WO2021153822A1 - 가상현실/증강현실 헤드셋 환경에서 연동 가능한 무선 기반 다중생체신호 측정 및 실시간 생체신호 분석이 가능한 다중생체신호 측정장치 - Google Patents

가상현실/증강현실 헤드셋 환경에서 연동 가능한 무선 기반 다중생체신호 측정 및 실시간 생체신호 분석이 가능한 다중생체신호 측정장치 Download PDF

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WO2021153822A1
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user
bio
sensor unit
module
biological signal
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PCT/KR2020/001421
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Inventor
장민혁
김치중
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전자부품연구원
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H80/00—ICT specially adapted for facilitating communication between medical practitioners or patients, e.g. for collaborative diagnosis, therapy or health monitoring

Definitions

  • the technical problem to be solved by the present invention is that it can be adjusted in consideration of the user's physical condition, and a multi-biometric signal measurement module is provided in an expandable form, and when wearing a virtual reality/augmented reality headset, it is possible to wirelessly transmit bio-signals without interference. It is to provide a multi-biometric signal measuring device capable of collection and analysis.
  • a multi-biometric signal measuring apparatus includes a headband module formed to be worn on a user's head; and a neckband module formed to be worn on a user's neck, wherein the headband module includes: a support part capable of adjusting a shape and size according to a user's head shape; and at least one sensor unit for measuring a user's bio-signal, wherein the neckband module includes a communication unit for receiving the bio-signal measured by the sensor unit and transmitting the received bio-signal to the outside.
  • the neckband module may further include an extension module unit connected to the additional sensor to receive the biosignal measured by the additional sensor.
  • the neckband module may further include a user interface for receiving a user input.
  • the sensor unit may include a dry metal electrode.
  • the sensor unit measures a bio-signal when the user views an image to which virtual reality or augmented reality is applied
  • the neckband module further includes a processing unit that generates bio-analysis data of the user using the change in the bio-signal.
  • FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring multiple biological signals according to an embodiment of the present invention.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, the component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to the other component. In addition to the case, it may include a case of 'connected', 'coupled', or 'connected' by another element between the element and the other element.
  • the apparatus 100 for measuring multiple biological signals includes a headband module 110 and a neckband module 120 , and the headband module 110 includes a support part 111 and a sensor part 112 . ), and the neckband module 120 may include a communication unit 121 , a power supply unit 122 , or an expansion module unit 123 .
  • the support 111 should be supported on the user's head so that the headband module 110 can be worn on the user's head. Since the shape of a person's head is various, when the support part is formed in a certain shape, some users may feel uncomfortable. If a person with a large head or the shape of the head is very different from the shape of the support part, it may feel uncomfortable due to pressure while wearing it, and a person with a small head may not be supported and may feel uncomfortable when wearing it. .
  • the support part 111 is formed so that the shape and size can be adjusted so that it can be worn on a user's various head shapes. To this end, the support may be formed of a rubber band type or using a rigid material having elasticity rather than a fixed form. Alternatively, it may be formed of a flexible material that is bent but maintains its curved shape.
  • the bio-signal measured by the sensor unit 112 of the headband module 110 is transmitted to the communication unit 121 of the neckband module 120, a signal of a frequency that does not affect the measurement of the bio-signal by the sensor unit 112 is available.
  • the effect on the sensor unit 112 may be reduced compared to the case of using the wireless communication, and thus the effect of preventing the sensor unit 112 from interfering with the measurement of the biosignal may be large.
  • the neckband module 120 may further include a power supply for supplying power to the multi-biometric signal measuring device. Power is required to drive the sensor unit 112 , the communication unit 121 , and the like, and the power supply unit 122 may supply power required to the multi-biometric signal measuring apparatus 100 .
  • the power source 122 may include an energy storage element such as a battery.
  • the neckband module 120 may further include a user interface for receiving a user input.
  • a user interface for receiving the input may be formed in the neckband module 120 .
  • the user interface may receive an input for selecting biometric information sensed by the sensor unit 112 or an input for performing communication as well as turning on/off power.
  • the user interface may be configured to receive a touch input, recognize a physical pressure, or be configured as a switch. In addition, it may be configured in various forms for receiving a user's input. When the user inputs through pressure, the device may move. If the user interface is formed on the headband module, the position of the sensor unit changes when the user inputs, or biometric information is measured by the pressure for the user's input.
  • the neckband module 120 may further include a processing unit for receiving and processing the biometric information measured by the sensor unit 112 .
  • the processing unit may analyze the biometric information to generate biometric data, and monitor the biometric information in real time to notify the user when an abnormality occurs in the user's health or the like according to the biometric information.
  • the sensor unit 112 , the extension module unit 123 , or the communication unit 121 may be controlled accordingly.
  • the sensor unit 112 may measure a bio-signal when a user views an image to which virtual reality or augmented reality is applied, and the neckband module 120 generates bio-analysis data of the user using the change in the bio-signal. It may further include a processing unit.
  • the shape and size can be adjusted according to the user's head shape, thereby increasing the wearing comfort.
  • the back of the head supporter 330 prevents back-and-forth movement
  • the headband supporter 310 prevents vertical movement
  • the ear supporter 111 serves to hold the center, thereby providing ergonomic support.
  • the sensor unit 112 may include a first sensor unit 340 that is in contact with the back of the user's ear to measure a biosignal, and a second sensor unit 350 that is in contact with the user's forehead to measure a biosignal.
  • the first sensor unit 340 and the second sensor unit 350 may be formed of a plurality of sensors, and may be formed of two left and right sensors.
  • the first sensor unit 340 may be formed in the ear support portion, and may be in contact with the rear portion of the ear when worn by the user to measure biosignals.
  • the second sensor unit 350 may be in contact with the forehead when worn by the user to measure a biosignal.
  • the support portion on which the second sensor unit 350 is formed may be formed to extend in the forehead direction so that the size may vary according to the shape of the user, but not be connected to each other.
  • the extension module unit 123 may receive other biosignals other than the biosignals of the sensor unit, gyro signals, acceleration signals, and signals for motion information.
  • the sensor unit 112 can measure monopolar EEG 2 channels, ground, and reference potential, and through the expansion module unit 123 , the user wants additional bipolar channels such as ECG, EMG, and EOG. You can connect sensors.
  • the bio-signals measured by the multi-biometric signal measuring apparatus 610 may be transmitted to the user terminal 620 or the server 630 as raw data.
  • the user terminal 620 may perform communication through a wired/wireless AP, and may transmit/receive raw data analysis data and command signals such as playback and stop to the processor via a TCP server.
  • the server 630 may receive the biosignal from the user terminal 620 and monitor it.
  • the multi-biometric signal measuring apparatus 610 , the user terminal 620 , and the server 630 may perform communication through various wired/wireless communication such as Wi-Fi.
  • the above-described method can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.
  • the structure of the data used in the above-described method may be recorded in a computer-readable recording medium through various means.
  • the computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, ROM, RAM, USB, floppy disk, hard disk, etc.) and an optically readable medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) do.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치는, 사용자의 머리에 착용 가능하도록 형성되는 헤어밴드 모듈, 및 사용자의 목에 착용 가능하도록 형성되는 넥밴드 모듈를 포함하되, 헤어밴드 모듈은, 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 지지부, 및 사용자의 생체신호를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서부를 포함하고, 넥밴드 모듈은, 센서부가 측정한 생체신호를 수신하고, 수신된 생체신호를 외부로 송신하는 통신부를 포함한다.

Description

가상현실/증강현실 헤드셋 환경에서 연동 가능한 무선 기반 다중생체신호 측정 및 실시간 생체신호 분석이 가능한 다중생체신호 측정장치
본 발명은 다중생체신호 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 VR/AR 헤드셋과 함께 호환 착용이 가능한 헤드밴드 형태로 설계된 헤어밴드형 생체신호 측정 모듈 및 넥밴드형 생체신호 분석 및 무선 전송/충전 모듈로 구성되어 실시간으로 생체신호 측정 및 분석이 가능한 다중생체신호 측정장치에 관한 발명이다.
기존 생체신호 측정용 장치는 측정 가능한 생체신호의 종류가 하나이거나 그 수가 매우 적으며 사용에 있어 습식 전극을 부착하여 사용함으로 매우 불편하다. 또한, 다양한 사용자의 개별적인 신체조건을 충분히 고려하지 않아 기기의 센서를 활용한 안정적인 측정에 어려움이 있다.
대부분 독립적으로 활용되는 생체신호 측정용 장치이기 때문에 타 장비와의 복합적 활용을 고려하지 않아 부피와 무게가 높으며 그로 인한 사용성이 저하되는 문제가 있으며, 다른 전위의 기준이 될 접지(Ground)를 제공하지 않아 신뢰성 있는 데이터 확보가 어려우며 다중생체데이터에 대한 데이터 분석이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 사용자들의 신체조건을 고려하여 조정이 가능하며 다중생체신호 측정 모듈을 확장 가능한 형태로 제공되며, 가상현실/증강현실 헤드셋 착용 시 간섭받지 않고 무선으로 생체신호를 수집 및 분석이 가능한 다중생체신호 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치는 사용자의 머리에 착용 가능하도록 형성되는 헤어밴드 모듈; 및 사용자의 목에 착용 가능하도록 형성되는 넥밴드 모듈를 포함하되, 상기 헤어밴드 모듈은, 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 지지부; 및 사용자의 생체신호를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서부를 포함하고, 상기 넥밴드 모듈은, 상기 센서부가 측정한 생체신호를 수신하고, 상기 수신된 생체신호를 외부로 송신하는 통신부를 포함한다.
또한, 상기 지지부는, 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 후두부 지지부; 사용자의 귀에 걸쳐져 지지되는 귀 지지부; 및 사용자의 머리에 상부에 위치하여 지지되는 헤어밴드 지지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 넥밴드 모듈은, 추가 센서와 연결되어, 추가 센서가 측정한 생체신호를 수신하는 확장모듈부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 넥밴드 모듈은, 상기 다중생체신호 측정장치에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 넥밴드 모듈은, 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 사용자의 귀 뒷부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제1 센서부; 및 사용자의 이마 부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제2 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 건식 금속 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 사용자가 가상현실 또는 증강현실이 적용된 영상을 시청시 생체신호를 측정하고, 상기 넥밴드 모듈은, 상기 생체신호의 변화를 이용하여 사용자의 생체 분석 데이터를 생성하는 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 건식 센서 및 인체공학적 적용을 통해 착용감, 신호 검출이 우수한 장점을 갖추었으며 다중 생체데이터 측정 및 실시간 생체데이터 분석을 할 수 있다. 또한, 용도에 따라 확장 가능하게 하여 뇌파, 심전도, 안전도, 근전도 등의 다양한 생체신호를 신체조건을 고려하여 안정적으로 수집하고 접지를 활용해 신뢰성 있는 데이터를 확보하고 실리콘 소재로 제작하여 사용자에게 높은 사용성과 만족도를 제공한다. 나아가, 핵심 타겟군인 환자 및 사용자들에게도 사용성 및 효과성을 확대할 수 있으며, 가상현실/증강현실 헤드셋과 간섭이 없이 제작하여 가상현실/증강현실 콘텐츠가 사용자에게 미치는 영향 및 안정성 등을 몰입감을 저해하지 않고도 생체신호로써 측정 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치의 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치를 이용하여 VR/AR 환경에서의 생체정보 측정을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.센싱 장치 제조 장치에서 센싱 장치를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치(100)는 헤어밴드 모듈(110) 및 넥밴드 모듈(120)로 구성되고, 헤어밴드 모듈(110)은 지지부(111) 및 센서부(112)를 포함할 수 있고, 넥밴드 모듈(120)은 통신부(121), 전원부(122), 또는 확장모듈부(123)를 포함할 수 있다.
다중생체신호 측정장치(100)는 사용자의 머리에 착용 가능하도록 형성되는 헤어밴드 모듈(110)과 사용자의 목에 착용 가능하도록 형성되는 넥밴드 모듈(120)로 구성된다.
헤어밴드 모듈(110)은 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 지지부(111) 및 사용자의 생체신호를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서부(112)로 구성된다.
지지부(111)는 헤어밴드 모듈(110)이 사용자의 머리에 착용될 수 있도록 사용자의 머리에 지지되어야 한다. 사람의 머리 형태는 다양하기 때문에, 일정한 형태로 지지부가 형성되는 경우, 사용자에 따라 불편함을 느낄 수 있다. 머리가 큰 사람이나 머리의 형태가 지지부의 형태와 많이 상이한 경우, 착용시 압박에 의해 불편함을 느낄 수 있고, 머리가 작은 사람은 지지가 안되, 착용시 흘러내리거나 흔들리는 불편함이 생길 수 있다. 지지부(111)는 사용자의 다양한 머리 형태에도 착용이 가능하도록 형상 및 크기 조절이 가능하도록 형성된다. 이를 위하여, 고정된 형태가 아닌 탄성을 갖는 경질 타입의 재료를 이용하거나 고무밴드 타입으로 지지대 형성될 수 있다. 또는 구부러지되, 구부러진 형태를 유지하는 연성 재료로 형성될 수도 있다.
지지부(111)는 가상현실 또는 증강현실을 사용자에게 제공하기 위한 헤드셋과 함께 호환이 가능하도록 헤드셋과 간섭이 없는 형태로 구현될 수 있다. 가상현실 또는 증강현실을 제공하는 해드셋은 사용자의 눈에 착용되는바, 눈을 가리지 않는 형태로 구현될 수 있다.
센서부(112)는 지지부(111)에 장착되되, 사용자의 머리 방향으로 배치되어, 사용자의 생체정보를 측정할 수 있다. 센서부(112)는 뇌파를 측정하거나, 심박동 등 다양한 생체정보를 측정할 수 있고, 전위의 기준이 될 수 있는 접지(ground) 또는 기준 전위부(reference)를 제공할 수 있다. 센서부(112)가 측정하는 생체신호는 EEG (Electroencephalogram, 뇌전도), ECG (Electrocardiogram, 심전도), EMG (Electromyography, 근전도), EOG (Electrooculogram, 안구전도) 등의 다양한 생체신호를 포함할 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 상기 센서부(112)가 측정한 생체신호를 수신하고, 상기 수신된 생체신호를 외부로 송신하는 통신부(121)를 포함할 수 있다. 헤어밴드 모듈(110)은 생체정보를 측정하고, 헤어밴드 모듈(110)이 측정한 생체정보는 넥밴드 모듈(120)에서 수신한다. 헤어밴드 모듈(110)과 넥밴드 모듈(120)는 유선 또는 무선을 연결될 수 있다. 유선으로 연결되더라도 헤어밴드 모듈(110)과 넥밴드 모듈(120)은 서로 독립적으로 움직이도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 헤어밴드 모듈(110)과 넥밴드를 모듈은 일체형이 아닌 독립된 형태로 형성되어, 서로간의 간섭 내지 영향을 최소화할 수 있다. 헤어밴드 모듈(110)의 센서부(112)에서 측정한 생체신호를 넥밴드 모듈(120)의 통신부(121)로 송신시, 센서부(112)의 생체신호 측정에 영향을 미치지 않는 주파수의 신호를 이용할 수 있다. 유선을 이용하는 경우, 무선 통신을 이용하는 경우보다 센서부(112)에 대한 영향을 줄일 수 있어, 센서부(112)의 생체신호 측정에 대한 방해를 방지하는 효과가 클 수 있다.
통신부(121)는 센서부(112)가 측정한 생체신호를 수신하여, 외부, 즉 사용자 단말(210) 또는 서버(220)로 송신한다. 생체정보를 측정하는 센서부(112)가 생체정보를 측정시 외부와 통신 등을 수행하는 경우, 생체정보 측정에 간섭이 발생할 있고, 그로 인해 측정된 생체정보에 노이즈가 많이 포함될 수 있다. 따라서, 통신을 수행하는 통신부(121)를 센서부(112)가 형성된 헤어밴드 모듈(110)이 아닌 넥밴드 모듈(120)에 형성한다. 헤어밴드 모듈(110)에 형성된 센서부(112)와 거리상 이격된 넥밴드 모듈(120)의 통신부(121)에서 통신이 이루어지는바, 생체정보 측정에 간섭을 방지하여, 정확한 생체정보 측정이 가능하여, 생체정보에 노이즈가 포함되는 것을 방지할 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 추가 센서와 연결되어, 추가 센서가 측정한 생체신호를 수신하는 확장모듈부(123)를 더 포함할 수 있다. 사용자의 머리에서 생체정보를 측정하는 센서부(112) 이외에 사용자의 머리 이외의 생체정보를 측정할 수 있는 추가 센서를 이용하는 경우, 별도의 센싱장치없이 확장모듈부(123)에 추가된 센서를 연결하고, 추가 센서가 측정한 생체신호를 확장모듈부(123)가 수신할 수 있다. 확장모듈부(123)에는 자이로, 가속도, 모션 등의 생체신호를 측정하는 센서 또는 이외에 다양한 생체신호를 측정하는 센서가 연결될 수 있다. 확장모듈부(123)가 수신한 생체신호는 통신부(121)를 통해 센서부(112)가 측정한 생체신호와 함께 외부로 송신될 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 다중생체신호 측정장치에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다. 센서부(112), 통신부(121) 등을 구동하기 위해서, 전원이 필요하고, 전원부(122)는 다중생체신호 측정장치(100)에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 전원부(122)는 배터리 등의 에너지 저장소자를 포함할 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 사용자가 다중생체신호 측정장치를 제어하기 위한 입력을 하는 경우, 이를 수신하는 사용자 인터페이스가 넥밴드 모듈(120)에 형성될 수 있다. 사용자 인터페이스는 전원 온오프뿐만 아니라, 센서부(112)에서 센싱하는 생체정보를 선택하는 입력 내지 통신 수행여부에 대한 입력을 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스는 터치 입력을 수신하도록 형성되거나, 물리적인 압력을 인식하거나 스위치로 형성될 수도 있다. 이외에도 사용자의 입력을 수신하는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 사용자가 압력을 통해 입력을 수행하는 경우, 장치가 움직일 수 있는데, 사용자 인터페이스가 헤어밴드 모듈에 형성되는 경우, 사용자가 입력시 센서부의 위치가 달라지거나, 사용자의 입력을 위한 압력에 의해 생체정보 측정에 영향을 미칠 수 있다. 사용자 인터페이스를 넥밴드 모듈(120)에 형성하는 경우, 넥밴드 모듈(120)은 센서부(112)가 형성된 헤어밴드 모듈(110)과 독립적으로 움직일 수 있는바, 사용자가 압력을 가하더라도 생체정보 측정에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 따라서, 사용자의 입력에 따라 발생할 수 있는 생체정보 측정의 방해를 방지할 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 센서부(112)가 측정한 생체정보를 수신하여 처리하는 처리부를 더 포함할 수 있다. 처리부는 생체정보를 분석하여 생체정보 데이터를 생성할 수 있고, 생체정보를 실시간으로 모니터링하여, 생체정보에 따라 사용자의 건강 등에 이상이 발생하는 경우, 사용자에게 알리는 기능 등을 수행할 수 있다. 또한, 외부와의 통신이 가능하도록 생체정보 신호를 변환할 수 있다. 또는 외부 또는 사용자 인터페이스를 통해 입력되는 제어 신호를 수신하여, 그에 따라 센서부(112), 확장모듈부(123), 또는 통신부(121)를 제어할 수 있다.
센서부(112)는 사용자가 가상현실 또는 증강현실이 적용된 영상을 시청시 생체신호를 측정할 수 있고, 넥밴드 모듈(120)은 상기 생체신호의 변화를 이용하여 사용자의 생체 분석 데이터를 생성하는 처리부를 더 포함할 수 있다.
사용자에게 제공되는 가상현실 또는 증강현실을 제공하는 콘텐츠는 사용자의 생체정보의 변화를 일으킬 수 있는 콘텐츠일 수 있고, 해당 콘텐츠를 사용자가 시청시 발생하는 생체정보의 변화를 이용하여, 사용자의 다양한 생체정보를 측정할 수 있다. 사용자가 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠를 시청시, 센서부(112)는 생체신호를 측정하고, 센서부(112)가 측정한 생체신호를 처리부가 분석하여, 생체신호의 변화를 측정하고, 생체신호의 변화를 이용하여 현재 사용자의 생체정보를 생성할 수 있다. 센서부(112)가 측정한 생체신호를 치러부가 수치화하여 생체정보를 생성할 수 있다. 이를 통해, 정신건강 관련 스트레스, 우울증, ADHD와 관련된 생체정보를 생성할 수 있다. 또한, 측정된 생체정보를 기반으로, 스트레스 완화, 우울증 개선, ADHD 훈련, MCI 훈련 등이 가능한 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠를 선택하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 통해, 생체신호 연동 상호작용(interaction) 및 바이오피드백(bio-feedback)이 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치의 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중생체신호 측정장치를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 다중생체신호 측정장치는 도 2와 같이 구현될 수 있다. 도 2는 하나의 구현예로, 이외에 다양한 형태로 구현될 수 있음은 당연하다.
다중생체신호 측정장치는 도 2와 같이, 헤어밴드 모듈(110)과 넥밴드 모듈(120)이 서로 독립적으로 형성되고, 생체신호의 측정, 분석, 송수신, 사용자 인터페이스 등의 기능을 분산함으로써 정확한 다중생체신호 측정이 가능하도록 한다. 즉, 생체신호 측정을 위한 센서부(112)는 헤어밴드 모듈(110)에 형성하고, 생체신호를 분석하거나 송수신하는 기능 및 사용자의 입력을 수신하는 사용자 인터페이스 등과 같이, 생체정보 측정에 필요하나, 센서부(112)의 생체신호 측정에 영향을 미칠 수 있는 구성들을 넥밴드 모듈(120)에 형성함으로써 정확한 센싱이 가능하다.
헤어밴드 모듈(110)은 도 3과 같이, 사용자의 머리에 지지되도록 후두부 지지부(330), 귀 지지부(320), 및 헤어밴드 지지부(310)로 구성될 수 있다. 후두부 지지부(330)는 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능하도록 형성될 수 있다. 사용자 착용시 사용자의 머리의 뒷부분 득 후두부 상에 위치하게 되고, 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능하도록 형성되어, 다양한 머리 형태를 가지는 사용자들이 사용함에 불편이 없도록 할 수 있다. 이를 위하여, 후두부 지지부(330)는 머리 모양에 적응이 가능한 탄성 구조로 형성될 수 있다. 또는 휘어질 수 있는 연성 재질로 형성될 수 있다. 귀 지지부(320)는 사용자의 귀에 걸쳐져 지지된다. 사용자의 귀에 걸쳐질 수 있는 형태로 형성되며, 귀 뒷부분에 접촉하는 위치에 센서부가 형성될 수 있다. 헤어밴드 지지부(310)는 사용자의 머리에 상부에 위치하여 지지될 수 있다. 헤어밴드 지지부(310)는 헤어밴드 모듈(110)이 흘러내리거나 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 특히, 가상현실 또는 증강현실 헤드셋을 함께 착용하더라도 헤어밴드 모듈(110)이 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 후두부 지지부(330), 귀 지지부(320), 헤어밴드 지지부(310)의 세개의 위치에서 사용자 머리에 지지함과 동시에 사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능해지는바, 착용감을 높일 수 있다. 후두부 지지부(330)는 전후 움직임을 방지하고, 헤어밴드 지지부(310)는 상하 움직임을 방지하며, 귀지지부(111)는 중심을 잡아주는 역할을 하여, 인체공학적 지지가 가능하다.
센서부(112)는 사용자의 귀 뒷부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제1 센서부(340) 및 사용자의 이마 부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제2 센서부(350)를 포함할 수 있다. 제1 센서부(340) 및 제2 센서부(350)는 복수의 센서로 형성될 수 있고, 좌우 두 개의 센서로 형성될 수 있다. 제1 센서부(340)는 귀 지지부에 형성되고, 사용자 착용시 귀 뒷부분에 접촉되어 생체신호를 측정할 수 있다. 제2 센서부(350)는 사용자 착용시 이마 부분에 접촉되어 생체신호를 측정할 수 있다. 제2 센서부(350)가 형성되는 지지부는 사용자의 형태에 따라 크기가 달라질 수 있도록 이마 방향으로 연장되되, 서로 연결되지 않도록 형성될 수 있다.
센서부(112)는, 건식 금속 전극을 포함할 수 있다. 센서부(112)를 구성하는 금속 전극으로 도 4와 같이, 건식 금속 전극(410))을 이용함으로써 교체가 가능하도록 형성하고, 이를 통해, 신호의 정확성, 신뢰성을 높이고, 청결성 또한 높일 수 있다. 센서부의 건식 금속 전극(410)과 지지부 사이에는 절연부(420)를 형성하여 외부의 신호 간섭을 방지할 수 있다.
넥밴드 모듈(120)은 사용자의 목 뒷부분에서 착용가능한 형태로 형성되며, 보다 구체적으로, 도 5와 같이, 통신부(510), 전원부(520), 확장모듈부(550)가 형성될 수 있다. 확장모듈부(550)가 형성되는 영역에서 헤어밴드 모듈(530)과 연결이 이루어질 수 있다. 또한, 전원부(520)가 배터리로 형성되고, 배터리를 충전하거나, 데이터를 송수신할 수 있는 단자(540)가 형성될 수도 있다. 이때, 단자(540)는 USB 단자로 형성될 수 있다. 통신부(510)는 와이파이 모듈, 블루투스와 같이 근거리 통신 모듈로 형성될 수 있고, 이외 다양한 유무선 통신 모듈로 형성될 수도 있다. 확장모듈부(123)를 통해 센서부의 생체신호 이외의 다른 생체신호, 자이로 신호, 가속도 신호, 모션 정보들에 대한 신호를 수신할 수 있다. 센서부(112)는 Monopolar EEG 2채널, 접지(Ground), 기준전위(Reference) 등을 측정할 수 있고, 확장모듈부(123)를 통해 ECG, EMG, EOG 등의 Bipolar 채널 등 사용자가 원하는 추가적인 센서를 연결할 수 있다.
다중생체신호 측정장치(610)에 측정되는 다중생체신호는 다중생체신호 측정장치 내 처리부에서 처리되거나 외부로 송신되어 사용자 단말 또는 서버에서 실시간 모니터링될 수 있다. 도 6과 같이, 다중생체신호 측정장치(610)를 통한 가상현실/증강현실 체험 및 생체신호 측정이 이루어진다. 이때, 생체신호는 EEG 2채널, ECG 1채널, EMG 1채널, EOG 1채널, IMU 9축에서 측정될 수 있고, 사용자에게 제공되는 가상현실/증강현실 콘텐츠를 사용자 단말(620)이나 서버(630)에서 수신하거나 스트리밍으로 재생할 수 있다. 다중생체신호 측정장치(610)에서 측정된 생체신호는 로우(Raw) 데이터로 사용자 단말(620) 또는 서버(630)로 송신될 수 있다. 사용자 단말(620)는 유무선 AP를 통해 통신을 수행할 수 있고, TCP 서버를 거쳐 프로세서에 로우 데이터 분석 데이터 및 재생, 정지와 같은 명령신호를 송수신할 수 있다. 서버(630)는 사용자 단말(620)로부터 생체신호를 수신할 수 있고, 이를 모니터링할 수 있다. 다중생체신호 측정장치(610), 사용자 단말(620), 및 서버(630)는 와이파이 등 다양한 유무선 통신을 통해 통신을 수행할 수 있다.
생체신호를 측정하고, 측정된 생체신호를 이용하여 가상현실/증강현실 콘텐츠 피드백을 수행하는 과정은 도 7 및 도 8과 같이 수행될 수 있다. 먼저, 무선 다중생체신호 측정 장치(710)의 무선 생체신호 센서부에서 생체신호를 측정하고, 신호처리/전송 모듈에서 생체신호를 외부로 송신하다. 이때, 신호 수집 API는 해당 생체신호를 감지하고, 신호 수집/분석 단말(PC)에서 생체신호 모니터링/분석 프로그램을 통해 생체신호를 분석 및 모니터링한다. 유효 생체 변인으로부터 유효 생체 데이터(750)를 추출할 수 있다. 유효 생체 데이터는 하기 표과 같이, 구분할 수 있다.
No. 유효생체 데이터 생세 데이터 정의 및 상호작용 관련 지수
1 RA F3 Relative Alpha Power Spectrum / 이완, 안정
2 RA F4
3 RB F3 Relative Beta Power Spectrum / 긴장, 인지작용(집중)
4 RB F4
5 RMT F3 Ratio of Mid Beta to Theta / 집중
6 RMT F4
7 RSMT F3 Ratio of (SMR~Mid Beta) to Theta / 집중
8 RSMT F4
9 RAHB F3 Ratio of Alpha to High Beta / 이완
10 RAHB F4
11 A1 F4-F3 좌우뇌 불균형 / 우울
12 Mean HR 평균 심박 수 / 정상 심박 확인
13 SDNN 전체 NN 간격의 표준편차 / 스트레스 저항도
14 TP HRV Total Power / 신체 활성도
15 VLF Very low frequency / 피로
16 LF Low frequency / 피로, 각성
17 HF High frequency / 스트레스, 이완
18 NormLF TP 내 LF 비율 / 교감 밸런스
19 NormHF TP 내 HF 비율 / 부교감 밸런스
20 RMSSD RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균 제곱근 / 심장 건강도
21 RLFHF ECG, 단기스트레스
22 EMG_RMS 근육 활성도 / 근피로
23 EOG_Blink 눈깜박임 / 시각피로
24 9axis IMU 신체 미동 / 신체 피로
통합 인터페이스(750) 내 생체신호 상호작용 통합 인터페이스에서 유효 생체변인을 수집하고, 수집된 유효 생체변인 데이터는 유효변인 임계값(Threshold)과 비교를 통해 개인화 임계값으로 적용되고, 사용자 상호작용 룰에 따라 생체변인 별 임계값을 비교하고, 생체변인 별 상호작용 이벤트를 처리 및 전송한다. 통합 인터페이스의 처리 결과에 따라 현재 사용자의 생체정보에 맞는 가상현실/증강현실 콘텐츠를 선택하여 사용자에게 피드백한다.
사용자 맞춤형 콘텐츠를 제공하기 위하여, 도 8과 같이, 사전설문 프로세스와 콘텐츠 수행 프로세스가 수행될 수 있다. 먼저, 사전설문 프로세스는 사용자가 생체신호 센서를 착용상태에서 이루어지면, 콘텐츠별 설문을 진행하여 레퍼런스 데이터를 수집하며, 수집된 레퍼런스 데이터는 플랫폼 서버에 저장된다. 플랫폼 서버에 저장된 레퍼런스 데이터를 평균을 산출하여 콘텐츠를 제공하는데 이용할 수 있다. 콘텐츠 수행 프로세서는 콘텐츠를 실행하고, 소정의 시간, 예를 들어 1분 동안의 평균 데이터를 수집하고, 앞서 산출된 레퍼런스 데이터의 평균 데이터와 비교하고, 그에 대응되는 이벤트를 출력한다. 콘텐츠를 수행하는 중에는 전체 평균 데이터를 산출하고, 레퍼런스 대비 변화 정도를 가시화고, 그 결과를 플랫폼 서버에 저장한다. 저장된 데이터들은 이후 사용자의 생체정보에 따라 맞춤형 콘텐츠를 선택하여 제공하는데 이용된다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 사용자의 머리에 착용 가능하도록 형성되는 헤어밴드 모듈; 및
    사용자의 목에 착용 가능하도록 형성되는 넥밴드 모듈를 포함하되,
    상기 헤어밴드 모듈은,
    사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 지지부; 및
    사용자의 생체신호를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서부를 포함하고,
    상기 넥밴드 모듈은,
    상기 센서부가 측정한 생체신호를 수신하고, 상기 수신된 생체신호를 외부로 송신하는 통신부를 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는,
    사용자의 머리 형태에 따라 형상 및 크기 조절이 가능한 후두부 지지부;
    사용자의 귀에 걸쳐져 지지되는 귀 지지부; 및
    사용자의 머리에 상부에 위치하여 지지되는 헤어밴드 지지부를 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 넥밴드 모듈은,
    추가 센서와 연결되어, 추가 센서가 측정한 생체신호를 수신하는 확장모듈부를 더 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 넥밴드 모듈은,
    상기 다중생체신호 측정장치에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 넥밴드 모듈은,
    사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    사용자의 귀 뒷부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제1 센서부; 및
    사용자의 이마 부분에 접촉되어 생체신호를 측정하는 제2 센서부를 포함하는 다중생체신호 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 건식 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중생체신호 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    사용자가 가상현실 또는 증강현실이 적용된 영상을 시청시 생체신호를 측정하고,
    상기 넥밴드 모듈은,
    상기 생체신호의 변화를 이용하여 사용자의 생체 분석 데이터를 생성하는 처리부를 더 포함하는 다중생체신호 측정장치.
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