KR20210065536A - 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템은 뇌파 신호를 측정하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스와, 무선 통신을 통해 상기 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스와 연결되어 상기 뇌파 신호를 수신하는 모바일 디바이스와, 상기 모바일 디바이스에 설치되고, 상기 뇌파 신호에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 우울증 자가 진단 앱을 포함하며; 상기 우울증 자가 진단 앱은 상기 뇌파 신호로부터 알파파와 H-베타파를 추출하고, 상기 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 것을 특징한다.

Description

뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템{DEPRESSION SELF-DIAGNOSIS SYSTEM USING BRAINWAVE SIGNAL}
본 발명은 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 사용자의 뇌파를 측정하고 스마트 폰과 같은 모바일 디바이스에서 우울증 정도를 자가 진단할 수 있는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템에 관한 것이다.
세계보건기구(World Health Organization, WHO)는 인류에게 가장 큰 부담이 되는 10대 질환 중 우울증을 3위로 보고하였고 2030년에는 1위가 될 것으로 예측하였다.
세계적으로 우울증을 진단 받는 사람의 수는 지속적으로 증가하고 있으며 이는 개인적인 삶의 질뿐만 아니라 국가의 사회경제적 부담이 되고 있다.
특히 한국은 정신질환 실태조사에서 2006년에 비해 2011년의 우울증 유병률이 20% 증가한 것으로 나타나 다양한 관점에서 우울증을 예방하고 치료하는 시도가 요구되고 있다.
우울증은 슬픔, 미래에 대한 비관, 활동이나 생산성의 저하, 수면장애나 심한 피곤, 부적절감, 절망감 등의 특징을 가지는 일련의 감정적 반응으로 정의되며 우울 증상이 심각해질수록 행동 양상의 변화를 동반한다.
연구에 의하면, 우울증은 활동 감소, 정서행동 지연, 수면 양상 변화 등의 다양한 행동 특성과 동기화 상태를 나타내는 무의욕증 등과 관련이 있으며 그러한 증상들은 스마트폰 사용 양상을 분석함으로써 추측이 가능하다.
또한 스마트폰을 통해 우울증의 행동 및 환경적 위험 요인을 모니터하고 관리와 치료를 제공함으로써 장기간의 증상 호전 효과를 볼 수 있다.
국외에서 이루어진 우울증 관련 연구 중 최근 주목받는 연구로는 스마트폰 위치 추적과 사용양상 분석을 통한 우울증 진단 어플리케이션이 대표적이다.
이때, 국내에서 이루어진 우울증 관련 스마트폰 어플리케이션 개발은 시작단계로 대부분이 자가 보고식 설문조사를 통해 사용자의 심리상태를 분석하고 진단하여 보고하는 수준에 머물러 있으며 실제적이고 지속적인 치료적 지원을 수행하지 못하는 상황이다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 뇌파 신호를 비롯한 사용자의 생체신호를 측정하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스를 이용하여 측정된 뇌파 신호에 기초하여, 현 사용자의 우울증 정도를 자가 진단할 수 있는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 뇌파 신호를 측정하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스와, 무선 통신을 통해 상기 웨어러블 디바이스와 연결되어 상기 뇌파 신호를 수신하는 모바일 디바이스와, 상기 모바일 디바이스에 설치되고, 상기 뇌파 신호에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 우울증 자가 진단 앱을 포함하며; 상기 우울증 자가 진단 앱은 상기 뇌파 신호로부터 알파파와 H-베타파를 추출하고, 상기 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 우울증 자가 진단 앱은 기 등록된 정상 알파파와 정상 H-베타파 간의 비율 대비, 상기 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율을 제1 비율로 산출하고, 개안 대비 폐안시의 알파파의 증가와 H-베타파의 감소 비율을 제2 비율로 산출하고, 좌뇌와 우뇌 간의 알파파의 활성화 비율을 제3 비율로 산출하며; 상기 제1 비율, 상기 제2 비율 및 상기 제3 비율의 가중치 합에 기초하여 상기 우울증 정도를 분석할 수 있다.
또한, 상기 무선 통신은 블루투스 통신을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스는 사용자의 두부 양측의 측두엽에서 뇌파 신호를 측정할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면, 뇌파 신호를 비롯한 사용자의 생체신호를 측정하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스를 이용하여 측정된 뇌파 신호에 기초하여, 현 사용자의 우울증 정도를 자가 진단할 수 있는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템의 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스가 인체에 착용된 상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템의 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 우울증 자가 진단 시스템은 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100), 모바일 디바이스(200) 및 우울증 자가 진단 앱(210)을 포함한다.
생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)는 사용자가 착용한 상태에서 사용자의 뇌파 신호를 측정한다. 본 발명에서는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)가 사용자의 두부의 양측 측두엽에서 뇌파 신호를 측정하는 것을 예로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)는, 넥밴드(110), 이어밴드(130a, 130b), 연결부(140) 및 센서부(150)를 포함한다.
넥밴드(110)는 목의 앞부분이 개방되게 목에 착용된다. 넥밴드(110)에는 목의 뒷부분과 접촉가능하게 넥하우징(111)이 설치된다. 넥밴드(110)에는 마이크(118)가 설치된다. 마이크(118)로 입력된 음성은 제어부(116)에서 전기신호로 변환된 후 통신부(115)를 통해 모바일 디바이스(200)로 전송 가능하다. 여기서, 통신부(115)는 블루투스 통신을 통해 모바일 디바이스(200)와 통신하는 것을 예로 한다.
넥하우징(111)에는 조작부(112) 및 표시부(113)가 외부로 노출되게 설치된다. 그리고, 넥하우징(111)에는 전력공급부(114), 통신부(115), 제어부(116) 및 모션감지센서(156)가 내장된다. 넥하우징(111)에 설치된 구성요소에 대해서는 후술하기로 한다.
이어밴드(130a, 130b)는 귓바퀴를 둘러싸게 귀에 착용된다. 이어밴드(130a, 130b)에는 골전도 이어폰(135)이 설치된다. 골전도 이어폰(135)은 제어부(116)의 제어신호에 따라 음향을 출력할 수 있다. 골전도 이어폰(135)은 귀 주변 뼈와 피부를 통해 내이에 진동을 줌으로써 소리를 전달한다. 골전도 이어폰(135)은 음악과 주변 소리를 동시에 가청할 수 있다.
한 쌍의 이어밴드(130a, 130b)는 연결부(140)에 의해 넥밴드(110)에 전기적으로 연결된다. 연결부(140)는 넥밴드(110)와 이어밴드(130a, 130b)를 연결하되, 제어부(116)와 센서부(150)를 전기적으로 연결한다. 연결부(140)는 한 쌍의 이어밴드(130a, 130b)를 연결하는 제1연결라인(141)과, 이어밴드(130a, 130b)와 넥밴드(110)를 연결하는 제2연결라인(142)으로 구성된다.
센서부(150)는 피부에 접촉되게 넥밴드(110)와 이어밴드(130a, 130b)에 각각 설치되어, 심전도, 맥파, 생체임피던스와 뇌파를 측정한다. 센서부(150)는 스트레스 반응 기재를 센싱하기 위한 것이다. 스트레스 반응 기재로는 뇌의 활동 변화, 시상하부의 호르몬 변화, 교감 신경의 활성화, 열 및/또는 땀의 분비 등이 있다.
센서부(150)는 뇌파측정센서(151), 맥파측정센서(152), 제1심전도 측정센서(153), 제2심전도 측정센서(154), 임피던스 측정센서(155)와 모션감지센서(156)를 포함한다.
뇌파측정센서(151)는 귓바퀴의 뒷부분의 측두골과 접촉가능하게 이어밴드(130a, 130b)에 설치되어, 뇌파를 측정한다. 뇌파측정센서(151)는 뇌의 활동 변화를 측정하기 위한 센서이다. 뇌파(EEG;ElectroEncephalogram)는 뇌의 전기적인 활동을 비침습적으로 측정한 전기신호이다.
맥파측정센서(152)는 귓볼 뒤에서 피부와 접촉가능하게 이어밴드(130a, 130b)에 설치되어, 맥파를 측정한다. 맥파는 혈액이 심장에서 파상을 이루며 전파하는 파장이다. 맥파측정센서(152)는 심장의 박동에 따르는 혈류량 변화를 측정한다.
제1심전도 측정센서(153)는 맥파측정센서(152)와 함께, 귓볼 뒤에서 피부와 접촉가능하게 이어밴드(130a, 130b)에 설치되어, 심전도를 측정한다.
제2심전도 측정센서(154)는 넥밴드(110)에 설치된다. 제2심전도 측정센서(154)는 경동맥(즉, 옆 목 부분의 동맥)이 지나가는 부분의 피부와 접촉되어, 심전도를 측정한다. 제1심전도 측정센서(153)와 제2심전도 측정센서(154)는 심근의 활동전류를 측정한다. 심전도(electrocardiogram : ECG)는 심장의 전기적 활동을 증폭하여 기록한 것이다.
임피던스 측정센서(155)는 피부에 접촉가능하게 넥밴드(110)에 설치되어, 피부의 온도 변화에 따른 생체 임피던스를 측정한다. 임피던스 측정센서(155)는 인체의 고통을 유발하지 않는 작은 세기의 교류 전류를 인체에 통과시킴으로써 신체구성 성분에 따라 다양하게 측정되는 임피던스에 따른 전압을 측정한다. 생체 임피던스 신호는 혈압의 정확도를 향상시킨다.
일반적으로, 인체 체액량 중 전해질은 전도체로서 역할을 하므로 개인의 총 체액량(TBW: Total body water)을 추정가능하다. 지방조직의 경우 수분량이 적어 상대적으로 높은 임피던스를 가지고, 제지방의 경우 73%의 수분을 함유하고 있으므로 전해질 역할을 하므로 상대적 낮은 임피던스를 가진다.
모션감지센서(156)는 목의 뒷부분과 접촉가능하게 넥하우징(111)에 내장되어, 인체의 움직임을 감지한다. 모션감지센서(156)는 인체의 임직임이나 자세에 따른 신호를 측정한다.
넥밴드(110)에는 모션감지센서(156), 제2심전도 측정센서(154), 임피던스 측정센서(155)와 더불어, 조작부(112), 표시부(113), 전력공급부(114), 통신부(115), 제어부(116)가 설치된다.
조작부(112)는 착용자의 조작부(112)의 조작을 신호로 변환하여 제어부(116)로 출력한다. 조작부(112)는 온오프 조작 버튼, 골전도 이어폰(135)으로 출력되는 소리를 조절하는 소리 조절 버튼 등이 구비될 수 있다.
표시부(113)는 제어부(116)로부터의 신호에 근거하고, 각종 정보를 외부로 디스플레이하는 부분이다. 표시부(113)는 LED 등의 광원 및 그 구동호로를 포함하고, 광원의 점등에 의해 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)의 구동상태를 외부로 표시한다.
전력공급부(114)는 센서부(150), 골전도 이어폰(135)과 마이크(118)에 전기적으로 연결되어, 센서부(150), 골전도 이어폰(135)과 마이크(118)로 전력을 공급한다. 전력공급부(114)는 충전식 배터리, 리튬 배터리 등이 사용될 수 있으며, 기술발전에 따라 다양한 종류의 배터리가 사용가능함은 물론이다.
통신부(115)는 넥밴드(110)와 이어밴드(130a, 130b)에서 각각 센싱된 생체신호를 모바일 디바이스(200)로 전송한다. 또한, 통신부(115)는 모바일 디바이스(200)에서 발송된 제어신호를 받아 제어부(116)로 인가한다.
제어부(116)는 넥밴드(110)에 내장되어, 센서부(150)로의 전원인가와 센서부(150)에서 센싱된 생체신호를 외부로 출력한다. 제어부(116)는 센서부(150), 마이크(118) 및/또는 골전도 이어폰(135)의 작동을 제어한다.
제어부(116)는 센서부(150)에서 센싱된 생체신호가 통신부(115)를 통해 모바일 디바이스(200)로 전송가능하게 센서부(150) 및 통신부(115)의 작동을 제어한다.
제어부(116)는 기설정된 심전도 알고리즘에 따라 제1심전도 측정센서(153) 및 제2심전도 측정센서(154)에서 측정된 심전도 신호로부터 시간의 변화에 따른 심전도 그래프를 산출한다. 그리고, 제어부(116)는 기설정된 맥파 알고리즘에 따라 맥파측정센서(152)에서 측정된 맥파신호로부터 시간의 변화에 따른 맥파 그래프를 산출한다. 제어부(116)는 기설정된 임피던스 알고리즘에 따라 임피던스 측정센서(155)에서 측정된 임피던스 신호로부터 시간의 변화에 따른 임피던스 그래프를 산출한다.
상술한 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)는 본 발명에 따른 우울증 자가 진단 시스템에 적용 가능한 하나의 예에 불과하며, 다른 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상이 상기 예에 국한되지 않음은 물론이다.
한편, 모바일 디바이스(200)는 무선 통신을 통해 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)와 연결되어, 뇌파 신호를 수신한다. 여기서, 모바일 디바이스(200)의 예로는 스마트 폰이 대표적이며, 그 외에도 태블릿, 노트북 등 다양한 모바일 기기로 구현될 수 있다.
우울증 자가 진단 앱(210)은 모바일 디바이스(200)에 설치되어, 모바일 디바이스(200)의 운영체계와 연동하여 동작한다. 본 발명에서는 우울증 자가 진단 앱(210)이 뇌파 신호에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 것을 예로 한다.
보다 구체적으로 설명하면, 우울증 자가 진단 앱(210)은 뇌파 신호로부터 알파파와 H-베타파를 추출하고, 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율에 기초하여 우울증 정도를 분석한다.
일반적으로 우울증 환자는 정상인에 비해 마음이 안정된 상태에서 만이 발생하는 알파파(12~15Hz) 대신에 긴장이나 흥분, 또는 스트레스 상태에서 많이 발생하는 H-베타파(20~30Hz)가 더 많이 발생한다. 또한, 불안 증세 등으로 눈을 감고 안정을 취할 때에도 알파파가 오히려 감소하는 경향이 많다.
그리고, 긍정적인 사고 영역인 좌뇌 대신 부정적인 사고 영역인 우뇌가 더 활성화되어 있는 좌우뇌 불균형 활성화 상태를 나타내는 것으로 알려져 있다.
이에 본 발명에서는 위 사항을 고려하여, 뇌파 신호로부터 알파파와 H-베타파를 추출하고, 알파파와 H-베타파의 비율을 다음과 같이 산출한다.
먼저, 기 등록된 정상 알파파와 정상 H-베타파 간의 비율 대비, 사용자로부터 측정되어 추출 알파파와 H-베타파 간의 비율을 제1 비율로 산출한다. 그리고, 개안, 즉 눈을 뜬 상태 대비 폐안, 즉 눈을 감은 상태의의 알파파의 증가와 H-베타파의 감소 비율을 제2 비율로 산출한다.
그리고, 좌뇌와 우뇌 간의 알파파의 활성화 비율을 제3 비율로 산출한다. 여기서, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스(100)가 사용자의 두부 양측의 측두엽에서 뇌파 신호를 측정하는 바, 좌측 뇌파 신호와 우측 뇌파 신호의 개별 추출이 가능하다.
상기와 같이, 제1 비율, 제2 비율 및 제3 비율이 산출되면, 우울증 자가 진단 앱(210)은 제1 비율, 제2 비율 및 제3 비율의 가중치 합을 산출하여, 이를 우울증 정도로 산출하게 된다.
상기와 같이, 사용자가 착용하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스가 뇌파 신호를 측정하고, 이를 이용하여 사용자의 우울증 정도가 자가 진단됨으로서, 보다 쉽게 자신의 우울증 정도를 알 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100: 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스
110: 넥밴드 111: 넥하우징
112: 조작부 113: 표시부
114: 전력공급부 115: 통신부
116: 제어부 118: 마이크
130a, 130b: 이어밴드 135: 이어폰
140: 연결부 141: 제1연결라인
142: 제2연결라인 150: 센서부
151: 뇌파측정센서 152: 맥파측정센서
153: 제1심전도 측정센서 154: 제2심전도 측정센서
155: 임피던스 측정센서 156: 모션감지센서
200: 모바일 디바이스 210: 우울증 자가 진단 앱

Claims (4)

  1. 뇌파 신호를 측정하는 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스와,
    무선 통신을 통해 상기 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스와 연결되어 상기 뇌파 신호를 수신하는 모바일 디바이스와,
    상기 모바일 디바이스에 설치되고, 상기 뇌파 신호에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 우울증 자가 진단 앱을 포함하며;
    상기 우울증 자가 진단 앱은 상기 뇌파 신호로부터 알파파와 H-베타파를 추출하고, 상기 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율에 기초하여 우울증 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 우울증 자가 진단 앱은
    기 등록된 정상 알파파와 정상 H-베타파 간의 비율 대비, 상기 추출된 알파파와 H-베타파 간의 비율을 제1 비율로 산출하고,
    개안 대비 폐안시의 알파파의 증가와 H-베타파의 감소 비율을 제2 비율로 산출하고,
    좌뇌와 우뇌 간의 알파파의 활성화 비율을 제3 비율로 산출하며;
    상기 제1 비율, 상기 제2 비율 및 상기 제3 비율의 가중치 합에 기초하여 상기 우울증 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신은 블루투스 통신을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스는 사용자의 두부 양측의 측두엽에서 뇌파 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023033286A1 (ko) * 2021-09-03 2023-03-09 삼성전자 주식회사 정신 건강 관리를 위한 전자 장치 및 이의 제어 방법
KR20230108778A (ko) 2022-01-11 2023-07-19 주식회사 옴니씨앤에스 우울장애의 평가 도구와 포괄적인 치료 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템 및 방법
KR20230124239A (ko) 2022-02-18 2023-08-25 주식회사 옴니씨앤에스 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템

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