KR20130063880A - 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전용적맥파(PPG)와 심전도(ECG) 분석 데이터를 이용한 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법은, 피실험자에게 실험센서와 실험전극을 연결하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제1시간 동안 휴식상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제2시간 동안 스트레스환경을 제공하는 단계와, 피실험자에 대해 스트레스 상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제3시간 동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료 중 하나 이상을 제공하는 단계와, 피실험자에 대해 시각, 청각 및 시청각 이완 자료 제공에 따른 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계 및 수집된 데이터에 따라 센서신호와 전극신호에 대한 시각, 청각 및 시청각 스트레스 완화도 분석하고, 해당 분석 데이터를 저장하는 단계를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 스트레스 완화도 분석 방법에 관한 것으로, 특히 광전용적맥파(PPG)와 심전도(ECG) 분석 데이터를 이용한 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에 관한 것이다.
인간의 스트레스(Stress)란 신체에 가해진 어떤 외부자극에 대하여 신체가 수행하는 일반적이고 비 특정적인 반응을 말한다. 스트레스는 원래 물리학에서 "물체에 가해지는 물리적 힘"을 의미하는 용어로 사용되었고, 의학에 적용되면서 개체에 부담을 주는 육체적, 정신적 자극이나, 이러한 자극에 생체가 나타내는 반응을 의미하게 되었다.
스트레스로 인한 신체 반응의 핵심은 스트레스가 각종 호르몬과 신경전달물질의 분비와 촉진을 통해 스트레스가 이들 물질을 분비, 자극하는 대뇌에 직접 영향을 미치는 것이다.
이와 같은 스트레스로 인하여 나타나는 생리신호 분석 방법은 중추신경계 반응인 뇌파 측정과 자율신경계 반응인 맥파(PPG), 피부저항(GSR), 피부온도 측정 등의 방법이 이에 해당하며 생리적 반응은 중추 신경계 반응과 자율신경계반응의 측정을 통하여 이루어지는데 사용되는 대표적인 생리적 반응들은 데이터를 받아 주관적 설문 결과와의 상관관계를 분석하는 연구가 활발하다.
대한민국 등록특허 10-0954817호(2010년04월28일 공고), '맥파신호분석을 이용한 혈관건강 및 스트레스 검사시스템 및 방법'에서는 피검자의 맥파신호검출장치로부터 수집된 맥파신호를 분석하여 혈관 나이 및 스트레스지수를 산출하여 분석하는 방법이 게시되어 있다.
그러나 이와 같은 방법은 주파수 및 시간영역 파라미터를 정규화하고 복잡도를 적용함으로써, 보다 정확하고 간편한 맥파신호분석을 통한 스트레스 검사가 가능하고, 스트레스 지수를 산출함으로써, 보다 간편하고 향상된 스트레스 검사가 가능하게 하고는 있으나 그러한 스트레스에 따른 스트레스를 완화하는 방법에 대하여는 다양한 연구가 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 광전용적맥파(PPG)와 심전도(ECG) 분석 데이터를 이용한 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 빠르게 급변하는 현대사회와 무엇이든 완벽해야 한다는 압박감, 긴장감 등에 시달리면서 고통을 겪고 있는 현대인의 스트레스를 완화할 수 있는 방법을 제시할 수 있는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법은, 피실험자에게 실험센서와 실험전극을 연결하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제1시간 동안 휴식상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제2시간 동안 스트레스환경을 제공하는 단계와, 피실험자에 대해 스트레스 상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계와, 피실험자에 대해 설정된 제3시간 동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료 중 하나 이상을 제공하는 단계와, 피실험자에 대해 시각, 청각 및 시청각 이완 자료 제공에 따른 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계 및 수집된 데이터에 따라 센서신호와 전극신호에 대한 시각, 청각 및 시청각 스트레스 완화도 분석하고, 해당 분석 데이터를 저장하는 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 실험 센서는 PPG(Photoplethysmography)센서이고, 상기 실험전극은 ECG(Electrocardiogram) 전극인 것이 바람직하다.
또한, 상기 PPG 신호는 상기 피실험자의 오른손 손가락 검지 끝 부분에 Biopac Pulse Transducer(SS4LA or SS4L)센서를 착용하여 측정하고, 상기 ECG 신호는 Biopac Electrode lead set(SS2L)을 사용하고 상기 피실험자의 오른손을 +극 센서, 왼손을 -극 센서, 왼발을 접지 센서로 하여 200sample/sec로 1초당 200개의 신호를 수집하여 측정한 것이 바람직하다.
또한, 상기 피실험자에 대해 설정된 제3시간 동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료 중 하나 이상을 제공하는 단계에서 상기 시각, 청각 및 시청각 자료는 동일 피실험자에 대해 동일하게 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1시간은 100초이고, 상기 제2시간은 180초이며, 상기 제3시간은 상기 시각, 청각 및 시청각 자료 각각에 대해 랜덤하게 120초인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광전용적맥파(PPG)와 심전도(ECG) 데이터를 수집하여 스트레스 완화에 가장 큰 영향을 미치는 분석 방법을 제시할 수 있다.
또한, 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 시 개인의 특성에 따라 스트레스를 완화하기 위한 시각, 청각 및 시청각 중 하나의 방법을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 시각 완화 방법에 이용되는 이미지 예시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 청각적 완화 방법에 이용되는 프로그램 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 광전용적맥파(PPG) 신호의 진폭을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 R-R peak의 정의를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 PPG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 시각 완화 방법에 이용되는 이미지 예시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 청각적 완화 방법에 이용되는 프로그램 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 광전용적맥파(PPG) 신호의 진폭을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 R-R peak의 정의를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 PPG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 시각 완화 방법에 이용되는 이미지 예시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 청각적 완화 방법에 이용되는 프로그램 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 광전용적맥파(PPG) 신호의 진폭을 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 R-R peak의 정의를 설명하기 위한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 PPG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법에서 ECG 신호의 진폭 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
우선 본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이 ECG 전극(심전도, Electrocardiogram)(10)과, ECG 검출회로부(12), PPG(광전용적맥파, Photoplethysmography) 센서(20), PPG 검출회로부(22) 및 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부(30)로 구성된다. 여기서, ECG 전극(10)와 PPG 센서(20)는 Biopac 센서를 이용할 수 있다.
인간의 스트레스를 측정하고 완화시키려는 연구는 다양한 분야에서 연구되고 있다. 스트레스의 구체적인 생리적 반응을 측정하여 평가하는 연구는 중추신경계반응이나 자율신경계 반응을 측정하여 평가하는 방법으로 객관적인 평가 방법으로 널리 연구되고 있다.
중추신경계반응의 EEG 신호나 자율신경계 반응의 EDA, ECG, PPG 신호를 이용한 실험 방법들은 생리적 반응을 측정하기 위해 센서부착이 불가피하다. 이러한 센서 부착은피실험자로 하여금 부착부위에 대한 거부감이나 센서착용으로 인한 행동의 제약을 수반한다.
따라서, 본 발명에서는 ECG와 PPG 센서만으로 스트레스 이완도를 분석하였다.
시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부(30)는 ECG 전극(심전도, Electrocardiogram)(10)과, ECG 검출회로(12)에서 검출한 ECG와, PPG(광전용적맥파, Photoplethysmography) 센서(20)와 PPG 검출회로(22)에서 검출한 PPG의 특징점을 추출하여 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화를 분석한다.
이러한, 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부(30)는 ECG 검출회로부(12)의 검출신호를 A/D변환하는 제1A/D변환부(31)와, PPG 검출회로부(22)의 검출신호를 A/D 변환하는 제2A/D 변환부(32)와, 제1A/D변환부(31)에서 변환된 신호에서 ECG의 피크치를 추출하는 피크치 추출부(33)와, 제2A/D 변환부(32)에서 변환된 신호에서 PPG의 특징의 추출하는 특징 추출부(34) 및 추출한 ECG 피크치와 PPG 특징점에 따라 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도를 분석하는 분석부(35), 분석결과를 저장하는 저장부(36) 및 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부(30)를 제어하는 제어부(37)로 구성된다.
물론, 도 1에 나타낸 바와 같은 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 장치는 하나의 실시 예 일뿐 다양하게 구성할 수 있다.
여기서 광전용적맥파(PPG)신호는 말초혈관에서 혈류파형을 측정하는 생리신호로서 광전용적맥파(PPG)신호는 심전도(ECG)신호와 함께 사용되어, 비 침습적으로 혈압을 측정하거나, 호흡률을 측정하는데 사용된다.
이러한 PPG신호를 이용한 각성도 측정에 관한 연구로는 동영상자극을 이용하여 각성과 이완을 평가한 연구가 있는데 이러한 연구에서는 PPG신호의 진폭을 측정하여 평가하였으며, 각성상태가 높을 경우 진폭이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에서도 PPG신호의 진폭을 측정한다.
한편 본 발명에서 실험에 참여한 피실험자는 여성의 월경주기로 인한 생리적 변화를 피하기 위하여 시각적, 청각적 장애가 없는 20대 일반 남성으로 구성하였다. 또한, 피실험자들의 평균나이는 약 24세이다.
이때, 실험에 사용된 스트레스 자극은 사칙연산 암산문제를 사용하였고, 시각적 스트레스 완화를 위하여는 도 2에 나타낸 바와 같은 이완 이미지를 이용하였다.
이러한 이완이미지 제시는 피실험자와 60~70cm 떨어진 거리에서 LCD 모니터를 사용하여 제시하였다.
그리고, 청각적 스트레스 완화 방법으로는 도 3에 나타낸 바와 같은 음악치료방법으로 기존에 상품화되어 있는 Natura Sound Theraphy 3.0의 Stress relief 프로그램을 사용하였다.
한편, 실험실 환경은 온도는 25 ~ 26℃로 유지하였고 실험에 집중이 될 수 있도록 암실을 유지하였다.
사용된 청각이완법은 모든 피실험자에게 동일한 음량으로 제공하였고 시청각 완화 방법은 도 2에 나타낸 시각적 완화 이미지와 도 3에 나타낸 프로그램을 동시에 사용하였다.
그리고, 실험은 피실험자와 ECG 전극(10)와 PPG 센서(20)가 안정화될 수 있도록 실험 전 100초(Calibration) 동안의 PPG신호와 ECG신호를 먼저 수집하였고 그 후에 사칙연산 관련 암산 스트레스를 가하여 3분동안 PPG와 ECG신호를 측정하였다. 완화효과는 학습효과를 배제하기 위하여 랜덤순서로 3가지 완화방법을 연속으로 실시하도록 구성하였다. 측정 시간은 시각, 청각, 시청각 각각 2분으로 설정하였다. 실험 세트 구성은 표 1과 같다.
| Step 1 | 실험전 | 스트레스 측정 | 시각 | 청각 | 시청각 |
| Step 2 | 실험전 | 스트레스측정 | 시청각 | 시각 | 청각 |
| Step 3 | 실험전 | 스트레스측정 | 청각 | 시청각 | 시각 |
| Step 4 | 100s | 스트레스측정 | 400s | 520s | 640s |
그리고, 신호수집에 사용된 Hardware로는 MP35로 Biopac Student Lab Lesson 3.7.2를 사용하여 신호를 수집하였으며, 측정신호의 Interval은 200 sample/s로 1초당 200개의 신호를 수집하도록 하였다.
PPG신호 수집은 피실험자의 오른손 손가락 검지 끝 부분에 Biopac Pulse Transducer(SS4LA or SS4L)센서를 착용하여 측정하는데, 한 파형당 최대 peak값과 최저 peak값 사이의 진폭을 검출하였다. 이러한 PPG 신호의 진폭에 대한 정의는 도 4에 나타낸 바와 같다.
그리고, ECG 신호수집 또한 PPG 신호수집 방법과 같은 방법으로 Hardware로는 MP35로 Biopac Student Lab Lesson 3.7.2를 사용하여 신호를 수집하였으며, 측정신호의 Interval은 200sample/sec로 1초당 200개의 신호를 수집하도록 하였다.
ECG 신호 수집은 Biopac Electrode lead set(SS2L)을 사용하였고 데이터 수집은 AVL 방식에 따라 피실험자의 오른손을 +극 센서, 왼손을 -극 센서, 왼발을 접지 센서로 사용하였다.
심혈관 반응 중 ECG신호는 교감 신경계활동의 활성화와 연관이 있으며 이완반응에서 활성화되므로, 스트레스 측정은 ECG 파형에서 R-peak 간격을 측정하여 시계열로 데이터로 변환하여 수집하였다. 이러한 ECG 신호의 R-peak 간격에 대한 정의는 도 5에 나타낸 바와 같다.
이와 같이 본 발명에서는 MATLAB프로그램을 이용하여 PPG의 진폭(Amplitude)과 ECG의 R-R Interval을 수치화하여 통계분석을 한다. 한편, 검정변수로는 PPG 신호의 진폭과 ECG 신호의 R-R Interval을 사용하였고, 집단변수로는 스트레스 3분과 시각, 청각, 시청각을 이용한 이완효과 각 2분을 이완집단으로 나누어 분석하였다.
PPG신호의 진폭변수는 전체 데이터 중 일부를 수집하여 분석하기보다는 전체의 효과를 보기 위한 실험임으로 스트레스 3분, 시각 2분, 청각 2분, 시청각 2분의 모든 데이터를 수집하여 통계하였다.
피실험자는 20대 남성군 모집단으로 모평균과, 모표준편차로 이용하여 통계하였다. 데이터 통계에 사용한 모평균과 모표준편차의 수식은 다음과 같다.
이러한, PPG에 대한 평균과 표준편차의 데이터는 표 2와 같다(소수점 5번째 자리로 요약함).
(단위 : mV)
| 휴식상태 | 스트레스 | 시각 | 청각 | 시청각 | |
| 평균 | 2.69028 | 1.63294 | 2.76997 | 2.22055 | 2.392761 |
| 표준편차 | 0.50837 | 0.51652 | 0.14139 | 0.18075 | 0.152833 |
이러한 평균 데이터를 보면 스트레스를 가했을 때, 휴식상태와 이완상태 모두를 비교하여 현저하게 가장 낮은 진폭을 보였고, 이완효과를 보면 시각>시청각>청각 순으로 나타났다.
시각과 청각의 차이는 약 0.549 mV차이가 났고 청각과 시청각은 약 0.172 mV의 차이를 시청각과 시각은 약 0.377 mV의 차이로 청각과 시각의 차이가 가장 크게 나타났다.
휴식상태와 비교하여 보았을 때, 시각이 휴식상태보다 이완도가 높게 나왔고, 그 외 청각 시청각은 휴식상태보다는 적게 나온 것을 확인할 수 있다. 전체적인 그래프는 도 6같다.
전체적인 그래프로 보았을 때, 스트레스가 PPG에 미치는 영향은 충분히 확인할 수 있었고, 시각이 가장 휴식상태와 가깝다는 것을 알 수 있다. 하지만, PPG 센서가 너무 예민한 경우 휴식상태와 스트레스자극 측정에서 표준편차가 크게 측정되었다.
그리고, ECG에 대한 평균과 표준편차의 데이터는 다음 표 3과 같다.(소수점 5번째 자리로 요약(단위 : s))
| 휴식상태 | 스트레스 | 시각 | 청각 | 시청각 | |
| 평균 | 0.69141 | 0.66447 | 0.73713 | 0.72843 | 0.73267 |
| 표준편차 | 0.02734 | 0.02738 | 0.02104 | 0.02600 | 0.02920 |
평균데이터를 보면 PPG와 마찬가지로 스트레스를 가했을 때, 다른 집단과 비교하여 R-R간격이 현저하게 낮게 나온 것을 확인 할 수 있었고, 이완 효과로는 시각>시청각>청각 순으로 나타났다.
시각과 청각의 차이는 약 0.009 ms차이가 났고 청각과 시청각은 약 0.004 ms의 차이를 시청각과 시각의 차이도 약 0.004 ms로 나타났다.
이러한 ECG는 PPG 데이터와는 다르게 차이가 크게 나타나지 않았고, 휴식상태보다는 모두 R-R Interval이 미세하게나마 증가한 것을 확인할 수 있다. 전체적인 그래프는 도 7과 같다.
전체적인 그래프로 보면 PPG 데이터와 마찬가지로 스트레스를 받았을 때 R-R Interval이 가장 작게 나오는 것을 확인할 수 있었고 이완효과의 모든 방법들이 휴식상태보다 높게 나타났다.
전체적인 데이터를 보아, 휴식상태와 비교하여 스트레스를 받으면 ECG의 R-R 간격이나 PPG의 진폭이 감소하는 것은 확실히 알 수 있었다. 따라서 스트레스 이후의 이완효과만을 개개인으로 따로 비교했을 때, 기준으로 PPG에서 시각효과가 가장 우세한 피실험자가 약 76%, 청각효과가 8%명, 시청각효과가 16%로 나왔다.
ECG에서는 시각이 가장 이완효과가 크게 나온 실험자가 42%, 청각효과가 25%, 시청각효과가 33%로 나왔다.
ECG와 PPG 모두 시각이 우세하였으나, ECG는 크게 차이를 보이지는 않은 것을 알 수 있다.
이는 피실험자들이 경우에 따라 상대적으로 청각에 예민한 반응을 보이는 피실험자가 포함되었기에 큰 차이가 없던 것으로 보이며, 또한 시각효과 다음으로 시청각효과가 나타나는 것은 시각과 시청각효과가 섞이게 되면 시각화된다는 시각 우세성 연구에 비롯하여 나온 것으로 판단된다.
분석결과 ECG와 PPG 모두 스트레스 제시보다 높았고, 초반의 휴식상태와 비교하여도 이완효과 중 시각이 가장 우세하게 나왔으나 ECG에서는 시각과 청각과 시청각의 차이가 크게 나타나지 않았다. 이는 피실험자 중 음악을 취미로 가진 피실험자가 2명이나 존재하여 청각효과에 보다 예민하게 반응한 것으로 사료되며, PPG와 ECG데이터 모두 이완효과 중 시각효과 다음으로 시청각효과가 나타났다. 이는 김보성 등(2009) 이전 연구에서 시청각효과와 시각효과는 시각우세성으로 시각과 시청각은 거의 비슷하다는 연구의 결과 때문이라고 생각된다.
도 8은 본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법은 도 8에 나타낸 바와 같이, 피실험자에게 도 1에 나타낸 바와 같은 PPG센서와 ECG 전극을 연결한다(S10).
이어서, 피실험자에 대해 설정된 시간동안 휴식상태의 PPG 신호와 ECG 신호 수집한다(S30). 이때, 약 100초간 휴식상태의 PPG 신호와 ECG 신호 수집할 수 있다.
그 다음 피실험자에 대해 설정된 시간 동안 스트레스를 제공한다(S50). 이때, 180초간 사칙연산 관련 암산 스트레스 환경을 제공할 수 있다.
그리고, 해당 시간 동안 피실험자에 대해 스트레스 상태의 PPG 신호와 ECG 신호를 수집한다(S70).
이어서, 피실험자에 대해 설정된 시간동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료를 랜덤하게 제공한다(S90). 이때, 랜덤하게 제공하는 이유는 동일한 피실험자에 대해 동일한 순서로 스트레스 완화 자료를 제공하는 경우 학습 효과에 따른 스트레스 완화 효과가 발생할 수 있어 스트레스 완화 효과를 제거하기 위한 것이다. 이러한 자료 제공은 각각 120초간 제공하며 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 시각, 청각 및 시청각 자료를 제공할 수 있다.
그 다음 해당 피실험자에 대해 시각, 청각 및 시청각 이완 자료 제공에 따른 PPG 신호와 ECG 신호를 수집한다(S110).
그리고 수집된 데이터에 따라 PPG신호와 ECG신호에 대한 시각, 청각 및 시청각 스트레스 완화도 분석하고 해당 분석 데이터를 저장한다(S130).
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : ECG 전극 12 : ECG 검출회로부
20 : PPG 센서(20) 22 : PPG 검출회로부
30 : 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부
31 : 제1A/D변환부 32 : 제2A/D 변환부
33 : 피크치 추출부 34 : 특징 추출부
35 : 분석부 36 : 저장부
37 : 제어부
20 : PPG 센서(20) 22 : PPG 검출회로부
30 : 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석부
31 : 제1A/D변환부 32 : 제2A/D 변환부
33 : 피크치 추출부 34 : 특징 추출부
35 : 분석부 36 : 저장부
37 : 제어부
Claims (5)
- 피실험자에게 실험센서와 실험전극을 연결하는 단계(S10);
상기 피실험자에 대해 설정된 제1시간 동안 휴식상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계(S30);
상기 피실험자에 대해 설정된 제2시간 동안 스트레스환경을 제공하는 단계(S50);
상기 피실험자에 대해 스트레스 상태의 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계(S70);
상기 피실험자에 대해 설정된 제3시간 동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료 중 하나 이상을 제공하는 단계(S90);
상기 피실험자에 대해 시각, 청각 및 시청각 이완 자료 제공에 따른 센서신호와 전극신호를 수집하는 단계(S110) 및
상기 수집된 데이터에 따라 상기 센서신호와 전극신호에 대한 시각, 청각 및 시청각 스트레스 완화도 분석하고, 해당 분석 데이터를 저장하는 단계(S130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실험 센서는 PPG(Photoplethysmography)센서이고, 상기 실험전극은 ECG(Electrocardiogram) 전극인 것을 특징으로 하는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법. - 제2항에 있어서,
상기 PPG 신호는 상기 피실험자의 오른손 손가락 검지 끝 부분에 Biopac Pulse Transducer(SS4LA or SS4L)센서를 착용하여 측정하고,
상기 ECG 신호는 Biopac Electrode lead set(SS2L)을 사용하고 상기 피실험자의 오른손을 +극 센서, 왼손을 -극 센서, 왼발을 접지 센서로 하여 200sample/sec로 1초당 200개의 신호를 수집하여 측정한 것을 특징으로 하는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법. - 제1항에 있어서,
상기 피실험자에 대해 설정된 제3시간 동안 스트레스 이완을 위하여 시각, 청각 및 시청각 자료 중 하나 이상을 제공하는 단계(S90)에서 상기 시각, 청각 및 시청각 자료는 동일 피실험자에 대해 동일하게 제공하는 것을 특징으로 하는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1시간은 100초이고,
상기 제2시간은 180초이며,
상기 제3시간은 상기 시각, 청각 및 시청각 자료 각각에 대해 랜덤하게 120초인 것을 특징으로 하는 시각, 청각 및 시청각의 스트레스 완화도 분석 방법.
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| KR20220074744A (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-03 | 배익렬 | 안정시의 심전도 파형에 대응하는 음원을 이용한 운전자 스트레스 완화 시스템 |
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