KR102654555B1 - 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템 - Google Patents

심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템은 심전도 센서, 음원출력부, 보이스 코일 모터 및 심전도 센서에서 측정된 심전도 신호로부터 심박수와 시간에 따른 RR간격값과 RR간격의 표준편차인 SDNN을 산출하고, 심박수와 시간에 따른 RR간격값과, SDNN을 내용으로 포함하는 측정정보를 외부로 전송하며 외부로부터 입력된 제어정보에 따라 음원출력부와 보이스 코일 모터의 출력을 제어하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 자극 장치 및 자극 장치에서 전송된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출하고, 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라 진동 패턴을 생성하며, SDNN과 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 복수 개의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택하여, 생성한 진동 패턴과 선택한 음원을 자극 장치가 출력하도록 하는 제어정보를 상기 자극 장치로 전송하는 서버를 포함한다.

Description

심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템{SYSTEM FOR PROVING PERSONALIZED STIMULATION BASDED ON ECG}
본 발명은 사용자의 심전도 기반의 자극 제공 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 심전도 분석을 통해 맞춤형 음원과 진동을 자극으로 제공하는 기술에 관한 것이다.
현대 사회에서는 경제, 업무, 인간관계 등의 다양한 스트레스 원인을 마주하게 된다, 코로나 팬데믹이 몇년간 이어지며 불안, 의심 등의 감염병 스트레스, 대인관계 단절, 고용 불안에 의한 스트레스가 심화되고 있다. 지나친 스트레스는 신체 및 정신적 문제를 일으킬 수 있어, 적절한 스트레스 해소가 필요하다.
음악 감상을 통해 스트레스를 줄이고 긴장을 완화시키는데 도움을 주는게 알려지며, 음악을 이용해 심리 회복을 돕는 음악치료가 여러 분야에 도입되고 있다. 이와 관련해 사용자의 스트레스 관리를 위해 심박수에 따라 음악을 제공하는 기술들이 개시되고 있다.
종래의 기술들은 스트레스 지수에 따라 사용자가 좋아하는 장르의 음악을 출력하거나, 심리적 안정기의 파형과 동일한 음원을 출력함으로써 스트레스를 완화시키는 것을 개시하고 있다. 단순히 사용자가 좋아하는 음악을 출력하는 종래의 기술은 스트레스 지수에 따라 세분화된 음악을 제공하지 못하는 문제가 있다. 또한, 음악의 빠르기(tempo)를 변경하여 출력하는 종래의 기술은 일정한 음원을 빠르기만 조정시킴에 따라 음원이 부자연스러워지는 문제점이 있다.
대한민국 특허출원번호 제10-2020-0161852호 대한민국 특허출원번호 제10-2019-0053054호
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 심전도 분석을 통해 도출한 수치에 따라 사용자 개인의 상태에 맞춰 스트레스 완화를 위한 자극을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템은 심전도 센서, 음원출력부, 보이스 코일 모터 및 심전도 센서에서 측정된 심전도 신호로부터 심박수와 시간에 따른 RR간격값과 RR간격의 표준편차인 SDNN을 산출하고, 심박수와 시간에 따른 RR간격값과, SDNN을 내용으로 포함하는 측정정보를 외부로 전송하며 외부로부터 입력된 제어정보에 따라 음원출력부와 보이스 코일 모터의 출력을 제어하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 자극 장치 및 자극 장치에서 전송된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출하고, 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라 진동 패턴을 생성하며, SDNN과 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 복수 개의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택하여, 생성한 진동 패턴과 선택한 음원을 자극 장치가 출력하도록 하는 제어정보를 상기 자극 장치로 전송하는 서버를 포함한다.
본 발명의 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템의 실시예에 따르면 하기와 같은 효과들을 기대할 수 있다.
먼저, 심전도 분석을 통해 도출한 수치에 따라 세분화된 자극을 제공함으로써, 개인의 상태에 맞춘 음원 처방을 통해 사용자의 스트레스를 완화할 수 있다.
그리고, 심전도에 따라 출력할 음원을 계속적으로 피드백하여 심박변이도(Heart Rate Variability)가 항상성 구간에 도달하도록 유도하며 사용자의 불안감을 해소할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템의 동작 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템에서 음원 선택 단계를 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템에서 음원데이터 순위 변경 단계를 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 생성되는 진동 패턴을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명은 사용자의 심전도를 분석한 결과에 따라 진동 및 음원 자극을 제공하여 자극을 통해 사용자의 스트레스를 완화하는 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 시스템은 사용자의 세분화된 상태에 따라 진동 및 음원을 다르게 제공함으로써 개인 맞춤형 처방을 통해 스트레스 완화 효과를 향상하는 것이 특징이다.
도 1을 참조하면 심전도 기반의 맞춤형 자극 시스템은 자극 장치(10), 자극 장치(10)와 통신네트워크(1)를 통해 연결된 서버(20)로 구성될 수 있다.
자극 장치(100)는 심전도 센서(110), 음원출력부(120), 보이스 코일 모터(130), 마이크로컨트롤러(140)를 포함할 수 있다.
한편, 자극 장치(100)는 전원을 공급하기 위한 배터리 등을 더 포함하여 도 1에 도시된 구성요소보다 더 많은 구성요소에 의해서 구현될 수 있다.
자극 장치(100)는 사용자의 머리에 착용 가능하도록 헤어밴드 형태로 구현될 수 있다.
심전도 센서(110)는 사용자의 피부에 접촉하여 심전도 신호를 측정할 수 있다.
심전도 센서(110)는 복수 개가 구비될 수 있다.
예를 들어 심전도 센서(110)는 두 개가 구비되어 사용자의 머리 좌측과 우측 각각에서 사용자의 피부에 접촉하여 심전도 신호를 측정할 수 있다.
음원출력부(120)는 사용자에게 음원을 출력할 수 있다.
음원출력부(120)는 소리를 출력하기 위한 스피커를 포함하여, 사용자에게 음원을 출력할 수 있다.
음원출력부(120)로는 이어폰이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보이스 코일 모터(130)는 사용자의 피부에 접촉하여 진동을 발생시키며 사용자에게 진동 자극을 가할 수 있다.
마이크로컨트롤러(140)는 연산을 수행하는 CPU모듈, 메모리, 외부 장치로부터 입력받거나 외부 장치로 출력하기 위한 입출력모듈, 외부와 통신을 수행하기 위한 통신모듈을 포함할 수 있다.
마이크로컨트롤러(140)는 심전도 센서(110)에서 측정한 심전도 신호를 입력받아 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN를 산출할 수 있다.
마이크로컨트롤러(140)는 심전도 신호로부터 산출한 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN를 내용으로 포함하는 측정정보를 통신네트워크(1)를 통해 외부의 서버(20)로 전송하고, 측정정보를 전송하는 것에 대응하여 서버(20)로부터 진동패턴과 음원데이터를 포함하는 제어정보를 수신하여, 수신한 제어정보에 따라 음원출력부(120)와 보이스 코일 모터(130)의 출력을 제어할 수 있다.
마이크로컨트롤러(140)는 수신한 제어정보의 음원데이터가 음원출력부(120)로 출력되고 제어정보의 진동 패턴에 따른 진동이 보이스 코일 모터(130)로 출력되도록 음원출력부(120)와 보이스 코일 모터(130)의 출력을 제어할 수 있다.
서버(20)는 자극 장치(10)로부터 수신된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출하고, 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라 진동 패턴을 생성하며, SDNN과 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 복수 개의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택하여, 생성한 진동 패턴과 선택한 음원을 자극 장치(10)가 출력하도록 하는 제어정보를 자극 장치(10)로 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면 서버(20)가 심전도 신호를 분석한 결과에 따라 선택한 음원과 진동이 자극 장치(10)를 통해 출력되도록 함으로써, 단순히 정해진 음원이나 진동이 아니라 사용자의 상태에 맞춘 세분화된 음원과 진동을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 특징은 자극 장치(10)에서 출력할 음원과 진동을 사용자의 상태에 맞춰 처방하는 서버(20)에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 서버(20)는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(210), 외부와 통신을 수행하기 위한 통신부(220), 메모리(210)에 저장된 명령들을 수행하는 프로세서(230)를 포함할 수 있다.
프로세서(230)는 메모리(210)에 저장된 적어도 하나의 명령을 수행함에 따라 자극 장치(10)로부터 입력된 측정정보에 대한 제어신호를 자극 장치(10)로 전송할 수 있다.
이하, 도 2 내지 4에 기재된 순서도를 참고하여 본 발명에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 시스템의 동작 순서를 상세하게 설명하도록 한다
한편, 도 2 내지 도 4에 첨부된 순서도의 단계는 데이터 프로세싱이 가능한 전자 장치(예를 들어 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터, 휴대용 노트북 컴퓨터, 네트워크 컴퓨터)의 프로세서나 메모리에 탑재되어 지정된 기능들을 수행하는 컴퓨터 명령들(instructions)로 구현될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터에서 판독 가능한 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 순서도의 단계에서 설명된 기능들은 이를 수행하는 명령 수단을 내포하는 제조물로 생산될 수도 있다.
자극 장치(10)는 내장된 심전도 센서(110)를 통해 심전도 신호를 측정하고(S10), 측정한 심전도 신호로부터 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN을 산출할 수 있다(S20).
자극 장치(10)는 심전도 신호에 포함된 R파형을 카운팅함에 따라 심박수를 산출하고, 심전도 신호에 포함된 전체 RR 간격의 평균인 평균RR간격을 산출하며, 심전도 신호에 포함된 각 RR 간격과 평균RR간격의 차이를 제곱한 값을 합산해서 심전도 신호에 포함된 전체 RR 간격의 수로 나눠 루트를 씌움에 따라 전체 RR 간격의 표준편차인 SDNN을 산출할 수 있다(S20).
그리고 자극 장치(10)는 산출한 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN을 내용으로 포함하는 측정정보를 통신네트워크(1)를 통해 연결된 서버(20)로 전송할 수 있다(S30).
서버(20)의 프로세서(230)는 메모리(210)에 저장된 명령들을 실행함에 따라 자극 장치(10)에서 전송되어 통신부(220)를 통해 입력된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계(parasympathetic nervous system) 지수를 산출할 수 있다(S40).
프로세서(230)는 시간에 따른 RR간격값들로 구성된 시간 영역(Time domain)의 데이터를 주파수 영역(Frequency domain)의 데이터로 변환해서 부교감 신경계 지수 산출할 수 있다(S40).
프로세서(230)는 단시간 푸리에 변환(FFT)을 이용해 시간 영역의 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환하여 0.15 내지 0.4Hz의 범위를 자기는 주파수 영역의 파워를 나타내는 HF(High Frequency)와, 평균RR간격과, 연속한 RR간격 차이의 제곱근 평균인 RMSSD(root-mean-square of successive differences)를 곱한 값에 따라 부교감 신경계 지수를 산출할 수 있다(S40).
프로세서(230)는 HF와 평균RR간격과 RMSSD를 곱해서 산출되는 값을 기설정된 값(예를 들어 1000)으로 나눔에 따라 부교감 신경계 지수를 산출할 수 있다(S40).
부교감 신경계 지수는 스트레스 및 고강도 운동 중에는 낮아지고 휴식할 때에는 높아지며 부교감신경계의 활동 특성을 나타내는 지표로, 핀란드 소프트회사인 KUBIOS로부터 설계된 것이다.
프로세서(230)는 아래의 수학식에 의해 HF와 평균RR간격과 RMSSD로부터 부교감 신경계 지수(PNS)를 산출할 수 있다(S40).
Figure 112023092666255-pat00001
그리고 프로세서(230)는 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라, 항상성 구간을 이탈하면 기설정된 파형의 진동이 기설정된 시간동안 온 되고, 기설정된 범위 내의 랜덤한 시간동안 오프 되는 진동 패턴을 생성할 수 있다(S50).
프로세서(230)는 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간을 이탈하면 기설정된 파형의 진동이 기설정된 시간동안 온 되고, 기설정된 범위 내의 랜덤한 시간동안 오프 되는 진동 패턴을 생성할 수 있다(S50).
프로세서(230)는 기설정된 범위의 시간(예를 들어 1S)을 기설정된 단위시간(예를 들어 0.2S)으로 나눔에 따라 복수 개의 랜덤시간(예를 들어, 0.2S, 0.4S, 0.6S, 0.8S, 1S)을 산출하고 산출한 복수 개의 랜덤시간 중 임의의 랜덤시간을 선택하여 기설정된 파형의 진동이 기설정된 시간동안 온 된 이후 선택한 랜덤시간 동안 오프 되는 진동 패턴을 생성할 수 있다(S50).
프로세서(230)는 산출한 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간이내이면 기설정된 파형의 진동이 일정하게 계속되는 진동 패턴을 생성할 수 있다(S50).
예를 들어 심박수에 대해 기설정된 항상성 구간이 60(bpm) 내지 90(bpm)이고 와 SDNN에 대해 기설정된 항상성 구간이 20이고, 심전도 신호로부터 산출한 심박수가 80(bpm), SDNN이 30(ms)인 경우 프로세서(230)는 도 5의 항상성 구간 이내 그래프와 같이 일정한 진동이 발생되게 하는 진동 패턴을 생성할 수 있다.
다른 예에서, 심전도 신호로부터 산출한 심박수가 120(bpm), SDNN이 10(ms)인 경우 프로세서(230)는 도 5의 항상성 구간 이탈 그래프와 같이 진동이 멈추는 시간이 0.6S, 0.4S, 0.2S 등 불규칙한 진동이 발생되게 하는 진동 패턴을 생성할 수 있다.
상기한 구성에 따라 프로세서(230)는 심박수와 SDNN이 항상성 구간을 이탈하면 자극 장치(10)의 보이스 코일 모터(130)를 통해 사용자에게 불규칙하게 진동 자극이 가해지도록 하는 진동 패턴을 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면 심박수와 SDNN이 항상성 구간을 이탈할 시 불규칙한 진동이 자극 장치(10)를 통해 가해지도록 하며 사용자의 자율신경계를 자극할 수 있다.
특히, 불규칙한 자극을 통해 SDNN의 심박 변이도를 높임에 따라 사용자의 자율신경계가 항상성 구간으로 회복하도록 유도할 수 있다.
이후, 프로세서(230)는 측정정보의 SDNN과 산출한 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 기설정된 복수의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택할 수 있다(S60).
여기서 복수의 음원은 음높이가 기설정된 제1범위 이내인 복수의 음원데이터를 포함하는 제1음원, 음높이가 제1범위보다 낮은 기설정된 제2범위 이내인 복수의 음원데이터를 포함하는 제2음원, 음높이가 제2범위보다 낮은 기설정된 제3범위 이내인 복수의 음원데이터를 포함하는 제3음원, 음높이가 제3범위보다 낮은 기설정된 제4범위 이내인 복수의 음원데이터를 포함하는 제4음원을 포함할 수 있다.
즉, 복수의 음원은 음높이에 따라 음높이가 상대적으로 가장 높은 음원데이터들로 구성된 제1음원, 상대적으로 두 번째로 높은 음원데이터들로 구성된 제2음원, 상대적으로 세 번째로 높은 음원데이터들로 구성된 제3음원, 상대적으로 가장 낮은 음원데이터들로 구성된 제4음원으로 구성될 수 있다.
이때, 각 음원에 포함된 복수의 음원데이터는 서로 다른 템포에 대응하는 값이 매칭되어 템포에 대한 값이 큰 순으로 순위가 부여될 수 있다.
즉, 각 음원은 다른 음원에 속한 음원데이터에 비해 음높이가 상대적으로 높거나 낮으며, 곡이 빠른 순으로 순위가 부여된 복수의 음원데이터를 포함할 수 있다.
음원을 선택하는 S60 단계에서 프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 기설정된 제1임계값(예를 들어, 2) 이내인지 판단하고(S101), 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내인 경우 SDNN이 기설정된 제2임계값(예를 들어 20) 보다 크고 제2임계값 보다 큰 기설정된 제3임계값(예를 들어 50) 보다 작은지 판단할 수 있다(S102).
여기서, 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이면 부교감 신경계가 상대적으로 비활성화 되고, 제1임계값을 초과하면 부교감 신경계가 상대적으로 활성화된 것으로 이해될 수 있다.
그리고, SDNN이 제2임계값과 제3임계값 사이이면 스트레스 저항도가 양호한 것으로 이해되고, SDNN이 제2임계값 보다 낮으면 스트레스 저항도가 낮으며, SDNN이 제3임계값 보다 높으면 스트레스 저항도가 높은 것으로 이해될 수 있다.
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이고, SDNN이 제2임계값 보다 크고 제3임계값 작으면 복수의 음원 중 음높이가 두 번째로 높은 제2음원을 선택할 수 있다(S112).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이고 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 크고 제3임계값 작지 않으면, SDNN이 제2임계값 보다 작은지 판단할 수 있다(S103).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이고 SDNN이 제2임계값 보다 작으면 복수의 음원 중 음높이가 첫 번째로 높은 제1음원을 선택할 수 있다(S111).
즉, 프로세서(230)는 부교감 신경계가 상대적으로 비활성화 되고 스트레스 저항도가 낮으면 음높이가 가장 높은 제1음원을 선택하고 부교감 신경계가 상대적으로 비활성화 되고 스트레스 저항도가 양호하면 음높이가 두 번째로 높은 제2음원을 선택할 수 있다.
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이고, SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 크고 제3임계값 작지 않으며, SDNN이 제2임계값 보다 작지 않으면, SDNN이 제3임계값 보다 큰지 판단할 수 있다(S104).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내이고 SDNN이 제3임계값 보다 크면 복수의 음원 중 음높이가 가장 낮은 제4음원을 선택할 수 있다(S114).
즉, 프로세서(230)는 부교감 신경계가 상대적으로 비활성화 되고 스트레스 저항도가 높으면 음높이가 가장 낮은 제4음원을 선택할 수 있다.
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값 이내가 아니면 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하는지 판단할 수 있다(S105).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하면 SDNN이 제2임계값 보다 크고 제3임계값 보다 작은지 판단하고(S106), 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하고 SDNN이 제2임계값 보다 크고 제3임계값 보다 작으면 복수의 음원 중 음높이가 세 번째로 높은 제3음원을 선택할 수 있다(S113).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하고 SDNN이 제2임계값 보다 크고 제3임계값 보다 작지 않으면, SDNN이 제3임계값을 초과하는지 판단할 수 있다(S107).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하고 SDNN이 제3임계값을 초과하면 복수의 음원 중 음높이가 가장 낮은 제4음원을 선택할 수 있다(S114).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하고 SDNN이 제2임계값 보다 크고 제3임계값 보다 작지 않으며, SDNN이 제3임계값을 초과하지 않으면, SDNN이 제2임계값 보다 작은지 판단할 수 있다(S108).
프로세서(230)는 부교감 신경계 지수가 제1임계값을 초과하고 SDNN이 제2임계값 보다 작으면 복수의 음원 중 음높이가 첫 번째로 높은 제1음원을 선택할 수 있다(S111).
프로세서(230)는 부교감 신경계가 상대적으로 활성화 되고 스트레스 저항도가 양호하면 음높이가 세 번째로 높은 제3음원을 선택하고, 부교감 신경계가 상대적으로 활성화 되고 스트레스 저항도가 높으면 음높이가 가장 낮은 제4음원을 선택하며, 부교감 신경계가 상대적으로 활성화 되고 스트레스 저항도가 낮으면 음높이가 가장 높은 제1음원을 선택할 수 있다
상기한 구성에 따라 프로세서(230)는 스트레스 저항도를 나타내는 SDNN과 부교감신경계의 활동성을 나타내는 부교감 신경계 지수을 종합적으로 고려하여 자극 장치(10)를 통해 사용자에게 출력될 음원을 선택할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 스트레스 저항도와 부교감 신경계 활동성에 따라 사용자의 감성 상태에 맞춘 음높이의 음원을 처방할 수 있다.
또한, 본 발명은 음원의 음높이를 임의로 변경하는 것이 아니라 사용자의 상태에 맞춰 서로 다른 음높이의 음원 중 선택함으로써, 자연스러운 음원을 사용자에게 제공할 수 있다.
프로세서(230)는 SDNN과 부교감 신경계 지수에 따라 선택된 음원에 속한 복수의 음원데이터 중 부여된 순위가 가장 높은 음원데이터를 선택해 출력할 수 있다.
음원에 속한 복수의 음원데이터는 각각 템포에 대한 값이 매칭되며 초기에 템포에 대한 값이 큰 순으로 순위가 부여될 수 있다.
프로세서(230)는 SDNN과 부교감 신경계 지수에 따라 선택된 음원에 속한 복수의 음원데이터 중 1순위가 부여된 음원데이터를 출력할 수 있다.
즉, 프로세서(230)는 제1음원을 선택하는 S111단계에서 제1음원에 포함된 복수의 음원데이터 중 1순위가 부여된 음원데이터를 출력하고, 제2음원을 선택하는 S112단계에서 제2음원에 포함된 복수의 음원데이터 중 1순위가 부여된 음원데이터를 출력하며, 제3음원을 선택하는 S113단계에서 제3음원에 포함된 복수의 음원데이터 중 1순위가 부여된 음원데이터를 출력하고, 제4음원을 선택하는 S114단계에서 제4음원에 포함된 복수의 음원데이터 중 1순위가 부여된 음원데이터를 출력할 수 있다.
이후, 프로세서(230)는 S50단계에서 생성한 진동 패턴과 S60단계에서 선택한 음원에서 1순위가 부여된 음원데이터를 내용으로 포함하는 제어정보를 자극 장치(10)로 전송할 수 있다(S70).
자극 장치(10)의 마이크로컨트롤러(140)는 입력된 제어정보에 따라 음원출력부(120)와 보이스 코일 모터(130)의 출력을 제어하며, 제어정도에 포함된 음원데이터에 따른 음원이 음원출력부(120)로 출력되고 제어정보의 진동 패턴에 따른 진동이 보이스 코일 모터(130)로 출력되도록 할 수 있다(S80).
제어정보에 따른 음원과 진동을 기설정된 시간동안 출력한 자극 장치(10)는 다시 심전도 센서(110)를 통해 심전도 신호를 측정하고(S90), 측정한 심전도 신호로부터 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN을 산출하며(S100), 산출한 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN을 내용으로 포함하는 측정정보를 통신네트워크(1)를 통해 연결된 서버(20)로 전송할 수 있다(S110).
이때 자극 장치(10)에서 이뤄지는 S100 단계, S110 단계는 각각 S20 단계, S30 단계와 동일한 방식으로 수행될 수 있다.
그리고 서버(20)의 프로세서(230)는 S110 단계 이후 자극 장치(10)로부터 전송되어 입력되는 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출할 수 있다(S120).
여기서, 프로세서(230)가 외부에서 입력된 측정정보로부터 부교감 신경계 지수를 산출하는 S120 단계는 S40 단계와 동일한 방식으로 수행될 수 있다.
서버(20)의 프로세서(230)는 최초로 측정정보를 입력받아 부교감 신경계 지수를 산출하고 기설정된 시간 이후 측정정보를 입력받은 시점 이후, 측정정보가 입력된 복수의 시점 중 최근인 제1시점에서 입력된 측정정보의 SDNN와 제1시점에서 입력된 측정정보로부터 산출한 부교감 신경계 지수에, 복수의 시점 중 제1시점에서 기설정된 시간이전의 시점인 제2시점에서 입력된 측정정보의 SDNN와 제2시점에서 입력된 측정정보로부터 산출한 부교감 신경계 지수를 각각 차감하여 SDNN 변화량과 PNS 변화량을 산출할 수 있다(S130).
마이크로컨트롤러(140)는 제1시점에 입력된 심전도 신호로부터 산출한 SDNN에 제1시점에서 기설정된 시간 이전의 제2시점에 입력된 심전도 신호로부터 산출한 SDNN을 빼서 SDNN 변화량을 산출하고, 제1시점에 입력된 심전도 신호에 대해 수신된 PNS 신호의 부교감 신경계 지수에 제1시점에서 기설정된 시간 이전의 제2시점에 입력된 심전도 신호에 대해 수신된 PNS 신호의 부교감 신경계 지수을 빼서 PNS 변화량을 산출할 수 있다(S130).
즉, 프로세서(230)는 측정정보가 새로 입력되면 이전에 입력된 측정정보에 포함된 SDNN와 측정정보로부터 산출된 부교감 신경계 지수를 새로 입력된 측정정보에 포함된 SDNN와 측정정보로부터 산출된 부교감 신경계 지수를 빼서 SDNN 변화량과 PNS 변화량을 산출할 수 있다(S130).
그리고, 프로세서(230)는 SDNN 변화량과 PNS 변화량에 따라 기설정된 시간 이전의 제2시점에 선택되어 출력된 음원에 포함된 음원데이터에 대한 피드백 점수를 기설정된 단위값만큼 증가시키거나 감소시키며 음원에 포함된 음원데이터의 순위를 변경할 수 있다(S140).
이때, 기설정된 음원에 속한 각 음원데이터에는 기설정된 초기값을 갖는 피드백 점수가 미리 매칭되어 저장될 수 있다.
예를 들어 제1음원에 속한 복수의 음원데이터, 제2음원에 속한 복수의 음원데이터, 제3음원에 속한 복수의 음원데이터, 제4음원에 속한 복수의 음원데이터 각각에 대해 초기 피드백 점수로 50점이 부여되어 저장될 수 있다.
프로세서(230)는 SDNN 변화량과 PNS 변화량에 따라 기설정된 시간 이전의 제2시점에 선택된 음원데이터에 대해 저장된 피드백 점수를 기설정된 단위값만큼 증가시키거나 감소시켜 각 음원데이터에 대한 피드백 점수를 업데이트하며 업데이트 된 피드백 점수에 따라 음원에 포함된 음원데이터의 순위를 변경할 수 있다(S140).
구체적으로 프로세서(230)는 PNS 변화량이 제1임계값을 초과하는지 판단하고(S201), PNS 변화량이 제1기준값(예를 들어, 1)을 초과하면 제2시점에 선택된 음원의 음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수를 기설정된 단위값(예를 들어, 1)만큼 증가시켜 저장할 수 있다(S205).
예를 들어 제2시점에서 선택된 음원이 제1음원이고, 제2시점에 제1음원에 속한 음원데이터 중 1순위가 부여되어 출력된 음원데이터가 제1음원데이터이며, 제1음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수가 50이고, PNS 변화량이 2로 제1기준값을 초과하면, 50에 단위값 1을 가산한 51을 제1음원데이터에 대한 피드백 점수로 저장할 수 있다.
프로세서(230)는 PNS 변화량이 제1기준값(예를 들어, 1)을 초과하지 않으면, PNS 변화량이 제1기준값 보다 작은 기설정된 제2기준값(예를 들어, 0)을 초과하고 제1기준값(예를 들어, 1)이내인지 판단할 수 있다(S202).
프로세서(230)는 PNS 변화량이 PNS 변화량이 기설정된 제2기준값 초과 제1기준값 이하가 아니면 제2시점에 선택된 음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수를 기설정된 단위값(예를 들어, 1)만큼 감소시켜 저장할 수 있다(S206).
예를 들어 제2시점에서 선택된 음원이 제1음원이고, 제2시점에 제1음원에 속한 음원데이터 중 1순위가 부여되어 출력된 음원데이터가 제1음원데이터이며, 제1음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수가 50이고, PNS 변화량이 -1로 제2기준값인 0과 제1기준값인 1의 사이가 아니면, 50에 단위값 1을 감산한 49을 제1음원에 대한 피드백 점수로 저장할 수 있다.
프로세서(230)는 PNS 변화량이 제2기준값을 초과하고 제1기준값 이내이면 SDNN 변화량에 따라 제2시점에서 선택된 음원데이터에 대한 피드백 점수를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
프로세서(230)는 PNS 변화량이 제2기준값을 초과하고 제1기준값 이내이면 SDNN 변화량이 제1기준값(예를 들어, 1)보다 큰 기설정된 제3기준값(예를 들어 10)을 초과하는지 판단하고(S203).SDNN 변화량이 제3기준값(예를 들어 10)을 초과하면 제2시점에서 선택된 음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수를 기설정된 단위값(예를 들어, 1)만큼 증가시켜 저장할 수 있다(S205).
프로세서(230)는 SDNN 변화량이 제3기준값(예를 들어 10)을 초과하지 않으면 SDNN 변화량이 제2기준값을 초과하고 제3기준값 이하인지 판단할 수 있다(S204).
프로세서(230)는 SDNN 변화량이 제2기준값을 초과하고 제3기준값 이하가 아니면 제1시점에서 선택된 음원데이터에 대해 미리 저장된 피드백 점수를 기설정된 단위값(예를 들어, 1)만큼 감소시켜 저장할 수 있다(S206).
프로세서(230)는 PNS 변화량이 1을 초과하여 변화량이 상대적으로 크면 이전에 선택한 음원에 대한 피드백 점수를 증가시키고, PNS 변화량이 0과 1 사이로 상대적으로 적으면 SDNN 변화량의 크기에 따라 피드백 점수를 증가 여부를 결정하며, PNS 변화량이 음수이거나 PNS 변화량이 0과 1 사이로 상대적으로 적고 SDNN 변화량이 음수일때는 피드백 점수를 감소시킬 수 있다.
즉, 프로세서(230)는 심전도 신호를 분석한 결과에 따라 최초로 음원을 선택해서 음원에 포함된 음원데이터를 출력한 이후 한 이후 기설정된 시간 이후 심전도 신호를 분석한 결과의 변화에 따라 이전에 선택한 음원데이터에 대한 피드백 점수를 증가 또는 감소시키며 업데이트 할 수 있다.
프로세서(230)는 음원데이터의 피드백 점수에 따라 각 음원에 속한 음원데이터의 순위를 변경할 수 있다(S208).
프로세서(230)는 제2시점에서 선택된 음원의 음원데이터에 대한 피드백 점수가 기설정된 최솟값(예를 들어 10)보다 작은지에 따라 제2시점에서 선택된 음원의 음원데이터에 대한 피드백 점수가 기설정된 최솟값보다 작으면 제2시점에서 선택된 음원에서 가장 순위가 높아 출력되었던 음원데이터의 순위를 음원에서 마지막 순위로 변경하고 음원에 포함된 다른 음원데이터의 순위를 하나씩 앞당기며 제2시점에서 선택된 음원에 포함된 음원데이터의 순위를 변경할 수 있다(S208).
즉, 프로세서(230)는 음원데이터를 선택해 출력하고 출력한 음원데이터에 대한 피드백 결과, 심리 안정 효과가 떨어지는 것으로 판단되면 음원 내에서 직전에 출력한 음원데이터를 마지막 순위로 보내고 다른 음원데이터의 순위를 하나씩 당겨 이후 선택한 음원에서 1순위가 부여된 음원데이터를 선택할 때 곡 속도가 다른 음원데이터가 선택되도록 할 수 있다.
예를 들어 제1음원에서 템포에 따른 값이 가장 커서 1순위가 부여된 제1음원데이터에 대한 피드백 점수가 10점 미만이 되면 마이크로컨트롤러(140)는 제1음원데이터를 제1음원에서 마지막 순위로 보내고 제1음원에 포함된 다른 음원데이터의 순위를 하나씩 앞당겨 템포에 따른 값이 두 번째로 커서 2순위가 부여되었던 제2음원이 1순위가 되어, 이후 제1음원이 선택되었을 때 제2음원데이터가 출력되도록 할 수 있다.
상기한 구성에 따라, 음원데이터가 실제 사용자의 심리 안정에 미치는 영향을 피드백 점수를 통해 효과를 객관적인 지표로 수치화하고, 다음에 사용자에게 음원데이터를 처방할 때 반영되도록 한다.
그리고, 관리자는 음원데이터에 대한 피드백 점수를 보며 각 음원데이터의 효과를 파악하고, 추후 사용자에게 처방할 음원데이터를 결정하는 자료로 활용할 수도 있다.
이후, 프로세서(230)는 제1시점에 입력된 심전도 신호로부터 산출한 심박수, SDNN를 이용해 진동 패턴을 생성하고(S150), SDNN과 부교감 신경계 지수를 이용해 음원을 선택해 선택된 음원에서 1순위가 부여된 음원데이터를 선택해 출력하며(S160), 생성한 진동 패턴과 선택한 음원에서 1순위가 부여된 음원데이터를 내용으로 포함하는 제어정보를 통신네트워크(1)를 통해 연결된 자극 장치(10)로 전송할 수 있다(S170).
자극 장치(10)는 음원출력부(120)가 제어정보에 포함된 음원데이터에 따른 소리를 출력하고 보이스 코일 모터(130)가 제어정보에 포함된 진동 패턴에 따른 진동을 출력하도록 제어하는 마이크로컨트롤러(140)를 통해 제어정보에 따른 음원과 진동을 출력할 수 있다(S180).
그리고 자극 장치(10)는 제어정보에 따른 음원과 진동을 출력하고 기설정된 시간 이후에 심전도 신호를 측정하는 S90 단계로 돌아갈 수 있다.
본 발명에 따른 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템은 자극 장치에서 사용자의 심전도 신호를 측정해 산출한 심박수, 시간에 따른 RR간격값, SDNN을 이용해 서버에서 사용자의 상태에 맞는 음원과 진동을 처방하고, 자극 장치가 서버에서 처방된 음원과 진동에 따른 자극을 사용자에게 제공할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 자극 장치가 단순히 내장된 음원이나 진동을 출력하는 것이 아니라 서버에서 심전도 신호를 분석한 결과를 이용해 결정한 음원과 진동을 출력할 수 있다.
따라서, 사용자의 상태에 맞춘 구체적인 음원 및 진동 처방이 가능하다.
본 발명에 따르면 심박수와 SDNN가 항상성 구간을 이탈하면 불규칙적인 진동 자극을 제공하여 사용자의 자율신경계의 적응성이 정상 범주로 회복되게 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 서버에서 부교감 신경계 지수를 더 산출해 SDNN을 통해 파악되는 사용자의 스트레스 저항도 외에 부교감 신경계 지수를 통해 파악되는 부교감 신경계의 활성화 정도를 더 반영해서 사용자의 감성 상태에 맞는 음원을 추천할 수 있다.
이에 따라, 음원을 통한 사용자의 심리 안정 효과를 향상하는 이점을 기대할 수 있다.
그리고, 이전 시점에 선택한 음원을 출력한 이후 SDNN 변화량과 PNS 변화량에 따라 피드백 점수를 업데이트 하며 이전에 선택해 출력했던 음원데이터의 효과에 대한 객관적 평가가 가능하도록 한다.
또한, 피드백 점수에 따라 음원에 속한 복수의 음원데이터의 순위를 변동시켜 심리적 안정 효과가 떨어지는 것으로 판별되면 이후 같은 음높이대의 음원 내에서 자동으로 다른 음원데이터가 출력되도록 할 수 있다.
즉, 피드백 결과가 나쁘면 동일한 음높이 대의 음원에서 추천되는 음원데이터가 이전과 다른 것으로 변경되게 함으로써 심리적 안정 효과가 떨어지는 음원데이터를 자동으로 배제시키는 이점이 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 통신네트워크
10 : 자극 장치
110 : 심전도 센서
120 : 음원출력부
130 : 보이스 코일 모터
140 : 마이크로컨트롤러
20 : 서버
210 : 메모리
220 : 통신부
230 : 프로세서

Claims (4)

  1. 심전도 센서, 음원출력부, 보이스 코일 모터 및 상기 심전도 센서에서 측정된 심전도 신호로부터 심박수와 시간에 따른 RR간격값과 RR간격의 표준편차인 SDNN을 산출하고, 심박수와 시간에 따른 RR간격값과, SDNN을 내용으로 포함하는 측정정보를 외부로 전송하며 외부로부터 입력된 제어정보에 따라 상기 음원출력부와 상기 보이스 코일 모터의 출력을 제어하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 자극 장치; 및
    상기 자극 장치에서 전송된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출하고, 상기 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라 진동 패턴을 생성하며, 상기 SDNN과 상기 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 복수 개의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택하여, 생성한 진동 패턴과 선택한 음원을 상기 자극 장치가 출력하도록 하는 제어정보를 상기 자극 장치로 전송하는 서버;를 포함하고
    상기 서버는
    적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리, 외부와 통신을 수행하기 위한 통신부, 상기 메모리에 저장된 상기 적어도 하나의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 명령을 실행하여,
    상기 자극 장치로부터 전송되어 상기 통신부를 통해 입력된 측정정보의 시간에 따른 RR간격값으로부터 부교감 신경계 지수를 산출하고,
    상기 측정정보의 심박수와 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라, 항상성 구간을 이탈하면 기설정된 파형의 진동이 기설정된 시간동안 온 되고, 기설정된 범위 내의 랜덤한 시간동안 오프 되는 진동 패턴을 생성하며,
    상기 SDNN과 상기 부교감 신경계 지수에 따라 서로 다른 음높이를 가지는 기설정된 복수의 음원 중 어느 하나의 음원을 선택하고,
    생성한 상기 진동 패턴과 선택한 상기 음원을 내용으로 포함하는 제어정보를 상기 자극 장치로 전송하는 것
    인 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어느 하나의 음원을 선택하는 것은
    상기 부교감 신경계 지수가 기설정된 제1임계값 이내인지 판단하고,
    상기 부교감 신경계 지수가 상기 제1임계값 이내인 경우 상기 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 크고 상기 제2임계값 보다 큰 기설정된 제3임계값 보다 작은지 판단하며,
    상기 부교감 신경계 지수가 상기 제1임계값 이내이고 상기 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 크고 상기 제3임계값 보다 작지 않은 경우, 상기 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 작은지 판단하고,
    상기 부교감 신경계 지수가 상기 제1임계값 이내이고 상기 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 작으면 기설정된 제1음원을 선택하며,
    상기 부교감 신경계 지수가 상기 제1임계값 이내이고 상기 SDNN이 기설정된 제2임계값 보다 크고 상기 제3임계값 보다 작으면 상기 제1음원 보다 음높이가 작은 기설정된 제2음원을 선택하는 것
    인 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동 패턴을 생성하는 것은
    상기 심박수와 상기 SDNN이 기설정된 항상성 구간 이내인지에 따라, 항상성 구간 이내이면 기설정된 파형의 진동이 일정하게 계속되는 진동 패턴을 생성하는 것
    인 심전도 기반의 맞춤형 자극 제공 시스템.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120040429A (ko) * 2010-10-19 2012-04-27 주식회사 라이프사이언스테크놀로지 사용자의 생체정보 분석을 통한 감정상태 분석장치 및 방법
KR101410989B1 (ko) * 2013-01-02 2014-06-25 (주) 태웅메디칼 장시간 심전도획득 및 스트레스 분석방법
KR20190053054A (ko) 2017-11-09 2019-05-17 박태수 심박수 기반 스트레스 측정 및 이를 통한 음악 재생 웨어러블 디바이스
KR101989402B1 (ko) * 2018-01-11 2019-06-14 서울대학교산학협력단 자율신경계 활동 유도 장치 및 그 방법
KR102020641B1 (ko) * 2018-04-10 2019-09-10 성균관대학교산학협력단 영상을 이용한 맥박 조율을 위한 음원 생성 장치
KR102509545B1 (ko) * 2022-09-26 2023-03-16 주식회사 에이티센스 심전도 데이터 처리 장치, 가변적인 윈도우 크기의 신호 세그먼트들로 분할하면서 분석 필요 구간을 추출하는 심전도 데이터 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램

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