KR102639484B1 - 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대상자의 심리적 안정시의 심전도 파형을 수집하고 스트레스가 증가된 상황에서 안정시의 심전도 파형에 대응하는 가공된 음원을 재생하여 자율신경의 균형을 유도하여 스트레스를 완화 시킬 수 있는 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자율신경 균형을 돕는 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 대상자의 심리적 안정시의 심전도 파형을 수집하고 스트레스가 증가된 상황에서 안정시의 심전도 파형에 대응하는 가공된 음원을 재생하여 자율신경의 균형을 유도하여 스트레스를 완화 시킬 수 있는 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템에 관한 것이다.
현대사회는 급변하는 사회 환경, 과도한 경쟁, 비인간화 현상, 사회 심리적 범죄, 전염성 질환 출현 및 노령화 등 다양한 사회문제의 발생으로 불안 및 스트레스가 증가하며 정신적, 육체적 건강을 크게 위협하는 요소로 작용하고 있다.
이러한 스트레스는 지속적이고 과다한 불안을 유발하고 인체의 항상성 유지, 심혈관계, 근골격계 등과 같은 신체반응, 정서적 안정에 좋지 않은 영향을 끼치고, 면역기능에 대한 불안정, 고혈압, 수면장애 등을 초래하며, 개인뿐만 아니라 사회에도 많은 손실을 초래할 수 있다.
이에 불안 완화를 위한 방법으로 의료적으로 여러 가지 진정제를 투여함으로써 조절하고 있으나, 때로 과도한 조절이 심기능에 영향을 미쳐 부작용 및 의료사고가 발생률이 증가하며, 진정제 투여 자체가 스트레스원으로 유발되어 불안을 야기하기도 한다.
따라서 최근 불안을 안정시키기 위한 진정을 위한 중재는 매우 중요한 부분이며 약물적 치료뿐만 아니라 비약물 치료인 보완 대체요법에 에 대한 관심이 증대되면서 통합적 돌봄이 강조되고 있다.
그 중 음악을 이용한 스트레스 중재는 불안을 감소시키고 활력 징후를 안정시키며, 비침습적이고 비용 면에서도 효과적이며 부작용이 거의 없는 보완 대체요법이다.
음악은 변연계에 영향을 주며 오른쪽 대뇌 반구에 의해 지각된 심미적 기쁨은 뇌하수체에 작용해 엔도르핀을 분비시켜 음악을 들을 때 심박동수, 혈압을 감소시킨다. 특히, 최근실험에 따르면 사람들은 심장박동과 걷는 템포와 같은 신체움직임의 자연스러운 형태와 관련된 생물학적인 리듬에 심리적인 안정감을 느낀다고 한다.
하지만, 지금까지의 음악요법을 통한 스트레스 중재의 선행실험은 클래식이나 발라드 같은 환자가 선호하는 특정 장르로 제한되어 있거나, 실험 처치 전과 후의 차이점만으로 국한되어 있어 지속적인 효과를 알 수 없는 경우가 대부분이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 대상자의 심리적 안정 상태에서의 심전도 파형을 획득하고, 획득된 안정기의 심전도 파형을 반영하여 음파가 재구성된 음원을 통해 심리적 불안 상태에서 자율신경의 안정을 유도하는 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 대상자의 심리적 안정기 상태에서의 심전도 신호를 수집하여 심박동수 심박동 파형을 획득하는 기준신호수집부; 안정기의 심박동 파형의 진폭 및 주파수에 대한 특징벡터를 추출하여 동일한 특성의 음파를 생성하는 음파생성부; 설정된 범위의 BPM을 갖는 다수의 음원을 입력받아 저장하는 음원관리부; 대상자의 측정된 심전도 신호를 모니터링 및 분석하여 스트레스 변화를 확인하는 모니터링부; 대상자의 스트레스가 증가한다고 판단됨에 따라, 심리적 안정기의 파형정보에 따른 BPM과 동일한 음원을 상기 음원관리부에서 검색하는 검색부; 검색된 음원을 상기 음파생성부를 통해 생성된 음파를 반영하여 가공하는 음원처리부; 가공된 음원을 대상자가 들을 수 있도록 출력하는 출력부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 기준신호수집부는, 대상자가 안정을 취한 상태에서 스트레스 및 불안과 관련된 설문정보를 입력받는 자가정보입력부와, 혈압 및 심박동수와 심전도 신호를 측정하는 제1센서부와, 뇌파의 바이스펙드럼 지수를 측정하는 제2센서부와, 상기 설문정보와 제1센서부 및 제2센서부의 측정결과를 통해 기준 심박동수 및 심전도 파형을 추출하는 추출부로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 출력부를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 모니터링부를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집하는 제1추적부와, 출력되는 음원에 대하여 상하 설정된 범위의 BPM 및 음파특성을 적용한 변환 음원을 생성하여 출력하며 대응하여 상기 모니터링부를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집하는 제2추적부와, 상기 제1추적부 및 제2추적부의 수집결과를 분석하여 실시간 심전도 신호가 안정기의 파형정보에 대응되는 음원을 산출하는 산출부를 구비하는 피드백부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 대상자의 신체에 자극을 인가하도록 구성된 접촉부와, 상기 접촉부를 구동시켜 자극을 발생시키는 구동부와, 가공된 음원의 파형을 반영하여 상기 구동부의 구동 타이밍 및 강도를 제어하는 제어부를 구비하는 신체자극부; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 일상생활의 스트레스뿐 아니라 다양한 스트레스상황에서 약물을 비롯하여 제3자의 도움 없이도 대상자에 최적화된 음원을 재생함으로 효율적, 효과적으로 자율신경 균형을 유도하여 스트레스를 완화할 수 있으며, 수면 증진과 함께 수면의 질과 집중력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 전형적인 심전도 파형을 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실험에서 실험군, 위약군 및 대조군 특성의 균질성을 나타낸 도표,
도 6은 본 발명의 실험에서 불안, 스트레스 지수, 수축기 혈압, 심박수, BIS 실험 지수를 위약군 및 대조군으로 비교한 도표이다.
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 전형적인 심전도 파형을 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실험에서 실험군, 위약군 및 대조군 특성의 균질성을 나타낸 도표,
도 6은 본 발명의 실험에서 불안, 스트레스 지수, 수축기 혈압, 심박수, BIS 실험 지수를 위약군 및 대조군으로 비교한 도표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 개념도로서, 본 발명은 대상자의 심적 안정기의 심박동수를 반영하여 최적화된 음원을 다양한 스트레스나 긴장상태에서 청취함으로 자율신경계의 안정 및 스트레스를 완화하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 주요구성으로 기준신호수집부(110)와, 음파생성부(120)와, 음원관리부(130)와, 모니터링부(140)와, 검색부(150)와, 음원처리부(160)와 출력부(170)가 구비된다.
상기 기준신호수집부(110)는 대상자의 심리적 안정기 상태에서의 심전도 신호를 수집하여 심박동수 심박동 파형을 획득하는 구성으로, 기본적으로 대상자의 심전도 신호를 측정하기 위한 구성을 포함한다.
심전도 신호는 심장의 박동에 따라 심근에서 발생하는 활동 전류를 체표면의 적당한 2개소로 유도해서 전류계로 기록하게 되므로 왼손과 오른손의 위치에 대응하여 쌍 단위의 전극을 설치하며, 심박수 뿐 아니라 심전도 파형을 얻도록 한다.
도 3은 전형적인 심전도 파형을 나타낸 그래프로서, 곡선 중 P는 심방의 수축을 나타내고, QRST는 심실의 수축에 유래한다.
이때 PQ의 간격은 흥분이 동결절(洞結節)에서 일어나 자극 전도계의 방실결절(房室結節)에 전도되는 시간을 보인다.
또한, QRS군은 시간적으로는 심첨박동(心尖搏動), 제1심음(心音)의 시작과 대개 일치해서 R이 가장 큰 전압변화를 보이며, S와 T 사이 부분은 심실 전체가 평균해서 수축되고 있을 때이고, T의 융기는 심첨부의 수축이 끝나가더라도 심장 기저부의 수축이 남아 있기 때문에 일어나게 된다. T의 끝은 시간적으로 제2심음의 시작과 일치된다.
상기 기준신호수집부(110)는 측정된 심전도 신호를 통해 심박의 진폭과 주파수를 포함하는 파형정보를 수집 및 분석하며 심리적 안정기의 심전도 신호에서의 첨부된 도 3과 같은 심전도 파형정보의 추출이 이루어진다.
이러한 기준신호수집부(110)는 세부구성으로 자가정보입력부(111)와, 제1센서부(112)와, 제2센서부(113)와, 추출부(114)를 구비할 수 있다.
상기 자가정보입력부(111)는 대상자가 안정을 취한 상태에서 스트레스 및 불안과 관련된 설문정보를 입력받는 구성으로, 시각적 상사척도인 VAS로 측정한 불안 점수로서 도구의 왼쪽 끝 0(불안이 전혀 없음)에서 오른쪽 끝 10(불안이 매우 심함)이라고 적혀있는 수평선상에서 대상자가 느끼는 불안 정도를 표시한 점수를 사용할 수 있다. 점수가 높을수록 불안이 심함을 의미하며, 측정 시기는 실험 처치 전, 후로 총 2회 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제1센서부(112)는 혈압 및 심박동수와 심전도 신호를 측정하는 구성으로, 심전도 측정 수단뿐 아니라 스트레스 측정장비인 Canopy9 professinal 4.0(IEMBIO, Gangwon-do, Korea)을 이용하여 5분간 연속적으로 측정 후 심박동 변화율(Heart Rate Variability; HRV)을 토대로 자율신경계 균형도(Balance of Autonomic Nervous System)를 표준유도법으로 정량화하여 나타내되, 1에서 10까지의 범위로 나타내며, 수치가 높을수록 스트레스에 노출된 것을 의미한다.
측정 시기는 실험 처치 전, 후 5분 단위로 30분 동안 총 7회 정도 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 수축기 혈압 측정을 위해 대상자가 바로 누운 자세에서 대상자의 상박을 심장과 같은 높이로 하여 커프 하부를 왼쪽 팔꿈치 전면의 2cm 상박에 위치하도록 감아 Bionet사의 Patient Monitor(BM3, Korea)를 이용하여 5분마다 자동 측정하되 측정 시기는 실험 처치 전, 후 5분 단위로 30분 동안 총 7회 정도 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 심박동수는 Bionet사의 Patient Monitor(BM3, Korea)에 연결된 심전도기기(EKG)를 이용하여 측정하며, 측정 시기는 실험 처치 전, 후 5분 단위로 30분 동안 총 7회 가량 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제2센서부(113)는 뇌파의 바이스펙드럼 지수를 측정하는 구성으로, 뇌파의 바이스팩트럼 지수시스템(Bispectal Index System, 이하 BIS) monitor(A-2000XP, Aspect Medica lSystem, USA)를 통해 측정된 BIS Index 지수로서, 환자에게 진정의 정도와 각성상태를 뇌파를 처리가공하여 이중분광계수를 측정한다. BIS Index 90~100은 각성상태, 80~ 90은 얕은 진정상태, 70~80은 의식진정상태(깊은 진정상태), 60~70은 얕은 최면 상태(깨어날 수도 있지만, 기억의 위험은 낮은 상태), 그리고 40~60은 중증도의 최면 상태(전신마취 시 유지되는 범위), 40 미만은 깊은 최면상태(barbituratecoma, 심한 저체온)를 의미한다. 측정 시기는 실험 처치 전, 실험 처치 후 5분 단위로 30분 동안 총 7회 측정하는 것이 바람직하다.
상기 추출부(114)는 상기 자가정보입력부(111)를 통해 입력된 설문정보와 제1센서부(112) 및 제2센서부(113)의 측정결과를 통해 기준 심박동수 및 심전도 파형을 추출하는 구성으로, 수치화된 데이터를 종합하여 대상자가 가장 안정된 상태로 판단되는 시점에서의 얻어진 심박동수 및 심전도 파형을 기준신호로 활용하게 된다.
상기 음파생성부(120)는 안정기의 심박동 파형의 진폭 및 주파수에 대한 특징벡터를 추출하여 동일한 특성의 음파를 생성하는 구성이다. 즉 대상자의 안정상태에서의 심전도의 정상리듬 P-QRS-T 파형 변화 분석을 통하여 진폭과 진동수에 대한 특징 벡터를 추출 후 동일한 음파로 변환하게 된다.
상기 음원관리부(130)는 설정된 범위의 BPM을 갖는 다수의 음원을 입력받아 저장하는 구성으로, 심신의 안정을 줄 수 있는 다양한 음악이나 자연의 소리 등과 같은 음원을 미리 입력받아 활용할 수 있다. 특히 안정기 심박수와 동일한 BPM의 음원이 효과적이므로 특정 음원의 빠르기를 특정 BPM 을 갖도록 인위적으로 조절하는 방식도 가능하나 가급적 해당 BPM을 갖는 별도의 음원을 수집, 저장하는 것이 바람직하다.
즉 사람의 정상 심박동수의 범위인 분당 60회 내지 100회이므로 이를 기준으로 이 사이의 BPM을 갖는 다수의 음원을 입력받게 된다.
음원을 구성하는 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기를 포함하는 음원정보를 부여하여 관리하도록 구성될 수 있으며, 사전 전문가로부터 설정된 음원정보에 적합한 음원을 추천받거나 시스템적으로 음원정보에 부적합한 음원을 배제하도록 구성할 수도 있다.
이는 음악의 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기가 스트레스 완화효과에 영향을 줄 수 있음에 따라 최적의 효과를 갖는 음악을 제공하기 위한 것으로 본 발명의 실시예에서는 4분의 4박자로 반복적인 G-C-D-G 코드로 구성된 리듬의 패턴으로 건반과 기타의 합주 음악을 사용하였으나 다양한 특성의 음원을 활용할 수 있음은 당연하다.
음원에 사용된 Scale은 어떤 음에서 한 옥타브 높은 음까지의 배열을 의미한다. 음악을 만들 때 사용하는 scale 에 따라 사용하는 음이 달라지고, 그에 따라 분위기가 결정되며 우리가 듣는 대부분의 음악은 Ionian scale 혹은 Aeolian Scale을 사용하고, 이를 각각 Major scale 과 Minor scale 이라고 부른다.
이는 우리 귀에 가장 익숙한 음악들이 바로 위의 두 scale을 이용해 만들어진다는 것으로 Major scale의 음악들은 밝은 분위기, Minor scale의 음악들은 어두운 분위기를 조성한다. Healing beat의 음악은 우리 귀에 친숙하면서도 밝은 분위기를 내기 위해서 Major Scale을 사용한다.
사용한 Chord는 앞서 언급한 Scale의 각각의 음들 위로 쌓아서 나오는 것으로 Diatonic Chord라고 부른다. Scale에 속한 음들을 사용하여 만들어지는 코드이므로 주어진 Scale에서 이질감이 없다고 할 수 있다. Healing beat는 G Major scale을 기본으로 작곡된 음악을 사용하며, 그에 따른 Diatonic chord 는 G, Am, Bm, C, D, Em, F#m7(b5) 이다. 그중 구성상 불안하다고 할 수 있는 F#m7(b5)를 제외하고 나머지 여섯 개의 Chord를 가지고 만들었다.
Chord의 진행은 1-6-4-5 도로 이루어지는 진행은 많은 노래에서 쉽게 찾아볼 수 있는 유형으로, 가장 일반적으로 사람들이 편하게 들을 수 있는 진행을 사용하였다. Bridge 부분도 흔히 볼 수 있는 4-5-3-6 도로 이루어진 진행과 2-1-4-5도의 진행을 사용하여 Diatonic Chord 내에서도 가장 자연스런 진행을 선택한다. 앞서 나왔던 1-6-4-5 도의 진행이 다시 등장해서 익숙한 느낌으로 곡을 끝마치게 된다.
Melody의 진행은 충분히 예측 가능하도록 작곡된 음악을 사용하며, 너무 심한 도약(8도 이상)이나, Scale 에 포함되지 않는 음들은 사용하지 않도록 한다. 불안하다고 느낄 수 있는 증4도의 진행 또한 배제한다.
주로 순차적인 진행(상행, 하행)을 사용하여 쉽게 들을 수 있게 작곡되었으며, BPM을 60부터 100까지 만들기 위해서 적당한 빠르기를 유지해야 하는데, 주로 8분 음표를 사용하여 곡이 늘어지는 느낌이 들거나 지나치게 빠르다고 느끼지 않도록 한다.
악기의 선택은 주변에서 가장 쉽게 접할 수 있는 악기인 기타와 피아노를 선택하게 되며, 피아노는 Chord로 배경을 연주하는데 사용하고, 그 위에 기타로 Melody를 연주하는 음악을 사용한다.
상기 모니터링부(140)는 대상자로부터 측정된 심전도 신호를 모니터링 및 분석하여 대상자의 스트레스 변화를 확인하는 구성으로, 심전도 신호 측정수단을 통해 다양한 상황에서 대상자의 스트레스 증가를 파악하여 완화 동작이 이루어질 수 있도록 유도한다.
상기 검색부(150)는 상기 모니터링부(140)를 통해 대상자의 스트레스가 증가한다고 판단됨에 따라 동작하여 심리적 안정기의 파형정보에 따른 BPM과 동일한 음원을 상기 음원관리부(130)에서 검색하게 된다. 즉 대상자의 심리적 안정기의 심박동수 BPM과 상기 음원관리부에서 검색된 음원의 BPM이 일치하도록 한다.
상기 음원처리부(160)는 상기 검색부(150)를 통해 검색된 음원을 상기 음파생성부(120)를 통해 생성된 음파를 반영하여 가공하게 된다. 즉 음원의 음파특성을 대상자의 안정기 심박파형의 특징벡터로부터 추출된 음파와 동일하도록 수정한다.
상기 출력부(170)는 스피커에 대응하는 구성으로, 대상자가 청취 가능하도록 설치된 별도의 스피커를 비롯하여 실내 오디오 시스템과 연계동작할 수도 있으며, 상기 음원처리부(160)를 통해 가공된 음원을 대상자가 들을 수 있도록 적절한 음량으로 출력하게 된다.
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 더욱 정밀한 스트레스상황 분석을 지원할 뿐 아니라 대상자 개인의 특성, 즉 심전도 신호를 통해 최적화된 음원을 정확하게 선정하고 이를 마사지나 안마와 같은 신체자극과 연계하여 스트레스 완화 효과를 극대화할 수 있는 부가구성으로 피드백부(180)와 신체자극부(190)가 구비된다.
상기 피드백부(180)는 설정 범위에서 최적의 음원을 찾아 조건을 보정하기 위한 것으로, 세부구성으로 제1추적부(181)와, 제2추적부(182)와, 산출부(183)를 구비한다.
상기 제1추적부(181)는 상기 출력부(170)를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 모니터링부(140)를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집한다. 정상적으로 안정기 심전도 파형에 따른 음파가 반영된 음원이라면 심전도 변화가 스트레스가 빠르게 완화되는 결과를 나타낸다.
상기 제2추적부(182)는 상기 출력부(170)를 통해 출력되는 음원에 대하여 상하 설정된 범위의 BPM 및 음파특성을 적용한 변환 음원을 생성하여 출력하며 대응하여 상기 모니터링부(140)를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집하게 된다.
이후 상기 산출부(183)는 상기 제1추적부(181) 및 제2추적부(182)의 수집결과를 분석하여 실시간 심전도 신호가 안정기의 파형정보에 대응되는 음원을 재산출한다.
즉 초기 안정기의 심전도 파형을 추출시, 스트레스가 전혀 없는 상황을 조성하기가 어려울 수 있음에 따라 이러한 피드백부(180)를 통해 최적화된 음원을 추후에도 찾을 수 있도록 보완이 이루어질 수 있다.
상기 신체자극부(190)는 안마, 마사지를 비롯하여 전기자극, 초음파자극, 온열자극 및 냉자극 등이 이루어지는 물리치료를 위한 수단을 통해 대상자의 신체에 특정 자극을 인가하기 위한 구성으로, 세부구성으로 접촉부(191)와 구동부(192) 및 제어부(193)를 구비한다.
상기 접촉부(191)는 대상자의 신체에 자극을 인가하도록 구성되며, 앞서 언급한 바와 같이 대상자의 신체에 유익한 영향을 주는 다양한 자극원이 될 수 있다. 본 발명에서는 바람직한 실시예로 안마기를 적용하며 특히 신체 다수의 부분에 두드림, 주무름 등의 물리적 자극을 줄 수 있는 안마의자에 적용할 수 있다. 이에 따라 상기 접촉부도 복수로 구비되어 설정된 위치에서 대상자의 신체에 자극을 전달하게 된다.
상기 구동부(192)는 전기적으로 구동하여 상기 접촉부(191)를 통해 자극을 발생시키는 구성으로, 앞서 언급한 바와 같이 안마의자에 구비된 접촉부(191)를 구동하기 위한 모터, 액추에이터가 될 수 있다. 만약 상기 접촉부(191)가 전기자극, 초음파자극, 냉온자극을 인가한다면 상기 구동부는 각각 저주파전기신호, 초음파신호, 열기 또는 냉기를 전기적으로 발생시키는 수단이 될 수 있다.
상기 제어부(193)는 대상자의 안정기 심전도 파형에 대응하여 가공된 음원의 파형을 반영하여 상기 구동부(192)의 구동 타이밍 및 강도를 제어한다. 앞서 언급된 다양한 자극원의 특성을 반영하게 되며 안마나 마사지와 같은 물리적 자극이나 전기, 초음파 자극 등 비교적 동작속도가 빠를 경우 효과적으로 적용될 수 있다. 바람직한 예로 동일 BPM 주기로 자극의 강약 주기가 제어되며 파형의 고저를 반영하여 자극 강약 강도를 조절하게 된다.
또한, 상기 접촉부(191)가 복수로 이루어짐에 따라 구동위치 순서도 함께 순차제어할 수 있다.
이상, 정리하면 본 발명은 Healing Beat Program로 명명되는 박자 및 음파를 이용한 Beat induction 중재 프로그램을 차량에 적용하여 구현하며 스트레스원에 노출된 대상자에게 안정 시 심전도 파형과 동일한 파형 특성의 음원을 출력하며 진정을 유도하는 것이다. 이러한 음원을 통한 스트레스 완화 효과는 본 출원인이 참여한 다양한 실험논문을 통해 입증되며, 실험예는 다음과 같다.
[실험예]
실험에 참여한 대상자를 윤리적으로 보호하고 실험의 윤리성 확보를 위하여 실험 전 실험이 진행되는 E대학병원 임상시험 심사위원회의 심의를 거쳐 승인(EMC 201-08-001-001)을 받았다.
또한, 실험에 참여하는 모든 대상자에게는 헬싱키 선언의 권고를 준수하여 권리존중, 동의과정, 개인정보와 비밀보장에 대한 실험의 윤리성을 확보하였다.
실험대상자에게 실험에 대한 동의획득시 본 실험의 목적과 절차 등의 내용을 충분히 설명한 후 동의서를 작성하도록 하였다. 그리고 실험에 참여하는 도중에 언제, 어떠한 이유로든 동의를 철회할 수 있음을 안내하였으며, 실험에 참여한 모든 대상자에게 답례품을 제공하였다. 음악청취는 미국 보건성에서 FDA 승인없이 사용 할 수 있는 안전한 장치라고 규정하고 있으나 사람에 따라 불쾌한 감정이나 청각에 부작용이 유발될 수 있으므로, 위험요소가 발견되면 즉시 실험을 중단 후 의료진에게 알려 처치를 할 수 있도록 하였다.
- 실험자 준비 및 예비조사
자료수집은 실무경력 5년 이상 된 간호사 1인과 훈련된 실험보조원 1인이 참여하였으며, 실험 책임자로부터 8시간 교육을 받은 후 교육내용을 완전히 숙지할 수 있도록 하였다. 특히 자료 수집을 진행하는 실험자에게 무작위 배정방법을 설명하고 무작위 배정에 관한 정보유출을 하지 않도록 하였다. 실험책임자는 실험 자료수집 및 실험진행에 참여하지 않았으며, 예비조사는 실험군, 위약군, 대조군 각각 3명씩 총 9명을 대상으로 실시하면서 참여 실험원 교육 및 자료수집에 대한 전반적인 사항을 점검하였다.
- 사전조사
실험 대상자는 선정기준과 제외기준에 따라 자발적 동의하에 선정하였으며, 실험군, 위약군, 대조군으로 무작위 순서에 따라 각 세 개 군에 할당하였다. 환자가 외래에 방문하면 훈련된 실험원이 대상자 확인을 통해 실험의 목적과 내용을 충분히 설명 후 서면 동의를 받았다. 그 후 편안한 자세로 5분 동안 안정을 취하도록 한 후 사전조사로 설문지 작성, 불안, 스트레스, 혈압, 심박동수 및 BIS Index를 측정하였다. 측정이 모두 완료되면 실험원의 안내에 따라 시술실로 이동하여 마취 통증의학과 전문의에게 경막외강차단 시술을 받도록 하였다.
- Healing Beats 프로그램
스트레스 상황에서 스트레스 유발 이전 수준으로 완화하기 위한 본 발명이 적용된 심박동수와 심전도 파형을 음파로 추출하여 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템이다. 사람의 정상 심박동수 범위인 분당 60회에서 100회까지 BPM(Beat per minute) 단위와 인체의 심전도 파형의 주파수를 음파로 추출하여 ‘나를 닮은 소리’로 총 41개의 음원으로 구성되어 있다. 이는 4분의 4박자의 일정한 속도와 반복적인 패턴으로 피아노와 기타의 연주로 구성되어 사전에 대상자의 안정 시 심박동수를 확인하여 스트레스 상황에서 환자의 안정 시 심박동수와 동일한 Beats를 적용하는 진정 유도 장치이다.
- 실험군
경막외강차단 시술 후 실험군은 회복실에서 Healing Beats 프로그램을 헤드폰(Quiet Comfort15ⓡ, Bose, Boston, MA, USA, 2017)을 통해 대상자의 안정 시 심박동수와 동일한 BPM을 40dB의 볼륨으로 30분 동안 적용하였다.
- 위약군
경막외강차단 시술 후 위약군은 회복실에서 선호하는 음악을 헤드폰(Quiet Comfort15ⓡ, Bose, Boston, MA, USA, 2017)을 통해 40dB의 볼륨으로 30분 동안 적용하였다.
- 대조군
경막외강차단 시술 후 대조군은 회복실에서 30분 동안 아무런 중재를 적용하지 않고 편안하게 누운 자세로 안정을 취하도록 하였다.
- 사후조사
경막외강차단 시술 후 대상자가 회복실에 입실하면 실험 처치 후 실험군, 위약군, 대조군에 따라 스트레스, 혈압, 심박동수, Bis Index는 5분 간격으로 30분 동안 총 6회 추적 측정하였다. 그리고 불안은 대상자가 직접 기술하는 주관적 측정 도구를 사용함에 따라 실험 처치가 모두 종료된 이후에 측정하였다. 수집된 자료는 군에 따라 개인별로 코드화하여 컴퓨터 보안암호를 책정하여 분류하였으며, 실험 종료 후에는 연구 참여자 모두에게 답례품을 증정하였다.
- 자료분석
자료분석은 SPSS/WIN 25.0을 이용하여 통계 분석하였다. 연구대상자의 일반적 특성은 평균, 백분율, x²-test , ANOVA로 분석하였고, 종속변수에 대한 사전동질성 검정은 ANOVA를 사용하여 분석하였다.
실험군, 위약군, 대조군의 시점별 집단 간 차이를 비교하기 위하여 반복측정 분산분석(Repeated MeasuresANOVA)을 사용하였으며, 반복측정 분산분석 결과는 구형성 가정 및 등분산성의 만족 여부를 확인한 후 만족하지 않은 경우 다변량 분석으로 윌크스 람다 값을 제시하였다. 집단과 시간의 교호작용 효과크기는 부분 에타제곱(partial η²)을 실시하였다.
- 실험결과
1. 실험군, 위약군, 대조군의 일반적 특성에 대한 사전 동질성 검증
도 5는 본 발명의 실험에서 실험군, 위약군 및 대조군 특성의 균질성을 나타낸 도표이다.
일반적 특성을 분석한 결과 대상자의 연령은 실험군 58.28세, 위약군 58.21세, 대조군은 61.2세로 세 군간 유의한 차이가 없었으므로 동질하였다. 또한, 키, 몸무게, 성별, 음주, 흡연에서 세 군간 모두 유의한 차이가 없어 동질성은 확보되었다.
2. 종속변수에 대한 동질성 검증
세 군간 불안은 실험군 6.32점 위약군 6.83점, 대조군 6.28점으로 유의한 차이가 없었으며, 스트레스 지수는 실험군, 위약군, 대조군이 7.56, 7.5, 7.8로 유의한 차이가 없었다. 수축기 혈압은 실험군 122.24mmHg, 위약군 125mmHg, 대조군 117.88mmHg로 세 군간 유의한 차이가 없었고, 심박동수는 실험군 76.08회, 위약군 76.96회, 대조군 78.56회 및 BIS Index는 실험군, 위약군, 대조군 각각 95.84, 96.38, 96.72로 모두 유의한 차이가 없었으므로 세 개 군은 유사한 집단임을 알 수 있었다.
3. 불안
도 6은 본 발명의 실험에서 불안, 스트레스 지수, 수축기 혈압, 심박수, BIS 실험 지수를 위약군 및 대조군으로 비교한 도표이다.
본 발명이 불안에 미치는 효과를 확인하기 위하여 사전, 사후 총 2회 측정하였다. 측정 결과 실험 처치 전 불안점수는 실험군 6.32점, 위약군 6.83점, 대조군 6.28점이었으며(F=1.029, p =.363), 실험 처치 후에는 실험군 2.12점, 위약군 4.88점, 대조군 5.28점으로 세 군간 유의하게 감소하였다(F=27.175, p .<.001)
4. 스트레스 지수
본 발명이 스트레스에 미치는 효과를 확인하기 위하여 실험 처치 전 측정, 실험 처치 후 5분 간격으로 30분 동안 측정하여 총 7회 측정하였다. 측정결과 실험 처치 15분 후 실험군 5.48, 위약군 6.42, 대조군 7.32로 세 군간 유의한 차이가 나타났으며(F=7.037, p =.002), 20분 후 실험군 4.84, 위약군 6.29, 대조군 7.44(F=9.831, p <.001), 25분 후 실험군 3.64, 위약군 5.58, 대조군 7.12(F=15.152, p <.001), 30분 후 실험군 3.48, 위약군 5.21, 대조군 6.92(F=12.744, p <.001)로 세 군간 모두 유의한 차이를 보였다.
스트레스 지수를 7회 반복측정 분산분석한 결과는 시간에 따라 유의한 차이가 있었으며(F=25.60, p <.001), 집단과 시간의 교호작용에서도 유의한 차이가 있었다(F=4.78, p<.001). 또한, 집단에 따라 세 군간 반복 측정한 결과 역시 유의한 차이를 보였다(F=11.09, p <.001).
5. 수축기 혈압
본 발명이 수축기 혈압에 미치는 효과를 확인하기 위하여 실험 처치 전 1회, 실험 처치 후 5분 간격으로 30분 동안 총 7회 측정하였다. 측정 결과 실험 처치 후 5분 후부터 30분까지 실험군, 위약군, 대조군은 모두 유의한 차이가 없었다. 또한, 수축기 혈압을 총 7회 반복측정 분산분석한 결과도 시간에 따라 유의한 차이가 없었으며(F=3.71, p =.0.58), 집단과 시간의 교호작용에서도 유의한 차이가 없었다(F=1.23, p =.298). 또한, 집단에 따라 세 군간 반복 측정한 결과 역시 유의한 차이가 없었다(F=.83, p =.439)<Table2>.
6. 심박동수
본 발명이 심박동수에 미치는 효과를 확인하기 위하여 실험 처치 전 측정, 실험처치 후 5분 간격으로 30분 동안 6회 측정으로 총 7회 측정하였다.
측정 결과 실험 처치 15분 후 실험군, 위약군, 대조군은 69.48회, 75.43회, 77.40회로 유의한 차이를 보이기 시작했으며(F=3.733, p =.029), 20분 후 69.36회, 74.42회, 77.24회(F=3.945, p =.024), 25분 후 69.04회, 73.63회, 76.92회, 30분 후 67.76회, 75.58회, 74.96회(F=4.369, p =.016)로 모두 세 군간 유의한 차이를 나타냈다.
심박동수를 반복측정 분산분석한 결과는 시간에 따라 유의한 차이가 있었으며(F=16.12, p <.001), 집단과 시간의 교호작용에서도 유의한 차이가 있었다(F=4.22, p <.001). 하지만, 집단에 따라 세 군간 반복 측정한 결과는 유의한 차이가 없었다(F=2.52, p =.087).
7. BIS Index
본 발명이 진정에 미치는 효과를 확인하기 위하여 뇌파를 통해 각성상태를 측정하는 BIS Index를 실험 처치 전 1회, 실험 처치 후 5분 간격으로 30분 동안 6회로 총 7회 측정하였다. 실험 처치 10분 후부터 실험군 위약군, 대조군은 95.88, 95.13, 97.08로 유의한 차이를 보였다(F=3.71, p =.087). 이후 실험군, 위약군, 대조군은 각각 15분 후 87, 87.96, 94.08(F=18.83, p <.001), 20분 후 79.68, 82.38, 91.92(F=19.21, p <.001), 25분 후 79.08, 82.92, 89.8(F=11.341, p <.001) 및 30분 후 80.84, 86.08, 92.72(F=15.49, p <.001)로 세 군간 유의한 차이를 나타낸 것을 볼 때, 실험 처치 10분 후부터 종료 시까지 본 발명을 적용한 실험군이 위약군과 대조군에 비해 유의하게 진정되는 것을 알 수 있었다.
BIS Index를 반복측정 분산분석한 결과는 시간에 따라 유의한 차이가 있었으며(F=96.64, p<.001), 집단과 시간의 교호작용에서도 유의한 차이가 있었다(F=7.96, p <.001).
또한, 집단에 따라 세 군간 반복 측정한 결과 역시 유의한 차이를 보여 주었는데(F=29.35, p <.001), 이는 실험군, 위약군, 대조군 간 효과의 차이가 충분히 있다는 근거를 의미한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 기준신호수집부 111: 자가정보입력부
112: 제1센서부 113: 제2센서부
114: 추출부 120: 음파생성부
130: 음원관리부 140: 모니터링부
150: 검색부 160: 음원처리부
170: 출력부 180: 피드백부
181: 제1추적부 182: 제2추적부
183: 산출부 190: 신체자극부
191: 접촉부 192: 구동부
193: 제어부
112: 제1센서부 113: 제2센서부
114: 추출부 120: 음파생성부
130: 음원관리부 140: 모니터링부
150: 검색부 160: 음원처리부
170: 출력부 180: 피드백부
181: 제1추적부 182: 제2추적부
183: 산출부 190: 신체자극부
191: 접촉부 192: 구동부
193: 제어부
Claims (4)
- 대상자의 심리적 안정기 상태에서의 심전도 신호를 수집하여 심박동수 및 심박동 파형을 획득하되, 대상자가 안정을 취한 상태에서 스트레스 및 불안과 관련된 설문정보를 입력받는 자가정보입력부(111)와, 혈압 및 심박동수와 심전도 신호를 측정하는 제1센서부(112)와, 뇌파의 바이스펙드럼 지수를 측정하는 제2센서부(113)와, 상기 설문정보와 제1센서부(112) 및 제2센서부(113)의 측정결과를 통해 기준 심박동수 및 심전도 파형을 추출하는 추출부(114)를 구비하는 기준신호수집부(110);
안정기의 심박동 파형의 진폭 및 주파수에 대한 특징벡터를 추출하여 동일한 특성의 음파를 생성하는 음파생성부(120);
설정된 범위의 BPM을 갖는 다수의 음원을 입력받아 저장하는 음원관리부(130);
대상자의 측정된 심전도 신호를 모니터링 및 분석하여 스트레스 변화를 확인하는 모니터링부(140);
대상자의 스트레스가 증가한다고 판단됨에 따라, 심리적 안정기의 파형정보에 따른 BPM과 동일한 음원을 상기 음원관리부(130)에서 검색하는 검색부(150);
검색된 음원을 상기 음파생성부(120)를 통해 생성된 음파를 반영하여 가공하는 음원처리부(160);
가공된 음원을 대상자가 들을 수 있도록 출력하는 출력부(170);
대상자의 신체에 전기자극과 초음파자극 및 냉온자극을 인가하도록 구성된 복수의 접촉부(191)와, 저주파전기신호와 초음파신호와 열기 및 냉기를 전기적으로 발생시켜 상기 접촉부(191)를 구동시켜 자극을 발생시키는 구동부(192)와, 가공된 음원의 파형을 반영하여 상기 구동부(192)의 구동 순서와 타이밍 및 강도를 제어하는 제어부(193)를 구비하는 신체자극부(190); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레스 모니터링 및 완화 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 출력부를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 모니터링부(140)를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집하는 제1추적부(181)와, 출력되는 음원에 대하여 상하 설정된 범위의 BPM 및 음파특성을 적용한 변환 음원을 생성하여 출력하며 대응하여 상기 모니터링부(140)를 통해 수집되는 심전도 신호의 실시간 변화를 수집하는 제2추적부(182)와, 상기 제1추적부(181) 및 제2추적부(182)의 수집결과를 분석하여 실시간 심전도 신호가 안정기의 파형정보에 대응되는 음원을 산출하는 산출부(183)를 구비하는 피드백부(180); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레스 모니터링 및 완화 시스템. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200161852A KR102639484B1 (ko) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200161852A KR102639484B1 (ko) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20220075057A KR20220075057A (ko) | 2022-06-07 |
| KR102639484B1 true KR102639484B1 (ko) | 2024-02-28 |
Family
ID=81987220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020200161852A KR102639484B1 (ko) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 심전도 파형을 이용한 자율신경 균형 시스템 |
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| KR (1) | KR102639484B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101319440B1 (ko) | 2011-12-07 | 2013-10-17 | 상지대학교산학협력단 | 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법 |
| KR101869508B1 (ko) | 2015-12-18 | 2018-06-20 | 스마트사운드주식회사 | 자장가 제공 장치 |
| KR102134206B1 (ko) * | 2019-12-24 | 2020-07-15 | 주식회사 메쥬 | 심전도를 이용한 바이오피드백 장치 및 그의 제어 방법 |
| KR102162918B1 (ko) * | 2018-11-26 | 2020-10-07 | 건양대학교 산학협력단 | 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템 |
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| KR101828952B1 (ko) | 2017-08-24 | 2018-02-13 | (주)다보산업 | 불면증 및 우울증 치료를 위한 두뇌 자극 장치 |
-
2020
- 2020-11-27 KR KR1020200161852A patent/KR102639484B1/ko active IP Right Grant
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