KR20200033522A - 수면 및 각성 유도 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수면 및 각성 유도 디바이스에 대한 것으로, 사용자에게 장착되면, 사용자 피부에 밀착되어 생체 신호를 수집하며, 전도성 실리콘 재질로 형성되는 적어도 하나 이상의 전극; 상기 사용자에게 자극을 제공하는 자극 출력부; 다른 디바이스와 통신하기 위한 안테나부; 다른 디바이스와 결합하기 위한 결합부; 및 상기 전극을 통해 수집된 생체 신호에 따라 수면 상태를 판단하며, 상기 사용자에 대해 미리 설정된 수면 패턴으로 상기 수면 상태를 유도하기 위하여 상기 자극을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수면 및 각성 유도 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 {METHOD, APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM FOR SLEEP AND AROUSAL}
본 발명은 수면의 질을 높이는 방법에 대한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 수면과 관련된 생체 신호를 수집하기 위한 전극, 그리고 수집된 생체 신호를 기반으로 사용자의 수면의 질을 높이는 기능을 수행하는 디바이스에 대한 것이다.
의료 서비스의 패러다임이 치료, 병원 중심에서 예방, 소비자 중심으로 변화하면서 스마트 헬스 케어가 부상하고 있다. 인공지능, 사물인터넷, 웨어러블 디바이스, 스마트폰, 클라우드 컴퓨팅 등 디지털 기술이 의료 분야에 접목되고 있는 것이다.
한국 공개 특허 10-2013-0022542 (공개일 2013.03.07)
본 발명은 착용감이 우수하고 양질의 생체 신호를 수집할 수 있는 전극을 이용하여 사용자 수면 상태를 모니터링하고, 상기 생체 신호에 기반한 특정 자극을 제공하여 수면과 각성을 유도하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예를 따르는 수면 및 각성 유도 디바이스는 사용자에게 장착되면, 사용자 피부에 밀착되어 생체 신호를 수집하며, 전도성 실리콘 재질로 형성되는 적어도 하나 이상의 전극; 상기 사용자에게 자극을 제공하는 자극 출력부; 다른 디바이스와 통신하기 위한 안테나부; 다른 디바이스와 결합하기 위한 결합부; 및 상기 전극을 통해 수집된 생체 신호에 따라 수면 상태를 판단하며, 상기 사용자에 대해 미리 설정된 수면 패턴으로 상기 수면 상태를 유도하기 위하여 상기 자극을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 따르면, 착용감이 우수한 전극을 이용하여 신뢰도 높은 생체 신호를 간편하게 수집할 수 있으며, 생체 신호를 기반으로 자극을 제공하여 수면 및/또는 각성을 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 이어플러그 형태의 수면 유도 디바이스를 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 실시예를 따르는 넥밴드 형태의 배터리 확장 디바이스를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 베이스 스테이션 디바이스를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 디바이스의 안테나 범위를 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 시스템의 동작 및 구성을 설명하기 위한 블록도
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 수면 유도 시스템의 동작 및 구성을 설명하기 위한 블록도
도 7은 본 발명의 실시예를 따라 수면 신호를 수집하고 수면을 유도하는 방법을 설명하기 위한 순서도
본 발명은 이하에 기재되는 실시예들의 설명 내용에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가해질 수 있음은 자명하다. 그리고 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려져 있고 본 발명의 기술적 요지와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
한편, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 부호로 표현된다. 그리고 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수도 있다. 이는 본 발명의 요지와 관련이 없는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 명확히 설명하기 위함이다.
인간의 수면은 단순히 수동적으로 쉬는 것이 아니라 생존에 필요한 기능을 체계적으로 수행하는 능동적인 과정이라고 할 수 있다. 인간은 수면하는 동안 다양한 신경들이 복잡하고 유기적으로 상호 작용을 하게 된다. 사람에게 필요한 수면 시간은 개인에 따라 차이가 있으며, 적절한 수면이 이루어지지 않으면 피로를 쉽게 느끼며, 집중력이 감퇴하고 감정도 날카로워질 수 있다. 이러한 상태가 장기간 지속되면 심혈관계 질환이나 정신 질환 등에 걸릴 위험이 높아진다. 따라서 양질의 수면을 취하는 것은 건강 관리의 매우 중요한 요소이다.
따라서 사람들은 숙면을 취하기 위해 많은 노력을 기울인다. 이와 관련하여 인간의 생체 신호를 수집하여 수면 상태를 모니터링하고, 적절한 자극을 통해 숙면을 유도하는 방법을 고려할 수 있다. 생체 신호는 인간의 근육 세포들이나 신경 세포들에서 발생되는 전위 또는 전류 형태의 신호로, 인간의 신체에 부착된 전극을 통해 검출된 전기적 신호의 변화를 수집, 분석하여 획득될 수 있다.
종래 생체 신호 측정 디바이스는 사용자의 신체에 습식 전극을 부착하여 생체 신호를 검출하는 방식을 취했다. 습식 전극은 전도성 금속으로 이루어진 전극을 하이드로젤을 통하여 사용자의 피부와 전기적으로 인터페이싱하는 전극을 의미한다. 하이드로젤은 전해질 성분의 젤로, 하이드로젤을 통해서 전극과 피부가 접촉하는 경우, 전도성 금속으로 이루어진 전극이 피부와 직접 접촉하는 것과 비교하여 전극과 피부 사이의 전기적 저항인 접촉 임피던스를 낮추게 된다. 즉, 하이드로젤을 이용하면 전극과 피부와의 접촉 임피던스를 상대적으로 낮추어 미세한 크기의 생체 신호에 대한 접촉 임피던스의 영향을 줄이므로, 생체 신호 측정에 유리하다. 이와 같이 습식 전극을 사용하면 상대적으로 균일하고 안정된 생체 신호를 얻을 수 있다.
그러나 이와 같은 습식 전극은 반복된 사용이 어렵고, 보관도 쉽지 않아 가정용으로 사용하는 것은 실질적으로 불가능하다. 나아가 착용감도 좋지 않기 때문에 수면 신호 수집에 사용하는 것은 사용자 편의를 고려할 때 바람직하지 않다. 한편, 건식 전극은 보관은 용이하나 금속 특유의 차가움과 딱딱함으로 인하여 사용자 착용감이 좋지 않고, 전극과 피부 사이의 전기적 저항인 접촉 임피던스가 높아 양질의 신호가 수집되기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 실시예를 따르면, 외이에 장착되는 이어플러그 형태의 디바이스를 통해 사용자의 수면 전후 생체 신호가 수집될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예를 따르면, 사용과 보관이 편리한 건식 전극으로, 사용자 착용감과 피부 밀착성이 높일 수 있도록 실리콘 재질의 전극을 이용하여 사용자의 생체 신호가 수집될 수 있다.
나아가 본 발명의 실시예를 따르면, 사용자의 수면 전후의 생체 신호 데이터를 수집하고, 환경 요소들을 모니터링하여 이를 기반으로 수면을 유도하거나 및/또는 각성을 유도할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예를 따르면, 다른 수면 유도 디지털 디바이스와는 달리, 사용자 스마트폰과 연결하지 않아도, 수면 유도 디바이스 자체적으로 수면 유도 및/또는 각성 자극이 제공될 수 있는 특징이 있다.
이를 따르면 사용자는 자신의 침실에서 이어플러그를 귀에 꽂고 잠들면 수면 분석을 위한 생체 신호가 수집되며 수집된 생체 신호를 기반으로 수면 상태가 분석될 수 있다. 나아가 본 발명의 실시예를 따르면, 대량의 사용자 생체 신호를 수집하고, 수집된 생체 신호 데이터를 기반으로 사용자의 수면 상태를 모델링할 수 있다. 이를 따르면 사용자에게 적절한 수면 패턴이 추천될 수 있으며, 해당 수면 패턴으로 수면 상태를 유도하기 위한 자극을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 시스템은, 사용자에게 장착되어 수면 전후의 생체 신호를 수집하고, 수면 유도 신호를 제공하는 한쌍의 웨어러블 디바이스 (도 1의 110), 상기 웨어러블 디바이스와 결합되어 확장 안테나 및/또는 확장 배터리를 제공하는 넥밴드 형태의 디바이스 (도 2의 120) 및 상기 웨어러블 디바이스 및/또는 넥밴드 디바이스와 결합되어 생체 신호 데이터를 처리하고, 독립된 수면 유도 자극을 제공하는 베이스 스테이션 (도 3의 130)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따라 생체 신호를 수집하는 웨어러블 디바이스 (110)은 인간의 외이에 완전히 밀착하여 장착되는 형상일 수 있다. 웨어러블 디바이스 (110)은 도 1 <A>에 도시된 바와 같이, 사용자가 장착시, 외이도에 배치되는 제 1 영역(20), 외이도 인근의 귓바퀴 내측에 밀착하여 배치되는 제 2 영역(20) 및 상기 제 2 영역 (20)과 연결되고 귓바퀴에 내측에 배치되는 돌출된 윙팁 형태의 제 3 영역 (30)을 포함할 수 있다.
제 1 영역(10)은 수면 유도 신호를 제공하기 위하여, 오디오 출력부 (50)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르면, 사용자의 생체 신호를 이용하여, 사용자의 수면 상태를 수면 전, 얇은 잠, 깊은 잠, 수면 후 등으로 분리하여 판단하고, 수면 상태에 따라 핑크 노이즈, 화이트 노이즈, 심리적 안정감을 줄 수 있는ASMR (Autonomous Sensory Meridian Response) 오디오 컨텐츠, 또는 수면 각성을 위한 컨텐츠를 제공할 수 있다. 상기 오디오 출력부는 이와 같이 수면 유도 및 제어를 위한 청각 자극을 인가하는 기능을 수행할 수 있다.
제 3 영역 (30)은 윙팁 형태로 패턴 안테나를 포함할 수 있다. 웨어러블 디바이스의 안테나에 대한 설명은 첨부된 도 4에 대한 설명에서 후술된다.
본 발명의 선호되는 실시예를 따르면, 웨어러블 디바이스를 사용자 장착시, 웨어러블 디바이스에서 사용자의 피부와 접촉하는 영역은 착용감을 고려하여 연성, 탄력성을 가지는 실리콘 등의 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제 1 영역 (10)과 제 2 영역(20)은 웨어러블 디바이스가 인간에게 장착된 경우, 외이에 완전히 밀착될 수 있는 범위의 각도를 형성하며, 도 1 <B>에 도시된 바와 같이, 전기적 생체 신호를 수신할 수 있는 전극(15, 25)을 각각 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 제 1 영역(10)에 포함되는 제 1 전극 (15)은 타겟 전극으로 동작하며, 제 2 영역(20)에 포함되는 제 2 전극 (25)은 기준 전극으로 동작할 수 있다. 한편, 제 3 영역 (30)은 적어도 일부가 전도성 물질로 형성되어 전기적 생체 신호를 수신하는 제 3 전극 (35)을 포함할 수 있다.
제 1 전극 (15)과 제 2 전극 (25)은 인간의 외이라는 매우 제한된 공간에서 최대한 멀리 떨어져서 배치될 수 있으며, 왼쪽 귀에 장착되는 디바이스 및 오른쪽 귀에 장착되는 디바이스를 통해 각각 수집된 생체 신호를 동기화하기 위한 기준 신호를 입력하는 기능을 수행할 수도 있다.
제 1 전극 (15), 제 2 전극 (25) 및 제 3 전극 (35)은 사용자의 전기적 생체 신호 (Bioelectrical signal)를 수집하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 생체 신호는 근전도(Electromyogram, EMG), 안전도(Electrooculogram, EOG), 뇌전도(Electroencephalogram, EEG) 및 심전도(Electrocardiogram, ECG)를 포함할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예를 따르면, 외이도에 배치된 전극이 하나의 채널이 되어 근전도, 안전도, 뇌전도 및 심전도 신호가 결합된 형태의 생체 신호가 수집될 수 있다
나아가 상기 제 1 전극 (15), 제 2 전극 (25) 및/또는 제 3 전극 (35)은 사용자에게 전기적 자극을 인가하는 인터페이스로 기능할 수도 있다. 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 사용자의 수면 상태를 양질의 패턴으로 견인하기 위하여 사용자에게 전기적, 청각적 자극을 제공할 수 있으며, 상기 전극들은 사용자에게 전기적 자극을 제공하는 채널로 기능할 수 있다.
특히 본 발명의 선호되는 실시예를 따르면, 제 1 전극 (15), 제 2 전극 (25) 및 제 3 전극 (35)은 실리콘 소재로 형성될 수 있다. 실리콘은 인체에 무해하고, 금속 특유의 차가운 느낌이 없어 착용감이 우수하며, 탄성력과 연성을 가지고 있기 때문에 하이드로젤 없이도 피부에 완전히 밀착되어 양질의 생체 신호를 수집할 수 있기 때문이다.
그러나 실리콘은 전기전도성이 없기 때문에, 전극으로는 적합하지 않다. 따라서 본 발명의 실시예를 따르는 전극 (15, 25, 35)은 실리콘 폴리머에 전기전도성, 열전도성을 가지는 금속 파우더를 배합하여 형성될 수 있다. 실리콘 폴리머에 금속 파우더를 미리 설정된 범위로 배합하면, 실리콘의 특성을 유지하면서 금속 수준의 전기전도성을 가질 수 있기 때문이다. 이 경우, 제 1 영역 (10)에서 제 1 전극 (15)은 전도성 실리콘으로 형성되고 나머지 부분은 비전도성 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기 금속 파우더는 예를 들어, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 크로뮴, 티타늄과 그라파이트, 그래핀, 글래스, 세라믹 소재와의 복수의 물질의 조합이며 원형 (sphere), 비정형 조각 (flake), 나뭇잎 (dendrite) 형태일 수 있다.
한편, 제 1 전극 (15), 제 2 전극 (25) 및 제 3 전극 (35)은 이와 같이 전도성 실리콘 재질로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하여 해석될 수 없다. 즉, 제 1 전극 (15), 제 2 전극 (25) 및 제 3 전극 (35)은 생체신호 측정시 일반적으로 사용되는 은 (Ag) , 염화은 (AgCl) 또는 스테인리스 스틸이나 구리같은 금속으로 형성될 수 있다. 나아가 전극(15, 25, 35)은 실리콘과 카본이 혼합된 전도성 재료 또는 그래핀 재료로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 제 2 영역 (20)의 일면에 제 2 전극 (25)이 배치되고, 다른 일면에 충전 영역이 배치될 수 있다. 상기 충전 영역은 다른 디바이스의 충전 모듈과 자기적으로 결합하여 웨어러블 디바이스 (110)에 전력을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스의 충전 영역은 도 1 <C>에 도시된 바와 같이 충전 단자 (60) 및 강자성 (ferromagnetism) 영역 (65)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 충전 영역은, 웨어러블 디바이스 (110)가 인간에게 장착될 때, 인간의 피부와 직접 접촉되지 않기 때문에 제 2 전극 (25)과 비교하여 높은 경도의 저렴한 소재를 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어 강자성 영역 (65)는 철, 코발트, 니켈과 그 합금 등 강자성체 (ferromagnetic substance) 성질의 금속으로 형성될 수 있으며, 또는 강자성체 금속을 함유한 실리콘 링으로 형성되어 다른 디바이스의 충전 모듈과 자기적으로 결합하고, 충전 단자 (60)를 통해 전력을 공급할 수 있다. 나아가 충전 단자 (60)는 도 1 <C>에 도시된 바와 같이 로고 형태로 형성될 수 있다.
도 1에 대한 설명에서 웨어러블 디바이스의 충전은 다른 디바이스의 중전 모듈과 자기적으로 결합되어 진행하는 것으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과하면 본 발명은 이에 제한되어 해석될 수 없다. 즉, 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 충전 디바이스와 물리적으로 결합하여 전력을 공급받거나 또는 무선 충전 모듈을 포함하여 물리적, 자기적으로 결합되지 않고 전력을 공급받을 수 있다.
도 1에 별도로 도시된 것은 아니지만, 본 발명의 실시예를 따라 생체 신호를 수집하는 웨어러블 디바이스(110)는 착용자의 움직임을 감지하거나 또는 웨어러블 디바이스의 장착을 감지하는 기능을 수행하는 센서, 전극을 통해 감지된 생체 전기 신호를 증폭시키는 신호 증폭 모듈, 노이즈를 제거하는 필터 모듈, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환 모듈 및 상기 신호 증폭 모듈, 필터 모듈, 신호 변환 모듈의 동작을 제어하여 신호를 처리하는 마이크로 프로세서, 수집된 데이터 및 수면 유도 컨텐츠를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 나아가 웨어러블 디바이스는 다른 디바이스와 데이터 송수신을 위한 칩 안테나를 포함할 수 있으며, 윙팁 안테나 (35)와 함께 데이터 송수신 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 따르면, 생체 신호 수집 디바이스는 도 1의 예시와 달리, 인간의 외이에 삽입되지 않고 인간의 귓바퀴와 결합하기 위한 착용부재를 포함하여, 인간의 귀를 중심으로 하는 영역에서 생체 신호를 수집하는 이어폰 형태일 수 있다. 나아가 본 발명의 다른 실시예를 따르는 생체 신호 수집 디바이스는 외이에서 생체 신호를 수집하지 않고, 인간의 눈을 중심으로 하는 얼굴 영역에서 생체 신호를 수집하기 위해 안대 형태로 구성될 수도 있다. 나아가 구현에 따라 손목에 장착되는 밴드 형태의 웨어러블 디바이스를 통해 생체 신호가 수집될 수도 있다.
웨어러블 디바이스의 구성에 대한 보다 구체적인 설명은 첨부된 도 5에 대한 설명에서 후술된다.
한편, 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 시스템은 도 2와 같은 넥밴드 형태의 디바이스를 포함할 수 있다.
따라서 넥밴드 디바이스 (120)는 웨어러블 디바이스 (110)와 결합하여 웨어러블 디바이스의 배터리 및 안테나의 기능을 확장하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 인간의 귀에 장착되는 이어플러그 형태의 매우 작은 장치이다. 따라서 충분한 배터리, 안테나, 센서를 공간을 확보하기 어려운 문제가 있다. 특히 웨어러블 디바이스 (110)는 인간의 수면 전후로 9시간의 연속 동작이 가능해야 하기 때문에 배터리의 효율적인 제어는 매우 중요한 문제이다.
즉, 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스 (110)는 인간의 외이에 장착되는 형태를 고려하기 때문에 인간의 외이라는 매우 작은 공간에서 상기 구성요소가 구현되어야 하는 제약이 있다. 따라서 다양한 형태의 센서, 대용량의 배터리, 통신 모듈을 형성하지 않고, 최소한의 공간에 최적화된 칩셋으로 구현되는 것이 바람직하다.
상기 넥밴드 디바이스는 이러한 문제를 해결하기 위한 장치로, 확장 안테나, 확장 배터리, 확장 센서의 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예를 따르는 넥밴드 디바이스 (120)는 결합부 (70, 75), 확장 안테나 및/또는 확장 배터리부 (85) 및 확장 센서부 (80)를 포함할 수 있다.
결합부 (70, 75)는 웨어러블 디바이스 (110)와 자기적으로 결합하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 결합부는 급전 단자 (70) 및 마그네틱 영역 (75)을 포함할 수 있으며, 급전 단자(70)는 웨어러블 디바이스 (110)의 충전 단자 (60)와 일치되는 로고 형태로 형성될 수 있다. 나아가 넥밴드 디바이스의 마그네틱 영역 (75)은 웨어러블 디바이스의 강자성 영역 (65)과 자기적으로 결합할 수 있으며, 양자가 결합되면, 급전 단자 (70)를 통해 확장 배터리부 (85)의 전력을 웨어러블 디바이스 (110)로 제공할 수 있다.
한편, 확장 센서부 (80)는 수면 환경에 대한 데이터를 수집하기 위한 온도 센서, 조도 센서, 또는 적외선 센서를 포함할 수 있으며, 사용자 인체에 접촉하여 생체 신호를 수집하기 위한 실리콘 센서를 포함할 수도 있다. 한편, 센서부 (80)는 인간의 피부와 직접 접촉되지 않기 때문에 웨어러블 디바이스 (110)의 전극 (15, 25, 35)와 비교하여 높은 경도의 저렴한 소재를 사용할 수 있을 것이다.
한편, 넥밴드 디바이스 (120)와 웨어러블 디바이스 (110)가 결합되면, 넥밴드 디바이스 (120)의 안테나 모듈 (80)을 웨어러블 디바이스 (110)에서 사용할 수 있어, 웨어러블 디바이스 (110)의 통신 커버리지가 확장될 수 있다. 이에 대한 설명은 도 4에 대한 설명에서 후술된다.
도 4는 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 디바이스의 안테나 범위를 설명하기 위한 도면이다.
웨어러블 디바이스 (110)는 전술한 바와 같이 2종의 안테나 모듈, 즉 칩안테나와 윙팁 안테나 (35)를 포함할 수 있다. 나아가 웨어러블 디바이스 (110)가 넥밴드 디바이스 (120)와 결합하면, 웨어러블 디바이스 (110)는 넥밴드 디바이스의 확장 안테나 (85) 모듈을 사용할 수 있다.
칩안테나는 웨어러블 디바이스의 내부에 형성되며, 커버리지는 도 4의 410에 해당할 수 있다.
한편, 윙팁 안테나 (35)는 배터리 소모를 줄이기 위하여 웨어러블 디바이스의 사용자 착용이 감지되면 동작하지 않고, 착용이 종료된 후 동작하는 것이 바람직하다. 칩안테나와 윙팁 안테나가 함께 동작하는 경우, 그 커버리지는 도 4의 420에 해당할 수 있다.
나아가 넥밴드 디바이스 (120)가 웨어러블 디아비스 (110)와 결합하여, 칩안테나, 윙팁 안테나 및 확장 안테나가 함께 동작하는 경우, 그 커버리지는 도 4의 430에 해당할 수 있다. 상기 안테나 모듈을 이용하여 다른 디바이스와 데이터를 송수신하는 보다 구체적인 실시예는 첨부된 도 5 내지 7에 대한 설명에서 후술된다.
도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 베이스 스테이션 디바이스(130)를 설명하기 위한 도면이다.
베이스 스테이션 디바이스 (130)는 웨어러블 디바이스 (110) 및/또는 넥밴드 디바이스 (120)의 충전은 물론, 웨어러블 디바이스 (110)와는 별도로 사용자의 수면을 유도하는 시각적, 청각적, 후각적 자극을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 베이스 스테이션 디바이스는 심리적 안정감을 제공하는 후각적 자극을 제공하는 디퓨저부 (90), 수면 상태에 따라 시각적 자극을 제공하는 조명부 (97), 수면 상태에 따라 청각적 자극을 제공하는 오디오부 (96)를 포함할 수 있다. 나아가 시계 (98) 및 베이스 스테이션의 상태를 표시하기 위한 LED (99)를 포함할 수 있다. 한편, 도 3에 별도로 도시된 것은 아니지만, 본 발명의 실시예를 따르는 베이스 스테이션 디바이스는 촉각적 자극을 제공하기 위한 전동부를 더 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르면, 베이스 스테이션 디바이스는 웨어러블 디바이스 (110) 및/또는 사용자 스마트폰과 통신하여, 사용자의 수면 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이를 이용하여 조명부 (97)는 사용자의 수면 상태에 따라 적절한 색온도와 색밝기를 가지는 조명을 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 나아가 오디오부 (96)는 사용자의 수면 상태에 따라 핑크 노이즈, 화이트 노이즈, 심리적 안정감을 줄 수 있는 ASMR 오디오 컨텐츠, 또는 수면 각성을 위한 컨텐츠 등 수면 유도 및 제어를 위한 청각 자극을 인가하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 베이스 스테이션 디바이스 (130)는 급전 모듈 (95)을 포함할 수 있다. 웨어러블 디바이스 (110) 및/또는 넥밴드 디바이스 (120)는 충전 모듈을 베이스 스테이션 디바이스 (130)의 급전 모듈 (95)에 결합하여 전력을 공급받을 수 있다.
도 3의 <A>는 베이스 스테이션 디바이스 (130)에 웨어러블 디바이스 (110)가 결합된 예시이며, 도 3의 <B>는 베이스 스테이션 디바이스 (130)에 넥밴드 디바이스 (120)와 결합된 예시이다. 이때 충전 진행률은 LED (99)를 통해 표시될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따르는 수면 유도 시스템의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스(110)는 메모리 및 프로세서를 구비하여, 다른 디바이스와 연결되지 않고 자체적으로 동작할 수 있는 특징이 있다. 즉, 웨어러블 디바이스는 사용자 스마트폰과 연동하지 않고, 사용자 생체 신호를 수집하고, 수집된 생체 신호를 기반으로 수면 상태를 추정하며, 추정된 수면 상태에 따라 자극을 제공할 수 있다. 수면 유도 및 각성이라는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 사용자가 스마트폰을 통한 별도의 조작을 할 필요없이, 사용자의 상태에 따라 디바이스를 자동으로 제어하는 방식이 가장 적합하기 때문이다.
예를 들어 웨어러블 디바이스 (110)는 사용자 장착이 감지되면 생체 신호 수집을 시작하고, 장착 후 일정 시간이 지나도 수면 상태로 진입하지 않으면 수면 유도 자극을 인가할 수 있다. 나아가 사용자의 수면 상태를 수면 전, 얇은 잠, 깊은 잠, 수면 후 등으로 분리하여 판단하고, 수면 상태에 따라 핑크 노이즈, 화이트 노이즈, 심리적 안정감을 줄 수 있는ASMR (Autonomous Sensory Meridian Response) 오디오 컨텐츠, 또는 수면 각성을 위한 컨텐츠를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 웨어러블 디바이스 (110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 모듈, 자극출력부, 안테나, 결합부, 메모리, 제어부를 포함할 수 있으며, 도 5에 도시된 것은 아니지만 배터리, 신호 처리 모듈, 인터페이스, 상태를 표시하기 위한 디스플레이를 더 포함할 수 있다. 상기 디스플레이는 LED를 예시할 수 있으며, 상기 웨어러블 디바이스가 사용자에게 장착된 상태, 생체 신호 수집 상태, 충전 상태, 다른 디바이스와 결합된 상태, 또는 다른 디바이스로 데이터를 송수신하고 있는 상태를 구별하기 위해 각각 다른 색상으로 표시하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스의 센서부는 착용자의 움직임을 센싱하는 모션 센서를 포함할 수 있다. 모션 센서는 가속도 센서, 자이로 센서 및 지자기 센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 전력 소모량이 상대적으로 적은 모듈로 구현하는 것이 적절하다. 본 발명의 실시예를 따르면, 모션 센싱 데이터는 사용자가 누워서 움직임이 거의 없어지는 수면 준비 상태로 진입했는지 판단하기 위해 사용될 수 있다.
나아가 센서부는 웨어러블 디바이스가 사용자에게 장착되었는지 여부를 센싱하는 접촉 센서, 체온 센서, 조도 센서 또는 적외선 센서 등을 포함할 수도 있다.
한편 센서부는 착용자의 생체 전기 신호를 수신하기 위한 전극을 포함할 수 있다. 상기 생체 전기 신호는 전술한 바와 같이 웨어러블 디바이스가 사용자 피부에 밀착되는 부위에서 획득될 수 있다.
인간의 생체 전기 신호는 신경, 근육 조직을 구성하는 세포들의 전기 화학적인 작용에 의해 발생하며, 전극 등의 센서를 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어 생체 신호는 근전도, 안전도, 뇌전도 및 심전도를 포함하며, 상기 근전도, 안전도, 뇌전도 및 심전도 신호가 결합된 형태로 수집될 수 있다.
예를 들어, 근전도는 근육의 움직임을 보여주는 신호로서, 사용자의 얼굴의 근육 움직임에 의해 발생하는 전기신호이다. 근전도는 근섬유막에서 발생하는 생리적 변화에 의해 발생되는 전기 신호가 측정된 것으로, 본 발명의 실시예를 따르면 사용자가 수면 중 어금니를 깨무는 이갈이 증상이 있는지, 코콜이 증상, 잠꼬대 증상이 있는지 판단하기 위한 가중치 또는 파라미터로 사용될 수 있다.
예를 들어 안전도는 눈의 움직임을 보여주는 신호로서, 눈의 움직임에 따라 사용자의 각막 사이의 전압 차이로 인해 발생하는 전기 신호이다. 눈의 각막(+)과 망막(-) 간에는 일정한 전위가 존재하여 쌍극자 역할을 하며, 사용자가 정면을 응시할 때는 제로(0), 사용자가 왼쪽을 응시하면 + 성분이, 우측을 응시하면 - 성분이 출력되며, 전극의 극성과 움직임의 방향에 따라 +, - 성분은 바뀔 수 있다. 본 발명의 실시예를 따르면, 안전도는 눈동자 움직임 등을 측정하여 렘수면 상태를 분석하기 위한 가중치 또는 파라미터로 사용될 수 있다.
나아가 뇌전도는 뇌의 활동 상황을 보여주는 신호로서, 인간의 신경계에서 뇌신경 사이로 신호가 전달될 때 생기는 전기 신호이다. 본발명의 실시예를 따르면, 뇌전도는 뇌의 활성도를 측정하여 수면 패턴을 추정하기 위한 가중치 또는 파라미터로 사용될 수 있
다.
나아가 심전도는 심장의 수축과 이완시 발생되는 전기적인 신호이며 체표면에서 쉽고 빠르게 측정할 수 있는 가장 대표적인 생체신호이다. 심장의 운동은 분당 박동수(bpm)으로 표시되며, heart rate의 변화를 통하여 자율신경계의 변화를 알 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르면, 심전도는 왼쪽과 오른쪽 귀에서 각각 수집된 한쌍의 생체 신호를 동기화하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 나아가 본 발명의 실시예를 따르면, 심전도 신호로부터 사용자의 호흡 패턴이 추정될 수 있다. 예를 들어 비렘수면 시에는 호흡수와 호흡량이 줄어들며, 렘수면 기간에는 호흡 패턴이 매우 불규칙한 특징을 나타나는데 심전도 및 심전도 신호를 이용하여 추정된 호흡 패턴을 이용하여 수면의 단계를 추정할 수 있다. 나아가 수면 무호흡증을 분석하는 가중치 또는 파라미터로 사용될 수도 있다.
도 5에 도시된 웨어러블 디바이스에서 자극출력부는 예를 들어, 오디오부를 포함할 수 있다. 오디오부는, 사용자 수면 상태에 따라 수면 유도 음악, 사운드 자극은 물론 각성 유도 음악, 진동 및 사운드 자극을 출력할 수 있다.
나아가 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 다른 디바이스와 데이터를 송수신하기 위한 안테나, 다른 디바이스와 결합하기 위한 결합부를 포함할 수 있다. 나아가 수집된 생체 신호 데이터, 센싱 데이터 및/또는 수면 유도 및/또는 각성을 유도하기 위한 컨텐츠를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 나아가 도 5에 도시된 것은 아니지만, 전극을 통해 감지된 생체 전기 신호를 증폭시키고, 노이즈를 제거하여 디지털 신호로 변환하는 신호 처리를 수행하는 신호 처리 모듈, 전력을 공급하는 배터리 및 메모리에 저장된 데이터를 다른 장치로 전송하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스는 인간의 외이에 장착되는 형태를 고려하기 때문에 인간의 외이라는 매우 작은 공간에서 상기 구성요소가 구현되어야 하는 제약이 있다. 따라서 다양한 형태의 센서, 대용량의 배터리, 통신 모듈을 형성하지 않고, 최소한의 공간에 최적화된 칩셋으로 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스의 제어부는 다른 구성 요소들의 동작을 전반적으로 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어 제어부는, 센서 모듈을 통해 입력된 생체 전기 신호를 증폭, 노이즈 제거, 디지털 신호로 변화하도록 신호 처리 모듈을 제어하고, 신호 처리된 생체 신호 데이터를 메모리에 저장하며, 미리 저장된 사용자 수면 패턴과 사용자의 수면 상태를 비교하여 적절한 자극을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
특히 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스의 제어부는, 입력되는 생체 신호를 드랍(drop) 또는 저장할지 여부를 판단하는 기능을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이 웨어러블 디바이스는 최소한의 공간에 구성요소들이 형성되어야 하기 때문에 메모리 용량 역시 최적화될 필요가 있다. 따라서 제어부는 입력되는 모든 신호를 저장하지 않고, 사용자가 수면 준비 상태에 진입한 것으로 판단되는 경우에만 생체 신호를 메모리에 저장하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 웨어러블 디바이스의 사용자 장착이 감지되고, 모션 센서를 통해 측정된 사용자의 움직임 데이터의 변위가 미리 설정된 범위 이하로 일정 기간 유지되는 경우에 생체 신호를 저장하도록 처리할 수 있다. 또 다른 예로 제어부는 웨어러블 디바이스의 사용자 장착이 감지되고, 모션 센서를 통해 측정된 사용자의 움직임 데이터가 미리 설정된 누운 자세의 패턴을 따르는 경우, 생체 신호를 저장하도록 처리할 수 있다.
한편 제어부는 웨어러블 디바이스를 사용자가 탈착한 것이 감지되면 생체 신호 저장을 중단할 수 있으며, 메모리에 저장된 생체 신호 데이터가 통신 모듈을 통해 다른 장치로 전송된 경우, 해당 데이터는 삭제하도록 처리할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예를 따르는 베이스 스테이션 (130)은 도 5에 도시된 바와 같이 웨어러블 디바이스 및/또는 넥밴드 디바이스와 결합하기 위한 결합부, 상태를 표시하는 디스플레이, 다른 장치와 통신하기 위한 통신부, 환경 정보를 수집하기 위한 센서부, 수면 및/또는 각성을 유도하기 위한 자극 출력부 및 프로세서를 구비할 수 있다. 나아가 도 5에 별도로 도시된 것은 아니지만, 신호처리 모듈 및 메모리를 더 구비할 수 있다.
상기 센서부는 수면 환경 정보를 수집하는 기능을 수행하며, 조도 센서, 온도 센서, 습도 센서, 사운드 센서 및/또는 적외선 센서를 포함할 수 있다.
상기 자극 출력부는 심리적 안정감을 제공하는 후각적 자극을 제공하는 디퓨저, 수면 상태에 따라 시각적 자극을 제공하는 조명, 수면 상태에 따라 청각적 자극을 제공하는 오디오 및 촉각적 자극을 제공하기 위한 전동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 베이스 스테이션 (130) 메모리 및 프로세서를 구비하여, 다른 디바이스와 연결되지 않고 자체적으로 동작할 수 있는 특징이 있다. 즉, 베이스 스테이션 (130) 역시 사용자 스마트폰과 연동하지 않고, 수면 환경 정보를 수집하고, 수면 제어를 위한 시각적, 청각적 자극을 제공할 수 있다.
한편, 웨어러블 디바이스 (110)와 베이스 스테이션 (130)은 무선 통신 모듈을 포함하며, 이를 통해 통신이 연결될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스 (110)는 배터리 공간이 협소하여, 전력 소모를 줄이는 것이 매우 중요하기 때문에, 웨어러블 디바이스 (110)와 베이스 스테이션 (130)의 무선 통신을 통한 데이터 송수신은 미리 설정된 프로토콜을 따라 매우 작은 용량의 데이터만 이동될 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 웨어러블 디바이스는 미리 설정된 이벤트가 발생하면, 이벤트 발생 정보를 포함하는 신호를 베이스 스테이션으로 전송할 수 있다. (510) 상기 이벤트는 디바이스의 사용자 장착, 수면 상태 진입, 얇은잠, 깊은잠, 수면 종료 및 사용자 탈착을 예시할 수 있다. 베이스 스테이션은 웨어러블 디바이스로부터 신호를 수신하여, 사용자 수면 상태에 대한 정보를 획득하며, 수면 제어를 위한 시각적, 청각적 자극을 제공할 수 있다.
나아가 웨어러블 디바이스 (110)와 베이스 스테이션 (130)은 물리적으로 결합될 수 있다. 양 디바이스가 물리적으로 결합되면, 한쌍의 웨어러블 디바이스의 메모리에 저장된 생체 신호 데이터가 베이스 스테이션으로 전송되며, (510) 베이스 스테이션은 한쌍의 생체 신호 데이터를 동기화 및 집계하여 하나의 생체 신호 데이터 세트를 생성할 수 있다. 나아가 베이스 스테이션 (130)은 환경 센서로 측정한 조도, 온도, 습도, 소리 데이터를 웨어러블 디바이스 (110)로 전송할 수 있다. (520)
보다 구체적으로, 웨어러블 디바이스 (110)에서 베이스 스테이션 (120)으로 전송 (510)되는 데이터는 다음과 같다.
첫째로 상태 측정 데이터가 전송될 수 있다. 상기 데이터는 사용자의 디바이스 장착, 탈착, 수면 돌입, 렘수면 진입, 깊은잠 상태, ?은잠 상태, 수면 각성, 사용자의 자세 정보, 체온 정보, 심박수 정보를 예시할 수 있다. 둘째로 신경 반응 정보로 ABR, ASSR, ERP P300, SSVEP 등이 전송될 수 있다. 셋째로 생체 정보 센싱 로데이터 (Raw data)로 전극에서 수집한 EEG, EMG, EOG, ECG 신호 및 가속도, 자이로, 지자계, 기압, 온도, PPG 센서에서 수집된 센싱 데이터가 전송될 수 있다. 마지막으로 베이스 스테이션의 동작을 제어하기 위한 제어 신호가 전송될 수 있다. 예를 들어 베이스 스테이션의 조명의 온오프, 색상, 밝기, 패턴 및 방향을 제어하기 위한 신호, 베이스 스테이션의 오디오의 온오프, 음원 종류, 크기 및 방향을 제어하기 위한 신호, 나아가 베이스 스테이션의 디퓨저의 온오프, 종류, 강도, 지속시간 및 방향을 제어하기 위한 신호가 전송될 수 있다.
나아가 베이스 스테이션 (130)에서 웨어러블 디바이스 (120)로 전송 (520)되는 데이터는 다음과 같다.
첫째로 베이스 스테이션에서 수집한 환경 센서의 측정 데이터가 전송될 수 있다. 상기 데이터는 조도, 온도, 습도, 소리 센서에서 수집된 정보를 예시할 수 있다. 둘째로 웨어러블 디바이스의 동작을 제어하기 위한 제어 신호가 전송될 수 있다. 즉, 웨어러블 디바이스의 오디오의 온오프, 음원 종류, 좌우 선택, 소리 크기, 노이즈 캔슬링을 제어하기 위한 신호, 나아가 웨어러블 디바이스에서 사용자에게 인가하는 전기적 자극의 패턴, 강도, 지속시간을 제어하기 위한 제어신호가 전송될 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 수면 유도 시스템의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스(110) 및 베이스 스테이션 (130)은 다른 디바이스와 연결되지 않고 자체적으로 동작할 수 있다. 그러나 사용자는 상기 디바이스들을 사용자 스마트폰과 연동하여 보다 디테일하게 설정할 수 있다.
특히 본 발명의 실시예를 따르는 웨어러블 디바이스 (110)는 넥밴드 디바이스 (120)와 결합할 수 있으며, 이 경우, 넥밴드 다바이스의 확장 안테나 모듈을 사용할 수 있어, 무선통신 커버리지가 확장될 수 있다. 나아가 웨어러블 디바이스는 넥밴드 디바이스의 확장 배터리를 사용할 수 있다. 이경우, 웨어러블 디바이스는 스마트폰과 연결하여 ASMR 컨텐츠 등 보다 다양한 오디오 데이터를 스트리밍할 수 있다.
넥밴드 디바이스 (120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 센서부, 배터리부, 안테나부, 결합부를 포함할 수 있다.
상기 센서부는 사용자 피부에 밀착하여 생체 신호를 수집하는 전극, 환경 정보를 수집하기 위한 조도 센서, 온도 센서, 습도 센서, 사운드 센서 및/또는 적외선 센서를 포함할 수 있다. 나아가 결합부는 넥밴드 디바이스(120)가 웨어러블 디바이스 (110)와 자기적 또는 물리적으로 결합하기 위한 인터페이스로 동작할 수 있다.
한편, 안테나부와 배터리부는 웨어러블 디바이스 (110)의 안테나 및 배터리의 용량 및 기능을 확장시키는 역할을 수행할 수 있다. 넥밴드 디바이스 (120)가 웨어러블 디바이스(110)와 상기 결합부를 통해 결합되면, 웨어러블 디바이스(110)는 넥밴드 디바이스의 배터리 및/또는 안테나를 사용할 수 있다. 한편, 사용자 디바이스는
한편, 사용자의 스마트폰은 본 발명의 실시예를 따르는 수면 모니터링 어플리케이션이 설치될 수 있다. (단계 490) 상기 어플리케이션은 서비스 서버의 수면 분석 레포트 데이터를 수신하여, 이를 사용자 인터페이스에 디스플레이하고, 서비스 서버로부터 수면 장애 알람이 수신되면, 웨어러블 디바이스에 제어 신호를 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 사용자의 생체 신호로부터 코골이, 수면 무호흡증, 잠꼬대, 이갈이, 몽유병 등이 추정되면, 웨어러블 디바이스는 특정 범위의 진동, 소리를 출력하여 사용자의 회복을 유도할 수 있다. (단계 497) 예를 들어 서비스 서버가 스마트폰으로 수면 장애 알림을 전송하면, 스마트폰은 웨어러블 장치에 제어 신호를 전송하고, (단계 496) 상기 제어 신호에 따라 웨어러블 디바이스는 특정 범위의 진동, 소리를 출력하여 사용자의 회복을 유도할 수 있다.
한편, 사용자 디바이스 (140)는 발명의 실시예를 따르는 수면 분석 어플리케이션이 설치될 수 있다. 상기 어플리케이션을 통해 서비스 서버 (150)와 통신하여 수면 유도 및/또는 각성 컨텐츠를 수신할 수 있다. 나아가 사용자 디바이스는 서비스 서버 (150)로부터 수면 모니터링 레포트를 수신하며, 이를 시각적으로 디스플레이하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 사용자 디바이스는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크톱 등 휴대 가능한 장치를 예시할 수 있으며, 상기 장치의 일반적인 구성을 따를 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말 (140)은 도 6에서 도시되는 바와 같이, 통신부, 센서부, 디스플레이, 입력부, 제어부 및 및 메모리를 포함할 수 있다.
통신부는 사용자 단말의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 또한, 통신 모듈은 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부로 출력하고, 제어부로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
센서부는 홀센서, 자이로센서, 가속센서 (Acceleration sensor), 근접 센서 (Proximity sensor), 지자기 센서 (Geo-magnetic sensor), 중력센서 (G-sensor), 광센서, 조도센서 등을 포함할 수 있다.
디스플레이는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diodes), 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 등으로 형성될 수 있으며, 사용자 단말의 메뉴, 입력된 데이터, 기능 설정 정보 또는 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공한다.
입력부는 사용자 디바이스 (140)를 제어하기 위한 사용자의 입력을 수신하고 입력 신호를 생성하여 제어부에 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 사용자 디바이스는 터치스크린만으로 모든 조작이 가능할 수 있다. 이 경우, 디스플레이가 입력 모듈의 기능을 수행할 수 있다.
제어부는 사용자 단말의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부는 메모리에 저장된 본 발명의 실시예를 따르는 수면 모니터링 어플리케이션을 실행하고, 상기 어플리케이션이 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 사용자의 숙면도, 수면 시간, 수면 습관, 수면 패턴 및 주기 등에 대한 정보를 표시할 수 있다. 나아가 제어부는 사용자의 수면 상태를 고려하여, 숙면 유도 사운드, 숙면 유도 음악 등을 추천하고 숙면을 위한 호흡법 등에 대한 정보를 표시하도록 디스플레이를 제어할 수 있다.
나아가 사용자 스마트폰 (140)이 웨어러블 디바이스 (110) 및/또는 베이스 스테이션 (130)과 통신 연결된 경우, 디바이스간 전송되는 데이터는 다음과 같다.
첫째로 웨어러블 디바이스에서 사용자 스마트폰으로 사용자 상태 측정 데이터가 전송될 수 있다. (610) 상기 데이터는 사용자의 디바이스 장착, 탈착, 수면 돌입, 렘수면 진입, 깊은잠 상태, ?은잠 상태, 수면 각성, 사용자의 자세 정보, 체온 정보, 심박수 정보를 예시할 수 있다. 나아가 신경 반응 정보로 ABR, ASSR, ERP P300, SSVEP 등이 전송될 수 있다. 또한 생체 정보 센싱 로데이터 (Raw data)로 전극에서 수집한 EEG, EMG, EOG, ECG 신호 및 가속도, 자이로, 지자계, 기압, 온도, PPG 센서에서 수집된 센싱 데이터가 전송될 수 있다. 마지막으로 불면증, 수면 무호흡증, 코골이 등 수면 장애 상태 정보가 전송될 수 있다.
한편 웨어러블 디바이스에서 사용자 스마트폰으로 웨어러블 디바이스의 동작을 제어하기 위한 제어 신호가 전송될 수 있다. (620) 즉, 웨어러블 디바이스의 오디오의 온오프, 음원 종류, 좌우 선택, 소리 크기, 노이즈 캔슬링을 제어하기 위한 신호, 나아가 웨어러블 디바이스에서 사용자에게 인가하는 전기적 자극의 패턴, 강도, 지속시간을 제어하기 위한 제어신호가 전송될 수 있다.
다음으로 사용자 스마트폰에서 베이스 스테이션으로 베이스 스테이션의 동작을 제어하기 위한 제어 신호가 전송될 수 있다. (630) 예를 들어 베이스 스테이션의 조명의 온오프, 색상, 밝기, 패턴 및 방향을 제어하기 위한 신호, 베이스 스테이션의 오디오의 온오프, 음원 종류, 크기 및 방향을 제어하기 위한 신호, 나아가 베이스 스테이션의 디퓨저의 온오프, 종류, 강도, 지속시간 및 방향을 제어하기 위한 신호가 전송될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예를 따르는 서비스 서버 (150)는 웨어러블 디바이스 (110), 베이스 스테이션 (130) 및 사용자 디바이스 (140) 중 적어도 하나 이상으로부터 사용자의 수면 관련 정보를 수신하여 이를 분석하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어 서비스 서버는 사용자의 생체 신호 데이터 세트를 미리 특정된 주파수 영역으로 분할하여 근전도, 안전도, 뇌전도, 심전도 및 근전도 신호 중 적어도 하나 이상의 신호를 의미하는 생체 신호 데이터를 추출할 수 있다.
이후 본 발명의 실시예를 따르는 서비스 서버는 상기 생체 신호를 정규화 (normalizing) 및/또는 저차원으로 축소 (downscaling) 및/또는 각각의 신호에서 리니어 트랜드를 제거 (detrending)하는 보정을 수행할 수 있다. 나아가 서비스 서버는 보정된 생체 신호를 윈도우 단위로 분할하고, 각각의 윈도우에 메타데이터를 인덱싱할 수 있다.
한편, 특정 사용자의 생체 신호가 본 발명의 실시예를 따르는 이어플러그 형태의 디바이스를 통해 수집되는 동안, 해당 사용자에게 전용 전극을 부착하여 근전도, 안전도, 뇌전도, 심전도 및 근전도 신호 중 적어도 하나인 전용 전극 생체 신호를 깨끗한 형태로 획득할 수 있다. 상기 근전도, 안전도, 뇌전도, 심전도 및 근전도 신호는 종래의 수면 다원 검사 장치를 통해 수집될 수 있으며, 서비스 서버에 전송되어 상기 외이도 생체 신호와 함께 데이터베이스에 저장될 수 있다.
한편, 서비스 서버는 불면증, 과면증, 기면증, 코골이, 수면 무호흡증, 렘수면 행동 장애, 잠꼬대, 몽유병, 이갈이 등 수면 장애를 의미하는 레이블을 생체 신호 형태로 설정하고, 기계학습 프레임워크에 상기 레이블을 학습시킬 수 있다. 나아가 서비스 서버는 비렘수면, 렘수면 등 수면의 단계를 의미하는 레이블을 생체 신호 형태로 설정하고, 기계학습 프레임워크에 상기 레이블을 학습시킬 수 있다. 나아가 서비스 서버는 상기 레이블을 이용하여 인간의 수면 모델을 생성할 수 있다.
예를 들어 수면 다원 검사를 통해 특정 수면 장애를 분석받은 그룹에서 수면 장애 발생 구간에 수집된 전용 전극 생체 신호 세트 및/또는 이어플러그 생체 신호는 해당 수면 장애를 의미하는 레이블로 활용될 수 있다. 이때 분석 대상 수면 장애마다 근전도, 안전도, 뇌전도, 심전도 및 근전도 신호마다 상이한 기준의 가중치가 부여될 수 있다.
또다른 예로 수면 다원 검사를 통해 렘수면 구간에 있는 것으로 추정된 그룹의 해당 구간동안 수집된 전용 전극 생체 신호 세트 및/또는 이어플러그 생체 신호는 렘수면을 의미하는 레이블로 활용될 수 있다. 나아가 비렘수면 구간에 있는 것으로 추정된 그룹의 해당 구간동안 수집된 전용 전극 생체 신호 세트 및/또는 이어플러그 생체 신호는 비렘수면을 의미하는 레이블로 활용될 수 있다. 이때 해당 수면 주기마다 근전도, 안전도, 뇌전도, 심전도 및 근전도 신호마다 상이한 기준의 가중치가 부여될 수 있다.
나아가 서비스 서버는 레이블과 데이터베이스에 저장된 생체 신호의 유사도를 같은 기준의 가중치를 적용하여 계산하고, 각각의 생체 신호에 상기 레이블 및 유사도 값을 인덱싱하여 사용자 수면 패턴을 형성하고, 웨어러블 디바이스 (110), 베이스 스테이션 (130) 및 사용자 디바이스 (140) 중 적어도 하나 이상에 사용자 수면 패턴 정보를 제공할 수 있다. 나아가 서비스 서버 (150)는 웨어러블 디바이스 (110), 베이스 스테이션 (130) 및 사용자 디바이스 (140) 중 적어도 하나 이상에 수면 유도 및/또는 각성을 위한 컨텐츠를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예를 따라 생체 신호를 수집하고, 수면 및/또는 각성을 유도하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 710에서 웨어러블 디바이스가 베이스 스테이션과 분리되면, 웨어러블 디바이스는 미리 설정된 주기로 생체 전극 및/또는 근접 센서, 모션 센서를 디텍팅하여 사용자의 착용을 감지할 수 있다. (단계 720)
이후 웨어러블 디바이스는 사용자의 장착이 감지되면, 생체 전극 및 다른 센서를 통해 생체 신호를 수집할 것이다. (단계 720) 나아가 생체 신호 및 센싱 정보를 통해 사용자의 수면 상태가 판단되면, 사용자 수면 상태에 따라 미리 설정된 수면 유도 자극을 인가할 수 있다. (단계 725)
한편, 베이스 스테이션은 조도센서, 온도 센서 등 수면 환경 정보를 수집할 수 있는 센서를 구비하여, 수면 환경 정보를 수집할 수 있다. (단계 750)
나아가 베이스 스테이션은 웨어러블 디바이스와 무선 통신을 연결할 수 있으며, 수면 상태와 관련된 이벤트 정보를 웨어러블 디바이스로부터 수신할 수 있다. (단계 751) 이에 따라 베이스 스테이션은 사용자 수면 상태에 따르는 수면 유도 및/또는 각성 자극을 제공할 수 있다. (단계 755) 한편, 도 7에 별도로 도시된 것은 아니지만, 베이스 스테이션은 웨어러블 디바이스로 수집된 환경 정보를 제공할 수도 있다. 나아가 사용자가 모닝콜을 베이스 스테이션에 설정한 경우, 모닝콜 시간 정보를 웨어러블 디바이스로 제공할 수도 있다.
한편, 웨어러블 디바이스와 베이스 스테이션이 결합되면 (단계 770) 웨어러블 디바이스는 센싱을 중단하고, 충전 상태로 전환할 것이다. (단계 770) 나아가 베이스 스테이션은 웨어러블 디바이스로부터 센싱 로데이터를 수신하고, 이를 처리할 수 있다. (단계 785)
다시 웨어러블 디바이스가 베이스 스테이션과 분리된 경우 (단계 710) 웨어러블 디바이스는 사용자 스마트폰과 연결될 수 있다. (단계 730)
보다 구체적으로, 스마트폰에서 본 발명의 실시예를 따르는 숙면 어플리케이션을 실행하면, 어플리케이션과 관련된 디바이스가 스마트폰에서 검색될 것이다. 웨어러블 디바이스가 스마트폰에서 검색되면, 스마트폰은 웨어러블 디바이스로 연결을 요청하고, 예를 들어 사용자가 웨어러블 디바이스의 특정 전극들을 순서대로 터치하면, 상기 전극들에서 생체 신호 감지를 수행하고, 미리 설정된 조건의 생체 신호가 인식되면, 웨어러블 디바이스는 스마트폰의 연결을 허용할 수 있다. 이후 스마트폰은 웨어러블 디바이스를 통해 웨어러블 디바이스에서 수집한 센싱 정보 및/또는 베이스 스테이션에서 수집한 센싱정보를 수신할 수 있을 것이다. 나아가 웨어러블 디바이스는 스마트폰의 제어 신호를 수신할 수 있다. (단계 745)
나아가 베이스 스테이션 역시 스마트폰과 연결하고 (단계 760) 제어 신호를 수신할 수 있다. (단계 765)
한편, 웨어러블 디바이스는 사용자가 장착하고 있는 동안에는 내장 메모리에 저장된 컨텐츠를 사용자 자극으로 제공할 수 있다. (단계 725) 그러나 넥밴드 디바이스가 연결된 경우, (단계 730) 확장 안테나 및 확장 배터리가 제공되기 때문에 사용자 디바이스의 컨텐츠를 스트리밍하여 사용자에게 제공할 수도 있다. (단계 740)
본 명세서와 도면에 게시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 게시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

  1. 수면 및 각성 유도 디바이스에 있어서,
    사용자에게 장착되면, 사용자 피부에 밀착되어 생체 신호를 수집하며, 전도성 실리콘 재질로 형성되는 적어도 하나 이상의 전극;
    상기 사용자에게 자극을 제공하는 자극 출력부;
    다른 디바이스와 통신하기 위한 안테나부;
    다른 디바이스와 결합하기 위한 결합부; 및
    상기 전극을 통해 수집된 생체 신호에 따라 수면 상태를 판단하며, 상기 사용자에 대해 미리 설정된 수면 패턴으로 상기 수면 상태를 유도하기 위하여 상기 자극을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 및 각성 유도 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나부는,
    제 1 안테나 모듈 및 상기 전극으로 사용될 수 있는 제 2 안테나 모듈을 포함하며,
    상기 제 2 안테나 모듈은, 사용자에게 장착되면, 다른 디바이스와 통신을 중단하고 상기 생체 신호를 수집하며, 사용자 장착이 종료하면, 상기 제 1 안테나 모듈과 함께 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 수면 및 각성 유도 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 안테나부는,
    물리적으로 분리되어 다른 디바이스에 형성된 제 3 안테나 모듈을 포함하며,
    상기 결합부를 통해 상기 다른 디바이스와 결합되면, 상기 제 3 안테나 모듈, 상기 제 1 안테나 모듈 및 상기 제 2 안테나 모듈과 함께 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 수면 및 각성 유도 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 결합부는,
    충전 단자 및 강자성 재질 영역을 포함하며,
    상기 강자성 재질 영역이 상기 다른 디바이스와 자기적으로 결합하면, 상기 충전 단자를 통해 상기 다른 디바이스로부터 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 수면 및 각성 유도 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수면 유도 디바이스의 외벽을 형성하는 케이싱을 포함하며,
    상기 케이싱은, 상기 전극 영역을 포함하며,
    상기 케이싱은 실리콘 재질로 형성되며, 상기 전극 영역은 전도성, 상기 전극 영역 이외의 영역은 비전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 수면 및 각성 유도 디바이스.
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