KR102118166B1 - 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템은 모바일 디바이스와 연동하는 시스템으로서, 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 신호 검출부; 상기 신호 검출부로부터 검출된 생체신호 정보를 이용하여 사용자의 실시간 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 산출부; 사용자의 스트레스를 완화시키는 스트레스 조절부; 상기 모바일 디바이스에 탑재되며, 상기 스트레스 산출부로부터 획득되는 스트레스 변화량 정보에 기반하여 상기 스트레스 조절부를 제어하는 관리 제어모듈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다양한 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하고, 이에 기반하여 사용자의 개인 특성을 고려한 스트레스 변화를 산출하여, 적절히 스트레스를 완화할 수 있는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템이 제공된다.

Description

실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법{APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING STRESS BASED ON REAL-TIME BIO INFORMATION}
본 발명은 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 실시간으로 검출되는 생체신호에 기반하여 능동적으로 스트레스를 제어하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
심박 변이도(HRV:Heart Rate Variability)란 시간에 따른 심박의 주기적인 변화를 말하며, 이는 체내/외부 환경의 요인에 대한 자율신경계의 항상성 조절 메카니즘을 추적하는데 중요한 열쇠가 되며, 스트레스의 정도는 자율신경에 의한 심박변이도를 통해 추적할 수 있다. 심박 변이도에 따라 심박동의 미세한 파형을 통해 분석하여, 스트레스에 대한 인체의 자율신경 반응을 가시화하고, 현재의 건강상태를 확인할 수 있다.
HRV 감소의 의미는 심박동의 역동적 변화의 복잡성이 감소되었음을 말하며 이는 끊임없이 변화하는 환경에 대한 체내 적응 능력의 감소를 의미하며 이는 RMSSD값의 감소로 나타나게 된다. 박동간의 미세한 변화로부터 자율신경계의 체내 항상성 조절 메커니즘을 추정할 수 있는데, 건강하고 조절능력이 뛰어난 사람은 혈중 산소농도, 체온, 혈압 등에 민감하게 반응하여 빠른 시간 내에 생리적인 균형상태에 이를 수 있지만 질병 상태에 있는 경우에는 그렇지 못하여 생리적인 균형상태에 다다를 수 없게 된다.
의료기관 등에서 스트레스 측정을 하기 위한 노력이 있어 왔으나 정확한 스트레스 측정이 되기 어려웠다. 뿐만 아니라, 개인용 스트레스 관리 시스템과 프로그램들이 개발 되고는 있으나, 사용자의 신체 특성에 따라 달라지는 생체 신호를 고려하지 않고 연령별, 성별의 평균을 사용하여 스트레스를 단순 수치화시키는 방식에 의존하고 있어, 개인용 스트레스 측정, 완화하는 장치라고 보기 어렵다. 또한 HRV라는 한 가지 요소로만 스트레스 지수를 수치화하고 이를 수치화하는 식들도 주관적이기 때문에 신뢰도가 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 HRV를 통한 단순 호흡조절 프로그램, 자연의 풍경 및 소리를 통한 명상 프로그램 등의 방식은 스트레스를 완화하는데 한계가 있다.
한국특허공개공보 제10-2009-0027024호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하고, 이에 기반하여 사용자의 개인 특성을 고려한 스트레스 변화를 산출하여, 적절히 스트레스를 완화할 수 있는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 모바일 디바이스와 연동하는 시스템으로서, 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 신호 검출부; 상기 신호 검출부로부터 검출된 생체신호 정보를 이용하여 사용자의 실시간 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 산출부; 사용자의 스트레스를 완화시키는 스트레스 조절부; 상기 모바일 디바이스에 탑재되며, 상기 스트레스 산출부로부터 획득되는 스트레스 변화량 정보에 기반하여 상기 스트레스 조절부를 제어하는 관리 제어모듈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템에 의해 달성된다.
또한, 상기 신호 검출부는, 사용자의 신체 일부에 고정되는 본체부; 상기 본체부에 설치되며, 단부가 사용자의 신체 일부에 접촉한 상태에서 사용자의 맥파신호를 측정하는 맥파 측정모듈; 상기 스트레스 산출부로 데이터를 송신하는 데이터 송신모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 검출부는, 상기 모바일 디바이스에 탑재되며, 사용자의 동공 정보를 측정하는 동공정보 측정 모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 검출부는, 상기 본체부에 설치되며, 단부가 사용자의 신체 일부에 접촉한 상태에서 사용자 피부를 통한 전류량을 측정하는 전류 측정모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체부는, 사용자의 귀와 머리 사이의 공간 내에 밀착될 수 있도록 곡률을 형성하는 결합부; 상기 결합부의 종단부에 구비되며, 사용자의 귀에 인접한 접촉영역에 접촉하는 접촉부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레스 조절부는, 아로마를 분사하는 아로마 분사모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 아로마 분사모듈은, 서로 다른 종류의 복수 개의 아로마를 저장할 수 있도록 복수 개로 구획되는 수용공간이 형성되는 저장부; 상기 수용공간으로부터 아로마를 공급받을 수 있도록 혼합공간을 형성하는 분사부; 수용공간으로부터 상기 혼합공간 측으로 아로마의 각 유동로를 개폐하는 복수 개의 개폐부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 아로마 분사모듈은, 초음파 진동을 이용하여 상기 분사부로부터 아로마를 분사시키는 토출모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 아로마 분사모듈은 상기 본체부에 설치되어 아로마가 분사되는 상기 분사부 단부의 토출노즐은 사용자의 코와 인접한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 생체신호 검출단계; 검출된 생체신호를 기반으로 사용자의 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 산출단계; 사용자의 실시간 스트레스 변화량 정보에 기반하여 스트레스 제어 프로그램을 실행시키는 스트레스 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 생체신호 검출단계는, 사용자의 맥파 신호를 측정하는 맥파 검출단계; 모바일 디바이스를 이용하여 사용자의 동공 정보를 검출하는 동공정보 검출단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 생체신호 검출단계는, 사용자 피부의 전류 흐름을 측정하는 전류량 측정단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레스 산출단계는, 실시간으로 검출되는 생체 신호를 변화량 정보로 변환하는 생체 신호 변환단계; 변화량 정보를 기반으로 사용자의 실시간 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 변화량 산출단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트레스 변화량 산출단계에서는 하기의 수식에 의하여 사용자의 스트레스 변화량을 산출할 수 있다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00001
(단, a는 맥파 상수, b는 동공 상수, c는 전류 상수고, 인접 맥파 주기 간의 평균 제곱합(RMSSD) 값의 변화량, PFC는 동공 크기 변화량, CRC는 전류 변화량이고, 0≤ a < 1, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1 이고, a + b + c = 1 임)
또한, 상기 스트레스 변화량 산출단계는, 각 사용자의 개인정보에 기반하여 상기 맥파 상수, 상기 동공 상수, 상기 전류 상수를 결정하는 관계상수 결정단계; 결정된 관계상수에 기반하여 스트레스 변화량을 도출하는 결과 도출단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 신호 검출부; 사용자의 스트레스를 완화시키는 스트레스 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스트레스 완화 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 모바일 디바이스와 연동하여 사용자의 스트레스 정도를 실시간으로 측정하고, 실시간 정보에 기반하여 능동적으로 사용자의 스트레스를 조절할 수 있는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템 및 방법이 제공된다.
또한, 다양하게 검출되는 생체 신호 정보를 복합적으로 활용하여 스트레스 변화를 검출, 측정함으로써, 높은 신뢰도의 스트레스 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 스트레스를 산출하는데 적용되는 생체 신호 값의 가중치를 각 사용자의 특성을 고려하여 결정함으로써, 보다 높은 신뢰도를 갖는 스트레스 정보를 획득할 수 있다.
또한, 사용자의 상태에 따라 다양한 형태의 스트레스 완화 프로그램을 복합적으로 제공함으로써 스트레스 완화 효과가 극대화될 수 있다.
또한, 사용자의 개인정보, 스트레스 상태를 고려하여 복수의 아로마를 최적의 비율로 혼합하여 분사함으로써, 사용자의 스트레스 완화 효과가 향상될 수 있다.
또한, 초음파 진동을 이용하여 아로마를 토출함으로써, 아로마가 균일하게 혼합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 신호 검출부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 스트레스 산출부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 스트레스 조절부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 아로마 분사모듈의 내부를 개념적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 개략적인 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 장착단계를 설명하기 위한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 입력단계를 설명하기 위한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치 및 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
본원발명의 제1 실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템은, 모바일 디바이스와 연동하며, 실시간으로 검출되는 생체신호에 기반하여 사용자의 스트레스 정도를 판단하여, 스트레스를 능동적으로 관리할 수 있는 시스템에 관한 것이며, 신호 검출부(110)와 스트레스 산출부(120)와 스트레스 조절부(130)와 관리 제어모듈(140)을 포함한다.
먼저, 본 실시예의 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 장치, 시스템에서 활용되는 모바일 디바이스라고 함은 무선방식을 이용하여 양자 통신과 휴대가 가능한 전자 디바이스를 의미하며, 제한되는 것은 아니나, 일반적으로 사용되는 스마트폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터 등을 모두 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 신호 검출부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 내용을 참조하여 설명하면, 상기 신호 검출부(110)는 사용자의 다양한 생체 신호를 실시간으로 검출하기 위한 것이며, 본체부(111)와 맥파 측정모듈(114)과 동공정보 측정모듈(115)과 전류 측정모듈(116)과 데이터 송신모듈(117)을 포함한다.
상기 본체부(111)는 스트레스를 제어하고자 하는 사용자의 신체에 직접적으로 접촉하여 후술하는 다양한 모듈을 사용자의 신체와 근접한 위치에 고정시키기 위한 장치로서, 결합부(112)와 접촉부(113)를 포함한다.
상기 결합부(112)는 사용자의 신체 일부, 구체적으로는 귀의 뒷부분에 결착되어 견고한 고정력을 발생시키기 위한 구조물이다.
결합부(112)는 사용자의 귀와 측두부 사이의 공간, 즉, 귓바퀴의 뒤쪽 부분에 삽입될 수 있도록 곡률을 갖는 고리형태로 형성되는 것이 바람직하다. 결합부(112)는 귓바퀴를 둘러싼 상태로 연장됨으로써 종단부가 사용자의 생체 신호를 검출하기 위한 위치인, 귀와 코의 사이 영역, 구체적으로는, 사용자의 귀와 코를 연결하는 가상의 선과 관자놀이로부터 하단으로 연장되는 가상의 선이 만나는 영역(이하, '접촉영역(AC)'이라 함)에 인접하게 위치한다.
상기 접촉부(113)는 상술한 결합부(112)의 종단부에 구비되는 것으로서, 후술하는 맥파 측정모듈(114), 전류 측정모듈(116)의 센서가 내장된다. 따라서, 결합부(112)에 의하여 사용자에게 고정된 상태에서 접촉부(113)가 생체신호를 검출하기 위한 접촉영역(AC)과 접촉상태를 유지하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 결합부(112)는 귓바퀴에 둘러싸는 형태인 것으로 설명하였으나, 제한되는 것은 아니고, 이어폰과 같은 구조로 귓구멍에 고정되거나, 헤드폰과 같이 양측 귀를 가압하여 고정되는 형태로 변형되어 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 접촉영역(AC)을 제한하였으나, 본체부(111) 및 결합부(112)의 구조, 형상에 따라 접촉영역은 귀 내부, 귓바퀴 등 인접한 영역으로 변경될 수 있음은 당연하다.
상기 맥파 측정모듈(114)은 사용자의 맥파를 실시간으로 측정하기 위한 센서로서, 사용자의 피부에 직접적으로 접촉하는 접촉부(113)에 내장된다. 본 실시예에서 맥파 측정모듈(114)은 모세혈관으로 조사된 적외선(IR)을 수광하는 방식의 일반적인 맥파 센서로 구성되는 것이며, 이러한 센서는 기술분야에서 널리 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 동공정보 측정모듈(115)은 모바일 디바이스에 탑재되며, 사용자의 실시간 동공 정보를 검출하기 위한 모듈이다. 즉, 동공정보 측정모듈(115)은 모바일 디바이스에 내장된 카메라로부터 촬영되는 사용자의 실시간 동공을 분석하여, 동공의 크기 변화량을 검출한다.
한편, 본 실시예에서 동공정보 측정모듈(115)은 모바일 디바이스의 카메라를 제어하는 방식으로 동공 정보를 확보하는 형태의 어플리케이션인 것으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니고, 모바일 디바이스와 별개의 하드웨어로 마련될 수도 있다.
상기 전류 측정모듈(116)은 스트레스로 인하여 사용자로부터 배출되는 분비물, 구체적으로는 실시간 땀의 분비량을 산출하기 위한 센서이다. 전류 측정모듈(116)은 사용자의 피부에 미세 전압을 인가하여 생성되는 전류의 변화량을 측정하여야 하는 것이므로, 상술한 접촉부(113) 상에 설치된다.
따라서, 상술한 내용에 따라, 맥파 측정모듈(114)과 전류 측정모듈(116)은 본체부(111)의 종단부인 접촉부(113) 상에 장착되며, 사용자의 접촉영역(AC)에 직접적으로 접촉한 상태에서 생체신호를 실시간으로 검출할 수 있도록 구성된다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, 접촉영역(AC)에 직접적으로 접촉할 필요가 없는 동공정보 측정모듈(117)의 경우에는 모바일 디바이스에 어플리케이션의 형태로 탑재되며, 모마일 디바이스으 내장 카메라를 통하여 사용자의 동공정보를 측정하게 된다.
상기 데이터 송신모듈(117)은 획득된 데이터를 모바일 디바이스 및 후술하는 스트레스 산출부(120) 측으로 전달하기 위한 모듈이다. 본 발명에서 데이터 송신모듈(117)은 모바일 디바이스와 물리적으로 연결되는 케이블이 이용된다. 데이터 송신모듈(117)는 일단부가 상술한 본체부(111)에 연결되며, 타단부에는 모바일 디바이스의 단자에 결합될 수 있는 커넥터가 구비된다.
다만, 본 발명의 변형례에서 데이터 송신모듈(117)은 BLE, NFC와 같은 근거리 무선 통신 방식의 모듈이 활용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 스트레스 산출부를 개략적으로 도시한 것이다.
상기 스트레스 산출부(120)는 모바일 디바이스에 탑재되어 실시간으로 검출되는 생체 신호를 기반으로 사용자의 스트레스 데이터를 도출하기 위한 것으로서, 통신모듈(121)과 데이터 처리모듈(122)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 통신모듈(121)은 모바일 디바이스에 탑재되며 상술한 데이터 송신모듈(117)로부터 데이터를 수신하는 모듈이다.
상기 데이터 처리모듈(122)은 실시간으로 검출되는 사용자의 생체 신호를 스트레스 데이터로 변환, 처리하는 모듈이다. 즉, 데이터 처리모듈(122)을 이용하여 생체 신호 데이터를 스트레스 변화 정도를 검출하게 된다. 스트레스 변환 방법에 대한 상세한 내용은 후술한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 스트레스 조절부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스트레스 조절부(130)는 스트레스 산출부(120)로부터 실시간으로 측정되는 사용자의 스트레스 변화량 데이터에 기반하여 스트레스를 제어하기 위한 프로그램을 제공하는 것으로서, 컨텐츠 제공모듈(131)과 아로마 분사모듈(132)을 포함한다.
상기 컨텐츠 제공모듈(131)은 모바일 디바이스에 어플리케이션의 형태로 탑재되어 후술하는 관리 제어모듈(140)에 의하여 제어됨으로써 사용자의 스트레스 완화에 필요한 컨텐츠를 제공하기 위한 모듈이다.
본 발명에서 컨텐츠 제공모듈(131)에 의하여 제공되는 컨텐츠는 모바일 디바이스를 통하여 제공될 수 있는 컨텐츠를 모두 포괄하는 것으로서, 예를 들면, 컨텐츠 제공모듈(131)을 통하여 사진, 동영상, 음악 등이 시각 컨텐츠 및 청각 컨텐츠 및 이들의 복합 컨텐츠를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템의 아로마 분사모듈의 내부를 개념적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 상기 아로마 분사모듈(132)은 모바일 디바이스와는 별개로 마련되는 것으로, 모바일 디바이스에서 제공될 수 없는 후각 컨텐츠, 즉, 사용자의 스트레스 완화를 위한 아로마를 분사하기 위한 것이며, 저장부(133)와 분사부(134)와 토출모듈(136)과 분사 제어부(137)와 개폐부재(138)를 포함한다.
한편, 본 실시예에서 아로마 분사모듈(132)은 사용자가 파지할 수 있을 정도의 크기로 제작된다. 다만, 본 실시예의 변형례에서는 아로마 분사모듈(132)을 상술한 본체부(111)에 결합되는 형태로 제작함으로써, 사용자가 별도로 파지할 필요없이 사용자의 신체에 고정된 상태에서 코와 인접한 위치로부터 아로마가 분사되는 구조로 구성될 수도 있다.
상기 저장부는(133) 서로 다른 종류의 복수 개의 액상 아로마를 분사하기 전에 임시 저장하기 위한 수용공간(AS)을 제공하는 것으로서, 수용공간(A-S)은 후술하는 분사부(134) 내의 혼합공간(AW)과 연통된다.
저장부(134)에는 내부에 복수 개로 구획되는 수용공간(AS)이 형성되고, 서로 다른 종류의 아로마가 서로 혼합되지 않도록 각 수용공간(AS)은 서로 밀폐되는 구조를 갖는다. 또한, 각각의 수용공간(AS)에는 후술하는 분사부(134)의 혼합공간(AW)에 아로마를 공급할 수 있도록 유동로가 형성된다.
상기 분사부(134)는 내부에 형성되는 혼합공간(AW)이 상술한 저장부(133)의 수용공간(AS)과 연통되도록 구성되며, 수용공간(AS)으로부터 공급되는 아로마를 혼합한 상태에서 외부로 분사할 수 있도록 단부에는 토출노즐(135)이 형성된다.
상기 토출모듈(136)은 분사부(134) 내의 혼합 액상 아로마가 토출될 수 있도록 동력을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에서 토출모듈(136)은 초음파 진동을 사용하여 아로마를 분사하도록 함으로써, 토출 전에 아로마가 균일하게 혼합될 수 있도록 한다.
상기 분사 제어부(137)는 모바일 디바이스에 탑재된 관리 제어모듈(140)로부터 데이터를 수신하여 후술하는 개폐부재(138) 및 토출모듈(136)을 개별 제어함으로써, 설정된 혼합비의 아로마 액의 분사를 제어하기 위한 것이다.
상기 개폐부재(138)는 저장부(133)의 각 수용공간(AS)으로부터 분사부(134)의 혼합공간(AW) 측으로의 유동로를 선택적으로 개폐하기 위한 것이다. 즉, 개폐부재(138)는 각 아로마의 유동여부 및 유동량을 제어하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 원웨이 밸브가 사용되나, 각 아로마의 유동을 제어할 수 있는 것이라면 제한되는 것은 아니다.
상기 관리 제어모듈(140)은 모바일 디바이스에 탑재되어, 사용자의 데이터, 신체정보를 저장, 관리하는 동시에 상술한 스트레서 조절부(130)를 제어하여 사용자의 스트레스를 능동적으로 관리하기 위한 것이다.
이하에서는, 상술한 내용을 기반으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법은 준비단계(S110)와 생체신호 검출단계(S120)와 스트레스 산출단계(S130)와 스트레스 제어단계(S140)를 포함한다.
상기 준비단계(S110)는 사용자로부터 사전 정보를 입력 받고, 본격적인 스트레스 제어를 준비하기 위한 단계로서, 장착단계(S111)와 입력단계(S112)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 장착단계를 설명하기 위한 것이다.
상기 장착단계(S111)는 사용자의 피부와 접촉이 필요한 장비를 사용자에게 장착하는 단계이다.
도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면, 결합부(112)를 사용자의 귀와 머리 사이의 공간으로 밀착시켜 고정한다. 이때, 결합부(112)의 종단부를 형성하는 접촉부(113)는 사용자의 귀와 코를 연결하는 가상의 선과 관자놀이로부터 하단으로 연장되는 가상의 선이 만나는 영역(이하, '접촉영역(AC)'이라 함) 상에 접촉하도록 한다.
본 발명에서 생체 신호를 검출하기 위한 접촉영역(AS)은 장비가 장착되는 경우에도 일상 생활하는데 불편함이 없고, 표피가 두껍지 않아 혈관 투과율이 높은 영역으로서, 생체 신호 검출시 노이즈를 최소화하여 측정 신뢰도를 극대화할 수 있는 영역이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법의 입력단계를 설명하기 위한 것이다.
상기 입력단계(S112)는 사용자로부터 사용자의 개인정보 및 설정정보를 입력 받는 단계이며, 도 7을 참조하여 설명한다.
본 단계에서는 모바일 디바이스에 탑재된 관리 제어모듈(140)을 통하여 성별, 나이 등을 포함한 사용자의 개인정보와 스트레스 완화를 위하여 사용자가 선호하는 컨텐츠 종류 등을 입력 받는다. 이때, 사용자는 모바일 디바이스에 탑재된 가상 키보드 등의 입력장치를 통하여 정보를 입력하며, 관리 제어모듈(140)이 입력된 사용자 정보를 저장한다.
보다 구체적으로 설명하면, 사용자가 신호 검출부(110)의 데이터 송신모듈(117)을 스마트 디바이스에 장착하면, 스마트 디바이에 탑재된 관리 제어모듈(140)이 자동으로 구동된다.
스마트 디바이스에 탑재된 관리 제어모듈(140)은 사용자가 이미 입력된 정보의 사용자, 즉, 로그인 된 상태의 사용자인지 여부에 따라 아래와 같은 단계를 수행한다.
[로그인 사용자인 경우 ]
관리 제어모듈(140)은 현재의 사용자가 로그인된 사용자로 판단한 경우에 사용자로부터 스트레스 관리정보, 즉, 검출 대상이 될 생체신호의 종류 및 스트레스 제어를 위한 컨첸츠(자극)의 종류를 입력 받을 수 있다.
본 발명에서 검출 대상이 되는 생체신호는 맥파 신호, 동공 변화, 땀 분비가 있으며, 사용자는 적어도 하나의 생체신호를 검출 대상으로 설정하며, 관리 제어모듈은 해당 정보를 저장한다.
또한, 스트레스를 완화하기 위한 컨텐츠 중 시각 컨텐츠, 후각 컨텐츠, 청각 컨텐츠 등이 있으며, 사용자는 적어도 하나의 컨텐츠를 선택하여 추후 스트레스 완화를 위하여 해당 종류의 컨텐츠를 제공 받게 된다. 컨텐츠는 하나로 구성할 수도 있고, 여러 개의 종류가 복합된 형태의 컨텐츠를 제공받을 수 있다.
다만, 이미 로그인된 사용자의 경우에 관련정보가 이미 입력된 상태이므로, 관리 제어모듈은 본 단계를 별도로 수행하지 않을 수도 있다.
[ 비로그인 사용자인 경우 ]
관리 제어모듈(140)은 사용자가 로그인된 사용자가 아닌 경우에는 사용자의 개인정보 및 스트레스 관리정보를 동시에 입력 받는다.
즉, 관리 제어모듈(140)은 스마트 디바이스 상에 입력화면을 표시하며, 입력 대상이 되는 사용자의 개인정보는 스트레스를 관리하는데 참고사항이 되는 정보로서, 구체적으로는 사용자의 이름, 성별, 나이, 직업, 아이디, 패스워드 등이 있다.
또한, 앞서 설명한 스트레스 관리정보를 입력 받게 되며, 관리 제어모듈(140)은 입력받는 개인정보와 스트레스 관리정보를 저장한다.
상기 생체신호 검출단계(S120)에서는 사용자의 생체신호를 실시간으로 측정하는 단계로서, 맥파 검출단계(S121)와 동공정보 검출단계(S122)와 전류량 검출단계(S123)를 포함한다.
한편, 본 단계는 제어 관리모듈(140)에 의하여 입력 및 저장된 정보로부터 사용자가 검출하고자 설정한 종류의 생체 신호에 따라 맥파 검출단계(S121)와 동공정보 검출단계(S122)와 전류량 검출단계(S123) 중 하나 이상을 선택적으로 수행하게 된다.
상기 맥파 검출단계(S121)는 접촉영역(AC) 상에 밀착되는 맥파 측정모듈(114)을 통하여 실시간의 맥파 신호를 검출한다. 본 단계에서 실시간으로 검출되는 맥파 신호 정보는 데이터 송신모듈(117)을 통하여 모바일 디바이스에 탑재된 스트레스 산출부(120)로 전달된다.
상기 동공정보 검출단계(S122)에서는 동공정보 측정모듈(115)이 스마트 디바이스의 내장 카메라를 작동시킴으로써 사용자의 동공의 크기 정보를 이미지 형태로 획득한다. 획득된 동공의 크기 정보는 스트레스 산출부(120)에 전달된다.
상기 전류량 검출단계(S123)에서는 전류 측정모듈(116)을 이용하여 접촉영역 (AC)상에 전압을 인가하여 피부를 통하여 흐르는 전류량을 측정한다. 즉, 분비되는 땀은 피부를 통한 전류흐름에 영향을 미치므로, 전류량을 검출함으로써 최종적으로 후술하는 스트레스 산출단계(S130)에서 스트레스 변화량 데이터를 산출할 수 있는 사전 정보를 획득한다. 본 단계에서 검출된 접촉영역(140) 상에서의 실시간 전류량 정보는 스트레스 산출부에 전달된다.
상기 스트레스 산출단계(S130)는 상술한 생체신호 검출단계(S120)로부터 실시간으로 검출된 생체신호 정보를 기반으로 스트레스 변화량 데이터를 산출하는 단계로서, 생체신호 변환단계(S131)와 스트레스 변화량 산출단계(S132)를 포함한다.
상기 생체신호 변환단계(S131)는 실시간으로 검출되는 생체신호를 변화량 데이터로 변환하는 단계이다.
[맥파신호 변환]
먼저, 실시간으로 검출되는 맥파 정보를 이용하여 인접 맥파 주기 간의 평균 제곱 합(RMSSD) 값의 변화량을 산출한다. 본 발명에서 실시간 RMSSD은 아래와 같은 수식에 의하여 결정되며, RMSSD을 산출하는 방법은 기술분야에서 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00002
(단, (R-R)i은 맥파 주기를 의미함)
RMSSD을 산출한 후에는 아래와 같은 수식을 통하여 RMSSD의 변화량을 산출한다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00003
[동공정보 변환]
다음으로, 실시간으로 검출되는 동공의 크기 정보를 동공 변화량(PFC) 정보로 변환한다. 즉, 실시간으로 획득되는 사용자의 동공 이미지를 분석하여 동공의 크기를 분석한 후 아래와 같은 수식을 통하여 동공 크기의 변화량 정보로 변환한다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00004
(단, PFN +1은 PFN 가 측정된 이후에 측정된 동공 크기)
[전류량 정보 변환]
마지막으로, 실시간으로 검출되는 전류량을 측정하여, 실시간 전류량 변화량(CRC)을 산출한다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00005
(단, CRN +1은 CRN이 측정된 이후에 측정된 전류량)
상기 스트레스 변화량 산출단계(S132)는 생체신호 변환단계(S131)에서 변환된 변화량 데이터를 이용하여 스트레스 변화정보를 산출하는 단계로서, 관계변수 결정단계(S133)와 결과 도출단계(S134)를 포함한다.
본 단계에서는 생체 신호 변환단계(S131)에서 변환된 데이터를 이용하여 스트레스의 변화 정도를 실시간으로 산출한다.
스트레스가 발생하더라도 신체적 특성에 따라서 생체 신호에 미치는 영향이 다를 수 있다. 다시 말해, 스트레스로 인한 각 신체의 변화는 개인별 특성에 따라 정도가 다르므로, 본 단계에서는 사용자의 개인 특성에 따른 생체 신호의 민감도를 고려하여 스트레스 변화량을 산출하게 된다.
본 단계의 스트레스 변화량 값은 아래와 같은 수식에 의하여 결정된다.
[수식]
Figure 112018051466678-pat00006
(단, a는 맥파 상수, b는 동공 상수, c는 전류 상수고, RMSSDC 는 인접 맥파 주기 간의 평균 제곱합의 변화량이고, PFC는 동공 크기 변화량이고, CRC는 전류 변화량이며, 0≤ a < 1, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1 이고, a + b + c = 1 임)
본 단계에서 각 관계상수는 아래에서 설명하는 바와 같이 세 개의 단계에 의하여 결정된다.
첫 번째로, 맥파 상수(a), 동공 상수(b), 전류 상수(c) 중에서 사용자의 선택에 의하여 측정되지 않는 생체 신호에 대응되는 관계상수 값을 0으로 결정한다.
즉, 사용자가 상술한 준비단계(S110)에서 검출 대상으로 선택하지 않은 생체 신호의 경우에는 해당 관계상수의 값을 0으로 설정한다. 예를 들어, 사용자가 검출 대상으로 맥파와 동공 정보를 선택하고, 전류량 검출은 선택하지 않은 경우에는, 상기 [수식]에서 c 값은 0이되고, a와 b의 합이 1이 되도록 관계상수를 결정한다.
두 번째로, 사용자의 신체적 특성을 고려하여 각 상수의 값을 결정한다.
즉, 상기 수식에 따라, 동일한 자극의 스트레스를 받는 경우라 하더라도 사람에 따라 맥파의 반응정도, 동공 크기 변화 정도, 땀분비 정도가 차이가 발생한다. 따라서, 특정 생체 신호의 민감도가 큰 경우에는 상대적으로 해당 관계상수의 값을 감소시키고, 특정 생체 신호의 민감도가 작은 경우에는 해당 관계상수의 값을 증가시키는 형태로 관계상수 값을 조절하는 것이다.
예를 들어, 남성의 경우에, 같은 크기의 자극에 대하여 나이가 많을 수록 맥파는 둔감하게 반응하는 반면, 동공은 민감하게 반응한다. 본 발명에서는 실험을 통하여 남성의 나이별 각 관계상수 값을 아래의 [표 1]와 같이 설정할 수 있었다.
나이 맥파상수(a) 동공상수(b) 전류상수(c)
71 ~ 0.52 0.32 0.16
61 ~ 70 0.50 0.34 0.16
51 ~ 60 0.44 0.42 0.14
41 ~ 50 0.42 0.44 0.14
31 ~ 40 0.38 0.48 0.14
21 ~ 30 0.36 0.52 0.12
11 ~ 20 0.32 0.54 0.14
0 ~ 10 0.32 0.54 0.14
마지막으로, 상술한 방법으로 각 관계상수의 값이 결정되면, 측정되지 않는 생체 신호에 대응되는 관계상수를 0으로 설정하는 대신, 나머지 0보다 큰 값의 관계상수를 동일한 비율의 가중치를 부가함으로써 모든 관계상수 들의 총합이 1이 될 수 있도록 보정한다.
상술한 각 단계에 의하여 각 관계상수 값이 최종 결정되면, 실시간 스트레스 변화량을 산출하며, 산출된 실시간 스트레스 변화량 데이터는 관리 제어모듈에 전달되어, 사용자의 스트레스를 실시간으로 관리할 수 있도록 한다.또한, 실시간 스트레스 변화 값은 모바일 디바이스 상에 표시되며, 사용자는 자신의 스트레스 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.
상기 스트레스 제어단계(S140)는 실시간으로 산출되는 스트레스 변화량 데이터에 기반하여 관리 제어모듈(140)이 스트레스를 완화시키기 위한 적절한 컨텐츠를 사용자에게 제공하는 단계이다.
이때, 관리 제어모듈(140)은 상술한 준비단계(S110)에서 사용자 별로 설정된 선호 컨텐츠 종류에 따라 적절한 컨텐츠를 제공한다.
[시각 컨텐츠, 청각 컨텐츠]
상술한 준비단계(S110)를 통하여 사용자가 시각 컨텐츠와 청각 컨텐츠를 선호 컨텐츠로 설정한 경우에는, 관리 제어모듈(140)이 사용자의 스트레스 상태를 고려하여 모바일 디바이스에 탑재된 컨텐츠 제공모듈(131)를 제어함으로써 디스플레이 및 스피커를 통하여 적절한 시각 컨텐츠, 청각 컨텐츠를 사용자에게 제공한다.
즉, 사용자는 자신의 스트레스 상태에 따라 최적화된 컨텐츠를 제공받아 스트레스가 완화될 수 있도록 한다.
[후각 컨텐츠]
한편, 사용자가 후각 컨텐츠를 선호 컨텐츠로 설정한 경우에는, 관리 제어모듈(140)이 아로마 분사모듈(132)을 구동시키고 아로마를 분사함으로써 사용자의 스트레스를 완화시키게 된다.
이때, 저장부(133)에 서로 다른 복수 개의 아로마가 서로 격리된 상태로 저장된 상태에서 관리 제어모듈(140)의 제어에 의하여 혼합공간(AW) 내에 아로마가 적절한 비율로 혼합된다.
구체적으로 설명하면, 먼저, 관리 제어모듈(140)은 사용자의 개인 특성 및 스트레스 변화량 데이터에 기반하여 복수 개로 구성되는 서로 다른 아로마의 최적 혼합비율을 결정한다. 결정된 혼합비율에 따라 개폐부재(138)의 구동을 제어하게 되며, 수용공간 내에 저장되어 있던 아로마는 혼합공간(AW) 측으로 유동하여 적절히 혼합된다.
관리 제어모듈(140)은 토출모듈(136)을 구동하고, 토출모듈(136)의 초음파 진동에 의하여 아로마는 적절히 혼합된 상태로 토출 노즐(135)을 통하여 최종 토출된다. 사용자는 자신의 상태에 따라 최적 비율로 혼합된 아로마를 흡입함으로써 스트레스가 완화된다.
따라서, 관리 제어모듈(140)은 상술한 방법에 따라, 사용자의 실시간 상태에 따라 아로마의 혼합비를 실시간으로 변경함으로써, 사용자의 스트레스를 능동적으로 완화시킬 수 있게 된다.
즉, 본 스트레스 제어단계(S140)에서는 사용자의 개인정보, 스트레스 상태, 선호하는 스트레스 제어방법 등을 고려하여, 청각, 시각, 후각을 통한 스트레스 완화 프로그램을 실행한다. 특히, 실시간으로 변화하는 사용자의 스트레스 상태에 따라 아로마의 혼합비 또한 실시간으로 변경하여 분사함으로써, 후각을 통한 사용자의 스트레스 제어효율이 극대화될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 신체정보 별 민감도를 개인 정보를 고려하여 보정함으로써 사용자에게 보다 정확한 실시간 스트레스 상태를 제공해줄 수 있다. 뿐만 아니라, 실시간 스트레스 변화에 따라 적절한 프로그램을 능동적으로 제공함으로써, 효율적으로 스트레스를 제어할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 신호 검출부 120 : 스트레스 산출부
130 : 스트레스 조절부 140 : 관리 제어모듈

Claims (20)

  1. 모바일 디바이스와 연동하는 시스템으로서,
    사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 신호 검출부;
    상기 신호 검출부로부터 검출된 생체신호 정보를 이용하여 사용자의 실시간 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 산출부;
    사용자의 스트레스를 완화시키는 스트레스 조절부;
    상기 모바일 디바이스에 탑재되며, 상기 스트레스 산출부로부터 획득되는 스트레스 변화량 정보에 기반하여 상기 스트레스 조절부를 제어하는 관리 제어모듈;를 포함하고,
    상기 스트레스 산출부에서는 상기 신호 검출부로부터 측정되는 인접 맥파 주기 간의 평균 제곱합(RMSSD)의 변화량으로부터 사용자의 스트레스 변화량을 산출하고,
    상기 스트레스 조절부는 아로마를 분사하는 아로마 분사모듈을 포함하고,
    상기 아로마 분사모듈은,
    복수 개의 서로 다른 종류의 아로마를 저장할 수 있도록 구획되는 수용공간을 형성하는 저장부; 상기 수용공간으로부터 아로마를 공급받을 수 있도록 혼합공간을 형성하는 분사부; 상기 수용공간으로부터 상기 혼합공간 측으로 아로마의 유동을 제어하는 복수 개의 개폐부재; 초음파 진동을 이용하여 상기 분사부로부터 아로마를 분사시키는 토출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    사용자의 신체 일부에 고정되는 본체부; 상기 본체부에 설치되며, 단부가 사용자의 신체 일부에 접촉한 상태에서 사용자의 맥파신호를 측정하는 맥파 측정모듈; 상기 스트레스 산출부로 데이터를 송신하는 데이터 송신모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    상기 모바일 디바이스에 탑재되며, 사용자의 동공 정보를 측정하는 동공정보 측정 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    상기 본체부에 설치되며, 단부가 사용자의 신체 일부에 접촉한 상태에서 사용자 피부를 통한 전류량을 측정하는 전류 측정모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 본체부는,
    사용자의 귀와 머리 사이의 공간 내에 밀착될 수 있도록 곡률을 형성하는 결합부; 상기 결합부의 종단부에 구비되며, 사용자의 귀에 인접한 접촉영역에 접촉하는 접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  6. 삭제
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  8. 삭제
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 아로마 분사모듈은 상기 본체부에 설치되어 아로마가 분사되는 상기 분사부 단부의 토출노즐은 사용자의 코와 인접한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템.
  10. 청구항 5의 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 시스템을 이용하는 방법으로서,
    사용자의 생체신호를 실시간으로 검출하는 생체신호 검출단계;
    검출된 생체신호를 기반으로 사용자의 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 산출단계;
    사용자의 실시간 스트레스 변화량 정보에 기반하여 스트레스 제어 프로그램을 실행시키는 스트레스 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 생체신호 검출단계는,
    사용자의 맥파 신호를 측정하는 맥파 검출단계; 모바일 디바이스를 이용하여 사용자의 동공 정보를 검출하는 동공정보 검출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 생체신호 검출단계는,
    사용자 피부의 전류 흐름을 측정하는 전류량 측정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스트레스 산출단계는,
    실시간으로 검출되는 생체 신호를 변화량 정보로 변환하는 생체 신호 변환단계; 변화량 정보를 기반으로 사용자의 실시간 스트레스 변화량을 산출하는 스트레스 변화량 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스트레스 변화량 산출단계에서는 하기의 수식에 의하여 사용자의 스트레스 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
    [수식]
    Figure 112018051466678-pat00007

    (단, a는 맥파 상수, b는 동공 상수, c는 전류 상수고, RMSSDC 는 인접 맥파 주기 간의 평균 제곱합의 변화량, PFC는 동공 크기 변화량, CRC는 전류 변화량이고, 0≤ a < 1, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1 이고, a + b + c = 1 임)
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 스트레스 변화량 산출단계는,
    각 사용자의 개인정보에 기반하여 상기 맥파 상수, 상기 동공 상수, 상기 전류 상수를 결정하는 관계상수 결정단계; 결정된 관계상수에 기반하여 스트레스 변화량을 도출하는 결과 도출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 생체정보를 이용한 능동형 스트레스 완화 방법.
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