미칠 수 있는 카페인, 흡연, 음주 등의 섭취를 실험 전날 금하도록 하였다. 실험 전, 실험에 참가하는 모든 피험자에게 연구목적을 제외한 실험에 대한 대략적인 사항에 대해 설명한 후 실험을 진행하였고 실험의 대가로 소정의 금액을 지불하였다. Eleven students (6 males, 5 females, mean age: 26.7 ± 3.24) participated in this study. All subjects had no abnormality or history of cardiovascular system and had enough sleep the day before. In addition, caffeine, smoking, and drinking, which may affect cardiovascular response, were prohibited on the day before the experiment. Before the experiment, all subjects participating in the experiment were explained about the experiment except for the purpose of the study, and then the experiment was carried out and a predetermined amount was paid for the experiment.

나. 실험 자극 I. Experimental stimulus

실험 자극으로 도1에 도시된 바와 같이 펌프 게이지 영상(인터페이스 화면)을 디스플레이를 통해 제시하였다. 펌프 게이지 영상은 분당 호흡수에 따라 제시되며, 호흡의 들숨과 날숨의 시간에 따라 움직인다. 자극에 대한 자세한 설명은 그림 1과 같다. 호흡의 조건은 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5 로 구성되어 있다. 앞에 제시된 호흡의 조건은 1분당 호흡의 횟수를 의미한다. 예를 들어, 4.5 조건의 경우 분당 4.5회의 호흡을 하도록 펌프 이미지가 제시되며, 총 1회 호흡시간 (들숨과 날숨 포함)이 13.34초 이다. 이에 따라, 제시되는 펌프 이미지는 들숨 6.67초, 날숨 6.67초 동안 호흡하도록 피험자를 유도한다. 도면에서 오른쪽 방향이 들숨 방향이며, 왼쪽 방향이 날숨 방향이다. As an experiment stimulus, a pump gauge image (interface screen) is presented through a display as shown in FIG. The pump gauge image is presented according to the number of breaths per minute, and it moves according to the time of inspiration and exhalation. A detailed description of the stimulus is shown in Figure 1. The respiratory conditions were 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, and 6.5. The condition of respiration presented above means the number of breaths per minute. For example, a pump image of 4.5 breaths / min is given, and the total breathing time (including inspiration and exhalation) is 13.34 seconds. Accordingly, the presented pump image induces the subject to breathe for 6.67 seconds in the inhale and 6.67 seconds in the expiration. In the drawing, the right direction is the inspiration direction and the left direction is the expiration direction.

다. 실험 방법All. Experimental Method

실험에 참여한 피험자는 편안한 의자에 앉아 40" LED TV를 통해 자극을 제시 받았다. 피험자에게 도2에 도시된 바와 같은 6가지 조건의 호흡을 실시하도록 하였다. 6가지 호흡 조건((TASK-1 ~ TASK-6))은 Free (자유로운 호흡), 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5 조건이 포함 되었다. 자극 제시 순서는 무작위로 하였으며, 자극 제시 시작 전과 후에 3분간 휴식(rest)을 제시하였다. 또한, 각 호흡 조건에 해당하는 태스크를 수행한 뒤, 혈압을 측정하였으며, 태스크 도중에는 심전도 (ECG, Electro Cardio Gram) 센서를 부착하여 신호를 측정하였다. 각 태스크는 3분 동안 제시되었으며, 각 태스크 사이에는 1분의 휴식(rest)을 제시하였다. Subjects participated in the experiment were presented with stimulation on a 40 "LED TV sitting on a comfortable chair.The subject was asked to perform six conditions of respiration as shown in Figure 2. Six breathing conditions (TASK-1 to TASK The rest of the stimulus presentation was done randomly and three minutes before and after the start of the stimulus presentation, and a rest (rest) After performing tasks corresponding to each respiratory condition, blood pressure was measured, and an ECG (Electro Cardio Gram) sensor was attached to measure the signal during the task, and each task was presented for 3 minutes. The rest of the minute was suggested.

라. 분석방법la. Analysis method

도3에 도시된 바와 같은 흐름을 따라서 신호처리를 수행하였다. 피험자 각각의 호흡 공명 주파수를 확인하기 위해 태스크 중에 ECG 신호를 통해 HRV (Heart Rate Variability)를 분석하였다. ECG 신호는 lead-I 방법을 통해 500 Hz로 샘플링으로 취득하였다(S31). ECG 신호에서 'QRS 검출 알고리즘(detection algorithm'을 통해 R-peak을 추출하고 정상 R-peak 간격의 차이를 통해 RRI (R-peak to R-peak Intervals)를 계산하였다(S32) (Pan and Tomplins, 1985, 비특허 문헌[4]). RRI는 FFT (Fast Fourier Transform) 분석을 위해 시계열 데이터로 변환이 필요하며, 이를 위해 2 Hz로 다시 샘플링 하였다. 그 이후, FFT 분석을 통해 0.0033 Hz 에서 0.4 Hz (very low frequency to high frequency) 대역까지 HRV 스펙트럼(spectrum)을 추출하였다. 도4는 FFT 분석을 통해 얻어진 HRV 스펙트럼을 보인다. 각 호흡 조건에 따라 분석된 HRV 스펙트럼 결과를 비교하고 그 중에서, 가장 큰 피크(peak)를 나타내는 호흡을 호흡 공명 주파수 (Resonance Respiration)로 설정 하였다. The signal processing is performed along the flow as shown in FIG. HRV (Heart Rate Variability) was analyzed through ECG signal during task to identify respiratory resonance frequency of each subject. The ECG signal was sampled at 500 Hz through the lead-I method (S31). R-peaks were extracted from the ECG signal by a 'QRS detection algorithm' and R-RRI (R-peak to R-peak intervals) was calculated through the difference of normal R-peak intervals (S32) (Pan and Tomplins, RRI is required to convert to time-series data for FFT (Fast Fourier Transform) analysis, which is re-sampled at 2 Hz. (HRV) spectra obtained by FFT analysis are shown in Figure 4. Figure 4 shows HRV spectra obtained by FFT analysis, and HRV spectral results analyzed according to each breathing condition are compared, and the largest The respiration representing the peak was set to the respon- sion respiration frequency.

위의 과정에서 본 발명의 실험을 위하여, ECG 신호는 ECG 100C amplifier (BIOPAC system Inc., USA)를 통해 신호를 증폭하였고, MP100 amplifier system (BIOPAC System Inc., USA), and NI-DAQ-Pad9205 (National Instrument in USA)를 통해 디지털화 하였다. 또한, 혈압은 HEM-780 (OMRON system Inc., Japan) 장비를 사용하여 측정하였다. 그리고 모든 신호 처리 및 분석을 위한 소프트웨어로는 acknowledge data acquisition and analysis software v4.1 (BIOPAC system Inc., USA)와 labVIEW 2010 (National Instrument in USA)를 사용하였다.For the experiment of the present invention, the ECG signal was amplified through an ECG 100C amplifier (BIOPAC system Inc., USA), and the MP100 amplifier system (BIOPAC System Inc., USA) and NI-DAQ-Pad 9205 (National Instrument in USA). Blood pressure was measured using a HEM-780 (OMRON system Inc., Japan). All software for signal processing and analysis was used with acknowledge data acquisition and analysis software v4.1 (BIOPAC system Inc., USA) and labVIEW 2010 (National Instrument in USA).

이하에서는 실험(연구) 결과 및 분석에 대해서 살펴본다.In the following, experimental (research) results and analysis will be discussed.

피험자 각각의 호흡 공명 주파수 (Resonance Respiration)는 Free 조건의 호흡과 비교하였다. 자유로운 호흡을 하기 전과 후의 수축기 및 이완기 혈압과 호흡 공명 주파수의 주기로 호흡을 하였을 때의 혈압의 변화를 통계로 비교 분석하였으며, 통계 기법은 T-test를 사용하였다. 통계 분석 프로그램은 SPSS v17.0을 사용하였다. Resonance respiration of each subject was compared with free condition breathing. Changes in blood pressure when respiration was performed with systolic and diastolic blood pressure and respiratory resonance frequency before and after free breathing were statistically compared and statistical techniques were used by T-test. Statistical analysis program was SPSS v17.0.

가. 공명 호흡(Resonance Respiration)end. Resonance Respiration

피험자 각각의 호흡 조건(TASK-1~6)에 따라 개인별로 호흡 공명 주파수를 HRV 스펙트럼 분석을 통해 확인하였고 그 결과는 표 1과 같다. 각 호흡 조건의 HRV 스펙트럼 분석에서 가장 큰 피크를 나타내는 주파수의 파워 값을 도출하고 이를 다른 호흡 조건과 비교하여 호흡 공명 주파수를 선택하였다. 공명 주파수에 동기하는 호흡(공명 호흡)은 사용자의 혈압을 강하 또는 안정화할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. The respiratory resonance frequency of each individual was confirmed by HRV spectrum analysis according to the respiratory conditions (TASK-1 ~ 6) of each subject, and the results are shown in Table 1. In the HRV spectrum analysis of each respiratory condition, the power value of the frequency showing the largest peak was derived and the respiratory resonance frequency was selected by comparing it with other respiratory conditions. Experiments have shown that respiration (resonance breathing) in synchronization with the resonance frequency can lower or stabilize the user's blood pressure.

Figure 112014022214538-pat00001
Figure 112014022214538-pat00001

나. 혈압(Blood Pressure)I. Blood Pressure

공명 주파수로 호흡(이하 공명 호흡)하기 전(pre)과 후(post)의 혈압과 자유롭게 호흡(이하 자유 호흡)하기 전과 후의 혈압 측정 결과는 표 2와 같다.Table 2 shows the blood pressure measurements before and after breathing (free respiration) and before and after the respiration (resonance breathing) at resonance frequency.

Figure 112014022214538-pat00002
Figure 112014022214538-pat00002

자유 호흡과 공명 호흡 수행에 따른 수축기 혈압 (Systolic Blood Pressure)의 비교 결과는 도5와 같다. 분석 결과, 자유 호흡에서 전과 후의 수축기 혈압은 큰 차이를 보이지 않았으나, 공명 호흡 전과 후의 수축기 혈압을 비교해 보면 공명 호흡 후에 크게 감소하여 안정화되었다. 또한, 두 호흡의 비교 결과 통계적으로 유의한 차이를 확인하였다 (t = 3.196, p = .005). The results of the comparison of systolic blood pressure according to free breathing and resonance breathing are shown in FIG. The systolic blood pressures before and after free breathing did not show any significant difference, but the systolic blood pressures before and after resonance respiration were significantly decreased after resonance breathing and stabilized. In addition, a statistically significant difference was observed between the two breaths ( t = 3.196, p = .005).

< t = 3.196, p = .005 -> 어떤 의미 인지 설명 필요> < t = 3.196, p = .005 -> Need to explain what it means>

그리고, 자유 호흡과 공명 호흡 수행에 따른 이완기 혈압 (Diastolic Blood Pressure)의 비교 결과는 도6과 같다. 분석 결과, 자유 호흡에서 전과 후의 수축기 혈압은 큰 차이를 보이지 않았으나, 공명 호흡에서 전과 후의 수축기 혈압은 호흡 후에 크게 감소하였다. 또한, 두 호흡의 비교 결과 통계적으로 유의한 차이를 확인하였다 (t = 2.864, p = .014).The results of the comparison of diastolic blood pressure according to free breathing and resonance breathing are shown in FIG. As a result, there was no significant difference in systolic blood pressure before and after free breathing, but systolic blood pressure before and after resonance breathing decreased significantly after respiration. In addition, a statistically significant difference was found between the two breaths ( t = 2.864, p = .014).

또 하나의 중요한 결과는 공명 주파수로 호흡을 하였을 때, 단순히 혈압의 감소뿐 만 아니라, 대부분의 피험자가 수축기 및 이완기 혈압에서 모두 정상 혈압으로 회복되는 효과를 확인하였다. 도 7과 도8은 자유와 공명 조건의 수축기 혈압의 정상 범위 비교 결과와 이완기 혈압의 정상 범위 비교 결과를 도시한다.Another important result is that when respiration is performed at the resonance frequency, not only the blood pressure is reduced, but also most subjects experience normal blood pressure recovery in both systolic and diastolic blood pressures. FIGS. 7 and 8 show the results of comparing the normal range of the systolic blood pressure of the free and the resonance condition with the normal range of the diastolic blood pressure.

이하에서 공명 주파수를 이용한 실시간 혈압 조절 방법 및 시스템의 실시 예에 대해 구체적으로 살펴본다. 본 발명에 따른 실험(연구) 결과를 통해서, 개인의 호흡 공명 주파수를 HRV 분석을 통해 추출하고 이를 통해 호흡을 실시할 경우, 수축기 및 이완기 혈압이 정상 혈압 범위로 조절되는 결과를 확인하였다. 상기의 실험 결과를 토대로 본 발명은 공명 주파수를 통해 실시간으로 개인의 혈압을 조절할 수 있는 방법 및 시스템을 제안한다.Hereinafter, embodiments of a real-time blood pressure control method and system using a resonance frequency will be described in detail. The result of the experiment (study) according to the present invention shows that the systolic and diastolic blood pressure is adjusted to the normal blood pressure range when the respiratory resonance frequency of the individual is extracted through HRV analysis and respiration is performed through the HRV analysis. Based on the above experimental results, the present invention proposes a method and system capable of adjusting an individual's blood pressure in real time through a resonance frequency.

본 발명에서 제안하는 시스템, 즉 혈압 조절 장치 및 방법은 도9에 도시된 바와 같이 훈련세션(Trainig Session)과 실험세션(Test Session)으로 구분된다. 훈련세션(Training Session)에서는 사용자 개인에 맞는 호흡 공명 주파수를 검출하며, 구체적으로 다음과 같은 5단계를 따른다. The system proposed in the present invention, that is, the blood pressure control apparatus and method, is divided into a training session and a test session as shown in FIG. In the training session, the respiratory resonance frequency suitable for the user is detected. Specifically, the following five steps are followed.

1. 센서 부착(Sensor Attachment): 사용자에게 ECG 신호를 Lead-I 타입으로 부착하고 신호를 취득한다.1. Sensor Attachment: Attaches the ECG signal to the user as Lead-I type and acquires the signal.

2. 호흡 수행(Respiration Task): 제시되는 호흡 주기대로 호흡을 실시하며, 호흡 주기의 조건은 Free, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5로 제시된다.2. Respiration Task: Respiration is performed according to the presented respiratory cycle. The conditions of the respiratory cycle are given as Free, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5.

3. 데이터 분석(Data Analysis): 각 호흡 주기에 취득된 ECG 신호를 분석하여, HRV 스펙트럼을 계산한다.3. Data Analysis: Calculate the HRV spectrum by analyzing the acquired ECG signal for each breathing cycle.

4. 데이터 비교(Compare Data): 각 호흡 주기에 따라, 분석된 HRV 스펙트럼 의 도미넌트 피크(Dominant Peak) 값을 비교한다. 4. Compare Data: Compares the dominant peak value of the analyzed HRV spectrum according to each breathing cycle.

5. 공명 주파수 검출(Detecting Resonance Frequency): 가장 큰 피크 값을 나타내는 호흡 주기를 호흡 공명 주파수로 선정한다.5. Detecting Resonance Frequency: Select the respiratory cycle with the highest peak value as the respiratory resonance frequency.

실험세션(Test Session)에서는 검출된 호흡 공명 주파수로 사용자가 호흡할 수 있도록 호흡의 가이드를 제시하며, 다음과 같은 3단계를 따른다.  In the experimental session (Test Session), a guide for breathing is provided so that the user can breathe at the detected respiratory resonance frequency. The following three steps are followed.

1. 공명 호흡(Respiration using Resonance Frequency): 검출된 호흡 공명 주파수대로 호흡할 수 있도록 펌프 이미지를 통해 호흡의 가이드를 제시한다.1. Respiration using resonance frequency: Provides a breathing guide through the pump image so that you can breathe in the detected respiratory resonance frequency band.

2. 확인(Verification): 실시간으로 측정되는 ECG 신호를 이용해 자율신경 균형비(Autonomic Balance, VLF/HF ratio)와 혈압을 확인한다. 2. Verification: Verify the autonomic balance (VLF / HF ratio) and blood pressure using the ECG signal measured in real time.

3. 비교(Compare): 자율신경 균형비와 혈압이 정상 범위로 회복될 때까지 호흡을 유지할 수 있도록 피드백 한다. 도9는 위에서 설명한다. 훈련세션(Training Session)의 데이터 분석(Data Analysis)과 실험세션(Test Session)의 인증(Verification)에 관한 흐름도를 도시한다. 한편, 위의 데이터 분석(Data Analysis)의 처리 과정은 도10에 자세히 도시되어 있다.3. Compare: feedback to maintain respiration until autonomic nervousness ratio and blood pressure return to normal range. 9 is described above. A data analysis of a training session and a verification of a test session are shown. On the other hand, the processing of the above data analysis is shown in detail in FIG.

도10을 참조하면, 데이터 분석(Data Analysis) 과정은 다음과 같다.Referring to FIG. 10, a data analysis process is as follows.

S11: 사용자의 ECG 신호를 500Hz로 샘플링(추출)한다. S11: The ECG signal of the user is sampled (extracted) at 500 Hz.

S12: ECG 데이터(신호)에서 QRS detection algorithm을 통해 R 피크를 추출하고 RRI(R-peak to R-peak Intervals)를 계산한다. S12: The R-peak is extracted from the ECG data (signal) through the QRS detection algorithm and the R-RI (R-peak to R-peak intervals) is calculated.

S13: RRI를 2 Hz로 샘플링하여 시계열 데이터로 변환한다.S13: RRI is sampled at 2 Hz and converted to time-series data.

S14, S15: 시계열 데이터를 0.0033 Hz 에서 0.4 Hz (very low frequency to high frequency) 대역까지 FFT 분석하고, 이로부터 0.0033 Hz 에서 0.4 Hz까지의 HRV 스펙트럼(spectrum)을 추출한다.S14, S15: Time-series data is FFT-analyzed from 0.0033 Hz to very low frequency to high frequency band, from which HRV spectra from 0.0033 Hz to 0.4 Hz are extracted.

S16: HRV 스펙트럼으로부터 우세한 피크 (Dominant Peak)를 공명 주파수로 선택한다.S16: A dominant peak is selected as the resonance frequency from the HRV spectrum.

도11는 본 발명의 실험에서 사용되는 실시간 혈압 조절 시스템에서 훈련세션에서의 사용자 인터페이스 (GUI, Graphic User Interface)를 도시하며, 도12는 실시간 혈압 조절 시스템에서 연습세션에서의 GUI를 도시한다.11 shows a graphical user interface (GUI) in a training session in a real-time blood pressure control system used in an experiment of the present invention, and Fig. 12 shows a GUI in a practice session in a real-time blood pressure control system.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (10)

사용자에게 호흡 조건을 달리하는 다수의 시각 자극(Visual Stimulation)을 제시하는 단계;
상기 다수의 시각 자극에 반응하는 ECG(심전도, electrocardiogram) 신호를 상기 사용자로부터 획득하는 단계;
상기 ECG 신호에서 QRS 검출 알고리즘을 통해 R 피크를 검출하고, R피크간의 간격의 차이를 통해 RRI(R-peak to R-peak Intervals)를 계산하고, 이로 부터 소정 범위 주파수 대역에서의 다수의 피크 파워(Peak Power)를 가지는 HRV(Heart Rate Variability) 데이터를 추출하는 단계; 그리고
상기 HRV 데이터로부터 가장 큰 피크 파워를 나타내는 주파수를 사용자의 최적 호흡을 위한 공명 주파수(Resonance Frequency)로 선택하는 단계; 를 포함하는 호흡 공명 주파수 결정 방법.
Presenting a plurality of visual stimuli to the user with different breathing conditions;
Obtaining an ECG (electrocardiogram) signal responsive to the plurality of visual stimuli from the user;
The R-peak is detected through the QRS detection algorithm in the ECG signal, the R-RI (R-peak to R-peak intervals) is calculated through the difference between the R peaks, and a plurality of peak powers Extracting heart rate variability (HRV) data having peak power; And
Selecting a frequency representing the largest peak power from the HRV data as a resonance frequency for a user's optimal breathing; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 호흡 조건이 다른 시각 자극을 제시할 때에 일정한 휴식시간을 사이에 두고 시각 자극을 제시하는 것을 특징으로 하는 호흡 공명 주파수 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the visual stimulus is presented with a certain resting time when the respiratory condition presents another visual stimulus.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 호흡 조건은 서로 다른 호흡 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 공명 주파수 결정 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the respiratory conditions include different respiratory frequencies.
삭제delete 디스플레이 장치를 통해 청구항 1 또는 2에 기재된 방법에 의해 결정된 호흡 공명 주파수에 따른 시각 자극을 제시하는 호흡 조절 장치.Wherein the visual stimulation according to the respiratory resonance frequency determined by the method according to claim 1 or 2 is presented through the display device. 제5항에 있어서,
상기 호흡 조건은 서로 다른 호흡 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 조절 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the respiratory conditions include different respiratory frequencies.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 기재된 방법을 실행하는 장치로서,
사용자에게 시각 자극을 제시하는 디스플레이 장치;
상기 사용자로부터 ECG 신호를 검출하는 생체 신호 검출 장치; 그리고
상기 ECG 신호로부터 HRV 데이터를 추출하고 이로부터 공명 주파수를 선택하는 분석 시스템; 을 구비하는 호흡 공명 주파수 측정 장치.
An apparatus for carrying out the method according to claim 1 or 2,
A display device for presenting a visual stimulus to a user;
A biological signal detecting device for detecting an ECG signal from the user; And
An analysis system for extracting HRV data from the ECG signal and selecting a resonant frequency therefrom; And a respiratory resonance frequency measuring device.
제8항에 있어서,
상기 호흡 조건이 다른 시각 자극을 제시할 때에 일정한 휴식시간을 사이에 두고 시각 자극을 제시하는 것을 특징으로 하는 호흡 공명 주파수 측정 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the visual stimulus is presented with a certain resting time when the breathing condition presents another visual stimulus.
삭제delete
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