KR20230124239A - 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템 - Google Patents
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Abstract
심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템이 제시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법은, 심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 상기 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 단계; 및 상기 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계를 포함할 수 있다.
Description
아래의 본 발명의 실시예들은 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비침습적(non-invasive) 생체신호 측정 센서와 심박변이도(heart rate variability, HRV) 바이오피드백을 이용하여 심박변이도 개선을 통한 정신 및 신체 건강 증진을 목적으로 하는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템에 관한 것이다.
세계보건기구(world health organization, WHO)는 심혈관계 질환, 암, 만성 호흡기 질환, 당뇨병, 정신 건강 상태를 포함한 비전염성 만성 질환을 전세계 사망의 70%를 차지하는 주된 원인으로 발표하였으며, 비전염성 만성 질환의 유병율은 지속적으로 증가하는 추세로 사회, 경제적 부담을 가중하고 있다. 비전염성 만성 질환은 교감신경계(sympathetic nervous)의 과도한 활성화와 미주신경(vagus nerve) 활성의 감소로 인한 자율신경계(autonomous nervous system) 균형의 손상과 연관되어 있다. 자율신경계는 전신에 분포하고 있으며, 하나의 장기에 대해서 교감신경계와 부교감신경계(parasympathetic nervous)가 길항적으로 작용하여 체내 및 체외의 다양한 환경 변화에 대한 체내 프로세스를 제어하여 항상성(homeostasis)을 유지하고 생명유지 기능을 조절하므로 자율신경계 기능의 부조화로 인한 자율신경 실조증(dysautonomia)은 비전염성 만성 질환의 발병과 진행의 원인이며 이런 질병에 의해 초래되기도 한다. 자율신경계 기능 이상은 코티졸(cortisol), 노르에피네프린(norepinephrine) 등의 스트레스 호르몬의 과다분비, 수면 교란, IL 6 등의 염증 매개체 방출, 고혈압, 면역 기능 장애 등의 생리학적 변화를 일으키고, 심혈관계 질환, 암, 알츠하이머병(Alzheimer’s disease) 등 건강 상태 악화와 합병증 발병의 원인이 된다.
자율신경계 기능의 검사에는 자세 변화에 따른 혈압과 심박수 변화, 혈관 운동 반응, 발한 신경기능검사, 심박변이도 검사 등이 있다. 심박변이도 검사는 스트레스에 대한 자율신경계 반응의 가시화, 현재의 신체적 건강 및 정신생리학적 안정 상태의 확인, 자율신경계의 활동 및 균형 정도의 정량화가 가능하여 임상 현장에서 가장 보편적으로 사용되는 방법이다. 심박변이도는 한번의 심장이 뛰는 주기로부터 다음 심장이 뛰는 주기 사이의 미세한 변이, 즉 심장박동간 시간 변동 정도를 의미하며, 심장 전체의 전기적 신호를 주도하는 심장박동의 중추인 동방결절(sinuaricular node)의 활동은 교감신경인 척수신경의 자극에 의해서 빨라져서 심장박동의 주기와 세기를 증가시키는 반면, 부교감신경인 미주신경의 자극에 의해서는 반대의 결과를 초래한다. 심박변동은 주로 교감신경계와 부교감신경계의 미주신경에 의한 단기 조절(short term regulation)에 의하며, 특히 압반사(baroreflex) 조절과 호흡성 동성부정맥(respiratory sinus arrhythmia, RSA)에 의해서 심박수가 변화된다. 즉, 혈압이 저하되면 심박수가 증가하고, 혈압이 상승하면 심박수가 감소하여 혈압을 조절하고, 들숨(inspiration)동안 심박수가 증가하고 날숨(expiration)동안 심박수가 감소한다. 심박변동의 장기 조절(long term regulation)에 관여하는 메커니즘에는 호르몬, 감염 등의 생리학적 요인, 감정, 스트레스, 인지 조절 등의 신경심리학적 요인, 환경적 요인, 육체적 운동, 흡연, 음주 등의 생활방식 등이 있다. 심장 박동은 자율신경계를 구성하는 교감신경계와 부교감신경계의 상호작용에 의해서 끊임없이 미세하게 변화하여 일정하게 뛰는 듯하나 불규칙하고 복잡하게 변화하며 신체의 항상성을 유지하는 적응력을 시사한다. 자율신경계의 활성도가 높을수록 체내 및 외부 환경 변화에 대한 적응력이 뛰어날수록 심장박동의 변화는 크고 복잡하게 나타나며 건강한 상태임을 의미한다. 따라서 심박변이도는 교감신경계와 부교감신경계의 활성도, 균형 및 리듬을 특성화하여 자율신경계의 기능을 평가하는 예민하고 비침습적인 자율신경계 기능의 지표로서 건강 상태를 반영하는 바이오마커의 일종이며, 심혈관계 질환을 포함한 다양한 질병에서 자율신경성 리듬 장애의 연관성이 밝혀지면서 다양한 임상 분야에서 활용되고 있다. 고(高) HRV는 스트레스, 운동 등의 내인성E외인성 변화에 대한 심장 계통의 높은 적응력을 반영하는 반면, 저(低) HRV는 심혈관계 질환의 발병 및 사망의 위험 지표로 활용된다.
심박변이도 분석은 1996년 유럽 순환기 학회(European Society of Cardiology)와 북미 조율 및 전기생리 학회(North American Society of Pacing and Electrophysiology) 멤버들로 구성된 국제 전문위원회에서 심박변이도의 표준 측정 방법, 심박변이도 지표의 표준화, 심박변이도 지표의 생리학적 및 병리학적 연관성 해석, 임상 활용 분야에 대한 표준을 제정하여 학술지(Circulation 1996, 1043~1065)에 게재하면서 전세계적으로 활용되고 있다. 심박변동은 심전도(electrocardiogram, ECG) 파형의 QRS 복합체 중 가장 높은 피크인 R파 피크 간 시간 간격(R-R interval, RRI)으로 1000분의 1초(millisecond, ms) 단위의 변동이다. 심박변이도 수준의 평가는 ECG 또는 맥파(pulse wave) 기록으로 측정된 데이터의 시계열 및 주파수계열 분석에 의한다. 즉, 등간격으로 수집된 RRI 데이터를 1초 간격으로 재샘플링(resampling)하여 시계열 분석하거나 재샘플링된 RRI 데이터를 고속푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 등을 이용한 파워스펙트럼 분석을 통해 심박수 리듬(tachogram)을 구성하는 주파수 파형의 기여도를 정량화하는 주파수계열 분석 등을 통해 얻어진 지표를 이용한다. 시계열 분석은 특정 시간에서의 평균 심박수, QRS 복합체의 이웃하는 간격(normal to normal interval, NN interval) 등을 통계적 분석이나 기하학적 분석을 통해 지표를 산출한다. 통계적 분석에 의한 지표는 SDNN(standard deviation of all NN intervals), SDANN(standard deviation of the averages of NN intervals in all 5 minute segments of the entire recording), RMSSD(the square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals), SDNN index(mean of the standard deviations of all NN intervals for all 5 minute segments of the entire recording), SDSD(standard deviati on of difference between adjacent NN intervals), NN50 count(number of pairs of adjacent NN intervals differing by more than 50 ms in the entire recording), pNN50(NN50 count divided by the total number of all NN intervals)이며, 기하학적 분석에 의한 주요 지표는 HRV triangular index(total number of all NN intervals divided by the height of the histogram of all NN intervals measured on a discrete scale with bins of 7.8125 ms)이다.
SDNN은 심박수에 대한 교감신경계와 부교감신경계의 조절을 모두 반영하며 압수용체 반사(baroreceptor reflex) 등의 장기 인자와 호흡 등의 단기 인자를 반영하는 심박변이도의 전반적 추정 지표이며, 측정 시간에 따라 그 값이 달라지므로, 단기 분석에는 5분, 장기 분석에는 24시간으로 측정시간을 표준화한다. SDNN의 감소는 좌심실 기능 장애 등과 밀접한 관련이 있으며, 심인성 급사(sudden cardiac death)와 심실빈맥(ventricular tachycardia)의 위험도 증가를 예측할 수 있는 지표로 알려져 있다. RMSSD는 주로 부교감신경 계의 활성을 반영한다. HRV triangular index는 밀도 분포(sample density)의 적분값(전체 NN 간격 수)을 밀도 분포의 최고치(최다 NN 간격 수)로 나눈 값으로 심박변이도의 전반적인 추정 지표이며, HRV triangular index 값이 클수록 시각적으로 넓게 퍼진 분포를 나타내며 심장 기능이 건강함을 의미하며, HRV triangular index 값이 작을수록 심장질환 발생 확률이 높고, 이미 발병한 심장질환의 예후가 나쁜 것으로 알려져 있다.
주파수계열 분석에서 2~5분 정도의 단기 측정 데이터의 파워스펙트럼 분석 지표는 TP(5 min total power), VLF(power in VLF range, ≤0.04 Hz), LF(power in LF range, 0.04~0.15 Hz), LF norm(LF power in normalized units, LF/(total power - VLF)x100), HF(power in HF range, 0.15~0.4 Hz), HF norm(HF power in normalized units, HF/(total power - VLF)x100), LF/HF(LF/HF ratio)를 이용한다. HF 대역은 부교감신경계의 활동 지표로서 만성 스트레스, 노화 등으로 감소하며 미주신경의 매개로 빠른 심박수 변화를 유도하는 RSA에 대한 호흡의 영향을 반영한다. 즉, 흡기 시에는 미주신경의 작용이 억제되어 심박수가 증가하고 호기 시에는 미주신경이 활성화되어 심박수가 감소한다. LF 대역은 교감신경계와 부교감신경계의 활동을 모두 반영하지만, 주로 교감신경계의 활동 지표로 보는 견해가 우세하며 혈압을 조절하는 압반사와 뇌줄기(brainstem)간의 피드백 회로(feedback loop)인 압반사 활성에 의한 상대적으로 느린 심박수 변화를 유도한다. 혈압조절은 대동맥의 압력 감지기인 압수용체가 뇌하수체 중추에 혈압 정보를 보내고, 자율신경계가 심장의 동방결절을 조절하여 항상성을 유지하는데, 혈압이 높을 때는 미주신경이 심박수를 줄이고 혈압이 낮을 때는 교감신경이 심박수를 높이게 된다. 이런 압수용체의 혈압 조절 과정에서 약 5초의 시간 지연이 발생하고 심박수에 10초(0.1 Hz) 파형(LF 성분)이 발생한다.
HRV 파워스펙트럼의 해석은 RSA와 압반사 활성과 같은 자율신경성 심혈관계 적응(autonomic cardiovascular adaptations)에 관련된 생리학적 메커니즘의 복잡성을 고려해야 한다. TP는 전반적인 자율신경계의 활성 지표로 주로 교감신경계의 활동을 반영하며, 건강한 성인의 참고범위는 1,000 ms2 이상이고, 만성 스트레스나 질병이 자율신경계 활동을 저하시켜서 TP를 감소시킨다. LF/HF는 교감신경계와 부교감신경계의 균형을 정량화하는 지표로서 임상적으로 0.5~2.0을 자율신경계의 균형 상태라고 할 수 있으며, 교감신경계가 활성화되거나 부교감신경계의 활성이 억제되면 그 값이 높아진다. 일반적으로 젊고 건강한 성인은 수면 중에 HF norm이 LF norm보다 크고, 깨어 있는 동안에는 LF norm이 HF norm보다 크다. 이런 교차 현상은 노화가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보이는데, 이는 교감미주신경의 균형(sympathovagal balance)이 연령 증가에 따라 교감신경계 쪽으로 편중되는 것을 의미하며, 노화에 의한 부교감신경계의 활성 감소 속도는 교감신경계보다 빨라서 주로 부교감신경계의 활성 감소에 기인한다. 따라서 최근의 연구는 미주신경 활성 증가와 자율신경계 균형 회복을 위한 중재(interventions)에 집중되고 있다.
심박변이도 검사는 임상 현장에서 자율신경계 활성 및 균형도 확인, 긴장성 두통, 편두통, 뇌졸중 등의 신경계 질환, 심근경색증, 협심증, 부정맥, 빈맥, 서맥 등의 심혈관계 질환, 우울증, 불안장애, 불면증, 공황장애 등의 정신계 질환, 기능성 위장장애, 과민성 대장 증후군, 식욕저하 등의 소화기계 질환, 피로, 기력저하, 당뇨병, 갑상선 질환, 비만 등 스트레스 관련 증상 및 질환의 발병 위험도 예측, 저항능력 및 예후 평가 등에 활용되고 있다. HRV는 동맥경화증, 심부전 등의 심장질환 환자의 임상적 예후 평가, 신체의 스트레스 반응 및 정서 상태를 확인하는 지표로 활용되고 있다. HRV는 심장질환이 없는 건강인의 경우 불면, 수면의 질 저하와 같은 수면 관련 문제, 불안, 우울, 스트레스와 같은 정서적 상태에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
수면의 질이 나쁘거나 불안이나 스트레스가 있는 경우, 심장의 교감신경 활동성은 증가하는 반면, 부교감신경 활동성은 감소하여 HRV에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 수면과 우울은 밀접한 관련이 있으며 수면의 질 저하가 감정조절능력을 방해하여 우울감을 증가시킬 수 있다. Estrela 등(2021)은 자폐범주성장애(Autism spectrum disorder, ASD) 또는 지적장애(intellectual disability) 청소년의 모친으로 구성된 만성 스트레스성 그룹 125명과 건강한 청소년의 모친으로 구성된 대조 그룹 97명을 대상으로 만성 스트레스로 인한 심박변이도와 수면의 질, 우울증상과의 관계를 분석한 결과, HRV 저하는 만성 스트레스로 인한 수면의 질 저하의 바이오마커이며, 만성 스트레스와 수면의 질 저하는 우울증상을 증가시키는 것으로 보고하였다. Attar 등(2021)은 건강한 성인 15명을 대상으로 휴식, 스트레스, 명상 상태에서 심박변이도와 EEG(electroencephalogram)의 특성 변화를 비교한 결과, 스트레스와 EEG, HRV는 유의적인 상관관계를 나타내며, HRV와 EEG 측정은 스트레스 관련 증상 및 질환의 진단 및 치료의 예후 모니터링, HRV와 EEG 특성을 이용한 스트레스 관리를 위한 바이오피드백 훈련(biofeedback training), 우울증, 불안장애, 주의력 결핍 및 과잉행동 장애(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD), 주의력 결핍장애(attention deficit disorder, ADD) 등의 치료에의 응용이 가능할 것으로 보고하였다. HRV의 LF, HF, LF/HF, RMSSD는 좌반구의 알파파 파워, 알파파 파워 비대칭성(alpha band power asymmetry) 등의 EEG 특성과 상관관계를 나타낸다. 스트레스 관련 EEG 특성과 HRV 특성의 병용은 스트레스의 측정, 치료 예후 개선에 효과적이다.
스트레스는 심리적 혹은 신체적으로 감당하기 어려운 상황에 처했을 때 느끼는 불안과 위협의 감정으로 생리적, 심리적, 행동 반응을 수반한다. 생리적 반응으로는 두통, 불면증, 근육경련, 극도의 피로, 위장장애 등이 있으며, 심리적 반응으로는 우울증, 분노, 불안, 무관심, 초조, 욕구 좌절, 죄의식, 무기력감, 적개심, 주의집중력 저하, 안정감 상실 등이 있고, 행동적 반응으로는 식욕 상실, 체중의 급격한 변화, 호흡 곤란, 업무실적 저하, 사회적 관계 회피 등이 있다. 스트레스 상황에 직면하면 뇌 속에 있는 전기E화학적 정보가 시상하부(hypothalamus)로 전달되고, 시상하부에서 부신피질 자극호르몬 방출인자(corticotropin releasing factor, CRF)를 방출하고, CRF는 뇌하수체에서 부신피질 자극호르몬(adrenocorticotrophic hormone, ACTH)과 갑상선 자극호르몬(thyroid stimulating hormone, TSH)을 생성하며, TSH는 갑상선 호르몬을 분비하여 신진대사를 증가시킨다. ACTH는 부신피질에서 코티졸(cortisol)을 생성하여 혈당 수준을 높여서 신진대사를 촉진하고, 부신수질에서 아드레날린(adrenaline 또는 epinephrine)과 노르아드레날린(noradrenaline 또는 norepinephrine)을 생성하여 혈당 수준을 높이고 심장박동과 혈압을 상승시키며, 투쟁 도피 반응(fight flight response)을 일으킨다. 스트레스 반응은 외부 위협을 극복하여 항상성을 유지하려는 적응 반응의 일종으로, 심박동수와 혈압의 증가 등 심혈관계 반응과의 관련성이 다수의 임상연구를 통해서 입증되었다. Kim 등(2018)은 스트레스와 HRV의 상관관계에 대한 메타분석 결과, 낮은 HRV는 스트레스 상태, 높은 HRV는 스트레스에 대한 강한 내성을 의미한다고 보고하였다. Salahuddin 등(2017)은 스트레스가 높은 집단일수록 HRV HF는 감소하고 LF와 LF/HF는 증가하여 스트레스 수준이 HRV 지표와 관련되어 있음을 입증하였다. 급성 스트레스에 대한 생리적 반응은 교감신경의 활성화(LF 증가), 부교감신경 활성도 감소(HF 감소)에 따른 자율신경 활성 비율의 증가(LF/HF 증가)로 알려져 있다. EEG는 스트레스에 대한 대뇌피질의 반응을 분석하는 편리한 수단으로서 시간 해상도가 높아서 다양한 정신 상태 분석에 있어서 유용한 정보를 제공한다. 스트레스와 관련된 EEG 기반 연구 결과에 따르면, 스트레스 반응 등 부정적 정서(negative emotions) 처리는 좌반구(left hemisphere)보다 우반구(right hemisphere)와 관련되어 있으며, 이런 차이는 전두엽(frontal cortex)이 핵심 역할은 한다. 전두엽의 알파파 파워 비대칭성(alpha power asymmetry)과 좌E우반구 간 비대칭성(inter hemispheric asymmetry)은 정신적 스트레스를 의미하며, 정신적 스트레스는 알파파 파워의 감소와 베타파 파워의 증가와 상관성이 높고, 명상은 알파파 파워를 증가시킨다.
스트레스 평가에 EEG 또는 ECG(electrocardiogram)를 이용한 연구 사례가 많다. EEG와 ECG를 병용한 사례를 보면, HRV의 SDNN(the standard deviation of NN intervals)과 상대적으로 높은 베타파 파워 간에는 유의적인 음의 상관관계가 있고, 스트레스 수준(stress level) 평가의 정확도는 EEG 특성과 ECG 특성을 조합하여 support vector machine algorithms 사용으로 유의적으로 높게 나타났다. Dalmeida와 Masala(2021)는 웨어러블 기기로부터 추출된 ECG 유래 HRV 특성을 이용한 스트레스 상태 여부 및 스트레스 수준 분류 예측 모델 개발을 위한 연구에서 K Nearest Neighbor(KNN), Support Vector Machines(SVM), Multilayer Perceptron(MLP), Random Forest(R F), Gradient Boosting(GB) 등의 머신 러닝 방법을 적용한 결과, MLP 모델의 예측 민감도가 80%로서 신체 기능 재활, 불안 경감이나 정신 건강에서 스트레스 수준의 모니터링에 이상적인 분류 알고리즘으로 보고하였다. Dobbs 등(2019)이 ECG와 휴대용 웨어러블 기기를 이용한 HRV 측정 결과의 질적인 비교를 위한 체계적 문헌고찰과 메타 분석(23 편의 연구) 결과, ECG에 비해서 휴대용 웨어러블 기기는 절대 오차가 있으나, 이런 오차는 HRV 분석에서 허용 가능한 정도이어서, 휴대용 웨어러블 기기는 임상 장비나 공간의 구애를 받지 않는 실용적이고, 비용 효과적(cost effective)인 HRV 측정 수단으로 보고하였다. 자율신경 실조증은 파킨슨병의 초기 단계부터 동반이환 되는 경우가 일반적이어서 정상인과 비교하여 LF, LF/HF가 유의미하게 감소하며, 유병기간에 비례하여 악화되는 것으로 알려져 있다. HRV 감소는 급성 뇌졸중의 부정맥 및 급사의 위험을 높이고 뇌전증 및 뇌경색의 예후 평가에도 활용되고 있다. HRV 감소는 노인 인구와 경도 인지장애 환자의 높은 사망률과 연관성이 있다. 즉, 자율신경계 기능부전에 따른 혈압 조절 능력 저하는 뇌의 관류저하와 백질병변(white matter lesions)을 유발하여 HRV 감소는 백질병변 연관성 인지기능장애의 예측인자로 활용 가능하다. 경도인지장애 환자의 경우 정상인에 비해 LF, HF, LF/HF 감소하고 알츠하이머병 환자는 경도인지장애 환자와 정상인에 비하여 HRV가 유의적으로 감소하는 것이 확인된 바 있다.
상술한 바와 같이 HRV는 심장 및 자율신경계의 전반적인 건강 상태의 척도로서 인체의 항상성 유지를 위한 조절 능력의 저하, 질병 상태 등은 HRV의 감소로 반영되므로, HRV 측정은 현존하는 가장 민감하고 재현성이 뛰어난 검사법으로 다양한 질환 및 병증의 진단 치료 예후 판정에 있어서 매우 유용한 정보를 제공한다. HRV는 성별, 연령, 신체 활동, 신체적 건강(physical fitness), 기존의 HRV 측정을 활용한 자율신경계 기능 검사는 심전도 측정 장비와 숙련된 임상 전문가, 환자의 적극적인 협조를 필요로 하며 시공간적 제약 등의 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 비침습적(non-invasive) 생체신호 측정 센서와 심박변이도(heart rate variability, HRV) 바이오피드백을 이용하여 심박변이도 개선을 통한 정신 및 신체 건강 증진 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 생체신호에 기반하여 개인 맞춤형 호흡 속도를 결정하고, 결정된 호흡 속도로 훈련을 진행하기 위한 시ㆍ청ㆍ체성감각적 자극 수단과 훈련의 전 과정에서 실시간으로 수집된 생체신호 데이터의 분석을 통한 심신의 건강과 통계적으로 유의미한 상관관계를 보이는 바이오마커(biomarker)에 기반한 피드백과 훈련 지표를 제공함으로써, 호흡 훈련과 그 효과 평가가 동시에 이루어지는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법은, 심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 상기 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 단계; 및 상기 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계를 포함할 수 있다.
상기 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계는, 개인별 상기 공명주파수에 따른 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 상기 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모를 위한 색채요법(chromotherapy)과 훈련의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론(attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용할 수 있다.
실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 단계를 더 포함할 수 있다.
복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도하는 자기주도학습 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 공명주파수의 특정을 위한 평가, 상기 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고하는 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계는, 상기 심박변이도(HRV)의 개선 효과가 기설정된 수치 미만인 경우, 상기 공명주파수 결정 단계를 수행하도록 할 수 있다.
자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 하는 의료 전문가의 원격 진료 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템은, 심박변이도(HRV)를 측정하고, 상기 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 모듈; 및 상기 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈을 포함할 수 있다.
상기 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈은, 개인별 상기 공명주파수에 따른 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 상기 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모를 위한 색채요법(chromotherapy)과 훈련의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론(attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용할 수 있다.
실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 모듈을 더 포함할 수 있다.
웨어러블 맥파(photoplethysmography, PPG) 측정 디바이스 또는 호흡 페이서를 활용하여 상기 심박변이도(HRV)를 측정할 수 있다.
복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도하는 자기주도학습 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 공명주파수의 특정을 위한 평가, 상기 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고하는 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈은, 상기 심박변이도(HRV)의 개선 효과가 기설정된 수치 미만인 경우, 상기 공명주파수 결정 모듈을 수행하도록 할 수 있다.
자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 하는 의료 전문가의 원격 진료 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 시공간적 제약이 없는 안전하고 간편하며 효과적인 HRV-BF 호흡 훈련의 수행과 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가가 가능하고, HRV-BF 호흡 훈련에 따른 HRV 개선 효과, 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가가 실시간으로 이루어지며, HRV-BF 호흡 훈련에 따른 압반사 민감도(baroreflex sensitivity)와 미주신경 활성 증가를 통해 교감신경계와 부교감신경계의 균형 및 자율신경계 기능 개선을 통한 심신의 건강 증진 효과가 있는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 의료 서비스 소외 지역의 비대면 원격 의료 서비스를 제공할 수 있으므로 자율신경계 기능 이상 및 부전에 따른 질병 및 병증을 저비용의 비침습적 방식으로 조기에 간단하고 신속하게 선별해냄으로써, 국민건강 증진을 통한 사회E경제적 비용 절감과 삶의 질 향상에 획기적으로 기여할 수 있는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 곡선 안내 그래프를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 영상을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 중재 프로그램(BB)의 자연 배경의 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 곡선 안내 그래프를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 영상을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 중재 프로그램(BB)의 자연 배경의 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 본 발명의 실시예들은 비침습적(non-invasive) 생체신호 측정 센서와 심박변이도(heart rate variability, HRV) 바이오피드백(biofeedback, BF), 즉, HRV-BF을 이용하여 심박변이도 개선을 통한 정신 및 신체 건강 증진을 목적으로 하는 호흡 훈련 중재 방법을 제공하기 위한 것으로서, 생체신호에 기반하여 개인 맞춤형 호흡 속도를 결정하고, 결정된 호흡 속도로 훈련을 진행하기 위한 시ㆍ청ㆍ체성감각적(시각, 청각, 체성 감각) 자극 수단과 훈련의 전 과정에서 실시간으로 수집된 생체신호 데이터의 분석을 통한 심신의 건강과 통계적으로 유의미한 상관관계를 보이는 바이오마커(biomarker)에 기반한 피드백과 훈련 지표를 제공하여 호흡 훈련과 그 효과 평가가 동시에 이루어지는 안전하고 편리하며 효과적인 심박변이도 개선 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템에 관한 것이다.
바이오피드백은 생체정보를 컴퓨터 화면에 실시간으로 제시하여 자신의 신체 상태를 확인하면서 바람직한 방향으로 변화시키려는 기법이다. 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF)은 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 훈련으로서 미국 뉴저지 주립 럿거스 대학교(Rutgers, the State University of New Jersey)의 Lehrer 교수와 Vaschillo 박사가 임상시험에 기초한 이론 정립과 표준 프로토콜을 개발하여 학술지(Applied Psychophysiology & Biofeedback, 2000, 25: 177 191)에 게재한 이래 전세계적으로 다양한 임상 연구에서 준용되고 있으며, 그 효과 및 작용기전에 대한 연구 결과가 활발히 보고되고 있다.
심장 혈관 시스템의 공명 현상의 발견은 1980년대 Vaschillo 박사가 러시아에서 행한 연구가 발단이 되었다(Vaschillo et al., 1984; Lehrer, 2013b). 5명의 우주비행사를 대상으로 0.01~0.14 Hz의 주파수 조건에서 호흡, 심박수, 혈압의 관계를 조사한 연구에서, 각 주파수에서 변화하는 정현파의 움직임과 피험자의 심박변이도를 중첩하여 모니터에 제시하고, 심박변이도는 신체 내부의 상태를 반영하는 정보라고 알려준 후 피험자로 하여금 심박변이도를 정현파의 움직임에 맞추도록 요구하였다. 심박변이도를 조정하기 위한 피드백을 제공하지 않았음에도 불구하고 피험자는 스스로 호흡을 조정하거나 근육을 긴장시키는 등의 방법으로 요구에 따랐다. 분석 결과, 약 0.1 Hz의 정현파 조건에서 가장 큰 심박변이도가 관찰되었고, 이때 심박변이도가 최대가 된 주파수(공명주파수)는 0.075~0.12 Hz(4~6.5회/분)의 범위에서 개인별로 달랐다(Vaschillo et al., 2002; Vaschillo et al., 1984). 공명주파수를 이용한 HRV-BF 훈련이 자율신경계 항상성 기능을 개선한다는 착상에 근거하여 HRV-BF 훈련 기법을 다양한 신경증이나 심신증의 치료에 응용하기 시작하였다(Chernigovskaya et al., 1990; Le hrer et al., 2004). Lehrer 등(2003)의 연구에 의하면, 10주간의 HRV-BF 훈련을 실시하면서 1, 4, 7, 10 번째 방문 시 훈련 직전 안정 상태의 압수용체반사 민감도(baroreceptor reflex sensitivity)와 호흡 기능(최대 호기 유량)이 서서히 상승하였으며, 심박변이도 지표(심박변이도 저주파 성분의 파워값, 심박변이도 고주파 성분의 파워값, RR 간격의 스펙트럼 파워값 등)의 기준치도 훈련 세션에 따라서 증가하는 경향을 나타내었다.
HRV-BF은 컴퓨터 스크린 등에서 심박변동의 양상을 확인하면서 표준 프로토콜에 따른 호흡 훈련을 통해서 심박변이도를 증대시키는 중재로서, 호흡성 동성 부정맥(RSA)과 압수용체 반사(baroreceptor reflex)의 상승 효과로 자율신경계의 항상성 기능을 증진시킨다. 즉, 심혈관계 시스템의 공명주파수(resonance frequency)로 호흡을 조절하면 심박수에 대한 호흡의 영향이 압반사 효과를 자극하여 호흡성 동성부정맥과 압수용 이득(baroreflex gain)이 극대화된다(Lehrer et al., 2003; Lehrer 2013a). 호흡성 동성부정맥은 호흡에 동반한 심박수의 증감으로 흡기 시에 교감신경계가 항진하여 심박수가 증가하고, 호기 시에는 역으로 부교감신경계가 자극되어 심박수가 저하되는 생리적 현상이다. 의식적으로 호흡 속도를 늦추면 심박변이도의 진폭이 커지고, 반대로 빠른 호흡에서는 심박변이도가 감소한다(Hirsch & Bishop, 1981; Hayano et al., 1994). 압수용기는 내경동맥기부에 있는 경동맥동(carotid sinus)으로 혈압에 의한 혈관벽의 신전을 감지하는 구조로 되어 있다. 압수용체 반사는 생체의 항상성 기능의 일종으로, 혈압이 상승하면 심박수와 혈관 긴장을 저하시키고, 혈압의 저하에 대해서는 심박수와 혈관 긴장을 높여서 혈압을 일정하게 유지하는 역할을 담당한다. 압수용체 반사에 의한 혈압 조절에는 5초 정도의 지연이 있어서, 이 시스템에 약 10초(0.1 Hz)의 진동이 발생하고(Madwed et al., 1989), 이런 진동 시스템에는 공명을 일으키는 성질이 있다(Ringwood & Malpas, 2001). 공명이란 진동 시스템에 대해서 동일한 진동의 자극이 가해지면 해당 시스템의 진동의 진폭이 증대되는 현상이다.
따라서 약 0.1 Hz의 호흡 조절에 의한 자극을 가하면 심장 혈관 시스템에 공명이 일어나고, 심박변이도가 현저히 증대되는 것으로 추정된다(Lehrer, 2007). 구체적으로 살펴보면, 약 0.1 Hz의 호흡 조절에 의해서 심박수의 증감이 동일 빈도와 동일 위상에서 유도(호흡성 동성부정맥)되고, 이 때 혈압은 심박수와 역위상으로 변화하므로, 흡기 시의 심박수 증가에 대해서 혈압이 저하되고, 이런 혈압의 저하는 압수용체 반사를 자극하여 심박수의 증가를 촉진하는 한편, 호기 시에는 압수용체 반사가 자극되어 심박수의 감소와 혈압의 상승이 일어난다. 이와 같이 약 0.1 Hz의 호흡 조절에 의해서 호흡과 심박변이도는 거의 동일 위상으로 변화하고, 심박변이도와 혈압은 역위상으로 변화하는 패턴은 Vaschillo 등(2002)의 중요한 발견이다. 약 0.1 Hz의 호흡 조절은 호흡성 동성부정맥이 압수용체 반사를 자극하여 심박수 변화를 한층 더 유발하게 되고, 호흡성 동성부정맥과 압수용체 반사의 효과 중합에 의해서 심박변이도는 현저하게 증대된다. 예컨대, 약 0.1 Hz의 빈도로 호흡을 조절한 때의 호흡, 심박수, 혈압을 나타낸 공명 과정의 예시에서, 호흡에 의한 심박수의 증감 호흡성 동성부정맥과 혈압 변화에 관여하는 심박수의 증감(압수용체 반사)이 동시에 발생한다.
HRV-BF은 체계적 문헌고찰과 메타분석 연구를 통해서 다음과 같은 임상적 효과를 발휘하는 것으로 보고되었다(Lehrer et al., 2020). HRV-BF 훈련에 의해서 부교감신경계가 자극되어 그 활동이 증가한다. 호흡성 동성부정맥은 심장에 대한 부교감신경계 미주신경(vagus nerve)의 작용에 의해서 매개되고(Berntson et al., 1993), 압수용체 반사도 부교감신경계 미주신경, 설인신경(glossopharyngeal nerve)를 통해서 기능하고 있다. 공명주파수로 호흡을 조절하면 부교감신경계 활동이 활성화되고, 부교감신경계의 자극에 의해서 정동제어(emotion regulation)의 개선도 기대된다(Mather & Thayer, 2018). 공명 과정에서 호흡과 심박이 동일 위상으로 변화하므로, 흡기 시 심박수의 증가는 가스교환 효율의 향상에 공헌하여(Yasuma & Hayano, 2004; Vaschillo et al., 2004) 다양한 질병에 연관된 호흡 기능의 개선에 도움이 된다(Lehrer et al., 2020). 호기 시 심박수의 감소는 순환에 관여하는 에너지 소비를 억제하여 가스교환효율의 개선과 함께 심폐계의 이완에 공헌한다. 호흡성 동성부정맥은 낮 동안에 비해서 수면 중에 현저히 발현되고(Bonnet & Arand, 1997), 이때 호흡성 동성부정맥의 크기는 이완(회복) 기능을 반영하는 지표로 사료된다(Hayano & Yasuma, 2003). 취침 전에 HRV-BF 훈련을 하면 수면 중의 호흡성 동성부정맥의 진폭을 증대시켜서 수면에 수반된 심폐 회복기능(cardiorespiratory resting)을 지원하며(Sakakibara et al., 2013), 취침 전의 느린 페이스 호흡은 불면증 환자의 미주신경 활성과 수면 효율의 개선 효과가 기대된다(Tsai et al., 2015). 일정 기간 동안의 정기적인 HRV-BF 훈련은 통증(Hallman et al., 2011), 천식 Lehrer et al., 2004), 불안(Henriques et al., 2011), 우울증(Karavidas et al., 2007; Siepmann et al., 2008), 섬유근육통(fibromyalgiz)(Hassett et al., 2007), 의학적 원인 불명의 다발성 신체 증상 장애(multiple unexplained somatic symptoms)(Katsamanis et al., 2011), 만성 폐쇄성 폐질환(chronic obstructive pulmonary disease)(Giardino et al., 2004), 식탐(food cravings)(Meule et al, 2012), 고혈압(Lin et al., 2012; Reineke, 2008), 항염증 반응(Lehrer et al., 2010), 외상 후 스트레스 장애(posttraumatic stress disorder, PTSD)(Zucker et al., 2009) 등 정신생리학적 장애에서 임상적으로 유효한 개선 효과가 보고되었다.
HRV-BF 표준 프로토콜은 주 1회 정도의 정기적 트레이닝 세션과 매일 20분씩 2회의 자택 연습으로 구성된 10회 방문 절차이었으나(Lehrer et al., 2000), 천식 환자의 치료를 위한 바이오피드백 임상 시험에서의 적용(Lehrer et al., 2004; Vaschillo et al., 2006)을 통해서 HRV-BF 표준 프로토콜의 교육을 위한 정기적 트레이닝 세션의 단축 가능성이 검증되어 5회 방문 절차로 개선되었다(Lehrer et al., 2013a). HRV-BF 표준 프로토콜의 기본 절차는 공명주파수의 특정, HRV-BF에 의한 공명주파수 호흡 교육, 호흡 조절 프로그램을 이용한 HRV-BF 훈련 교육을 위한 주 1회의 정기적 방문 훈련 세션과 매일 20분씩 2회의 자택 연습으로 구성되어, 5회 정도의 방문 훈련 세션 이후 자택 연습을 계속 실시하도록 되어 있다.
첫 번째 방문 세션은, HRV-BF 훈련의 핵심인 공명주파수, 즉 심박변이도가 최대의 진폭이 되는 주파수로 호흡을 조절(paced breathing)하는 것과 그 임상적 기대 효과에 대한 설명과 공명주파수의 특정을 위한 측정을 실시한다. 먼저, 흉부와 복부에 호흡패턴 측정을 위한 센서(respiratory strain gauges 등), 사지에 심전도(electrocardiogram, ECG) 신호 측정을 위한 센서를 부착하고, 컴퓨터 스크린에 호흡 속도 조절을 위한 시각적 자극(breath pacer)을 제시하고, 순차적으로 분당 6.5회, 6.0회, 5.5회, 5.0회, 4.5회의 속도로 3분 정도 호흡하게 하면서 측정된 순간 심박수로부터 심박변이도 지표를 분석하여 공명주파수를 결정한다. 다음 방문 전까지 모바일 디바이스나 컴퓨터에 페이스 호흡 가이딩 프로그램을 다운로드 받아서 공명주파수 페이스 호흡을 매일 20분씩 2회 연습하도록 교시한다. 이때 지나치게 깊은 호흡은 과호흡(hyperventilation) 증상을 일으키기 쉬우므로 얕고 자연스럽게 마음 편안하고 기분 좋게 호흡하도록 주의사항과 지속적인 연습을 통한 공명주파수 페이스 호흡의 습득의 중요성에 대해 설명한다. 두 번째 방문 세션은, 첫 번째 방문 세션에서 특정된 공명주파수보다 분당 0.5회 증감된 주파수로 호흡을 조절하여 심박변이도의 진폭을 최대로 증가시키는 목표 공명주파수에 대한 재확인과 미세조정을 실시한다. 이어서 공명주파수에서 흡기 시간보다 호기 시간을 길게 하면서 숨을 코로 들이쉬고 입술을 오므리면서 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡(pursed lips breathing)과 복식 호흡(abdominal breathing) 방법에 대해 교육한 후 첫 번째 방문 세션과 동일하게 자택 연습 과제와 주의사항에 대해 설명한다. 세 번째 방문 세션은, HRV-BF 훈련 방법 공명주파수 페이스 호흡, 입술 오므린 호흡, 복식 호흡, 들숨과 날숨의 길이의 습득 정도를 확인하고, 모니터에 제시된 심박수의 증감의 전환점을 의식해서 호흡을 조절하도록 하고 호흡 페이서(breath pacer)는 필요할 때만 이용하면서 HRV-BF 훈련을 실시한 후 자택 연습 과제와 주의사항에 대해 설명한다. 네 번째 방문 세션 이후는, 피험자의 상태 또는 질문에 답변하고, 기본적으로 동일한 내용의 훈련을 실시한다. 이때 심박변이도의 증대가 뚜렷하지 않을 경우 공명주파수를 재평가한다.
상술한 바와 같이, 전세계적으로 활용되고 있는 HRV-BF 표준 프로토콜은 개인별 공명주파수 특정과 복식 호흡을 기본으로 하는 호흡 방법의 교육과 훈련 효과의 평가를 위해서 5회 이상의 숙련된 의료 전문가와의 대면 진료에 따른 시공간적 제약과 의료비의 경제적 부담이 발생하고, 흉부와 복부에 호흡 패턴 측정을 위한 센서와 사지에 심전도 신호 측정을 위한 센서의 부착 등으로 고가의 측정 장비의 구비와 그 장착에 소요되는 시간 피험자의 불편함을 초래하고, 종래의 호흡 페이서는 공명주파수로 호흡 빈도를 조절하기 위한 들숨과 날숨의 전환점을 정확히 파악할 수 있는 가이드가 제공되지 않아 HRV-BF 훈련 효과를 높이는데 유의적인 영향을 미치는 호흡 속도와 호흡 패턴의 정확한 실행에 어려움이 있고, 과호흡에 대한 피드백은 의료 전문가의 문진을 통해서만 이루어지고 있으며, 적극적인 예방책이 미비하고 훈련 효과 평가에 인구통계학적 정보에 대한 고려가 미비하며 훈련 효과성에 대한 평가는 훈련 전후에 별도로 시행해야 하는 번거로움이 있으며, 의료 전문가가 HRV 분석 프로그램의 정량 및 정성적 지표의 데이터와 특징을 분석하여 제공하고, 훈련 회기의 누적에 따른 훈련 효과의 시간적 추이에 따른 변화에 대한 피드백 수단이 미비되어 있고, 성별, 연령, 신장 등의 체격 조건, 신체 활동 건강상태 등에 따라 변화하는 개인별 공명주파수의 특정이 실시간으로 이루어지지 않는 등 HRV-BF 표준 프로토콜의 효율적인 실행에 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 실시예들은 상기 문제점들이 해결될 수 있도록 의료 전문 기관의 방문 없이 공명주파수에의 영향 요인(성별, 연령, 신장 등의 체격 조건, 신체 활동, 건강상태 등)을 실시간으로 반영한 개인별 공명주파수의 결정과 HRV-BF 표준 프로토콜의 실행을 위한 HRV 지표의 자동 분석 및 피드백 프로그램 호기와 흡기의 전환점을 적시에 파악하여 호흡 속도 및 호흡 패턴의 정확한 실행이 가능한 시ㆍ청ㆍ체성감각적 자극을 제공하는 호흡 페이서 과호흡 예방을 위한 피드백 호흡 훈련 평가에 인구통계학적 정보를 고려하고 호흡 훈련 효과의 시간적 추이에 따른 통계 데이터 등을 제공하는 안전하고 간편하며 효율적인 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법은, 심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 단계(S120), 및 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계(S140)를 포함할 수 있다.
여기서, 실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도하는 자기주도학습 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
공명주파수의 특정을 위한 평가, 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고하는 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 하는 의료 전문가의 원격 진료 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
아래에서 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 예를 들어 설명할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템(200)은 공명주파수 결정 모듈(220) 및 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈(240)을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 심신의 건강 상태 평가 모듈(210), 자기주도학습 모듈(230), HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈(250) 및 의료 전문가의 원격 진료 모듈(260)을 더 포함할 수 있다. 또한, 디지털 클리닉 시스템 활용 가이드를 포함할 수 있다.
여기서, HRV의 측정 방법과 시계열 및 주파수계열 분석 지표의 산출 및 해석은 1996년 유럽 순환기 학회(European Society of Cardiology)와 북미 조율 및 전기생리 학회(North American Society of Pacing and Electrophysiology) 멤버들로 구성된 국제 전문 위원회에서 제정하여 학술지에 게재(Circulation 1996, 93: 1043~1065)하여 전세계적으로 통용되고 있는 표준을 준용하며, HRV 파라미터의 생리학적 및 병리학적 연관성 해석은 국제 표준(Circulation 1996, 93: 1043~1065)과 최근의 학술지에 게재된 임상 시험 결과들을 바탕으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 귓볼, 손가락 등에 집게 형태의 소형 경량의 웨어러블 맥파(PPG) 측정 디바이스를 부착하여 간편하고 신속하게 심박변동을 측정한다. 맥 파 측정 디바이스는 맥파 측정 센서 전극, 맥파 센서 전극으로부터 측정된 아날로그 생체신호를 디지털화 한 후, 블루투스로 분석 소프트웨어 어플리케이션으로 전송하여 디지털 생체신호의 전처리 후 증폭하는 증폭부와 증폭된 맥파를 기반으로 심박변이도(HRV)의 시계열 분석과 주파수계열 분석을 통해서 HRV 지표를 산출하는 계산부, 공명주파수의 호흡 조절에 의한 심박변이도의 증대를 직접 반영하는 지표로서 시계열 분석 지표 중 SDNN값, 주파수계열 분석 지표 중 LF 파워값 및 LF 대역의 피크치의 증가 등을 포함하여 다음의 특징을 종합적으로 분석하는 분석부, 및 평가 결과를 피드백하는 판정부를 포함한다.
심신의 건강 상태 평가 단계(S110)에서, 심신의 건강 상태 평가 모듈(210)은 실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가할 수 있다.
HRV 지표에 기반한 자율신경계와 연관된 전반적인 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 모듈(210)은 실시간 단기 맥파 기록으로 측정된 데이터에서 안정적으로 추출 가능한 HRV 지표로 등간격으로 수집된 RRI 데이터를 1초 간격으로 재샘플링(resampling)하여 시계열 분석하거나 재샘플링된 RRI 데이터를 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 등을 이용한 파워스펙트럼 분석을 통해 심박수 리듬을 구성하는 주파수 파형의 기여도를 정량화하는 주파수계열 분석 등을 통해 얻어진 지표를 포함한다. 시계열 분석 지표는 특정 시간에서의 평균 심박수, QRS 복합체의 이웃하는 간격 등을 통계적 분석을 통해 산출된 지표인 SDNN, RMSSD 등과 기하학적 분석에 의한 주요 지표인 HRV triangular index를 포함한다. SDNN은 심박수에 대한 교감신경계와 부교감신경계의 조절을 모두 반영하며 압수용체 반사(baroreceptor reflex) 등의 장기 인자와 호흡 등의 단기 인자를 반영하는 심박변이도의 전반적 추정 지표이며, 측정 시간에 따라 그 값이 달라지므로, 단기 분석에는 5분, 장기 분석에는 24시간으로 측정시간을 표준화 한다. SDNN의 감소는 좌심실 기능 장애 등과 밀접한 관련이 있으며, 심인성 급사(sudden cardiac death)와 심실빈맥(ventricular tachycardia)의 위험도 증가를 예측할 수 있는 지표로 알려져 있다. RMSSD는 주로 부교감신경계의 활성을 반영한다(Malik, 1996; Shaffer & Ginsberg, 2017). HRV triangular index는 심박변이도의 전반적인 추정 지표이며, HRV triangular index 값이 클수록 시각적으로 넓게 퍼진 분포를 나타내며 심장 기능이 건강함을 의미하며, HRV triangular index 값이 작을수록 심장질환 발생 확률이 높고, 이미 발병한 심장질환의 예후가 나쁜 것으로 알려져 있다. 주파수계열 분석에서 2~5분 정도의 단기 측정 데이터의 파워스펙트럼에 분석 지표는 TP, VLF, LF, LF norm, HF, HF norm, LF/HF를 이용한다. HF 대역은 부교감신경계의 활동 지표로서 만성 스트레스, 노화 등으로 감소하며 미주신경의 매개로 빠른 심박수 변화를 유도하는 RSA에 대한 호흡의 영향을 반영한다. 즉, 흡기 시에는 미주신경의 작용이 억제되어 심박수가 증가하고 호기 시에는 미주신경이 활성화되어 심박수가 감소한다. LF 대역은 교감신경 계와 부교감신경계의 활동을 모두 반영하지만, 주로 교감신경계의 활동 지표로 보는 견해가 우세하며 혈압을 조절하는 압반사와 뇌줄기(brainstem)간의 피드백 회로인 압반사 활성에 의한 상대적으로 느린 심박수 변화를 유도한다(Goldstein et al., 2011). 혈압 조절은 대동맥의 압력 감지기인 압수용체가 뇌하수체 중추에 혈압 정보를 보내고, 자율신경계가 심장의 동방결절을 조절하여 항상성을 유지하는데, 혈압이 높을 때는 미주신경이 심박수를 줄이고 혈압이 낮을 때는 교감신경이 심박수를 높이게 된다. 이런 압수용체의 혈압 조절 과정에서 약 5초의 시간 지연이 발생하고 심박수에 10초(0.1 Hz) 파형(LF 성분)이 발생한다. HRV 파워스펙트럼의 해석은 RSA와 압반사 활성과 같은 자율신경성 심혈관계 적응(autonomic cardiovascular adaptations)에 관련된 생리학적 메커니즘의 복잡성을 고려해야 한다. TP는 전반적인 자율신경계의 활성 지표로 주로 교감신경계의 활동을 반영하며, 건강한 성인의 참고범위는 1,000 ms2 이상이고, 만성 스트레스나 질병이 자율신경계 활동을 저하시켜서 TP를 감소시킨다.
LF/HF는 교감신경계와 부교감신경계의 균형을 정량화하는 지표로서 임상적으로 0.5~2.0을 자율신경계의 균형 상태라고 할 수 있으며, 교감신경계가 활성화되거나 부교감신경계의 활성이 억제되면 그 값이 높아진다(Xhyheri 등, 2012). 일반적으로 젊고 건강한 성인은 수면 중에 HF norm이 LF norm 보다 크고, 깨어 있는 동안에는 LF norm이 HF norm 보다 크다. 이런 교차 현상은 노화가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보이는데, 이는 교감미주신경의 균형이 연령 증가에 따라 교감신경계 쪽으로 편중되는 것을 의미하며, 노화에 의한 부교감신경계의 활성감소 속도는 교감신경계보다 빨라서 주로 부교감신경계의 활성 감소에 기인한다.
공명주파수 결정 단계(S120)에서, 공명주파수 결정 모듈(220)은 심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정될 수 있다. 여기서, 웨어러블 맥파(photoplethysmography, PPG) 측정 디바이스 또는 호흡 페이서를 활용하여 심박변이도(HRV)를 측정할 수 있다.
Lehrer 교수와 Vaschillo 박사가 임상시험에 기초한 이론 정립과 표준 프로토콜을 개발하여 학술지(Applied Psychophysi ology & Biofeedback, 2000, 25: 177 191)에 게재한 이래 전세계적으로 다양한 임상 연구에서 준용되고 있으며, 그 효과 및 작용기전에 대한 연구 결과가 활발히 보고되고 있는 HRV-BF 표준 프로토콜 매뉴얼을 준용하되, 자택에서 웨어러블 맥파(photoplethysmography, PPG) 측정 디바이스와 호흡 페이서를 활용하여 간편하고 신속하게 HRV를 측정하고, 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해서 개인별 공명주파수가 결정될 수 있다.
보다 구체적으로, 공명주파수 결정 모듈(220)은 웨어러블 맥파 측정 디바이스를 착용하고, 호흡 페이서에서 제시하는 특정 호흡 빈도로 호흡의 깊이를 일정하게 유지하면서 순차적으로 분당 7.0회 6.5회, 6.0회, 5.5회, 5.0회, 4.5회 4.0회의 빈도로 각각 2~ 3분 정도 자연스럽게 호흡하게 하면서, 측정된 순간 심박수(instantaneous heart rate)로부터 HRV 지표를 분석하여 공명주파수를 결정하는 것을 특징으로 한다. 개인별 공명주파수는 각각의 호흡 빈도별로 측정된 HRV 지표를 종합적으로 비교하여 결정하며, 이 때 HRV 지표는 평균 심박수 호흡과 심박수 변화의 위상(phase), 흡기 시 최대 심박수와 호기 시 최저 심박수의 차이(peak-trough amplitude), LF 대역(0.05~0.15 Hz)의 절대 파워값과 전체 변동에 대한 비율(norm LF), LF 대역의 피크의 형상, 심박수 곡선의 형상이 매끄러운 정현파(sine wave)인지 불규칙하거나 들쭉날쭉한지 파형(envelope) 특성, 시계열 지표인 SDNN 등을 포함한다. 상세하게는, 공명주파수에서의 호흡은 RSA가 극대화되어 호흡과 심박수 변화의 위상이 일치하며, 흡기 시 최대 심박수와 호기 시 최저 심박수의 차이가 극대화되고 파워 스펙트럼 상의 LF 대역의 절대 파워값과 전체 변동에 대한 LF 비율(norm LF)이 최대이고, LF 대역의 피크가 단분성(single peak)으로 뚜렷하고 날카로운(sharp) 형상이며, 심박수 곡선의 파형이 매끄러운 정현파(sine wave) 형상이고, SDNN이 최대가 되는 것을 특징으로 한다. 공명주파수 결정 모듈(220)의 호흡 빈도는 분당 4회~7회를 기본으로 하고 필요에 따라 증감할 수 있도록 하고,성별, 연령, 신장 등의 체격 조건, 신체 활동, 건강 상태 등에 따른 개인별 최적 공명주파수의 변화를 반영할 수 있도록 하여 최초의 공명주파수 결정 단계와 HRV-BF 훈련 진행에 따른 공명주파수 변화에 대응할 수 있도록 한다.
자기주도학습 단계(S130)에서, 자기주도학습 모듈(230)은 복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도할 수 있다.
HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습 모듈(230)은 숨을 들이마실 때는 배를 내밀면서 코로 천천히 들이마셨다가 숨을 내쉴 때는 천천히 배를 집어넣으면서 숨을 치아 사이로 조금씩 내쉬는 복식 호흡, 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법, 호흡 훈련 과정에서 주의사항 등에 대한 시ㆍ청ㆍ체성감각 가이드를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습 모듈(230)은 HRV-BF을 활용한 호흡 훈련 중재의 심신의 건강 증진에 대한 유효성을 설명하고, 복식 호흡의 기본 방법과 호흡 페이서의 활용 방법, 호흡 훈련 과정에서 주의사항 등에 대한 영상과 음성 가이드를 제공하는 것을 특징으로 한다. 복식 호흡은 숨을 들이마실 때는 배를 내밀면서 코로 천천히 들이마셨다가 숨을 내쉴 때는 천천히 배를 집어넣으면서 횡격막의 운동에 의해서 폐에 공기가 유입되도록 하는 호흡법이며 입술 오므린 호흡은 들숨은 입술을 다물고 코를 이용하고 날숨은 입술을 오므린 상태에서 숨을 치아 사이로 조금씩 내쉬도록 하며 정확한 호흡 방법의 수행을 위해서 눕거나 거울 앞에 서서 한 손을 가슴에 다른 한 손을 복부에 올려놓고 호흡하여 복부에 올려 놓은 손만 위아래로 움직이는지 확인하면서 연습하도록 한다. 호흡의 깊이는 일정하게 유지하며 호흡 패턴은 들숨보다 날숨을 더 길게 호흡하도록 하며 그 비율은 날숨이 들숨의 2배 이하가 되는 범위 이내에서 훈련의 진행에 따른 피험자의 상태에 따라서 호흡 페이서를 조정하도록 교시한다. 호흡 페이서는 들숨과 날숨의 전환점을 정확히 파악하여 공명주파수 호흡을 실행할 수 있도록 시ㆍ청ㆍ체성감각 자극을 제공한다. 복식 호흡은 횡격막의 운동에 의해서 폐에 공기가 유입되므로 깊은 호흡이 되기 쉽고 일회 환기량이 증가하고 과호흡 상태를 초래하는 경우가 있다. 과호흡 상태는 호기로부터의 이산화탄소 배출이 많아지고 동맥혈의 이산화탄소 농도가 감소하여 혈액이 알칼리성으로 기울어져 숨이 막히는 답답함 흉부 압박감이나 통증 수족의 저림 등의 증상을 수반한다. 따라서 호흡 훈련 과정에서 과호흡 예방을 위해서 깊이 호흡하지 말고 얕고 자연스럽게 힘들이지 말고 마음 편안하고 기분 좋게 호흡하도록 교시한다.
HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계(S140)에서, HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈(240)은 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공할 수 있다.
HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈(240)은 HRV-BF 훈련 효과에 대한 시청각 자료, 개인별 공명주파수와 바람직한 호흡 패턴을 준수하여 호흡 훈련을 수행할 수 있도록 시ㆍ청ㆍ체성감각 자극을 제공하는 호흡 페이서와 실시간으로 측정 및 분석된 HRV 파라미터에 기반하여 개인별 공명주파수 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모하는 색채요법(chromotherapy)과 훈련에의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론(attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용하고, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시ㆍ청ㆍ체성감각 자극을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈(240)은 HRV-BF 훈련 효과에 대한 시청각 정보를 제공하여 HRV-BF 훈련에의 동기 부여를 하고, 공명주파수 결정 모듈(220)과 연동되어 결정된 공명주파수로 호흡 빈도를 조정하고 들숨과 날숨의 비율을 일정하게 유지하면서 들숨과 날숨의 전환점을 정확히 파악하여 실행할 수 있는 시ㆍ청ㆍ체성감각 자극을 제공하는 호흡 페이서와 실시간으로 측정 및 분석된 HRV 파라미터에 기반하여 개인별 공명주파수 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모하는 색채요법(chromotherapy)과 훈련에의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론 (attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용하고, 과호흡 예방을 위해서 훈련 직전 진해 동안 얕고 자연스럽게 마음 평안하고 기분 좋게 호흡하도록 시청각 가이드를 제공하고, 실시간으로 측정된 뇌파(EEG) 데이터에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시ㆍ청ㆍ체성감각 자극을 제공하며, 훈련 직후 과호흡 증상(현기증, 손발 저림이나 경련, 평상시보다 심한 심장의 고동(동계) 등)에 대한 피험자의 상태를 확인하는 간단한 설문 형태의 정보를 수집하는 것을 특징으로 한다.
과호흡의 뇌파에 대한 영향은 뇌파 측정의 선구자인 Hans Berger가 최초로 학술지에 게재한 이래 다수의 임상 연구를 통해서 발작성 이상뇌파와 임상적 뇌전증에서 과호흡의 영향과 그 작용기전에 대한 결과들이 보고되고 있다(Acharya &Acharya, 2021). 발작은 뇌의 신경원에서 전기에너지가 갑자기 불수의적이고 비정상적으로 과다하게 방전되는 현상이며, 뇌전증은 뇌의 비정상적인 전기적 활동에 의한 발작이 반복적으로 일어나는 만성장애로 의식과 운동, 감각, 행동의 변화를 일으키는데, 발작은 수 초에서 수 분 동안 지속되고 뇌파 측정을 통해서 포착할 수 있다. 과호흡 유발성 뇌파 반응은 세타 리듬과 델타 리듬의 활성을 증가시키는 뇌전도의 서파화(EEG slowing)를 특징으로 하며, 연령, 혈당, 자세 등의 영향을 받는데, 아동에서 더욱 극적인 반응을 보이며 주로 후두엽에서 우세하게 나타나는 반면, 성인에서는 전두엽의 델타 리듬 활성의 증가가 뚜렷하게 나타난다(Acharya & Acharya, 2021). 과호흡 유발성 고진폭 리듬 서파화(hyperventilation induced high amplitude rhythmic slowing, HIHARS)는 뇌전도가 100 마이크로볼트를 초과하는 2.5~5.0 Hz의 리듬이 3초 정도 지속되는 현상이다(Epstein et al., 1994; Lum et al., 2002). 과호흡 부활법은 분당 20회 정도의 속도로 2~4분 동안 호흡하게 하면서 뇌파를 측정하는 것으로 뇌전증 환자의 진단에 보편적으로 이용된다. 과호흡은 이상뇌파 측정을 통한 진단 수단으로서 임상에서 활용되고 있는 뇌파 부활법 중 하나이다. 과호흡 직전과 직후의 뇌파를 비교하여 과호흡으로 인한 뇌파의 변화를 살펴보면, 전두부의 델타파 등의 서파(slow wave)의 파워가 증가하고 속파(fast wave)의 파워는 감소한다. HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈(240)은 HRV-BF 훈련 직전, 진행 동안, 직후의 뇌파를 실시간으로 측정하여 피험자가 과호흡 상태인지 분석하여 시ㆍ청ㆍ체성감각 피드백을 제공하여 의료 전문인의 도움 없이 과호흡 증상을 방지하는 개관적이며 적극적인 수단을 제공한다.
HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계(S150)에서, HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈(250)은 공명주파수의 특정을 위한 평가, 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고할 수 있다.
이 때, HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈(250)은 심박변이도(HRV)의 개선 효과가 기설정된 수치 미만인 경우, 공명주파수 결정 모듈(220)을 수행하도록 할 수 있다.
HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈(250)은 웨어러블 생체신호 측정 수단과 블루투스로 연동되거나 일체화된 모바일 디바이스, 컴퓨터 모니터, VR 환경 등의 디스플레이 수단을 이용하여 공명주파수의 특정을 위한 평가, 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도 등에 대한 추이를 훈련 종료 후 일, 주, 월 단위로 보고하고, HRV 개선 효과가 미미한 등의 경우에는 공명주파수 결정 모듈을 수행하도록 권고하고, 자율신경계의 건강상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우에는 의료 전문가의 진료 등에 대한 권고할 수 있다.
보다 구체적으로, HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈(250)은 생체신호를 실시간으로 측정하는 웨어러블 디바이스와 블루투스 통신으로 연동되는 분석 소프트웨어와 CMS 시스템을 활용하여 피험자의 개인정보를 암호화하고 특정할 수 있는 고유 아이디를 부여하고, HRV-BF 훈련 진행 유무와 훈련 시간, 훈련 진행 중 공명주파수 페이스 호흡의 정확도 훈련에 따른 HRV 지표의 변화 등에 대한 분석 결과를 일, 주, 월 단위로 보고하고, 훈련 진행 여부 및 결과에 대한 칭찬 및 독려 피드백을 제공하여 HRV-BF 훈련에의 순응도와 지속적인 수행에의 동기 부여 수단을 제공하는 것을 특징으로 한다. COV-19 등으로 비대면 원격 중재에 대한 요구가 증가하고 있으며, 원격에 의한 중재에서 심박변이도의 기준치의 증가는 훈련 효과를 평가하는 지표로서 중요하다. 따라서 훈련 세션의 시작 전 5분 정도 안정 상태 측정 후 심박변이도 지표들의 기준치를 기록 및 평가하여 그 추이를 함께 제공하는 것을 특징으로 한다.
의료 전문가의 원격 진료 단계(S160)에서, 의료 전문가의 원격 진료 모듈(260)은 자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 의료 전문가의 원격 진료 모듈(260)은 병ㆍ의원 등 의료 전문가의 원격 진료 모듈은 자율신경계 기능 이상 및 부전에 따른 질환 및 병증의 진단 보조 및 치료 중재로서 비대면 진료에 활용할 수 있도록 실시간 양방향 대화형 통신기술 등 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련 등이 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
디지털 클리닉 시스템 활용 가이드는 HRV-BF 훈련 중재를 효율적으로 활용할 수 있는 교육 영상을 제공하는 것으로, 공명주파수 및 HRV-BF 훈련의 임상적 효과, 호흡 페이서의 활용 방법, 공명주파수 특정을 위한 측정 절차, 호흡 페이서를 이용하여 호흡 속도와 호흡 길이를 일정하게 유지하면서 지속적인 훈련을 통해 체득하는 것에 대한 중요성, 숨을 코로 들이쉬고 입술을 오므리면서 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡(pursed lips breathing) 방법, 복식 호흡(abdominal breathing) 방법, HRV-BF 훈련 시 주의사항 등에 대한 설명이 포함되는 것을 특징으로 한다.
최근의 신경과학 분야의 진보로 자율신경계 심혈관계 정서의 조절 간 병태ㆍ생리학적 상호연관성이 밝혀져서 HRV와 압반사 민감도(baroreflex sensitivity, BBS)의 감소는 심혈관계 질환의 확립된 독립적인 위험 인자이며, 자율신경계 기능 평가 지표로서 범용적으로 이용되고 있다. HRV-BF을 활용한 호흡 훈련은 안전하고 간편한 자기 조절 기술로서 HRV와 BRS를 증가시켜서 자율신경계의 항상성과 심혈관계 기능을 회복시켜서 자율신경계 이상 또는 부전에 기인한 다양한 심신의 증상 및 질병의 개선 및 치료를 통한 건강 증진 중재이다. 그러나 HRV-BF 프로토콜의 실행 및 훈련 효과 평가 등에 상술한 다양한 개선점이 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법 및 이를 제공하는 디지털 클리닉 시스템을 활용할 경우, 시공간적 제약이 없는 안전하고 간편하며 효과적인 HRV-BF 호흡 훈련의 수행과 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가가 가능하고, HRV-BF 호흡 훈련에 따른 HRV 개선 효과, 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가가 실시간으로 이루어지며, HRV-BF 호흡 훈련에 따른 압반사 민감도(baroreflex sensitivity)와 미주신경 활성 증가를 통해 교감신경계와 부교감신경계의 균형 및 자율신경계 기능 개선을 통한 심신의 건강 증진 효과가 있으며, 의료 서비스 소외 지역의 비대면 원격 의료 서비스를 제공할 수 있으므로 자율신경계 기능 이상 및 부전에 따른 질병 및 병증을 저비용의 비침습적 방식으로 조기에 간단하고 신속하게 선별해내어 적극적으로 예방하거나 늦출 수 있어서 국민건강 증진을 통한 사회, 경제적 비용 절감과 삶의 질 향상에 획기적으로 기여하는 효과가 있다.
아래에서는 호흡 훈련의 실시예들을 예를 들어 설명한다.
호흡 훈련(BF)은 복식 호흡, 호흡 패턴, 호흡 깊이 등을 안내할 수 있다. 복식 호흡 시 들숨은 입을 다물고 코로 날숨은 입술을 오므린 상태에서 들숨보다 날숨을 더 길게 호흡하도록 하며, 눕거나 거울 앞에 서서 한 손을 가슴에 다른 한 손을 복부에 올려놓고 호흡하도록 하며, 이 때, 복부에 올려놓은 손만 위 아래로 움직이도록 유도할 수 있다. 호흡 패턴은 들숨과 날숨의 변곡점에 청각 신호를 참고하여 정확히 호흡하도록 유도할 수 있다. 호흡 깊이는 얕게 편안하게 힘들이지 말고 호흡하도록 하며, 과호흡에 주의하도록 안내할 수 있다.
예를 들어, 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템은 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램을 제공하며, 호흡 훈련 중재는 호흡 속도와 호흡 패턴을 일정하게 조절하기 위한 시각, 청각 및 체성감각 자극을 제공하는 바이오피드백 기법을 활용한 복식 호흡을 유도할 수 있다. 호흡 훈련 중재는 VR 장치 또는 단말의 영상에 호흡 페이서를 제공하고, 점, 특정 형상, 캐릭터 및 색상 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 호흡 페이서의 곡선을 따라 이동하도록 하여 사용자에게 호흡을 안내하며, 곡선의 변곡점 직전에 청각 신호, 시각 신호, 햅틱 신호 중 적어도 어느 하나 이상의 신호를 제공하여 들숨에서 날숨 또는 날숨에서 들숨으로 변경하도록 안내할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 곡선 안내 그래프를 나타내는 도면이다.
예를 들어 호흡 훈련(BF)은 6분씩 2회 진행될 수 있다. 이 때 호흡 속도는 분당 6회이며, 호흡 패턴은 들숨:날숨 = 4:6~1:2로 설정될 수 있다. 한편, 호흡 훈련은 2회뿐 아니라, 1회 또는 3회 이상 제공될 수 있으며, 그 시간 또한 다양하게 설정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 곡선 안내 그래프를 제공할 수 있으며, 예컨대 VR 장치 또는 단말의 영상에 호흡 페이서를 제공할 수 있다. 단말에서 제공하는 배경 영상 위에 호흡 페이서(예컨대, 정현파 등)를 추가 제공할 수 있다. 그리고 점, 특정 형상, 캐릭터, 색상 등을 통해 곡선을 따라 이동하도록 하여 사용자에게 호흡을 안내할 수 있다. 예컨대, 특정 캐릭터가 곡선을 따라서 이동하도록 하고, 변곡점 직전에 청각 신호를 주거나 변곡점에서 캐릭터가 반짝이도록 할 수 있다. 또한 들숨과 날숨의 캐릭터 색상, 형상 등을 다르게 표현할 수 있다.
곡선의 변곡점 직전에 청각 신호를 제공함으로써 호흡을 들숨에서 날숨으로 또는 날숨에서 들숨으로 변경하도록 안내할 수 있다. 이 때, 변곡점 직전에 청각 신호뿐 아니라, 시각 신호, 진동 등 햅틱 신호 등을 제공할 수 있으며, 두 개 이상의 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어 단말의 영상에서 곡선의 변곡점에서 색상, 형상, 반짝거림 등을 통해 시각 신호를 제공하는 동시에, 소리 및 진동 등을 통해 호흡의 변경을 알릴 수 있다.
여기서, 디지털 바이오마커 EEG의 경우, 데이터 수집 주기는 2초이고, 파라미터 값은 3분(평균)*2회이다. 이 때, 파라미터 값은 2회 평균 또는 표준편차를 통해 제공될 수 있다. 디지털 바이오마커 PPG의 경우, 데이터 수집 주기는 3분(평균)*2회이다. 이 때, 파라미터 값은 2회 평균 또는 표준편차를 통해 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 훈련 중재를 이용한 치료 중재 프로그램의 영상을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단말을 통해 사용자에게 호흡 훈련을 도울 수 있는 배경 영상을 제공할 수 있다. 이 때, 배경 영상은 이미지 또는 움직이는 영상일 수 있다. 배경 영상은 호흡 훈련(a) 및 호흡 훈련(b) 등과 같이 제공될 수 있으며, 예컨대 blue, green, purple 색상을 이용한 자연 배경 또는 만다라 등의 배경 영상을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템은 BB(+자연 배경+자연음 또는 친숙한 음악 등)을 이용한 치료 중재 프로그램(BB)을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 중재 프로그램(BB)의 자연 배경의 예시를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자연 배경은 24 개 이상 제공되며, 겹치지 않게 랜덤 플레이 될 수 있다. 이 때 조도는 맑은 날 아침에 준하도록 설정될 수 있다. 이러한 자연 배경은 이미지로 제공될 수 있으나, 바람직하게는 움직이는 동영상으로 제공될 수 있다.
호흡 훈련(a)은 액티브한 영상을 제공하며, 호흡 훈련(b)은 BG 정지 및 사물의 느린 변화 영상을 제공할 수 있다. 예를 들어 호흡 훈련(a)은 숲 영상을 제공하며, 사람이 직접 걸어가면서 보이는 풍경을 보여줌으로써 산책하는 듯한 느낌을 제공할 수 있다. 또한, 호흡 훈련(b)는 BG 정지 및 사물의 느린 변화(예컨대, 나뭇잎이 흔들리는 영상)을 제공할 수 있다. 이 때, 배경과 조화로운 자연음 또는 친숙한 음악 등을 제공할 수 있으며, 예컨대 새소리, 바람소리, 물소리 등의 자연음 또는 친숙한 음악 등을 제공할 수 있다.
BB frequency는 훈련 프로그램에 별기하며, 전반은 15Hz, 후반은 10Hz로 설정될 수 있다. 여기서, 디지털 바이오마커 EEG의 경우, 데이터 수집 주기는 2초이고, 파라미터 값은 1분 이상(평균)이다. 디지털 바이오마커 PPG의 경우, 데이터 수집 주기는 1분(평균)이고, 파라미터 값은 1분 이상(평균)이다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS)및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element)및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively)처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (15)
- 컴퓨터 장치에 의해 수행되는 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재 방법에 있어서,
심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 상기 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 단계; 및
상기 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계
를 포함하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제1항에 있어서,
상기 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 단계는,
개인별 상기 공명주파수에 따른 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 상기 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모를 위한 색채요법(chromotherapy)과 훈련의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론(attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용하는 것
을 특징으로 하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제1항에 있어서,
실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 단계
를 더 포함하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제1항에 있어서,
복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도하는 자기주도학습 단계
를 더 포함하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공명주파수의 특정을 위한 평가, 상기 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고하는 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계
를 더 포함하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제5항에 있어서,
상기 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 단계는,
상기 심박변이도(HRV)의 개선 효과가 기설정된 수치 미만인 경우, 상기 공명주파수 결정 단계를 수행하도록 하는 것
을 특징으로 하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 제1항에 있어서,
자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 하는 의료 전문가의 원격 진료 단계
를 더 포함하는, 호흡 훈련 중재 방법. - 심신의 건강 증진을 위한 호흡 훈련 중재를 제공하는 디지털 클리닉 시스템에 있어서,
심박변이도(heart rate variability, HRV)를 측정하고, 상기 심박변이도의 개선을 위한 호흡 훈련을 위해 공명주파수 결정 지표의 분석 프로그램을 통해 개인별 공명주파수가 결정되는 공명주파수 결정 모듈; 및
상기 공명주파수로 호흡을 조절하면서 바이오피드백에 의해서 심박변이도의 증대를 유지하는 심박변이도 바이오피드백(heart rate variability biofeedback, HRV-BF) 훈련을 위해, 과호흡 예방을 위한 시청각 자극을 제공하고, 실시간으로 측정 및 분석된 뇌파(EEG)에 기반하여 과호흡 여부를 객관적으로 평가하여 시청각 및 체성 감각 자극을 제공하는 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈
을 포함하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 HRV-BF 표준 프로토콜 수행 모듈은,
개인별 상기 공명주파수에 따른 호흡 여부에 대한 정보를 제공하는 인터페이스를 구비하고, 상기 인터페이스의 그래픽은 심신의 안정을 도모를 위한 색채요법(chromotherapy)과 훈련의 집중을 지속적으로 유지하기 위한 주의회복이론(attention restoration theory)을 적용하여 호흡 훈련의 효과를 증진할 수 있는 요소를 적용하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
실시간으로 측정된 맥파 데이터를 기반으로 자율신경계 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도의 평가 지표인 심박변이도(HRV)의 시계열 및 주파수계열 분석 파라미터를 활용하여 자율신경계와 연관된 심신의 건강 상태를 평가하는 심신의 건강 상태 평가 모듈
을 더 포함하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
웨어러블 맥파(photoplethysmography, PPG) 측정 디바이스 또는 호흡 페이서를 활용하여 상기 심박변이도(HRV)를 측정하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
복식 호흡, 입으로 내쉬는 입술 오므린 호흡 방법, 호흡 페이서의 활용 방법 및 호흡 훈련 과정에서의 주의사항 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 시청각 및 체성 감각 가이드를 제공하며, HRV-BF 표준 프로토콜 수행을 위한 호흡 방법에 대한 자기주도학습을 유도하는 자기주도학습 모듈을 더 포함하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 공명주파수의 특정을 위한 평가, 상기 공명주파수 변화에 따른 조정을 위한 재평가, 실시간으로 수집된 데이터의 분석에 기반하여 HRV-BF 훈련 효과와 자율신경계의 건강 상태 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도에 대한 추이를 훈련 종료 후 일정 기간 단위로 보고하는 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈
을 더 포함하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 HRV-BF 훈련 효과 평가 지표의 추이 분석 모듈은,
상기 심박변이도(HRV)의 개선 효과가 기설정된 수치 미만인 경우, 상기 공명주파수 결정 모듈을 수행하도록 하는 것
을 특징으로 하는, 디지털 클리닉 시스템. - 제8항에 있어서,
자율신경계의 기능 및 교감신경계와 부교감신경계의 균형 정도가 표준 범위를 벗어난 경우, 의료 전문가의 개입 및 처방에 따른 HRV-BF 훈련이 가능하도록 하는 의료 전문가의 원격 진료 모듈
을 더 포함하는, 디지털 클리닉 시스템.
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|---|---|---|---|---|
| KR20210065536A (ko) | 2019-11-27 | 2021-06-04 | 주식회사 소소 | 뇌파 신호를 이용한 우울증 자가 진단 시스템 |
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2022
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