KR101669436B1 - Head wearable type apparatus and method for managing state of user - Google Patents

Head wearable type apparatus and method for managing state of user Download PDF

Info

Publication number
KR101669436B1
KR101669436B1 KR1020140102290A KR20140102290A KR101669436B1 KR 101669436 B1 KR101669436 B1 KR 101669436B1 KR 1020140102290 A KR1020140102290 A KR 1020140102290A KR 20140102290 A KR20140102290 A KR 20140102290A KR 101669436 B1 KR101669436 B1 KR 101669436B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
eeg
user
state
cbf
Prior art date
Application number
KR1020140102290A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160018134A (en
Inventor
최상식
Original Assignee
최상식
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최상식 filed Critical 최상식
Priority to KR1020140102290A priority Critical patent/KR101669436B1/en
Priority to PCT/KR2015/007434 priority patent/WO2016021845A1/en
Publication of KR20160018134A publication Critical patent/KR20160018134A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101669436B1 publication Critical patent/KR101669436B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026Measuring blood flow
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/251Means for maintaining electrode contact with the body
    • A61B5/256Wearable electrodes, e.g. having straps or bands
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0006ECG or EEG signals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026Measuring blood flow
    • A61B5/0261Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/375Electroencephalography [EEG] using biofeedback
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4806Sleep evaluation
    • A61B5/4809Sleep detection, i.e. determining whether a subject is asleep or not
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6803Head-worn items, e.g. helmets, masks, headphones or goggles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6814Head
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/746Alarms related to a physiological condition, e.g. details of setting alarm thresholds or avoiding false alarms

Abstract

사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치에 관한 것으로, 사용자의 머리에 착용되는 착용구, 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 한 쌍의 전극을 이용하여 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 적어도 한 쌍의 광전극을 이용하여 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하고, 이러한 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 한 쌍의 전극으로 출력함으로써 머리착용형 장치의 경박단소화를 실현할 수 있다. The present invention relates to a hair-wearing device for managing the state of a user, the analysis result of an EEG signal measured by using a pair of electrodes positioned between a wearer's mouth, A value representing the state of the user is calculated on the basis of a combination of analysis results of the CBF signal measured using at least one pair of optical electrodes located between the inside of the sphere and the scalp of the user, A signal for stimulation is generated and output to a pair of electrodes, thereby achieving a light weight shortening of the head wearable apparatus.

Description

사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치 및 사용자의 상태를 관리하는 방법 {Head wearable type apparatus and method for managing state of user}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head wearable device for managing a user's state,

사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치와 사용자의 상태를 관리하는 방법에 관한 것으로, 특히 뇌의 생체신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치 및 사용자의 상태를 관리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a head wearable device for managing a user's state and a method for managing the state of a user, and more particularly to a head wearable device for managing a user's state using a bio- will be.

최근, 인간의 생체신호를 이용하여 신체의 질병을 진단하거나 신체의 상태를 진단하는 생체신호 기술은 진단의 정확성이 향상되면서 비침습성, 신속성 등 여러 가지 장점으로 인해 종래의 침습적인 진단 기술을 대체할 수 있는 미래의 주요 의료 기술로 부각되고 있다. MRI(Magnetic Resonance Imaging), CT(Computed Tomography), PET(Positron Emission Tomography) 등과 같은 영상 진단 장치는 고화질의 의료 영상을 제공함으로써 매우 정확하게 신체의 질병을 진단하거나 신체의 상태를 진단할 수 있다. 그러나, 이러한 영상 진단 장치는 고가이고 매우 크기 때문에 휴대가 불가능하다.2. Description of the Related Art In recent years, bio-signal technology for diagnosis of a body condition using a human bio-signal has been developed to improve the accuracy of the diagnosis and to replace the conventional invasive diagnostic technique due to various advantages such as non-invasiveness and promptness It is becoming a major medical technology of the future. Imaging apparatuses such as MRI (Magnetic Resonance Imaging), CT (Computed Tomography), and PET (Positron Emission Tomography) can diagnose the body disease or diagnose the body state very accurately by providing high quality medical images. However, such an image diagnostic apparatus is expensive and can not be carried because of its large size.

한편, 뇌전도 신호, 뇌자도 신호, 뇌혈류 신호, fMRI(functional Resonance Imaging) 신호 등 뇌의 생체신호를 이용하는 의료 진단 장치는 비교적 저렴하고 크기가 작아서 휴대형 의료 진단 장치로 개발되고 있다. 그러나, 뇌의 생체신호 기반의 의료 진단 장치는 MRI, CT, PET에 비해 진단의 정확성이 떨어진다는 단점을 갖고 있다. 진단의 정확성을 높이기 위하여 머리에 많은 개수의 센서들을 부착시킨 상태에서 진단이 이루어짐에 따라 사용자가 이러한 의료 진단 장치를 착용하고 일상 생활을 하는 데에는 한계가 있었다. On the other hand, medical diagnostic apparatuses using brain signals such as brain conduction signals, brain conduction signals, cerebral blood flow signals, and fMRI (functional resonance imaging) signals are being developed as portable medical diagnostic apparatuses because they are relatively inexpensive and small in size. However, the medical diagnostic device based on the bio-signal of the brain has a disadvantage that the diagnostic accuracy is lower than that of MRI, CT, and PET. In order to improve the accuracy of the diagnosis, a diagnosis is made with a large number of sensors attached to the head, so that there is a limit to the user wearing such a medical diagnostic apparatus and everyday life.

휴대성과 착용성이 우수하여 착용 상태에서 일상 생활이 가능하면서도 사용자의 상태를 정확하게 진단하여 사용자의 비정상 상태로 인한 각종 사고를 예방할 수 있는 머리착용형 장치를 제공하는데 있다. 또한, 이러한 머리착용형 장치가 가능하도록 EEG 신호의 측정에 필요한 전극의 개수와 CBF 신호의 측정에 필요한 광전극의 개수를 최소화할 수 있는 사용자의 상태 관리 방법을 제공하는데 있다. The present invention provides a hair-wearing device which is excellent in portability and wearability, and is capable of daily life in a wearable state, while accurately diagnosing a user's condition and preventing various accidents caused by an abnormal condition of a user. The present invention also provides a method of managing the state of a user that minimizes the number of electrodes required to measure an EEG signal and the number of optical electrodes required to measure a CBF signal so that such a head wearable device can be realized.

본 발명의 일 측면에 따라 사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치는 사용자의 머리에 착용되는 착용구; 상기 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 적어도 한 쌍의 전극을 이용하여 사용자의 두피 상에서 발생되는 뇌전도(EEG: electroencephalography)를 나타내는 EEG 신호를 측정하는 EEG 측정부; 상기 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 적어도 한 쌍의 광전극을 이용하여 사용자의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류(CBF: cerebral blood flow)를 나타내는 CBF 신호를 측정하는 CBF 측정부; 상기 EEG 측정부에 의해 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 상기 CBF 측정부에 의해 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부에 의해 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력하는 신호 생성부; 및 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극을 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결하는 스위칭부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a head wearable device for managing a state of a user, comprising: An EEG measuring unit for measuring an EEG signal representing electroencephalography (EEG) generated on the scalp of the user by using at least one pair of electrodes positioned between the inner side of the wearer and the scalp of the user; A CBF measuring unit for measuring a CBF signal indicating cerebral blood flow (CBF) flowing under the scalp of a user using at least one pair of photoelectrodes positioned between the inner side of the wearer and the scalp of the user; A signal processing unit for calculating a value indicating a state of the user based on a combination of an analysis result of the EEG signal measured by the EEG measuring unit and an analysis result of the CBF signal measured by the CBF measuring unit; A signal generator for generating a signal for stimulating a user's scalp according to a state value calculated by the signal processor and outputting the signal to the at least one pair of electrodes; And a switching unit for connecting the at least one pair of electrodes to either the EEG measuring unit or the signal generating unit under the control of the signal processing unit.

상기 신호 처리부는 상기 신호 처리부에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 상기 자극 신호가 생성되도록 상기 신호 생성부를 제어하고 상기 신호 생성부에 의해 생성된 자극 신호가 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 신호 생성부는 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 자극 신호를 생성하고, 상기 스위칭부는 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극을 상기 EEG 측정부로부터 분리시키고 상기 신호 생성부에 연결할 수 있다.Wherein the signal processor controls the signal generator so that the stimulus signal is generated if the state value calculated by the signal processor indicates that the user is in an abnormal state and the stimulus signal generated by the signal generator is generated by the at least one pair And the signal generator generates the stimulus signal under the control of the signal processing unit, and the switching unit controls the at least one pair of electrodes from the EEG measurement unit according to the control of the signal processing unit And can be connected to the signal generator.

상기 신호 처리부는 상기 자극 신호가 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력되도록 상기 스위칭부를 제어한 시점부터 일정시간 동안 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 상기 일정시간 동안 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 경고 메시지를 출력하고, 상기 머리착용형 장치는 상기 신호 처리부에 의해 출력된 경고 메시지를 사용자의 상태를 감시하는 감시자에 의해 관리되는 원격지 단말에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다. Wherein the signal processing unit is based on a combination of an analysis result of the EEG signal measured for a predetermined time from the time when the switching unit is controlled so that the stimulation signal is output to the at least one pair of electrodes and an analysis result of the CBF signal measured during the predetermined time And outputs a warning message indicating that the user's state is abnormal if the calculated state value indicates that the user's state is abnormal, and the hair-wearing device monitors the user's state of the warning message output by the signal processing unit To a remote terminal managed by a supervisor of the mobile communication terminal.

상기 신호 처리부는 상기 EEG 측정부에 의해 측정된 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출하는 EEG 분석부; 상기 CBF 측정부에 의해 측정된 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출하는 CBF 분석부; 상기 EEG 분석부에 의해 산출된 특징값과 상기 CBF 분석부에 의해 산출된 특징값의 조합에 기초하여 상기 상태값을 산출하는 상태 산출부; 및 상기 상태 산출부에 의해 산출된 상태값의 크기에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극이 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. Wherein the signal processing unit comprises: an EEG analyzing unit for calculating a feature value of each EEG section by analyzing the signal measured by the EEG measuring unit according to the EEG interval; A CBF analyzing unit for calculating characteristic values of each CBF section by analyzing the signals measured by the CBF measuring unit by CBF intervals; A state calculating unit for calculating the state value based on a combination of the feature value calculated by the EEG analyzing unit and the feature value calculated by the CBF analyzing unit; And a controller for controlling the switching unit such that the at least one pair of electrodes is connected to either the EEG measuring unit or the signal generating unit according to the magnitude of the state value calculated by the state calculating unit.

상기 제어부는 상기 상태 산출부에 의해 산출된 상태값과 상태 임계값의 비교 결과에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극이 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 상태 임계값은 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다.Wherein the controller controls the switching unit such that the at least one pair of electrodes is connected to either the EEG measuring unit or the signal generating unit according to a result of comparing the state value calculated by the state calculating unit and the state threshold value, The state threshold may be varied according to information entered by the user or medical professional.

상기 CBF 구간의 길이는 상기 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수이고, 상기 상태 산출부는 상기 각 EEG 구간의 특징값 중 적어도 하나의 EEG 구간의 특징값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 상기 적어도 하나의 EEG 구간의 시간대를 포함하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 상기 어느 하나의 CBF 구간과 동일한 시간대를 형성하는 복수의 EEG 구간의 특징값의 조합에 기초하여 상기 상태값을 산출할 수 있다. Wherein the length of the CBF section is a multiple of at least two times the length of the EEG section, and the state calculating section calculates, if at least one of the characteristic values of the EEG sections of the respective EEG sections indicates that the user's state is abnormal, The state value may be calculated based on a combination of a feature value of one CBF section including a time zone of one EEG section and a feature value of a plurality of EEG sections forming the same time zone as the CBF section .

상기 상태 산출부는 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산함으로써 상기 상태값을 산출할 수 있다. 상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균 각각에 곱해지는 가중치는 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다. The state calculator may calculate the state value by multiplying an average of the feature values of the plurality of EEG sections and feature values of the CBF section by different weights. The weights multiplied by the feature values of any one of the CBF intervals and the feature values of the plurality of EEG intervals may be varied according to information input by a user or a medical professional.

본 발명의 일 측면에 따라 뇌의 생체신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 방법은 사용자의 두피 상에서 발생되는 뇌전도를 나타내는 EEG 신호를 EEG 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출하고, 사용자의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류를 나타내는 CBF 신호를 CBF 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출하는 단계; 상기 EEG 구간 별로 추출된 EEG 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출하고, 상기 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출하는 단계; 상기 산출된 각 EEG 구간의 특징값과 각 CBF 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호가 생성되도록 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하는 신호 생성부를 제어하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of managing a user's condition using a bio-signal of the brain, comprising: dividing an EEG signal representing an EEG generated on a user's scalp into unit time lengths of an EEG section, Dividing the CBF signal representing the cerebral blood flow into a time length unit of the CBF interval and extracting the CBF signal; Calculating a characteristic value of each EEG section by analyzing the EEG signal extracted for each EEG section by EEG section and analyzing the CBF signal extracted for each CBF section by CBF section to calculate a characteristic value of each CBF section; Calculating a value indicating a state of the user based on the calculated feature value of each EEG section and the feature value of each CBF section; And controlling a signal generator for generating a signal for stimulating a user's scalp such that a signal for stimulating a user's scalp is generated according to the calculated state value.

뇌전도를 나타내는 EEG 신호의 분석 결과와 뇌혈류를 나타내는 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출함으로써 EEG 신호의 측정에 필요한 전극의 개수와 CBF 신호의 측정에 필요한 광전극의 개수를 최소화하고, 전극을 EEG 신호 측정용과 자극 신호 출력용으로 함께 사용함으로써 사용자의 상태를 관리할 수 있는 머리착용형 장치의 경소단소화를 실현할 수 있다. 결과적으로, 휴대성과 착용성이 우수하여 착용 상태에서 일상 생활이 가능하면서도 사용자의 상태를 정확하게 진단하여 사용자의 비정상 상태, 예를 들어 수면 상태로 인한 각종 사고를 예방할 수 있는 머리착용형 장치를 제공할 수 있다. The number of electrodes required for the measurement of the EEG signal and the number of electrodes necessary for measuring the CBF signal are calculated by calculating a value representing the state of the user based on the combination of the analysis result of the EEG signal representing the electroencephalogram and the analysis result of the CBF signal representing the cerebral blood flow, It is possible to realize the light and small size of the head wearable device which can manage the state of the user by using the electrodes for EEG signal measurement and stimulus signal output together. As a result, it is possible to provide a hair-wearing device which is excellent in portability and wearability and is capable of daily life in a worn state while accurately diagnosing a user's condition, thereby preventing various accidents caused by a user's abnormal condition, for example, a sleeping condition .

이와 같이, EEG 신호의 측정에 필요한 전극의 개수와 CBF 신호의 측정에 필요한 광전극의 개수를 최소화하면서도 EEG 신호의 분석 결과의 결함은 CBF 신호의 분석 결과에 의해 보완되고 CBF 신호의 분석 결과의 결함은 EEG 신호의 분석 결과에 의해 보완될 수 있도록 사용자의 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 특히, 동일한 시간대를 형성하는 각 EEG 구간의 특징값과 각 CBF 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하기 때문에 EEG 신호의 분석 결과의 결함은 CBF 신호의 분석 결과에 의해 보완되고 CBF 신호의 분석 결과의 결함은 EEG 신호의 분석 결과에 의해 보완될 수 있어 사용자의 상태 진단의 오류가 감소될 수 있다. As described above, defects in the analysis result of the EEG signal are compensated by the analysis result of the CBF signal while the number of the electrodes required for the measurement of the EEG signal and the number of the optical electrodes required for the measurement of the CBF signal are minimized, Can accurately diagnose the user's state so that it can be supplemented by the analysis result of the EEG signal. In particular, since a value indicating the state of the user is calculated on the basis of the combination of the feature value of each EEG section forming the same time zone and the feature value of each CBF section, the defect of the analysis result of the EEG signal is analyzed Defects in the analysis result of the CBF signal can be compensated by the analysis result of the EEG signal, so that the error of the user's condition diagnosis can be reduced.

또한, 사용자의 두피에 자극 신호가 인가되더라도 사용자가 비정상 상태로부터 벗어나지 못하는 경우에 감시자의 원격지 단말에 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 메시지를 전송함으로써 이러한 메시지를 인지한 감시자가 사용자에게 신속하게 조치를 취할 수 있고, 결과적으로 사용자가 정상 상태로 돌아오기 위해 필요한 모든 조치를 취하는 것이 가능하게 된다. In addition, if a stimulus signal is applied to the user's scalp but the user can not escape from the abnormal state, a message indicating that the user's state is abnormal is sent to the remote terminal of the supervisor, As a result, it becomes possible for the user to take all necessary measures to return to the normal state.

또한, CBF 구간의 길이를 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수로 설정하고 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 어느 하나의 CBF 구간과 동일한 시간대를 형성하는 복수의 EEG 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태값을 산출함으로써 EEG 신호의 분석 결과의 결함은 CBF 신호의 분석 결과에 의해 보완되고 CBF 신호의 분석 결과의 결함은 EEG 신호의 분석 결과에 의해 보완될 수 있어 사용자의 상태 진단의 오류가 감소될 수 있다. The length of the CBF section is set to a multiple of at least two times the length of the EEG section, and based on the combination of the feature values of one CBF section and the feature values of the plurality of EEG sections forming the same time period as any one CBF section The defect of the analysis result of the EEG signal is compensated by the analysis result of the CBF signal and the defect of the analysis result of the CBF signal can be compensated by the analysis result of the EEG signal, Can be reduced.

게다가, 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산함으로써 사용자의 상태값을 산출할 수 있고, 이러한 가중치는 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다. 이에 따라, EEG 신호의 특성, CBF 신호의 특성, 사용자의 특성 등을 고려하여 보다 정확하게 사용자의 상태를 진단할 수 있다. 또한, 사용자의 상태를 진단하기 위해 사용자의 상태값과 비교되는 상태 임계값은 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변됨으로써 사용자의 개인적 특성을 고려하여 보다 정확하게 사용자의 상태를 진단할 수 있다. In addition, the state value of the user can be calculated by multiplying each of the feature values of the plurality of EEG sections and the feature values of one CBF section by different weights, and the user's state value can be calculated. And may vary depending on the information. Accordingly, the state of the user can be more accurately diagnosed in consideration of the characteristics of the EEG signal, the characteristics of the CBF signal, and the characteristics of the user. Further, the state threshold value, which is compared with the state value of the user to diagnose the state of the user, is variable according to the information input by the user or the medical professional, so that the state of the user can be diagnosed more accurately in consideration of the personal characteristics of the user .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리착용형 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 머리착용형 장치를 착용한 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전자 디바이스(4)의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 EEG 측정부(41)의 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 CBF 측정부(42)의 구성도이다.
도 6은 도 3에 도시된 신호 처리부(43)의 구성도이다.
도 7은 도 1에 도시된 전자 디바이스(4)의 다른 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 상태 관리 방법의 흐름도이다.
FIG. 1 is a view showing the appearance of a head wearable device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state in which the head wearable apparatus shown in FIG. 1 is worn.
Fig. 3 is a configuration diagram of the electronic device 4 shown in Fig.
4 is a configuration diagram of the EEG measuring unit 41 shown in FIG.
5 is a block diagram of the CBF measuring unit 42 shown in FIG.
Fig. 6 is a configuration diagram of the signal processing unit 43 shown in Fig.
7 is another configuration diagram of the electronic device 4 shown in Fig.
8 is a flowchart of a method for managing user status according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 뇌의 생체신호의 대표적인 예로는 뇌전도(EEG: electroencephalography) 신호, 뇌자도(MEG: magnetoencephalography) 신호, 뇌혈류(CBF: cerebral blood flow) 신호, fMRI(functional Magnetic) 신호를 들 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예들은 이러한 신호들 중 뇌전도 신호와 뇌혈류 신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치에 관한 것이다. 이하에서는 사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치를 간략하게 "머리착용형 장치"로 호칭할 수 있고, 사용자의 뇌의 생체신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 방법을 간략하게 "사용자 상태 관리 방법"으로 호칭할 수 있고, 뇌전도 신호를 간략하게 "EEG 신호"로 호칭할 수 있고, 뇌혈류 신호를 간략하게 "CBF 신호"로 호칭할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Representative examples of biological signals of the brain include electroencephalography (EEG) signals, magnetoencephalography (MEG) signals, cerebral blood flow (CBF) signals, and fMRI (functional magnetic) signals. The embodiments described below relate to a head wearable device that manages the state of a user by using an electroencephalogram signal and a cerebral blood flow signal among these signals. Hereinafter, a head wearable device for managing a user's status can be simply referred to as a "head wearable device ", and a method for managing a user's status using a bio-signal of a user's brain is briefly referred to as & Method, " the electroencephalogram signal can be referred to briefly as an "EEG signal ", and the cerebral blood flow signal can be briefly referred to as a" CBF signal ".

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리착용형 장치의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 머리착용형 장치를 착용한 모습을 도시한 도면이다. 도 1-2를 참조하면, 본 실시예에 따른 머리착용형 장치는 착용구(1), 한 쌍의 전극(electrode)(2), 한 쌍의 광전극(optode)(3), 전자 디바이스(4), 및 배터리(5)로 구성된다. 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3) 각각은 착용구(1)에 내장되어 있는 전선을 통해 전자 디바이스(4)와 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 배터리(5)도 착용구(1)에 내장되어 있는 전선을 통해 전자 디바이스(4)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도면의 간략화를 위해 착용구(1)에 내장되어 있는 전선은 생략된다. 이러한 전자 소자들은 착용구(1)의 외부에 노출되어 있는 전선으로 연결될 수도 있으나, 머리착용형 장치의 외관, 단선 등을 고려할 때에 착용구(1)에 내장되어 있는 전선으로 연결됨이 바람직하다. FIG. 1 is a view showing an outer appearance of a head wearable device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a state where a head wearable device shown in FIG. 1 is worn. Referring to FIGS. 1-2, the head wearable device according to the present embodiment includes a wearer 1, a pair of electrodes 2, a pair of optoelectrodes 3, 4, and a battery 5. Each of the pair of electrodes 2 and the pair of photoelectrodes 3 can be electrically connected to the electronic device 4 through a wire embedded in the wearer's mouth. Likewise, the battery 5 can also be electrically connected to the electronic device 4 via a wire embedded in the wearer's mouth 1. For the sake of simplification of the drawing, electric wires built in the wearer's mouth 1 are omitted. These electronic elements may be connected by wires exposed to the outside of the wearer's mouth 1, but it is preferable that the electronic elements are connected by electric wires built in the wearer's mouth 1 considering the appearance and disconnection of the head wearable device.

도 1-2에는 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)이 도시되어 있으나, 보다 많은 개수의 전극들과 광전극들을 사용하여 보다 정확하게 사용자의 상태가 관리될 수도 있다. 이하에서는 머리착용형 장치의 경박단소화를 실현하기 위하여, 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)만을 사용하여 사용자의 상태를 관리하는 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 보다 많은 개수의 전극과 광전극이 사용될 수 있음을 이해할 수 있다. Although a pair of electrodes 2 and a pair of photoelectrodes 3 are shown in Figs. 1-2, the state of the user can be more accurately managed by using a larger number of electrodes and optical electrodes. Hereinafter, an embodiment will be described in which a state of a user is managed by using only a pair of electrodes 2 and a pair of photoelectrodes 3 in order to realize light weight shortening of a head wearable apparatus. However, it is understood that a larger number of electrodes and photo electrodes can be used by those skilled in the art.

착용구(1)는 사용자의 머리에 착용되며, 사용자의 머리에 착용되기에 용이한 형상을 갖는다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 착용구(1)는 사용자의 이마에 밀착되어 부착되는 사각판 형상의 프레임(11)과 이러한 프레임의 양측 말단에 연결되어 사용자의 머리에 씌어져 프레임을 사용자의 이마에 고정시키는 고무 밴드(12)로 구현될 수 있다. 이러한 착용구(1)는 도 1-2에 도시된 밴드 형태 이외에 모자나 헬멧 형태 등 다양한 형태로 변형 설계될 수도 있다. 착용구(1)의 프레임(11)은 사용자의 이마의 형상에 따라 휘어질 수 있도록 유연한 소재, 예를 들어 고무 소재로 제작될 수 있다. 착용구(1)의 프레임의 내측에는 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)이 설치된다. The wearer 1 is worn on the user's head and has a shape easy to wear on the user's head. As shown in Figs. 1-2, the wearer 1 has a rectangular plate-shaped frame 11 adhered to the forehead of a user and a pair of legs 11 attached to both ends of the frame, And a rubber band 12 fixed to the forehead. The wearing tool 1 may be modified into various shapes such as a hat or a helmet shape in addition to the band shapes shown in FIGS. The frame 11 of the wearer 1 may be made of a flexible material such as a rubber material so as to be bent according to the shape of the user's forehead. A pair of electrodes 2 and a pair of photoelectrodes 3 are provided inside the frame of the wearer's mouth 1.

도 1에 도시된 바와 같이, 착용구(1)의 프레임의 내측에는 탄성을 갖는 두 쌍의 돌기들이 형성되어 있다. 두 쌍의 돌기들 중 한 쌍의 돌기의 중심 홀에는 한 쌍의 전극(2)이 설치되고, 다른 한 쌍의 중심 홀에는 한 쌍의 광전극(3)이 설치됨으로써 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)은 사용자의 이마에 보다 밀착되어 부착될 수 있다. 이러한 돌기들은 착용구(1)의 프레임(11)과 일체형으로 고무 소재로 제작될 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)이 설치되는 착용구(1)의 내측이 사용자의 이마에 밀착되어 부착됨으로써 사용자의 뇌의 전두엽으로부터 발생되는 EEG 신호와 CBF 신호가 측정될 수 있다. As shown in Fig. 1, two pairs of elastic protrusions are formed on the inner side of the frame of the wearer's mouth. A pair of electrodes 2 are provided in the center hole of one pair of the projections of the pair of projections and a pair of photoelectrodes 3 are provided in the other pair of center holes, And the pair of photoelectrodes 3 can be attached to the forehead of the user more tightly. These protrusions may be made of a rubber material integrally with the frame 11 of the wearer's mouth. As described above, since the inside of the wearer's mouth 1, on which the pair of electrodes 2 and the pair of photoelectrodes 3 are provided, is closely attached to the forehead of the user, the EEG signal generated from the frontal lobe of the user's brain and the CBF The signal can be measured.

한 쌍의 전극(2)은 착용구(1)의 내측에 부착되어 착용구(1)가 사용자의 머리에 씌워짐에 따라 착용구(1)의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하게 된다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 한 쌍의 전극(2)은 착용구(1)의 내측과 사용자의 이마 영역의 두피 사이에 위치하여 사용자의 이마 영역의 두피 상에 발생되는 전기적 신호를 검출한다. 한 쌍의 전극(2)은 접지(ground)에 해당하는 기준전극(21)과 두피의 전위차를 검출하기 위해 기준전극(21)으로 이격되어 위치하는 검출전극(22)으로 구성될 수 있다. 사용자의 심신의 상태에 따라 대뇌피질에는 서로 다른 양상의 전기적 활동이 발생하고, 이로 인해 사용자의 두피에 접촉해 있는 한 쌍의 전극(2) 사이에는 서로 다르게 변화되는 전위차가 검출되게 된다. The pair of electrodes 2 are attached to the inside of the wearer's mouth 1 and are positioned between the inside of the wearer's mouth 1 and the scalp of the user as the wearer's mouth 1 is covered with the user's head. As shown in Figs. 1-2, in the present embodiment, the pair of electrodes 2 are located between the inside of the wearer 1 and the scalp of the user's forehead region, and are formed on the scalp of the user's forehead region And detects an electrical signal. The pair of electrodes 2 may be composed of a reference electrode 21 corresponding to the ground and a detection electrode 22 spaced apart from the reference electrode 21 to detect a potential difference between the scalp and the scalp. Depending on the state of the user's mind and body, different electrical activities occur in the cerebral cortex, and a potential difference that is different from the other is detected between the pair of electrodes 2 contacting the user's scalp.

한 쌍의 광전극(3)은 착용구(1)의 내측에 부착되어 착용구(1)가 사용자의 머리에 씌워짐에 따라 착용구(1)의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하게 된다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 한 쌍의 광전극(3)은 착용구(1)의 내측과 사용자의 이마 영역의 두피 사이에 위치하여 사용자의 이마 영역의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류의 변동으로 인해 발생되는 전기적 신호를 검출한다. 한 쌍의 광전극(3)은 광원에 해당하는 발광소자(31)와 발광소자(31)로부터 출력되어 사용자의 두피 아래의 조직을 통과한 광을 검출하는 수광소자(32)로 구성될 수 있다. 사용자의 심신의 상태에 따라 두피 아래에는 서로 다른 양상의 뇌혈류가 발생하고, 이로 인해 사용자의 두피에 접촉해 있는 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자(32)에는 서로 다르게 변화되는 전기적 신호의 흐름이 검출되게 된다. The pair of photoelectrodes 3 are attached to the inner side of the wearer's mouth 1 and are positioned between the inner side of the wearer's mouth 1 and the scalp of the user as the wearer's mouth 1 is covered with the user's head. 1-2, the pair of photoelectrodes 3 are positioned between the inside of the wearer 1 and the scalp of the user's forehead region, And detects electrical signals generated by fluctuations in cerebral blood flow. The pair of photoelectrodes 3 may be composed of a light emitting element 31 corresponding to a light source and a light receiving element 32 outputted from the light emitting element 31 and detecting light passing through a tissue under the scalp of the user . According to the state of mind and body of the user, different forms of cerebral blood flow are generated below the scalp. As a result, electric signals (electric signals) which are changed differently from each other in the light receiving element 32 among the pair of light electrodes 3, Is detected.

생체 조직은 근적외선 영역의 파장을 가진 광을 상대적으로 잘 투과시키며, 산화 상태에 따라 광의 흡수 정도가 달라지는 색소포(chromophore)를 함유하고 있다. 이러한 생체 조직의 특성을 이용하여 신체의 질병을 진단하거나 신체의 상태를 진단하는 생체신호 기술을 근적외선 분광법(NIRS: near-infrared spectroscopy)라고 한다. 뇌조직에 존재하는 대표적인 색소포로는 산화 헤모글로빈, 환원 헤모글로빈 등을 들 수 있다. 사용자가 각성 상태에 있을 경우, 즉 인체의 대사 활동이 왕성할 경우에는 뇌혈류 내의 산화 헤모글로빈의 양이 증가한다. 반면, 사용자가 수면 상태에 있을 경우, 즉 인체의 대사 활동이 저조할 경우에는 뇌혈류 내의 산화 헤모글로빈의 양이 감소한다. Biological tissues contain chromophore that transmit light with a wavelength in the near infrared region relatively well and vary in degree of light absorption depending on the oxidation state. The biological signal technology that diagnoses the body disease or diagnoses the condition of the body using the characteristics of the living tissue is called near-infrared spectroscopy (NIRS). Representative chromophores present in brain tissue include oxidized hemoglobin, reduced hemoglobin, and the like. When the user is in a state of awakening, that is, when the metabolic activity of the body is strong, the amount of oxidized hemoglobin in the cerebral blood flow increases. On the other hand, when the user is in a sleep state, that is, when metabolic activity of the human body is low, the amount of oxidized hemoglobin in the cerebral blood flow decreases.

이와 같이, 사용자의 상태에 따라 두피 아래에 흐르는 뇌혈류 내의 산화 헤모글로빈의 양이 변화되고, 이로 인해 뇌혈류에 의한 광의 흡수 정도가 달라지게 된다. 본 실시예에서는 근적외선 분광법을 채용하여 발광소자(31)는 두피에 근적외선 영역의 파장을 가진 광을 조사하고, 수광소자(32)는 사용자의 상태에 따라 서로 다른 세기의 광을 검출한다. 이러한 발광소자(31)는 근적외선 LED(light emitting diode)로 구현될 수 있고, 수광소자(32)는 포토다이오드(photodiode)로 구현될 수 있다. 한편, 뇌혈류 내의 산화 헤모글로빈의 변화 이외에 환원 헤모글로빈의 변화도 함께 고려하여 사용자의 상태가 진단될 수도 있고, 수광소자(32)에 의해 검출된 광 세기 정보 이외에 위상 천이 정보도 함께 고려하여 사용자의 상태가 진단될 수도 있다.As described above, the amount of oxidized hemoglobin in the cerebral blood flow under the scalp changes according to the state of the user, thereby changing the extent of light absorption by the cerebral blood flow. In the present embodiment, the near-infrared spectroscopy is employed to emit light having a wavelength in the near-infrared region on the scalp, and the light-receiving element 32 detects light having different intensities according to the state of the user. The light emitting device 31 may be implemented as a near-infrared LED (light emitting diode), and the light receiving device 32 may be implemented as a photodiode. Meanwhile, the state of the user may be diagnosed by considering the change of the hemoglobin in addition to the change of the oxidative hemoglobin in the cerebral blood flow. In addition to the light intensity information detected by the light receiving element 32, May be diagnosed.

인간의 대뇌는 사고와 기억을 담당하는 전두엽, 청각과 운동을 담당하는 측두엽, 공간지각력과 인지를 담당하는 두정엽, 시각을 담당하는 후두엽으로 구분될 수 있다. 본 실시예에서는 사용자가 각성 상태에 있는지, 아니면 수면 상태에 있는지를 진단하기 위해 전두엽 근처의 대뇌피질의 전기적 활동으로부터 EEG 신호를 검출하고 전두엽 근처의 두피 아래의 뇌혈류 변화로부터 CBF 신호를 검출한다. 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)은 도 1-2에 도시된 위치에 설치될 수 있으나 일례일 뿐이며, 보다 충실한 EEG 신호 및 CBF 신호가 측정될 수 있도록 다른 위치에 설치될 수도 있다. The human brain can be divided into the frontal lobe responsible for thinking and memory, the temporal lobe responsible for hearing and movement, the parietal lobe responsible for spatial perception and perception, and the occipital lobe responsible for visual perception. In this embodiment, the EEG signal is detected from electrical activity of the cerebral cortex near the frontal lobe to detect whether the user is awake or in a state of sleep, and the CBF signal is detected from the cerebral blood flow change under the scalp near the frontal lobe. A pair of electrodes 2 and a pair of photoelectrodes 3 may be provided at the positions shown in FIGS. 1-2, but are merely examples. In order to measure the EEG signal and the CBF signal more faithfully, .

전자 디바이스(4)는 착용구(1)에 설치되어 한 쌍의 전극(2)에 의해 검출된 전기적 신호로부터 사용자의 두피 상에서 발생되는 뇌전도를 나타내는 EEG 신호를 측정하여 분석하고, 한 쌍의 광전극(3)에 의해 검출된 전기적 신호로부터 사용자의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류를 나타내는 CBF 신호를 측정하여 분석한다. 이어서, 전자 디바이스(4)는 EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하고, 이와 같이 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 한 쌍의 전극(2)으로 출력한다. The electronic device 4 measures and analyzes an EEG signal indicating an electroencephalogram (EEG) generated on the user's scalp from an electrical signal detected by the pair of electrodes 2 provided on the wearer's mouth 1, (CBF) signal indicative of cerebral blood flow flowing under the scalp of the user is measured and analyzed from the electrical signal detected by the controller (3). Then, the electronic device 4 calculates a value representing the state of the user based on the combination of the analysis result of the EEG signal and the analysis result of the CBF signal, and outputs a signal for stimulating the scalp of the user according to the state value thus calculated And outputs it to the pair of electrodes 2.

한 쌍의 전극(2)만을 이용하여 측정된 EEG 신호의 분석 결과에 기초하여 사용자의 상태를 진단하면 사용자의 상태 진단의 오류가 증가될 수 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 광전극(3)만을 이용하여 측정된 CBF 신호의 분석 결과에 기초하여 사용자의 상태를 진단하면 사용자의 상태 진단의 오류가 증가될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 EEG 신호의 분석 결과의 결함은 CBF 신호의 분석 결과에 의해 보완되고 CBF 신호의 분석 결과의 결함은 EEG 신호의 분석 결과에 의해 보완될 수 있도록 EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과를 상보적으로 사용함으로써 사용자의 상태 진단의 오류가 감소될 수 있다. If the state of the user is diagnosed based on the analysis result of the EEG signal measured using only the pair of electrodes 2, the error of the user's state diagnosis may be increased. Similarly, if the state of the user is diagnosed based on the analysis result of the CBF signal measured using only the pair of photoelectrodes 3, the error of the user's state diagnosis can be increased. Accordingly, in the present embodiment, the defect of the analysis result of the EEG signal is compensated by the analysis result of the CBF signal, and the analysis result of the CBF signal is analyzed by the analysis result of the EEG signal and the CBF By using the result of the analysis of the signal complementarily, the error of the user's condition diagnosis can be reduced.

즉, 본 실시예에서는 EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 진단함으로써 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3)만으로 사용자의 보다 정확한 상태 진단이 가능하도록 하였다. 그 결과, 본 실시예에 따른 머리착용형 장치를 경박단소화할 수 있어 휴대성과 착용성이 우수하면서도 사용자의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 머리착용형 장치를 제공할 수 있다. That is, in this embodiment, by diagnosing the state of the user based on the combination of the analysis result of the EEG signal and the analysis result of the CBF signal, only the pair of electrodes 2 and the pair of photoelectrodes 3 are used to obtain a more accurate state Diagnosis was made possible. As a result, it is possible to provide a hair-wearing device capable of accurately and diagnosing a user's condition while being excellent in portability and wearability since the hair-wearing device according to the present embodiment can be thinned and shortened.

배터리(5)는 착용구(1)에 설치되어 전자 디바이스(4)에 전원을 공급한다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 머리착용형 장치는 착용구(1)에 부착된 배터리(5)의 전원을 이용하여 전자 디바이스(4)를 구동시키기 때문에 다른 장치와의 결선 없이 단독형으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 본 실시예에 따른 머리착용형 장치를 착용하더라도 자유로운 활동을 할 수 있다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 머리착용형 장치의 외관을 미려하게 하고 본 실시예의 착용에 따른 사용자의 불편을 최소화하기 위하여 전자 디바이스(4)와 배터리(5)가 착용구(1)에 내장되는 형태로 설치될 수 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전자 디바이스(4)와 배터리(5)가 착용구(1)의 외면에 부착되는 형태로 설치될 수도 있음을 이해할 수 있다. A battery (5) is installed in a wearer (1) to supply power to the electronic device (4). As described above, since the head-wearable device according to the present embodiment drives the electronic device 4 by using the power of the battery 5 attached to the wearer's mouth 1, it operates independently of the other devices . Accordingly, the user can freely perform the operation even if wearing the head wearable device according to the present embodiment. As shown in FIGS. 1-2, the electronic device 4 and the battery 5 are worn to improve the appearance of the hair-wearing device according to the present embodiment and to minimize the inconvenience of the wearer of the present embodiment. And can be installed in a form embedded in the sphere 1. It is understood that the electronic device 4 and the battery 5 may be attached to the outer surface of the wearer 1 by those skilled in the art.

도 3은 도 1에 도시된 전자 디바이스(4)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 전자 디바이스(4)는 EEG 측정부(41), CBF 측정부(42), 신호 처리부(43), 신호 생성부(44), 스위칭부(45), 및 사용자 인터페이스(46)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전자 디바이스(4)는 상기된 구성 요소들 외에 추가적인 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(4)는 사용자의 상태가 비정상 상태이면 사용자에게 청각적인 자극을 주는 소리를 출력하는 구성 요소를 더 포함할 수도 있다. Fig. 3 is a configuration diagram of the electronic device 4 shown in Fig. 3, the electronic device 4 includes an EEG measuring unit 41, a CBF measuring unit 42, a signal processing unit 43, a signal generating unit 44, a switching unit 45, and a user interface 46 ). Those skilled in the art will appreciate that the electronic device 4 may further include other components in addition to the components described above. For example, the electronic device 4 may further include a component for outputting a sound that gives auditory stimulation to the user when the user's state is abnormal.

EEG 측정부(41)는 착용구(1)의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 한 쌍의 전극(2)을 이용하여 사용자의 두피 상의 뇌전도를 나타내는 EEG 신호를 측정한다. EEG 측정부(41)는 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호, 즉 한 쌍의 전극(2) 사이의 전위차를 나타내는 전기적 신호를 신호 처리부(43)의 제어에 따라 스위칭부(45)를 경유하여 수신하고, 이와 같이 수신된 신호로부터 EEG 신호를 측정한다. The EEG measuring unit 41 measures an EEG signal representing the electroencephalogram on the user's scalp using a pair of electrodes 2 positioned between the inside of the wearer 1 and the scalp of the user. The EEG measuring section 41 detects an electrical signal output from the pair of electrodes 2, that is, an electric signal indicating a potential difference between the pair of electrodes 2, under the control of the signal processing section 43, And measures the EEG signal from the thus received signal.

CBF 측정부(42)는 착용구(1)의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 한 쌍의 광전극(3)을 이용하여 사용자의 두피 아래의 뇌혈류를 나타내는 CBF 신호를 측정한다. CBF 측정부(42)는 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 출력된 전기적 신호를 신호 처리부(43)의 제어에 따라 수신하고, 이와 같이 수신된 신호부터 CBF 신호를 측정한다.The CBF measuring unit 42 measures a CBF signal indicative of cerebral blood flow under the scalp of the user by using a pair of photoelectrodes 3 positioned between the inside of the wearer 1 and the scalp of the user. The CBF measuring unit 42 receives the electrical signal output from the light receiving element among the pair of the optical electrodes 3 under the control of the signal processing unit 43 and measures the CBF signal from the received signal.

신호 처리부(43)는 EEG 측정부(41)에 의해 측정된 EEG 신호를 분석함과 동시에 CBF 측정부(42)에 의해 측정된 CBF 신호를 분석하고, EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출한다. 사용자의 심신 상태는 시간의 흐름에 따라 변화하기 때문에 서로 다른 시간대에 측정된 EEG 신호와 CBF 신호 각각은 사용자의 서로 다른 상태를 나타낼 수 있다. 따라서, EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 진단하기 위해서는 한 쌍의 전극(2)과 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 동일한 시간대에 출력된 전기적 신호에 대해 EEG 신호와 CBF 신호가 측정되고, 이와 같이 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태가 진단되어야 한다. The signal processing unit 43 analyzes the EEG signal measured by the EEG measuring unit 41, analyzes the CBF signal measured by the CBF measuring unit 42, and analyzes the analysis result of the EEG signal and the CBF signal A value indicating the state of the user is calculated. Since the user's state of mind and body changes with time, EEG and CBF signals measured at different time zones can represent different states of the user. Therefore, in order to diagnose the user's condition based on the combination of the analysis result of the EEG signal and the analysis result of the CBF signal, it is necessary to detect the state of the user from the light receiving element of the pair of electrodes 2 and the pair of light electrodes 3 The EEG signal and the CBF signal are measured for the electrical signal, and the user's condition must be diagnosed based on the combination of the analysis result of the measured EEG signal and the analysis result of the CBF signal.

이에 따라, 신호 처리부(43)는 동일한 시간대에 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호와 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 출력된 전기적 신호에 대해 EEG 신호와 CBF 신호가 동시에 측정되도록 EEG 측정부(41)와 CBF 측정부(42)를 제어한다. 상술한 바와 같이, EEG 측정부(41)와 CBF 측정부(42)는 이와 같은 신호 처리부(43)의 제어에 따라 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호와 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 출력된 전기적 신호의 수신을 동시에 시작하고 종료한다. 결과적으로, 신호 처리부(43)에는 동일한 시간대에 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호와 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 출력된 전기적 신호에 대한 측정 값들이 입력되게 된다. Accordingly, the signal processing unit 43 outputs the EEG signal and the CBF signal simultaneously to the electrical signal output from the pair of electrodes 2 and the electrical signal output from the light receiving element among the pair of the optical electrodes 3 at the same time And controls the EEG measuring unit 41 and the CBF measuring unit 42 so as to be measured. The EEG measuring unit 41 and the CBF measuring unit 42 are controlled by the signal processing unit 43 such that the electrical signals output from the pair of electrodes 2 and the pair of optical electrodes 3 Receiving the electrical signal output from the light receiving element at the same time and terminating. As a result, the electrical signals output from the pair of electrodes 2 and the electrical signals output from the light receiving elements of the pair of optical electrodes 3 are input to the signal processing unit 43 at the same time.

신호 생성부(44)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 한 쌍의 전극(2)으로 출력한다. 즉, 신호 생성부(44)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 정상 상태임을 나타내면 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하지 않는다. 반면, 신호 생성부(44)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 한 쌍의 전극(2)으로 출력한다. 이러한 자극 신호가 한 쌍의 전극(2)으로 출력되면 한 쌍의 전극(2)이 접촉해 있는 두피 영역에 전기적 신호가 인가되게 되고, 그 결과 사용자의 상태는 비정상 상태로부터 정상 상태로 전환될 수 있다. The signal generator 44 generates a signal for stimulating the user's scalp according to the state value calculated by the signal processor 43 and outputs the signal to the pair of electrodes 2. That is, the signal generator 44 does not generate a signal for stimulating the user's scalp if the state value calculated by the signal processor 43 indicates that the user's state is normal. On the other hand, if the state value calculated by the signal processing unit 43 indicates that the user is in an abnormal state, the signal generating unit 44 generates a signal for stimulating the user's scalp and outputs the signal to the pair of electrodes 2 . When the stimulation signal is output to the pair of electrodes 2, an electric signal is applied to the scalp area where the pair of electrodes 2 are in contact with each other. As a result, the user's state can be changed from an abnormal state to a normal state have.

신호 생성부(44)는 신호 처리부(43)의 제어에 따라 자극 신호를 생성한다. 신호 처리부(43)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 자극 신호가 생성되도록 신호 생성부(44)를 제어하고 신호 생성부(44)에 의해 생성된 자극 신호가 한 쌍의 전극(2)으로 출력되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 본 실시예에서는 도 1-2에 도시된 바와 같은 머리착용형 장치의 경박단소화를 꾀하기 때문에 착용구(1)에 가급적 한 쌍의 전극(2)만이 부착됨이 바람직하다. 이에 따라, 착용구(1)에 부착된 한 쌍의 전극(2)은 EEG 신호의 측정용으로도 사용되고 자극 신호의 출력용으로도 사용된다.The signal generator 44 generates a stimulus signal under the control of the signal processor 43. The signal processor 43 controls the signal generator 44 to generate a stimulus signal if the state value calculated by the signal processor 43 indicates that the user is in an abnormal state, And controls the switching unit 45 so that the stimulation signal is output to the pair of electrodes 2. [ In the present embodiment, it is preferable that only a pair of electrodes 2 are attached to the wearer's mouth 1 as much as possible in order to make the hair-wearing apparatus as shown in FIG. Accordingly, the pair of electrodes 2 attached to the wearer 1 are also used for measuring the EEG signal and also for outputting the stimulus signal.

예를 들어, 사용자의 정상 상태가 각성 상태이고 사용자의 비정상 상태가 수면 상태이면, 한 쌍의 전극(2)으로 출력된 자극 신호에 의해 사용자의 상태는 수면 상태로부터 각성 상태로 전환될 수 있다. 본 실시예에 따른 머리착용형 장치가 보초를 서고 있는 군인, 자동차 운전자, 항공기 파일럿 등에게 착용될 경우, 사용자가 수면 상태에 빠짐으로 인한 각종 사고를 예방할 수 있다. 한 쌍의 전극(2)으로 출력된 자극 신호의 세기는 사용자의 전기자극에 대한 민감도에 따라 변경될 수 있으나, 최대 80mA를 넘지 않는 것이 바람직하다. For example, when the normal state of the user is awake and the abnormal state of the user is a sleep state, the user's state can be switched from the sleep state to the awakening state by the stimulation signal output to the pair of electrodes 2. When the head wearable device according to the present embodiment is worn by a soldier, a driver of a car, an airplane pilot, etc., the user can prevent various accidents caused by falling into a sleeping state. The intensity of the stimulus signal output to the pair of electrodes 2 may vary according to the sensitivity of the user to the electrical stimulus, but it is preferred that the stimulus signal does not exceed 80 mA maximum.

신호 처리부(43)는 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호의 세기가 변경되도록 신호 생성부(44)를 제어할 수 있다. 신호 생성부(44)는 신호 처리부(43)의 제어에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호의 세기를 변경하고, 이와 같이 변경된 세기를 갖는 자극 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(44)는 사용자의 연령, 성별, 키, 몸무게 등에 따라 자극 신호의 세기를 변경할 수 있다. 또한, 신호 생성부(44)는 사용자 또는 의료 진단에 의해 설정된 값에 따라 자극 신호의 세기를 변경할 수도 있다.The signal processing unit 43 may control the signal generating unit 44 so that the intensity of the signal for stimulating the user's scalp is changed according to the information input by the user or the medical professional through the user interface 46. [ The signal generator 44 may change the strength of the signal for stimulating the scalp of the user under the control of the signal processor 43 and may generate the stimulus signal having the changed intensity. For example, the signal generator 44 may change the intensity of the stimulation signal according to the user's age, sex, height, weight, and the like. Further, the signal generator 44 may change the intensity of the stimulation signal according to the value set by the user or the medical diagnosis.

스위칭부(45)는 신호 처리부(43)의 제어에 따라 한 쌍의 전극(2)을 EEG 측정부(41)와 신호 생성부(44) 중 어느 하나에 연결한다. 스위칭부(45)는 평상시에는 한 쌍의 전극(2)에 의해 검출된 전기적 신호가 EEG 측정부(41)에 전달될 수 있도록 신호 처리부(43)의 제어에 따라 한 쌍의 전극(2)을 EEG 측정부(41)에 연결한다. 바꾸어 말하면, 스위칭부(45)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 존재하지 않거나 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 정상 상태임을 나타내면 신호 처리부(43)의 제어에 따라 한 쌍의 전극(2)을 신호 생성부(44)로부터 분리시키고 EEG 측정부(41)에 연결한다. The switching unit 45 connects the pair of electrodes 2 to either the EEG measuring unit 41 or the signal generating unit 44 under the control of the signal processing unit 43. The switching unit 45 is provided with a pair of electrodes 2 under the control of the signal processing unit 43 so that an electrical signal detected by the pair of electrodes 2 can be transmitted to the EEG measuring unit 41 EEG measuring unit 41 as shown in FIG. In other words, when the state value calculated by the signal processing unit 43 does not exist or the state value calculated by the signal processing unit 43 indicates that the user is in a normal state, the switching unit 45 switches The pair of electrodes 2 are separated from the signal generating unit 44 and connected to the EEG measuring unit 41 according to the control.

반면, 스위칭부(45)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 신호 처리부(43)의 제어에 따라 한 쌍의 전극(2)을 EEG 측정부(41)로부터 분리시키고 신호 생성부(44)에 연결한다. 예를 들어, 스위칭부(45)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 각성 상태임을 나타내면 한 쌍의 전극(2)을 신호 생성부(44)로부터 분리시키고 EEG 측정부(41)에 연결함으로써 한 쌍의 전극(2)에 의해 검출된 전기적 신호가 EEG 측정부(41)에 전달될 수 있도록 한다. 스위칭부(45)는 신호 처리부(43)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 수면 상태임을 나타내면 한 쌍의 전극(2)을 EEG 측정부(41)로부터 분리시키고 신호 생성부(44)에 연결함으로써 한 쌍의 전극(2)에 의해 출력된 자극 신호에 의해 사용자가 깨어날 수 있도록 한다. 스위칭부(45)는 스위칭 트랜지스터, 계전기(relay) 등에 의해 구현될 수 있다.On the other hand, when the state value calculated by the signal processing unit 43 indicates that the user is in an abnormal state, the switching unit 45 outputs the pair of electrodes 2 to the EEG measuring unit 41 And connects it to the signal generator 44. [ For example, when the state value calculated by the signal processing unit 43 indicates that the user is in a state of awakening, the switching unit 45 separates the pair of electrodes 2 from the signal generating unit 44, (41) so that electrical signals detected by the pair of electrodes (2) can be transmitted to the EEG measuring unit (41). The switching unit 45 separates the pair of electrodes 2 from the EEG measuring unit 41 when the state value calculated by the signal processing unit 43 indicates that the user is in the sleep state, So that the user can be awakened by the stimulation signal output by the pair of electrodes 2. [ The switching unit 45 may be implemented by a switching transistor, a relay, or the like.

사용자 인터페이스(46)는 사용자 또는 의료전문가로부터 어떤 정보를 입력받아서 신호 처리부(43)로 출력한다. 이러한 사용자 인터페이스(46)는 딥(dip) 스위치, 로터리(rotary) 스위치 등으로 구현될 수 있다. 사용자에 의해 입력되는 정보의 예로는 사용자의 연령, 성별, 키, 몸무게 등과 같은 사용자 신체정보, 사용자 또는 의료전문가에 의해 설정된 EEG 임계값 정보, 사용자 또는 의료전문가에 의해 설정된 상태 임계값 정보, 사용자 또는 의료전문가에 의해 설정된 EEG 신호의 분석 결과에 대한 가중치 정보와 CBF 신호의 분석 결과에 대한 가중치 정보, 사용자 또는 의료전문가에 의해 설정된 자극 신호의 세기 정보 등을 들 수 있다. 사용자 인터페이스(46)는 사용자에게 어떤 정보를 출력할 수도 있다. 사용자에게 출력되는 정보의 예로는 사용자의 상태 정보, 상기된 바와 같은 사용자 입력 정보 등을 들 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스(46)는 터치스크린 등으로 구현될 수 있다. The user interface 46 receives information from a user or a medical professional and outputs the information to the signal processing unit 43. The user interface 46 may be implemented with a dip switch, a rotary switch, or the like. Examples of information entered by a user include user body information such as age, gender, height, weight, etc. of the user, EEG threshold information set by the user or medical professional, state threshold information set by the user or medical professional, The weight information on the analysis result of the EEG signal set by the medical professional, the weight information on the analysis result of the CBF signal, and the strength information of the stimulus signal set by the user or the medical professional. The user interface 46 may output some information to the user. Examples of the information output to the user include user status information, user input information as described above, and the like. The user interface 46 may be implemented as a touch screen or the like.

도 4는 도 3에 도시된 EEG 측정부(41)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, EEG 측정부(41)는 EEG 수신부(411), EEG 증폭부(412), EEG 필터(413), 및 EEG ADC(Analog-Digital Converter)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 EEG 측정부(41)의 구성 요소들의 연결 관계가 변형될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 상기된 바와 같은 EEG 측정부(41)는 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 전기적 신호를 증폭하고 필터링하나, EEG 수신부(411), EEG 필터(413), EEG 증폭부(412), 및 EEG ADC(414)의 순서로 구성되어 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 전기적 신호를 필터링하고 증폭할 수도 있다. 4 is a configuration diagram of the EEG measuring unit 41 shown in FIG. Referring to FIG. 4, the EEG measuring unit 41 includes an EEG receiving unit 411, an EEG amplifying unit 412, an EEG filter 413, and an EEG analog-to-digital converter (ADC). It will be understood by those skilled in the art that the connection relation of the components of the EEG measuring unit 41 can be modified. For example, the EEG measuring unit 41 as described above amplifies and filters the electrical signals input from the pair of electrodes 2, and the EEG receiving unit 411, the EEG filter 413, the EEG amplifying unit 412 ), And an EEG ADC 414 in this order to filter and amplify an electrical signal input from the pair of electrodes 2.

EEG 수신부(411)는 상술한 바와 같이 EEG 신호의 측정과 CBF 신호의 측정을 동기화하기 위하여 신호 처리부(43)의 제어에 따라 스위칭부(45)를 경유하여 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 전기적 신호의 수신을 시작하고 종료한다. EEG 증폭부(412)는 EEG 수신부(411)에 의해 수신된 전기적 신호를 증폭한다. EEG 증폭부(412)는 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 미세한 신호의 증폭에 적합한 차동 증폭기(differential amplifier)로 구현될 수 있다. EEG 필터(413)는 EEG 증폭부(412)에 의해 증폭된 전기적 신호를 필터링함으로써 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 전기적 신호의 노이즈 성분을 제거한다. 예를 들어, EEG 필터(413)는 한 쌍의 전극(2)으로부터 입력된 전기적 신호의 4-26 Hz의 주파수 대역을 통과시키고, 노이즈 성분에 해당하는 나머지 주파수 대역을 차단할 수 있다. EEG 필터(413)는 밴드 패스 필터(band pass filter)로 구현될 수 있다. EEG ADC(414)는 EEG 필터(413)에 의해 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. EEG ADC(414)로부터 출력된 디지털 신호는 EEG 신호로서 신호 처리부(43)에 입력된다. The EEG receiving unit 411 receives the EEG signal from the pair of electrodes 2 via the switching unit 45 under the control of the signal processing unit 43 in order to synchronize the EEG signal measurement and the CBF signal measurement, Starts and ends reception of the electrical signal. The EEG amplifying unit 412 amplifies the electrical signal received by the EEG receiving unit 411. The EEG amplifying unit 412 may be implemented as a differential amplifier suitable for amplifying a fine signal input from the pair of electrodes 2. [ The EEG filter 413 removes a noise component of an electrical signal input from the pair of electrodes 2 by filtering the electrical signal amplified by the EEG amplifying unit 412. For example, the EEG filter 413 can pass the frequency band of 4-26 Hz of the electrical signal input from the pair of electrodes 2 and block the remaining frequency band corresponding to the noise component. The EEG filter 413 may be implemented as a band pass filter. The EEG ADC 414 converts the analog signal filtered by the EEG filter 413 into a digital signal. The digital signal output from the EEG ADC 414 is input to the signal processing unit 43 as an EEG signal.

도 5는 도 3에 도시된 CBF 측정부(42)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, CBF 측정부(42)는 CBF 수신부(421), CBF 증폭부(422), CBF 필터(423), 및 CBF ADC(Analog-Digital Converter)(424)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 CBF 측정부(42)의 구성 요소들의 연결 관계가 변형될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 상기된 바와 같은 CBF 측정부(42)는 수광소자(32)로부터 입력된 전기적 신호를 증폭하고 필터링하나, CBF 수신부(421), CBF 필터(423), CBF 증폭부(422), 및 CBF ADC(424)의 순서로 구성되어 수광소자(32)로부터 입력된 전기적 신호를 필터링하고 증폭할 수도 있다. 5 is a block diagram of the CBF measuring unit 42 shown in FIG. Referring to FIG. 4, the CBF measuring unit 42 includes a CBF receiving unit 421, a CBF amplifying unit 422, a CBF filter 423, and a CBF ADC (Analog-Digital Converter) 424. Those skilled in the art will appreciate that the connection relationship of the components of the CBF measuring unit 42 can be modified. For example, the CBF measuring unit 42 as described above amplifies and filters an electrical signal input from the light receiving element 32, and includes a CBF receiving unit 421, a CBF filter 423, a CBF amplifying unit 422, And a CBF ADC 424 in this order to filter and amplify an electrical signal input from the light receiving element 32. [

CBF 수신부(421)는 EEG 신호의 측정과 CBF 신호의 측정을 동기화하기 위하여 신호 처리부(43)의 제어에 따라 스위칭부(45)를 경유하여 수광소자(32)로부터 입력된 전기적 신호의 수신을 시작하고 종료한다. CBF 증폭부(422)는 CBF 수신부(421)에 의해 수신된 전기적 신호를 증폭한다. 수광소자(32)로부터 입력된 신호의 출력이 CBF 신호를 측정하는데 충분하다면 CBF 증폭부(422)는 생략될 수도 있다. CBF 필터(423)는 CBF 증폭부(422)에 의해 증폭된 전기적 신호를 필터링함으로써 수광소자(32)로부터 입력된 전기적 신호의 노이즈 성분을 제거한다. 예를 들어, CBF 필터(423)는 수광소자(32)로부터 입력된 전기적 신호의 0.2 Hz 이하의 주파수 대역을 통과시키고, 노이즈 성분에 해당하는 나머지 주파수 대역을 차단할 수 있다. CBF 필터(423)는 로우 패스 필터(low pass filter)로 구현될 수 있다. CBF ADC(424)는 CBF 필터(423)에 의해 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. CBF ADC(424)로부터 출력된 디지털 신호는 CBF 신호로서 신호 처리부(43)에 입력된다.The CBF receiving unit 421 starts reception of the electrical signal input from the light receiving element 32 via the switching unit 45 under the control of the signal processing unit 43 in order to synchronize the measurement of the EEG signal and the measurement of the CBF signal And ends. The CBF amplifying unit 422 amplifies the electrical signal received by the CBF receiving unit 421. If the output of the signal input from the light receiving element 32 is sufficient to measure the CBF signal, the CBF amplifying section 422 may be omitted. The CBF filter 423 removes the noise component of the electrical signal input from the light receiving element 32 by filtering the electrical signal amplified by the CBF amplifying unit 422. For example, the CBF filter 423 can pass a frequency band of 0.2 Hz or less of the electrical signal input from the light receiving element 32, and block the remaining frequency band corresponding to the noise component. The CBF filter 423 may be implemented with a low pass filter. The CBF ADC 424 converts the analog signal filtered by the CBF filter 423 into a digital signal. The digital signal output from the CBF ADC 424 is input to the signal processing unit 43 as a CBF signal.

도 6은 도 3에 도시된 신호 처리부(43)의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 신호 처리부(43)는 EEG 추출부(431), EEG 분석부(432), CBF 추출부(433), CBF 분석부(434), 상태 산출부(435), 및 제어부(436)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 신호 처리부(43)는 상기된 구성 요소들 외에 추가적인 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, EEG 측정부(41)와 CBF 측정부(42)가 상기된 바와 같은 ADC를 구비하고 있지 않아 이것들로부터 아날로그 신호가 출력된다면, 신호 처리부(43)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 구성 요소를 더 포함할 수도 있다. 신호 처리부(43)는 마이크로프로세서와 메모리로 구현될 수 있다.Fig. 6 is a configuration diagram of the signal processing unit 43 shown in Fig. 6, the signal processing unit 43 includes an EEG extracting unit 431, an EEG analyzing unit 432, a CBF extracting unit 433, a CBF analyzing unit 434, a state calculating unit 435, 436). Those skilled in the art will appreciate that the signal processing unit 43 may further include other components in addition to the components described above. For example, if the EEG measuring unit 41 and the CBF measuring unit 42 do not have an ADC as described above and an analog signal is output from them, the signal processing unit 43 converts the analog signal into a digital signal And may further include components. The signal processor 43 may be implemented as a microprocessor and a memory.

EEG 추출부(431)는 제어부(436)의 제어에 따라 EEG 측정부(41)에 의해 측정된 EEG 신호를 EEG 구간(window)의 시간 길이 단위로 분할하여 추출한다. EEG 측정부(41)에 의해 측정된 EEG 신호는 연속해서 신호 처리부(43)에 입력되기 때문에 EEG 측정부(41)에 의해 측정된 EEG 신호를 분석하기 위해서는 일정한 길이로 분할되어야 한다. EEG 구간은 EEG 신호의 분석을 위해 EEG 신호가 일정한 길이로 분할되는 단위에 해당하는 시구간을 의미한다. 동일한 시간대에 한 쌍의 전극(2)에 의해 검출된 전기적 신호와 수광소자(32)에 의해 검출된 전기적 신호로부터 사용자의 상태 진단이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 EEG 구간의 추출은 아래에서 설명되는 CBF 구간의 추출과 동기화되어야 한다. 이에 따라, EEG 추출부(431)는 제어부(436)의 제어에 따라 EEG 신호를 추출한다. The EEG extracting unit 431 divides the EEG signal measured by the EEG measuring unit 41 according to the control of the controller 436 and divides the EEG signal into time length units of the EEG window. Since the EEG signal measured by the EEG measuring unit 41 is continuously inputted to the signal processing unit 43, the EEG signal measured by the EEG measuring unit 41 must be divided into a certain length in order to analyze the EEG signal. The EEG interval refers to a time interval corresponding to a unit in which the EEG signal is divided into a predetermined length for the analysis of the EEG signal. In order to enable the user's diagnosis to be made from the electrical signal detected by the pair of electrodes 2 and the electrical signal detected by the light receiving element 32 at the same time, the extraction of the EEG section is performed in the CBF section Should be synchronized with the extraction of Accordingly, the EEG extractor 431 extracts the EEG signal under the control of the controller 436. [

EEG 분석부(432)는 EEG 측정부(41)에 의해 측정된 EEG 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출한다. 보다 상세하게 설명하면, EEG 분석부(432)는 EEG 추출부(431)에 의해 EEG 구간 별로 추출된 EEG 신호에 대한 알파 대역의 파워 평균값, 세타 대역의 파워 평균값, 베타 대역의 파워 평균값을 산출하고, 다음 수학식 1에 따라 알파 대역의 파워 평균값과 세타 대역의 파워 평균값을 합한 값에 베타 대역의 파워 평균값을 나눔으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출한다.The EEG analyzing unit 432 analyzes the EEG signal measured by the EEG measuring unit 41 for each EEG interval to calculate a characteristic value of each EEG interval. More specifically, the EEG analyzing unit 432 calculates the average power value of the alpha band, the average power of the theta band, and the average power of the beta band for the EEG signal extracted for each EEG interval by the EEG extractor 431 , The feature value of each EEG section is calculated by dividing the power average value of the beta band by the sum of the power mean value of the alpha band and the power mean value of the theta band according to the following equation (1).

Figure 112014075192452-pat00001
Figure 112014075192452-pat00001

EEG 신호는 뇌 활동에 따라 다양한 형태의 파형으로 나타나며 주파수에 따라 감마 대역의 신호, 베타 대역의 신호, 알파 대역의 신호, 세타 대역의 신호, 델타 대역의 신호로 분류될 수 있다. 감마 대역의 신호는 30Hz 이상의 주파수를 갖는 파형으로서 극도의 각성, 흥분 상태에 있을 때에 발생한다. 베타 대역의 신호는 14 ~ 30 Hz 대역의 주파수를 갖는 파형으로서 불안, 긴장 상태에 있을 때에 나타난다. 알파 대역의 신호는 8 ~ 13 Hz 대역의 주파수를 갖는 파형으로서 정신적으로 안정된 상태에서 나타난다. 세타 대역의 신호는 4 ~ 8 Hz 대역의 주파수를 갖는 파형으로서 졸릴 때 나타난다. 델타 대역의 신호는 0.1 ~ 4 Hz 대역의 주파수를 갖는 파형으로서 수면 상태에서 나타난다. EEG signals appear in various waveforms according to brain activity. They can be classified into gamma band signals, beta band signals, alpha band signals, theta band signals, and delta band signals depending on the frequency. The signal in the gamma band occurs when the waveform is in a state of extreme arousal or excitement as a waveform having a frequency of 30 Hz or more. The signal in the beta band is a waveform with a frequency in the 14 to 30 Hz band, which appears when in an anxious or tense state. The signal in the alpha band is a waveform with a frequency in the 8-13 Hz range and appears in a mentally stable state. The signal in the theta band appears as a waveform with a frequency in the 4 to 8 Hz range when sleepy. The signal in the delta band is a waveform with a frequency in the range of 0.1 to 4 Hz and appears in the sleep state.

본 실시예에서는 머리착용형 장치를 경박단소화하기 위해 한 쌍의 전극(2)만을 사용하기 때문에 상기된 바와 같은 여러 주파수 대역의 신호들 중 어느 하나의 신호만에 기초하여 사용자의 상태를 진단할 경우에 사용자의 상태 진단의 오류가 증가될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 사용자의 상태 진단의 오류를 감소시키기 위해 알파 대역의 파워 평균값, 세타 대역의 파워 평균값, 베타 대역의 파워 평균값의 조합을 사용자의 상태를 진단하기 위한 값으로 사용한다. 즉, 어느 하나 대역의 신호의 분석에 결함이 있다고 하더라도 다른 대역의 신호의 분석에 의해 보안될 수 있다. In the present embodiment, since only a pair of electrodes 2 are used for light-weight shortening of the head wearable device, the state of the user is diagnosed based on only one of the signals of the various frequency bands The error of the user's condition diagnosis can be increased. Accordingly, in this embodiment, a combination of the power average value of the alpha band, the power average value of the theta band, and the power average value of the beta band is used as a value for diagnosing the user's state in order to reduce errors in the diagnosis of the user's condition. That is, even if there is a defect in the analysis of the signal of one of the bands, it can be secured by analysis of signals of the other bands.

예를 들어, EEG 분석부(432)는 EEG 추출부(431)에 의해 EEG 구간 별로 추출된 EEG 신호에 대해 EEG 구간 별로 단구간 푸리에 변환(Short Term Fourier Transform)을 수행함으로써 각 EEG 구간의 베타 대역, 알파 대역, 세타 대역 각각의 주파수 성분들에 대한 파워 스펙트럼을 산출한다. 이어서, EEG 분석부(432)는 각 EEG 구간의 베타 대역의 파워 스펙트럼의 파워 평균값, 알파 대역의 파워 스펙트럼의 파워 평균값, 세타 대역의 파워 스펙트럼의 파워 평균값을 산출한다. 이어서, EEG 분석부(432)는 수학식 1에 따라 각 EEG 구간의 알파 대역의 파워 평균값과 세타 대역의 파워 평균값을 합한 값에 베타 대역의 파워 평균값을 나눔으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출할 수 있다.For example, the EEG analyzing unit 432 performs a short-term Fourier transform on the EEG signal extracted for each EEG section by the EEG extracting unit 431, , The alpha band, and the theta band, respectively. Then, the EEG analyzing unit 432 calculates a power average value of the power spectrum of the beta band of each EEG section, a power average value of the power spectrum of the alpha band, and a power average value of the power spectrum of theta band. Then, the EEG analyzing unit 432 calculates the feature value of each EEG section by dividing the power average value of the beta band by the sum of the power average value of the alpha band of each EEG section and the power average value of the seta band according to Equation (1) .

CBF 추출부(433)는 제어부(436)의 제어에 따라 CBF 측정부(42)에 의해 측정된 CBF 신호를 CBF 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출한다. CBF 측정부(42)에 의해 측정된 CBF 신호는 연속해서 신호 처리부(43)에 입력되기 때문에 CBF 측정부(42)에 의해 측정된 CBF 신호를 분석하기 위해서는 일정한 길이로 분할되어야 한다. CBF 구간은 CBF 신호의 분석을 위해 CBF 신호가 일정한 길이로 분할되는 단위에 해당하는 시구간을 의미한다. 상술한 바와 같이, CBF 구간의 추출은 EEG 구간의 추출과 동기화되어야 하기 때문에 CBF 추출부(433)는 제어부(436)의 제어에 따라 CBF 신호를 추출한다. The CBF extracting unit 433 divides the CBF signal measured by the CBF measuring unit 42 under the control of the controller 436 and divides the CBF signal into time length units of the CBF interval. Since the CBF signal measured by the CBF measuring unit 42 is continuously inputted to the signal processing unit 43, the CBF signal should be divided into a certain length in order to analyze the CBF signal measured by the CBF measuring unit 42. The CBF section refers to a time interval corresponding to a unit in which the CBF signal is divided into a certain length for the analysis of the CBF signal. As described above, since the extraction of the CBF section must be synchronized with the extraction of the EEG section, the CBF extraction section 433 extracts the CBF signal under the control of the control section 436. [

CBF 분석부(434)는 CBF 측정부(42)에 의해 측정된 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출한다. 보다 상세하게 설명하면, CBF 분석부(434)는 CBF 추출부(433)에 의해 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호의 세기의 평균값을 산출함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출한다. 예를 들어, CBF 분석부(434)는 CBF 추출부(433)에 의해 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호에 대해 CBF 구간별로 적분을 수행하고, 이와 같은 적분된 값을 CBF 구간의 길이로 나눔으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출할 수 있다. 이 방법은 수광소자(32)에 의해 검출된 전기적 신호의 파형을 적분할 뿐이기 때문에 매우 단순하여 머리착용형 장치의 경박단소화를 꾀할 수 있지만 산화 헤모글로빈의 농도 변화, 환원 헤모글로빈의 농도 변화 등 실질적인 뇌혈류의 변화를 고려하지 않기 때문에 사용자의 상태 진단의 오류가 증가할 수 있다.The CBF analyzing unit 434 analyzes the signals measured by the CBF measuring unit 42 for each CBF interval to calculate characteristic values of each CBF interval. In more detail, the CBF analyzing unit 434 calculates a characteristic value of each CBF interval by calculating an average value of the CBF signal intensity extracted for each CBF interval by the CBF extracting unit 433. FIG. For example, the CBF analyzing unit 434 integrates the CBF signal extracted for each CBF section by the CBF extracting unit 433 for each CBF section, and divides the integrated value by the length of the CBF section, The characteristic value of the CBF section can be calculated. This method is very simple because it merely integrates the waveform of the electrical signal detected by the light receiving element 32, so that it is possible to shorten the light weight and shortness of the hair-wearing device. However, Since the change of cerebral blood flow is not considered, the error of the user's condition diagnosis may increase.

아니면, CBF 분석부(434)는 CBF 추출부(433)에 의해 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Modified Beer-Lambert law)을 적용함으로써 각 CBF 구간의 산화 헤모글로빈의 농도 변화와 환원 헤모글로빈의 농도 변화를 산출하고, 각 CBF 구간의 산화 헤모글로빈의 농도 변화와 환원 헤모글로빈의 농도 변화로부터 각 CBF 구간의 특징값을 산출할 수도 있다. 이와 같은 산화 헤모글로빈의 농도 변화와 환원 헤모글로빈의 농도 변화는 두 가지 파장, 예를 들어 690 nm의 파장과 830 nm의 파장의 CBF 신호로부터 산출될 수 있기 때문에 한 쌍의 광전극(3) 외에 다른 한 쌍의 광전극이 추가적으로 설치될 수 있고, 제어부(436)가 발광소자(31)를 두 가지 주파수로 변조함으로서 수광소자(32)가 두 가지 파장의 신호를 수신할 수 있도록 할 수도 있다. Alternatively, the CBF analyzing unit 434 may apply the modified Beer-Lambert law to the CBF signal extracted for each CBF region by the CBF extracting unit 433, thereby adjusting the concentration of oxidized hemoglobin in each CBF region The change in hemoglobin concentration and the change in hemoglobin concentration can be calculated, and the characteristic value of each CBF section can be calculated from the changes in concentration of oxidized hemoglobin and the concentration of reduced hemoglobin in each CBF section. Since the concentration of oxidized hemoglobin and the concentration of reduced hemoglobin can be calculated from two wavelengths, for example, a CBF signal having a wavelength of 690 nm and a CBF signal having a wavelength of 830 nm, A pair of optical electrodes may be additionally provided and the control unit 436 modulates the light emitting element 31 at two frequencies so that the light receiving element 32 can receive signals of two wavelengths.

상태 산출부(435)는 EEG 분석부(432)에 의해 산출된 특징값과 CBF 분석부(434)에 의해 산출된 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출한다. EEG 신호는 시간 분행능(time resolution)이 높지만 공간 분해능(spatial resolution)이 낮다. 반면, 근적외선 분광법에 의해 측정된 CBF 신호는 EEG 신호에 비해 공간 분해능이 높지만 시간 분해능이 낮다. 바꾸어 말하면, EEG 신호는 CBF 신호에 비해 심신의 상태를 나타내는 신호 자체의 신뢰성은 낮지만 심신의 상태를 보다 짧은 간격으로 나타낼 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 EEG 신호의 특성과 CBF 특성을 이용하여 머리착용형 장치의 경박단소화를 꾀하면서 사용자의 상태 진단의 정확성을 높이기 위해서 CBF 구간의 길이를 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수로 설정한다.The state calculating unit 435 calculates a value indicating the state of the user based on the combination of the feature value calculated by the EEG analyzing unit 432 and the feature value calculated by the CBF analyzing unit 434. [ The EEG signal has a high temporal resolution but a low spatial resolution. On the other hand, the CBF signal measured by near-infrared spectroscopy has higher spatial resolution but lower time resolution than EEG signal. In other words, the EEG signal is less reliable than the CBF signal, indicating the state of mind and body, but the state of mind and body can be expressed with shorter intervals. In this embodiment, the length of the CBF section is set to be at least twice as long as the length of the EEG section in order to improve the accuracy of the user's condition diagnosis while making the head wearable device thin and short using the characteristics of the EEG signal and CBF characteristics. Set to multiples.

CBF 구간의 길이가 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수이면, 하나의 CBF 구간의 특징값이 산출될 때에 여러 개의 EEG 구간의 특징값이 산출된다. 본 실시예에서는 여러 개의 EEG 구간의 특징값 중 적어도 하나가 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 여러 개의 EEG 구간과 동시간대를 형성하는 CBF 구간의 특징값을 산출하고, 여러 개의 EEG 구간의 특징값 중 어느 하나도 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내지 않으면 여러 개의 EEG 구간과 동시간대를 형성하는 CBF 구간의 특징값의 산출은 스킵(skip)된다. When the length of the CBF section is a multiple of at least two times the length of the EEG section, the feature values of several EEG sections are calculated when the feature value of one CBF section is calculated. In this embodiment, if at least one of the feature values of the plurality of EEG intervals indicates that the user is in an abnormal state, the feature value of the CBF interval forming the same time zone as the plurality of EEG intervals is calculated, If none of them indicates that the user's state is abnormal, the computation of the feature values of the CBF interval that forms the same time zone as the multiple EEG intervals is skipped.

즉, 상태 산출부(435)는 각 EEG 구간의 특징값 중 적어도 하나의 EEG 구간의 특징값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 적어도 하나의 EEG 구간의 시간대를 포함하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 이 CBF 구간과 동일한 시간대를 형성하는 복수의 EEG 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출한다. 이와 같이, 동일한 시간대를 형성하는 각 EEG 구간의 특징값과 각 CBF 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하기 때문에 EEG 신호의 분석 결과의 결함은 CBF 신호의 분석 결과에 의해 보완되고 CBF 신호의 분석 결과의 결함은 EEG 신호의 분석 결과에 의해 보완될 수 있어 사용자의 상태 진단의 오류가 감소될 수 있다. That is, if the feature value of at least one EEG interval among the feature values of each EEG interval indicates that the user's state is abnormal, the state calculating unit 435 calculates the feature of one CBF interval including the time zone of at least one EEG interval Value and a feature value of a plurality of EEG sections forming the same time zone as the CBF section. In this way, since a value indicating the state of the user is calculated on the basis of the combination of the feature value of each EEG section forming the same time zone and the feature value of each CBF section, the defect of the analysis result of the EEG signal is And the defect of the analysis result of the CBF signal can be compensated by the analysis result of the EEG signal, so that the error of the user's condition diagnosis can be reduced.

예를 들어, 상태 산출부(435)는 각 EEG 구간의 특징값 중 적어도 하나의 EEG 구간의 특징값과 EEG 임계값을 비교하고, 그 결과 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 EEG 임계값 이상이면 적어도 하나의 EEG 구간의 시간대를 포함하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 이 CBF 구간과 동일한 시간대를 형성하는 복수의 EEG 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출한다. 여기에서, EEG 임계값은 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다. 사용자의 개인적 특성에 따라 수면 상태를 나타내는 특징값의 최소값은 달라질 수 있다.For example, the state calculator 435 compares the feature value of at least one EEG section among the feature values of each EEG section with the EEG threshold value, and if the state value calculated by the result state calculating section 435 is EEG A value indicating a state of the user based on a combination of a feature value of one CBF section including a time zone of at least one EEG section and a feature value of a plurality of EEG sections forming a same time zone as the CBF section . Here, the EEG threshold can be varied according to the information input by the user or the medical professional through the user interface 46. The minimum value of the feature value indicating the sleep state may vary depending on the user's personal characteristics.

이와 같이, CBF 구간의 특징값을 고려하지 않고 보다 짧은 EEG 구간의 특징값만을 고려하여 일차적으로 사용자의 상태를 진단하기 때문에 사용자의 상태를 보다 짧은 간격으로 진단할 수 있다. 결과적으로, 사용자의 실시간 상태 진단이 가능하게 된다. 상술한 바와 같이, 변형된 비어-램버트 법칙을 적용하여 각 CBF 구간의 특징값을 산출한다면 CBF 분석부(434)의 계산량이 증가되어 고성능의 마이크로프로세서가 요구된다. 고성능의 마이크로프로세서는 일반 마이크로프로세서에 비해 고가이며 사이즈가 크다. 고성능의 마이크로프로세서와 연동하기 위해서는 고성능의 주변 소자들이 요구되기 때문에 머리착용형 장치의 경박단소화가 어렵게 된다. 상술한 바와 같이, 상태 산출부(435)는 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내는 EEG 구간에 대해서만 CBF 구간의 특징값이 산출되기 때문에 대부분 구간에서의 CBF 구간의 특징값 산출이 생략될 수 있어 저성능의 마이크로프로세서로 신호 처리부(43)가 구현될 수 있고, 그 결과 경박단소의 머리착용형 장치를 저렴하게 제작할 수 있다. In this way, since the feature of the CBF section is not considered, only the characteristic value of the shorter EEG section is considered, and the user's state is diagnosed first, so that the user can be diagnosed at shorter intervals. As a result, the real-time condition diagnosis of the user becomes possible. As described above, if the modified Beer-Lambert law is applied to calculate the feature value of each CBF section, the amount of computation of the CBF analyzing unit 434 is increased to require a high-performance microprocessor. High-performance microprocessors are more expensive and larger than typical microprocessors. Since high-performance peripheral devices are required for interfacing with a high-performance microprocessor, it is difficult to reduce the size of hair-worn devices. As described above, since the feature value of the CBF section is calculated only for the EEG section indicating that the user's state is abnormal, the state calculating section 435 can omit the feature value calculation of the CBF section in most sections, The signal processing unit 43 can be implemented with the microprocessor of the present invention, and as a result, the head-wearable device of a light-weight small-size can be manufactured at low cost.

상태 산출부(435)는 다음 수학식 2에 따라 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 복수의 EEG 구간과 동시간대를 형성하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산함으로써 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출할 수도 있다. EEG 구간의 특징값의 스케일과 CBF 구간의 특징값의 스케일이 서로 다를 수 있기 때문에 EEG 구간의 특징값의 스케일과 CBF 구간의 특징값의 스케일을 매칭시키기 위하여 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱해질 수 있다. 수학식 2에 기재된 바와 같이, 복수의 EEG 구간의 개수가 N 개인 경우, 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균은 복수의 EEG 구간의 특징값의 합을 N으로 나눔으로써 산출될 수 있다.The state calculating unit 435 multiplies the feature values of the plurality of EEG sections and the feature values of one CBF section forming the same time period with the average of the plurality of EEG sections by multiplying them by different weights according to the following equation A value indicating the state of the user may be calculated. Since the scale of the feature value of the EEG section and the scale of the feature value of the CBF section may be different from each other, in order to match the scale of the feature value of the EEG section with the scale of the feature value of the CBF section, Each feature value of a CBF interval can be multiplied by a different weight. If the number of the plurality of EEG sections is N, the average of the feature values of the plurality of EEG sections can be calculated by dividing the sum of the feature values of the plurality of EEG sections by N, as described in Equation (2).

Figure 112014075192452-pat00002
Figure 112014075192452-pat00002

또한, 상술한 바와 같은 이유로 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균보다 어느 하나의 CBF 구간의 특징값의 신뢰도가 높을 수 있기 때문에 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균에 곱해지는 가중치 a의 크기보다 어느 하나의 CBF 구간의 특징값에 곱해지는 가중치 b의 크기가 클 수 있다. 또한, 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 곱해지는 가중치는 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 인간은 일반적으로 65세 이후에 연령이 증가함에 따라 뇌혈류가 감소한다. 즉, 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자에 의해 입력된 연령에 따라 CBF 구간의 특징값 각각에 곱해지는 가중치 b는 감소될 수 있다.In addition, since the reliability of the feature value of any one CBF section may be higher than the average of the feature values of the plurality of EEG sections for the reason described above, the reliability of the feature value of any one of the plurality of EEG sections may be higher than that of the weight value a The magnitude of the weight b multiplied by the feature value of one CBF interval may be large. In addition, the weights multiplied by the average of the feature values of the plurality of EEG intervals and the feature values of any one of the CBF intervals may be varied according to the information input by the user or the medical professional through the user interface 46. [ For example, humans generally decrease cerebral blood flow as age increases after age 65. That is, the weight b multiplied by each feature value of the CBF section according to the age input by the user through the user interface 46 can be reduced.

제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값의 크기에 따라 한 쌍의 전극(2)이 EEG 측정부(41)와 신호 생성부(44) 중 어느 하나에 연결되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값과 상태 임계값의 비교 결과에 따라 한 쌍의 전극(2)이 EEG 측정부(41)와 신호 생성부(44) 중 어느 하나에 연결되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값과 상태 임계값을 비교하고, 그 결과 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 이상이면 한 쌍의 전극(2)이 신호 생성부(44)에 연결되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 반면, 제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 미만이면 한 쌍의 전극(2)이 EEG 측정부(41)에 연결되도록 스위칭부(45)를 제어한다. The control unit 436 controls the switching unit 436 such that the pair of electrodes 2 is connected to either the EEG measuring unit 41 or the signal generating unit 44 according to the magnitude of the state value calculated by the state calculating unit 435, (45). For example, the control unit 436 controls the EEG measuring unit 41 and the signal generating unit 44 (see FIG. 4) based on the result of comparison between the state value calculated by the state calculating unit 435 and the state threshold value, The switching unit 45 controls the switching unit 45 so that the switching unit 45 is connected to either one. The control unit 436 compares the state value calculated by the state calculating unit 435 with the state threshold value and if the state value calculated by the state calculating unit 435 is equal to or greater than the state threshold value, 2) to be connected to the signal generating unit 44. [0050] The control unit 436 controls the switching unit 45 to connect the pair of electrodes 2 to the EEG measuring unit 41 when the state value calculated by the state calculating unit 435 is less than the state threshold value .

상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 이상이라는 것은 사용자의 상태가 비정상 상태라는 것을 의미하고, 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 미만이라는 것은 사용자의 상태가 정상 상태라는 것을 의미한다. 제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 미만인 경우 외에 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 없는 경우 등 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 상태 임계값 이상인 경우를 제외한 모든 경우에 한 쌍의 전극(2)이 EEG 측정부(41)에 연결되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 여기에서, 상태 임계값은 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변될 수 있다. 사용자의 개인적 특성에 따라 수면 상태를 나타내는 상태값의 최소값은 달라질 수 있다.The fact that the state value calculated by the state calculating unit 435 is equal to or greater than the state threshold value means that the user's state is abnormal and that the state value calculated by the state calculating unit 435 is less than the state threshold value, Is in a normal state. The control unit 436 controls the state calculator 435 to calculate the state value calculated by the state calculator 435 such as when the state value calculated by the state calculator 435 is less than the state threshold value or when there is no state value calculated by the state calculator 435 The switching unit 45 is controlled so that the pair of electrodes 2 are connected to the EEG measuring unit 41 in all cases except when the state value is equal to or greater than the state threshold value. Here, the state threshold can be varied according to the information input by the user or medical professional via the user interface 46. [ The minimum value of the state value indicating the sleep state may vary depending on the user's personal characteristics.

제어부(436)는 상술된 바와 같은 신호 처리부(43)의 모든 제어 동작을 수행한다. 예를 들어, 제어부(436)는 동일한 시간대에 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호와 한 쌍의 광전극(3) 중 수광소자로부터 출력된 전기적 신호에 대해 EEG 신호와 CBF 신호가 동시에 측정되도록 EEG 측정부(41)와 CBF 측정부(42)를 제어한다. 또한, 제어부(436)는 상태 산출부(435)에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 자극 신호가 생성되도록 신호 생성부(44)를 제어하고 신호 생성부(44)에 의해 생성된 자극 신호가 한 쌍의 전극(2)으로 출력되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 또한, 제어부(436)는 사용자 인터페이스(46)를 통해 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보를 수신하고, 사용자에게 표시하고자 하는 정보를 생성하여 사용자 인터페이스(46)로 출력할 수도 있다.The control unit 436 performs all control operations of the signal processing unit 43 as described above. For example, when the EEG signal and the CBF signal are simultaneously applied to the electrical signal output from the pair of electrodes 2 and the electrical signal output from the light receiving element among the pair of the optical electrodes 3 at the same time And controls the EEG measuring unit 41 and the CBF measuring unit 42 so as to be measured. The control unit 436 controls the signal generating unit 44 to generate a stimulation signal if the state value calculated by the state calculating unit 435 indicates that the user is in an abnormal state, And controls the switching unit 45 so that the generated stimulation signal is output to the pair of electrodes 2. The controller 436 receives the information input by the user or the medical professional through the user interface 46, generates information to be displayed to the user, and outputs the information to the user interface 46.

도 7은 도 1에 도시된 전자 디바이스(4)의 다른 구성도이다. 도 7을 참조하면, 전자 디바이스(4)는 EEG 측정부(41), CBF 측정부(42), 신호 처리부(43), 신호 생성부(44), 스위칭부(45), 사용자 인터페이스(46), 및 통신부(47)로 구성된다. 도 7에 도시된 전자 디바이스(4)는 도 3에 도시된 EEG 측정부(41), CBF 측정부(42), 신호 처리부(43), 신호 생성부(44), 스위칭부(45), 및 사용자 인터페이스(46) 외에 통신부(47)를 더 포함한다. EEG 측정부(41), CBF 측정부(42), 신호 처리부(43), 신호 생성부(44), 스위칭부(45), 및 사용자 인터페이스(46)는 도 3에 도시된 구성 요소들과 동일한 동작을 수행하므로 이상에서 이미 설명된 내용으로 갈음하기로 하며 이하에서는 통신부(47)의 동작과 통신부(47)의 추가에 따른 신호 처리부(43)의 동작만을 설명하기로 한다. 7 is another configuration diagram of the electronic device 4 shown in Fig. 7, the electronic device 4 includes an EEG measuring unit 41, a CBF measuring unit 42, a signal processing unit 43, a signal generating unit 44, a switching unit 45, a user interface 46, And a communication unit 47, as shown in Fig. The electronic device 4 shown in Fig. 7 includes an EEG measuring unit 41, a CBF measuring unit 42, a signal processing unit 43, a signal generating unit 44, a switching unit 45, And further includes a communication unit 47 in addition to the user interface 46. [ The EEG measuring unit 41, the CBF measuring unit 42, the signal processing unit 43, the signal generating unit 44, the switching unit 45, and the user interface 46 are the same as the components shown in Fig. 3 Only the operation of the communication unit 47 and the operation of the signal processing unit 43 according to the addition of the communication unit 47 will be described below.

신호 처리부(43)는 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호가 한 쌍의 전극(2)으로 출력되도록 스위칭부(45)를 제어한 시점부터 일정시간 동안 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 일정시간 동안 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 경고 메시지를 출력한다. 여기에서, 일정시간은 사용자의 두피에 자극 신호가 인가된 시점부터 사용자가 각성 상태로 전환될 수 있는 최대 시간보다 길고 사용자의 두피에 자극 신호가 인가된 시점부터 사용자가 각성 상태에 전환되었다가 다시 수면 상태에 들어갈 수 있는 최소 시간보다 짧다. The signal processing unit 43 measures the result of analysis of the EEG signal measured for a predetermined time from the time when the control unit 45 controls the signal for stimulating the scalp of the user to be output to the pair of electrodes 2, And outputs a warning message indicating that the user's state is abnormal if the state value calculated based on the combination of the analysis result of the CBF signal indicates that the user is in an abnormal state. Here, the predetermined time is longer than the maximum time that the stimulus signal is applied to the user's scalp and can be switched to the awakening state, and the user is switched to the awakening state after the stimulus signal is applied to the scalp of the user It is shorter than the minimum time to enter the sleep state.

통신부(47)는 신호 처리부(43)에 의해 출력된 경고 메시지를 사용자의 상태를 감시하는 감시자에 의해 관리되는 원격지 단말(100)에 전송한다. 사용자의 불편을 최소화하고 사용자의 자유로운 활동을 최대한 보장하기 위하여, 통신부(47)는 이러한 경고 메시지를 무선 네트워크를 통하여 원격지 단말(100)에 전송함이 바람직하다. 무선 네트워크의 예로는 와이파이(Wi-Fi) 네트워크 등을 들 수 있고, 원격지 단말(100)의 예로는 PC(personal computer), 스마트폰 등을 들 수 있다. The communication unit 47 transmits the warning message output by the signal processing unit 43 to the remote terminal 100 managed by the supervisor who monitors the status of the user. It is preferable that the communication unit 47 transmits the warning message to the remote terminal 100 via the wireless network in order to minimize the inconvenience of the user and maximize the free activity of the user. Examples of the wireless network include a Wi-Fi network, and examples of the remote terminal 100 include a PC (personal computer), a smart phone, and the like.

사용자의 두피에 자극 신호가 인가되면, 일반적으로 사용자의 상태는 수면 상태로부터 각성 상태로 전환된다. 그러나, 사용자가 어떤 원인으로 인해 사용자의 두피에 자극 신호가 인가되더라도 각성 상태로 전환되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 어떤 사고를 당하여 실신 상태에 있거나 사용자를 깨우기에 자극 신호의 세기가 불충분한 경우에 각성 상태로 전환되지 않을 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 사용자의 두피에 자극 신호가 인가되더라도 각성 상태로 전환되지 않는 경우에 감시자의 원격지 단말(100)에 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 메시지를 전송함으로써 이러한 메시지를 인지한 감시자가 사용자에게 적절한 조치를 취할 수 있도록 하였다. When a stimulus signal is applied to the scalp of a user, the user's state generally changes from a sleep state to a state of awakening. However, the user may not be switched to the awakening state even if a stimulus signal is applied to the user's scalp for some reason. For example, the user may not switch to an awakening state if he or she is in a fainting state due to an accident or when the strength of the stimulus signal is insufficient to awaken the user. As described above, in the present embodiment, when a stimulus signal is applied to the user's scalp but the state is not switched to the awakening state, a message indicating that the user's state is abnormal is transmitted to the remote terminal 100 of the supervisor, The perceived surveillance enabled the user to take appropriate action.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 상태 관리 방법의 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 사용자 상태 관리 방법은 사용자의 뇌의 생체신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 방법으로서 도 7에 도시된 신호 처리부(43)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 7에 도시된 신호 처리부(43)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 이하에서 기술될 사용자 관리 방법에도 적용된다. 8 is a flowchart of a method for managing user status according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the user state management method according to the present embodiment is a method for managing the state of a user using bio-signals of a user's brain, in which the signal processing unit 43 shown in FIG. . Therefore, even if the following description is omitted, the contents described above with respect to the signal processing unit 43 shown in Fig. 7 also apply to the user management method described below.

81 단계에서 신호 처리부(43)는 한 쌍의 전극(2)으로부터 출력된 전기적 신호로부터 측정된 EEG 신호를 EEG 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출하고, 수광소자(32)로부터 출력된 전기적 신호로부터 측정된 CBF 신호를 CBF 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출한다. CBF 구간의 길이가 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수인 경우, 하나의 CBF 구간의 CBF 신호가 추출될 때에 여러 개의 EEG 구간의 EEG 신호가 추출된다.In step 81, the signal processing unit 43 divides and extracts the EEG signal measured from the electric signal output from the pair of electrodes 2 by the time length unit of the EEG section, and extracts the electric signal from the electric signal output from the light receiving element 32 The measured CBF signal is divided by time length unit of CBF interval and extracted. When the length of the CBF section is a multiple of at least twice the length of the EEG section, the EEG signals of the multiple EEG sections are extracted when the CBF signal of one CBF section is extracted.

82 단계에서 신호 처리부(43)는 81 단계에서 EEG 구간 별로 추출된 EEG 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출하고, 81 단계에서 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출한다. CBF 구간의 길이가 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수인 경우, 하나의 CBF 구간의 특징값이 산출될 때에 여러 개의 EEG 구간의 특징값이 산출된다. 여러 개의 EEG 구간의 특징값 모두가 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내지 않으면 여러 개의 EEG 구간과 동시간대를 형성하는 CBF 구간의 특징값의 산출은 스킵되어 81 단계로 돌아갈 수 있다. In step 82, the signal processor 43 calculates the feature value of each EEG section by analyzing the EEG signal extracted for each EEG section in step 81. In step 81, the CBF signal extracted for each CBF section is analyzed by CBF section Thereby calculating characteristic values of each CBF section. When the length of the CBF section is a multiple of at least twice the length of the EEG section, the feature values of several EEG sections are calculated when the feature value of one CBF section is calculated. If all of the feature values of the EEG intervals do not indicate that the user is in an abnormal state, the calculation of the feature values of the CBF interval that forms the same time zone as the multiple EEG intervals may skip and return to step 81.

83 단계에서 신호 처리부(43)는 82 단계에서 산출된 각 EEG 구간의 특징값과 각 CBF 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출한다. CBF 구간의 길이가 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수인 경우, 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 복수의 EEG 구간과 동시간대를 형성하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산함으로써 사용자의 상태를 나타내는 값이 산출될 수도 있다. In step 83, the signal processing unit 43 calculates a value indicating the state of the user based on the combination of the feature value of each EEG section calculated in step 82 and the feature value of each CBF section. When the length of the CBF section is a multiple of at least twice the length of the EEG section, the average of the characteristic values of the plurality of EEG sections and the characteristic values of one CBF section forming the same time period as the plurality of EEG sections are different And a value indicating the state of the user may be calculated by multiplying the weights by the weights.

84 단계에서 신호 처리부(43)는 85 단계에서 산출된 상태값과 상태 임계값을 비교한다. 그 결과, 85 단계에서 산출된 상태값이 상태 임계값 이상이면, 즉 사용자의 상태가 비정상 상태이면 85 단계 또는 85 단계로 진행한다. 85 단계에서 산출된 상태값이 상태 임계값 미만이면, 즉 사용자의 상태가 정상 상태이면 81 단계로 돌아간다. 85 단계에서 산출된 상태값이 상태 임계값 이상인 경우에 있어서 85 단계에서의 상태값 산출 직전에 산출된 상태값이 상태 임계값 미만이면, 즉 사용자의 직전 상태가 정상 상태이면 85 단계로 진행하고, 85 단계에서의 상태값 산출 직전에 산출된 상태값이 상태 임계값 이상이면, 즉 사용자의 이전 상태가 비정상 상태이면 87 단계로 진행한다. In step 84, the signal processing unit 43 compares the state value calculated in step 85 with the state threshold value. As a result, if the state value calculated in step 85 is greater than or equal to the state threshold value, that is, if the state of the user is abnormal, the process proceeds to step 85 or step 85. If the state value calculated in step 85 is less than the state threshold value, that is, if the user's state is normal, the process returns to step 81. If the state value calculated in step 85 is equal to or greater than the state threshold value and the state value calculated immediately before the state value calculation in step 85 is less than the state threshold value, that is, if the immediately preceding state of the user is a normal state, If the state value calculated immediately before the state value calculation in step 85 is equal to or greater than the state threshold value, that is, if the previous state of the user is abnormal,

사용자의 이전 상태가 정상 상태이었으나 사용자의 현재 상태가 비정상 상태로 전환된 경우를 도 8에 "비정상 A"로 표시하였고, 사용자의 이전 상태가 비정상 상태인 경우에 사용자의 두피에 전기적 자극을 주었음에도 불구하고 사용자의 현재 상태가 비정상 상태로 유지되는 경우를 도 8에 "비정상 B"로 표시하였다.The case where the user's previous state is in the normal state but the current state of the user is changed to the abnormal state is shown as "abnormal A" in FIG. 8, and even if the user's electric state is abnormal, The case where the current state of the user remains unhealthy is shown as "abnormal B" in Fig.

85 단계에서 신호 처리부(43)는 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호가 생성되도록 신호 생성부(44)를 제어하고, 신호 생성부(44)에 의해 생성된 자극 신호가 한 쌍의 전극(2)으로 출력되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 신호 처리부(43)는 이러한 자극 신호에 의해 사용자가 수면 상태로부터 각성 상태로 전환되기에 충분한 시간동안 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호가 생성되도록 신호 생성부(44)와 스위칭부(45)를 제어한다. 사용자의 두피에 대한 자극이 종료되면, 신호 처리부(43)는 한 쌍의 전극(2)에 의해 검출된 전기적 신호가 EEG 측정부(41)로 전달되도록 스위칭부(45)를 제어한다. 86 단계에서 81 단계로 돌아간 후에는 상술된 바와 같은 일정시간 동안 EEG 신호와 CBF 신호 각각의 측정과 분석이 수행된다.The signal processing unit 43 controls the signal generating unit 44 to generate a signal for stimulating the user's scalp so that the stimulation signal generated by the signal generating unit 44 is applied to the pair of electrodes 2, And controls the switching unit 45 to output the output signal. The signal processing unit 43 controls the signal generating unit 44 and the switching unit 45 so that a signal for stimulating the user's scalp is generated for a time sufficient for the user to switch from the sleep state to the awakening state do. The signal processing unit 43 controls the switching unit 45 so that the electric signal detected by the pair of electrodes 2 is transmitted to the EEG measuring unit 41. [ After returning from step 86 to step 81, measurement and analysis of each of the EEG signal and the CBF signal are performed for a predetermined time as described above.

87 단계에서 신호 처리부(43)는 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 경고 메시지를 출력함으로써 이러한 경고 메시지가 사용자의 상태를 감시하는 감시자에 의해 관리되는 원격지 단말(100)에 전송되도록 한다.In step 87, the signal processing unit 43 outputs a warning message indicating that the user's state is abnormal, so that the warning message is transmitted to the remote terminal 100 managed by the supervisor monitoring the user's state.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.The above-described embodiments of the present invention can be embodied in a general-purpose digital computer that can be embodied as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium. In addition, the structure of the data used in the above-described embodiments of the present invention can be recorded on a computer-readable recording medium through various means. The computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD ROM,

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

1 ... 착용구
11 ... 프레임
12 ... 고무 밴드
2 ... 한 쌍의 전극
21 ... 기준전극
22 ... 검출전극
3 ... 한 쌍의 광전극
31 ... 발광소자
32 ... 수광소자
4 ... 전자 디바이스
41 ... EEG 측정부
42 ... CBF 측정부
43 ... 신호 처리부
44 ... 신호 생성부
45 ... 스위칭부
46 ... 사용자 인터페이스
47 ... 통신부
5 ... 배터리
1 ... Wear
11 ... frame
12 ... rubber band
2 ... a pair of electrodes
21 ... reference electrode
22 ... detection electrode
3 ... A pair of photoelectrodes
31 ... light emitting element
32 ... receiving element
4 ... electronic device
41 ... EEG measuring unit
42 ... CBF measuring unit
43 ... signal processor
44 ... signal generator
45 ... switching part
46 ... User Interface
47 ... communication section
5 ... battery

Claims (9)

사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치에 있어서,
사용자의 머리에 착용되는 착용구;
상기 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 적어도 한 쌍의 전극을 이용하여 사용자의 두피 상에서 발생되는 뇌전도(EEG: electroencephalography)를 나타내는 EEG 신호를 측정하는 EEG 측정부;
상기 착용구의 내측과 사용자의 두피 사이에 위치하는 적어도 한 쌍의 광전극을 이용하여 사용자의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류(CBF: cerebral blood flow)를 나타내는 CBF 신호를 측정하는 CBF 측정부;
상기 EEG 측정부에 의해 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 상기 CBF 측정부에 의해 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하는 신호 처리부;
상기 신호 처리부에 의해 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하여 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력하는 신호 생성부; 및
상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극을 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결하는 스위칭부를 포함하고,
상기 신호 처리부는
상기 EEG 측정부에 의해 측정된 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출하는 EEG 분석부;
상기 CBF 측정부에 의해 측정된 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출하는 CBF 분석부;
상기 EEG 분석부에 의해 산출된 특징값과 상기 CBF 분석부에 의해 산출된 특징값의 조합에 기초하여 상기 상태값을 산출하는 상태 산출부; 및
상기 상태 산출부에 의해 산출된 상태값의 크기에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극이 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 상태값은 상기 산출된 복수의 EEG 구간의 특징값과 상기 산출된 어느 하나의 CBF 구간의 특징값을 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산하는 소정의 수학식에 따라 합산함으로써 산출되고,
상기 사용자의 상태는 사용자의 각성 상태 및 사용자의 수면상태를 포함하는 머리착용형 장치.
CLAIMS What is claimed is: 1. A head wearable device for managing a user's condition,
Wearable wear on the wearer's head;
An EEG measuring unit for measuring an EEG signal representing electroencephalography (EEG) generated on the scalp of the user by using at least one pair of electrodes positioned between the inner side of the wearer and the scalp of the user;
A CBF measuring unit for measuring a CBF signal indicating cerebral blood flow (CBF) flowing under the scalp of a user using at least one pair of photoelectrodes positioned between the inner side of the wearer and the scalp of the user;
A signal processing unit for calculating a value indicating a state of the user based on a combination of an analysis result of the EEG signal measured by the EEG measuring unit and an analysis result of the CBF signal measured by the CBF measuring unit;
A signal generator for generating a signal for stimulating a user's scalp according to a state value calculated by the signal processor and outputting the signal to the at least one pair of electrodes; And
And a switching unit connecting the at least one pair of electrodes to one of the EEG measuring unit and the signal generating unit under the control of the signal processing unit,
The signal processing unit
An EEG analyzer for calculating a feature value of each EEG section by analyzing the signal measured by the EEG measuring unit according to the EEG interval;
A CBF analyzing unit for calculating characteristic values of each CBF section by analyzing the signals measured by the CBF measuring unit by CBF intervals;
A state calculating unit for calculating the state value based on a combination of the feature value calculated by the EEG analyzing unit and the feature value calculated by the CBF analyzing unit; And
And a controller for controlling the switching unit so that the at least one pair of electrodes is connected to either the EEG measuring unit or the signal generating unit according to the magnitude of the state value calculated by the state calculating unit,
Wherein the state value includes a feature value of the calculated plurality of EEG intervals and a feature value of the calculated CBF interval as an average of the feature values of the plurality of EEG intervals and a feature value of the one CBF interval By multiplying different weights by a predetermined equation,
Wherein the state of the user includes a user's awakening state and a sleep state of the user.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 신호 처리부에 의해 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 상기 자극 신호가 생성되도록 상기 신호 생성부를 제어하고 상기 신호 생성부에 의해 생성된 자극 신호가 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력되도록 상기 스위칭부를 제어하고,
상기 신호 생성부는 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 자극 신호를 생성하고,
상기 스위칭부는 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극을 상기 EEG 측정부로부터 분리시키고 상기 신호 생성부에 연결하고,
상기 비정상 상태는 사용자의 수면 상태를 포함하는 머리착용형 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the signal processor controls the signal generator so that the stimulus signal is generated if the state value calculated by the signal processor indicates that the user is in an abnormal state and the stimulus signal generated by the signal generator is generated by the at least one pair Controls the switching unit to be outputted to the electrode,
The signal generator generates the stimulus signal under the control of the signal processor,
Wherein the switching unit disconnects the at least one pair of electrodes from the EEG measurement unit under the control of the signal processing unit and connects the at least one pair of electrodes to the signal generation unit,
Wherein the abnormal state includes a sleep state of the user.
제 2 항에 있어서,
상기 신호 처리부는 상기 자극 신호가 상기 적어도 한 쌍의 전극으로 출력되도록 상기 스위칭부를 제어한 시점부터 일정시간 동안 측정된 EEG 신호의 분석 결과와 상기 일정시간 동안 측정된 CBF 신호의 분석 결과의 조합에 기초하여 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 사용자의 상태가 비정상 상태임을 표시하는 경고 메시지를 출력하고,
상기 신호 처리부에 의해 출력된 경고 메시지를 사용자의 상태를 감시하는 감시자에 의해 관리되는 원격지 단말에 전송하는 통신부를 더 포함하고,
상기 산출된 상태값이 소정의 임계값 이상이면 상기 산출된 상태값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내는 머리착용형 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the signal processing unit is based on a combination of an analysis result of the EEG signal measured for a predetermined time from the time when the switching unit is controlled so that the stimulation signal is output to the at least one pair of electrodes and an analysis result of the CBF signal measured during the predetermined time And outputs a warning message indicating that the user's state is abnormal if the calculated state value indicates that the user's state is abnormal,
And a communication unit for transmitting a warning message output by the signal processing unit to a remote terminal managed by a supervisor for monitoring a state of the user,
And if the calculated state value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the calculated state value indicates that the user's state is abnormal.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 상태 산출부에 의해 산출된 상태값과 상태 임계값의 비교 결과에 따라 상기 적어도 한 쌍의 전극이 상기 EEG 측정부와 상기 신호 생성부 중 어느 하나에 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하고,
상기 상태 임계값은 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변되는 머리착용형 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the controller controls the switching unit such that the at least one pair of electrodes is connected to either the EEG measuring unit or the signal generating unit according to a result of comparing the state value calculated by the state calculating unit and the state threshold value,
Wherein the state threshold is variable according to information input by a user or a medical professional.
제 5 항에 있어서,
상기 각 CBF 구간의 길이는 상기 각 EEG 구간의 길이의 적어도 2배수 이상의 배수이고,
상기 상태 산출부는 상기 각 EEG 구간의 특징값 중 적어도 하나의 EEG 구간의 특징값이 사용자의 상태가 비정상 상태임을 나타내면 상기 적어도 하나의 EEG 구간의 시간대를 포함하는 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 상기 어느 하나의 CBF 구간과 동일한 시간대를 형성하는 복수의 EEG 구간의 특징값의 조합에 기초하여 상기 상태값을 산출하는 머리착용형 장치.
6. The method of claim 5,
The length of each CBF section is a multiple of at least two times the length of each EEG section,
Wherein the state calculator calculates a feature value of at least one of the feature values of the EEG interval, if the feature value of the at least one EEG interval indicates that the user is in an abnormal state, Wherein said state value is calculated based on a combination of feature values of a plurality of EEG sections forming a same time zone as any one CBF section.
제 6 항에 있어서,
상기 상태 산출부는 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산함으로써 상기 상태값을 산출하는 머리착용형 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the state calculating unit calculates the state value by multiplying an average of the feature values of the plurality of EEG intervals and feature values of the one CBF section by different weights,
제 7 항에 있어서,
상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값과 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균 각각에 곱해지는 가중치는 사용자 또는 의료전문가에 의해 입력된 정보에 따라 가변되는 머리착용형 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the weights multiplied by the feature values of any one of the CBF intervals and the feature values of the plurality of EEG intervals vary according to information input by a user or a medical professional.
뇌의 생체신호를 이용하여 사용자의 상태를 관리하는 방법에 있어서,
사용자의 두피 상에서 발생되는 뇌전도를 나타내는 EEG 신호를 EEG 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출하고, 사용자의 두피 아래에 흐르는 뇌혈류를 나타내는 CBF 신호를 CBF 구간의 시간 길이 단위로 분할하여 추출하는 단계;
상기 EEG 구간 별로 추출된 EEG 신호를 EEG 구간 별로 분석함으로써 각 EEG 구간의 특징값을 산출하고, 상기 CBF 구간 별로 추출된 CBF 신호를 CBF 구간 별로 분석함으로써 각 CBF 구간의 특징값을 산출하는 단계;
상기 산출된 각 EEG 구간의 특징값과 각 CBF 구간의 특징값의 조합에 기초하여 사용자의 상태를 나타내는 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 상태값에 따라 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호가 생성되도록 사용자의 두피를 자극하기 위한 신호를 생성하는 신호 생성부를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 상태값은 상기 산출된 복수의 EEG 구간의 특징값과 상기 산출된 어느 하나의 CBF 구간의 특징값을 상기 복수의 EEG 구간의 특징값의 평균과 상기 어느 하나의 CBF 구간의 특징값 각각에 서로 다른 가중치를 곱하여 합산하는 소정의 수학식에 따라 합산함으로써 산출되고,
상기 사용자의 상태는 사용자의 각성 상태 및 사용자의 수면상태를 포함하는 사용자 상태 관리 방법.
A method for managing a user's condition using a bio-signal of a brain,
Dividing the EEG signal representing the EEG signal generated on the scalp of the user into time length units of the EEG section and extracting the CBF signal representing the cerebral blood flow flowing under the scalp of the user by dividing the CBF signal into time length units of the CBF section;
Calculating a characteristic value of each EEG section by analyzing the EEG signal extracted for each EEG section by EEG section and analyzing the CBF signal extracted for each CBF section by CBF section to calculate a characteristic value of each CBF section;
Calculating a value indicating a state of the user based on the calculated feature value of each EEG section and the feature value of each CBF section; And
And controlling a signal generating unit to generate a signal for stimulating a user's scalp so that a signal for stimulating the user's scalp is generated according to the calculated state value,
Wherein the state value includes a feature value of the calculated plurality of EEG intervals and a feature value of the calculated CBF interval as an average of the feature values of the plurality of EEG intervals and a feature value of the one CBF interval By multiplying different weights by a predetermined equation,
Wherein the state of the user includes a user's awakening state and a sleep state of the user.
KR1020140102290A 2014-08-08 2014-08-08 Head wearable type apparatus and method for managing state of user KR101669436B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140102290A KR101669436B1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Head wearable type apparatus and method for managing state of user
PCT/KR2015/007434 WO2016021845A1 (en) 2014-08-08 2015-07-17 Head mount type device for managing user's state and method for managing user's state

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140102290A KR101669436B1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Head wearable type apparatus and method for managing state of user

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160018134A KR20160018134A (en) 2016-02-17
KR101669436B1 true KR101669436B1 (en) 2016-10-26

Family

ID=55264068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140102290A KR101669436B1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Head wearable type apparatus and method for managing state of user

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101669436B1 (en)
WO (1) WO2016021845A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210039103A (en) * 2019-10-01 2021-04-09 버볼 셔키러브 Wearable brain stimulation and image acquisition device
KR20210123171A (en) * 2020-04-02 2021-10-13 홍양표 Brain wave traing device and monitering method by tr

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180001367A (en) 2016-06-27 2018-01-04 현대자동차주식회사 Apparatus and Method for detecting state of driver based on biometric signals of driver
KR101978905B1 (en) * 2017-01-24 2019-08-28 이화여자대학교 산학협력단 Early seizure detection method
KR20190046368A (en) * 2017-10-26 2019-05-07 와이에이치케이 주식회사 Spectroscopy apparatus
KR20210009595A (en) * 2019-07-17 2021-01-27 주식회사 이엠텍 Electroencephalogram having nir irradiation part
AU2020372184A1 (en) * 2019-10-25 2022-06-09 Nuroflux Pty Ltd Method and apparatus for detecting changes in blood flow in the head of a subject
CN113069120A (en) * 2021-04-08 2021-07-06 季华实验室 Photoelectric fusion type brain electrode
WO2023085462A1 (en) * 2021-11-11 2023-05-19 주식회사 클리엔 Cerebral blood flow measuring device using near-infrared rays

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120165899A1 (en) * 2000-07-13 2012-06-28 Bradford Evan Gliner Neural stimulation system and method responsive to collateral neural activity

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010233726A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Honda Motor Co Ltd Brain measuring device
US8364272B2 (en) * 2010-04-30 2013-01-29 Medtronic, Inc. Brain stimulation programming
US20120165999A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-28 Ahi Technologies, Llc Setting lock and unlock function in hydraulic heating systems
KR101465613B1 (en) * 2012-12-20 2014-11-27 (주)와이브레인 Headwear type apparatus and transcranial electric stimulation system using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120165899A1 (en) * 2000-07-13 2012-06-28 Bradford Evan Gliner Neural stimulation system and method responsive to collateral neural activity

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210039103A (en) * 2019-10-01 2021-04-09 버볼 셔키러브 Wearable brain stimulation and image acquisition device
KR102278547B1 (en) 2019-10-01 2021-07-16 버볼 셔키러브 Wearable brain stimulation and image acquisition device
KR20210123171A (en) * 2020-04-02 2021-10-13 홍양표 Brain wave traing device and monitering method by tr
KR102457938B1 (en) 2020-04-02 2022-10-24 홍양표 Brain wave traing device and monitering method therof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160018134A (en) 2016-02-17
WO2016021845A1 (en) 2016-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101669436B1 (en) Head wearable type apparatus and method for managing state of user
US20220287630A1 (en) Systems and methods for determining sleep patterns and circadian rhythms
Looney et al. The in-the-ear recording concept: User-centered and wearable brain monitoring
ES2776178T3 (en) Systems to detect brain-based bio-signals
KR102037970B1 (en) Apparatus of Measuring Electroencephalography, And System and Method for Diagnosing and preventing Dementia
US20190159675A1 (en) Point-of-care tele monitoring device for neurological disorders and neurovascular diseases and system and method thereof
EP3267880B1 (en) Portable electronic device to process a signal acquired from a living body and method thereof
Casson et al. Electroencephalogram
US20170332964A1 (en) Headset for bio-signals acquisition
KR20180001367A (en) Apparatus and Method for detecting state of driver based on biometric signals of driver
CN103635134A (en) Sleep stage annotation device
Park et al. Wireless dry EEG for drowsiness detection
Singh et al. Proof of concept of a novel neck-situated wearable PPG system for continuous physiological monitoring
Gupta et al. Neurophysiological experimental facility for Quality of Experience (QoE) assessment
D’Alvia et al. Heart rate monitoring under stress condition during behavioral analysis in children with neurodevelopmental disorders
Mahmud et al. SensoRing: An integrated wearable system for continuous measurement of physiological biomarkers
US11311237B2 (en) Systems and methods for computationally efficient non-invasive blood quality measurement
JP2017536946A (en) Device and method for determining consciousness state
Jiang et al. IEMS: An IoT-empowered wearable multimodal monitoring system in neurocritical care
Ahmed et al. A wearable sensor based multi-criteria-decision-system for real-time seizure detection
EP3986265B1 (en) Sleep staging using an in-ear photoplethysmography (ppg)
Pittella et al. Wearable heart rate monitoring as stress response indicator in children with neurodevelopmental disorder
Sweeney et al. Intelligent artifact classification for ambulatory physiological signals
KR102193558B1 (en) Method, system and non-transitory computer-readable recording medium for measuring bio signal
Nguyen et al. LIBS: a low-cost in-ear bioelectrical sensing solution for healthcare applications

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190930

Year of fee payment: 4