KR102100299B1

KR102100299B1 - 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법

Info

Publication number: KR102100299B1
Application number: KR1020180141287A
Authority: KR
Inventors: 김동균; 우창진
Original assignee: 주식회사 인성정보대구지사
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-04-13

Abstract

본 발명은 생체센서로 획득한 사용자의 생체정보를 분석하여 스트레스 해소를 위한 개인화 빛 콘텐츠를 생성하고, 생성된 빛 콘텐츠에 따라 LED 조명등이 제어되게 함으로써 사용자의 스트레스를 크게 완화시켜 심리적인 안정을 도모할 수 있도록 한 스마트 홈케어 조명 제어방법에 관한 것으로, 제어방법은, a) 모바일에 설치된 라이트 케어 앱을 실행하는 단계; b) 홈케어 조명기를 온(ON)시켜 모바일과 연동시키는 단계; c) 모바일로 홈케어 조명기를 선택하는 단계; d) 모바일로 라이트 케어 앱을 동작(START)시키는 단계; e) 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자의 손가락 맥파를 측정하여 스트레스 정도를 연산하는 단계; f) 연산된 사용자의 스트레스 정도(0~100)를 모바일 화면에 표시하는 단계; g) 사용자 주변의 환경정보를 모바일 화면으로 확인 및 적용하는 단계; h) 홈케어 조명기의 조명시간을 설정하는 단계; i) 홈케어 조명기의 조명등이 점등되어 라이트 케어를 이용하는 단계; j) 스트레스 변화 정도를 확인하기 위하여 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자의 손가락 맥파를 2차 측정하여 스트레스 정도를 재연산하는 단계; k) 재연산된 사용자의 2차 스트레스 정도(0~100)를 모바일 화면에 표시하는 단계; l) 변화된 2차 스트레스 정도를 확인한 후 종료하는 단계를 포함한다.

Description

상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법{Method for light controlling of smart home care of interactive type}

본 발명은 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 생체센서로 획득한 생체정보를 분석하여 스트레스 해소를 위한 개인화된 빛 콘텐츠를 생성하고, 생성된 콘텐츠에 따라 홈케어 조명기의 LED 조명을 제어함으로써 사용자의 스트레스를 크게 완화시키고 심리적인 안정을 도모할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 빛(Light)을 사용하여 건강을 증진하고 신체적, 정신적 장애를 치료하는 기법인 라이트 케어(Light Care 또는 Color Therapy)는 1940년대 러시아 생리학자인 크라코프(S.V. Krakov)에 의해 붉은색이 자율신경계의 교감신경을 촉진하고, 푸른색은 부교감신경을 자극한다는 연구가 발표되어 빛을 생화학적인 시스템에 적용하여 치료효과를 이끌어 낼 수 있음을 입증하였다.

예컨대, 뇌파의 저주파영역(0.04~0.15Hz)에 해당하는 교감신경은, 흥분상태에서 높게 표시되고, 뇌파의 고주파영역(0.15~0.4Hz)에 해당하는 부교감신경은, 분노, 근심, 공포상태에서 낮게 표시되며, 이를 응용한 라이트 케어 콘텐츠(Light Care Contents)는 단순한 무드 라이트(Mood Light)에서 벗어나 신체적 정신적 건강에 중요한 역할을 하는 융합콘텐츠로 발전을 하고 있다.

그러나, 국내외 스마트 조명기술에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있음에도 불구하고, 스마트기기를 통한 사용자 제어 메뉴 제공과 이를 통한 조명 컨트롤 기능을 제공하는 기술이 주를 이루고 있어서 사용자의 생체와 주변상태의 인지를 통한 라이트 케어 컨텐츠(Light Care Contents)로서의 기능이 없을 뿐 아니라, 지능형 스마트 서비스로의 진화는 아직 이루어지지 않고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1828451호(발명의 명칭: 감성적인 분위기를 연출할 수 있는 자가 조립형 조명기구 및 이의 판매시스템, 2018. 02. 13. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0008330호(발명의 명칭: 감성형 ＬＥＤ 조명 제어 시스템 및 제어 방법, 2012. 01. 30. 특허공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0094678호(발명의 명칭: 감성 조명 제어 장치, 2011. 08. 24. 특허공개)

본 발명은 사용자의 활동 상태나 심리 상태에 따라 색깔 및 조도와 색온도의 변화를 주어 사용자에게 가장 적합한 빛(Lighting Care)을 제공하는 생체 케어콘텐츠를 제공하고, 사용자의 스트레스 수치 및 생활환경과 함께 계절별, 날씨, 온도, 외부조도 등을 복합적으로 판단하여 자연광에 가까운 빛 콘텐츠를 제공함으로써 사용자의 스트레스를 크게 완화시키고 심리적인 안정을 도모할 수 있도록 한 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 사용자의 건강상태에 대한 정보를 수집하고 이를 효율적으로 관리함으로서 개인 맞춤형 건강관리 및 의료서비스의 제공이 가능한 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법을 제공함에 특징이 있다.

본 발명은 생체센서와 통신모듈과 조명등이 구비되어 1,600만 칼라의 색상재현이 가능한 홈케어 조명기와, 홈케어 조명기로부터 측정된 생체정보를 분석하여 스트레스 해소를 위한 개인화(Individualized)된 빛 콘텐츠를 생성하고, 생성된 콘텐츠에 따라 조명등을 제어함으로써 사용자의 스트레스를 크게 완화하고 심리적인 안정을 도모할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법은, a) 모바일에 설치된 라이트 케어 앱을 실행하는 단계; b) 홈케어 조명기를 온(ON)시켜 모바일과 연동시키는 단계; c) 모바일로 홈케어 조명기를 선택하는 단계; d) 모바일로 라이트 케어 앱을 동작(START)시키는 단계; e) 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자의 손가락 맥파를 측정하여 스트레스 정도를 연산하는 단계; f) 연산된 사용자의 스트레스 정도(0~100)를 모바일 화면에 표시하는 단계; g) 사용자 주변의 환경정보를 모바일 화면으로 확인 및 적용하는 단계; h) 홈케어 조명기의 조명시간을 설정하는 단계; i) 홈케어 조명기의 조명등이 점등되어 라이트 케어를 이용하는 단계; 를 포함하고, j) 스트레스 변화 정도를 확인하기 위하여 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자 손가락의 혈중 산소농도와 혈압과 맥파를 2차 측정하여 스트레스 정도를 재연산하는 단계; k) 재연산된 사용자의 2차 스트레스 정도를 모바일 화면에 표시하는 단계; l) 변화된 2차 스트레스 정도를 확인한 후 종료하는 단계; 를 더 포함하되, 상기 e) 단계에서, 생체센서에 의한 혈중 산소농도 측정은, 송신용 적외선 다이오드를 이용하여 미세혈관으로 적외선을 발산하여 혈액의 산소농도에 따라 빛이 통과되는 비를 수신용 적외선 다이오드로 측정하여 혈중 산소농도를 얻도록하고, 상기 e) 단계 및 j) 단계의 스트레스 정도는, 시계열 분석에 따른 맥박표준편차와 평균편차의 합계값을 분자로 하고, 맥박표준편차와 평균편차의 두 수치값 모두 평균적인 편차를 나타내므로 보정계수로 0.6를 곱하여 평준화시키고, 주파수계열분석을 통한 교감 및 부교감신경의 비율인 LF/HF 비율을 분모로 하여 스트레스 단계를 0에서 최고 100 까지의 지수로 정량화시켜 사용하도록 함을 특징으로 할 수 있다.

상기 d) 단계 ~ l) 단계를 재실행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 l) 단계 후에, 모바일로 헬스케어 관리서버에 접속 및 로그인하여 라이트 케어 앱으로 획득한 생체정보를 나중에 이용할 수 있도록 전송 및 저장하고 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 홈케어 조명기의 조명등은 고휘도의 적색(Red) LED와 녹색(Green) LED와 청색(Blue) LED와 앰버색(Amber) LED로 구성되고, 제어부(MCU)의 제어값에 따라 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 각각의 LED 밝기가 제어되면서 1,600만 종류의 컬러와 색온도를 얻을 수 있도록 구성된다.

본 발명은 생체센서(2)로부터 획득되는 심박변이도(HRV)를 이용하여 교감신경과 부교감신경의 비율에 따라 4색 LED 조명을 적절히 제어함으로써 호흡을 맞추도록 유도하는 등 교감신경계와 부교감신경계가 균형을 유지하는데 도움을 주어 결과적으로 심장을 포함한 신체기능을 건강하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 헬스케어 관리서버(9)와 연동될 수 있게 구성함으로써 생체신호 획득과 분석을 통하여 스트레스를 측정하고 향후, 혈관건강도 등 확장된 건강지표 제공을 통한 융합성 콘텐츠를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 생체정보를 수집하여 사용자의 스트레스 지수(0~100 범위)를 산출하고, 이에 따라 혈관탄성도, 스트레스개선, 혈관건강도 상관분석을 통하여 홈케어 조명기(1)로 라이트 케어함으로써 국민건강증진에 기여하는 효과가 있다.

본 발명은 보다 정확하고 효과적인 라이트 케어 콘텐츠를 제공하기 위하여 생체정보뿐 아니라, 외부의 환경요소(날씨, 외부조도 등)를 참조 및/또는 적용하여 보다 효과적인 라이트 케어가 제공되므로 국민건강증진에 기여하는 효과가 있다.

본 발명은 사용자의 건강상태에 대한 정보를 수집하고 이를 효율적으로 관리함으로서 개인 맞춤형 건강관리 및 의료서비스의 제공이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 개방형 플랫폼에서 구현되는 헬스케어 관리서버(9)를 이용한 서비스를 구축함으로서, 단기간에 생체 데이터를 수집 분석하여 제공할 수 있으며, 개방형 플랫폼 상에서 새로운 창조적 서비스를 발굴하고 IoT 및 헬스케어 융합 신산업이 창출되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 스마트 홈케어 조명 제어 흐름도.
도 2 : 본 발명 다른 예로 도시한 스마트 홈케어 조명 제어 흐름도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 홈케어 조명기의 회로블럭도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 홈케어 조명기의 외관 사시도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 홈케어 조명기의 정면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 홈케어 조명기의 분해사시도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 OpenAPI를 이용한 홈케어 서비스 흐름도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 컬러 및 색온도표.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 교감신경과 부교감신경의 주파수 스펙트럼 관찰도.
도 10의 (a)는 신호잡음을 효과적으로 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 방법에 대한 알고리즘이고, (b)는 후처리 결과 그래프이다.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 라이트 케어 앱의 초기화면.
도 12 : 본 발명 일 예로 도시한 모바일 화면에 1차 스트레스 지수가 표시된 상태의 도면.
도 13 : 본 발명 일 예로 도시한 모바일 화면에 2차 스트레스 지수가 표시된 상태의 도면.
도 14 : 본 발명 다른 예로 도시한 사용 상태 측면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

본 발명은 생체(生體) 센서(Sensor)로 획득한 생체정보를 분석하여 스트레스 해소를 위한 개인화 빛(光) 콘텐츠를 생성하고, 생성된 콘텐츠에 따라 홈케어 조명기의 LED 조명을 제어함으로써 사용자의 스트레스를 크게 완화시키고 심리적인 안정을 도모할 수 있도록 구성된다.

상기 빛(光)과 그 에너지는 눈의 망막에 있는 1억개 이상의 광수용체(Photoreceptor)와 시신경을 통하여 시각중추, 송과선, 시상하부로 전달되며 뇌 호르몬과 신경전달물질의 분비에 영향을 미친다.

이를테면, 밝은 빛은 희망, 환희, 쾌적, 안락 그리고 경쾌한 감정을 일으키고, 어두운 빛은 우울, 불안, 초조, 공포 그리고 침울한 감정을 일으킨다.

또한 색채가 가진 생리적인 효과에 의해 적색은 심장의 박동을 빠르게 하고, 녹색은 심장의 박동을 느리게 하며, 녹색은 평온, 적색은 정열, 청색은 안정감을 주는 심리 효과가 있다.

예컨대, 오렌지색(Orange)의 빛(光)이나 색(色)은, 회복, 탄력, 따뜻함을 나타내며, 식욕 촉진, 신장 치료, 기관지염, 천식, 호흡기 질환, 궤양, 경련 치료효과가 있고, 우울증과 의욕 상실, 자살 방지에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 청색 또는 푸른(Blue) 색이나 빛은, 사람을 차분하게 하고 긴장을 완화시켜 맥박을 감소시키고 호흡을 길게 유도하며, 체온을 떨어뜨리고 피곤한 심신을 회복시키며, 두통, 피로, 긴장, 불면증, 두려움, 후두염, 편도선염, 두통완화, 다이어트 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 적색(Red)의 빛이나 색은, 에너지 발산, 흥분, 불안과 긴장을 증가시키고, 아드레날린 분비를 통한 혈압상승, 맥박 수 증가, 호흡의 가파름, 혈액순환 개선, 여드름, 습진, 기미, 빈혈에 좋고, 성호르몬 및 성장 호르몬을 활성화시켜고 아이디어를 창안하는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 녹색(Green)의 빛이나 색은, 평화, 침착, 진정 효과가 있고, 스트레스를 해소하며, 눈의 피로와 집중력 향상에 효과적이고, 인체에 유익한 신진대사 작용을 하며, 혈액 히스타민 수준을 올려 혈관을 팽창시키며 피부 손상 시 다량으로 분비되면서 빠르게 호전시키며, 혈액순환, 전염병, 심장병, 신장 치료, 고통과 긴장을 풀어 주는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 갈색(Brown)의 빛이나 색은, 안정감을 주는 색으로 세로토닌의 합성을 촉진해 만성피로감을 완화시키며, 프로스타글란딘의 형성을 촉진하여 자궁, 폐, 신장 등을 정상적으로 활동시키며, 수면, 면역력 등을 좌우하는 트립토판(아미노산의 일종)을 증가시키는 것으로 알려져 있다.

또한 핑크(Pink) 색이나 빛은, 사람을 긴장하게 하며 열기를 식히고 수렴하며, 부갑상선을 자극하고 갑상선을 억제하며, 혈액을 정화하고 식세포(혈액이나 조직 내의 세포 또는 박테리아를 먹고 전염을 막아주는 백혈구)를 생성시키고 지혈효과가 있으며, 근육 강장을 촉진하고 호흡기 기능을 증진시키며 최면제와 같이 고통을 느끼지 않게 하는 것으로 알려져 있다.

또한 보라색(Violet)의 빛이나 색은, 뇌와 뼈를 자극하고, 림프관과 심근, 운동신경을 약화시키며, 정신질환의 증상을 완화시킬 뿐 아니라 감수성을 조절하고 배고픔을 덜 느끼게 하고 백혈구를 조성하며 이온 균형을 유지시키는 것으로 알려져 있어 이들 빛이나 색을 적절히 이용하면 빛 치유(Light Care)에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 현대인들에게 발생하는 다양한 질환의 70% 이상이 스트레스(Stress)와 관련되어 발생하고 있으며(Schnake, 1992), 스트레스와 관련된 질환으로는 알콜중독, 알레르기, 편도염, 불안, 부정맥, 관절염, 기관지염, 카페인 중독, 대장염, 우울증, 설사, 약물과용, 난독증(Dyslexia), 피로, 통풍(Gout), 두통, 자세불량, 정신분열 등과 같이 다양하다.

또한, 직장에서 받은 스트레스로 인해 질병을 앓아 본 유경험가 78.7%에 이르고 있으며(온라인 취업포털 잡링크, 2007), 과도한 스트레스를 방치하면 우리 몸의 모든 기관에 부정적 영향을 미쳐 관련된 모든 질병을 야기할 수 있기 때문에 개인 차원에서의 스트레스 관리가 매우 중요함을 알 수 있다.

아래 표1은 스트레스에 따른 신체적 영향을 나타낸 것이다(출처: 현대인의 직무스트레스 예방대책 - 2005, THE SAFETY TECHNOLOGY).

신체 부위	스트레스에 따른 신체적 영향
근육 반응	- 요통, 식도와 결장의 경련, 천식, 가슴답답증, 근육의 손상, 근경련, 산소부족으로 인한 근세포의 비정상적인 활동
위장계 및 내장계 반응	- 간의 해독 및 분해, 신생 능력을 저하시켜 간경화 및 간암을 유발. - 위의 연동운동의 불규칙, 위출혈, 위염, 십이지장궤양과 장운동 이상으로 인한 변비, 과민성 대장염, 췌장염 등 거의 모든 내장계 질환과 관련.
대뇌반응	- 정서적 장애를 유발하여 공포, 자아 위협증, 만성피로증후군, 원형탈모증, 기억 및 인식기능, 시각 저하 등
심혈관계 반응	- 혈압 외에도 혈소판 증가, 혈관수축으로 인한 심근경색, 심근 국소빈혈, 뇌경색, 뇌졸증, 혈관 내 세레토닌 고갈에 따른 두통 및 안절부절증 등
피부반응	- 피부의 전기적 반응 변화, 피부온도 변화에 따른 피부습진, 두드러기, 건선, 여드름, 탈모 등
면역체계 반응	- 코티졸 및 아드레날린 등의 증가에 따른 임파구 수의 감소, 면역글로블린 활동 저하, 대식세포 및 자연살해세포 수 및 기능 감소, 면역 활성화 물질인 사이토카인 등의 활동 감소로 면역 기능의 감소
내분비 반응	- ACTH의 증가, 갑상선 기능의 저하, 부신수질 및피질 호르몬 증가, 성장호르몬 감소, 성호르몬 활동 저하, 항인슐린 활동 등의 감소 및 증가에 의해 내분비의 항상성 와해

따라서, 본 발명은 생체리듬에 맞추어진 인간 중심의 라이트 케어 콘텐츠(Light Care Contents)는 뇌파에 전달하는 빛의 미세한 파장과 조명 색, 조도 등을 통해 인간의 스트레스를 완화시킬 수 있음에 착안하였으며, 생체센서를 이용하여 인체의 심박변화율(HRV) 및 가속도맥파(APG) 등을 분석하여 스트레스를 0~100 까지 범위로 지수화(Stress Level Indexing)하고, 가속도맥파(APG)를 분석하여 혈관건강도를 지표화(Vascular Health Level Indexing)하고, 사용자의 스트레스 및 생활환경과 함께 계절별, 시간별, 날씨, 온도 요소 등을 복합적으로 판단하여 사용자에게 개인화된(Individualized) 빛 콘텐츠를 생성하여 라이트 케어 조명등을 제어하도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 스마트 홈케어 조명 제어방법을 예시한 흐름도로, a) 모바일(M)에 설치된 라이트 케어 앱을 실행하는 단계(S1 단계)와, b) 홈케어 조명기(1)를 온(ON)시켜 모바일(M)과 연동시키는 단계(S2 단계)와, c) 모바일(M)로 홈케어 조명기(1)를 선택하는 단계(S3 단계)와, d) 모바일(M)로 라이트 케어 앱을 동작(START)시키는 단계(S4 단계)와, e) 홈케어 조명기(1)의 생체센서(2)에 접촉된 사용자의 손가락 맥파를 측정하여 스트레스 정도를 연산하는 단계(S5 단계)와, f) 연산된 사용자의 스트레스 정도(0~100)를 모바일(M) 화면에 표시하는 단계(S6 단계)와, g) 사용자 주변의 환경정보를 모바일(M) 화면으로 확인 및 적용하는 단계(S7 단계)와, h) 홈케어 조명기(1)의 조명시간을 설정하는 단계(S8 단계)와, i)홈케어 조명기(1)의 조명등(L)이 점등되어 라이트 케어를 이용하거나 종료(STOP)하는 단계(S9 단계)와, j) 스트레스 변화 정도를 확인하기 위하여 홈케어 조명기(1)의 생체센서(2)에 접촉된 사용자의 손가락 맥파를 2차 측정하여 스트레스 정도를 재 연산하는 단계(S10 단계)와, k) 재 연산된 사용자의 2차 스트레스 정도(0~100)를 모바일(M) 화면에 표시하는 단계(S11 단계)와, l) 변화된 2차 스트레스 정도를 사용자가 확인한 후 종료하는 단계(S12 단계)를 포함한다.

본 발명에서 상기 d) 단계 ~ l) 단계를 재실행하여 라이트 케어를 재차 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 물론 사용자가 홈케어 조명기(1)의 조명등(L)을 점등시켜 원하는 회수의 라이트 케어 또는 충분한 정도의 라이트 케어를 실행하거나 달성할 수 있다.

본 발명에서 도 2와 같이 상기 모바일(M)로 헬스케어 관리서버(9)에 회원으로 가입한 다음 접속 및 로그인하여 상기 라이트 케어 앱으로 획득한 생체정보를 전송 및 저장하고 종료하는 단계(S13 단계)를 더 포함할 수 있다. 이는 사용자의 생체정보를 헬스케어 관리서버(9)에 안전하게 장기간 저장하여 데이터화 함으로써 추후 필요시 전송받아 라이트 케어에 이용하거나 비교 지표로 사용할 수 있으며, 또는 동의하에 헬스케어 데이터 또는 통계 데이터, 빅데이터 활용에 기초 정보로 제공될 수도 있다.

도 11은 본 발명 일 예로 도시한 모바일(M)의 라이트 케어 앱의 초기화면으로 스트레스 지수가 측정전 이어서 "000"으로 표시된 상태이고, 도 12는 1차 측정에 의해 모바일(M) 화면에 스트레스 지수가 "54"로 표시된 상태이고, 도 13은 1차 라이트 케어 이후 2차(재차) 측정한 스트레스 지수가 "33"으로 감소되었음을 알 수 있다.

한편, 1996년 유럽 심장 학회와 북미 심조율 전기 생리학회는 심박동 변이(HRV: Heart Rate Variability) 신호의 분석방법과 표준에 관한 가이드 라인을 제시하였으며, 현재 심박동 분석과 관련된 기기들의 대부분은 이 표준을 따르고 있다.

본 발명에서 스트레스 지수(Stress Index)는, PPI(Peak to Peak Interval)를 통한 스트레스 상태를 파악 및 지수화를 도출하게된다.

즉, 생체센서(2)에 의한 PPG신호의 PPI(Peak to Peak Interval)는 스트레스 정도에 따라 변화되는 간격으로, 스트레스 상태에서는 심장박동수가 증가하므로 PPI는 감소하고, 이완상태에서는 심장박동수가 감소하므로 PPI는 증가하며, 뇌의 심장혈관 중추는 신체활동에 따른 변화뿐만 아니라 스트레스자극에 따라 교감신경, 부교감신경 및 호르몬을 통하여 심장박동수를 조절히며, 스트레스 상태에서는 교감신경이 흥분하고, 이완상태에서는 부교감신경이 활성화되어 심장박동수를 감소시키며(즉, 스트레스상태에서는 증가된 심장박동수로 인하여 PPG신호의 PPI가 감소하고, 이완상태에서는 심장박동수가 감소하므로 PPI가 증가함), 심장박동수의 변화에 따라 검출되는 PPI의 변화를 바탕으로 스트레스 여부를 판단할수 있다. 스트레스자극에 대하여 변화하는 심장박동수를 PPG센서로 검출하고, 적절한 신호처리로 심장박동신호를 분석하여 사람의 스트레스 여부를 판단하게 된다.

또한 HRV 측정 파라미터의 해석기준은, LF(저주파영역)는, 교감신경계의 활성지수로서 신경긴장, 흥분, 육체적 피로도, 에너지손실, 수면부족, 무기력인 경우 높게 나타나고 낮을수록 건강한 것으로 판단하고, HF(고주파영역)는, 부교감신경계의 활성지수로서 분노, 근심/공포, 소화기장애, 정신적/심리적 피로도, 노화, 만성스트레스인 경우 낮게 나타나며 높을수록 건강한 것으로 판단하며, 자율신경(교감신경과 부교감신경계)의 활성도와 균형을 나타내는 LF/HF 비율(ratio)은 낮을수록 건강한 것으로 판단한다.

또한 맥박표준편차(SDNN)는 외부환경에 대한 적응력(육체적 복잡도, 피로도)을 표현하며 심박의 변이 폭이 다양할수록 건강한 것으로 판단하고, SDDN값은 HRV의 가장 대표적인 파라미터로서, SDNN값이 높다는 말은 HRV 또한 높다는 것을 표시하여 이 경우 건강한 것으로 판단한다.

또한 평균편차(RMSSD)는 심장의 안정도를 표시하며, 높을수록 건강하며 분노, 근심, 공포상태에서 낮게 판단된다.

따라서 본 발명에서는 심박변이도가 높을수록, 외부 환경에 대응하는 자율신경계의 조절이 우수한 低스트레스 상태이므로, 심박변이에 해당되는 시계열 분석에 따른 맥박표준편차(SDNN)와 평균편차(RMSSD)의 합계값을 분자로 위치시키고, 맥박표준편차(SDNN)와 평균편차(RMSSD)의 두 수치값 모두 평균적인 편차를 나타내므로 보정계수로 0.6를 곱하여 평준화시키고, 주파수계열분석을 통한 교감, 부교감신경의 비율인 LF/HF 비율(ratio)을 분모로 배치하여 자율신경의 활성도와 균형이 높을 경우 스트레스 지수가 감소하도록 하되, 다수 피험자들의 측정자료 및 스트레스조사치를 근거로, 스트레스지수의 표준적 배치 즉 단계화가 가능하도록 LF/HF 비율값에 적절한 가중치와 보정을 통해 스트레스 단계를 0에서 최고 100 까지 나타내도록 지수화(정량화)시켜 사용하게된다(정확도 95% 이상).

도 3은 본 발명 일 예로 도시한 홈케어 조명기(1)의 본체 내부에 설치되는 회로 블럭도로, MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구성되는 제어부(MCU)와, 제어부(MCU)의 입력에 접속되고 사용자의 생체정보를 측정하는 생체센서(2)와, 제어부(MCU)에 접속되는 무선통신모듈(3)과, 제어부(MCU)의 출력에 접속되는 LED 드라이브(4)와, LED 드라이브(4)에 접속되고 적색 LED/녹색 LED/청색 LED/앰버색 LED로 구성되는 조명등(L)과, 제어부(MCU)의 출력에 접속되고 동작 상태를 표시하는 표시부 또는 표시등(5)과, 홈케어 조명기(1)의 동작전원을 공급하는 배터리(6)와, 상용전원이나 외부전원을 이용하여 배터리(6)를 충전하는 충전부(7)와, USB 등의 입출력(I/O) 인터페이스(8)를 포함한다.

상기 제어부(MCU)는 마이크로프로세서와 입,출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 마이크로 컴퓨터의 일종으로, CPU 코어, 메모리 그리고 프로그램 가능한 입/출력을 가지고 있어 임베디드 시스템 등에 널리 사용되며, 본 발명에서는 홈케어 조명기(1)를 제어하기 위하여 설정 및 프로그래밍된 기능을 수행하게 된다.

상기 제어부(MCU)는 생체센서(2)로부터 입력되는 생체정보(맥파정보 등) 중에서 주변 미세혈관들에서 섞여 들어오는 신호들을 걸러내어, 사용자의 감성 상태(또는 스트레스)값을 실시간으로 분석한다음 이를 기초로하여 조명등(L)의 색온도 및 조도가 선형적으로 디밍(dimming)되도록 조명등(L)을 제어하게 되며, 분석된 감성 상태값을 데이터 베이스화하며 저장한다.

상기 무선통신모듈(3)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지웨이브(Z-wave), 지그비(ZigBee), 비콘(Becon), NFC(Near Field Communication), UHF(Ultra High Frequency Band), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있으며, 사용자 무선 통신 단말인 모바일(M)에 내장된 근거리 무선통신모듈(NFC, 불루투스 모듈 등)과 통신 및 연동되도록 구성된다.

상기 무선통신모듈(3)은 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 모바일(M)과 홈케어 조명기(1) 사이, 모바일(M)과 헬스케어 관리서버(9) 사이, 모바일(M)과 다른 모바일 사이, 또는 모바일(M)과 다른 모바일이 위치한 네트워크 사이의 무선통신을 지원할 수 있다.

상기 모바일(M)은 사용자의 휴대 무선통신 단말로 스마트폰, 모바일(M) 전화기, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 손목형(wrist-type) 모바일(M) 통신 기기 또는 웨어러블(wearable) 모바일(M) 통신 기기 등일 수 있으며, 무선통신모듈(3)을 통하여 홈케어 조명기(1)와 통신하며, 또한 무선통신기지국, LTE 또는 인터넷 등으로 구성되는 통신망(T)을 통하여 헬스케어 관리서버(9)와도 통신한다.

상기 충전부(7)에는 외부전원 또는 상용전원 어댑터 등이 접속되어 배터리(6)를 충전할 수 있도록 5핀 커넥터, 또는 C형 커넥터 등이 연결되는 소켓형 충전단자(16)가 구비된다.

상기 생체센서(2)는 사용자의 스트레스 정도를 측정할 수 있는 맥파센서 또는 심박센서(PPG: Photoplethysmography)일 수 있다. 맥파센서는, 미세혈관에 흐르는 혈액의 양은 심장이 혈액을 말초혈관으로 보내줄 때(심방이 닫히면서 피를 뿜어줄 때)와 심방이 열려서 혈액을 심방에 저장할 때 차이가 있는데, 이 혈액의 양에 따라 혈액에 조사하여 돌아 나오는 적외선 양도 차이가 있게 되며, 맥파센서는 이 주기를 측정하는 방법으로 사용자의 미세혈관 내의 혈중 산소농도와 혈압과 맥파를 실시간으로 측정하여 생체 정보(Data)를 검출하게 된다.

상기 생체센서(2)에 의한 혈중 산소농도 측정의 경우, 송신용 적외선 다이오드를 이용하여 미세혈관(세동맥)으로 적외선을 발산하여, 혈액의 산소농도에 따라 빛이 통과되는 비를 수신용 적외선 다이오드로 측정하여 혈중 산소농도를 얻게된다. 즉, 미세혈관에 송신용 적외선 다이오드 광원을 혈액에 조사하면, 산소와 많이 결합한 헤모글로빈은 색깔이 밝아서 적외선 다이오드에서 들어오는 광량을 적게 흡수하여 통과 또는 투과시키고, 산소와 적게 결합한 헤모글로빈은 색깔이 검어서 적외선 다이오드에서 들어오는 광량을 많이 흡수하여 통과 또는 투과시키게 된다. 이러한 원리를 이용하여 미세혈관을 통과 또는 반사하여 돌아 나오는 적외선 양으로 혈중 산소농도를 파악하게 된다.

상기 조명등(L)은, 고휘도의 적색(Red) LED와, 녹색(Green) LED와, 청색(Blue) LED와, 앰버색(Amber) LED로 구성되며, 4가지의 LED 광원을 조합하면 도 8과 같이 1,600만 종류의 컬러와 색온도를 얻을 수 있어서 원하는 컬러의 라이트 케어를 달성할 수 있게 된다.

상기 앰버색 LED는, 여기 효율이 우수한 녹색 및 호박색(Amber) 형광체를 혼합하여 휘도가 높은 황색광이 구현된다.

일반적으로 사용되는 R.G.B 3개의 LED로 생성할 수 있는 컬러색은 양수의 색상값을 가지므로 표현할 수 없는 색상이 존재하게 되며, 따라서 본 발명에서는 R.G.B 3개의 LED 이외에도 황색톤의 앰버색(Amber) LED를 추가한 R.G.B.A의 4개 LED로 컬러와 색온도를 조절함으로써 도 8과 같이 표현 색상의 영역이 크게 확장되어 1,600만 컬러를 구현할 수 있게된다. 상기 제어부(MCU)는 생체센서(2)에 의해 실시간으로 측정 및 입력되는 생체 데이터를 분석하여 최적, 또는 사용자가 설정한 상태값에 의거하여, 적색(Red) LED와, 녹색(Green) LED와, 청색(Blue) LED와, 앰버색(Amber) LED로 구성된 조명등(L)을 각각 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 구동전류를 제어함으로써 조명등(L)의 색온도와 조도 등이 디밍(dimming) 제어된다.

상기 제어부(MCU)는 생체센서(2)로부터 입력되는 맥파 뿐 아니라, 미세혈관 내의 혈중 산소농도(또는 산소포화도)와 혈압 등의 생체정보를 실시간으로 측정한 생체 데이터 및 측정시 마다 변화하는 데이터를 통계화 및 저장, 또는 헬스케어 관리서버(9)로 전송 및 저장하여 향후에 이용할 수 있게된다.

도 4는 일 예로 도시한 홈케어 조명기(1)의 외관 사시도이고, 도 5는 그 정면도이고, 도 6은 그 분해 사시도로, 하부에 위치하는 본체(10)와, 본체(10) 상부에 설치되는 소정 크기와 소정 높이의 반투명 조명갓(20)과, 본체(10) 전면부에 설치되는 생체센서(2)와, 표시등(5)과, 전원스위치(19)의 버튼(15)과, 충전단자(16)를 포함한다.

상기 본체(10)에는 배터리(6)를 수납할 수 있도록 수납공간(11)이 형성된다. 상기 수납공간(11)에는 1,600만 컬러의 색상 재현이 가능한 4색 LED 조명등(L) 및 LED 드라이브(4) 등이 구성되는 LED 컨트롤 보드(18)와, 생체센서(2)와 제어부(MCU)와 충전부(7)와 무선통신모듈(3)과 전원스위치(19)와 터미널 등이 융합된 메인보드(17)가 설치된다.

상기 본체(10)의 가장자리 부분에는 상승 돌출부(12)와 하강 단턱부(13)가 형성되고, 상기 단턱부(13)에는 조명갓(20)이 설치되거나 결합 고정된다.

상기 조명갓(20)은 내측면 하단에 적어도 2개 이상 형성되는 경사형 걸림부(14a)가 상승 돌출부(12) 외면에 형성되는 결림홈(14)에 걸림되는 구조로 본체(10)에 고정하거나, 본체(10)에 억지결합시켜 고정하거나, 피스 또는 접착제 등을 이용하여 본체(10)에 고정할 수도 있다.

상기 본체(10)와 조명갓(20)은 외부로부터 인가되는 각종 충격으로부터 충분히 보호될 수 있도록 내충격성, 내열성, 내화학성 합성수지 등으로 구성되어 수명이 반영구적인 것이 바람직하다.

상기 본체(10)와 조명갓(20)은 설명의 편의상 사각형으로 설명 및 도시하였으나 물론 사각형에 한정되지 않고, 삼각형, 다각형, 타원형 또는 이들의 변형 형상일 수 있으며, 조명등(L)이나 주변 기기 및 부품들을 수납 보호하면서 라이트 케어가 달성되면 만족한다.

상기 조명갓(20)은 사용자의 눈이 부시지 않도록 반투명이 바람직하다. 또한 내부면에 엠보싱을 형성하거나, V컷팅, U컷팅, 프리즘컷 등 사용자가 선호하거나 라이트 케어에 도움이되는 다양한 반사컷을 형성하여 다양한 조명이 달성될 수 있도록 구성할 수 있다.

도 7은 본 발명에서 생체정보를 헬스케어 관리서버(9)로 전송 및 저장하는 과정을 예시한 흐름도로, 모바일(M)과 홈케어 조명기(1)가 무선통신으로 연동되는 상태에서 모바일(M)로 헬스케어 관리서버(9)에 로그인 접속한 다음 모바일(M)과 홈케어 조명기(1)를 등록하고, 이어 생체센서(2)를 이용하여 사용자의 생체정보, 이를테면 스트레스를 측정하여 컬러테라피 조명을 점등하는 과정이 끝나고, 헬스케어 관리서버(9)에 생체정보를 전송하면, 세계표준인 HL7 메시지로 변환하는 과정을 거쳐 헬스케어 관리서버(9)의 기억장치에 저장함으로써 사용자가 향후에 저장된 데이터를 이용할 수 있게된다.

한편, 심박변이도(HRV: Heart Rate Variability)와 관련하여 심박은 동방결절, 전기자극 형성부위의 고유 자발성에 교감과 부교감이 영향을 미치며 자율신경의 상호 작용과 관련된다. 또한 체내외의 환경변화에 따라 실시간으로 변하며 이로 인해 심장박동수의 변화가 생기며 건강한 사람의 경우는 심박의 변화가 크고 복잡하나, 질병이나 스트레스 상태에서는 복잡도가 현저히 감소하게되며, 체내외적 변화에 따른 적응력이 뛰어날수록 또는 자율신경계의 활성도가 뛰어날수록, 심장박동의 변화는 크게 나타난다.

따라서 본 발명에서는 도 9와 같이, ECG R-peak간 거리변화의 변위량 데이터로부터 FFT를 취하였을 때 얻어지는 주파수 스펙트럼을 관찰하고 교감신경과 부교감신경의 균형비율(LF/HF ratio)로 시분할 분석을 통하여 심박변이도(HRV)에 대한 파라미터를 얻을 수 있다.

본 발명에서 도 10과 같이 생체센서(2)의 PPG오차(신호오류, 동작잡음) 및 스트레스 지수를 보정할 수 있다.

즉, 생체센서(2)의 출력 신호처리를 위하여 심장박동신호와 함께 검출되는 고주파대역의 신호잡음은 PPI검출에 있어서 방해요인이 되므로 저역통과필터(Low Pass Filter)를 사용하여 PPG 신호에 섞여 있는 신호잡음을 제거하게 된다.

이때 휴식기의 성인의 평균 심장박동은 70bpm(beats per minute)이지만 심장박동의 정상적인 범위는 광범위하며 휴식상태에서 운동선수의 경우 심장박동수를 50bpm 이하로 유지할 수도 있으므로, 저역통과필터를 적용할 때에는 심장박동의 특성을 고려하도록 한다.

예컨대, 신호잡음을 제거하기 위하여 피실험자에게 적응된 필터를 선택하고, 필터의 파라미터를 결정하고, 전처리를 통과하여 신호잡음이 제거된 PPG신호로부터 PPI를 검출하고, PPI의 시계열 분석에 따라 스트레스 여부를 판단하는데, 접촉불량과 같은 동작잡음으로 발생되는 검출오차를 수정하기 위하여 후처리에서 PPI를 수정하고, 스트레스여부를 판단하도록 한다.

도 10의 (a)는 신호잡음을 효과적으로 제거하는 전처리와 동작잡음에 의한 검출오차를 수정하는 후처리 방법에 대한 알고리즘이고, 도 10의 (b)는 후처리 결과 그래프이다.

도 14는 본 발명 다른 예로 도시한 사용상태 측면도로, 의자 또는 흔들의자(21)의 손잡이(22) 부분에 요입홈을 형성한 다음 생체센서(2a)가 접속된 무선통신모듈(3a)을 삽입 설치하여 의자 또는 흔들의자(21)에서도 사용할 수 있도록 한 것으로, 모바일(M)과 홈케어 조명기(1)가 연동된 상태에서 모바일(M)로 상기 생체센서(2a)를 선택한 다음 라이트 케어 앱을 동작(START)시키고, 사용자(23)가 의자 또는 흔들의자(21)에 앉은 상태에서 생체센서(2a)의 측정부에 손가락(24)을 접촉시키고, 모바일(M)의 라이트 케어 앱은 생체센서(2a) 및 무선통신모듈(3a)로부터 실시간 전송되는 손가락 맥파를 측정하여 스트레스 정도를 연산하고, 연산된 사용자의 스트레스 정도(0~100)를 적용하거나, 또는 사용자 주변의 환경정보를 함께 적용하여 홈케어 조명기(1)의 조명시간을 설정 및 동작시켜 라이트 케어를 이용할 수 있게된다.

본 발명에서 의자 또는 흔들의자(21) 뿐 아니라, 책상에 생체센서(2a)가 접속된 무선통신모듈(3a)을 설치하여 적용할 수 있으며, 비단 이들 뿐 아니라 다양한 생활도구에 생체센서(2a)가 접속된 무선통신모듈(3a)을 돌출 또는 삽입(매입)형으로 설치하여 라이트 케어의 목적을 달성할 수 있다.

상기의 경우 모바일(M)로 생체센서(2)를 선택하거나 또 다른 생체센서(2a)를 선택하는 방법으로 홈케어 조명기(1), 또는 의자나 흔들의자(21), 또는 책상이나 기타 생활도구 들을 선택 이용할 수 있다.

또한 홈케어 조명기(1)와 별도로 전기스탠드나 천정에 설치되는 전등을 홈케어 조명기(1)로 대체할 수 있으며, 생체센서(2a)를 이용하므로 생체센서(2)의 구성을 생략할 수도 있다.

본 발명은 생체센서(2)로부터 측정된 생체정보를 분석하여 스트레스 해소를 위한 개인화(Individualized) 빛 콘텐츠를 생성하고, 생성된 콘텐츠에 따라 홈케어 조명기(1)의 조명등(L)을 제어시켜 라이트 케어를 달성할 수 있다.

본 발명은 HRV(심박변화율) 및 APG(가속도맥파) 분석을 통한 스트레스를 0~100까지 범위로 지수화(Stress Level Indexing)하여 객관화된 스트레스 정도를 쉽게 분석할 수 있으며(정확도 95%이상), 가속도맥파(APG) 분석을 통한 혈관건강도를 지표화(Vascular Health Level Indexing)할 수 있으며, 사용자의 스트레스 및 생활환경과 함께 계절별, 시간별, 날씨, 온도 요소를 복합적으로 판단하여 사용자에게 개인화된(Individualized) 빛 콘텐츠 생성하여 제공하고 라이트 케어에 적용할 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--홈케어 조명기 (2)(2a)--생체센서
(3)(3a)--무선통신모듈 (4)--LED 드라이브
(5)--표시등 (6)--배터리
(7)--충전부 (8)--입출력(I/O) 인터페이스
(9)--헬스케어 관리서버 (10)--본체
(11)--수납공간 (12)--돌출부
(13)--단턱부 (14)--걸림홈
(14a)--걸림부 (15)--버튼
(16)--충전단자 (17)--메인보드
(18)--LED 컨트롤 보드 (19)--전원스위치
(20)--조명갓 (21)--의자 또는 흔들의자
(22)--손잡이 (23)--사용자
(24)--손가락 (L)--R.G.B.A LED 조명등
(M)--모바일 (MCU)--제어부
(T)--통신망

Claims

a) 모바일에 설치된 라이트 케어 앱을 실행하는 단계;
b) 홈케어 조명기를 온(ON)시켜 모바일과 연동시키는 단계;
c) 모바일로 홈케어 조명기를 선택하는 단계;
d) 모바일로 라이트 케어 앱을 동작(START)시키는 단계;
e) 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자 손가락의 혈중 산소농도와 혈압과 맥파를 실시간 측정하여 스트레스 정도를 연산하는 단계;
f) 연산된 사용자의 스트레스 정도를 모바일 화면에 표시하는 단계;
g) 사용자 주변의 환경정보를 모바일 화면으로 확인 및 적용하는 단계;
h) 홈케어 조명기의 조명시간을 설정하는 단계;
i) 홈케어 조명기의 조명등이 점등되어 라이트 케어를 이용하는 단계;
를 포함하고,
j) 스트레스 변화 정도를 확인하기 위하여 홈케어 조명기의 생체센서에 접촉된 사용자 손가락의 혈중 산소농도와 혈압과 맥파를 2차 측정하여 스트레스 정도를 재연산하는 단계;
k) 재연산된 사용자의 2차 스트레스 정도를 모바일 화면에 표시하는 단계;
l) 변화된 2차 스트레스 정도를 확인한 후 종료하는 단계;
를 더 포함하되,
상기 e) 단계에서, 생체센서에 의한 혈중 산소농도 측정은, 송신용 적외선 다이오드를 이용하여 미세혈관으로 적외선을 발산하여 혈액의 산소농도에 따라 빛이 통과되는 비를 수신용 적외선 다이오드로 측정하여 혈중 산소농도를 얻도록하고,
상기 e) 단계 및 j) 단계의 스트레스 정도는, 시계열 분석에 따른 맥박표준편차와 평균편차의 합계값을 분자로 하고, 맥박표준편차와 평균편차의 두 수치값 모두 평균적인 편차를 나타내므로 보정계수로 0.6를 곱하여 평준화시키고, 주파수계열분석을 통한 교감 및 부교감신경의 비율인 LF/HF 비율을 분모로 하여 스트레스 단계를 0에서 최고 100 까지의 지수로 정량화시켜 사용하도록 함을 특징으로 하는 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법.
청구항 1에 있어서;
d) 단계 ~ l) 단계를 재실행하는 단계;
를 더 포함하는 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
l) 단계 후에, 모바일로 헬스케어 관리서버에 접속 및 로그인하여 라이트 케어 앱으로 획득한 생체정보를 나중에 이용할 수 있도록 전송 및 저장하고 종료하는 단계;
를 더 포함하는 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
홈케어 조명기의 조명등은 적색(Red) LED와, 녹색(Green) LED와, 청색(Blue) LED와, 앰버색(Amber) LED로 구성되어 1,600만 종류의 컬러를 얻을 수 있도록 한 상호작용형 스마트 홈케어 조명 제어방법.