JP4444767B2

JP4444767B2 - バイオフィードバックを利用した訓練制御方法及び装置

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Publication number: JP4444767B2
Application number: JP2004259058A
Authority: JP
Inventors: 炯錫呂; 在鑽朴; 健洙申; 敬昊金; 定桓李; 淵皓金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: KR100601932B1; US20050124463A1; JP2005087731A; EP1512370A1; US7618347B2; KR20050024123A; EP1512370B1

Description

本発明は訓練制御方法及び装置に係り、特に、バイオフィードバックを利用して運動訓練及び安定訓練を制御するための方法及び装置に関する。

バイオフィードバックとは、人体から収集した多様なバイオ信号に基づいて人体の生理的活動状態に対する変化情報をリアルタイムで提供することによって人体が目的する方向に自分の生理的活動を変化させて目標量ほどの変化が起きた時に適切な信号をユーザーに提供することによってユーザーが自ら自己調節を学習していく技法である。

人体が運動と休息とを繰り返す状況で克明に観察可能な心血管反応指数としては心拍数が最も有力である。心拍数は多様な方法を通じて収集可能であるが、大体において心電図信号かＰＰＧ（ＰｈｏｔｏＰｌｅｎｔｈｙｓＭｏｇｒａｐｈｙ）信号を通じて単位時間当たりパルス数をカウントして求められる。心拍数（ＨｅａｒｔＲａｔｅ：ＨＲ）とは、心臓の１分間の搏動数をいい、ＢＰＭ（ＢｅａｔＰｅｒＭｉｎｕｔｅ）で表示する。一般的に正常成人の場合、６０〜９０ＢＰＭ程度であり、運動をするか、精神的な興奮、発熱がある時に増加し、休息するか、精神的な安定状態、あるいは睡眠時に減少する特性を有する。

このような特性を利用してスポーツ医学ではユーザーの心拍数を測定してユーザーが自分の心拍数を認知させた後、一定目標心拍数を維持しながら持続的な運動を行うように適切な信号をユーザーに提供するバイオフィードバック技法を通じて効果的な自己調節学習を行える多様な訓練技法を実際現場で適用している。

散歩、ジョギング、ランニングマシン、サイクリング、水泳、エアロビクスなどの持久力を養う有酸素運動は、各自目標心拍数を維持できるように運動強度を調節して持続的に行う時にその効果が得られると知られている。目標心拍数を求める方法は、普通最小目標心拍数と最大目標心拍数とを求めるカルボネン公式で容易に求められる。一般的にスポーツ医学では最小目標心拍数を下限値とし、最大目標心拍数を上限値とする運動適正量の範囲を設定する。次いで、運動を行う間の瞬時心拍数の値が運動適正量の範囲内を離脱しないように一定時間の間、持続的な運動を行わせことによってその運動の効果を極大化させうる指針を提示している。

このようにバイオ信号を利用してユーザーの運動量を測定するか、運動を促進するための従来技術は多様である。従来技術は主にユーザーの心拍数を基準として最大目標心拍数と最小目標心拍数とを定義し、最大目標心拍数と最小目標心拍数とを基準として一定範囲内で運動を持続するように、その他の表示装置に表示するか、アラーム機能を行ってユーザーが現在進行中である運動レベルを認知させる一連の方法と装置とに関するものである。その例を挙げれば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０などがある。

運動を行いながらユーザーが本人のバイオ情報を確認する過程で明らかにしなければならない点を列挙すれば、次の通りである。第１に、運動遂行中にユーザーの無拘束性を極大化させねばならず、第２に、運動遂行中に持続的なバイオ情報変化が認知できる過程でも運動に支障をきたしてはならない。第３に、運動促進を目的とするバイオフィードバック情報をユーザー側にフィードバックさせようとすれば、運動促進に十分に影響を与えるほどの刺激信号を効果的に提示しなければならない。これは運動遂行外の安定状態の誘導を目的とする場合にも同一に考慮する事項である。

これと関連して前記の従来技術を見れば、心拍数測定モジュールのユーザーの便宜性が落ちることによってユーザーの無拘束性を毀損するか、運動遂行中のバイオ情報変化の認知が容易でないので、持続的な運動遂行に支障をきたす可能性が高い。特に、無線ＨＲモニターのセンサーを利用したスポーツ医学的適用及び事例が多様であるが、これは胸に付着するようになっており、最大限胸に密着するようにバンドを締め付けなければ、信頼性ある信号が収集できない短所がある。
大韓民国特許公開２００２−８３００４号公報大韓民国特許公開１９９９−６３１００号公報大韓民国特許公開２００２−１１７３０号公報大韓民国特許公開１９９８−７０２４７７号公報大韓民国特許公開２０００−６４０７２号公報大韓民国特許公開２００２−１５９０７号公報米国特許第５,７４０,８１２号公報米国特許第４,７７６,３２３号公報米国特許第５,５７７,５１０号公報米国特許第６,３４５,１９７号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、運動遂行中である人体からリアルタイムでバイオ信号を収集及び分析し、分析結果と共にバイオ信号の各変化レベルに相応するバイオフィードバック情報をユーザーに提供することによって、運動遂行中であるユーザーが自らバイオフィードバック情報から自分のバイオ変化を認知してバイオ変化に合わせて訓練を行えるように制御する方法及び装置を提供するところにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、安定中である人体からリアルタイムでバイオ信号を収集及び分析し、分析結果と共にバイオ信号の各変化レベルに相応するバイオフィードバック情報をユーザーに提供することによって、安定しているユーザーが自らバイオフィードバック情報から自分のバイオ変化を認知してバイオ変化に合わせて効果的に安定状態に到達する訓練を行えるように制御する方法及び装置を提供するところにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、運動遂行中、あるいは安定中である人体からリアルタイムでバイオ信号を収集及び分析し、分析結果を別途のデータ記憶装置に保管することによって、ユーザーの運動と休息とに関連した健康情報の諸般項目を持続的に管理して提供することによって、ユーザーの健康増進に寄与する方法及び装置を提供するところにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、運動遂行中、あるいは安定中である人体からリアルタイムでバイオ信号を収集及び分析する方法及び装置の無拘束性を極大化して運動遂行中である人体により効果的にユーザー便宜性を提供する方法及び装置を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために本発明によるバイオフィードバックを利用した運動訓練制御方法は、（ａ）ユーザーのバイオ信号に基づいて前記ユーザーの目標運動範囲を設定する段階と、（ｂ）運動訓練モードで前記バイオ信号から得られる所定指標を単位時間毎に前記目標運動範囲と比較し、比較結果によってポジティブバイオフィードバック情報、ネガティブバイオフィードバック情報及び警告メッセージのうち何れか１つをユーザーに提供する段階と、を含む。

前記技術的課題を達成するために本発明によるバイオフィードバックを利用した安定訓練制御方法は、（ａ）ユーザーのバイオ信号に基づいて前記ユーザーの目標安定範囲を設定する段階と、（ｂ）安定訓練モードで前記バイオ信号から得られる所定指標を単位時間毎に前記目標安定範囲と比較し、比較結果によってポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つをユーザーに提供する段階と、を含む。

また、前記技術的課題を達成するために本発明によるバイオフィードバックを利用した訓練制御方法は、（ａ）ユーザーのバイオ信号に基づいて前記ユーザーの目標訓練範囲及び目標安定範囲を設定する段階と、（ｂ）運動訓練モードと安定訓練モードのうち１つを選択する段階と、（ｃ）前記運動訓練モードで前記バイオ信号から得られる所定指標を単位時間毎に前記目標運動範囲と比較し、比較結果によって第１ポジティブバイオフィードバック情報と第１ネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つをユーザーに提供する段階と、（ｄ）前記安定訓練モードで前記バイオ信号から得られる所定指標を単位時間毎に前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって第２ポジティブバイオフィードバック情報と第２ネガティブバイオフィードバック情報のうち１つをユーザーに提供する段階と、を含む。

前記技術的課題を達成するために本発明によるバイオフィードバックを利用した訓練制御装置は、ユーザーのバイオ信号を測定し、所定のバイオフィードバック情報をユーザーに提供するバイオ信号測定モジュールと、前記バイオ信号測定モジュールから提供されるユーザーのバイオ信号とユーザー情報とを利用して前記ユーザーの目標運動範囲及び目標安定範囲を設定し、ユーザーの訓練モード選択によって記バイオ信号を前記目標運動範囲及び前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって前記選択された訓練モードでのポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つを前記バイオフィードバック情報として前記バイオ信号測定モジュールに提供するバイオ情報フィードバックモジュールと、を含む。

前記技術的課題を達成するために本発明による健康管理システムは、ユーザーのバイオ信号を測定し、所定のバイオフィードバック情報をユーザーに提供するバイオ信号測定モジュールと、前記バイオ信号測定モジュールから提供されるユーザーのバイオ信号とユーザー情報とを利用して前記ユーザーの目標運動範囲及び目標安定範囲を設定し、ユーザーの訓練モード選択によって前記バイオ信号を前記目標運動範囲及び前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって前記選択された訓練モードでのポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つを前記バイオフィードバック情報として前記バイオ信号測定モジュールに提供するバイオ情報フィードバックモジュールと、前記バイオ情報フィードバックモジュールから伝送されるバイオ信号及びバイオ情報を受信し、ユーザーの期間別の健康情報を分析及び管理し、前記期間別の健康情報を前記バイオ情報フィードバックモジュールに提供してユーザーに伝送させる健康情報管理サーバーと、を含む。

前記方法は、望ましくはコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体で具現できる。

本発明によれば、運動時、瞬時心拍数値が目標運動範囲の下限値より低く評価される間には自分の現在瞬時心拍数より速いリズムの音楽を提示してユーザーを認知させ、自分の現在心拍数より速いリズムの音楽に合せて運動を行わせることによって自然に心拍数が速くなる方向に運動を進めるように促進させうる。一方、ユーザーが休息を取るならば、瞬時心拍数値が目標安定範囲の上限値より高く評価される間、自分の現在の瞬時心拍数より遅いリズムの音楽を提示してユーザーを認知させ、自分の現在心拍数より遅いリズムの音楽を持続的に聴取させることによって自然に安定効果が誘導できる。

また、光源部と受光部とよりなり、ヘッドセットの下端部に装着されたニッパー型に具現され、耳たぶ接触時に開閉操作が可能な透過型光センサーを装着してＰＰＧ信号が測定できる構造にバイオ信号測定モジュールを構成することによって運動を持続的に行う中にもユーザーの耳たぶ接触部位を効果的に固定させうるので、動雑音が発生する環境でも信号対雑音比の高いバイオ信号が測定できる。

また、測定されたユーザーのバイオ信号から得られるバイオ情報を利用してユーザーの健康情報をユーザー別、期間別など各状況別、条件別に管理し、該当健康情報をユーザーにフィードバックさせることによって、ユーザーの健康増進に寄与できる。

以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例に対してより詳細に説明する。
本発明による訓練制御方法及び装置は運動を行うか、休息しているユーザーがバイオフィードバックによる自己調節過程を通じて効果的に目標運動範囲、あるいは目標安定範囲に到達させることを目的とする。このために考慮されねばならない事項としては、休息中、または運動遂行中に着用する訓練制御装置がユーザーに最大限のユーザー便宜性を提供すること、目標運動範囲あるいは目標安定範囲に誘導するためのバイオフィードバックアルゴリズムが効果的に具現されることである。

図１は、本発明の望ましい一実施例によるバイオフィードバックを利用した訓練制御装置の構成を示すブロック図であって、バイオ信号測定モジュール１１１とバイオ情報フィードバックモジュール１２１とで構成されるバイオフィードバックユニット１１０と、バイオ情報フィードバックモジュール１２１と健康情報管理サーバー１３１とで構成される健康情報管理ユニット１３０とに大別される。

図１を参照すれば、バイオフィードバックユニット１１０はバイオフィードバックを利用した自己調節訓練を通じて運動及び休息を効果的に行うように制御する装置である。バイオフィードバックユニット１１０において、バイオ信号測定モジュール１１１は、例えばスピーカーと心拍数係数とのためのＰＰＧ測定用センサー及び無線送受信部が装着されたヘッドセットなどで具現することによって、測定機能及びフィードバック機能を並行して行えるように構成できる。バイオ情報フィードバックモジュール１２１は、バイオ信号測定モジュール１１１から無線伝送されるバイオ信号、例えばＰＰＧ信号に基づいて心拍数をカウントし、これを基盤に図２に示された所定のフィードバックアルゴリズムを駆動してバイオフィードバック情報をバイオ信号測定モジュール１１１の方に無線伝送する機能を行う。バイオ情報フィードバックモジュール１２１は、移動型の携帯通信機器（例えば、携帯電話）、無線データ通信が可能なＰＤＡ、腕時計型の情報端末機などにより具現できる。バイオ信号測定モジュール１１１とバイオ情報フィードバックモジュール１２１間データ通信は帯域拡散伝送技法、ＺｉｇＢｅｅ、ＷＰＡＮなどの近距離無線通信を通じて遂行でき、必ずしもこれに限定されるものではない。

健康情報管理ユニット１３０は、ユーザーのバイオ信号を受信し、受信されたバイオ信号に基づいてユーザーのバイオ情報を持続的に管理し、受信されたユーザーのバイオ信号及びバイオ情報によるバイオフィードバック情報をバイオ信号測定モジュール１１１に提供する。健康情報管理ユニット１３０において、健康情報管理サーバー１３１は、例えばデータセンター、基地局などに設置されうる。健康情報管理サーバー１３１はバイオ情報フィードバックモジュール１２１から無線伝送されるバイオ信号及びバイオ情報を受信して、ユーザーの日別、週別、月別などの期間別健康情報を分析及び管理し、ユーザーの要請または既定の周期別にバイオ情報フィードバックモジュール１２１に提供してユーザーに伝送させる。この時、健康情報は測定時毎のバイオ情報変化推移を該当期間別に収集して期間別に図式化して管理することによって、期間別バイオ情報変化推移を容易に観察でき、変化推移に合った統計化された個人別運動プログラムを設計させる。また、健康情報はユーザー別の身上情報（性別、年齢、身長など）と測定時毎のバイオ情報（体重、心拍数、呼吸数、体温）間の相関関係を管理することによって、臨床研究及びその他の健康管理サービスの基本データベースとして活用させる。健康情報管理サーバー１３１からバイオ情報フィードバックモジュール１２１に提供される健康情報は、音声メッセージ、文字メッセージ、または電子メールなどの形態で伝送でき、必ずしもこれに限定されるものではない。

図２は、本発明の一実施例によるバイオフィードバックを利用した訓練制御方法を説明するフローチャートであって、心拍数を測定する段階、最大目標心拍数と最小目標心拍数とを決定する段階、目標運動範囲と目標安定範囲とを設定する段階、ユーザーにより選択された運動訓練モードあるいは安定訓練モードによって、運動訓練モード時の第１ポジティブバイオフィードバックと第１ネガティブバイオフィードバックまたは安定訓練モード時の第２ポジティブバイオフィードバックと第２ネガティブバイオフィードバックとを決定する段階に分かれる。

図２を参照すれば、２１１段階では、バイオ信号測定モジュール１１１を利用してユーザーのバイオ信号、例えばＰＰＧ信号を測定してバイオ情報フィードバックモジュール１２１に無線伝送する。

２１２段階では、バイオ信号測定モジュール１１１から無線伝送されてきたＰＰＧ信号のパルスをカウントして心拍数に換算し、最初心拍数を決定する。ここで、最初心拍数は運動を行っていない起立状態でバイオ信号測定モジュール１１１を着用した時に所定時間、例えば最初３０秒間を測定した心拍数の平均値と定義する。一方、ユーザーの年齢に対するデータはユーザーが最初にバイオ信号測定モジュール１１１を着用した後、最初心拍数を測定する間にバイオ情報フィードバックモジュール１２１に入力するか、あるいはバイオ信号測定モジュール１１１を着用する前にバイオ情報フィードバックモジュール１２１に直接入力できる。

２１３段階では、ユーザーの年齢のようなユーザー情報と最初心拍数とによって目標運動範囲及び目標安定範囲を設定する。このために、まず最大目標心拍数及び最小目標心拍数を決定するが、例えば、カルボネン公式によって最小目標心拍数＝（２２０−年齢−最初心拍数）＊０.６＋最初心拍数、最大目標心拍数＝（２２０−年齢−最初心拍数）＊０.７５＋最初心拍数と定義できる。

前記のように、最大目標心拍数と最小目標心拍数とが決定されれば、これを基準で目標運動範囲と目標安定範囲とを設定する。目標運動範囲とは、運動遂行時のユーザーの運動能力を向上させうる運動範囲であり、一般的な正常成人の場合、この範囲で約２０分〜３０分間、運動を行うプログラムを持続的に実施すれば、運動能力向上に効果的に寄与できると知られている。本発明の一実施例では、最大目標心拍数の９０％±１０％範囲を目標運動範囲に設定し、最小目標心拍数の８０％±１０％範囲を目標安定範囲に設定する。

目標運動範囲と目標安定範囲とは各ユーザーの身体条件によって異なりうるので、ユーザーが自分の身体条件に合わせて調節できるように設定可能である。すなわち、最大目標心拍数を基盤とする目標運動範囲の上限値と下限値とは各ユーザーが自分の身体条件に合わせて調節できる。最小目標心拍数を基盤とする目標安定範囲の上限値と下限値も各ユーザーの身体条件に合わせてユーザー自らが調節及び設定できる。

２１４段階では、目標運動範囲と目標安定範囲とを基準でポジティブ及びネガティブバイオフィードバックに対する適用条件、主要機能及びフィードバック情報を設定するが、これを図３及び図４を参照して説明する。

図３を参照すれば、まず、目標運動範囲の下限値、すなわち最大目標心拍数の８０％以下範囲を目標運動以下範囲に設定し、目標運動範囲の上限値、すなわち最大目標心拍数の１００％以上範囲を目標運動超過範囲に設定する。運動訓練モードで目標運動範囲を基準とした第１ポジティブバイオフィードバック及び第１ネガティブバイオフィードバックを決定する方法は次の２つに分かれうる。

第１の方法によれば、第１ポジティブバイオフィードバックは瞬時心拍数が目標運動範囲で多少の偏差を示しながら一定時間持続する場合に適用し、瞬時心拍数が目標運動範囲の心拍数を維持するように運動を促進させる。このために目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートのリズムで進まれる複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。運動遂行時の目標運動範囲を基準とした第１ネガティブバイオフィードバックは、瞬時心拍数が目標運動以下範囲に低下したまま一定時間、多少の偏差を示しながら持続する場合に適用し、瞬時心拍数が目標運動範囲に自然に到達できるように運動を促進させる。このために目標運動範囲の下限値に該当する心拍数と類似したビートのリズムから目標運動範囲の平均心拍数と類似した速いビートのリズムまで複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。また、瞬時心拍数が目標運動超過範囲で一定時間、多少の偏差を示しながら持続する場合、危険警告に対する音声メッセージ情報を提供することによって運動を中断させる。

第２の方法によれば、第１ポジティブバイオフィードバックは、瞬時心拍数が、例えば運動開始時に目標運動以下範囲で多少の偏差を示しながら一定時間持続する場合に適用し、瞬時心拍数が目標運動範囲に自然に到達できるように運動を促進させる。このために目標運動範囲の下限値に該当する心拍数と類似したビートのリズムから目標運動範囲の平均心拍数と類似した速いビートのリズムまでの複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。運動訓練モードで第１ネガティブバイオフィードバックは、瞬時心拍数が、例えば運動遂行中の目標運動範囲を維持してから目標運動以下範囲に低下したまま一定時間多少の偏差を示しながら持続する場合に適用し、ユーザーが自分の運動強度が低下したことを目覚ませる。このために前記一定時間に対するユーザーの平均瞬時心拍数より遅いビートのリズムで進まれる複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。また、瞬時心拍数が目標運動超過範囲で一定時間多少の偏差を示しながら持続する場合、危険警告に対する音声メッセージ情報を提供することによって、運動を中断させる。

図４を参照すれば、まず、目標安定範囲の下限値、すなわち最小目標心拍数の７０％以下範囲を目標安定未満範囲に設定し、目標安定範囲の上限値、すなわち最小目標心拍数の９０％以上範囲を目標安定以上範囲に設定する。安定訓練モードで目標安定範囲を基準とした第２ポジティブバイオフィードバック及び第２ネガティブバイオフィードバックを決定する方法は、次の２つに分かれうる。

第１方法によれば、第２ポジティブバイオフィードバックは瞬時心拍数が目標安定範囲で多少の偏差を示しながら一定時間持続する場合に適用し、瞬時心拍数が目標安定範囲の心拍数を維持するように安定を誘導する。このために目標安定範囲の平均心拍数と類似したビートのリズムで進まれる複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。安定訓練モードで目標安定範囲を基準とした第２ネガティブバイオフィードバックは、瞬時心拍数が目標安定以上範囲に上昇したまま一定時間多少の偏差を示しながら持続する場合に適用し、瞬時心拍数が目標安定範囲に自然に到達できるように安定を誘導する。このために目標安定範囲の上限値に該当する心拍数と類似したビートのリズムから目標安定範囲の平均心拍数と類似した遅いビートのリズムで進まれる複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。

第２の方法によれば、第２ポジティブバイオフィードバックは安定開始時に瞬時心拍数が目標安定以上範囲で多少の偏差を示しながら一定時間持続する場合に適用して瞬時心拍数が目標安定範囲に自然に到達できるように安定を誘導する。このために目標安定範囲の上限値に該当する心拍数と類似したビートのリズムから目標安定範囲の平均心拍数と類似した遅いビートリズムまでの複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。目標安定範囲を基準とした第２ネガティブバイオフィードバックは、目標安定範囲内で維持していた瞬時心拍数が目標安定以上範囲に上昇して一定時間持続する場合に適用してユーザーに自分の安定状態が低下したことを目覚ませる。このために前記一定時間に対するユーザーの平均瞬時心拍数より速いビートのリズムで進まれる複数の音楽ファイルを人体の聴覚器官にフィードバックさせる。また、瞬時心拍数が目標安定範囲で長時間持続されるか、目標安定未満範囲に低下すれば、ユーザーが十分に安定していると仮定し、バイオフィードバックを中断させる。

また、図２に戻って、２１５段階ではユーザーにより運動訓練モード及び安定訓練モードのうち１つが選択されれば、一定時間瞬時心拍数を選択されたモードの目標範囲、すなわち、目標運動範囲または目標安定範囲内に存在するか否かを判断し、前記２１４段階で設定された各訓練モードでのポジティブあるいはネガティブバイオフィードバック条件に該当するか否かを判断する。ここで、瞬時心拍数は毎１秒単位に記録されて目標運動範囲または目標安定範囲の下限値及び上限値の心拍数と一定時間間隔に比較演算を行う。

２１６段階では、２１５段階での比較演算結果、瞬時心拍数の変動状態が選択された訓練モードでポジティブバイオフィードバック条件に該当する場合、ポジティブバイオフィードバックに決定し、該当する情報をユーザーにフィードバックさせる。２１７段階では、２１５段階での比較演算結果、瞬時心拍数の変動状態が選択された訓練モードでネガティブバイオフィードバック条件に該当する場合、ネガティブバイオフィードバックに決定し、該当する情報をユーザーにフィードバックさせる。この時、ポジティブバイオフィードバック及びネガティブバイオフィードバック情報はさらに細分化でき、例えば所定のビート、例えば５ビート間隔にメモリバンクに存在する音楽ファイルが分類できる。

図５は、図１におけるバイオ信号測定モジュールの細部的な構成を示すブロック図であって、バイオ信号測定モジュール１１１はバイオ信号を測定し、バイオ情報フィードバックモジュール１２１からフィードバックされるバイオフィードバック情報をユーザーに提供する。バイオ信号測定モジュール１１１はバイオ信号、例えばＰＰＧ信号を測定するバイオ信号測定部５１１、測定されたバイオ信号をバイオ情報フィードバックモジュール１２１に無線伝送するバイオ信号無線送信部５１２、バイオ情報フィードバックモジュール１２１から提供されるバイオフィードバック情報を無線受信するバイオフィードバック情報無線受信部５１３及び受信されたバイオフィードバック情報をユーザーに知らせるバイオフィードバック情報表示部５１４で構成される。もちろん、バイオ信号測定モジュール１１１に必要な電源を供給する電源供給部（図示せず）を含む。

バイオ信号測定モジュール１１１の一実施例が図６に示されており、バイオ信号測定モジュール１１１をヘッドセットで具現した例である。図６において、参照符号６１１ａと６１１ｂとはそれぞれ光源及び受光部を示し、バイオ信号測定部５１１に該当し、６１２と６１３とはそれぞれバイオ信号無線送信部５１２とバイオフィードバック情報無線受信部５１３とに該当し、６１４はスピーカーとしてバイオフィードバック情報表示部５１４に該当する。すなわち、バイオ信号無線送信部６１２では光源６１１ａと受光部６１１ｂとを通じて測定されたＰＰＧ信号をバイオ情報フィードバックモジュール１２１に伝送し、バイオフィードバック情報無線受信部６１３ではバイオ情報フィードバックモジュール１２１からバイオフィードバック情報を受信した後、スピーカー６１４を通じて出力する。バイオ信号測定部６１１ａ、６１１ｂは運動や安定時のその他の動雑音を最小化し、ユーザーの便宜性を極大化させるために耳たぶに透過型光センサーを接触させて具現できる。

このようにバイオ信号測定モジュール１１１を透過型光センサーが付着されたヘッドセットで具現してＰＰＧ信号のようなバイオ信号を測定し、これに対応してヘッドセットつのスピーカーを通じてバイオフィードバック情報である音楽を聞かせられ、チェストバンドとヘッドセットとで具現してチェストバンドに付着されたストレインゲージを利用して呼吸を測定するか。熱電対を利用して体温を測定し、これに対応してヘッドセットつのスピーカーを通じてバイオフィードバック情報である音楽を聞かせうる。また、バイオ信号測定モジュール１１１を靴とヘッドセットとで具現して靴に設置された圧力センサーを利用して運動前の体重値と運動後の体重値間の体重変移差を測定するか、靴に設置されたフォトカプラーと振動素子を利用して運動時の歩行係数値を測定し、これに対応してヘッドセットのスピーカーを通じてバイオフィードバック情報である音楽を聞かせられる。一方、各場合においてヘッドセットのスピーカーを通じて音楽以外に運動や休息中に所定時間、例えば１分間隔に関連バイオ情報を音声信号に出力することもできる。

図７は、図６においてバイオ信号測定部６１１ａ、６１１ｂの一実施例を示す図面であって、透過型光センサーで具現した例である。図７において、透過型光センサーは光源７１１ａと受光部７１１ｂとよりなる。透過型光センサーはヘッドセットの下端部に装着されたニッパー型に具現され、耳たぶ接触時に開閉操作が可能である。

図８は、図１においてバイオ情報フィードバックモジュール１２１の細部的な構成を示すブロック図であって、データ受信部８１０、バイオ信号処理部８２０、表示部８３０、情報貯蔵部８４０及び情報送信部８５０よりなる。バイオ信号測定モジュール１１１と同様に、バイオ情報フィードバックモジュール１２１に必要な電源を供給する電源供給部（図示せず）を含む。

図８を参照すれば、データ受信部８１０はバイオ信号測定モジュール１１１から提供されるバイオ信号、例えばＰＰＧ、呼吸、体温、体重変移差または歩行係数値を受信するバイオ信号受信部８１１と健康情報管理サーバー１３１から提供される健康情報を受信する健康情報受信部８１３とよりなる。

バイオ信号処理部８２０は、バイオ情報フィードバックモジュール１２１の全体的な制御のために必要とする演算を行い、特に、バイオ信号受信部８１１から提供されるバイオ信号に対して単位時間毎に一連の演算作業を行う。バイオ信号に対する演算作業遂行結果によって該当するバイオフィードバック情報を選択してバイオフィードバック情報貯蔵部８４３に貯蔵する。バイオ信号処理部８２０は内部に目標運動範囲を基準とするポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報及び目標安定範囲を基準とするポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報とを貯蔵した貯蔵媒体を含んでいる。この時、各ポジティブ及びネガティブバイオフィードバック情報は複数のビートレベルに分けられ、各ビートレベルには複数の音楽ファイルが含まれている。バイオ信号処理部８２０でバイオ信号に対する演算結果、ユーザーにより選択された訓練モードでポジティブバイオフィードバックに該当するか否か、ネガティブバイオフィードバックに該当するか否かを判断し、瞬時心拍数の大きさによって少なくとも１つ以上のビートレベルの音楽ファイルをバイオフィードバック情報として選択する。また、バイオ信号処理部８２０はバイオ信号受信部８１１から提供されるバイオ信号に対する分析遂行結果、例えば心拍数、分当たり呼吸数、体温または体重変移差などのバイオ情報をバイオ信号と共に健康情報管理サーバー１３１に伝送するためにバイオ信号及びバイオ情報貯蔵部８４１に貯蔵する。

表示部８３０はバイオ信号処理部８２０で演算結果及び健康情報受信部８１３で受信された健康情報を画面上にディスプレイするか、音声に出力するためのものであって、例えばＬＣＤディスプレイあるいはスピーカーで具現されうる。

情報貯蔵部８４０はバイオ信号測定モジュール１１１から伝送されたバイオ信号と演算結果収集されるバイオ情報を貯蔵するバイオ信号及びバイオ情報貯蔵部８４１と、バイオ信号測定モジュール１１１に伝送するバイオフィードバック情報を貯蔵するバイオフィードバック情報貯蔵部８４３とよりなる。ここで、バイオフィードバック情報は運動訓練あるいは安定訓練のための目標心拍数範囲と瞬時心拍数とを比較して各比較結果によって区分される聴音信号、例えば音楽が望ましく、その他の運動や休息中の所定時間間隔に関連バイオ情報を音声信号として出力することもできる。

情報送信部８５０はバイオ信号及びバイオ情報を健康情報管理サーバー１３１に提供するバイオ信号及びバイオ情報送信部８５１とバイオフィードバック情報をバイオ信号測定モジュール１１１に提供するバイオフィードバック情報送信部８５３とよりなる。

図９は、図８においてバイオ信号処理部８２０の細部的な構成を示すブロック図であって、ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１及び第１及び第２アドレス発生部９１３、９１５で構成される選択信号発生部９１０と、第１及び第２メモリバンク９２１、９２３で構成されるバイオフィードバック情報発生部９２０と、よりなる。もし第１及び第２メモリバンク９２１、９２３を１つのメモリバンクに一体化させて具現する場合、ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１は除去可能であり、第１及び第２アドレス発生部９１３、９１５も一体化させて具現可能である。

図９を参照すれば、選択信号発生部９１０においてポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１は、まずユーザーにより選択される訓練モードによって基準値、すなわち目標範囲を設定して単位時間毎に瞬時心拍数と比較する。すなわち、運動訓練モードである場合には基準値を目標運動範囲に設定し、安定訓練モードである場合には目標安定範囲に設定する。ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１ではユーザーの瞬時心拍数と目標範囲との比較演算を行い続けながら瞬時心拍数が所定時間目標範囲を離脱する場合には瞬時心拍数を目標範囲内に誘導するためにフィードバックされるバイオフィードバック情報をポジティブバイオフィードバック情報に決定し、第１アドレス発生部９１３にイネーブル信号とフィードバックさせようとする音楽ファイルのビートレベルとを印加する。一方、ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１では目標範囲内にあった心拍数が所定時間目標範囲を離脱する場合にはこれを目覚ませるためにフィードバックされるバイオフィードバック情報をネガティブバイオフィードバック情報に決定し、第２アドレス発生部９１５にイネーブル信号とフィードバックさせようとする音楽ファイルのビートレベルとを印加する。

ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１の他の実施例としては、ユーザーの瞬時心拍数と目標範囲との比較演算を行い続けながらユーザーの瞬時心拍数が目標範囲以内に存在する場合、瞬時心拍数が目標範囲の心拍数を維持するようにフィードバックされるバイオフィードバック情報をポジティブバイオフィードバック情報と決定し、第１アドレス発生部９１３にイネーブル信号とフィードバックさせようとする音楽ファイルのビートレベルとを印加する。一方、ポジティブ／ネガティブスイッチング部９１１では瞬時心拍数が所定時間目標範囲を離脱する場合には瞬時心拍数を目標範囲内に誘導するためにフィードバックされるバイオフィードバック情報をネガティブバイオフィードバック情報と決定し、第２アドレス発生部９１５にイネーブル信号とフィードバックさせようとする音楽ファイルのビートレベルとを印加する。

第１及び第２アドレス発生部９１３、９１５はイネーブル信号に対応して動作し、フィードバックしようとする音楽ファイルのビートレベルによって第１または第２メモリバンク９２１、９２３で１つの領域あるいは複数の領域が選択できるアドレスを発生させる。例えば、運動訓練モードに対するポジティブバイオフィードバック情報である場合には目標運動範囲の下限値と類似したビートの音楽ファイルから目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。運動訓練モードに対するネガティブバイオフィードバック情報である場合にはユーザーの瞬時心拍数より遅いビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域が選択できるアドレスを発生させる。一方、安定訓練モードに対するポジティブバイオフィードバック情報である場合には、目標安定範囲の上限値と類似したビートの音楽ファイルから目標安定範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。安定訓練モードに対するネガティブバイオフィードバック情報である場合には、ユーザーの瞬時心拍数より速いビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。

第１及び第２アドレス発生部９１３、９１５の他の実施例では、例えば運動訓練モードに対するポジティブバイオフィードバック情報である場合には、目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。運動訓練モードに対するネガティブバイオフィードバック情報である場合には、目標運動範囲の下限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルから目標運動範囲の平均心拍数に該当するだんだんと速いビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。一方、安定訓練モードに対するポジティブバイオフィードバック情報である場合には、目標安定範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を選択するためのアドレスを発生させる。安定訓練モードに対するネガティブバイオフィードバック情報である場合には、目標安定範囲の上限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルから目標安定範囲の平均心拍数に該当する遅いビートの音楽ファイルが貯蔵されたメモリ領域を順次に選択するためのアドレスを発生させる。

第１及び第２メモリバンク９２１、９２３はポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報とを貯蔵するためのものであって、ビートレベルに対応して複数のメモリ領域になり、各メモリ領域には同じビートレベルの複数のデジタル音楽ファイルが貯蔵される。第１及び第２アドレス発生部９１３、９１５からそれぞれ発生するアドレスと第１及び第２メモリバンク９２１、９２３のメモリ領域とはあらかじめマッピングされている。

バイオフィードバックの種類によって同じアドレスが複数発生するか、相異なるアドレスが複数発生できる。例えば、前述の第１及び第２ポジティブバイオフィードバック及び第１及び第２ネガティブバイオフィードバックを決定する第１の方法によれば、第１ポジティブバイオフィードバックである場合、目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する同じアドレスを複数発生させ、これによって第１メモリバンク９２１の指定されたメモリ領域から複数の音楽ファイルがランダムに読取られる。第１ネガティブバイオフィードバックである場合、目標運動範囲の下限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域から目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する複数のアドレスを順次に発生させ、これによって第２メモリバンク９２３の指定されたメモリ領域からランダムに選択された音楽ファイルが遅いビートから速いビートに順次に読取られる。第２ポジティブバイオフィードバックである場合、目標安定範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する同じアドレスを複数発生させ、これによって第１メモリバンク９２１の指定されたメモリ領域から複数の音楽ファイルがランダムに読取られる。第２ネガティブバイオフィードバックである場合、目標安定範囲の上限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域から目標安定範囲の平均心拍数と類似したメモリ領域を指定する複数のアドレスとを順次に発生させ、これによって第２メモリバンク９２３の指定されたメモリ領域からランダムに選択された音楽ファイルが速いビートから遅いビートに順次に読取られる。

一方、前記の第１及び第２ポジティブバイオフィードバック及び第１及び第２ネガティブバイオフィードバックを決定する第２の方法によれば、第１ポジティブバイオフィードバックである場合、目標運動範囲の下限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域から目標運動範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する複数のアドレスを順次に発生させ、これによって第１メモリバンク９２１の指定されたメモリ領域からランダムに選択された音楽ファイルが遅いビートから速いビートに順次に読取られる。第１ネガティブバイオフィードバックである場合、瞬時心拍数より遅いビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する同じアドレスを複数発生させ、これによって第２メモリバンク９２３の指定されたメモリ領域から複数の音楽ファイルがランダムに読取られる。第２ポジティブバイオフィードバックである場合、目標安定範囲の上限値に該当する心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域から目標安定範囲の平均心拍数と類似したビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する複数のアドレスを順次に発生させ、これによって第１メモリバンク９２１の指定されたメモリ領域からランダムに選択された音楽ファイルが遅いビートから速いビートに順次に読取られる。第２ネガティブバイオフィードバックである場合、瞬時心拍数より速いビートの音楽ファイルを貯蔵するメモリ領域を指定する同じアドレスを複数発生させ、これによって第２メモリバンク９２３の指定されたメモリ領域から複数の音楽ファイルがランダムに読取られる。

各訓練モードでのポジティブ及びネガティブバイオフィードバックの決定は、前記実施例の以外に多様な方法により具現でき、具現される方法によって瞬時心拍数を目標運動範囲または目標安定範囲に誘導できるポジティブまたはネガティブバイオフィードバック情報に提供される音楽ファイルのビートレベルも多様に構成できる。

本発明はまたコンピュータ可読記録媒体にコンピュータが読取れるコードとして具現可能である。コンピュータ可読記録媒体は、コンピュータシステムによって読取れるデータが貯蔵される多種の記録装置を含む。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー(登録商標)ディスク、光データ貯蔵装置などがあり、また、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態に具現されることも含む。また、コンピュータ可読記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータが読取れるコードが貯蔵されて実行できる。そして、本発明を具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは本発明が属する技術分野のプログラマーにより容易に推論されうる。

以上、図面と明細書で最適実施例が開示された。ここで、特定な用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能である点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。

本発明はバイオ信号測定モジュールとバイオ信号フィードバックモジュールとを一体化するか、分離させて具現することによって、運動あるいは安定遂行中である人体からリアルタイムでバイオ信号を収集及び分析し、分析結果と共にバイオ信号の各変化レベルに相応するバイオフィードバック情報をユーザーに提供し、その結果、運動あるいは安定遂行中であるユーザーが自らバイオフィードバック情報から自分の生態変化を認知してバイオ変化に合わせて適切に運動あるいは安定訓練を行わせる。

本発明の一実施例による訓練制御装置の全体的な構成を示したブロック図である。本発明の一実施例による訓練制御方法を説明するフローチャートである。目標運動範囲とそれに相応するバイオフィードバックを示す図面である。目標安定範囲とそれに相応するバイオフィードバックを示す図面である。図１におけるバイオ信号測定モジュールの細部的な構成を示すブロック図である。図１におけるバイオ信号測定モジュールの一実施例を示す図面である。図６におけるバイオ信号測定部の一実施例を示す図面である。図１におけるバイオ情報フィードバックモジュールの細部的な構成を示すブロック図である。図８におけるバイオ信号処理部の細部的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１０バイオフィードバックユニット
１１１バイオ信号測定モジュール
１２１バイオ情報フィードバックモジュール
１３０健康情報管理ユニット
１３１健康情報管理サーバー

Claims

ユーザーのバイオ信号を測定し、所定のバイオフィードバック情報をユーザーに提供するバイオ信号測定モジュールと、
前記バイオ信号測定モジュールから提供されるユーザーのバイオ信号とユーザー情報とを利用して前記ユーザーの目標運動範囲及び目標安定範囲を設定し、ユーザーの訓練モード選択によって前記バイオ信号を前記目標運動範囲及び前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって前記選択された訓練モードでのポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つを前記バイオフィードバック情報として前記バイオ信号測定モジュールに提供するバイオ情報フィードバックモジュールと、を含み、
前記バイオ信号測定モジュールは、スピーカー、透過型光センサー、及び無線送受信部が具備されるヘッドセットで具現され、
前記バイオ情報フィードバックモジュールは運動訓練モード時に前記バイオ信号から得られる瞬時心拍数によって同じビートの複数の音楽ファイルあるいは相異なるビートの複数の音楽ファイルを前記ポジティブまたはネガティブバイオフィードバック情報に提供して前記瞬時心拍数を前記目標運動範囲に誘導するか、目標訓練範囲の離脱であることを知らせ、且つ、運動訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標運動範囲以下に低下した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも遅いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせ、安定訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標安定範囲以上に上昇した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも速いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせることを特徴とするバイオフィードバック情報を利用した訓練制御装置。
ユーザーのバイオ信号を測定し、所定のバイオフィードバック情報をユーザーに提供するバイオ信号測定モジュールと、
前記バイオ信号測定モジュールから提供されるユーザーのバイオ信号とユーザー情報とを利用して前記ユーザーの目標運動範囲及び目標安定範囲を設定し、ユーザーの訓練モード選択によって前記バイオ信号を前記目標運動範囲及び前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって前記選択された訓練モードでのポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つを前記バイオフィードバック情報として前記バイオ信号測定モジュールに提供するバイオ情報フィードバックモジュールと、を含み、
前記バイオ信号測定モジュールは、スピーカー、透過型光センサー、及び無線送受信部が具備されるヘッドセットで具現され、
前記バイオ情報フィードバックモジュールは安定訓練モード時に前記バイオ信号から得られる瞬時心拍数によって同じビートの複数の音楽ファイルあるいは相異なるビートの複数の音楽ファイルを前記ポジティブまたはネガティブバイオフィードバック情報に提供して前記瞬時心拍数を前記目標安定範囲に誘導するか、目標安定範囲の離脱であることを知らせ、且つ、運動訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標運動範囲以下に低下した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも遅いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせ、安定訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標安定範囲以上に上昇した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも速いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせることを特徴とするバイオフィードバック情報を利用した訓練制御装置。
ユーザーのバイオ信号を測定し、所定のバイオフィードバック情報をユーザーに提供するバイオ信号測定モジュールと、
前記バイオ信号測定モジュールから提供されるユーザーのバイオ信号とユーザー情報とを利用して前記ユーザーの目標運動範囲及び目標安定範囲を設定し、ユーザーの訓練モード選択によって前記バイオ信号を前記目標運動範囲及び前記目標安定範囲と比較し、比較結果によって前記選択された訓練モードでのポジティブバイオフィードバック情報とネガティブバイオフィードバック情報のうち何れか１つを前記バイオフィードバック情報として前記バイオ信号測定モジュールに提供するバイオ情報フィードバックモジュールと、
前記バイオ情報フィードバックモジュールから伝送されるバイオ信号及びバイオ情報を受信し、ユーザーの期間別健康情報を分析及び管理し、前記期間別健康情報を前記バイオ情報フィードバックモジュールに提供してユーザーに伝送させる健康情報管理サーバーと、を含み、
前記バイオ信号測定モジュールは、スピーカー、透過型光センサー、及び無線送受信部が具備されるヘッドセットで具現され、
前記バイオ情報フィードバックモジュールは、運動訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標運動範囲以下に低下した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも遅いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせ、安定訓練モードで前記バイオ信号が一定時間にわたって前記目標安定範囲以上に上昇した場合に、該一定時間に対する前記バイオ信号の平均よりも速いビートのリズムを含む情報をフィードバックさせることを特徴とするバイオフィードバック情報を利用した健康管理システム。
前記バイオ情報フィードバックモジュールは、移動型の携帯通信機器、無線データ通信が可能なＰＤＡ、腕時計型の情報端末機のうち何れか１つで具現されることを特徴とする請求項３に記載のバイオフィードバック情報を利用した健康管理システム。
前記健康情報管理サーバーは、データセンターと基地局のうち何れか１つに設置されることを特徴とする請求項３に記載のバイオフィードバック情報を利用した健康管理システム。
前記健康情報管理サーバーから前記バイオ情報フィードバックモジュールに提供される健康情報は音声メッセージ、文字メッセージ及び電子メールのうち何れか１つの形態に伝送されることを特徴とする請求項３に記載のバイオフィードバック情報を利用した健康管理システム。