KR20160094770A

KR20160094770A - 스트레스 완화를 위한 최적호흡의 검출 방법 및 이를 적용하는 시스템

Info

Publication number: KR20160094770A
Application number: KR1020150016190A
Authority: KR
Inventors: 황민철; 이정년; 김혜진; 이양우; 박민지
Original assignee: (주)감성과학연구센터
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-10
Also published as: KR101731621B1; KR101731621B9

Abstract

최적호흡유도방법 및 장치에 대해 기술한다. 방법은: 서로 다른 주기로 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 단계; 상기 호홉 유도 단계에서, 사용자가 주어진 주기의 호흡을 유지하는 동안, 사용자의 맥파 신호를 검출하는 단계; 상기 맥파 신호를 분석하여 사용자의 최적 호흡에 대응하는 특정 성분을 검출하는 단계; 상기 특정 성분을 이용하여 해당 사용자의 최적 호흡 주기로 판단하는 단계; 그리고 상기 최적 호흡 주기로 상기 사용자의 호흡을 유도하는 단계;를 포함하는 최적 호흡 유도 방법.

Description

스트레스 완화를 위한 최적호흡의 유도 방법 및 이를 적용하는 시스템{Induction method of Optimal Breathing for Stress Relaxation and system adopting the method}

본 발명은 최적화된 호흡의 유도에 의해 스트레스를 완화하는 방법 및 이를 적용하는 시스템에 관한 것이다.

감정노동자가 느끼는 스트레스는 인체에 부정적 영향을 준다. 특히 눈동자, 피부, 그리고 심장과 같은 자율신경계에 영향을 받는 신체기관의 경우 스트레스에 즉각적으로 반응 한다. 이러한 스트레스는 인체에 지극히 유해하며 따라서 이를 완화내지는 해소할 수 있는 방안이 요구된다.

기존의 방법에는 사용자의 맥박수를 낮추기 위해 화면상에 일정한 기준의 최적의 호흡을 시각적으로 표시하여, 사용자가 호흡 조절을 통해 적정 맥박을 유지하도록 하는 방법이 있다.

호흡 유도 휴대 단말기 및 상기 휴대 단말기의 호흡 유도방법(출원인: 삼성전자주식회사, 등록번호/일자: 1006536440000 (2006.11.28)에서는 사용자의 날숨 소리 또는 상기 날숨 시 발생하는 온도 변화를 감지하여 상기 사용자의 호흡 파형을 측정하고, 상기 호흡 파형으로부터 상기 사용자의 호흡 정보를 산출하며, 상기 호흡 정보가 상기 사용자의 평상시 호흡 정보와 상이한 경우, 상기 사용자에게 상기 평상시 호흡 정보에 따른 호흡을 유도하는 호흡 유도 단말기를 개시한다.

호흡을 유도하여 이완 효과를 제공하기 위한 방법 및 장치(출원인: ㈜더힘스, 경희대학교 산학협력단, 등록번호/일자: 1009431800000 (2010.02.11))에서는 사용자의 현재 호흡 상태를 측정하여 표시하는 측정 단계, 이완효과가 유도되도록 사용자의 상태에 맞는 호흡 주기와 방법을 제시하고 이를 이용하여 연습하는 트레이닝 단계, 의식을 집중하고 이완 효과를 극대화하기 위하여 소정의 감각적인 자극을 사용자에게 제공하는 자극 단계, 및 측정된 호흡 상태 및 이완 효과를 표시하는 지표를 사용자에게 제공하는 바이오피드백 단계를 포함하는 방법을 제시한다. 여기에서, 트레이닝 단계는 트레이닝 개시 이전에 긴장을 완화시키기 위한 스트레칭, 음악, 영상 등 적어도 하나를 제공하고, 사용자에게 적합한 호흡 주기 및 호흡 패턴을 제공하는 준비 단계 및 제공된 호흡 주기 및 패턴에 따라서 호흡하도록 유도하는 메인 워크아웃 단계가 포함된다.

실시간으로 정확한 호흡상태 인지가 가능한 호흡훈련방법 및 호흡훈련장치(등록번호/일자: 1011846840000 /2012.09.14)에서는 호흡훈련장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실시간으로 심박 분포그래프를 그리도록 하는 구성을 통해 보다 정확한 호흡훈련을 할 수 있도록 유도할 수 있는 실시간으로 정확한 호흡상태 인지가 가능한 호흡훈련 방법 및 호흡훈련장치를 개시한다. 여기에서 현재 사용자가 호흡을 진행하는 동안 제대로 호흡을 하고 있는지 심박의 상태를 사용하여 실시간으로 모니터링을 통해 사용자에게 현재 적절한 호흡을 하고 있는 여부를 피드백해주도록 하고 있다.

심장박동 데이터에 기초하여 호흡조절을 유도하기 위한장치 및 방법(등록번호/일자: 1008554730000 /2008.08.26)에서는 심장박동수 및 스트레스지수 중 적어도 하나에 기초하여 기준시간당 적정 호흡수를 결정하고, 심장박동수 또는 적정 호흡수에 기초하여 사용자의 호흡조절을 유도하는 방법을 제시한다. 여기에서, 심장박동에 따라 변화하는 사용자의 신체정보로부터 얻어진 심장박동률 변동 전력 스펙트럼 및 심장박동수를 포함하는 심장박동 데이터를 제공하고, 상기 심장박동 데이터를 주파수 영역별로 분석하여 교감신경의 활성도와 부교감신경의 활성도를 산출하고, 두 활성도의 비로부터 스트레스 지수를 형성하고, 상기 심장박동수 및 상기 스트레스지수 중 적어도 하나에 기초하여 기준시간당 적정 호흡수를 결정하고, 상기 호흡조절 유도장치는 상기 사용자로부터 희망 호흡수를 입력받고, 상기 심장박동수, 상기 적정 호흡수 및 상기 희망호흡수 중 어느 하나에 기초하여 상기 사용자의 호흡조절을 유도하도록 한다. 이 방법에서, 정 호흡수에 판단은 심작 박동수와 상기 스트레스 지수를 통해 판단하고 사용자로 하여금 희망호흡수를 입력 받아 적정호흡수와 희망 호흡수의 차이를 통해 사용자의 호흡 승인 여부를 결정, 예를 들며 사용자가 심장 박동이 빠르면 호흡수는 적게 하도록 하고, 느리면 호흡수를 늘려주는 방식, 스트레스 지수도 낮으면 호흡수를 늘려주고 높으면 호흡수를 줄이는 방식이다.

이들 모든 선행기술은 단순히 호흡을 통해서 심박수(HR, Heart Rate)를 낮추는 것에 불과하며, 효과적으로 개인별 호흡이나 심장박동에 대응하지 못하며, 스트레스를 이완시키기에는 역부족이다.

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10-2007-0028746

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[1] Cabiddu, R,, Cerutti, S., Viardot, G., Werner S., and Bianchi A.M.(2012), "Modulation of the sympatho-vagal balance during sleep: frequency domain study of heart rate variability and respiration", Front. Physio., Vol. 3, 45. [2] Berntson, G. G., Cacioppo, J. T., and Quigley, K.S.(1993), "Respiratory sinus arrhythmia: Autonomic origins, physiological mechanisms, and psychophysiological implications", Psychophysiology, Vol.30, No.2, pp.183-196 [3] Halamek, J., Kara, T., Jurak, P., Soucek, M., Francis, D. P., Davies, L. C., Shen, W. K., Coats, A. J., Novak, M., Novakova, Z., Panovsky, R., Toman, J., Sumbera, J., and Somers, V. K. (2003). "Variability of phase shift between blood pressure and heart rate fluctuations: a marker of short-term circulation control", Circulation, Vol. 108, No.3, pp.292-307. [4] Hammer, P. E., and Saul, J. P. (2005). "Resonance in a mathematical model of baroreflex control: arterial blood pressure waves accompanying postural stress", American Journal of Physiology Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, Vol. 288, No. 6, R1637-1648.

본 발명은 효과적으로 스트레스를 완화할 수 있는 방법 및 이를 적용하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 개인별 호흡 주기에 기초하여 사용자가 겪고 있는 스트레스를 효과적으로 완화 또는 해소할 수 있는 방법과 이를 적용하는 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 방법:은

서로 다른 주기로 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 단계;

상기 호홉 유도 단계에서, 사용자가 주어진 주기의 호흡을 유지하는 동안, 사용자의 맥파 신호를 검출하는 단계;

상기 맥파 신호를 분석하여 사용자의 최적 호흡에 대응하는 특정 성분을 검출하는 단계;

상기 맥파 성분에 대응하는 호흡 주기를 해당 사용자의 최적 호흡 주기로 판단하는 단계; 그리고

상기 최적 호흡 주기로 상기 사용자의 호흡을 유도하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 호흡 유도 단계:는 음성 또는 영상을 통해 사용자의 호흡을 유도할 수 있다.

본 발명의 구체적인 다른 실시 예에 따르면, 서로 다른 주기로 호흡을 유도하면서 추출한 맥파 신호들로부터 PRV 스펙트럼을 추출하는 단계; 상기 스펙트럼으로부터 파워 피이크를 구하는 단계; 파워 피이크 중 최고(도미넌트) 성분을 추출하는 단계; 그리고

상기 최고 성분을 가지는 스펙트럼에 대응하는 호흡 주기를 최적의 호흡으로 결정한다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정한다. 제3항에 있어서,

위의 식에서, X는 PRV의 주파수 범위, 예를 들어 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다.

본 발명에 따른 최적 호흡 유도 시스템:은 상기 본 발명에 따른 최적 호흡 유도 방법을 적용하는 것으로,

사용자로부터 맥파 신호를 검출하는 PPG 센싱 장치;

상기 맥파 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하는 프로세싱 장치; 그리고

사용자에게 호흡 진단 및 호흡 훈련을 위한 정보를 표시하는 디스플레이;를 포함한다.

본 발명에 따른 시스템에 있어서,

상기 음성 또는 영상을 통해 사용자의 호흡을 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예에 따르면, 상기 맥파 신호들로부터 PRV 스펙트럼을 추출하고, 상기 스펙트럼으로부터 파워 피이크를 구하고, 그리고 파워 피이크 중 최고(도미넌트) 성분을 추출하고, 상기 최적 호흡을 상기 최고 성분을 가지는 스펙트럼에 대응하는 호흡 주기를 최적의 호흡으로 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예에 따르면, 아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 방법 또는 이를 적용하는 시스템의 기능적 흐름도이다.
도2는 도1의 흐름도를 부연 설명하는 시스템 순서도이다.
도 3a 내지 도 3f는 각 단계별 인터페이스 화면을 예시한다.
도4는 본 발명에 따른 최적 호흡주기를 판별하는 과정의 일 례를 보이는 블록다이어그램이다
도5는 측정된 PPG 신호에서 PPI 검출을 예시하는 그래프이다.
도6은 여러 호흡에서의 파워 값의 변화를 나타내 보이며, 이중에서 최적 호흡(Optimal RSP)에서의 피이크 파워를 보인다.
도7은 최적 호흡으로 사용자가 호흡 연습할 때의 호흡 변화를 예시하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서서 본 발명에 다른 최적의 호흡 유도 방법 및 이를 적용하는 장치의 실시 예를 설명한다.

본 발명은 사용자의 규칙적 호흡 주기인 최적 호흡 주기를 찾아주고, 그 주기를 반복적 훈련이 가능하도록 하여 사용자의 부교감 활성화를 일으키고 노드아드레날린(nodadrenaline)에 분비를 통해 사용자가 편안한 상태를 느끼도록 유도한다.

호흡과 심장박동은 밀접한 상관관계를 가지고 있다. 둘은 모두 미주신경(迷走神經, Vagus Nerve)의 영향을 받는 기관으로, 다수의 문헌에서도 양자 간의 높은 상관성이 있다는 것을 연구를 통해 입증하였다. Cabiddu 등(2012)의 연구에서는 수면 중의 HRV(Heart Rate Variability)와 호흡의 미주신경의 조화(Balance)를 실험하였다. 11명의 피실험자를 대상으로 NREM(Non-Rapid Eye Movement) 상태와 REM(Rapid Eye Movement) 상태일 때의 둘의 상관 관계를 비교하였을 때 고주파 대역(HF, High Frequency)과 호흡간의 상관관계가 높았으며, 깊은 수면상태인 NREM 일 때 더 조화상태가 높은 것을 확인할 수 있었다. RSA(Respiratory sinus arrhythmia)는 호흡으로 인해 발생하는 미주신경 음(迷走神經音, Vagal tone)의 변화를 의미한다. 특히, 들숨과 날숨에 의한 변화가 크게 나타나는데 들숨 시의 미주신경 음과 날숨시의 미주신경 음이 큰 차이가 난다. 이는 호흡으로 인한 심장에 공급되는 이산화탄소 량의 차이에 그 원인이 있다. 날숨은 혈중 이산화탄소를 증가시켜 탄산과다증(Hypercapnia)을 발생시킨다. 탄산과다증은 심장의 CPG(Central Pattern Generator)를 자극(excite)한다. 이 과정의 반복을 통해 심장박동 리듬의 변화가 발생하게 된다(Bemtson et al, 1993) 최적호흡에 대한 정의는 자율신경계에서 발생하는 동기화된 리듬(Resonant frequency)에 맞춰 호흡을 하는 것을 의미한다. 심장박동에서의 동기화된 리듬은 0.01~0.15Hz대역에서 관찰할 수 있으며, 주로 분당 5~7회기의 움직임을 보인다(Halamek et al., 2003; Hammer and Saul, 2005). 호흡에서의 동기화된 리듬은 심장의 리듬과 유사하게 분당 5~7회기의 움직임을 보이고 있지만 심리적 요인 또는 운동과 같은 영향을 받아 변화될 수 있다. 이때 동기화된 리듬은 심장박동의 경우 사람이 인위적으로 조절하기 힘들기 때문에 심장박동을 기준으로 사용한다. 결론적으로 본 발명에 따른 최적호흡 유도방법은 의식적으로 조절 가능한 호흡을 심장박동에 내재된 자율신경계에 동기화된 리듬에 맞추는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 방법 또는 이를 적용하는 시스템의 기능적 흐름도이다.

방법 및 시스템이 작동을 시작하면(S11), 사용자는 사용자 계정 및 비밀번호시스템 입력을 통해 로그인(Login)을 수행한다(S12). 로그인 단계는 최초 사용자가 접하게 되는 계정 및 비밀 번호 입력을 위한 인터페이스 화면의 제시를 포함하며, 이 인터페이스는 시스템의 계속 사용 또는 정지(S13)를 결정하는 컨트롤러로서 "버튼"을 포함할 수 있다. 사용자의 로그인이 완료되면, 해당 계정으로부터 개인 정보를 가져오며, 새롭게 시도된 로그인 정보 및 앞으로 수행되는 진단과정(S15) 및 트레이닝 과정(S16) 얻을 결과를 이력으로서 계정별 데이터 베이스에 기록하고, 그리고 이를 사용자가 볼 수 있도록 화면에 표시한다(S14). 상기 진단과정(S15)에서는 사용자 별 최적의 호흡수 또는 호흡 주기를 추출하며, 트레이닝 과정(S16)에서는 최적 호흡 주기를 이용한 훈련이 이루어지며, 이 과정에서 얻어진 PPG(맥파, Photo PlethysmoGraph), PRV(Pulse Rate Variability), HR(Heart Rate) 등의 정보를 이력 정보(History)에 기록한다.

도2는 도1의 흐름도를 부연 설명하는 시스템 순서도이며, 도 3a 내지 도 3f는 각 단계별 인터페이스 화면을 예시한다.

도2를 참조하며, 사용자는 사용자 정보를 입력하여 시스템에 접근하며 디폴트(Default)로 초기 기록보기 화면(GUI, 그래픽 유저 인터페이스)를 보게 된다.

본 발명에 따른 시스템을 사용하는 유저는 이미지 및 버튼, 체크박스, 콤보박스, 라디오 버튼 등의 다양한 콘트롤러가 표시 또는 제시된 초기 기록 보기 화면에서 특정 콘트롤러, 예를 들어 진단 기능 시작 콘트롤러, 예를 들어 시작 버튼의 클릭 (이벤트)를 통하여 진단 단계(S15)로 이행(S23)할 수 있게 설계되었다.

진단 과정(S15)을 완료 후, 사용자는 클릭을 통해 훈련 단계 또는 모드(S16)를 사용할 수 있으며 진단을 통해 발생된 결과, 예를 들어 진단 날짜(Date), PPG, BPM 등을 기록 보기(S13)에서 확인이 가능하도록 데이터를 반환해 줄 수 있다(S25). 그리고, 사용자가 진단 과정(S15) 완료 후, 자동적으로 또는 사용자의 마우스 클릭 등을 통해 훈련 과정(S16)으로 이행(S24)하며, 이때에 최적 호흡주기 값이 전달된다.

훈련 과정(S16)에서 사용자는 진단 과정(S15)에서 전달된 최적 호흡주기 값을 통해 시스템에서 제공되는 시각 콘텐츠 또는 시각 및 음성 콘텐츠를 통해 훈련과정(S16)을 수행할 수 있다. 훈련 과정이 종료 후 발생된 결과들은 기록 모드(S13)에 데이터들을 반환(S22)하여 사용자가 확인할 수 있도록 설계되었다.

한편, 기존의 진단 과정을 통해 얻어진 기록 데이터 상의 최적호흡주기를 가지고 있는 사용자는 기록보기 모드(S13)에서 바로 버튼 클릭을 통해 훈련 과정(S16)로 진단 과정 수행 없이 직접 이행 할 수 있다(S21). 이때에 디폴트 벨류(Default Value)로서 기획득한 최적호흡주기 값(Selected Optimal RSP Cycle value)을 훈련 과정 또는 훈련 모드(S16)로 전달해주며, 사용자는 전달된 최적 호흡주기 값을 통해 시스템에서 제공되는 시각 콘텐츠, 또는 시각 및 음성 콘텐츠를 통해 훈련 모드(S16)를 수행할 수 있다.

훈련 과정(S21)이 종료 후 발생된 결과들은 기록 모드(S13)에 데이터들을 반환(S22)하여 사용자가 확인할 수 있도록 하며, 여기에서 곧 바로 로그 아웃(S28) 있도록 설계될 수 있다. 로그 아웃은 훈련 과정 뿐 아니라, 진단 과정과 기록 보기 과정에서도 가능하게 할 수 있다(S27, S28, S29).

도4 는 최적 호흡주기를 판별하는 과정을 보이는 블록다이어그램이다.

본 발명의 방법 및 이를 적용하는 시스템은 사용자의 개인별 최적 호흡 주기를 찾아주는 점을 중요 구성요소로 포함하며, 이 과정은 도4에 도시된 순서로 판별한다.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 5가지의 호흡 주기에 맞추어 시각적으로 제시한다(도3d, 도3e 참고). 이때에, 도3d, 도3e에 도시된 바와 같이 인터페이스 화면 가운데 부분에 호흡을 천천히 유도해 주는 프로그레스 바(콘트롤러)와 "입으로 천천히 숨을 내쉬세요" 또는 "코로 천천히 숨을 들이마시세요") 라는 메시지를 제공하였다. 이때에 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 메시지를 음성 또는 음향으로 들려 줄 수 도 있다.

도 3d 및 도3e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 인터페이스 화면의 일측, 도면에서는 오른 쪽 부분에, 사람 형태에 모습을 제공하여 호흡 주기에 맞추어 배와 폐가 올라갔다가 내려가는 모습을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따라서, 호흡 진단이 5개의 단계로 나뉠 수 있는데, 이는 단계마다 사용자로 하여금 다른 호흡주기로 호흡을 하도록 하였다. 이때 PPG(맥파) 신호를 동시에 측정하여 각 호흡 주기 별로 사용자의 PRV 스펙트럼을 분석한다.

전술한 바와 같이, 도4는 진단 단계의 구체적 흐름을 예시한다.

도4에 도시된 바와 같이, 진단 과정을 시작하며, 시스템의 진단 함수가 시작된다( S41). 진단 과정에서 일정한 호흡 주기(과제)로 사용자에게 호흡할 것을 요구한다. 사용자에게 요구되는 호흡 주기를 전술한 바와 같이 5 가지이다.

사용자가 주어진 5 가지의 호흡 주기에 따라서 사용자가 호흡을 지속하는 동안 사용자의 맥파를 검출한다(S42). 이때에 맥파 검출 시, 500Hz의 샘플링 주파수를 이용한다(S42a). 주어진 과제에 따른 호흡이 완료되면 수집된 5 가지의 맥파 데이터를 처리하여 도5에 도시된 바와 같이 각각의 PPI(Peak to Peak)를 검출한다(S42b). PPI 검출이 완료되면 소정의 주파수, 예를 들어 2Hz로 리샘플링하고(S42c), 이에 이어 FFT(Fast Fourier Transform)에 의해 PRV 스펙트럼을 추출(계산)한다(S42d).

이러한 과정을 통해 PRV 스펙트럼의 계산(S42)이 완료되며, 그 다음의 단계(S43)로 이행한다. S43 단계는 상기 PRV 스펙트럼으로부터 최고(dominant) 성분 또는 도미넌트 분산(Dominant Distribution)을 추출한다. 그리고 마지막으로 추출된 각 호흡 주기별 도미넌트 분산을 비교하여 최대의 파워 피이크를 나타내는 도미넌트 분산을 선택하고, 이에 대응하는 호흡수를 최적 호흡수로 결정한다.

본 발명에 따르면, 사용자 각자에 맞는 최적호흡은 PRV 분포가 도미넌트(Dominant)한 형태를 가지는 점을 이용하여, 아래의 식 1와 같이 제트 스코어(z-score)값으로 각 호흡주기 별 PRV 스펙트럼 비교를 하면 어떤 호흡주기일 때 제일 좋은 심박 리듬을 보였는지 확인 할 수 있게 된다.

위의 식에서, X는 PRV의 주파수 범위, 예를 들어 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다. 도6은 여러 단계의 호흡(9, 10, 11, 12, 13초)에서의 파워값을 비교해 보이며, 이 중에서 12초 호흡에서 최대 파워 피이크가 선택됨을 예시한다.

실제 호흡을 통해 스트레스를 완화 시키는 연습 호흡은 진단 과정을 통해서 나온 최적 호흡 주기를 2분 동안 지속하는 훈련하는 것으로 시각적으로 호흡을 유도하는 제시 화면은, 예를 들어 앞에서 언급된 바와 같이 도3e의 진단 화면과 같이 구성할 수 있다. 도3e에 도시된 바와 같이 호흡 진단을 통해 얻은 최적 호흡 주기를 알려 주고, 이에 따른 훈련 호흡을 할 수 있도록 전술한 도3d의 호흡 진단에서와 같이 호흡을 천천히 유도하는 프로그레스 바 및 호흡 방법을 안내하는 메시지를 표시할 수 있다.

이와 같이 호흡 훈련을 마친 후, 도3f에 도시된 바와 같이, 훈련 호흡 결과를 표시하고, 그리고 훈련 호흡의 안정도 및 기타 도움말을 표시할 수 있다.

도7은 사용자가 호흡을 진행하는 동안 측정되는 맥파 데이터를 5초 동안(Window Size) 모아 평균PPI 값을 추출하고, 1초 단위로(Window Interval) 맥파 데이터를 변경을 하면서 BPM(분당 심박율)을 변화를 보이는 그래프이다.

도7에서 BPM이 올라가는 상향 화살표 구간은 사용자가 들숨 중에 발생되는 상태이며, 하향 화살표 구간은 날숨이 일어나는 상태를 보여준다. 즉 사용자의 맥파 데이터를 -> 1초 간격의 BPM 데이터 형태를 변화하여 현재 사용자의 호흡시간을 추출한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 방법은 결론적으로 본 발명에 따른 시스템은 PPG 센싱 장치, 이로부터의 신호를 처리하는 PPG 신호처리부를 포함하는 프로세싱 장치, 사용자에게 진단 및 훈련을 위한 안내 및 데이터 등을 표시하는 디스플레이를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 호흡 유도 시스템은, PPG 검출 시스템을 갖는 다양한 형태의 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 스마트폰에서 수행될 수 있다. 데이크탑 컴퓨터나 노트북 컴퓨터 등은 별도의 PPG 센서와 이로부터의 신호를 처리하는 기존의 프로세잉 프로그램을 포함할 수 있으며, 스마트폰의 경우, 자체에 내장된 PPG 센싱 장치 또는 카메라 장치로부터의 신호를 내부의 프로그램에 의해 처리할 수 있다.

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.

Claims

서로 다른 주기로 사용자의 호흡을 유도하는 호흡 유도 단계;
상기 호홉 유도 단계에서, 사용자가 주어진 주기의 호흡을 유지하는 동안, 사용자의 맥파 신호를 검출하는 단계;
상기 맥파 신호를 분석하여 사용자의 최적 호흡에 대응하는 특정 성분을 검출하는 단계;
상기 특정 성분을 이용하여 해당 사용자의 최적 호흡 주기로 판단하는 단계; 그리고
상기 최적 호흡 주기로 상기 사용자의 호흡을 유도하는 단계;를 포함하는 최적 호흡 유도 방법.
제1항에 있어서,
상기 호흡 유도 단계:는 음성 또는 영상을 통해 사용자의 호흡을 유도하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 특정 성분을 검출하는 단계; 는
상기 맥파 신호들로부터 PRV 스펙트럼을 추출하는 단계; 상기 스펙트럼으로부터 파워 피이크를 구하는 단계; 그리고 파워 피이크 중 최고(도미넌트) 성분을 추출하는 단계;를 포함하며,
상기 최적 호흡을 결정하는 단계는 상기 최고 성분을 가지는 스펙트럼에 대응하는 호흡 주기를 최적의 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 방법.
제3항에 있어서,
아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 방법.

위의 식에서, X는 PRV의 주파수 범위, 예를 들어 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 방법.

위의 식에서, X는 PRV의 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다.
제1항에 기재된 최적 호흡 유도 방법을 적용하는 것으로,
사용자로부터 맥파 신호를 검출하는 PPG 센싱 장치;
상기 맥파 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하는 프로세싱 장치; 그리고
사용자에게 호흡 진단 및 호흡 훈련을 위한 정보를 표시하는 디스플레이;를 포함하는 최적 호흡 유도 시스템.
제6항에 있어서,
상기 음성 또는 영상을 통해 사용자의 호흡을 유도하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 맥파 신호들로부터 PRV 스펙트럼을 추출하고, 상기 스펙트럼으로부터 파워 피이크를 구하고, 그리고 파워 피이크 중 최고(도미넌트) 성분을 추출하고,
상기 최적 호흡을 상기 최고 성분을 가지는 스펙트럼에 대응하는 호흡 주기를 최적의 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 시스템.
제8항에 있어서,
아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 시스템.

위의 식에서, X는 PRV의 주파수 범위, 예를 들어 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다.
제6항 또는 제7항에 있어서,
아래의 식으로부터 각 주기의 호흡별 PRV(Pulse Rate Variability) 스펙트럼의 제트 스코어(Z-score)들을 각각 구하고, 구해진 제트 스코어 중 가장 큰 제트 스코어에 대응하는 호흡 주기를 최적 호흡으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적 호흡 유도 시스템.

위의 식에서, X는 PRV의 주파수 범위, 예를 들어 0.0033Hz~0.4Hz 내에서 최대 파워 피이크(Power peak) 값을 나타내며, m은 최대 파워 피이크 값을 제외한 상기 PRV 범위 내의 파워값(Power value)의 평균값을 나타낸다. 그리고, α는 PRV 범위 내의 파워 값(Power value)의 표준편차 값을 나타낸다.