KR20130142412A

KR20130142412A - 휴대용 호흡 이완 장치

Info

Publication number: KR20130142412A
Application number: KR1020120065614A
Authority: KR
Inventors: 강승완; 황민철; 김대근
Original assignee: 상명대학교서울산학협력단
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-30

Abstract

바이오피드백에 기초한 휴대용 호흡 이완장치에 관해 개시된다. 호흡 이완 장치는: 사용자의 혈류 변화를 촬영하기 위한 디지털 카메라; 상기 혈류 변화의 영상으로부터 맥박수를 추출하고, 맥박 수에 기초한 호흡수 및 리듬을 산출하는 회로부; 상기 사용자에게 상기 권장 호흡을 시각적으로 제시하는 디스플레이; 그리고 상기 디지털 카메라, 프로세서 및 디스플레이를 내장하는 본체; 를 구비한다.

Description

휴대용 호흡 이완 장치{portable breath relaxation device}

본 발명은 호흡 이완 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 맥박 측정에 기초하는 호흡 이완 및 이에 따른 감성 이완을 유도하는 휴대용 호흡 이완 장치에 관련한다.

종래 호흡 이완 기기는 사용자의 맥박이나 실제 호흡 수에 관계 없이 기설정된 기준으로 호흡을 유도하도록 되어 있다. 이것은 사용자의 호흡 이완을 휴대용 기기에 접목했으나, 이는 실제 호흡을 피드백 하여 호흡 이완을 효과적으로 유도 할 수 없고 런타임 중 호흡수의 조절이 안 되는 등의 한계가 있다. 특히 사용자의 실제 호흡에 무관하게 일방적인 리듬만 제시되므로 호흡에 대한 훈련유도에 제한점이 많다.

KR

10-2007-0028746

A

본 발명은 사용자의 실제 호흡을 고려하여 사용자의 호흡을 효과적으로 안정화 시키는 호흡 이완 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 호흡 이완 장치: 는

사용자의 혈류 변화를 촬영하기 위한 디지털 카메라;

상기 혈류 변화의 영상으로부터 맥박을 추출하고, 맥박 간격에 기초한 호흡 리듬을 산출하는 회로부;

상기 사용자에게 권장 호흡을 시각적으로 제시하는 디스플레이; 그리고

상기 디지털 카메라, 프로세서 및 디스플레이를 내장하는 본체; 를 구비한다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 디지털 카메라는 상기 본체에 내장되는 후레쉬와 촬상 센서를 포함한다.

본 발명의 구체적인 다른 실시 예에 따르면, 상기 디스플레이에는 측정된 상기 맥박수를 표시하는 맥박 표시부와 맥박 간격에 기초하여 추출된 사용자의 호흡 수를 표시하는 측정치 표시부를 포함하는 측정 표시부가 포함된다.

본 발명의 구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 디스플레이에는 상기 권장 호흡수를 표시하는 권장 호흡 표시부를 포함한다.

본 발명의 구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 측정 호흡 표시부와 권장호흡 표시부가 별도의 GUI(Graphic User Interface)에 포함된다.

본 발명의 구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 측정호흡 표시부와 권장호흡 표시부를 일정한 주기로 반복 표시된다.

본 발명의 구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 권장호흡 표시부는 폐의 호흡동작을 나타내는 애니메이션을 포함할 수 있다..

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치의 개략적 내부 구성을 보이는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치의 측정을 통한 훈련(이하, 측정 훈련) 모드에서의 GUI(Graphic User Interface)를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치의 측정이 없는 훈련(이하, 무측정 훈련) 모드에서의 GUI(Graphic User Interface)를 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치에서 맥파의 주기를 검출하는 기준을 설명하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치에서 디지털 카메라를 이용해 맥파를 산출하는 과정의 일례를 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치에서 맥파의 증감으로부터 호흡수를 검출하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 호흡 이완 장치에서 훈련 호흡을 위한 애니메이션의 일례를 예시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 호흡 이완 장치의 구체적인 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 호흡 이완 장치의 일 실시 예를 도시하며, 도 2는 맥박측정 및 호흡 유도에 의한 호흡 이완 구조를 개략적인 구조를 보이는 블록 다이어그램이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 호흡 이완 장치(10)는 하나의 본체(11)에 디지털 카메라(12), 디스플레이(13), 다수의 작동 버튼(14a, 14b, 14c) 등을 포함하는 콘트롤러(14)가 설치된 휴대용 단말 장치의 구조를 가진다. 이 단말 장치로 예를 들어 어플리케이션의 실행이 가능한 휴대용 스마트폰이 채용될 수 있으며, 경우에 따라서는 전용 단말 장치를 이용할 수도 있다. 상기 디지털 카메라(12)는 반도체 후레쉬(12a) 및 촬상 소자(12b)를 포함한다. 상기 반도체 후레쉬(12a)는 주변이 어두운 경우 작동하며, 주변이 밝은 경우 사용되지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스마트폰이나 전용단말장치 형태의 호흡 이완 장치(10)는, 상기 어플리케이션을 수행하고 상기 디지털 카메라(12)를 제어하여 이로부터 정지영상 또는 동영상을 획득하는 프로세서(CPU), 메모리 장치(MEM) 등을 포함하는 회로부(15)가 내장된다. 이러한 회로부(15)는, 상기 디지털 카메라(12)를 이용해 획득된 사용자의 손가락, 예를 들어 검지(22) 안쪽의 피하 혈관의 동영상에 기초하여 사용자의 맥박 간격을 통해 계산된 측정 호흡을 표시하거나 사용자의 측정 호흡 주기를 고려한 권장 호흡을 그래프 또는 애니메이션의 형태로 표현되는 인터페이스 화면을 디스플레이(13)를 통해 표시하여 사용자가 눈(21)을 통해 이를 모니터링할 수 있도록 한다. 이러한 디스플레이(13)는 포인팅 장치(Pointing device)가 내장된 일반적인 터치 스크린의 구조를 가진다. 따라서 디스플레이(13)의 GUI(Graphic User Interface) 상에 프로그램 작동을 위한 그래픽 버튼 등을 구현할 수 있다.

도 3 및 도 4는 상기 GUI의 실시 예들로서, 권장 호흡 유도를 위한 두 개의 GUI(Graphic User Interface) 화면을 예시한다. 도 3은 실제 맥박 측정 및 이를 근거한 사용자로부터 측정된 호흡과 사용자를 위한 권장 호흡을 표시하는 측정 화면이며, 도 4는 권장 호흡 표시를 통한 무측정 훈련 화면이다.

먼저 도 3을 참조하면, 디스플레이(13) 위로부터 사용자로부터 측정된 실제 맥박을 표시하는 맥박 표시부(13a), 측정된 맥박으로부터 산출된 실제 호흡(들숨과 날숨)을 사인파의 형태(예를 들어 증가->들숨, 감소->날숨)로 표시하는 호흡 표시부(13b)가 마련된다. 그리고 그 밑에는 측정된 심장박동과 가슴의 심장박동간의 시간 지연을 보상하기 위한 룰렛 타입 또는 슬라이더형 지연 보상 콘트롤(13c), 실제 측정된 분당 심장 박동수와 측정된 호흡수를 BPM(beat per minute)표시하는 측정치 표시부(13d) 가 위치한다. 한편, 디스플레이(13) 상의 GUI의 좌하단 가까이에는 모드 전환번튼(13e) 및 선택된 모드의 시작 및 중지를 제어하기 위한 작동 버튼(13f)이 마련된다.

도 4는 사용자의 호흡의 별도 측정이 없이 훈련하기 위한 GUI이다. 이 GUI는, 권장호흡을 들숨과 날숨으로 나누어 유도하는사인파형 등의 훈련호흡 표시부(13g)와 호흡 주기를 표시하는 훈련호흡 주기 표시부(13h)를 포함한다.

도 5는 상기와 같은 장치와 GUI를 이용한 권장 호흡 유도방법의 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 도 1에 도시된 호흡 이완 장치(10)에서, 사용자의 조작에 의해 어플리케이션의 동작이 시작되면(S01), 기본적인 GUI로서, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 측정 모드의 GUI가 표시된다. 기본적인 GUI에서 모드선택 버튼은 디폴트 설정에 따라 "측정훈련"으로 표시되며, 따라서 어플리케이션은 측정훈련 모드로 이행한다(S5D). 측정모드로 진입한 후, 작동 버튼(13f)이 눌리면 후레쉬(12a)가 점등하다(S06). 이때에 밝은 곳에 위치하여 별도의 조명이 필요 없는 경우 후레쉬(12a)는 점등하지 않으며, 또한 주변광의 밝기에 무관하게 사용자가 임의 선택에 의해 작동되게 할 수 도 있다. 이에 이어 디지털 카메라(12)의 촬상 소자(12b)로부터 얻어지는 동영상 이용한 맥박/호흡의 측정(S07)이 수행된다. 그 결과, 디스플레이(13) 상에 맥박/호흡 그래프 및 숫자가 표시 또는 갱신되어 사용자에게 제시된다. 이후 사용자의 조작에 의해 측정훈련 모드가 종료될 수 있다. 또한, 사용자의 조작에 의해 모드가 무측정 훈련 모드가 선택된 경우, 무측정 모드(S12)로 이행하며(S12), 디스플레이(13)에는 예를 들어 도 4와 같은 훈련 화면인 GUI가 표시된다. 이때에 호흡 주기 표시부(13h)에는 직전의 측정되었던 호흡주기가 표시될 수 있다. 사용자는 직전에 측정되었던 호흡 주기에 기초하는 목표 호흡수를 슬라이더형 호흡수 조절 콘트롤(13i)을 이용하여 조절할 수 있으며(S13), 조절된 호흡수에 상응하는 사인파형의 연습 호흡 파형이 출력되어(S14), 사용자는 이를 보면서 호흡 연습을 행한다. 상기 모드를 확인하는 단계의 이후의 과정은, 사용자의 추가적인 조작이 없는 한, 선택된 모드에 대응하는 프로세서가 무한 반복 수행된다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 모드가 주기적으로 자동 전환(토글)되도록 함으로써, 바이오피드백이 수행되는 즉, 실제 호흡의 측정 및 그 결과를 반영한 호흡 훈련이 반복되게 할 수 도 있다. 바이오피드백은 측정훈련모드에서 실시간으로 구현되며, 무측정호흡훈련모드는 바이오피드백을 적용하지 않는다. 그리고 측정호흡을 무측정훈련에 적용하는 것도 실시간은 아니지만 크게 보면 바이오피드백이라고 볼 수 도 있다.

또한, 무측정 모드에서 상기 무측정 호흡 파형은 실제 호흡을 모사하여 호흡 시 폐의 수축을 나타내는 도 9에 도시된 바와 같은 애니메이션으로 대체될 수 도 있다. 도 9는 인체의 폐를 도시하고 있으며, 그 부분에 어두운 부분의 크기가 폐의 영역 내에서 화살표 방향으로 확장-수축을 반복하는 것으로 훈련 호흡의 모범을 보이며, 이를 통해서 사용자가 따라서 할 수 있도록 한다. 이러한 표시 화면의 유형이나 상기와 같은 루틴은 본 발명의 기술적 범위 내에서 적절히 수정될 수 있으며, 이러한 수정은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.

위의 과정에서, 맥박의 측정은 사용자의 검지를 통해 할 수 있으며, 이때에 디지털 카메라(12)의 후레쉬(12a)의 동작이 필요할 수 있다. 맥박의 측정은 혈류량의 변화로부터 얻어지는데, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 혈류량의 피이크-피이크의 간격(주기, T)를 얻고, 이 주기로부터 맥박의 증감에 동기하는 사용자의 호흡수를 계산한다. 한편, 맥박의 측정의 지연에 따른 실제 맥박과 측정 맥박의 사이에는 지연(delay)가 존재하며, 이는 딜레이 보상 슬라이더(13c)로 조정하여 두 신호의 주기를 GUI 상에서 일치시킨다.

한편, 맥박측정 및 호흡측정 알고리즘은 도 7을 참조하며 아래에 설명한다. 측정이 시작되면, 혈류의 촬영이 이루어진다(S22). 이때에 주변이 어두우면 후레쉬(12a)가 작동한 상태(S21)에서 촬영이 이루어 진다. 촬영된 일정 기간, 예를 들어 5초간의 동영상은 버퍼메모리에 저장되며(S23), 이후, 버퍼메모리 상의 동영상 정보로부터 프레임 단위의 정지영상을 추출한 후 전체영상 영역 내에서 맥류의 변화가 나타나는 유효영역을 판단한다(S25). 유효영역이 결정되면, 이 영역 안에서의 픽셀 단위 RGB 값을 산출한 후(S26) 프레임 단위로 유효영역 내의 픽셀들의 RGB 값을 합한다(S27). 그리고 프레임 단위의 RGB 값의 변화, 특히 피이크-피이크의 간격을 검출한 후(S28), 이를 맥박 주기로 결정한다(S29). 여기에서 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 촬영 시 흑백 모드로 동영상을 획득하고, 따라서, 프레임 단위로 밝기의 변화 검출을 통해 맥박 주기를 산출할 수 도 있다. 한편, 호흡의 주기 판단은 맥박 주기의 변화로부터 얻어지는데, 맥박의 주기가 소-밀-소밀의 형태로 파형이 변화하게 되는데 줄었다가 늘어나는(밀-소) 시점을 날숨이 시작되는 것으로 판단하며, 그 반대(밀-소)는 들숨으로 판단한다. 이와 같은 방법은 촬영된 시간 동안의 호흡의 리듬 즉, 날숨의 간격 또는 들숨간격을 측정하고, 이를 이용해 호흡수를 결정한다. 여기에서 바람직하게는 들숨의 간격을 측정한다. 이는 날숨의 간격에 비해 들숨의 간격을 측정하는 것은 호흡수를 계산하는데 더 정확하기 때문이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 디지털 카메라를 내장하는 휴대용 단말기, 예를 들어 스마트폰을 이용하여 측정된 호흡을 통한 호흡 조절이 가능하게 된다. 이러한 본 발명은 실제 호흡과는 무관하게 일방적으로 권장 호흡이 제시되는 종래의 방법과 비교된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 호흡 이완 장치
11: 본체
12: 디지털 카메라
12b: 촬상 소자
12a: 후레쉬
13: 디스플레이
13a: 맥박 표시부
13b: 호흡 표시부
13c: 슬라이더형 지연 보상 콘트롤
13d: 측정치 표시부
13i: 슬라이더형 호흡수 조절 콘트롤
13g: 권장 표시부
13f: 작동 버튼
13h: 주기 표시부
14: 콘트롤러
15: 회로부
14a, 14b, 14c: 작동 버튼

Claims

사용자의 혈류 변화를 촬영하기 위한 디지털 카메라;
상기 혈류 변화의 영상으로부터 맥박수를 추출하고, 맥박 수에 기초한 측정 호흡 수를 산출하는 회로부;
상기 사용자에게 상기 호흡을 시각적으로 제시하는 디스플레이; 그리고
상기 디지털 카메라, 프로세서 및 디스플레이를 내장하는 본체; 를 구비하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제1항에 있어서,
상기 디지털 카메라는 상기 본체에 내장되는 후레쉬와 촬상 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디스플레이에는 측정된 상기 맥박수를 표시하는 맥박 표시부와 맥박수에 기초하여 추출된 사용자의 호흡 수를 표시하는 측정치 표시부를 포함하는 측정 표시부가 포함되는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 디스플레이에는 상기 권장 호흡수를 표시하는 권장 호흡 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제4항에 있어서,
상기 측정 호흡 표시부와 권장호흡 표시부가 별도의 GUI(Graphic User Interface)에 포함되는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제5항에 있어서,
상기 측정호흡 표시부와 권장호흡 표시부를 동시에 표시하는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제6항에 있어서,
상기 권장호흡 표시부는 폐 또는 복부의 호흡동작을 나타내는 애니메이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.
제4항에 있어서,
상기 훈련호흡 표시부는 폐 또는 복부의 호흡동작을 나타내는 애니메이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 호흡 이완 장치.