WO2024172189A1 - Sleep evaluation method and sleep evaluation apparatus using sleep stage change pattern - Google Patents
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- G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
- G16H50/20—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems
Definitions
- the present invention relates to a sleep evaluation method and a sleep evaluation device using a sleep stage change pattern, and more specifically, to a sleep evaluation method and a sleep evaluation device for comparing and evaluating sleep quality using a sleep stage change pattern based on sleep data collected using a sleep care device.
- Patent Document 1 Korean Patent Document Publication No. 10-2023-0013301
- Prior Document 2 U.S. Patent Document Patent No. US 10,098,582
- Primary Document 2 discloses a technology for characterizing an individual's sleep time pattern information to facilitate appropriate treatment or treatment selection, and classifies an individual's sleep disorder according to the chaos value of the data using the Lyapunov index.
- Prior literature 1 and 2 may be useful for predicting a person's sleep stage or distinguishing sleep disorders, but they only provide analysis of the results of sleep. In other words, there are limitations in performing a more customized and accurate sleep evaluation of an individual and confirming it intuitively.
- the present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems, and provides a sleep evaluation method and a sleep evaluation device using sleep stage change patterns, which can perform an individual's sleep evaluation more accurately and in a more customized manner according to a personalized sleep stage change pattern.
- the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device capable of accurately evaluating sleep quality according to changes in sleep stages by using a customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) learned by clustering the user's sleep data and applying a hidden Markov model.
- a customized standard sleep curve Good Sleep Hypnogram
- the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device that provide a visual comparison between a customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) and a daily sleep curve (Daily Hypnogram) for sleep evaluation so that the comparison can be intuitively understood at a glance.
- a customized standard sleep curve Good Sleep Hypnogram
- a daily sleep curve Daily Hypnogram
- the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device that enable a user to check his or her own sleep evaluation by period or simultaneously check the results compared with other groups under selected conditions.
- sleep data with good sleep evaluation among measured sleep dates are clustered, and a 'personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram)' can be generated as a standard for comparing changes in sleep stages based on the clustered sleep data.
- a 'personalized standard sleep curve Good Sleep Hypnogram
- the sleep index corresponding to the degree of sleep pattern consistency between the standard sleep curve generated in this way and the measured daily sleep curve is provided in a visualized form so that the user can check it at a glance.
- a sleep evaluation method using a sleep stage change pattern is performed including the steps described above.
- the method may include a step of receiving sleep data measured through a sleep care device and accumulatively storing sleep evaluations, and a step of generating a personalized standard sleep curve based on sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold.
- the method may include a step of calculating sleep pattern similarity between a daily sleep curve for measured sleep data and the personalized standard sleep curve; and a step of visually providing the calculated sleep pattern similarity and a sleep index corresponding thereto.
- the sleep index is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the sleep quality index can be determined as a size value proportional to the sleep pattern similarity.
- the visually providing step may include a step of simultaneously displaying on one screen each sleep wave and the sleep index corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve for the measured sleep data.
- the step of visually providing may include the step of displaying all of the multiple daily sleep curves; and the step of displaying a sleep wave corresponding to a daily sleep curve selected from the multiple daily sleep curves by overlapping it with a sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve.
- the visually providing step may include a step of displaying a sleep index for a daily sleep curve that satisfies a preset condition among the plurality of daily sleep curves.
- the method may include a step of changing a sleep index for a daily sleep curve satisfying the preset condition to a sleep index for the selected daily sleep curve and displaying the change.
- the step of cumulatively storing the sleep evaluation may include a first process of generating a daily sleep curve based on sleep data measured through a sleep care device; a second process of performing a sleep evaluation on the generated daily sleep curve; a third process of storing sleep data and the sleep evaluation corresponding to the generated daily sleep curve; and a fourth process of repeating the first to third processes for a certain period of time.
- the step of generating the personalized standard sleep curve may be a step of generating the personalized standard sleep curve by applying a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to a preset threshold.
- the step of generating the personalized standard sleep curve may include a step of performing learning on sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the threshold by applying a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states as the sleep pattern analysis probability model.
- HMM Hidden Markov Model
- the step of calculating the sleep pattern similarity may be a step of calculating it using a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm.
- DTW Dynamic Time Warping
- the step of calculating the sleep pattern similarity may be a step of calculating using a structure-based similarity calculation algorithm that is performed by calculating the Fisher-Lao distance and the Gini coefficient considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model.
- the step of visually providing may include the step of providing a user interface for displaying the calculated sleep pattern similarity and the corresponding sleep index on a daily, weekly, or monthly basis.
- the method may include the steps of: receiving a sleep analysis request prior to the step of generating the personalized standard sleep curve; determining, in response to the sleep analysis request, that the personalized standard sleep curve is not to be generated; and displaying visual information indicating that sleep data is being collected to provide the sleep index in response to the determination.
- the step of visually providing may further include the step of providing a comparison of the sleep index and one or more related sleep assessment factors with a first group of sleep indices corresponding to selected filter items.
- the method may include, in the step of providing the comparison, a step of receiving an input for changing the filter item; a step of updating the sleep index based on the filter item changed according to the input; and a step of comparing the updated sleep index and one or more sleep assessment factors related thereto with a sleep index of a second group corresponding to the filter item changed according to the input.
- a sleep evaluation device using a sleep stage change pattern may include a communication unit which receives sleep data of a user measured through a sleep care device; a data processing unit which accumulates and stores sleep evaluations for the measured sleep data in a storage device and generates a personalized standard sleep curve based on sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold; and a display unit.
- the data processing unit may calculate a sleep pattern similarity between a daily sleep curve for the measured sleep data and the generated personalized standard sleep curve, and control the display unit to visually display the calculated sleep pattern similarity and a sleep index corresponding thereto.
- the sleep index is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the sleep quality index can be determined as a size value proportional to the sleep pattern similarity.
- the display unit can simultaneously display each sleep wave and the sleep index corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve for the measured sleep data on one screen.
- the data processing unit may apply a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the preset threshold value to generate the personalized standard sleep curve.
- the data processing unit may perform learning on sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the threshold by applying a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states as the sleep pattern analysis probability model.
- HMM Hidden Markov Model
- the user's sleep evaluation is performed for each clustered customized sleep stage change, thereby enabling a more accurate evaluation of sleep quality.
- a customized and personalized standard sleep curve Good Sleep Hypnogram
- a user can easily check his/her own sleep evaluation for a desired period of time and simultaneously check the results compared to other groups under selected conditions.
- FIG. 1 is a drawing illustrating a sleep care device according to an embodiment of the present invention and devices operating in conjunction therewith.
- FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the sleep care device and terminal of Figure 1.
- FIGS. 3 and 4 are a front perspective view and a back perspective view of a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
- Figure 5 illustrates the sleep care device of Figure 3 being worn on the user's ear.
- FIG. 6a is an exploded perspective view of the sleep care device of FIG. 3, and FIG. 6b illustrates components (hardware) of the sleep care device mounted on or electrically connected to the substrate of FIG. 6a.
- Figures 7 to 9 illustrate a plan view, a bottom view, and an enlarged view of A of Figure 8 of the ear hook of the sleep care device of Figure 3.
- FIG. 10 is a drawing illustrating a process of a sleep evaluation method using a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
- FIGS. 11A and 11B are example screens visually displaying the similarity of sleep patterns and the corresponding sleep index according to changes in the user's sleep stages, according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is an example screen related to a data collection method for generating a standard sleep curve according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is an exemplary flowchart illustrating a method for calculating a slip index according to an embodiment of the present invention.
- Figure 14a shows a human sleep cycle
- Figure 14b is an example showing a human brain wave measured by a sleep care device.
- FIG. 15 illustrates a hidden Markov model as a machine learning model for generating a standard sleep curve according to an embodiment of the present invention
- FIG. 16 is an example visualizing a standard sleep curve learned using the model of FIG. 15.
- FIG. 17a is an example screen for comparing records of a user's sleep index according to an embodiment of the present invention
- FIG. 17b is an example screen displayed when requesting a sleep index before generating a personalized standard sleep curve.
- FIGS. 18a and 18b are example screens that visually provide the results of comparing the sleep index of a group corresponding to a filtering condition and the sleep index of a user according to an embodiment of the present invention.
- the sleep induction device according to the present disclosure is configured to be wearable on a part of a user's body and includes a sensor having a structure that can be coupled and separated.
- the 'sleep care device' disclosed in this specification is formed as a wearable structure on a part of the user's body, and can sense the user's biosignals while the user is in a sleeping state and perform wireless communication (or data communication) by connecting to at least one external device.
- the 'terminal', 'device', and 'external device' disclosed in this specification are connected to a 'sleep care device' so as to be able to communicate with it, receive the user's sleep data measured through the sleep care device, and display the sleep evaluation results on the screen.
- the 'sleep evaluation device' disclosed in the present invention is directly or indirectly connected to a 'sleep care device', receives sleep data of a user measured through the sleep care device, evaluates sleep, accumulates the data to create a personalized standard sleep curve (good sleep hypnogram), and calculates the similarity of sleep patterns by sleep stage and daily curve corresponding to the measured sleep data to provide a corresponding sleep index.
- a personalized standard sleep curve good sleep hypnogram
- the operation executed in the above-described 'sleep evaluation device' may also be performed by executing a specific application in the above-described 'terminal', 'device', or 'external device' and connecting to an external server/cloud/device/system.
- the operation executed in the above-described 'sleep evaluation device' may be implemented identically or similarly through the execution of an application in the 'terminal', 'device', or 'external device' and thereby, and it is to be noted in advance that this may be equally applied throughout the specification described below.
- sleep scores were calculated mainly by considering time values such as the total time the user slept and the sum of the time for each sleep stage.
- the quality of sleep in evaluating the quality of sleep of a user, is implemented so that it can be evaluated more accurately according to the change in sleep stage of a learned personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
- FIG. 1 illustrates a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention, devices operating in conjunction therewith, such as a terminal (200) and a sleep evaluation device (300).
- a sleep care device 100
- devices operating in conjunction therewith such as a terminal (200) and a sleep evaluation device (300).
- a sleep care device (100) is mounted on a part of a user's body and measures sleep data such as biosignals of the user while sleeping, for example, brain wave signals.
- the measured sleep data is transmitted to the terminal (200), and when the measurement is completed, a daily sleep curve (daily hypnogram) for the measured sleep data is created and a sleep evaluation is performed.
- a daily sleep curve (daily hypnogram) for the measured sleep data is created and a sleep evaluation is performed.
- the above daily hypnogram is an index/graph representation of sleep stage-specific changes (e.g., wake, REM, Non-REM 1/2/3/4 stages) based on measured sleep data.
- the sleep evaluation is a numerical representation of sleep quality for the measured sleep data, and is performed after the sleep data measurement is completed. The sleep evaluation may be determined as one of the values within the range of, for example, score 1 to score 5.
- the sleep evaluation device (300) communicates with the terminal (200) (and/or the sleep care device (100)) via the network (50) to receive measured sleep data and a corresponding sleep evaluation.
- the sleep evaluation device (300) can cumulatively store the received measured sleep data and sleep evaluation in a storage device (350).
- the storage device (350) may be an EMR (Electronic Medical Record) device for storing sleep data.
- the storage device (350) may store a machine learning model, i.e., a sleep pattern analysis probability model, for generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) generated by the sleep evaluation device (300).
- the sleep evaluation device (300) may be implemented by including an external device (e.g., external device/server/cloud/system) or application (310) to perform a process of generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram), calculating the similarity with the daily sleep curve (daily hypnogram), and outputting a sleep index corresponding to the calculated result.
- an external device e.g., external device/server/cloud/system
- application 310
- the external device or application (310) can operate in conjunction with the storage device (350).
- the external device or application (310) can receive measured sleep data and sleep evaluation through the data input device (311).
- the external device or application (310) can apply a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold through the data analysis device (312) to generate a personalized standard sleep curve.
- the preset threshold can be, for example, a score 4 or score 5 value when the sleep evaluation range is score 1 to score 5.
- an external device or application (310) can calculate a sleep pattern similarity between the generated personalized standard sleep curve and the daily sleep curve through a data analysis device (312), and provide a sleep index (sleep) corresponding to the calculated sleep pattern similarity.
- the sleep index (sleep) is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the size of the sleep quality index is determined in proportion to the degree of sleep pattern similarity.
- An external device or application (310) can call a sleep pattern analysis probability model and an algorithm for calculating sleep pattern similarity from a data storage device (313), and store data on a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) in the data storage device (313).
- a sleep pattern analysis probability model and an algorithm for calculating sleep pattern similarity from a data storage device (313), and store data on a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) in the data storage device (313).
- An external device or application (310) can simultaneously display the generated personalized standard sleep curve and the sleep index corresponding to the sleep wave and sleep pattern similarity of each of the daily sleep curves through the data output device (314).
- the external device or application (310) can transmit related data/information through the network (50) so that visualization of each sleep wave and sleep index can be performed through the display unit of the terminal (200).
- the operation executed in the sleep evaluation device (300), that is, the operation implemented in an external device (e.g., external device/server/cloud/system) or application (310), may also be executed through a specific application installed in the terminal (200).
- an external device e.g., external device/server/cloud/system
- application (310) may also be executed through a specific application installed in the terminal (200).
- the sleep evaluation device (300) may be implemented to include a communication unit for communicating directly or indirectly with the sleep care device (100) and/or the terminal (200), a data processing unit (or a control unit/processor) for performing a series of processes for generating a personalized standard sleep curve, calculating a sleep pattern similarity, and generating a corresponding sleep index, and a display unit (e.g., a touch screen) for visually displaying the calculated sleep pattern similarity and the corresponding sleep index.
- a communication unit for communicating directly or indirectly with the sleep care device (100) and/or the terminal (200)
- a data processing unit or a control unit/processor
- a display unit e.g., a touch screen
- the sleep evaluation device (300) can perform operations including those performed by the terminal (200).
- the display unit of the sleep evaluation device (300) can simultaneously display, on one screen, each sleep wave and sleep index corresponding to the daily sleep curve for the measured sleep data and the personalized standard sleep curve.
- the data processing unit of the sleep evaluation device (300) can generate the personalized standard sleep curve by applying and learning a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states for sleep data having a sleep evaluation higher than a threshold value.
- HMM Hidden Markov Model
- FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the sleep care device (100) of FIG. 1 and an external device (200) linked thereto, such as a terminal.
- FIG. 2 is a block diagram for explaining each configuration of a sleep care device (100) according to the present disclosure and an external device (200) communicating therewith.
- the sleep care device (100) and the external device (200) illustrated in FIG. 2 may include only some of the illustrated configurations or may additionally include other configurations.
- the sleep care device (100) may include a communication unit (101), a signal processing unit (102), a memory unit (103), a sensing unit (104), an output unit (105), a power supply unit (109), and a control unit (108).
- the communication unit (101) or the communication module may communicate with an external device (200) using a wireless communication network such as WiFi, LiFi, etc., or a short-range communication network such as Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (IrDA, infrared Data Association), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, etc.
- a wireless communication network such as WiFi, LiFi, etc.
- a short-range communication network such as Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (IrDA, infrared Data Association), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, etc.
- the signal processing unit (102) can preprocess (e.g., noise removal, offset correction, calculation of RMS/PSD, etc.) and process the signals acquired by the sensing unit (104) for analysis, and provide them to the communication unit (101) and/or the memory unit (103).
- preprocess e.g., noise removal, offset correction, calculation of RMS/PSD, etc.
- the sensing unit (104) may include a plurality of sensors for obtaining a sleep-related signal. Specifically, the sensing unit (104) may be detachably coupled to the main body of the sleep care device (100) and may include one or more sensors that contact a part of the user's body to obtain a sleep-related signal. In addition, the sensing unit (104) may further include a touch sensor, a pressure sensor, etc. for recognizing an input related to the operation of the sleep care device (100).
- the one or more sensors may include, for example, sensors for obtaining bio-signals, such as an EEG sensor, a PPG sensor, an EDA sensor, an ECG sensor, an EMG sensor, and the like; sensors for obtaining signals related to user movement, such as an acceleration sensor, a gyro sensor, and a motion sensor; and/or sensors for obtaining signals related to the environment of a sleeping space, such as a light sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and a noise measurement sensor.
- the sensor for obtaining the user's bio-signals e.g., brain wave signals
- the sensor for obtaining the user's bio-signals includes three electrode sensors, each of them may be a measurement electrode (SIG), a reference electrode (REF), and a ground electrode (GND) for measuring EEG signals.
- SIG measurement electrode
- REF reference electrode
- GND ground electrode
- at least one of the plurality of electrode sensors may be placed to contact the user's in-ear.
- the measuring electrode (SIG) and the reference electrode (REF) may be positioned to be spaced apart from each other in order to obtain a strong signal strength (Voltage (RMS)).
- the measuring electrode (SIG) may be positioned to contact the in-ear
- the reference electrode (REF) may be positioned to contact the back of the user's ear.
- the measuring electrode (SIG) may be implemented to contact the in-ear of the left (right) ear
- the reference electrode (REF) and the ground electrode (GND) may be implemented to contact the right (left) ear.
- the memory unit (103) can store sleep-related signals acquired through the sensing unit (104), such as EEG signals, movement signals, etc.
- sleep-related signals the memory unit (103) can store metadata such as the reception time of the corresponding signal and the most recent sleep state (or sleep stage).
- the memory unit (103) can store the user's sleep pattern (e.g., time required to fall asleep, REM entry point, etc.) and the output pattern of the synthesized sound source.
- the memory unit (103) can store the notification time and information related thereto.
- the memory unit (103) may include at least one type of storage medium among a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, an SD or XD memory, etc.), a random access memory (RAM), a static random access memory (SRAM), a read-only memory (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a programmable read-only memory (PROM), a magnetic memory, a magnetic disk, and an optical disk.
- a flash memory type for example, an SD or XD memory, etc.
- RAM random access memory
- SRAM static random access memory
- ROM read-only memory
- EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
- PROM programmable read-only memory
- the output unit (105) or output module outputs a synthetic sound source for inducing the user to sleep.
- the output unit (205) may include a receiver, a speaker, a buzzer, etc.
- each output unit (105) of each sleep care device (100) may output a synthetic sound source having a different frequency band.
- the output unit (105) may include a display that can output visual information.
- the control unit (108) controls the overall operation of the sleep care device (100).
- the control unit (208) can transmit a sleep-related signal obtained through the sensing unit (104) to an external device (200) through the communication unit (101), and can receive information on the user's sleep status based on analysis of the sleep-related signal from the external device (200).
- the power supply unit (109) supplies power to the sleep care device (100) and may include a rechargeable battery module.
- the external device (200) communicates with the sleep care device (100) and may include a communication unit (221), a sensing unit (224), a display unit (225), and a data processing unit (228).
- the external device (200) may be any computing device capable of wired and/or wireless communication.
- the external device (200) may include a smart phone, a mobile phone, a computer, a laptop, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a tablet PC, other wearable devices, etc.
- the external device (200) may include a preset application for interacting with the sleep care device (100) or may connect to a server to download a preset application.
- the sensing unit (224) of the external device (200) may include information related to the environment of the sleeping place, such as a temperature sensor, a humidity sensor, a light sensor, a noise detection sensor, etc.
- the data processing unit (228) of the external device (200) may analyze a sleep-related signal obtained from the sleep care device (100), determine the user's sleep state based on the analysis result, and transmit information about the sleep state to the sleep care device (100).
- the display unit (225) of the external device (200) may visually display screen information indicating the sleep state, and may display sleep pattern history information in response to a user's inquiry request.
- the sleep care device (100) and the external device (200) may be connected to communicate.
- the sleep care device (100) may be pre-registered with the external device (200), or the external device (200) may be pre-registered with the sleep care device (100).
- the sleep care device (100) and the external device (200) may be connected according to the execution of a preset application installed in the external device (200).
- the sleep care device (100) and the external device (200) may be disconnected.
- the external device (200) communicates with the sleep evaluation device (300) via the network (50) as described in FIG. 1 and transmits sleep data acquired from the sleep care device (100).
- operations according to the embodiment of the present invention executed by the sleep evaluation device (300) may also be performed via the external device (200) depending on the execution of a specific application installed in the external device (200). In this case, collection of measured sleep data, sleep evaluation, calculation of personalized standard sleep curves, sleep pattern similarity, generation of a corresponding sleep index, and provision of visualization may all be performed using the external device (200).
- the sleep care device (100) used in the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 3 to 9.
- the sleep care device (100) described below may be implemented to include more or fewer components than those illustrated, as needed.
- a sleep care device (100) includes an ear hook (10), an ear tip (20), and a housing (30).
- FIGS. 3 and 4 are a front perspective view and a back perspective view of a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 illustrates a state in which the sleep care device (100) of FIG. 3 is worn on a user's ear.
- FIG. 6a is an exploded perspective view of the sleep care device (100) of FIG. 3, and
- FIG. 6b illustrates components (hardware) of the sleep care device (100) mounted on or electrically connected to the substrate of FIG. 6a.
- FIGS. 7 to 9 illustrate a plan view, a bottom view, and an enlarged view of A of FIG. 8 of an ear hook (10) of the sleep care device (100) of FIG. 3.
- the ear hook (10) serves to secure the sleep care device (100) of the present invention to the ear. Due to the ear hook (10), the sleep care device (100) of the present invention is not easily separated from the user's ear.
- the ear hook (10) is formed in the shape of a string (or line) having a preset length.
- the ear hook (10) includes one end (111) and the other end (122) opposite to the one end (111), and is formed in a loop (open loop) shape having a preset length extending from the one end (111) to the other end (122).
- the ear hook (10) has a preset cross-sectional diameter.
- the cross-section refers to a cross-section when the ear hook (10) is cut in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the ear hook (10).
- the shape of the cross-section may be circular, oval, or polygonal.
- the ear hook (10) is connected to the housing (30).
- the ear hook (10) is connected to the housing (30) to form a closed loop.
- An auricle is inserted and placed into an opening (10h) within the closed loop.
- one end (111) of the ear hook (10) is connected to one side (311) of the housing (30), and the other end (122) of the ear hook (10) is connected to the other side (312) of the housing (30).
- the other side (312) of the housing (30) represents a part of the housing (30) adjacent to the one side (311) of the housing (30) and spaced apart from the one side (311) by a preset distance.
- the one side (311) of the housing (30) represents one side (311) of a lower housing (31) described below, and the other side (312) of the housing (30) represents the other side (312) of the lower housing (31).
- the ear tip (20) described below is placed at the entrance of the external auditory canal (concha) of the ear. Then, the housing (30) connected to the ear tip (20) is placed so as to face the ear with the ear tip (20) in between. Then, the ear hook (10) connected to the housing (30) forms a closed loop together with the housing (30). The auricle is inserted and placed into the opening (10h) in the closed loop, and the ear hook (10) is placed between the head and the auricle to wrap around the auricle. Therefore, the ear hook (10) serves to fix the sleep care device (100) of the present invention so that it is not easily separated from the user's ear.
- the ear hook (10) is formed of a material (or material) having flexibility and elasticity.
- the ear hook (10) may be formed of a silicone material having flexibility and elasticity.
- flexibility refers to the property of being stretchable (elastic), bendable, and flexible.
- Elasticity refers to the property of an object (ear hook (10)) that has been deformed by an external force to return to its original state when the external force is removed.
- the ear hook (10) is formed of a flexible and elastic material, and is placed between the head and the auricle to maintain contact (close contact) with the head and/or the auricle.
- the ear hook (10) includes a first electrode (11), a second electrode (12), and a joint (13).
- the first electrode (11) includes one end (111) and another end (112) opposite to the one end (111).
- the first electrode (11) is formed with a preset length extending from the one end (111) to the other end (112).
- the above one end (111) of the first electrode (11) represents one end (111) of the ear hook (10) and is connected to one side (311) of the housing (30).
- the other end (112) of the first electrode (11) is connected to the connecting portion (13) (specifically, one end (131) of the connecting portion (13)).
- the first electrode (11) is formed to a preset length, even if a part of the first electrode (11) does not come into contact with the head and/or the auricle, another part of the first electrode (11) can come into contact with the head and/or the auricle. Accordingly, when the sleep care device (100) of the present invention is mounted on the ear, the first electrode (11) always remains in contact with the head and/or the auricle.
- the first electrode (11) is formed in an arc shape to surround the auricle.
- the auricle may represent, for example, the auricle corresponding to the upper part of the ear.
- One end (111) of the first electrode (11) can be formed to correspond to the shape of the portion to be joined in the lower housing (31).
- one end (111) of the first electrode (11) is not limited to a specific shape and can be formed in various shapes.
- One end (111) of the first electrode (11) is formed with a plurality of fastening holes.
- the plurality of fastening holes include one or more fastening projection holes (1111) and fastening screw holes (1112). Two fastening projection holes (1111) may be formed, and one fastening screw hole (1112) may be formed.
- the above fastening projection hole (1111) is positioned so that a fastening projection formed on one side (311) of the lower housing (31) is inserted. As a result, one end (111) of the ear hook (10) is fixed to the lower housing (31).
- the above fastening screw hole (1112) is seated in a fastening screw groove formed on one side (311) of the lower housing (31).
- a fastening screw (311S) passes through a fastening screw hole formed in the substrate (34) and a fastening screw hole (1112) formed in one end (111) of the first electrode (11), and is inserted into and fixed in a fastening screw groove (3112) formed in one side (311) of the lower housing (31).
- the substrate (34) and one end (111) of the first electrode (11) are fixed to one side (311) of the lower housing (31).
- a plurality of support protrusions (1113) can be formed around the fastening screw hole (1112) at one end (111) of the first electrode (11).
- the above-mentioned plurality of support protrusions (1113) protrude from one end (111) of the first electrode (11) toward the substrate (34) and are arranged spaced apart from each other at a preset interval.
- a plurality of support protrusions (1113) support the substrate (34) and space one end (111) of the first electrode (11) from the substrate (34). Accordingly, one end (111) of the first electrode (11) does not directly contact the substrate (34), but comes into contact with a specific electric circuit formed on the substrate (34) through a metal clip (341) described later.
- the second electrode (12) includes one end (121) and the other end (122) opposite to the one end (121).
- the second electrode (12) is formed with a preset length extending from the one end (121) to the other end (122).
- the above-mentioned one end (121) of the second electrode (12) is connected to the joint (13) (specifically, the other end (132) of the joint (13)).
- the above-mentioned other end (122) of the second electrode (12) represents the other end (122) of the ear hook (10) and is connected to the other side (312) of the housing (30).
- the second electrode (12) is formed with a preset length, even if some part of the second electrode (12) does not come into contact with the head and/or the auricle (or earlobe), some other part of the second electrode (12) can come into contact with the head and/or the auricle (or earlobe). Accordingly, when the sleep care device (100) of the present invention is mounted on the ear, the second electrode (12) always remains in contact with the head and/or the auricle (or earlobe).
- the second electrode (12) is formed in an arc shape to surround the auricle (or earlobe).
- the auricle (or earlobe) may refer to, for example, the auricle (or earlobe) corresponding to the lower part of the ear.
- the other end (122) of the ear hook (10), that is, the other end (122) of the second electrode (12), is connected to the other side (312) of the housing (30). Specifically, the other end (122) of the second electrode (12) is coupled to the other side (312) of the lower housing (31) described below.
- the other end (122) of the second electrode (12) can be formed to correspond to the shape of the portion to be joined in the lower housing (31).
- the other end (122) of the second electrode (12) is not limited to a specific shape and can be formed in various shapes.
- the other end (122) of the second electrode (12) is formed with a plurality of fastening holes.
- the plurality of fastening holes formed in the other end (122) of the second electrode (12) include one or more fastening projection holes (1221) and fastening screw holes (1222). Two fastening projection holes (1221) may be formed, and one fastening screw hole (1222) may be formed.
- the fastening projection hole (1221) formed on the other end (122) of the second electrode (12) is positioned so that the fastening projection formed on the other side (312) of the lower housing (31) is inserted therein. As a result, it is fixed to the other end (122) of the ear hook (10).
- the fastening screw hole (1222) formed in the other end (122) of the second electrode (12) is seated in the fastening screw groove formed in the other side (312) of the lower housing (31).
- the fastening screw (312S) passes through the fastening screw hole formed in the substrate (34) and the fastening screw hole (1222) formed in the other end (122) of the second electrode (12) and is inserted into and fixed in the fastening screw groove (3122) formed in the other side (312) of the lower housing (31).
- the substrate (34) and the other end (122) of the second electrode (12) are fixed to the other side (312) of the lower housing (31).
- a plurality of support protrusions (1223) may be formed around the fastening screw hole (1222) at the other end (122) of the second electrode (12).
- the plurality of support protrusions (1223) formed on the other end (122) of the second electrode (12) protrude from the other end (122) of the second electrode (12) toward the substrate (34) and are arranged spaced apart from each other at a preset interval.
- a plurality of support protrusions (1223) formed on the other end (122) of the second electrode (12) support the substrate (34) and space the other end (122) of the second electrode (12) from the substrate (34). Accordingly, the other end (122) of the second electrode (12) does not directly contact the substrate (34), but rather comes into contact with a specific electric circuit formed on the substrate (34) through a metal clip (341) described later.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) are electrically conductive.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a flexible and elastic material.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a flexible and elastic silicon material, and can be formed by including a metal powder having electrical conductivity in the silicon material.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) can be formed by mixing plate-shaped silver (Ag) powder, spherical silver (Ag) powder, and/or silver flakes into a silicone polymer.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) have electrical conductivity while maintaining the characteristics of the silicone material.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) each have a resistance value of 10 ⁇ (ohm) or less.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) can sense and measure brain wave signals.
- brain waves Electroencephalogram; EEG
- Brain waves are electrical signals generated by neural activity in the brain. Brain waves are also called electroencephalograms.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) serve as electrodes.
- the first electrode (11) may be a reference electrode
- the second electrode (12) may be an earth electrode (bias).
- the ear tip (20) described below may be a measuring electrode.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a material having flexibility and elasticity, so that they are placed between the head and the auricle and maintain a state of contact (close contact) with the head and/or the auricle.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) include a metal powder having electrical conductivity, so that they can function as electrodes.
- One end (111) of the first electrode (11) is in contact with an electrically conductive metal clip (341) mounted on a substrate (34).
- the first metal clip (341a) is mounted (fixed) to an electric circuit of the substrate (34).
- the first metal clip (341a) is arranged between one end (111) of the first electrode (11) and the substrate (34), and electrically connects one end (111) of the first electrode (11) and the electric circuit of the substrate (34).
- one end (e.g., an upper end) of the first metal clip (341a) is in contact with one end (111) of the first electrode (11), and the other end (e.g., a lower end) of the first metal clip (341a) is in contact with the electric circuit of the substrate (34).
- the electric signal (specifically, brain waves) measured by the first electrode (11) is transmitted to the substrate (34) via one end (111) of the first electrode (11) and the first metal clip (341a), and is stored in a memory placed on the substrate (34) or processed by a signal processing unit into data for output or communication.
- the other end (122) of the second electrode (12) comes into contact with an electrically conductive metal clip (341) mounted on the substrate (34).
- the above second metal clip (341b) is mounted (fixed) to the electric circuit of the substrate (34).
- the second metal clip (341b) is placed between the other end (122) of the second electrode (12) and the substrate (34), electrically connecting the electric circuit of the other end (122) of the second electrode (12) and the substrate (34).
- one side (e.g., upper side) of the second metal clip (341b) contacts the other end (122) of the second electrode (12), and the other side (e.g., lower side) of the second metal clip (341) contacts the electric circuit of the substrate (34).
- the electric signal (specifically, brain waves) measured by the second electrode (12) is transmitted to the substrate (34) via the other end (122) of the second electrode (12) and the second metal clip (341b), and is stored in a memory placed on the substrate (34) or processed by a signal processing unit into data for output or communication.
- an electrically conductive metal terminal for example, a metal brick or a metal pogo pin, may be applied.
- the joint (13) is placed between the first electrode (11) and the second electrode (12) and is formed to a preset length.
- the joint (13) insulates the first electrode (11) and the second electrode (12) from each other.
- the joint (13) is formed of a material having flexibility and elasticity, but does not contain a metal powder having electrical conductivity. Accordingly, the joint (13) is not electrically conductive.
- the first electrode (11) and the second electrode (12) are separated (spaced) by the joint (13), the first electrode (11) and the second electrode (12) can obtain a clean (reliable) electric signal that does not interfere with each other.
- the joint (13) includes one end (131) and another end (132) opposite to the one end (131).
- the joint (13) is formed with a preset length extending from the one end (131) to the other end (132).
- the above one end (131) of the joint (13) is connected to the other end (112) of the first electrode (11).
- the above other end (132) of the joint (13) is connected to one end (121) of the second electrode (12).
- the other end (112) of the first electrode (11) and one end (131) of the joint (13) can be formed integrally. This can be achieved by a double injection method.
- the other end (132) of the joint (13) and one end (121) of the second electrode (12) can also be formed integrally as described above.
- the other end (112) of the first electrode (11) and one end (131) of the joint (13) may be joined (connected) by a method such as hetero-silicon bonding.
- the other end (132) of the joint (13) and one end (121) of the second electrode (12) may also be joined (connected) by a method such as hetero-silicon bonding.
- the joint (13) is formed in a wave shape (133).
- the joint (13) is formed in a winding (bent here and there) shape (133).
- the joint (13) is formed in a shape (133) that is folded multiple times.
- the substrate (34) represents a printed circuit board.
- various electronic components may be mounted on the substrate (34), including: a memory for storing brainwave signals measured from the eartip (20); a signal processing unit for converting analog signals into digital signals (digital); an antenna for transmitting data to or receiving data from a mobile terminal; a speaker for outputting sound; a display unit for displaying various information in the case where the sleep care device (1) of the present invention has a display unit; an output unit for outputting sound so that sound is transmitted through the speaker; sensors such as an acceleration sensor, a brainwave sensor including a brainwave electrode, a battery; and electronic components related to controlling signals and data so that the aforementioned functions are organically performed (control unit).
- a memory for storing brainwave signals measured from the eartip (20)
- a signal processing unit for converting analog signals into digital signals (digital)
- an antenna for transmitting data to or receiving data from a mobile terminal
- a speaker for outputting sound
- a display unit for displaying various information in the case where the sleep care device (1) of the present invention has a
- the joint (13) When the sleep care device (100) is worn on the ear, the joint (13) can be easily worn between the ear and the head because the shape (133) (wave shape, winding shape or multiple folded shape) of the joint (13) is spread out. In addition, after being worn, the shape (133) of the joint (13) returns to its original state, so that the ear hook (10) can be in contact (closely attached) to the head and/or the ear as a whole.
- the shape (133) of the joint (13) (wave shape, winding shape or shape folded multiple times) and the flexibility and elasticity of the shape (133), there is no need to replace the ear hook (10) depending on the user (specifically, the size of the auricle), and it can be used by multiple family members and other people.
- FIG. 10 illustrates a process of a sleep evaluation method using a sleep stage change pattern of sleep data measured by a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention.
- the sleep care device (100), the terminal (200), and the sleep evaluation device (300) are shown to operate in conjunction with each other, but this is not limited thereto.
- it may be performed by the sleep care device (100) and the sleep evaluation device (300) equipped with a display unit, or it may be performed by the terminal (200) and the sleep care device (100) interacting to execute a specific application and perform an operation according to an embodiment of the present invention.
- a sleep care device 100
- the measured sleep data is collected (S20) and a daily sleep curve (daily hypnogram) is generated therefor.
- the above daily hypnogram refers to an index/graph that represents the change in sleep stages classified into the user's awake stage (WAKE), light sleep stage (STAGE 1 ⁇ STAGE 2), deep sleep stage (STAGE 3 ⁇ STAGE 4), and REM sleep stage.
- the daily hypnogram can be generated in real time based on sleep data measured during the user's sleep, or can be generated all at once after the sleep data measurement is completed.
- the user can sleep multiple times during the day, in which case a daily sleep curve for each sleep, i.e. multiple daily sleep curves, can be generated.
- the collected measured sleep data is transmitted to the sleep evaluation device (300) along with the daily sleep curve (daily hypnogram) and its evaluation score.
- the evaluation score for the collected measured sleep data means an evaluation of sleep satisfaction, and for example, one of scores 1 to 5 is given depending on the sleep satisfaction level.
- the evaluation score for the collected measured sleep data is performed after data measurement using the sleep care device (100) is completed.
- the sleep evaluation device (300) accumulates collected measured sleep data and an evaluation score therefor, i.e., data regarding sleep evaluation (S30). For example, measured sleep data collected over a specified period (e.g., 30 days) and an evaluation score performed thereon may be sequentially stored in the sleep evaluation device (300).
- data regarding sleep evaluation may be cumulatively stored in a separate storage device (e.g., a first database).
- the sleep evaluation device (300) may receive measured sleep data from the sleep care device (100) via the terminal (200), perform a sleep evaluation on the measured sleep data, and accumulate and store the data in a linked server/database (350, FIG. 1).
- the storage device (350) such as the linked server/database may be implemented as being included in the sleep evaluation device (300) (e.g., in the form of a memory) or may be implemented as an external, separate storage device.
- filtering is performed so that only sleep data that satisfies a preset threshold or higher in evaluation scores are considered valid data. For example, if the evaluation score range is score 1 to score 5, score 4 or score 5 can be the threshold, and sleep data having such evaluation scores are filtered as valid data.
- the data filtered as the above valid data is stored in a separate storage device (e.g., a second database) and becomes input data for generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
- a personalized standard sleep curve Good Sleep Hypnogram
- the above process (S50) receives input data for generating a personalized standard sleep curve. That is, accumulated sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold are input as input data. Then, sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold are clustered and a personalized standard sleep curve is generated based on this. This clusters sleep data having good sleep quality and generates a standard pattern of sleep stage changes for this, thereby enabling a more customized and accurate sleep quality evaluation for each user.
- the above process (S50) can perform machine learning using a sleep pattern analysis probability model (ML Algorithm) on the input data.
- ML Algorithm sleep pattern analysis probability model
- HMM Hidden Markov Model
- a comparative analysis is performed between the daily sleep curve (daily hypnogram) and the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) for sleep data measured using the sleep care device (100) in the sleep evaluation device (300).
- the above comparative analysis means comparing the degree of consistency between the sleep stage change of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the sleep stage change of the daily sleep curve (daily hypnogram).
- the sleep length of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the sleep length and onset of sleep stages of the daily sleep curve (daily hypnogram) may be the same/similar or different from each other.
- the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm is an algorithm that compares the similarity when the two values have different speeds (slopes) over time, and can be said to be a shape-based similarity calculation algorithm.
- the sleep pattern similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve is calculated, and a sleep index corresponding to the calculated sleep pattern similarity is determined (S70).
- Sleep pattern similarity calculation is performed by 1) calculating the Fisher-Lao distance and Gini coefficient by considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model through the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm or 2) the structure-based similarity calculation algorithm.
- DTW Dynamic Time Warping
- the above sleep index represents a sleep quality index corresponding to the calculation result of sleep pattern similarity.
- the size of the sleep quality index can be determined in proportion to the size of sleep pattern similarity.
- the sleep index is a numerical representation of the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve, and can be determined as a score value between 0 and 100.
- the higher the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve the higher the sleep index value.
- the lower the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve the lower the sleep index value. For example, when the sleep index is 90, the similarity with the personalized standard sleep curve is higher than when the sleep index is 70, so the sleep quality can be evaluated as higher.
- the sleep pattern similarity and sleep index produced in this manner can be output through a terminal (200) linked to a sleep care device (100) for visualization.
- the sleep pattern similarity and sleep index may be output through the display of the sleep evaluation device (300).
- the operations according to the present embodiment implemented in the sleep evaluation device (300) are performed by executing an application installed in the terminal (200), the operations of FIG. 10 described above can be performed through communication between one or more servers/clouds/devices and the terminal (200), and the sleep evaluation results can be output through the terminal (200).
- the conditions of the filtering (S40) can be expanded/reduced/changed through user input.
- some embodiments of the present invention can expand the sleep data clustering model according to the selected filtering conditions, and compare and evaluate the user's sleep pattern similarity and sleep index with the group of the expanded clustering model. This will be described in more detail with reference to FIGS. 18A and 18B below.
- the present invention enables more accurate sleep quality evaluation from the perspective of sleep structure changes by comparing the sleep stage changes while the user is sleeping with a personalized standard sleep curve generated by clustering sleep data with a high evaluation score, that is, when the user has had a good night's sleep.
- the comparison by sleep stage changes can be intuitively understood at a glance.
- FIGS. 11a and 11b are visualized example screens that allow the user to intuitively grasp at a glance the similarity of sleep patterns and the corresponding sleep index according to the change in sleep stages through a sleep evaluation device (300) or a terminal (200) according to an embodiment of the present invention.
- FIGS. 11a and 11b will be described as an example of what is shown through the display unit (225) of the terminal (200).
- a first sleep wave corresponding to a personalized standard sleep curve is displayed in a first area (e.g., upper/left) (1100) of the display unit (225), and a second sleep wave corresponding to a daily sleep curve to be evaluated is simultaneously displayed in a second area (e.g., lower/right) (1120).
- a sleep index corresponding to the similarity (degree of agreement) between the first and second sleep waves (1100, 1120) may be displayed in a third area (e.g., lower display area) (1130) of the display unit (225).
- the first sleep wave displayed in the first area (1100) is a sleep curve generated by learning by clustering days when the user slept well and by changing the sleep stage.
- the second sleep wave (1120) displayed in the second area (1120) is a sleep curve (target of evaluation) generated by the user sleeping for one day.
- the sleep index displayed in the third area (1130) is a numerical value (%) indicating the degree of agreement between sleep stages when assuming that the second sleep wave overlaps the first sleep wave as shown in Fig. 11b. Since the sleep index is indicated as 50 in Fig. 11a, it can be said that the degree of agreement between the two sleep waves between sleep stages is 50%.
- the display unit (225) displays a second sleep wave corresponding to a daily sleep curve selected from among the multiple sleep curves in a manner that it overlaps the first sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve.
- the first and second sleep waves (1110, 1121) are displayed in a first area (1100') of the display unit (225) in a manner that it overlaps the first and second sleep waves (1110, 1121), and Good Sleep Hypnoaram & Today's Hypnoaram indicating this is displayed.
- the second area (1120') of the display unit (225) displays sleep waves corresponding to the remaining daily sleep curves.
- a daily sleep curve satisfying a set condition is designated as the selected daily sleep curve. Then, the sleep index is updated for the selected daily sleep curve.
- the set condition may be one of the longest sleep time and the highest evaluation score.
- Fig. 12 is an example screen related to the data collection method for generating a personalized standard sleep curve.
- a user can request sleep data measurement or sleep evaluation (e.g., view sleep index) through the display unit (225) of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) linked to a sleep care device (100).
- sleep data measurement or sleep evaluation e.g., view sleep index
- the illustrated screen (1200) may include measured total sleep time information (1201), a first input interface (1202) for continuing sleep care, a second input interface (1203) for an analysis request, and playback sound source information (1204) related to sleep induction/sleep care.
- the first input interface (1202) may include a toggle function, in which case either 'continue sleep care' or 'stop sleep care' may be executed based on an input applied to the first input interface (1202). If 'continue sleep care' or 'stop sleep care' is repeated multiple times during the day, multiple daily sleep curves are generated for the number of repetitions.
- the accumulation of sleep data and corresponding sleep evaluations is performed through the following process.
- a daily sleep curve (daily hypnogram) is generated based on sleep data measured through a sleep care device (100) (first process), and a sleep evaluation is performed on the generated daily sleep curve (second process).
- sleep data and sleep evaluation corresponding to the generated daily sleep curve are stored (third process), and the first to third processes are repeated for a certain period of time (fourth process).
- the certain period of time may be, for example, 30 days, and the certain period of time may be variable.
- FIG. 14a shows a human sleep cycle
- FIG. 14b is an example showing a human brain wave measured by the sleep care device.
- REM sleep refers to sleep in which rapid eye movement is observed
- NREM sleep refers to a stage in which the brain also falls asleep and eye movement does not occur, unlike REM sleep, and one falls into deep sleep.
- NREM sleep consists of shallow sleep stages 1 to 2 and deep sleep stages 3 to 4, and reaches the deepest stage of all sleep within the first 90 minutes of sleep, and stage 4, the deepest stage of sleep, can only be reached twice during 8 hours of sleep.
- the deep sleep stage is important is because it relieves physical fatigue of the entire body and regulates immune system function due to slow brain waves emitted in the deep sleep state. In particular, waking up from the deep sleep stage You will experience a state of confusion and confusion of intoxication.
- the sleep stages of a user can be classified into a wake stage (WAKE), a shallow sleep stage (STAGE 1 to STAGE 2), a deep sleep stage (STAGE 3 to STAGE 4), and a REM sleep stage.
- WAKE wake stage
- STAGE 1 to STAGE 2 shallow sleep stage
- STAGE 3 to STAGE 4 deep sleep stage
- REM sleep stage a REM sleep stage
- Human brain waves can be classified into delta waves ( ⁇ , 0.5–4 Hz), theta waves ( ⁇ , 4–8 Hz), alpha waves ( ⁇ , 8–13 Hz), beta waves ( ⁇ , 13–30 Hz), and gamma waves ( ⁇ , 30–50 Hz) depending on the frequency band.
- alpha waves ( ⁇ , 8–13 Hz) and beta waves ( ⁇ , 13–30 Hz) are mainly emitted during the waking stage, and while alpha waves decrease during the shallow sleep stage, theta wave ( ⁇ , 4–8 Hz) emission increases, and during the deep sleep stage, delta waves ( ⁇ , 0.5–4 Hz) can be emitted by more than 50%.
- the daily hypnogram is an index/graph that represents sleep data corresponding to the user's biosignal measured through the sleep care device (100) according to changes in sleep stages. Therefore, the sleep curve of Fig. 14a may be an example of the daily hypnogram according to the present invention.
- the data processing unit of the sleep care device (100) or the data processing unit of the terminal (200) can receive the user's bio-signals, including the sensed user's brain wave signals and body movement signals, to determine the user's sleep state and classify the sleep stage.
- the data processing unit of the sleep care device (100) or terminal (200) can determine whether the user is awake (WAKE) or asleep (SLEEP) based on the body movement signal among the user's biosignals.
- the user can be determined to be awake. Also, if the body movement signal is less than the threshold, the user can be determined to be asleep.
- the user's sleep stage can be specifically classified based on the brainwave signal. In other words, the user's sleep stage can be classified based on the ratio of the frequency bands that make up the brainwave signal.
- Fig. 14b it is possible to see how the distribution ratio of each frequency band constituting the user's brainwave signal changes over time.
- the current user's sleep stage can be classified into one of the light sleep stage, deep sleep stage, and REM sleep stage.
- the human brain generally mainly emits alpha waves ( ⁇ , 8–13 Hz) and beta waves ( ⁇ , 13–30 Hz) during the waking stage, alpha waves decrease during the shallow sleep stage while theta waves ( ⁇ , 4–8 Hz) increase in emission, and delta waves ( ⁇ , 0.5–4 Hz) are emitted by more than 50% during the deep sleep stage.
- the user's current sleep stage can be determined to be deep sleep, but it is not limited to this.
- a method of classifying a user's sleep stage through the user's body movement signal and brain wave signal can be automatically classified in real time through a machine learning algorithm.
- a sleep stage classification model that classifies sleep stages can be trained by using brain wave signals and body movement signals as learning data by a learning processor among components of a sleep care device. That is, the user's brain wave signals and body movement signals can be trained as input data, and the frequency band-specific distribution ratio of the brain wave signals and body movement information can be trained as output data.
- FIG. 13 is an exemplary flowchart illustrating a method for calculating a slip index according to an embodiment of the present invention.
- each process of the method illustrated in FIG. 13 can be performed by executing a specific application installed on a processor of a sleep evaluation device (300), a device/server/cloud/system, etc. that operates in conjunction with the sleep evaluation device (300), or a terminal (200) that is interlocked with the sleep care device (100).
- sleep data measured through the sleep care device (100) is input and sleep evaluations for each are cumulatively stored (S1310).
- measured sleep data and horizontal evaluations can be stored in the first database.
- the sleep assessment generates a personalized standard sleep curve based on sleep data having results above a preset threshold (1320).
- the score range of the sleep evaluation is from score 1 to score 5
- sleep data satisfying the threshold score 5 is filtered as input data.
- the filtered input data i.e., sleep data having a sleep evaluation higher than the threshold, can be stored in the second database.
- the personalized standard sleep curve generated above can be stored in a separate storage device and continuously updated including sleep data having an evaluation score higher than a threshold value that is input thereafter.
- the personalized standard sleep curve is generated not only by using the clustered sleep data of the individual user, but also by only using sleep data with high quality of sleep according to sleep stage changes, so that customized comparative evaluation according to sleep stage changes is possible.
- generating a personalized standard sleep curve may include applying and training a sleep pattern analysis probability model to sleep data having results above a preset threshold.
- a sleep pattern analysis probability model may use a Hidden Markov Model (HMM).
- HMM Hidden Markov Model
- a hidden state in the HMM may be defined as a plurality of sleep stages (e.g., wake, sleep 1/2/3/4, RAM).
- a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) is generated in this way, the sleep pattern similarity between the sleep data to be evaluated, i.e., the daily sleep curve (daily hypnogram), and the generated personalized standard sleep curve is calculated (S1330).
- the calculation of sleep pattern similarity can be performed using a shape-based Dynamic Time Warping (DTW) algorithm or a separate structure-based algorithm.
- DTW Dynamic Time Warping
- the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm can be used when the sleep length or the starting point of the change in the means stage of the daily sleep curve compared to the personalized standard sleep curve is the same or almost the same.
- the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm has low complexity, but its accuracy is somewhat lower than that of the structure-based separate algorithm described below.
- a separate algorithm based on structure can be used when the sleep length of the daily sleep curve is different and the starting point of each means stage change is different compared to the personalized standard sleep curve.
- the structure-based algorithm can be performed by calculating the Fisher-Lao distance considering the similarity probability between states (e.g., wake, sleep 1/2/3/4, RAM) included in the sleep pattern analysis probabilistic model (e.g., HMM), and calculating the Gini coefficient for calculating the correspondence considering the sparsity of the matrix.
- states e.g., wake, sleep 1/2/3/4, RAM
- the sleep pattern analysis probabilistic model e.g., HMM
- a sleep index can be provided (output) based on the generated sleep pattern similarity (S1340).
- the sleep index is a numerical representation of the sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity.
- the sleep quality index is determined in proportion to the size of the sleep pattern similarity. For example, if the sleep pattern similarity is 80%, the sleep index can be expressed as '80'.
- the above sleep index may be provided together with other sleep quality evaluation factors (e.g., awakening during sleep, time asleep, sleep efficiency, sleep time).
- the constant sleep index may be displayed on one screen simultaneously with each sleep wave corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve.
- a daily sleep curve is generated for each sleep period, so multiple sleep curves may be displayed.
- a selected sleep curve among multiple sleep curves may be displayed with priority, and if not selected, a specific sleep curve satisfying preset conditions (e.g., longest sleep length, highest sleep evaluation score, most recently measured) may be displayed by default.
- the second sleep wave corresponding to the selected/default sleep curve may be displayed by overlapping the first sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve, thereby allowing for an intuitive understanding of the degree of sleep pattern consistency.
- FIG. 15 illustrates a hidden Markov model as an example model related to the generation of a personalized standard sleep curve according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 16 is an example visualizing a standard sleep curve learned using the model of FIG. 15.
- a hidden Markov model was used as a time series representation learning algorithm to model the characteristics of sleep patterns.
- HMM Hidden Markov Model
- HMM is an extension of a Markov model that expresses the change of a phenomenon as a probability model, and is a probability model that focuses on inferring an unobservable hidden state through verifiable observation.
- state information is hidden and only the output information is observed.
- the hidden state of the Hidden Markov Model is defined as each stage of sleep (e.g., Wake, Sleep Stage N1/N2 (Light Sleep), Sleep Stage N3/N4 (Deep Sleep), REM), as shown in Fig. 15.
- HMM-based learning was performed by expressing this as the probability of a transition matrix.
- the degree of model optimization can be identified through the log-likelihood function.
- the performance of the HMM model can be further improved.
- a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) generated based on sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold among accumulated sleep data was learned through an HMM-based probabilistic model.
- HMM-based re-learning is continuously performed based on subsequently measured sleep data.
- Figure 16 is an example of visualizing the result of learning personalized sleep stage changes through HMM, that is, a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
- a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) is an index/graph that represents a personalized standard sleep curve by sleep stage change based on clustering of sleep data with good sleep quality (i.e., having an evaluation score higher than a threshold) among sleep data corresponding to a user's bio-signal measured through a sleep care device (100). Therefore, FIG. 16 can be said to be an example of a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) according to an embodiment of the present invention.
- the daily sleep curve (daily hypnogram) on the same screen.
- the daily sleep curve (daily hypnogram) can be displayed in a form in which it overlaps the visualized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) so that the degree of consistency of the sleep pattern can be intuitively observed.
- Calculation of sleep pattern similarity between the above daily sleep curve and the above personalized standard sleep curve can be performed by one of two methods as follows.
- the sleep pattern similarity can be calculated using the Dynamic Time Warping (DTW) algorithm.
- DTW Dynamic Time Warping
- the sleep pattern similarity can be calculated using a structure-based similarity calculation algorithm.
- the structure-based similarity calculation algorithm is performed by calculating the Fisher-Rao distance and Gini coefficient considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model (e.g., HMM) according to the present invention.
- the structure-based similarity calculation algorithm can be expressed as a matrix as shown in mathematical formula 1 through the Fisher-Rao distance, which considers the probability of the similarity between all states of each model.
- S ⁇ represents the Fisher-Rao probability distance
- ⁇ and ⁇ represent HMM and stationary distribution, respectively
- v i represents the ith state.
- the Gini coefficient is calculated as in the following mathematical expression 2 to derive the similarity.
- r and c represent rows and columns, respectively, and H() represents the Gini coefficient, which is an indicator of impurity.
- DTW Dynamic Time Warping
- FIG. 17a is an example screen for comparing the records of a user's sleep index according to an embodiment of the present invention
- FIG. 17b is an example screen displayed on a display unit of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) when requesting the recording of a sleep index before generating a personalized standard sleep curve.
- a user interface for displaying the sleep index on a daily, weekly, or monthly basis may be provided together.
- a sleep index corresponding to a sleep pattern similarity between a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) and a daily sleep curve (daily hypnogram) may be recorded and stored on a daily, weekly, or monthly basis.
- the user interface (1411) may be an input means for selectively comparing daily (1710), weekly (1720), and monthly (1730) records for the sleep index, as illustrated in FIG. 17a.
- sleep indices for sleep data for each day are provided, and when it is positioned at weekly (1720), average records (e.g., numerical changes and average values) for sleep indices for each week are provided together.
- average records e.g., numerical changes and average values for sleep indices for each month are provided on one screen.
- the sleep index for days 4.4 to 4.25 is displayed by day, and for example, when day 4.8 is selected, the sleep index (91.5%) for that day and the displayed daily sleep index average (91.3%) can be displayed on the sleep index record screen (1750). That is, the daily records of the sleep index can be compared.
- an indication that sleep data is being acquired may be provided.
- the sleep assessment device (300) may determine that a personalized standard sleep curve is not generated, and in response to the determination, provide visual information via the display unit indicating that sleep data is being collected to provide the sleep index.
- the daily sleep curve corresponding to the measured sleep data may be visually displayed, or the similarity with the clustered standard sleep curve of the group entered by the user as the initial setting may be displayed.
- information e.g., a pop-up message
- the comparison is with the clustered standard sleep curve provided by default, not the personalized standard sleep curve.
- visual information (1740) such as “collecting sleep index” may be displayed, and only the average record (1760) of the currently accumulated sleep index may be provided.
- FIGS. 18a and 18b are example screens displayed on the display unit of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) when a sleep analysis request is made. Referring to these, a method for visually providing the results of comparing the sleep index of a group corresponding to a selected filtering condition and the sleep index of a user will be described.
- the user's own sleep index can be compared with that of others/groups.
- one or more related sleep evaluation factors can be provided by comparing them with the sleep index of the first group corresponding to the selected filter item.
- the sleep evaluation factors may include, for example, age, gender, occupation, BMI index, etc. as filtering items for the control group to compare the sleep index.
- the setting value of the filtering item may be set as an initial value selected through user input. For example, if the user is a man in his 30s and his occupation is a freelancer, the corresponding value is set as an initial setting value through user input.
- Filtering items can be none, one, or multiple selected.
- the record compared to one's recent sleep index can be displayed as visual information (e.g., in graph form) (1801).
- visual information can be provided for the record compared to one's specific day/specific period average sleep index.
- Fig. 18b When more than one filtering item is selected, as shown in Fig. 18b, this can be performed by inputting a selection for one or more of the presented filtering items (1810, 1820, 1830, 1840), for example, 30s, male, occupation (e.g., freelancer), BMI 30.
- the sleep index is updated based on the changed filter items according to the selection input. For example, since the control group changes depending on the changed filter items, the value of the sleep index corresponding to the sleep pattern similarity also changes.
- the selected filter items such as age (e.g., 30s), gender (e.g., male), occupation (e.g., freelancer), BMI (e.g., 30), etc., are transmitted to the sleep evaluation device (300), and the sleep evaluation device (300) recalculates the user's sleep index based on the data filtered by the transmitted conditions.
- age e.g., 30s
- gender e.g., male
- occupation e.g., freelancer
- BMI e.g., 30
- the sleep evaluation device (300) provides filtering data corresponding to the input keyword so that artificial intelligence (AI) can automatically illustrate based on the recognized keyword (e.g., 30s, male, freelancer) according to the above selection input.
- AI artificial intelligence
- the resulting values can be transmitted to the terminal (200) (e.g., via an application) and displayed on the display unit or output through the display unit of the sleep evaluation device (300).
- the updated sleep index and one or more sleep evaluation factors related thereto are provided in the form of a comparison with a second group of sleep indices corresponding to filter items changed according to the selection input.
- evaluation factor items related to the comparison graph e.g., falling asleep time, sleeping time, sleep efficiency, wakefulness during sleep, falling asleep + sleeping time, etc.
- the initial settings of the filtering items can be changed.
- the calculation complexity for calculating the sleep pattern similarity and updating the corresponding sleep index will increase significantly, but the user can change the filtering items to the desired settings to compare his or her sleep quality.
- the user is a man in his 30s and is a freelancer, but the filtering item for the control group can be selected as a ' woman' in her 30s for comparison.
- the user's sleep evaluation is performed according to the clustered customized sleep stage change, thereby enabling a more accurate evaluation of sleep quality.
- the similarity according to the sleep stage change for the daily sleep curve (Daily Hypnogram) to be compared with the customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) can be intuitively compared and identified at a glance.
- the user's own sleep evaluation can be easily checked for a desired period, and the results compared to other groups under selected conditions can be checked simultaneously.
- the above-described present disclosure can be implemented as a computer-readable code on a medium having a program recorded thereon.
- the computer-readable medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like.
- the computer may include a control unit/processor of a sleep evaluation device.
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Abstract
Description
본 발명은 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수면 케어 장치를 이용하여 수집된 수면 데이터를 기초로 수면 단계 변화 패턴을 이용하여 수면의 질을 비교 평가하는 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a sleep evaluation method and a sleep evaluation device using a sleep stage change pattern, and more specifically, to a sleep evaluation method and a sleep evaluation device for comparing and evaluating sleep quality using a sleep stage change pattern based on sleep data collected using a sleep care device.
사람이 건강을 관리함에 있어서, 양질의 수면 상태를 유지하는 것은 매우 중요하다. 따라서, 사람들은 숙면을 취하기 위해 많은 노력을 한다. 이와 관련하여, 인간의 수면 상태에서의 생체 신호를 수집하여 수면 상태를 모니터링하거나, 적절한 자극을 통해 숙면을 유도하는 방법들에 대한 연구가 점점 증가하고 있다.In managing one's health, maintaining a good quality sleep state is very important. Therefore, people make a lot of efforts to get a good night's sleep. In this regard, research on methods for collecting biosignals during human sleep to monitor sleep state or inducing a good night's sleep through appropriate stimulation is increasing.
최근에는 딥러닝 모델 기술을 이용하여 수면 데이터를 분석하는 기술이 연구되고 있다 Recently, research is being conducted on technology to analyze sleep data using deep learning model technology.
구체적으로, 한국 특허문헌 공개번호 10-2023-0013301(이하, '선행문헌1')에서는 생체 신호 raw data (EEG, EOG 등등)을 입력 받아 인공지능을 통해 수면 단계를 예측하는 방법을 개시한다. 또한, 미국 특허문헌 특허번호 US 10,098,582(이하, '선행문헌2')는 적절한 치료 또는 치료선택에 용이하도록 개인의 수면 시간 패턴 정보를 특성화하는 기술로서, 리아프노프 지수를 통해 데이터의 카오스 수치에 따라 개인 수면 질환을 구분하는 것을 개시한다.Specifically, Korean Patent Document Publication No. 10-2023-0013301 (hereinafter, "
선행문헌1과 선행문헌2는 사람의 수면 단계를 예측하거나 수면 질환을 구분하는데는 유용할 수 있으나, 잠을 잔 결과에 대한 분석만을 제공한다. 즉, 개인의 수면 평가를 보다 맞춤형으로 정확하게 수행하고 이를 직관적으로 확인하는데는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 개인화된 수면 단계 변화 패턴에 따라 개인의 수면 평가를 보다 맞춤형으로 정확하게 수행할 수 있는 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems, and provides a sleep evaluation method and a sleep evaluation device using sleep stage change patterns, which can perform an individual's sleep evaluation more accurately and in a more customized manner according to a personalized sleep stage change pattern.
또한, 본 발명은 사용자의 수면 데이터를 군집화하여 히든 마르코프 모델을 적용하여 학습시킨 맞춤형 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 이용하여 수면 단계 변화별로 수면 질을 정확히 평가할 수 있는 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device capable of accurately evaluating sleep quality according to changes in sleep stages by using a customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) learned by clustering the user's sleep data and applying a hidden Markov model.
또한, 본 발명은 맞춤형 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)과 수면 평가받고자 하는 데일리 수면 곡선(Daily Hypnogram)에 대한 비교를 시각화하여 한눈에 직관적으로 파악할 수 있도록 제공하는 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device that provide a visual comparison between a customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) and a daily sleep curve (Daily Hypnogram) for sleep evaluation so that the comparison can be intuitively understood at a glance.
또한, 본 발명은 사용자가 자신의 수면 평가를 기간별로 확인하거나 또는 선택된 조건의 다른 그룹과 비교한 결과를 동시에 확인할 수 있도록 한 수면 평가 방법 및 수면 평가 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention aims to provide a sleep evaluation method and a sleep evaluation device that enable a user to check his or her own sleep evaluation by period or simultaneously check the results compared with other groups under selected conditions.
본 발명에서는, 측정된 수면 데이트 중 수면 평가가 좋은 수면 데이터를 군집화하여, 이를 기반으로 수면 단계 변화를 비교할 표준이 되는 '개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)'을 생성할 수 있다. 또, 이와 같이 생성된 스탠다드 수면 곡선과 측정된 데일리 수면 곡선간의 수면 패턴 일치정도와 대응되는 슬립 인덱스를 사용자가 한눈에 확인할 수 있도록 시각화하여 제공한다.In the present invention, sleep data with good sleep evaluation among measured sleep dates are clustered, and a 'personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram)' can be generated as a standard for comparing changes in sleep stages based on the clustered sleep data. In addition, the sleep index corresponding to the degree of sleep pattern consistency between the standard sleep curve generated in this way and the measured daily sleep curve is provided in a visualized form so that the user can check it at a glance.
구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 방법은 상기와 같은 단계를 포함하여 수행된다. 상기 방법은, 수면 케어 장치를 통해 측정된 수면 데이터를 입력받아 수면 평가를 누적적으로 저장하는 단계와 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터를 기반으로 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도를 산출하는 단계; 산출된 수면 패턴 유사도 및 이에 대응되는 슬립 인덱스를 시각적으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, a sleep evaluation method using a sleep stage change pattern according to an embodiment of the present invention is performed including the steps described above. The method may include a step of receiving sleep data measured through a sleep care device and accumulatively storing sleep evaluations, and a step of generating a personalized standard sleep curve based on sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold. In addition, the method may include a step of calculating sleep pattern similarity between a daily sleep curve for measured sleep data and the personalized standard sleep curve; and a step of visually providing the calculated sleep pattern similarity and a sleep index corresponding thereto.
실시 예에서, 상기 슬립 인덱스는, 상기 수면 패턴 유사도의 산출 결과에 대응되는 수면 질 지수(sleep quality index)이고, 상기 수면 질 지수는 상기 수면 패턴 유사도에 비례하는 크기 값으로 결정될 수 있다 .In an embodiment, the sleep index is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the sleep quality index can be determined as a size value proportional to the sleep pattern similarity.
실시 예에서, 상기 시각적으로 제공하는 단계는, 상기 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 각 슬립 웨이브와 상기 슬립 인덱스를 한 화면에 동시에 표시하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the visually providing step may include a step of simultaneously displaying on one screen each sleep wave and the sleep index corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve for the measured sleep data.
실시 예에서, 상기 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선이 복수인 경우, 상기 시각적으로 제공하는 단계는, 상기 복수의 데일리 수면 곡선을 모두 표시하는 단계; 상기 복수의 데일리 수면 곡선 중 선택된 데일리 수면 곡선에 대응되는 슬립 웨이브를 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 슬립 웨이브에 중첩하여 표시하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, if there are multiple daily sleep curves for the measured sleep data, the step of visually providing may include the step of displaying all of the multiple daily sleep curves; and the step of displaying a sleep wave corresponding to a daily sleep curve selected from the multiple daily sleep curves by overlapping it with a sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve.
실시 예에서, 상기 시각적으로 제공하는 단계는, 상기 복수의 데일리 수면 곡선 중 기설정된 조건을 만족하는 데일리 수면 곡선에 대한 슬립 인덱스를 표시하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the visually providing step may include a step of displaying a sleep index for a daily sleep curve that satisfies a preset condition among the plurality of daily sleep curves.
실시 예에서, 상기 기설정된 조건을 만족하는 데일리 수면 곡선에 대한 슬립 인덱스를 상기 선택된 데일리 수면 곡선에 대한 슬립 인덱스로 변경하여 표시하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the method may include a step of changing a sleep index for a daily sleep curve satisfying the preset condition to a sleep index for the selected daily sleep curve and displaying the change.
실시 예에서, 상기 수면 평가를 누적적으로 저장하는 단계는, 수면 케어 장치를 통해 측정된 수면 데이터를 기초로 데일리 수면 곡선을 생성하는 제1과정; 생성된 데일리 수면 곡선에 대한 수면 평가를 수행하는 제2과정; 생성된 데일리 수면 곡선에 대응되는 수면 데이터 및 수면 평가를 저장하는 제3과정; 일정 기간 동안 상기 제1 내지 제3과정을 반복하는 제4과정을 포함할 수 있다. In an embodiment, the step of cumulatively storing the sleep evaluation may include a first process of generating a daily sleep curve based on sleep data measured through a sleep care device; a second process of performing a sleep evaluation on the generated daily sleep curve; a third process of storing sleep data and the sleep evaluation corresponding to the generated daily sleep curve; and a fourth process of repeating the first to third processes for a certain period of time.
실시 예에서, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 단계는, 상기 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대해 수면패턴 분석 확률 모델을 적용하여 생성하는 단계일 수 있다. In an embodiment, the step of generating the personalized standard sleep curve may be a step of generating the personalized standard sleep curve by applying a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to a preset threshold.
실시 예에서, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 단계는, 상기 수면 패턴 분석 확률 모델로, 복수의 수면 단계를 상태(state)로 정의한 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))을 적용하여 상기 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대한 학습을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the step of generating the personalized standard sleep curve may include a step of performing learning on sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the threshold by applying a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states as the sleep pattern analysis probability model.
실시 예에서, 상기 수면 패턴 유사도를 산출하는 단계는, DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 사용하여 산출하는 단계일 수 있다. In an embodiment, the step of calculating the sleep pattern similarity may be a step of calculating it using a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm.
실시 예에서, 상기 수면 패턴 유사도를 산출하는 단계는, 상기 수면 패턴 분석 확률 모델에 포함된 상태(state) 간의 유사도 확률을 고려한 피셔-라오 거리 산출 및 지니 계수 산출을 통해 수행되는 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘을 사용하여 산출하는 단계일 수 있다. In an embodiment, the step of calculating the sleep pattern similarity may be a step of calculating using a structure-based similarity calculation algorithm that is performed by calculating the Fisher-Lao distance and the Gini coefficient considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model.
실시 예에서, 상기 시각적으로 제공하는 단계는, 상기 산출된 수면 패턴 유사도 및 이에 대응되는 슬립 인덱스를 일별, 주별, 월별 중 하나로 표시하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of visually providing may include the step of providing a user interface for displaying the calculated sleep pattern similarity and the corresponding sleep index on a daily, weekly, or monthly basis.
실시 예에서, 상기 방법은, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 단계 전 수면 분석 요청을 수신하는 단계; 상기 수면 분석 요청에 응답하여, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선이 생성되지 않음을 결정하는 단계; 및 상기 결정에 응답하여 상기 슬립 인덱스를 제공하기 위한 수면 데이터의 수집중임을 나타내는 시각정보를 표시하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the method may include the steps of: receiving a sleep analysis request prior to the step of generating the personalized standard sleep curve; determining, in response to the sleep analysis request, that the personalized standard sleep curve is not to be generated; and displaying visual information indicating that sleep data is being collected to provide the sleep index in response to the determination.
실시 예에서, 상기 시각적으로 제공하는 단계는, 상기 슬립 인덱스 및 관련된 하나 이상의 수면 평가 요소를 선택된 필터 항목에 대응되는 제1그룹의 슬립 인덱스와 비교하여 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the step of visually providing may further include the step of providing a comparison of the sleep index and one or more related sleep assessment factors with a first group of sleep indices corresponding to selected filter items.
실시 예에서, 상기 방법은, 상기 비교하여 제공하는 단계에서, 상기 필터 항목을 변경하는 입력을 수신하는 단계; 상기 입력에 따라 변경된 필터 항목을 기초로 상기 슬립 인덱스를 업데이트하는 단계; 및 상기 업데이트된 슬립 인덱스 및 이와 관련된 하나 이상의 수면 평가 요소를 상기 입력에 따라 변경된 필터 항목에 대응되는 제2그룹의 슬립 인덱스와 비교하여 제공하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the method may include, in the step of providing the comparison, a step of receiving an input for changing the filter item; a step of updating the sleep index based on the filter item changed according to the input; and a step of comparing the updated sleep index and one or more sleep assessment factors related thereto with a sleep index of a second group corresponding to the filter item changed according to the input.
또한, 본 발명의 실시 예에 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 장치는, 수면 케어 장치를 통해 측정된 사용자의 수면 데이터를 입력받는 통신부; 저장 장치에 상기 측정된 수면 데이터에 대한 수면 평가를 누적하여 저장하고, 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터를 기반으로 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 데이터 처리부; 및 디스플레이부를 포함할 수 있다. 여기에서,상기 데이터 처리부는, 상기 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도를 산출하고, 상기 산출된 수면 패턴 유사도 및 이에 대응되는 슬립 인덱스를 상기 디스플레이부에 시각적으로 표시하도록 제어할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, a sleep evaluation device using a sleep stage change pattern may include a communication unit which receives sleep data of a user measured through a sleep care device; a data processing unit which accumulates and stores sleep evaluations for the measured sleep data in a storage device and generates a personalized standard sleep curve based on sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold; and a display unit. Here, the data processing unit may calculate a sleep pattern similarity between a daily sleep curve for the measured sleep data and the generated personalized standard sleep curve, and control the display unit to visually display the calculated sleep pattern similarity and a sleep index corresponding thereto.
실시 예에서, 상기 슬립 인덱스는, 상기 수면 패턴 유사도의 산출 결과에 대응되는 수면 질 지수(sleep quality index)이고, 상기 수면 질 지수는 상기 수면 패턴 유사도에 비례하는 크기 값으로 결정될 수 있다. In an embodiment, the sleep index is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the sleep quality index can be determined as a size value proportional to the sleep pattern similarity.
실시 예에서, 상기 디스플레이부는, 상기 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 각 슬립 웨이브와 상기 슬립 인덱스를 한 화면에 동시에 디스플레이할 수 있다. In an embodiment, the display unit can simultaneously display each sleep wave and the sleep index corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve for the measured sleep data on one screen.
실시 예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대해 수면패턴 분석 확률 모델을 적용하여 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성할 수 있다. In an embodiment, the data processing unit may apply a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the preset threshold value to generate the personalized standard sleep curve.
실시 예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 수면 패턴 분석 확률 모델로, 복수의 수면 단계를 상태(state)로 정의한 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))을 적용하여 상기 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대한 학습을 수행할 수 있다. In an embodiment, the data processing unit may perform learning on sleep data having a sleep evaluation greater than or equal to the threshold by applying a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states as the sleep pattern analysis probability model.
본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the following effects can be achieved.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 수면 데이터 중 수면의 질이 좋게 평가된 수면 데이터를 군집화하고 이를 기반으로 맞춤형의 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 비교 표준으로 활용함으로써, 사용자의 수면 평가를 군집화된 맞춤형 수면 단계 변화별로 수행하여 보다 정확도 높게 수면의 질을 평가할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by clustering sleep data evaluated as having good sleep quality among the user's sleep data and utilizing a customized and personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) as a comparison standard based on the clustered sleep data, the user's sleep evaluation is performed for each clustered customized sleep stage change, thereby enabling a more accurate evaluation of sleep quality.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 맞춤형 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)과 비교하려는 데일리 수면 곡선(Daily Hypnogram)에 대한 수면 단계 변화별 비교를 한 눈에 직관적으로 파악할 수 있다. In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to intuitively understand at a glance the change in sleep stages for the daily sleep curve (Daily Hypnogram) to be compared with the customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 자신의 수면 평가를 원하는 기간별로 용이하게 확인할 수 있고, 선택된 조건의 다른 그룹과 비교한 결과를 동시에 확인할 수 있다. In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, a user can easily check his/her own sleep evaluation for a desired period of time and simultaneously check the results compared to other groups under selected conditions.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치, 이와 연동하여 동작하는 디바이스들을 도시한 도면이다. FIG. 1 is a drawing illustrating a sleep care device according to an embodiment of the present invention and devices operating in conjunction therewith.
도 2는 도 1의 수면 케어 장치와 단말기의 세부구성을 도시하는 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the sleep care device and terminal of Figure 1.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치의 정면 사시도와 배면 사시도이다.FIGS. 3 and 4 are a front perspective view and a back perspective view of a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 3의 수면 케어 장치가 사용자 귀에 착용된 상태를 나타낸 것이다. Figure 5 illustrates the sleep care device of Figure 3 being worn on the user's ear.
도 6a는 도 3의 수면 케어 장치의 분해 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 기판에 실장되거나 전기적으로 연결된 수면 케어 장치의 구성요소(Hardware)를 나타낸 것이다.FIG. 6a is an exploded perspective view of the sleep care device of FIG. 3, and FIG. 6b illustrates components (hardware) of the sleep care device mounted on or electrically connected to the substrate of FIG. 6a.
도 7 내지 도 9는 도 3의 수면 케어 장치의 이어훅의 평면도, 저면도, 및 도 8의 A의 확대를 나타낸 것이다. Figures 7 to 9 illustrate a plan view, a bottom view, and an enlarged view of A of Figure 8 of the ear hook of the sleep care device of Figure 3.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치를 이용한 수면 평가 방법의 프로세스를 도시한 도면이다. FIG. 10 is a drawing illustrating a process of a sleep evaluation method using a sleep care device according to an embodiment of the present invention.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라, 사용자의 수면 단계 변화별로 수면 패턴의 유사도 및 대응되는 슬립 인덱스를 시각적으로 표시한 예시 화면들이다. FIGS. 11A and 11B are example screens visually displaying the similarity of sleep patterns and the corresponding sleep index according to changes in the user's sleep stages, according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라, 스탠다드 수면 곡선을 생성하기 위한 데이터 수집 방법과 관련된 예시 화면이다. FIG. 12 is an example screen related to a data collection method for generating a standard sleep curve according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명이 실시 예에 따라, 슬립 인덱스를 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시 흐름도이다. FIG. 13 is an exemplary flowchart illustrating a method for calculating a slip index according to an embodiment of the present invention.
도 14a는 사람의 수면 주기를 나타낸 것이고, 도 14b는 수면 케어 장치에 의해 측정된 사람의 뇌파를 나타낸 예시이다.Figure 14a shows a human sleep cycle, and Figure 14b is an example showing a human brain wave measured by a sleep care device.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따라, 스탠다드 수면 곡선의 생성을 위한 머신 러닝 모델로 히든 마르코프 모델을 도시한 것이고, 도 16은 도 15의 모델을 사용하여 학습된 스탠다드 수면 곡선을 시각화한 예시이다. FIG. 15 illustrates a hidden Markov model as a machine learning model for generating a standard sleep curve according to an embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an example visualizing a standard sleep curve learned using the model of FIG. 15.
도 17a는 본 발명이 실시 예에 따라, 사용자의 슬립 인덱스의 기록을 비교하기 위한 예시 화면이고, 도 17b는 개인화된 스탠다드 수면 곡선의 생성 전 슬립 인덱스 요청시 표시되는 예시 화면이다. FIG. 17a is an example screen for comparing records of a user's sleep index according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17b is an example screen displayed when requesting a sleep index before generating a personalized standard sleep curve.
도 18a 및 도 18b는 본 발명이 실시 예에 따라, 필터링 조건에 대응되는 그룹의 슬립 인덱스와 사용자의 슬립 인덱스를 비교한 결과를 시각적으로 제공하는 예시 화면들이다. FIGS. 18a and 18b are example screens that visually provide the results of comparing the sleep index of a group corresponding to a filtering condition and the sleep index of a user according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the attached drawings. Regardless of the drawing symbols, identical or similar components will be given the same reference numerals and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" used for components in the following description are assigned or used interchangeably only for the convenience of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. In addition, when describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a specific description of a related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical ideas disclosed in this specification are not limited by the attached drawings, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
이하, 본 개시에 따른 수면 유도 장치 및 그것의 동작방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 본 개시에 따른 수면 유도 장치는 사용자의 신체의 일부에 착용가능하도록 형성되며, 결합 및 분리가 가능한 구조로 이루어진 센서를 포함하여 구성된다. Hereinafter, a sleep induction device according to the present disclosure and an operating method thereof will be specifically described. The sleep induction device according to the present disclosure is configured to be wearable on a part of a user's body and includes a sensor having a structure that can be coupled and separated.
본 명세서에 개시된 '수면 케어 장치'는 사용자의 신체의 일부에 착용가능한 구조로 형성되며, 사용자가 수면 상태에 있는 동안 사용자의 생체 신호를 센싱하고, 적어도 하나 이상의 외부기기와 접속하여 무선통신(또는, 데이터통신)을 수행할 수 있다. The 'sleep care device' disclosed in this specification is formed as a wearable structure on a part of the user's body, and can sense the user's biosignals while the user is in a sleeping state and perform wireless communication (or data communication) by connecting to at least one external device.
본 명세서에 개시된 '단말기', '디바이스', '외부기기'는 '수면 케어 장치'와 통신가능하도록 연결되며, 수면 케어 장치를 통해 측정된 사용자의 수면 데이터를 수신하고, 수면 평가 결과를 화면에 디스플레이할 수 있다. The 'terminal', 'device', and 'external device' disclosed in this specification are connected to a 'sleep care device' so as to be able to communicate with it, receive the user's sleep data measured through the sleep care device, and display the sleep evaluation results on the screen.
본 발명에 개시된 '수면 평가 장치'는 '수면 케어 장치'와 다이렉트 또는 인다이렉트로 연결되어, 수면 케어 장치를 통해 측정된 사용자의 수면 데이터를 입력받아 수면 평가하고, 누적하여 개인화된 스탠다드 수면 곡선(good sleep hypnogram)을 생성하고, 측정된 수면 데이터에 대응되는 데일리 곡선과 수면 단계별로 수면 패턴의 유사도를 산출하여, 대응되는 슬립 인덱스(sleep index)를 제공할 수 있다. The 'sleep evaluation device' disclosed in the present invention is directly or indirectly connected to a 'sleep care device', receives sleep data of a user measured through the sleep care device, evaluates sleep, accumulates the data to create a personalized standard sleep curve (good sleep hypnogram), and calculates the similarity of sleep patterns by sleep stage and daily curve corresponding to the measured sleep data to provide a corresponding sleep index.
또한, 상기 '수면 평가 장치'에서 실행되는 동작은 전술한 '단말기' '디바이스', 또는 '외부기기'에서 특정 애플리케이션을 실행하여 외부 서버/클라우드/장치/시스템에 접속하여 수행될 수도 있다. 이러한 경우, 전술한 '수면 평가 장치'에서 실행되는 동작은 '단말기' '디바이스', 또는 '외부기기'에서와 이에 의한 애플리케이션의 실행을 통해 동일 또는 유사하게 구현될 수 있으며, 이는 후술되는 명세서 전반에 동일하게 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다. In addition, the operation executed in the above-described 'sleep evaluation device' may also be performed by executing a specific application in the above-described 'terminal', 'device', or 'external device' and connecting to an external server/cloud/device/system. In this case, the operation executed in the above-described 'sleep evaluation device' may be implemented identically or similarly through the execution of an application in the 'terminal', 'device', or 'external device' and thereby, and it is to be noted in advance that this may be equally applied throughout the specification described below.
기존에는, 수면의 질을 평가하는데 있어서, 사용자가 수면을 취한 총 시간, 수면 단계별 합산 시간 등의 시간값들을 주로 고려하여 수면 스코어를 산출하였다. Previously, when evaluating sleep quality, sleep scores were calculated mainly by considering time values such as the total time the user slept and the sum of the time for each sleep stage.
그러나, 본 발명에서는 사용자의 수면의 질을 평가하는데 있어서, 학습시킨 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)의 수면 단계 변화별로 수면의 질을 보다 정확하게 평가할 수 있도록 구현하였다.However, in the present invention, in evaluating the quality of sleep of a user, the quality of sleep is implemented so that it can be evaluated more accurately according to the change in sleep stage of a learned personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치(100), 이와 연동하여 동작하는 디바이스들, 예를 들어 단말기(200) 및 수면 평가 장치(300)를 도시한다.FIG. 1 illustrates a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention, devices operating in conjunction therewith, such as a terminal (200) and a sleep evaluation device (300).
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치(100)는 사용자의 신체 일부에 장착되어, 수면중인 사용자의 생체 신호, 예를 들어 뇌파 신호 등의 수면 데이터를 측정한다. Referring to FIG. 1, a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention is mounted on a part of a user's body and measures sleep data such as biosignals of the user while sleeping, for example, brain wave signals.
측정된 수면 데이터는 단말기(200)로 전달되고, 측정이 완료되면, 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)를 생성하고 수면 평가를 수행한다. The measured sleep data is transmitted to the terminal (200), and when the measurement is completed, a daily sleep curve (daily hypnogram) for the measured sleep data is created and a sleep evaluation is performed.
상기 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)은 측정된 수면 데이터를 기초로 수면 단계별 변화(예, 각성(wake), REM, Non-REM 1/2/3/4 단계)를 지수/그래프 형태로 나타낸 것이다. 또한, 상기 수면 평가는 측정된 수면 데이터에 대한 수면 질(sleep quaily)을 수치화한 것으로, 수면 데이터의 측정이 완료된 후에 수행된다. 상기 수면 평가는 예를 들어, 스코어1~스코어5 범위 내의 값 중 하나로 결정될 수 있다. The above daily hypnogram is an index/graph representation of sleep stage-specific changes (e.g., wake, REM,
수면 평가 장치(300)는 네트워크(50)를 통해 단말기(200) (및/또는 수면 케어 장치(100))와 통신하여, 측정된 수면 데이터, 그에 대응되는 수면 평가를 입력받는다. 수면 평가 장치(300)는 입력받은 측정된 수면 데이터 및 수면 평가를 저장 장치(350)에 누적적으로 저장할 수 있다. The sleep evaluation device (300) communicates with the terminal (200) (and/or the sleep care device (100)) via the network (50) to receive measured sleep data and a corresponding sleep evaluation. The sleep evaluation device (300) can cumulatively store the received measured sleep data and sleep evaluation in a storage device (350).
저장 장치(350)는 수면 데이터를 저장하기 위한 EMR(Electronic Medical Record) 장치일 수 있다. 또, 저장 장치(350)는 수면 평가 장치(300)에 의해 생성되는 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 생성하기 위한 머신 러닝 모델, 즉 수면 패턴 분석 확률 모델을 저장할 수 있다. The storage device (350) may be an EMR (Electronic Medical Record) device for storing sleep data. In addition, the storage device (350) may store a machine learning model, i.e., a sleep pattern analysis probability model, for generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) generated by the sleep evaluation device (300).
수면 평가 장치(300)는 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 생성하고, 상기 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과의 유사도를 산출하고, 산출 결과에 대응되는 슬립 인덱스를 출력하는 프로세스를 수행하기 위한 외부 디바이스(예, 외부 장치/서버/클라우드/시스템)나 애플리케이션(310)을 포함하여 구현될 수 있다. The sleep evaluation device (300) may be implemented by including an external device (e.g., external device/server/cloud/system) or application (310) to perform a process of generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram), calculating the similarity with the daily sleep curve (daily hypnogram), and outputting a sleep index corresponding to the calculated result.
이러한 경우, 외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 저장 장치(350)와 연동하여 동작할 수 있다. 외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 데이터 입력장치(311)를 통해 측정된 수면 데이터 및 수면 평가를 입력받을 수 있다. 외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 데이터 분석 장치(312)를 통해 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대해 수면 패턴 분석 확률 모델을 적용하여 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성할 수 있다. In this case, the external device or application (310) can operate in conjunction with the storage device (350). The external device or application (310) can receive measured sleep data and sleep evaluation through the data input device (311). The external device or application (310) can apply a sleep pattern analysis probability model to sleep data having a sleep evaluation higher than a preset threshold through the data analysis device (312) to generate a personalized standard sleep curve.
여기서, 미리설정된 임계치 이상의 수면 평가가 필요한 이유는, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 생성하기 위해 그에 대응되는 수면 질이 높다고 평가된 군집화된 수면 데이터가 필요하기 때문이다. 미리설정된 임계치는, 예를 들어 수면 평가의 범위가 스코어1~스코어5 인 경우에, 스코어4 또는 스코어5 값일 수 있다. Here, the reason why a sleep evaluation above a preset threshold is required is because clustered sleep data evaluated as having high sleep quality are required to generate a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram). The preset threshold can be, for example, a
또한, 외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 데이터 분석 장치(312)를 통해 상기 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선과 상기 데일리 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도를 산출할 수 있고, 산출된 수면 패턴 유사도에 대응되는 슬립 인덱스(sleep)를 제공할 수 있다. 이때, 상기 슬립 인덱스(sleep)는 수면 패턴 유사도의 산출 결과에 대응되는 수면 질 지수(sleep quality index)로서, 상기 수면 패턴 유사정도에 비례하여 상기 수면 질 지수의 크기가 결정된다.In addition, an external device or application (310) can calculate a sleep pattern similarity between the generated personalized standard sleep curve and the daily sleep curve through a data analysis device (312), and provide a sleep index (sleep) corresponding to the calculated sleep pattern similarity. At this time, the sleep index (sleep) is a sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity, and the size of the sleep quality index is determined in proportion to the degree of sleep pattern similarity.
외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 데이터 저장 장치(313)로부터 수면 패턴 분석 확률 모델, 수면 패턴 유사도 산출을 위한 알고리즘을 호출할 수 있고, 데이터 저장 장치(313)에 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)에 관한 데이터를 저장할 수 있다. An external device or application (310) can call a sleep pattern analysis probability model and an algorithm for calculating sleep pattern similarity from a data storage device (313), and store data on a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) in the data storage device (313).
외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 데이터 출력 장치(314)를 통해 상기 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선과 상기 데일리 수면 곡선 각각의 슬립 웨이브 및 수면 패턴 유사도에 대응되는 슬립 인덱스(sleep index)를 동시에 표시할 수 있다. 또는, 외부 디바이스 또는 애플리케이션(310)은 상기 각각의 슬립 웨이브 및 슬립 인덱스의 시각화가 단말기(200)의 디스플레이부를 통해 수행될 수 있도록 네트워크(50)를 통해 관련 데이터/정보를 전송해줄 수 있다. An external device or application (310) can simultaneously display the generated personalized standard sleep curve and the sleep index corresponding to the sleep wave and sleep pattern similarity of each of the daily sleep curves through the data output device (314). Alternatively, the external device or application (310) can transmit related data/information through the network (50) so that visualization of each sleep wave and sleep index can be performed through the display unit of the terminal (200).
한편, 전술한 바와 같이, 수면 평가 장치(300)에서 실행되는 동작, 다시 말해 외부 디바이스(예, 외부 장치/서버/클라우드/시스템)나 애플리케이션(310)에서 구현되는 동작은 단말기(200)에 설치된 특정 애플리케이션을 통해 실행될 수도 있다. Meanwhile, as described above, the operation executed in the sleep evaluation device (300), that is, the operation implemented in an external device (e.g., external device/server/cloud/system) or application (310), may also be executed through a specific application installed in the terminal (200).
도 1에 직접 도시되지 않았지만, 수면 평가 장치(300)는 수면 케어 장치(100) 및/또는 단말기(200)와 다이렉트 또는 인다이렉트로 통신하기 위한 통신부, 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하고, 수면 패턴 유사도를 산출하고, 대응되는 슬립 인덱스를 생성하는 일련의 프로세스를 수행하는 데이터 처리부(또는, 제어부/프로세서), 산출된 수면 패턴 유사도 및 이에 대응되는 슬립 인덱스를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이부(예, 터치스크린)를 포함하여 구현될 수 있다. Although not directly illustrated in FIG. 1, the sleep evaluation device (300) may be implemented to include a communication unit for communicating directly or indirectly with the sleep care device (100) and/or the terminal (200), a data processing unit (or a control unit/processor) for performing a series of processes for generating a personalized standard sleep curve, calculating a sleep pattern similarity, and generating a corresponding sleep index, and a display unit (e.g., a touch screen) for visually displaying the calculated sleep pattern similarity and the corresponding sleep index.
이러한 경우, 상기 수면 평가 장치(300)는 단말기(200)에 의해 수행되는 동작을 포함하여 수행할 수 있다. 또, 이러한 경우, 상기 수면 평가 장치(300)의 디스플레이부는, 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 각 슬립 웨이브와 슬립 인덱스를 한 화면에 동시에 디스플레이할 수 있다. 또, 이러한 경우, 상기 수면 평가 장치(300)의 데이터 처리부는, 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터에 대해, 복수의 수면 단계를 상태(state)로 정의한 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))을 적용하여 학습시킴으로써, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성할 수 있다. In this case, the sleep evaluation device (300) can perform operations including those performed by the terminal (200). In addition, in this case, the display unit of the sleep evaluation device (300) can simultaneously display, on one screen, each sleep wave and sleep index corresponding to the daily sleep curve for the measured sleep data and the personalized standard sleep curve. In addition, in this case, the data processing unit of the sleep evaluation device (300) can generate the personalized standard sleep curve by applying and learning a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states for sleep data having a sleep evaluation higher than a threshold value.
도 2는 도 1의 수면 케어 장치(100) 및 이와 연동하는 외부기기(200), 예를 들어 단말기의 세부구성을 도시하는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the sleep care device (100) of FIG. 1 and an external device (200) linked thereto, such as a terminal.
이하, 도 2는 본 개시에 따른 수면 케어 장치(100) 및 이와 통신하는 외부기기(200)의 각 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2에 도시된 수면 케어 장치(100) 및 외부기기(200)는 도시된 구성 중 일부만을 포함하거나 다른 구성을 추가로 더 포함할 수 있다. Below, FIG. 2 is a block diagram for explaining each configuration of a sleep care device (100) according to the present disclosure and an external device (200) communicating therewith. The sleep care device (100) and the external device (200) illustrated in FIG. 2 may include only some of the illustrated configurations or may additionally include other configurations.
수면 케어 장치(100)는 통신부(101), 신호처리부(102), 메모리부(103), 센싱부(104), 출력부(105), 전원공급부(109), 및 제어부(108)를 포함하여 이루어질 수 있다. 통신부(101) 또는 통신모듈은, WiFi, LiFi 등과 같은 무선 통신 네트워트 또는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등과 같은 근거리 통신 네트워크를 사용하여, 외부기기(200)와 통신할 수 있다.The sleep care device (100) may include a communication unit (101), a signal processing unit (102), a memory unit (103), a sensing unit (104), an output unit (105), a power supply unit (109), and a control unit (108). The communication unit (101) or the communication module may communicate with an external device (200) using a wireless communication network such as WiFi, LiFi, etc., or a short-range communication network such as Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (IrDA, infrared Data Association), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, etc.
신호처리부(102)는 센싱부(104)에 의해 획득된 신호들을 분석을 위해 전처리(예, 노이즈 제거, 옵셋 보정, RMS/PSD 등의 산출 등) 및 가공하여, 통신부(101) 및/또는 메모리부(103)에 제공할 수 있다. The signal processing unit (102) can preprocess (e.g., noise removal, offset correction, calculation of RMS/PSD, etc.) and process the signals acquired by the sensing unit (104) for analysis, and provide them to the communication unit (101) and/or the memory unit (103).
센싱부(104)는 수면 관련 신호를 획득하기 위한 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 센싱부(104)는 수면 케어 장치(100) 본체에 탈착가능하도록 결합되고, 사용자의 신체의 일부에 접촉하여 수면 관련 신호를 획득하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센싱부(104)는 수면 케어 장치(100)의 동작과 관련된 입력을 인식하기 위한 터치센서, 압력센서 등을 더 포함할 수 있다.The sensing unit (104) may include a plurality of sensors for obtaining a sleep-related signal. Specifically, the sensing unit (104) may be detachably coupled to the main body of the sleep care device (100) and may include one or more sensors that contact a part of the user's body to obtain a sleep-related signal. In addition, the sensing unit (104) may further include a touch sensor, a pressure sensor, etc. for recognizing an input related to the operation of the sleep care device (100).
상기 하나 이상의 센서는, 예를 들어 EEG 센서, PPG 센서, EDA 센서, ECG 센서, EMG 센서 등과 같이 생체신호를 획득하는 센서와, 가속도센서, 자이로 센서, 동작센서 등의 사용자 움직임과 관련된 신호를 획득하기 위한 센서, 및/또는 조도센서, 온도센서, 습도센서, 소음측정센서 등과 같이 수면 공간의 환경과 관련된 신호를 획득하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 사용자의 생체신호(예, 뇌파 신호)를 획득하기 위한 센서는, 복수의 전극센서(적어도 2개 이상의 전극센서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 생체신호를 획득하기 위한 센서가 3개의 전극센서를 포함하는 경우, 각각은 EEG 신호를 측정하는 측정전극(SIG), 기준전극(REF), 접지전극(GND)일 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 복수의 전극센서 중 적어도 하나는 사용자의 인이어(in-ear)에 접촉하도록 배치될 수 있다. The one or more sensors may include, for example, sensors for obtaining bio-signals, such as an EEG sensor, a PPG sensor, an EDA sensor, an ECG sensor, an EMG sensor, and the like; sensors for obtaining signals related to user movement, such as an acceleration sensor, a gyro sensor, and a motion sensor; and/or sensors for obtaining signals related to the environment of a sleeping space, such as a light sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and a noise measurement sensor. In one embodiment, the sensor for obtaining the user's bio-signals (e.g., brain wave signals) may include a plurality of electrode sensors (at least two or more electrode sensors). For example, when the sensor for obtaining the user's bio-signals includes three electrode sensors, each of them may be a measurement electrode (SIG), a reference electrode (REF), and a ground electrode (GND) for measuring EEG signals. In one embodiment, at least one of the plurality of electrode sensors may be placed to contact the user's in-ear.
또한, 상기 복수의 전극센서 중 일부, 예를 들어 측정전극(SIG)과 기준전극(REF)은 강한 신호 세기(Voltage(RMS))를 획득하기 위해 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 측정전극(SIG)은 인이어(in-ear)에 접촉하고, 기준전극(REF)은 사용자의 귀 뒤쪽에 접촉하도록 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이격거리를 더 확보하기 위해, 측정전극(SIG)은 왼쪽(오른쪽) 귀의 인이어(in-ear)에 접촉하고, 기준전극(REF)과 접지전극(GND)은 오른쪽(왼쪽) 귀에 접촉하도록 구현될 수 있다. In addition, some of the plurality of electrode sensors, for example, the measuring electrode (SIG) and the reference electrode (REF), may be positioned to be spaced apart from each other in order to obtain a strong signal strength (Voltage (RMS)). For example, the measuring electrode (SIG) may be positioned to contact the in-ear, and the reference electrode (REF) may be positioned to contact the back of the user's ear. More preferably, in order to secure a further separation distance, the measuring electrode (SIG) may be implemented to contact the in-ear of the left (right) ear, and the reference electrode (REF) and the ground electrode (GND) may be implemented to contact the right (left) ear.
메모리부(103)는 센싱부(104)를 통해 획득된 수면 관련 신호, 예를 들어 EEG 신호, 움직임 신호 등을 저장할 수 있다. 메모리부(103)는 수면 관련 신호의 저장시, 해당 신호의 수신 시간 및 최근 수면 상태(또는, 수면 단계) 등의 메타데이터를 함께 저장할 수 있다. 또한, 상기 메모리부(103)는 사용자의 수면 패턴(예, 입면까지 소요시간, 렘(REM) 진입시점 등) 및 합성음원의 출력패턴을 저장할 수 있다. 또한, 상기 메모리부(103)는 알림 시간 및 이에 관한 정보를 저장할 수 있다. The memory unit (103) can store sleep-related signals acquired through the sensing unit (104), such as EEG signals, movement signals, etc. When storing sleep-related signals, the memory unit (103) can store metadata such as the reception time of the corresponding signal and the most recent sleep state (or sleep stage). In addition, the memory unit (103) can store the user's sleep pattern (e.g., time required to fall asleep, REM entry point, etc.) and the output pattern of the synthesized sound source. In addition, the memory unit (103) can store the notification time and information related thereto.
메모리부(103)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.The memory unit (103) may include at least one type of storage medium among a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, an SD or XD memory, etc.), a random access memory (RAM), a static random access memory (SRAM), a read-only memory (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a programmable read-only memory (PROM), a magnetic memory, a magnetic disk, and an optical disk.
출력부(105) 또는 출력모듈은 사용자의 수면유도를 위한 합성음원을 출력한다. 이를 위해, 상기 출력부(205)는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등을 포함할 수 있다. 상기 수면 케어 장치(100)가 사용자의 양 귀에 각각 장착되는 경우, 각 수면 케어 장치(100)의 각 출력부(105)는 서로 다른 주파수 대역을 갖는 합성음원을 출력할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 수면 케어 장치(100)가 사용자의 양 안에 접촉하는 안경형 디바이스로 구현되는 경우, 상기 출력부(105)는 시각정보를 출력할 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다. The output unit (105) or output module outputs a synthetic sound source for inducing the user to sleep. To this end, the output unit (205) may include a receiver, a speaker, a buzzer, etc. When the sleep care device (100) is respectively mounted on each of the user's ears, each output unit (105) of each sleep care device (100) may output a synthetic sound source having a different frequency band. In another embodiment, when the sleep care device (100) is implemented as a glasses-type device that comes into contact with the user's ears, the output unit (105) may include a display that can output visual information.
제어부(108)는 수면 케어 장치(100)의 동작 전반을 제어한다. 제어부(208)는, 센싱부(104)를 통해 획득된 수면 관련 신호를, 통신부(101)를 통해 외부기기(200)로 전송할 수 있고, 외부기기(200)로부터 수면 관련 신호의 분석에 따른 사용자의 수면 상태 정보를 수신할 수 있다. The control unit (108) controls the overall operation of the sleep care device (100). The control unit (208) can transmit a sleep-related signal obtained through the sensing unit (104) to an external device (200) through the communication unit (101), and can receive information on the user's sleep status based on analysis of the sleep-related signal from the external device (200).
전원공급부(109)는 수면 케어 장치(100)에 전원을 공급하며, 충전가능한 배터리모듈을 포함할 수 있다. The power supply unit (109) supplies power to the sleep care device (100) and may include a rechargeable battery module.
외부기기(200)는 수면 케어 장치(100)와 통신하며, 통신부(221), 센싱부(224), 디스플레이부(225), 및 데이터 처리부(228)를 포함할 수 있다. 외부기기(200)는 유선 및/또는 무선 통신이 가능한 임의의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 외부기기(200)는 스마트폰, 휴대폰, 컴퓨터, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC, 기타 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 외부기기(200)는, 수면 케어 장치(100)와 인터랙션하기 위해 기설정된 애플리케이션을 포함하거나 또는 기설정된 애플리케이션을 다운로드하도록 서버와 접속할 수 있다. The external device (200) communicates with the sleep care device (100) and may include a communication unit (221), a sensing unit (224), a display unit (225), and a data processing unit (228). The external device (200) may be any computing device capable of wired and/or wireless communication. For example, the external device (200) may include a smart phone, a mobile phone, a computer, a laptop, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a tablet PC, other wearable devices, etc. In addition, the external device (200) may include a preset application for interacting with the sleep care device (100) or may connect to a server to download a preset application.
외부기기(200)의 센싱부(224)는 수면 장소의 환경과 관련된 정보, 예를 들어 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 소음감지센서 등을 포함할 수 있다. 외부기기(200)의 데이터처리부(228)는 수면 케어 장치(100)로부터 획득된 수면 관련 신호를 분석하고, 분석 결과를 기초로 사용자의 수면 상태를 결정하고, 수면 상태에 관한 정보를 수면 케어 장치(100)로 전송할 수 있다. 외부기기(200)의 디스플레이부(225)는 수면 상태를 나타내는 화면정보를 시각적으로 디스플레이할 수 있으며, 사용자의 조회요청에 응답하여 수면 패턴의 이력정보를 디스플레이할 수 있다. The sensing unit (224) of the external device (200) may include information related to the environment of the sleeping place, such as a temperature sensor, a humidity sensor, a light sensor, a noise detection sensor, etc. The data processing unit (228) of the external device (200) may analyze a sleep-related signal obtained from the sleep care device (100), determine the user's sleep state based on the analysis result, and transmit information about the sleep state to the sleep care device (100). The display unit (225) of the external device (200) may visually display screen information indicating the sleep state, and may display sleep pattern history information in response to a user's inquiry request.
일 실시 예에서, 수면 케어 장치(100)가 사용자의 신체 일부에 착용되었음이 감지된 것에 응답하여, 수면 케어 장치(100)와 외부기기(200)가 통신하도록 연결될 수 있다. 이를 위해, 수면 케어 장치(100)가 외부기기(200)에 사전 등록되거나 또는 외부기기(200)가 수면 케어 장치(100)에 미리 등록될 수 있다. 대안적으로, 외부기기(200)에 설치된 기설정된 애플리케이션의 실행에 따라 수면 케어 장치(100)와 외부기기(200)가 연결될 수 있다. 또한, 일 실시 예에서, 수면 케어 장치(100)가 사용자의 신체에서 분리되었음이 감지된 것에 응답하여, 수면 케어 장치(100)와 외부기기(200)가 연결해제될 수 있다. In one embodiment, in response to detecting that the sleep care device (100) is worn on a part of the user's body, the sleep care device (100) and the external device (200) may be connected to communicate. To this end, the sleep care device (100) may be pre-registered with the external device (200), or the external device (200) may be pre-registered with the sleep care device (100). Alternatively, the sleep care device (100) and the external device (200) may be connected according to the execution of a preset application installed in the external device (200). Additionally, in one embodiment, in response to detecting that the sleep care device (100) is separated from the user's body, the sleep care device (100) and the external device (200) may be disconnected.
외부기기(200)는 도 1에서 설명한 바와 같이 네트워크(50)를 통해 수면 평가 장치(300)와 통신하여, 수면 케어 장치(100)로부터 획득된 수면 데이터를 전송해준다. 또한, 수면 평가 장치(300)에 의해 실행되는 본 발명의 실시 예에 따른 동작들은 외부기기(200)에 설치된 특정 애플리케이션의 실행에 따라, 외부기기(200)를 통해서도 수행될 수 있다. 이러한 경우, 측정 수면 데이터의 수집, 수면 평가, 개인화된 스탠다드 수면 곡선, 수면 패턴 유사도 산출, 대응되는 슬립 인덱스의 생성, 및 시각화 제공이 모두 외부기기(200)를 사용하여 수행될 수 있다. The external device (200) communicates with the sleep evaluation device (300) via the network (50) as described in FIG. 1 and transmits sleep data acquired from the sleep care device (100). In addition, operations according to the embodiment of the present invention executed by the sleep evaluation device (300) may also be performed via the external device (200) depending on the execution of a specific application installed in the external device (200). In this case, collection of measured sleep data, sleep evaluation, calculation of personalized standard sleep curves, sleep pattern similarity, generation of a corresponding sleep index, and provision of visualization may all be performed using the external device (200).
이하에서는, 도 3 내지 도 9를 참조하며 본 발명에서 사용되는 수면 케어 장치(100)에 대하 구체적으로 설명하겠다. 다만, 이하에 설명되는 수면 케어 장치(100)는 필요에 따라, 도시된 것보다 더 많은 구성을 포함하거나 또는 더 적은 구성을 포함하여 구현될 수 있다. Hereinafter, the sleep care device (100) used in the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 3 to 9. However, the sleep care device (100) described below may be implemented to include more or fewer components than those illustrated, as needed.
도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 상태의 예에 따른 수면 케어 장치(100)는 이어훅(10)(ear hook), 이어팁(20)(eartip) 및 하우징(30)(housing)을 포함한다.As shown in FIGS. 3 to 9, a sleep care device (100) according to an example of an embodiment of the present invention includes an ear hook (10), an ear tip (20), and a housing (30).
구체적으로, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치(100)의 정면 사시도와 배면 사시도이다. 도 5는 도 3의 수면 케어 장치(100)가 사용자 귀에 착용된 상태를 나타낸 것이다. 도 6a는 도 3의 수면 케어 장치(100)의 분해 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 기판에 실장되거나 전기적으로 연결된 수면 케어 장치(100)의 구성요소(Hardware)를 나타낸 것이다. 도 7 내지 도 9는 도 3의 수면 케어 장치(100)의 이어훅(10)의 평면도, 저면도, 및 도 8의 A의 확대를 나타낸 것이다. Specifically, FIGS. 3 and 4 are a front perspective view and a back perspective view of a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates a state in which the sleep care device (100) of FIG. 3 is worn on a user's ear. FIG. 6a is an exploded perspective view of the sleep care device (100) of FIG. 3, and FIG. 6b illustrates components (hardware) of the sleep care device (100) mounted on or electrically connected to the substrate of FIG. 6a. FIGS. 7 to 9 illustrate a plan view, a bottom view, and an enlarged view of A of FIG. 8 of an ear hook (10) of the sleep care device (100) of FIG. 3.
이어훅(10)은 본 발명의 수면 케어 장치(100)를 귀에 고정시키는 역할을 한다. 이어훅(10)으로 인하여, 본 발명의 수면 케어 장치(100)는 사용자의 귀로부터 쉽게 분리되지 않는다.The ear hook (10) serves to secure the sleep care device (100) of the present invention to the ear. Due to the ear hook (10), the sleep care device (100) of the present invention is not easily separated from the user's ear.
이어훅(10)은 미리 설정된 길이를 갖는 끈(또는 줄) 형상으로 형성된다. The ear hook (10) is formed in the shape of a string (or line) having a preset length.
구체적으로, 이어훅(10)은 일단부(111) 및 상기 일단부(111)와 반대되는 타단부(122)를 포함하고, 일단부(111)로부터 타단부(122)까지 이어지는 미리 설정된 길이를 갖는 루프(개루프, open loop) 형상으로 형성된다. Specifically, the ear hook (10) includes one end (111) and the other end (122) opposite to the one end (111), and is formed in a loop (open loop) shape having a preset length extending from the one end (111) to the other end (122).
또한, 이어훅(10)은 미리 설정된 단면 지름을 갖는다. 여기서 단면은 이어훅(10)의 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 이어훅(10)을 절단한 경우에 절단면을 나타낸다. 단면의 형상은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.In addition, the ear hook (10) has a preset cross-sectional diameter. Here, the cross-section refers to a cross-section when the ear hook (10) is cut in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the ear hook (10). The shape of the cross-section may be circular, oval, or polygonal.
이어훅(10)은 하우징(30)과 연결된다. 이어훅(10)은 하우징(30)과 연결되어 폐루프(closed loop)를 형성한다. 상기 폐루프 내의 개구부(10h)에는 귓바퀴가 삽입되어 배치된다. The ear hook (10) is connected to the housing (30). The ear hook (10) is connected to the housing (30) to form a closed loop. An auricle is inserted and placed into an opening (10h) within the closed loop.
구체적으로, 이어훅(10)의 일단부(111)는 하우징(30)의 일측(311)과 연결되고, 이어훅(10)의 타단부(122)는 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다. 여기서 하우징(30)의 다른 일측(312)은 하우징(30)의 일측(311)과 인접하고, 일측(311)으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격된 하우징(30)의 일부분을 나타낸다. 하우징(30)의 일측(311)은 후술하는 하부 하우징(31)의 일측(311)을 나타내고, 하우징(30)의 다른 일측(312)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)을 나타낸다.Specifically, one end (111) of the ear hook (10) is connected to one side (311) of the housing (30), and the other end (122) of the ear hook (10) is connected to the other side (312) of the housing (30). Here, the other side (312) of the housing (30) represents a part of the housing (30) adjacent to the one side (311) of the housing (30) and spaced apart from the one side (311) by a preset distance. The one side (311) of the housing (30) represents one side (311) of a lower housing (31) described below, and the other side (312) of the housing (30) represents the other side (312) of the lower housing (31).
수면 케어 장치(100)가 사용자의 귀에 장착되면, 후술하는 이어팁(20)은 귀의 외이도 입구(이각)에 배치된다. 그리고 상기 이어팁(20)과 연결된 하우징(30)은 상기 이어팁(20)을 사이에 두고 귀와 마주보도록 배치된다. 그리고 상기 하우징(30)과 연결된 이어훅(10)은 상기 하우징(30)과 함께 폐루프를 형성한다. 귓바퀴는 상기 폐루프 내의 개구부(10h)에 삽입되어 배치되고, 이어훅(10)은 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 귓바퀴를 감싼다. 이로 인하여, 이어훅(10)은 본 발명의 수면 케어 장치(100)가 사용자의 귀로부터 쉽게 분리되지 않도록 고정하는 역할을 한다. When the sleep care device (100) is mounted on the user's ear, the ear tip (20) described below is placed at the entrance of the external auditory canal (concha) of the ear. Then, the housing (30) connected to the ear tip (20) is placed so as to face the ear with the ear tip (20) in between. Then, the ear hook (10) connected to the housing (30) forms a closed loop together with the housing (30). The auricle is inserted and placed into the opening (10h) in the closed loop, and the ear hook (10) is placed between the head and the auricle to wrap around the auricle. Therefore, the ear hook (10) serves to fix the sleep care device (100) of the present invention so that it is not easily separated from the user's ear.
이어훅(10)은 유연성(flexibility)과 탄성(elasticity)을 갖는 재질(또는 소재)로 형성된다. 예를 들어, 이어훅(10)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘(silicon) 소재로 형성될 수 있다. 여기서 유연성은 신축성(탄력성)이 있고, 잘 구부러지며, 유연한 성질을 나타낸다. 탄성은 외력에 의해 변형된 물체(이어훅(10))가 외력이 제거되었을 때 원래의 상태로 되돌아가려는 성질을 나타낸다. The ear hook (10) is formed of a material (or material) having flexibility and elasticity. For example, the ear hook (10) may be formed of a silicone material having flexibility and elasticity. Here, flexibility refers to the property of being stretchable (elastic), bendable, and flexible. Elasticity refers to the property of an object (ear hook (10)) that has been deformed by an external force to return to its original state when the external force is removed.
이어훅(10)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성됨으로써, 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉(밀착)된 상태를 유지하게 된다.The ear hook (10) is formed of a flexible and elastic material, and is placed between the head and the auricle to maintain contact (close contact) with the head and/or the auricle.
한편, 이어훅(10)은 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 이음부(13)를 포함한다. Meanwhile, the ear hook (10) includes a first electrode (11), a second electrode (12), and a joint (13).
상기 제1 전극(11)은 일단부(111) 및 상기 일단부(111)와 반대되는 타단부(112)를 포함한다. 제1 전극(11)은 상기 일단부(111)로부터 상기 타단부(112)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.The first electrode (11) includes one end (111) and another end (112) opposite to the one end (111). The first electrode (11) is formed with a preset length extending from the one end (111) to the other end (112).
제1 전극(11)의 상기 일단부(111)는 이어훅(10)의 일단부(111)를 나타내며, 하우징(30)의 일측(311)과 연결된다. 제1 전극(11)의 상기 타단부(112)는 이음부(13)(구체적으로 이음부(13)의 일단부(131))와 연결된다. The above one end (111) of the first electrode (11) represents one end (111) of the ear hook (10) and is connected to one side (311) of the housing (30). The other end (112) of the first electrode (11) is connected to the connecting portion (13) (specifically, one end (131) of the connecting portion (13)).
제1 전극(11)이 미리 설정된 길이로 형성됨으로 인하여, 제1 전극(11)의 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉되지 않더라도 제1 전극(11)의 다른 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉될 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(100)가 귀에 장착되면, 제1 전극(11)은 항상 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉된 상태를 유지하게 된다.Since the first electrode (11) is formed to a preset length, even if a part of the first electrode (11) does not come into contact with the head and/or the auricle, another part of the first electrode (11) can come into contact with the head and/or the auricle. Accordingly, when the sleep care device (100) of the present invention is mounted on the ear, the first electrode (11) always remains in contact with the head and/or the auricle.
제1 전극(11)은 귓바퀴를 감싸도록 원호형으로 형성된다. 여기서 귓바퀴는 예를 들어 귀의 윗부분에 해당하는 귓바퀴를 나타낼 수 있다. The first electrode (11) is formed in an arc shape to surround the auricle. Here, the auricle may represent, for example, the auricle corresponding to the upper part of the ear.
이어훅(10)의 일단부(111) 즉, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 하우징(30)의 일측(311)과 연결된다. 구체적으로, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 후술하는 하부 하우징(31)의 일측(311)과 결합한다.One end (111) of the ear hook (10), that is, one end (111) of the first electrode (11), is connected to one side (311) of the housing (30). Specifically, one end (111) of the first electrode (11) is coupled to one side (311) of the lower housing (31) described below.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 하부 하우징(31)에서 결합되는 부분의 형상과 대응되게 형성될 수 있다. 다만, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. One end (111) of the first electrode (11) can be formed to correspond to the shape of the portion to be joined in the lower housing (31). However, one end (111) of the first electrode (11) is not limited to a specific shape and can be formed in various shapes.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 복수 개의 체결 구멍이 형성된다. 상기 복수 개의 체결 구멍은 하나 이상의 체결 돌기 구멍(1111)과 체결 나사 구멍(1112)을 포함한다. 체결 돌기 구멍(1111)은 2개가 형성되어 있고, 체결 나사 구멍(1112)은 하나가 형성될 수 있다. One end (111) of the first electrode (11) is formed with a plurality of fastening holes. The plurality of fastening holes include one or more fastening projection holes (1111) and fastening screw holes (1112). Two fastening projection holes (1111) may be formed, and one fastening screw hole (1112) may be formed.
상기 체결 돌기 구멍(1111)은 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 돌기가 삽입되어 배치된다. 이로 인해, 이어훅(10)의 일단부(111)가 하부 하우징(31)에 고정되게 된다. 상기 체결 나사 구멍(1112)은 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 나사 홈에 안착된다. The above fastening projection hole (1111) is positioned so that a fastening projection formed on one side (311) of the lower housing (31) is inserted. As a result, one end (111) of the ear hook (10) is fixed to the lower housing (31). The above fastening screw hole (1112) is seated in a fastening screw groove formed on one side (311) of the lower housing (31).
체결 나사(311S)는 기판(34)에 형성된 체결 나사 구멍과 제1 전극(11)의 일단부(111)에 형성된 체결 나사 구멍(1112)을 관통하고 하부 하우징(31)의 일측(311)에 형성된 체결 나사 홈(3112)에 삽입되어 고정된다. 이로써, 기판(34) 및 제1 전극(11)의 일단부(111)는 하부 하우징(31)의 일측(311)에 고정되게 된다. A fastening screw (311S) passes through a fastening screw hole formed in the substrate (34) and a fastening screw hole (1112) formed in one end (111) of the first electrode (11), and is inserted into and fixed in a fastening screw groove (3112) formed in one side (311) of the lower housing (31). As a result, the substrate (34) and one end (111) of the first electrode (11) are fixed to one side (311) of the lower housing (31).
제1 전극(11)의 일단부(111)에서 상기 체결 나사 구멍(1112)의 둘레에는 복수 개의 지지 돌기(1113)가 형성될 수 있다. A plurality of support protrusions (1113) can be formed around the fastening screw hole (1112) at one end (111) of the first electrode (11).
상기 복수 개의 지지 돌기(1113)는 제1 전극(11)의 일단부(111)로부터 기판(34)을 향하여 돌출되며, 서로 미리 설정된 간격으로 이격되어 배치된다.The above-mentioned plurality of support protrusions (1113) protrude from one end (111) of the first electrode (11) toward the substrate (34) and are arranged spaced apart from each other at a preset interval.
복수 개의 지지 돌기(1113)는 기판(34)을 지지하며, 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34) 사이를 이격시킨다. 이에 따라, 제1 전극(11)의 일단부(111)는 기판(34)에 직접 접촉되지 않고, 후술하는 금속 클립(clip)(341)을 통하여 기판(34)에 형성된 특정의 전기 회로와 접촉하게 된다.A plurality of support protrusions (1113) support the substrate (34) and space one end (111) of the first electrode (11) from the substrate (34). Accordingly, one end (111) of the first electrode (11) does not directly contact the substrate (34), but comes into contact with a specific electric circuit formed on the substrate (34) through a metal clip (341) described later.
상기 제2 전극(12)은 일단부(121) 및 상기 일단부(121)와 반대되는 타단부(122)를 포함한다. 제2 전극(12)은 상기 일단부(121)로부터 상기 타단부(122)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.The second electrode (12) includes one end (121) and the other end (122) opposite to the one end (121). The second electrode (12) is formed with a preset length extending from the one end (121) to the other end (122).
제2 전극(12)의 상기 일단부(121)는 이음부(13)(구체적으로 이음부(13)의 타단부(132))와 연결된다. 제2 전극(12)의 상기 타단부(122)는 이어훅(10)의 타단부(122)를 나타내며, 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다. The above-mentioned one end (121) of the second electrode (12) is connected to the joint (13) (specifically, the other end (132) of the joint (13)). The above-mentioned other end (122) of the second electrode (12) represents the other end (122) of the ear hook (10) and is connected to the other side (312) of the housing (30).
제2 전극(12)이 미리 설정된 길이로 형성됨으로 인하여, 제2 전극(12)의 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉되지 않더라도 제2 전극(12)의 다른 어느 일부분이 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉될 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 수면 케어 장치(100)가 귀에 장착되면, 제2 전극(12)은 항상 머리 및/또는 귓바퀴(또는 귓볼)와 접촉된 상태를 유지하게 된다.Since the second electrode (12) is formed with a preset length, even if some part of the second electrode (12) does not come into contact with the head and/or the auricle (or earlobe), some other part of the second electrode (12) can come into contact with the head and/or the auricle (or earlobe). Accordingly, when the sleep care device (100) of the present invention is mounted on the ear, the second electrode (12) always remains in contact with the head and/or the auricle (or earlobe).
제2 전극(12)은 귓바퀴(또는 귓볼)를 감싸도록 원호형으로 형성된다. 여기서 귓바퀴(또는 귓볼)는 예를 들어 귀의 아랫부분에 해당하는 귓바퀴(또는 귓볼)를 나타낼 수 있다.The second electrode (12) is formed in an arc shape to surround the auricle (or earlobe). Here, the auricle (or earlobe) may refer to, for example, the auricle (or earlobe) corresponding to the lower part of the ear.
이어훅(10)의 타단부(122) 즉, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 하우징(30)의 다른 일측(312)과 연결된다. 구체적으로, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 후술하는 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)과 결합한다.The other end (122) of the ear hook (10), that is, the other end (122) of the second electrode (12), is connected to the other side (312) of the housing (30). Specifically, the other end (122) of the second electrode (12) is coupled to the other side (312) of the lower housing (31) described below.
제2 전극(12)의 타단부(122)는 하부 하우징(31)에서 결합되는 부분의 형상과 대응되게 형성될 수 있다. 다만, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 특정한 형상으로 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. The other end (122) of the second electrode (12) can be formed to correspond to the shape of the portion to be joined in the lower housing (31). However, the other end (122) of the second electrode (12) is not limited to a specific shape and can be formed in various shapes.
제2 전극(12)의 타단부(122)는 복수 개의 체결 구멍이 형성된다. The other end (122) of the second electrode (12) is formed with a plurality of fastening holes.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 복수 개의 체결 구멍은 하나 이상의 체결 돌기 구멍(1221)과 체결 나사 구멍(1222)을 포함한다. 체결 돌기 구멍(1221)은 2개가 형성되어 있고, 체결 나사 구멍(1222)은 하나가 형성될 수 있다.The plurality of fastening holes formed in the other end (122) of the second electrode (12) include one or more fastening projection holes (1221) and fastening screw holes (1222). Two fastening projection holes (1221) may be formed, and one fastening screw hole (1222) may be formed.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 체결 돌기 구멍(1221)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 돌기가 삽입되어 배치된다. 이로 인하여, 이어훅(10)의 타단부(122)에 고정되게 된다. The fastening projection hole (1221) formed on the other end (122) of the second electrode (12) is positioned so that the fastening projection formed on the other side (312) of the lower housing (31) is inserted therein. As a result, it is fixed to the other end (122) of the ear hook (10).
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 체결 나사 구멍(1222)은 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 나사 홈에 안착된다. The fastening screw hole (1222) formed in the other end (122) of the second electrode (12) is seated in the fastening screw groove formed in the other side (312) of the lower housing (31).
체결 나사(312S)는 기판(34)에 형성된 체결 나사 구멍과 제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 체결 나사 구멍(1222)을 관통하고 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 형성된 체결 나사 홈(3122)에 삽입되어 고정된다. 이로써, 기판(34) 및 제2 전극(12)의 타단부(122)는 하부 하우징(31)의 다른 일측(312)에 고정된다.The fastening screw (312S) passes through the fastening screw hole formed in the substrate (34) and the fastening screw hole (1222) formed in the other end (122) of the second electrode (12) and is inserted into and fixed in the fastening screw groove (3122) formed in the other side (312) of the lower housing (31). As a result, the substrate (34) and the other end (122) of the second electrode (12) are fixed to the other side (312) of the lower housing (31).
제2 전극(12)의 타단부(122)에서 상기 체결 나사 구멍(1222)의 둘레에는 복수 개의 지지 돌기(1223)가 형성될 수 있다. A plurality of support protrusions (1223) may be formed around the fastening screw hole (1222) at the other end (122) of the second electrode (12).
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 상기 복수 개의 지지 돌기(1223)는 제2 전극(12)의 타단부(122)로부터 기판(34)을 향하여 돌출되며, 서로 미리 설정된 간격으로 이격되어 배치된다.The plurality of support protrusions (1223) formed on the other end (122) of the second electrode (12) protrude from the other end (122) of the second electrode (12) toward the substrate (34) and are arranged spaced apart from each other at a preset interval.
제2 전극(12)의 타단부(122)에 형성된 복수 개의 지지 돌기(1223)는 기판(34)을 지지하며, 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34) 사이를 이격시킨다. 이에 따라, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 기판(34)에 직접 접촉되지 않고, 후술하는 금속 클립(341)을 통하여 기판(34)에 형성된 특정의 전기 회로와 접촉하게 된다.A plurality of support protrusions (1223) formed on the other end (122) of the second electrode (12) support the substrate (34) and space the other end (122) of the second electrode (12) from the substrate (34). Accordingly, the other end (122) of the second electrode (12) does not directly contact the substrate (34), but rather comes into contact with a specific electric circuit formed on the substrate (34) through a metal clip (341) described later.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전기 전도성을 가진다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 실리콘 소재로 형성되며, 상기 실리콘 소재에 전기 전도성을 가진 금속 분말이 포함되도록 하여 형성될 수 있다.The first electrode (11) and the second electrode (12) are electrically conductive. The first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a flexible and elastic material. For example, the first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a flexible and elastic silicon material, and can be formed by including a metal powder having electrical conductivity in the silicon material.
구체적으로, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 실리콘 폴리머(polymer)에 판상형 은(Ag) 분말, 구형 은(Ag) 분말 및/또는 은 플레이크(Ag flake)가 배합되어 형성될 수 있다. 이로 인하여, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 실리콘 재질의 특성을 유지하면서 전기 전도성을 가지게 된다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 각각 10Ω(ohm) 이하의 저항값을 가진다.Specifically, the first electrode (11) and the second electrode (12) can be formed by mixing plate-shaped silver (Ag) powder, spherical silver (Ag) powder, and/or silver flakes into a silicone polymer. As a result, the first electrode (11) and the second electrode (12) have electrical conductivity while maintaining the characteristics of the silicone material. The first electrode (11) and the second electrode (12) each have a resistance value of 10Ω (ohm) or less.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 뇌파 신호를 감지(sensing) 및 측정할 수 있다. 여기서 뇌파(腦波, Electroencephalogram; EEG)는 뇌 내 신경 활동에 의해 발생하는 전기 신호이다. 뇌파는 뇌전도(腦電圖)라고도 한다.The first electrode (11) and the second electrode (12) can sense and measure brain wave signals. Here, brain waves (Electroencephalogram; EEG) are electrical signals generated by neural activity in the brain. Brain waves are also called electroencephalograms.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전극 역할을 한다. 예를 들어, 제1 전극(11)은 기준 전극(reference electrode)일 수 있고, 제2 전극(12)은 접지 전극(earth electrode)(bias)일 수 있다. 또한, 후술하는 이어팁(20)은 측정 전극일 수 있다.The first electrode (11) and the second electrode (12) serve as electrodes. For example, the first electrode (11) may be a reference electrode, and the second electrode (12) may be an earth electrode (bias). In addition, the ear tip (20) described below may be a measuring electrode.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성됨으로써, 머리와 귓바퀴 사이에 배치되어 머리 및/또는 귓바퀴와 접촉(밀착)된 상태를 유지하게 된다. 그리고, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 전기 전도성을 가진 금속 분말을 포함함으로써, 전극 역할을 할 수 있게 된다.The first electrode (11) and the second electrode (12) are formed of a material having flexibility and elasticity, so that they are placed between the head and the auricle and maintain a state of contact (close contact) with the head and/or the auricle. In addition, the first electrode (11) and the second electrode (12) include a metal powder having electrical conductivity, so that they can function as electrodes.
제1 전극(11)의 일단부(111)는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)과 접촉한다. 상기 제1 금속 클립(341a)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다. 제1 금속 클립(341a)은 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34) 사이에 배치되어, 제1 전극(11)의 일단부(111)와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 제1 금속 클립(341a)의 일측(예를 들면, 상부)은 제1 전극(11)의 일단부(111)와 접촉하고, 제1 금속 클립(341a)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다. One end (111) of the first electrode (11) is in contact with an electrically conductive metal clip (341) mounted on a substrate (34). The first metal clip (341a) is mounted (fixed) to an electric circuit of the substrate (34). The first metal clip (341a) is arranged between one end (111) of the first electrode (11) and the substrate (34), and electrically connects one end (111) of the first electrode (11) and the electric circuit of the substrate (34). Specifically, one end (e.g., an upper end) of the first metal clip (341a) is in contact with one end (111) of the first electrode (11), and the other end (e.g., a lower end) of the first metal clip (341a) is in contact with the electric circuit of the substrate (34).
이에 따라, 제1 전극(11)이 측정한 전기 신호(구체적으로 뇌파)는 제1 전극(11)의 일단부(111)와 제1 금속 클립(341a)을 거쳐 기판(34)으로 전달되고, 기판(34)에 배치된 메모리에 저장되거나 또는 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 처리된다. Accordingly, the electric signal (specifically, brain waves) measured by the first electrode (11) is transmitted to the substrate (34) via one end (111) of the first electrode (11) and the first metal clip (341a), and is stored in a memory placed on the substrate (34) or processed by a signal processing unit into data for output or communication.
또한, 제2 전극(12)의 타단부(122)는 기판(34)에 장착된 전기 전도성을 가지는 금속 클립(341)과 접촉한다. Additionally, the other end (122) of the second electrode (12) comes into contact with an electrically conductive metal clip (341) mounted on the substrate (34).
상기 제2 금속 클립(341b)은 기판(34)의 전기 회로에 장착(고정)된다.The above second metal clip (341b) is mounted (fixed) to the electric circuit of the substrate (34).
제2 금속 클립(341b)은 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34) 사이에 배치되어, 제2 전극(12)의 타단부(122)와 기판(34)의 전기 회로를 전기적으로 연결한다.The second metal clip (341b) is placed between the other end (122) of the second electrode (12) and the substrate (34), electrically connecting the electric circuit of the other end (122) of the second electrode (12) and the substrate (34).
구체적으로, 제2 금속 클립(341b)의 일측(예를 들면, 상부)은 제2 전극(12)의 타단부(122)와 접촉하고, 제2 금속 클립(341)의 타측(예를 들면, 하부)은 기판(34)의 전기 회로와 접촉한다. Specifically, one side (e.g., upper side) of the second metal clip (341b) contacts the other end (122) of the second electrode (12), and the other side (e.g., lower side) of the second metal clip (341) contacts the electric circuit of the substrate (34).
이에 따라, 제2 전극(12)이 측정한 전기 신호(구체적으로 뇌파)는 제2 전극(12)의 타단부(122)와 제2 금속 클립(341b)을 거쳐 기판(34)으로 전달되고, 기판(34)에 배치된 메모리에 저장되거나 또는 신호 처리부에 의해 출력용 또는 통신용 데이터로 처리된다.Accordingly, the electric signal (specifically, brain waves) measured by the second electrode (12) is transmitted to the substrate (34) via the other end (122) of the second electrode (12) and the second metal clip (341b), and is stored in a memory placed on the substrate (34) or processed by a signal processing unit into data for output or communication.
제1 금속 클립(341a) 및 제2 금속 클립(341b) 대신에 전기 전도성이 있는 금속 단자 예를 들어, 메탈 브릭(metal brick) 또는 메탈 포고핀(metal pogo pin)이 적용될 수 있다. Instead of the first metal clip (341a) and the second metal clip (341b), an electrically conductive metal terminal, for example, a metal brick or a metal pogo pin, may be applied.
이음부(13)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 배치되고, 미리 설정된 길이로 형성된다.The joint (13) is placed between the first electrode (11) and the second electrode (12) and is formed to a preset length.
이음부(13)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 서로 절연(insulation)시킨다. 이음부(13)는 유연성과 탄성을 갖는 소재로 형성되지만, 전기 전도성을 가진 금속 분말을 포함하지 않는다. 이에 따라, 이음부(13)는 전기 전도성이 없다.The joint (13) insulates the first electrode (11) and the second electrode (12) from each other. The joint (13) is formed of a material having flexibility and elasticity, but does not contain a metal powder having electrical conductivity. Accordingly, the joint (13) is not electrically conductive.
제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 이음부(13)에 의해 분리(이격)되므로, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 서로 간섭되지 않는 깨끗한(신뢰성 있는) 전기 신호를 획득할 수 있다.Since the first electrode (11) and the second electrode (12) are separated (spaced) by the joint (13), the first electrode (11) and the second electrode (12) can obtain a clean (reliable) electric signal that does not interfere with each other.
이음부(13)는 일단부(131) 및 상기 일단부(131)와 반대되는 타단부(132)를 포함한다. 이음부(13)는 상기 일단부(131)로부터 상기 타단부(132)까지 이어지는 미리 설정된 길이로 형성된다.The joint (13) includes one end (131) and another end (132) opposite to the one end (131). The joint (13) is formed with a preset length extending from the one end (131) to the other end (132).
이음부(13)의 상기 일단부(131)는 제1 전극(11)의 타단부(112)와 연결된다. 이음부(13)의 상기 타단부(132)는 제2 전극(12)의 일단부(121)와 연결된다.The above one end (131) of the joint (13) is connected to the other end (112) of the first electrode (11). The above other end (132) of the joint (13) is connected to one end (121) of the second electrode (12).
제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)는 일체로 형성될 수 있다. 이는 이중 사출 방법에 의해 이루질 수 있다. 또한, 이음부(13)의 타단부(132)와 제2 전극(12)의 일단부(121)도 전술한 바와 같이 일체로 형성될 수 있다.The other end (112) of the first electrode (11) and one end (131) of the joint (13) can be formed integrally. This can be achieved by a double injection method. In addition, the other end (132) of the joint (13) and one end (121) of the second electrode (12) can also be formed integrally as described above.
또는, 제1 전극(11)의 타단부(112)와 이음부(13)의 일단부(131)는 이형 실리콘 접합 등과 같은 방법을 통하여 결합(연결)될 수 있다. 이음부(13)의 타단부(132)와 제2 전극(12)의 일단부(121)도 이형 실리콘 접합 등과 같은 방법에 의해 결합(연결)될 수 있다.Alternatively, the other end (112) of the first electrode (11) and one end (131) of the joint (13) may be joined (connected) by a method such as hetero-silicon bonding. The other end (132) of the joint (13) and one end (121) of the second electrode (12) may also be joined (connected) by a method such as hetero-silicon bonding.
이음부(13)는 웨이브(wave) 형상(133)으로 형성된다. 다시 말하면, 이음부(13)는 구불구불한(이리저리 구부리진) 형상(133)으로 형성된다. 또는 이음부(13)는 복수 회의 절곡된 형상(133)으로 형성된다.The joint (13) is formed in a wave shape (133). In other words, the joint (13) is formed in a winding (bent here and there) shape (133). Or, the joint (13) is formed in a shape (133) that is folded multiple times.
도 6a의 기판(34)에는 각종 전자 부품들이 실장된다. 기판(34)은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)을 나타낸다.Various electronic components are mounted on the substrate (34) of Fig. 6a. The substrate (34) represents a printed circuit board.
도 6b를 참조하면, 기판(34)에는 각종 전자 부품들은, 이어팁(20)에서 측정한 뇌파 신호를 저장하는 것(메모리)과, 아날로그(analogue) 신호를 디지털 신호(digital)로 변환하는 것(신호 처리부)과, 이동 단말기로 데이터를 전송하거나 또는 이동 단말기로부터 데이터를 수신하는 것(안테나)과, 소리를 출력하는 하는 것(스피커)과, 본 발명의 수면 케어 장치(1)에 각종 정보를 표시하는 디스플레이(display)부가 있는 경우에 각종 정보를 디스플레이부에 출력하는 것과 스피커를 통해 소리가 전달되도록 소리를 출력하는 것(출력부)과, 가속도 센서, 뇌파 전극을 포함한 뇌파 센서 등의 센서들과, 배터리, 및 전술한 기능들이 유기적으로 수행되도록 신호 및 데이터를 제어하는 것(제어부) 등과 관련된 전자 부품들이 실장될 수 있다. Referring to FIG. 6b, various electronic components may be mounted on the substrate (34), including: a memory for storing brainwave signals measured from the eartip (20); a signal processing unit for converting analog signals into digital signals (digital); an antenna for transmitting data to or receiving data from a mobile terminal; a speaker for outputting sound; a display unit for displaying various information in the case where the sleep care device (1) of the present invention has a display unit; an output unit for outputting sound so that sound is transmitted through the speaker; sensors such as an acceleration sensor, a brainwave sensor including a brainwave electrode, a battery; and electronic components related to controlling signals and data so that the aforementioned functions are organically performed (control unit).
수면 케어 장치(100)가 귓바퀴에 착용될 때, 이음부(13)는 이음부(13)의 상기 형상(133)(웨이브 형상, 구불구불한 형상 또는 복수 회 절곡된 형상)이 펴짐으로 인하여 쉽게 귓바퀴와 머리 사이로 착용될 수 있다. 또한, 착용된 이후에 이음부(13)의 상기 형상(133)은 원래의 상태로 되돌아가므로 이어훅(10)은 전체적으로 머리 및/또는 귓바퀴에 접촉(밀착)될 수 있다.When the sleep care device (100) is worn on the ear, the joint (13) can be easily worn between the ear and the head because the shape (133) (wave shape, winding shape or multiple folded shape) of the joint (13) is spread out. In addition, after being worn, the shape (133) of the joint (13) returns to its original state, so that the ear hook (10) can be in contact (closely attached) to the head and/or the ear as a whole.
또한, 이음부(13)의 상기 형상(133)(웨이브 형상, 구불구불한 형상 또는 복수 회 절곡된 형상) 및 상기 형상(133)이 가지는 유연성과 탄성으로 인하여, 사용자(구체적으로, 귓바퀴의 크기)에 따라 이어훅(10)을 교체할 필요가 없고, 여러 가족 구성원 및 타인이 사용 가능하다.In addition, due to the shape (133) of the joint (13) (wave shape, winding shape or shape folded multiple times) and the flexibility and elasticity of the shape (133), there is no need to replace the ear hook (10) depending on the user (specifically, the size of the auricle), and it can be used by multiple family members and other people.
이하에서는, 전술한 수면 케어 장치(100)를 통해 입력받은 사용자의 수면 데이터를 기초로 본 발명의 실시 예에 따른 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 방법을 구체적으로 살펴보기로 한다.Below, a sleep evaluation method using a sleep stage change pattern according to an embodiment of the present invention based on the user's sleep data input through the aforementioned sleep care device (100) will be specifically examined.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 수면 케어 장치(100)에 의해 측정된 수면 데이터의 수면 단계 변화 패턴을 이용한 수면 평가 방법의 프로세스를 도시한다. FIG. 10 illustrates a process of a sleep evaluation method using a sleep stage change pattern of sleep data measured by a sleep care device (100) according to an embodiment of the present invention.
한편, 도 10에서는 수면 케어 장치(100), 단말기(200), 및 수면 평가 장치(300)가 상호 연동하여 동작하는 모습을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 수면 케어 장치(100)와 디스플레이부를 구비한 수면 평가 장치(300)에 의해서 수행될 수도 있고, 특정 애플리케이션을 실행하여 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도록 인터랙션하는 단말기(200) 및 수면 케어 장치(100)에 의해서 수행될 수도 있다. Meanwhile, in Fig. 10, the sleep care device (100), the terminal (200), and the sleep evaluation device (300) are shown to operate in conjunction with each other, but this is not limited thereto. For example, it may be performed by the sleep care device (100) and the sleep evaluation device (300) equipped with a display unit, or it may be performed by the terminal (200) and the sleep care device (100) interacting to execute a specific application and perform an operation according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 사용자가 수면하는 동안 수면 케어 장치(100)를 통해 수면 데이터가 측정되면(S10), 측정된 수면 데이터는 수집되어(S20), 그에 대한 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)을 생성한다. Referring to FIG. 10, when sleep data is measured through a sleep care device (100) while the user is sleeping (S10), the measured sleep data is collected (S20) and a daily sleep curve (daily hypnogram) is generated therefor.
상기 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)은, 사용자가 깨어 있는 단계(WAKE), 얕은 수면 단계(STAGE 1~STAGE 2), 깊은 수면 단계(STAGE 3~STAGE 4) 및 렘(REM) 수면 단계로 분류된 수면 단계별 변화를 나타내는 지수/그래프를 의미한다. The above daily hypnogram refers to an index/graph that represents the change in sleep stages classified into the user's awake stage (WAKE), light sleep stage (
데일리 수면 곡선(daily hypnogram)은 사용자의 수면동안 측정된 수면 데이터를 기초로 실시간 생성되거나 또는 수면 데이터의 측정이 완료된 후에 한번에 생성될 수 있다. 또한, 사용자는 하루에 여러번에 거쳐서 수면을 취할 수 있는데, 이러한 경우 각각의 수면에 대한 데일리 수면 곡선, 즉 복수의 데일리 수면 곡선이 생성될 수 있다. The daily hypnogram can be generated in real time based on sleep data measured during the user's sleep, or can be generated all at once after the sleep data measurement is completed. In addition, the user can sleep multiple times during the day, in which case a daily sleep curve for each sleep, i.e. multiple daily sleep curves, can be generated.
수집된 측정 수면 데이터는 해당 데일리 수면 곡선(daily hypnogram) 및 그에 대한 평가 스코어와 함께 수면 평가 장치(300)로 전달된다. The collected measured sleep data is transmitted to the sleep evaluation device (300) along with the daily sleep curve (daily hypnogram) and its evaluation score.
수집된 측정 수면 데이터에 대한 평가 스코어는 수면에 만족감 평가를 의미하며, 예를 들어 수면 만족도 레벨에 따라, 스코어 1~5 중 하나가 부여된다. 수집된 측정 수면 데이터에 대한 평가 스코어는 수면 케어 장치(100)를 이용한 데이터 측정이 완료된 이후에 수행된다.The evaluation score for the collected measured sleep data means an evaluation of sleep satisfaction, and for example, one of
수면 평가 장치(300)는, 수집된 측정 수면 데이터 및 그에 대한 평가 스코어, 즉 수면 평가에 관한 데이터를 누적적으로 저장한다(S30). 예를 들어, 지정된 기간(예, 30일) 동안 수집된 측정 수면 데이터 및 그에 대해 수행된 평가 스코어가 수면 평가 장치(300)에 순차적으로 저장될 수 있다. The sleep evaluation device (300) accumulates collected measured sleep data and an evaluation score therefor, i.e., data regarding sleep evaluation (S30). For example, measured sleep data collected over a specified period (e.g., 30 days) and an evaluation score performed thereon may be sequentially stored in the sleep evaluation device (300).
실시 예에서, 수면 평가에 관한 데이터는 별도의 저장 장치(예, 제1 데이터베이스)에 누적적으로 저장될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 수면 평가 장치(300)는 단말기(200)를 통해 수면 케어 장치(100)로부터 측정된 수면 데이터를 수신하고, 측정된 수면 데이터에 대한 수면 평가를 수행하여 연동된 서버/데이터베이스(350. 도 1)에 누적하여 저장할 수 있다. 이때, 연동된 서버/데이터베이스 등의 저장 장치(350)는 수면 평가 장치(300)내에 (예, 메모리 형태) 포함된 것으로 구현될 수도 있고 외부의 별개 저장 장치로 구현될 수도 있다. In an embodiment, data regarding sleep evaluation may be cumulatively stored in a separate storage device (e.g., a first database). For example, as illustrated in FIG. 1, the sleep evaluation device (300) may receive measured sleep data from the sleep care device (100) via the terminal (200), perform a sleep evaluation on the measured sleep data, and accumulate and store the data in a linked server/database (350, FIG. 1). At this time, the storage device (350) such as the linked server/database may be implemented as being included in the sleep evaluation device (300) (e.g., in the form of a memory) or may be implemented as an external, separate storage device.
이 후, 필터링(S40)을 통해 평가 스코어가 미리설정된 임계치 이상을 만족하는 수면 데이터만 유효 데이터가 되도록 필터링을 수행한다. 예를 들어, 평가 스코어 범위가 스코어1~스코어5 인 경우, 스코어4 또는 스코어5가 임계치가 될 수 있고, 그러한 평가 스코어를 갖는 수면 데이터가 유효 데이터로 필터링된다. After this, filtering (S40) is performed so that only sleep data that satisfies a preset threshold or higher in evaluation scores are considered valid data. For example, if the evaluation score range is
상기 유효 데이터로 필터링된 데이터는 별도의 저장 장치(예, 제2 데이터베이스)에 저장되어, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 생성하기 위한 입력 데이터가 된다. 이와 같이, 평가 스코어가 높은 수면 데이터를 입력 데이터로 입력받아 군집화하면, 수면 질이 좋은 수면 데이터로 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)를 생성할 수 있다. The data filtered as the above valid data is stored in a separate storage device (e.g., a second database) and becomes input data for generating a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram). In this way, by clustering sleep data with high evaluation scores as input data, a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) can be generated with sleep data with good sleep quality.
다음, 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하기 위한 프로세스(S50)는 다음과 같다.Next, the process (S50) for generating a personalized standard sleep curve is as follows.
구체적으로, 상기 프로세스(S50)는, 개인화된 스탠다스 수면 곡선의 생성을 위한 입력 데이터를 입력받는다. 즉, 누적된 수면 데이터 중 수면 평가 스코어가 임계치 이상인 것을 입력 데이터로 입력 받는다. 그리고, 수면 평가 스코어가 임계치 이상인 수면 데이터를 군집화하여 이를 기반으로 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성한다. 이는, 수면의 질이 좋았던 수면 데이터를 군집화하고, 이에 대한 수면 단계 변화의 패턴을 표준을 생성함으로써, 보다 사용자 개인에 커스터마이징되고 정확한 수면 질 평가가 가능해지는 거이다. Specifically, the above process (S50) receives input data for generating a personalized standard sleep curve. That is, accumulated sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold are input as input data. Then, sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold are clustered and a personalized standard sleep curve is generated based on this. This clusters sleep data having good sleep quality and generates a standard pattern of sleep stage changes for this, thereby enabling a more customized and accurate sleep quality evaluation for each user.
구체적으로, 상기 프로세스(S50)는, 상기 입력 데이터에 대해 수면 패턴 분석 확률 모델(ML Algorithm)을 사용하여 머신 러닝 학습을 수행할 수 있다. Specifically, the above process (S50) can perform machine learning using a sleep pattern analysis probability model (ML Algorithm) on the input data.
예를 들어, 복수의 수면 단계를 상태(state)로 정의한 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))을 적용하여 상기 입력 데이터에 대한 학습을 수행한다. 그에 따라 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram)을 생성한다. For example, a Hidden Markov Model (HMM) that defines multiple sleep stages as states is applied to learn about the input data, and a personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) is generated accordingly.
이후, 수면 평가 장치(300)에서, 수면 케어 장치(100)를 이용하여 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram) 간의 비교 분석(S60)을 수행한다. Thereafter, a comparative analysis (S60) is performed between the daily sleep curve (daily hypnogram) and the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) for sleep data measured using the sleep care device (100) in the sleep evaluation device (300).
상기 비교 분석(S60)은, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram)의 수면 단계 변화와 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)의 수면 단계 변화의 일치정도를 비교하는 것을 의미한다. The above comparative analysis (S60) means comparing the degree of consistency between the sleep stage change of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the sleep stage change of the daily sleep curve (daily hypnogram).
이때, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram)의 수면 길이와 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)의 수면 길이 및 수면 단계의 시작은 동일/유사할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다. At this time, the sleep length of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the sleep length and onset of sleep stages of the daily sleep curve (daily hypnogram) may be the same/similar or different from each other.
전자의 경우, 즉 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram)의 수면 길이와 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)의 수면 길이 및 수면 단계의 시작은 동일/유사한 경우라면 후술하는 유사도 산출을 위해 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 사용하는 것으로 충분하다. DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘은 두 값이 시간에 따른 속도(경사도)가 다른 경우의 유사성을 비교하는 알고리즘으로, 모양 기반의 유사도 계산 알고리즘이라고 말할 수 있다. In the former case, that is, if the sleep length of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the sleep length and the start of the sleep stage of the daily sleep curve (daily hypnogram) are the same/similar, it is sufficient to use the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm to calculate the similarity described below. The DTW (Dynamic Time Warping) algorithm is an algorithm that compares the similarity when the two values have different speeds (slopes) over time, and can be said to be a shape-based similarity calculation algorithm.
후자의 경우, 즉 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep hypnogram)와 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)의 수면 길이 또는 수면 단계의 시작점이 다르다면, HMM이 갖는 모든 상태 간의 유사도 산출을 위해 구조 기반의 별도의 유사도 계산 알고리즘을 사용하여 후술하는 유사도 산출을 수행해야할 것이다. In the latter case, that is, if the sleep length or the starting point of the sleep stage of the personalized standard sleep curve (Good Sleep hypnogram) and the daily sleep curve (daily hypnogram) are different, a separate structure-based similarity calculation algorithm should be used to calculate the similarity between all states of the HMM, and the similarity calculation described below should be performed.
계속해서, 상기 비교 분석(S60)에 따라, 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도를 산출하고, 산출된 수면 패턴 유사도에 대응되는 슬립 인덱스를 결정한다(S70). Subsequently, based on the above comparative analysis (S60), the sleep pattern similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve is calculated, and a sleep index corresponding to the calculated sleep pattern similarity is determined (S70).
수면 패턴 유사도 산출은, 1) DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 통해, 또는, 2) 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘은, 수면 패턴 분석 확률 모델에 포함된 상태(state) 간의 유사도 확률을 고려한 피셔-라오 거리 산출 및 지니 계수 산출을 통해 수행된다. Sleep pattern similarity calculation is performed by 1) calculating the Fisher-Lao distance and Gini coefficient by considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model through the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm or 2) the structure-based similarity calculation algorithm.
상기 슬립 인덱스는, 수면 패턴 유사도의 산출 결과에 대응되는 수면 질 지수(sleep quality index)를 나타낸 것이다. 이때, 상기 수면 질 지수(sleep quality index)의 크기는 수면 패턴 유사도의 크기에 비례하여 결정될 수 있다. The above sleep index represents a sleep quality index corresponding to the calculation result of sleep pattern similarity. At this time, the size of the sleep quality index can be determined in proportion to the size of sleep pattern similarity.
또한, 상기 슬립 인덱스는 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 유사도를 수치화한 것으로, 0~100 사이의 스코어 값으로 결정될 수 있다. Additionally, the sleep index is a numerical representation of the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve, and can be determined as a score value between 0 and 100.
데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 유사도가 높을수록 슬립 인덱스 값은 증가한다. 반면, 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 유사도가 낮을수록 슬립 인덱스 값이 감소된다. 예를 들어, 슬립 인덱스가 90인 경우, 슬립 인덱스가 70인 경우보다 개인화된 스탠다드 수면 곡선과의 유사도가 높으므로, 수면의 질이 더 높다고 평가할 수 있다. The higher the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve, the higher the sleep index value. On the other hand, the lower the similarity between the daily hypnogram and the personalized standard sleep curve, the lower the sleep index value. For example, when the sleep index is 90, the similarity with the personalized standard sleep curve is higher than when the sleep index is 70, so the sleep quality can be evaluated as higher.
이와 같이 산출된 수면 패턴 유사도와 슬립 인덱스는, 시각화를 위해, 수면 케어 장치(100)와 연동된 단말기(200)를 통해 출력될 수 있다. The sleep pattern similarity and sleep index produced in this manner can be output through a terminal (200) linked to a sleep care device (100) for visualization.
또는, 수면 평가 장치(300)의 디스플레이를 통해 시각화된 수면 패턴 유사도와 슬립 인덱스가 출력될 수도 있다. Alternatively, the sleep pattern similarity and sleep index may be output through the display of the sleep evaluation device (300).
또는, 수면 평가 장치(300)에서 구현되는 본 실시 예에 따른 동작이 단말기(200)에 설치된 애플리케이션을 실행하여 수행되는 경우, 전술한 도 10의 동작들은 하나 이상의 서버/클라우드/장치와 단말기(200)의 통신을 통해 수행될 수 있고, 수면 평가 결과가 단말기(200)를 통해 출력될 수 있다. Alternatively, if the operations according to the present embodiment implemented in the sleep evaluation device (300) are performed by executing an application installed in the terminal (200), the operations of FIG. 10 described above can be performed through communication between one or more servers/clouds/devices and the terminal (200), and the sleep evaluation results can be output through the terminal (200).
한편, 일부 실시 예에서, 상기 필터링(S40)의 조건은 사용자 입력을 통해 확장/축소/변경될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일부 실시예는, 선택된 필터링 조건에 따라 수면 데이터 군집화 모델을 확장하여, 사용자의 수면 패턴 유사도 및 슬립 인덱스를 확장된 군집화 모델의 그룹과 비교 평가할 수 있다. 이에 대해서는, 이하 도 18a 및 도 18b를 참조하여 더 구체적으로 설명하겠다. Meanwhile, in some embodiments, the conditions of the filtering (S40) can be expanded/reduced/changed through user input. Specifically, some embodiments of the present invention can expand the sleep data clustering model according to the selected filtering conditions, and compare and evaluate the user's sleep pattern similarity and sleep index with the group of the expanded clustering model. This will be described in more detail with reference to FIGS. 18A and 18B below.
이와 같이, 본 발명에서는 사용자가 수면을 취하는 동안의 수면 단계 변화를, 좋은 잠을 잤을 때, 즉 높은 평가 스코어를 갖는 수면 데이터를 군집화하여 생성한 개인화된 스탠다드 수면 곡선과의 비교함으로써, 수면 구조 변화 관점에서 보다 정확한 수면 질 평가가 가능하다. 또한, 수면 단계 변화별 비교를 한 눈에 직관적으로 파악할 수 있다. In this way, the present invention enables more accurate sleep quality evaluation from the perspective of sleep structure changes by comparing the sleep stage changes while the user is sleeping with a personalized standard sleep curve generated by clustering sleep data with a high evaluation score, that is, when the user has had a good night's sleep. In addition, the comparison by sleep stage changes can be intuitively understood at a glance.
이하, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라, 사용자의 수면 단계 변화별로 수면 패턴의 유사도 및 대응되는 슬립 인덱스를 수면 평가 장치(300) 또는 단말기(200)를 통해 한 눈에 직관적으로 파악할 수 있도록 시각화한 예시 화면들이다. 도 11a 및 도 11b는 단말기(200)의 디스플레이부(225)를 통해 나타낸 것을 예시로 설명하겠다.Below, FIGS. 11a and 11b are visualized example screens that allow the user to intuitively grasp at a glance the similarity of sleep patterns and the corresponding sleep index according to the change in sleep stages through a sleep evaluation device (300) or a terminal (200) according to an embodiment of the present invention. FIGS. 11a and 11b will be described as an example of what is shown through the display unit (225) of the terminal (200).
도 11a를 참조하면, 디스플레이부(225)의 제1영역(예, 위/왼쪽)(1100)에는 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 제1 슬립 웨이브가 표시되고, 제2영역(예, 아래/오른쪽)(1120)에는 평가할 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)에 대응되는 제2 슬립 웨이브가 동시에 디스플레이된다. 또, 디스플레이부(225)의 제3영역(예, 디스플레이 하부영역)(1130)에는 제1 및 제2 슬립 웨이브(1100, 1120) 간의 유사도(일치정도)에 대응되는 슬립 인덱스가 표시될 수 있다.Referring to FIG. 11a, a first sleep wave corresponding to a personalized standard sleep curve is displayed in a first area (e.g., upper/left) (1100) of the display unit (225), and a second sleep wave corresponding to a daily sleep curve to be evaluated is simultaneously displayed in a second area (e.g., lower/right) (1120). In addition, a sleep index corresponding to the similarity (degree of agreement) between the first and second sleep waves (1100, 1120) may be displayed in a third area (e.g., lower display area) (1130) of the display unit (225).
제1영역(1100)에 표시된 제1 슬립 웨이브는 사용자가 잠을 잘 잔 날들을 군집화하여 수면 단계 변화별로 학습하여 생성된 수면 곡선이다. 제2영역(1120)에 표시된 제2 슬립 웨이브(1120)는 사용자가 하루 동안 수면하여 생성된 (평가 대상) 수면 곡선이다. The first sleep wave displayed in the first area (1100) is a sleep curve generated by learning by clustering days when the user slept well and by changing the sleep stage. The second sleep wave (1120) displayed in the second area (1120) is a sleep curve (target of evaluation) generated by the user sleeping for one day.
제3영역(1130)에 표시된 슬립 인덱스는 도 11b에 도시된 바와 같이 제2 슬립 웨이브가 제1 슬립 웨이브에 중첩된다고 가정할때 수면 단계 변화별 일치정도를 나타내는 수치(%)다. 도 11a에서 슬립 인덱스(Sleep Index)가 50으로 표기되었으므로, 양 슬립 웨이브들간의 수면 단계 변화별 일치도는 50% 를 의미한다고 말할 수 있다. The sleep index displayed in the third area (1130) is a numerical value (%) indicating the degree of agreement between sleep stages when assuming that the second sleep wave overlaps the first sleep wave as shown in Fig. 11b. Since the sleep index is indicated as 50 in Fig. 11a, it can be said that the degree of agreement between the two sleep waves between sleep stages is 50%.
실시 예에 따라, 하루 중 생성된 데일리 수면 곡선은 복수일 수 있다. Depending on the embodiment, there may be multiple daily sleep curves generated during the day.
이러한 경우, 즉 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선이 복수인 경우, 디스플레이부(225)에는 복수의 수면 곡선 중 선택된 데일리 수면 곡선에 대응되는 제2 슬립 웨이브가 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 제1 슬립 웨이브에 중첩 표시된다. 예를 들어, 도 11b에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(225)의 제1영역(1100')에는 제1 및 제2 슬립 웨이브(1110, 1121)가 중첩 표시되며, 이를 나타내는 Good Sleep Hypnoaram & Today's Hypnoaram 가 표시된다. 그리고, 디스플레이부(225)의 제2영역(1120')에는 나머지 데일리 수면 곡선에 대응되는 슬립 웨이브들이 표시된다.In this case, that is, when there are multiple daily sleep curves for the measured sleep data, the display unit (225) displays a second sleep wave corresponding to a daily sleep curve selected from among the multiple sleep curves in a manner that it overlaps the first sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve. For example, as illustrated in FIG. 11b, the first and second sleep waves (1110, 1121) are displayed in a first area (1100') of the display unit (225) in a manner that it overlaps the first and second sleep waves (1110, 1121), and Good Sleep Hypnoaram & Today's Hypnoaram indicating this is displayed. In addition, the second area (1120') of the display unit (225) displays sleep waves corresponding to the remaining daily sleep curves.
복수의 수면 곡선 중 어느 하나의 데일리 수면 곡선이 선택되지 않은 경우, 정해진 조건을 만족하는 데일리 수면 곡선이 상기 선택된 데일리 수면 곡선으로 지정된다. 그리고, 상기 슬립 인덱스는 상기 선택된 데일리 수면 곡선에 대한 것으로 업데이트된다. 여기에서, 상기 정해진 조건은, 수면 시간이 가장 긴 경우, 평가 스코어가 가장 높은 것 중 어느 하나일 수 있다. If no daily sleep curve among multiple sleep curves is selected, a daily sleep curve satisfying a set condition is designated as the selected daily sleep curve. Then, the sleep index is updated for the selected daily sleep curve. Here, the set condition may be one of the longest sleep time and the highest evaluation score.
이러한 경우, 사용자 입력 등을 통해 복수의 수면 곡선 중 또 다른 데일리 수면 곡선이 (도 11b와 같은 터치 제스처 등을 통해) 선택되면, 그 선택된 데일리 수면 곡선에 대응되는 제2 슬립 웨이브가 상기 제1 슬립 웨이블 위에 중첩 표시되며, 상기 슬립 인덱스의 표시도 변경된다. In this case, when another daily sleep curve among multiple sleep curves is selected (e.g., through a touch gesture such as in FIG. 11b) through user input, etc., a second sleep wave corresponding to the selected daily sleep curve is displayed overlapping the first sleep wave, and the display of the sleep index is also changed.
이하, 도 12는 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하기 위한 데이터 수집 방법과 관련된 예시 화면이다. Below, Fig. 12 is an example screen related to the data collection method for generating a personalized standard sleep curve.
도 12를 참조하면, 사용자는 수면 케어 장치(100)와 연동된 단말기(200)의 디스플레이부(225) 또는 수면 평가 장치(300)를 통해 수면 데이터 측정을 요청하거나 또는 수면 평가(예, 슬립 인덱스 보기)를 요청할 수 있다. Referring to FIG. 12, a user can request sleep data measurement or sleep evaluation (e.g., view sleep index) through the display unit (225) of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) linked to a sleep care device (100).
도시된 화면(1200)에는, 측정된 총 수면시간 정보(1201), 수면케어 계속을 위한 제1 입력 인터페이스(1202), 분석 요청을 위한 제2 입력 인터페이스(1203), 및 수면 유도/수면 케어와 관련된 재생 음원 정보(1204)를 포함할 수 있다.The illustrated screen (1200) may include measured total sleep time information (1201), a first input interface (1202) for continuing sleep care, a second input interface (1203) for an analysis request, and playback sound source information (1204) related to sleep induction/sleep care.
제1 입력 인터페이스(1202)는 토글 기능을 포함할 수 있으며, 이러한 경우 제1 입력 인터페이스(1202)에 인가된 입력을 기초로 '수면케어 계속' 또는 '수면케어 중단' 중 하나가 실행될 수 있다. 하루 동안 '수면케어 계속' 또는 '수면케어 중단'이 여러번 반복된 경우, 반복 횟수만큼 복수의 데일리 수면 곡선이 생성된다.The first input interface (1202) may include a toggle function, in which case either 'continue sleep care' or 'stop sleep care' may be executed based on an input applied to the first input interface (1202). If 'continue sleep care' or 'stop sleep care' is repeated multiple times during the day, multiple daily sleep curves are generated for the number of repetitions.
도시된 화면(1200)을 이용하여, 수면 케어 장치(100)에 의한 수면 데이터 측정이 완료되면, 측정된 수면 데이터는 수집되고, 대응되는 수면 평가가 (수면 평가 장치(300)로 전달되어) 누적적으로 저장한다. Using the illustrated screen (1200), when sleep data measurement by the sleep care device (100) is completed, the measured sleep data is collected and the corresponding sleep evaluation is cumulatively stored (transmitted to the sleep evaluation device (300)).
수면 데이터 및 그에 대응되는 수면 평가의 누적은 다음과 같은 과정을 거친다. 먼저, 수면 케어 장치(100)를 통해 측정된 수면 데이터를 기초로 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)을 생성하고(제1과정), 생성된 데일리 수면 곡선에 대한 수면 평가를 수행한다(제2과정). 다음, 생성된 데일리 수면 곡선에 대응되는 수면 데이터 및 수면 평가를 저장하고(제3과정), 상기 제1 내지 제3과정을 일정 기간 동안 반복한다(제4과정). 이때, 상기 일정 기간은 예를 들어 30일 일 수 있고, 상기 일정 기간은 가변될 수 있다. The accumulation of sleep data and corresponding sleep evaluations is performed through the following process. First, a daily sleep curve (daily hypnogram) is generated based on sleep data measured through a sleep care device (100) (first process), and a sleep evaluation is performed on the generated daily sleep curve (second process). Next, sleep data and sleep evaluation corresponding to the generated daily sleep curve are stored (third process), and the first to third processes are repeated for a certain period of time (fourth process). At this time, the certain period of time may be, for example, 30 days, and the certain period of time may be variable.
한편, 본 발명에서 수면 케어 장치(100)를 통해 측정되는 수면 데이터와 관련하여, 도 14a는 사람의 수면 주기를 나타낸 것이고, 도 14b는 수면 케어 장치에 의해 측정된 사람의 뇌파를 나타낸 예시이다.Meanwhile, with respect to sleep data measured through the sleep care device (100) in the present invention, FIG. 14a shows a human sleep cycle, and FIG. 14b is an example showing a human brain wave measured by the sleep care device.
도 14a를 참조하면, 일반적으로 사람은 수면을 취할 때 약 90~120분 주기로 렘(REM, rapid eye movement) 수면과 4단계로 나눠진 비렘(NREM(non-rapid eye movement) 수면으로 이루어진 수면 주기를 반복하며, 보통 하룻밤에 3~5번의 수면 주기를 가진다. 렘(REM) 수면이란, 빠른 안구 움직임이 관찰되는 수면을 의미하고, 비렘 수면이란 렘 수면과는 달리 뇌도 잠이 들어 안구 운동이 일어나지 않고 깊은 잠에 빠져드는 단계를 의미한다. 비렘(NREM) 수면은, 1~2 단계의 얕은 수면과 3~4 단계의 깊은 수면으로 구성되어 있으며, 수면 초기 90 이내에 전체 수면 중 가장 깊은 단계에 도달하며 가장 깊은 단계의 수면 단계인 4단계는 8시간의 수면 중 2번밖에 도달하지 못할 수 있다. 깊은 수면 단계가 중요한 이유는 깊은 수면 상태에서 방출되는 느린 뇌파로 인해 몸 전체의 신체적 피로를 해소하고, 면역체계 기능이 조절되기 때문이다. 특히 깊은 수면 단계에서 잠에서 깨어나면 잠에 취한 상태인 혼돈 각성을 겪게 된다.Referring to Figure 14a, when a person sleeps, he or she repeats a sleep cycle consisting of REM (rapid eye movement) sleep and NREM (non-rapid eye movement) sleep divided into four stages in a cycle of about 90 to 120 minutes, and usually has 3 to 5 sleep cycles per night. REM sleep refers to sleep in which rapid eye movement is observed, and NREM sleep refers to a stage in which the brain also falls asleep and eye movement does not occur, unlike REM sleep, and one falls into deep sleep. NREM sleep consists of
도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 사용자의 수면 단계는 깨어 있는 단계(WAKE), 얕은 수면 단계(STAGE 1~STAGE 2), 깊은 수면 단계(STAGE 3~STAGE 4) 및 렘(REM) 수면 단계로 분류할 수 있다.As illustrated in FIG. 14a, the sleep stages of a user according to an embodiment of the present invention can be classified into a wake stage (WAKE), a shallow sleep stage (
사람의 뇌파는 주파수 대역에 따라 델타파(δ, 0.5~4Hz), 쎄타파(θ, 4~8Hz), 알파파(α, 8~13Hz), 베타파(β, 13~30Hz), 감마파(γ, 30~50Hz) 등으로 분류될 수 있다. 또한 깨어 있는 단계에서는 알파파(α, 8~13Hz) 및 베타파(β, 13~30Hz)가 주로 방출되고, 얕은 수면 단계에서 알파파가 감소하면서 쎄타파(θ, 4~8Hz)의 방출이 증가하고, 깊은 수면 단계에서는 델타파(δ, 0.5~4Hz)가 50% 이상 방출될 수 있다.Human brain waves can be classified into delta waves (δ, 0.5–4 Hz), theta waves (θ, 4–8 Hz), alpha waves (α, 8–13 Hz), beta waves (β, 13–30 Hz), and gamma waves (γ, 30–50 Hz) depending on the frequency band. In addition, alpha waves (α, 8–13 Hz) and beta waves (β, 13–30 Hz) are mainly emitted during the waking stage, and while alpha waves decrease during the shallow sleep stage, theta wave (θ, 4–8 Hz) emission increases, and during the deep sleep stage, delta waves (δ, 0.5–4 Hz) can be emitted by more than 50%.
본 발명에서, 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)은 수면 케어 장치(100)를 통해 측정된 사용자의 생체 신호에 대응되는 수면 데이터를 수면 단계 변화별로 나타낸 지수/그래프이다. 따라서, 도 14a의 수면 곡선은, 본 발명에 따른 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)의 하나 예시일 수 있다. In the present invention, the daily hypnogram is an index/graph that represents sleep data corresponding to the user's biosignal measured through the sleep care device (100) according to changes in sleep stages. Therefore, the sleep curve of Fig. 14a may be an example of the daily hypnogram according to the present invention.
계속해서, 도 14b를 참조하면, 수면 케어 장치(100)의 데이터 처리부나 단말기(200)의 데이터 처리부는, 센싱된 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 포함한 사용자 생체 신호를 수신하여 사용자의 수면 상태를 판단하고 수면 단계를 분류할 수 있다.Continuing, with reference to FIG. 14b, the data processing unit of the sleep care device (100) or the data processing unit of the terminal (200) can receive the user's bio-signals, including the sensed user's brain wave signals and body movement signals, to determine the user's sleep state and classify the sleep stage.
구체적으로, (수면 케어 장치(100) 또는 단말기(200)의) 데이터 처리부는 사용자 생체 신호 중 신체 움직임 신호를 기반으로 사용자가 깨어 있는(WAKE) 상태인지 수면(SLEEP) 상태인지 판단할 수 있다. Specifically, the data processing unit (of the sleep care device (100) or terminal (200)) can determine whether the user is awake (WAKE) or asleep (SLEEP) based on the body movement signal among the user's biosignals.
예를 들어, 신체 움직임 신호가 미리 설정된 임계값(Threshold)보다 큰 경우 사용자가 깨어 있는 상태라고 판단할 수 있다. 또, 신체 움직임 신호가 임계값보다 작은 경우 사용자가 수면 상태라고 판단할 수 있다. 다음으로 사용자가 수면 상태라고 판단되는 경우, 뇌파 신호를 기반으로 사용자의 수면 단계를 구체적으로 분류할 수 있다. 즉, 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역의 비율을 기반으로 사용자의 수면 단계를 분류할 수 있다.For example, if the body movement signal is greater than a preset threshold, the user can be determined to be awake. Also, if the body movement signal is less than the threshold, the user can be determined to be asleep. Next, if the user is determined to be asleep, the user's sleep stage can be specifically classified based on the brainwave signal. In other words, the user's sleep stage can be classified based on the ratio of the frequency bands that make up the brainwave signal.
도 14b를 참조하면, 시간의 흐름에 따라 사용자의 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역 별 분포 비율이 어떻게 변화하는지 알 수 있다. 즉 시간의 흐름에 따라 사용자의 뇌파 신호에 포함되는 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파, 감마파가 차지하는 비율의 변화량을 분석할 수 있다. 이에 근거하여 현재 사용자의 수면 단계를 얕은 수면 단계, 깊은 수면 단계 및 렘 수면 단계 중 하나로 분류할 수 있다.Referring to Fig. 14b, it is possible to see how the distribution ratio of each frequency band constituting the user's brainwave signal changes over time. In other words, it is possible to analyze the change in the ratio of delta waves, theta waves, alpha waves, beta waves, and gamma waves included in the user's brainwave signal over time. Based on this, the current user's sleep stage can be classified into one of the light sleep stage, deep sleep stage, and REM sleep stage.
전술한 바와 같이 일반적으로 인간의 뇌는 일반적으로 깨어 있는 단계에서는 알파파(α, 8~13Hz) 및 베타파(β, 13~30Hz)가 주로 방출되고, 얕은 수면 단계에서는 알파파가 감소하면서 쎄타파(θ, 4~8Hz)의 방출이 증가하고, 깊은 수면 단계에서는 델타파(δ, 0.5~4Hz)가 50% 이상 방출된다. As mentioned above, the human brain generally mainly emits alpha waves (α, 8–13 Hz) and beta waves (β, 13–30 Hz) during the waking stage, alpha waves decrease during the shallow sleep stage while theta waves (θ, 4–8 Hz) increase in emission, and delta waves (δ, 0.5–4 Hz) are emitted by more than 50% during the deep sleep stage.
따라서 뇌파 신호를 구성하는 주파수 대역 별 분포 비율의 변화량을 분석해서 사용자가 현재 어느 수면 단계에 있는지 판단할 수 있다.Therefore, by analyzing the change in the distribution ratio of each frequency band that constitutes the brainwave signal, it is possible to determine which sleep stage the user is currently in.
예를 들어, 사용자의 뇌파 신호 중 델타파가 차지하는 영역이 50% 이상인 경우, 현재 사용자의 수면 단계는 깊은 수면 상태라고 판단할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, if the delta wave area of the user's brainwave signal is more than 50%, the user's current sleep stage can be determined to be deep sleep, but it is not limited to this.
한편, 사용자의 신체 움직임 신호 및 뇌파 신호를 통해 사용자의 수면 단계를 분류하는 방법은 기계 학습 알고리즘을 통하여 실시간으로 자동 분류될 수 있다. 구체적으로 수면 케어 장치의 구성 요소 중 러닝 프로세서에 의해 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 학습 데이터로 이용하여 수면 단계를 분류하는 수면 단계 분류 모델을 학습시킬 수 있다. 즉, 사용자의 뇌파 신호 및 신체 움직임 신호를 입력 데이터로, 뇌파 신호의 주파수 대역 별 분포 비율과 신체 움직임 정보를 출력 데이터로 학습시킬 수 있다. Meanwhile, a method of classifying a user's sleep stage through the user's body movement signal and brain wave signal can be automatically classified in real time through a machine learning algorithm. Specifically, a sleep stage classification model that classifies sleep stages can be trained by using brain wave signals and body movement signals as learning data by a learning processor among components of a sleep care device. That is, the user's brain wave signals and body movement signals can be trained as input data, and the frequency band-specific distribution ratio of the brain wave signals and body movement information can be trained as output data.
도 13은 본 발명이 실시 예에 따라, 슬립 인덱스를 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시 흐름도이다. FIG. 13 is an exemplary flowchart illustrating a method for calculating a slip index according to an embodiment of the present invention.
다른 설명이 없다면, 도 13에 도시된 방법의 각 과정은 수면 평가 장치(300)나, 이와 연동하여 동작하는 장치/서버/클라우드/시스템 등의 프로세서나, 수면 케어 장치(100)와 연동된 단말기(200)에 설치된 특정 애플리케이션을 실행하여 수행될 수 있음을 밝혀둔다.Unless otherwise stated, it is to be noted that each process of the method illustrated in FIG. 13 can be performed by executing a specific application installed on a processor of a sleep evaluation device (300), a device/server/cloud/system, etc. that operates in conjunction with the sleep evaluation device (300), or a terminal (200) that is interlocked with the sleep care device (100).
도 13을 참조하면, 도 12에서 설명한 바와 같은 방식으로, 수면 케어 장치(100)를 통해 측정된 수면 데이터를 입력받아 각각에 대한 수면 평가를 누적적으로 저장한다(S1310). 예를 들어 ,측정된 수면 데이터 및 수평 평가는 제1 데이터베이스에 저장될 수 있다. Referring to FIG. 13, in the same manner as described in FIG. 12, sleep data measured through the sleep care device (100) is input and sleep evaluations for each are cumulatively stored (S1310). For example, measured sleep data and horizontal evaluations can be stored in the first database.
계속해서, 수면 평가가 미리설정된 임계치 이상의 결과를 갖는 수면 데이터를 기반으로 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성한다(1320). Subsequently, the sleep assessment generates a personalized standard sleep curve based on sleep data having results above a preset threshold (1320).
예를 들어, 수면 평가의 스코어 범위가 스코어1 내지 스코어5 인 경우, 임계치 스코어5(또는, 스코어4)를 만족하는 수면 데이터가 입력 데이터로 필터링된다. 이때, 필터링된 입력 데이터, 즉 임계치 이상의 수면 평가를 갖는 수면 데이터는 제2 데이터베이스에 저장될 수 있다. For example, if the score range of the sleep evaluation is from
실시 예예 따라, 상기 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선은 별도의 저장 장치에 저장될 수 있고, 이후에 입력되는 임계치 이상의 평가 스코어를 갖는 수면 데이터를 포함하여 지속적으로 업데이트된다. 이와 같이, 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선은, 사용자 개인의 군집화된 수면 데이터를 이용할 뿐만 아니라, 수면 단계 변화별 수면의 질이 높은 수면 데이터만으로 생성되므로, 맞춤형 수면 단계 변화별 비교 평가가 가능하게 된다. According to an embodiment, the personalized standard sleep curve generated above can be stored in a separate storage device and continuously updated including sleep data having an evaluation score higher than a threshold value that is input thereafter. In this way, the personalized standard sleep curve is generated not only by using the clustered sleep data of the individual user, but also by only using sleep data with high quality of sleep according to sleep stage changes, so that customized comparative evaluation according to sleep stage changes is possible.
한편, 실시 예에 따라, 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 것은, 미리설정된 임계치 이상의 결과를 갖는 수면 데이터에 대해 수면 패턴 분석 확률 모델을 적용하여 학습(훈련)시키는 것을 포함할 수 있다. Meanwhile, according to an embodiment, generating a personalized standard sleep curve may include applying and training a sleep pattern analysis probability model to sleep data having results above a preset threshold.
본 발명의 실시 예에서, 수면 패턴 분석 확률 모델은, 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))을 사용할 수 있다. 이때, HMM에서 숨겨진 상태(state)는 복수의 수면 단계(예, 각성(wake), 수면 1/2/3/4, RAM)로 정의될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a sleep pattern analysis probability model may use a Hidden Markov Model (HMM). At this time, a hidden state in the HMM may be defined as a plurality of sleep stages (e.g., wake,
이와 같이 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)이 생성되면, 평가 대상 수면 데이터, 즉 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 상기 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선과의 수면 패턴 유사도를 산출한다(S1330).When a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) is generated in this way, the sleep pattern similarity between the sleep data to be evaluated, i.e., the daily sleep curve (daily hypnogram), and the generated personalized standard sleep curve is calculated (S1330).
수면 패턴 유사도의 산출은, 모양 기반의 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 사용하거나 또는 구조 기반의 별개 알고리즘을 사용하여 수행될 수 있다. The calculation of sleep pattern similarity can be performed using a shape-based Dynamic Time Warping (DTW) algorithm or a separate structure-based algorithm.
DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘은 개인화된 스탠다드 수면 곡선과 비교될 데일리 수면 곡선의 수면 길이나 수단 단계 변화 시작점이 동일하거나 거의 유사한 경우에 사용될 수 있다. DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘은 복잡도는 낮으나, 후술하는 구조 기반의 별개 알고리즘에 비하여는 정확도가 다소 떨어진다.The DTW (Dynamic Time Warping) algorithm can be used when the sleep length or the starting point of the change in the means stage of the daily sleep curve compared to the personalized standard sleep curve is the same or almost the same. The DTW (Dynamic Time Warping) algorithm has low complexity, but its accuracy is somewhat lower than that of the structure-based separate algorithm described below.
구조 기반의 별개 알고리즘 개인화된 스탠다드 수면 곡선과 비교될 데일리 수면 곡선의 수면 길이가 다르고 각 수단 단계 변화 시작점이 다른 경우에 사용될 수 있다. A separate algorithm based on structure can be used when the sleep length of the daily sleep curve is different and the starting point of each means stage change is different compared to the personalized standard sleep curve.
구체적으로, 구조 기반의 알고리즘은 수면 패턴 분석 확률 모델(예, HMM)에 포함된 상태(state)(예, 각성(wake), 수면 1/2/3/4, RAM) 간의 유사도 확률을 고려한 피셔-라오 거리 산출과, 행렬의 희소성을 고려한 일치도 계산을 위한 지니 계수 산출을 통해 수행될 수 있다. Specifically, the structure-based algorithm can be performed by calculating the Fisher-Lao distance considering the similarity probability between states (e.g., wake,
이와 같이, 산출된 수면 패턴 유사도를 기초로 슬립 인덱스가 제공(출력)될 수 있다(S1340).In this way, a sleep index can be provided (output) based on the generated sleep pattern similarity (S1340).
여기에서, 상기 슬립 인덱스는, 수면 패턴 유사도의 산출 결과에 대응되는 수면 질 지수(sleep quality index)를 수치화한 것이다. 이때, 상기 수면 질 지수(sleep quality index)는 상기 수면 패턴 유사도의 크기에 비례하여 상기 수면 질 지수의 크기가 결정된다. 예를 들어, 수면 패턴 유사도가 80%인 경우, 슬립 인덱스는 '80'으로 표시될 수 있다. Here, the sleep index is a numerical representation of the sleep quality index corresponding to the calculation result of the sleep pattern similarity. At this time, the sleep quality index is determined in proportion to the size of the sleep pattern similarity. For example, if the sleep pattern similarity is 80%, the sleep index can be expressed as '80'.
상기 슬립 인덱스는, 또 다른 수면 질 평가 요소(예, 수면 중 각성, 잠든 시간, 수면 효율, 수면시간)와 함께 제공될 수 있다. 또한, 상시 슬립 인덱스는, 상기 데일리 수면 곡선 및 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 각 슬립 웨이브와 함께 한 화면에 동시에 표시될 수 있다. The above sleep index may be provided together with other sleep quality evaluation factors (e.g., awakening during sleep, time asleep, sleep efficiency, sleep time). In addition, the constant sleep index may be displayed on one screen simultaneously with each sleep wave corresponding to the daily sleep curve and the personalized standard sleep curve.
사용자가 잠을 하루에 여러 번 잔 경우, 각각의 잠에 대해 데일리 수면 곡선이 생성되므로, 복수의 수면 곡선이 표시될 수 있다. If a user sleeps multiple times a day, a daily sleep curve is generated for each sleep period, so multiple sleep curves may be displayed.
이러한 경우, 복수의 수면 곡선 중 선택된 수면 곡선을 우선하여 표시하고, 선택되지 않은 경우 기설정된 조건(예, 수면 길이가 가장 긴 것, 수면 평가 스코어가 가장 높은 것, 가장 최근에 측정된 것)을 만족하는 특정 수면 곡선이 디폴트로 표시될 수 있다. 선택된/디폴트 지정된 수면 곡선에 대응되는 제2 슬립 웨이브는 개인화된 스탠다드 수면 곡선에 대응되는 제1 슬립 웨이브에 중첩하여 표시됨으로써, 수면 패턴 일치정도를 직관할 수 있다. In such a case, a selected sleep curve among multiple sleep curves may be displayed with priority, and if not selected, a specific sleep curve satisfying preset conditions (e.g., longest sleep length, highest sleep evaluation score, most recently measured) may be displayed by default. The second sleep wave corresponding to the selected/default sleep curve may be displayed by overlapping the first sleep wave corresponding to the personalized standard sleep curve, thereby allowing for an intuitive understanding of the degree of sleep pattern consistency.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따라, 개인화된 스탠다드 수면 곡선의 생성과 관련된 예시 모델로 히든 마르코프 모델을 도시한 것이다. 그리고, 도 16은 도 15의 모델을 사용하여 학습된 스탠다드 수면 곡선을 시각화한 예시이다. FIG. 15 illustrates a hidden Markov model as an example model related to the generation of a personalized standard sleep curve according to an embodiment of the present invention. And FIG. 16 is an example visualizing a standard sleep curve learned using the model of FIG. 15.
도 15를 참조하면, 수면 패턴의 특징을 모델링하기 위한 시계열 표현 학습 알고리즘으로, 히든 마르코프 모델이 사용되었다. Referring to Figure 15, a hidden Markov model was used as a time series representation learning algorithm to model the characteristics of sleep patterns.
히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))은, 어떠한 현상의 변화를 확률 모델로 표현한 마르코프 모델을 확장형으로서, 확인가능한 관측(observation)을 통해 관찰불가능한 은닉된 상태(state)를 추론하는데 추점을 두어 확률 모델로 표현한 확률 모델이다. 히든 마르코프 모델(HMM)에서는 상태(state) 정보가 숨겨져 있고 출력(output)된 정보만이 관측(observation)된다. A Hidden Markov Model (HMM) is an extension of a Markov model that expresses the change of a phenomenon as a probability model, and is a probability model that focuses on inferring an unobservable hidden state through verifiable observation. In a Hidden Markov Model (HMM), state information is hidden and only the output information is observed.
본 발명에서는, 히든 마르코프 모델(Hidden Markov Model(HMM))의 숨겨진 상태(state)는 도 15에 도시된 바와 같이, 수면의 각 단계(예를 들어 각성(Wake), 수면 단계 N1/N2(Light Sleep), 수면 단계 N3/N4(Deep Sleep), 렘(REM))으로 정의하였다. 또, 이를 전이 행렬의 확률로 표현하여 HMM 기반의 학습을 수행하였다. In the present invention, the hidden state of the Hidden Markov Model (HMM) is defined as each stage of sleep (e.g., Wake, Sleep Stage N1/N2 (Light Sleep), Sleep Stage N3/N4 (Deep Sleep), REM), as shown in Fig. 15. In addition, HMM-based learning was performed by expressing this as the probability of a transition matrix.
이때, 로그 우도 함수를 통해 모델의 최적화 정도를 파악할 수 있다. 또한, 최적의 모델 하이퍼파라메터 설정을 위한 검증 데이터셋을 구축하여 학습을 진행함으로써, HMM 모델의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. At this time, the degree of model optimization can be identified through the log-likelihood function. In addition, by constructing a verification dataset for optimal model hyperparameter settings and proceeding with learning, the performance of the HMM model can be further improved.
또한, 본 발명에서는 노이즈에 강하면서 수면 데이터의 순환 특징(예, 수면동안 N1/N2/N3/N/렘을 순환/반복함)을 다루기 위해 HMM 기반의 확률 모델을 통해, 누적된 수면 데이터 중 임계치 이상의 수면 평가 스코어를 갖는 수면 데이터를 기초로 생성된 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 학습하였다. In addition, in the present invention, in order to deal with the cyclical characteristics of sleep data (e.g., N1/N2/N3/N/REM cycles/repeats during sleep) while being robust to noise, a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) generated based on sleep data having a sleep evaluation score higher than a threshold among accumulated sleep data was learned through an HMM-based probabilistic model.
또한, 본 발명에서는 HMM 기반의 학습을 통해 일단 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)이 생성된 후에도, 이후 측정된 수면 데이터를 기초로 지속적으로 HMM 기반의 재학습이 수행된다. In addition, in the present invention, even after a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) is generated through HMM-based learning, HMM-based re-learning is continuously performed based on subsequently measured sleep data.
도 16은 이와 같이 HMM을 통해 개인화된 수면 단계 변화를 학습한 결과, 즉 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 시각화한 예시이다. Figure 16 is an example of visualizing the result of learning personalized sleep stage changes through HMM, that is, a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram).
본 발명에서, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)은 수면 케어 장치(100)를 통해 측정된 사용자의 생체 신호에 대응되는 수면 데이터 중 수면의 질이 좋은(즉, 임계치 이상의 평가 스코어를 갖는) 수면 데이터를 군집화하여 이를 기반으로 개인 맞춤형 표준 수면 곡선을 수면 단계 변화별로 나타낸 지수/그래프이다. 따라서, 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)의 한 예시라고 말할 수 있다.In the present invention, a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) is an index/graph that represents a personalized standard sleep curve by sleep stage change based on clustering of sleep data with good sleep quality (i.e., having an evaluation score higher than a threshold) among sleep data corresponding to a user's bio-signal measured through a sleep care device (100). Therefore, FIG. 16 can be said to be an example of a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) according to an embodiment of the present invention.
이는, 평가 대상 수면 데이터, 즉 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)과 한 화면에 동시에 디스플레이될 수 있다. 또는, 수면 패턴의 일치 정도를 직관할 수 있도록, 상기 시각화한된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram) 위에 데일리 수면 곡선(daily hypnogram)이 오버랩되는 형태로 디스플레이될 수도 있다. This can be displayed simultaneously with the evaluated sleep data, i.e., the daily sleep curve (daily hypnogram) on the same screen. Alternatively, the daily sleep curve (daily hypnogram) can be displayed in a form in which it overlaps the visualized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) so that the degree of consistency of the sleep pattern can be intuitively observed.
[수면 패턴 유사도 산출][Calculating sleep pattern similarity]
한편, 측정된 수면 데이터에 대한 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도를 산출하는 과정은 다음과 같다. Meanwhile, the process of calculating the sleep pattern similarity between the daily sleep curve for measured sleep data and the personalized standard sleep curve is as follows.
상기 데일리 수면 곡선과 상기 개인화된 스탠다드 수면 곡선 간의 수면 패턴 유사도 산출은 다음과 같이 두 가지 방법 중 하나에 의해 수행될 수 있다.Calculation of sleep pattern similarity between the above daily sleep curve and the above personalized standard sleep curve can be performed by one of two methods as follows.
첫째, 수면의 길이 및/또는 수면 단계 변화 시작점이 동일/거의 유사한 경우에는, DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 사용하여 수면 패턴 유사도를 산출할 수 있다. First, when the length of sleep and/or the starting point of sleep stage changes are the same/almost similar, the sleep pattern similarity can be calculated using the Dynamic Time Warping (DTW) algorithm.
둘째, 수면의 길이가 서로 다르고 수면 단계 변화 시작점도 다른 경우에는, DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘이 시계열 데이터의 비교에 적합하지 않고 유사도 산출의 정확성이 낮다. 따라서, 이러한 경우에는 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘을 사용하여 수면 패턴 유사도를 산출할 수 있다. Second, when the length of sleep is different and the starting point of sleep stage change is also different, the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm is not suitable for comparing time series data and the accuracy of similarity calculation is low. Therefore, in such cases, the sleep pattern similarity can be calculated using a structure-based similarity calculation algorithm.
구조 기반의 유사도 계산 알고리즘은, 본 발명에 따른 수면 패턴 분석 확률 모델(예, HMM)에 포함된 상태(state) 간의 유사도 확률을 고려한 피셔-라오 확률 거리(Fish-Rao distance) 및 지니 계수 산출을 통해 수행된다.The structure-based similarity calculation algorithm is performed by calculating the Fisher-Rao distance and Gini coefficient considering the similarity probability between states included in the sleep pattern analysis probability model (e.g., HMM) according to the present invention.
구체적으로, 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘은, 각 모델이 가지는 모든 상태 간의 유사도를 확률을 고려한 피셔-라오 확률 거리(Fish-Rao distance)를 통해, 다음과 같이 수학식1과 같은 행렬로 표현될 수 있다. Specifically, the structure-based similarity calculation algorithm can be expressed as a matrix as shown in
이때, Sε는 피셔-라오 확률 거리를 나타내며, λ와 π는 각각 HMM와 stationary distribution, vi는 i번째 상태를 의미한다.Here, S ε represents the Fisher-Rao probability distance, λ and π represent HMM and stationary distribution, respectively, and v i represents the ith state.
이후, 행렬의 희소성을 고려한 일치도를 계산하기 위해, 이하의 수학식2와 같이 지니(Gini) 계수를 계산하여 유사도를 산출한다.Afterwards, in order to calculate the degree of agreement considering the sparsity of the matrix, the Gini coefficient is calculated as in the following
여기서, r과 c는 각각 행과 열을 나타내며 H()은 지니 계수를 나타냄, 여기에서, 지니계수는 불순도를 측정하는 지표를 나타낸다.Here, r and c represent rows and columns, respectively, and H() represents the Gini coefficient, which is an indicator of impurity.
한편, DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘은 빠르 시간 점수 추정이 가능하므로, 전술한 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘와 병행되거나 또는 구조 기반의 유사도 계산 알고리즘을 통해 교차 검증함으로써, 보다 정확한 유사도 산출이 가능할 것이다. Meanwhile, since the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm is capable of fast time score estimation, it will be possible to calculate more accurate similarity by using it in parallel with the aforementioned structure-based similarity calculation algorithm or by cross-validating it with the structure-based similarity calculation algorithm.
다음으로, 도 17a는 본 발명이 실시 예에 따라, 사용자의 슬립 인덱스의 기록을 비교하기 위한 예시 화면이고, 도 17b는 개인화된 스탠다드 수면 곡선의 생성 전 슬립 인덱스의 기록 요청시, 단말기(200) 또는 수면 평가 장치(300)의 디스플레이부에 표시되는 예시 화면이다. Next, FIG. 17a is an example screen for comparing the records of a user's sleep index according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17b is an example screen displayed on a display unit of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) when requesting the recording of a sleep index before generating a personalized standard sleep curve.
도 13의 단계(S1340)에서 슬립 인덱스 제공시, 슬립 인덱스를 일별, 주별, 월별 중 하나로 표시하기 위한 사용자 인터페이스가 함께 제공될 수 있다. 이를 위해, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)과 데일리 수면 곡선(daily hypnogram) 간의 수면 패턴 유사도에 대응되는 슬립 인덱스는 일별, 주별, 월별로 기록 및 저장될 수 있다. In step S1340 of Fig. 13, when providing a sleep index, a user interface for displaying the sleep index on a daily, weekly, or monthly basis may be provided together. To this end, a sleep index corresponding to a sleep pattern similarity between a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) and a daily sleep curve (daily hypnogram) may be recorded and stored on a daily, weekly, or monthly basis.
사용자 인터페이스(1411)는, 도 17a에 도시된 바와 같이, 슬립 인덱스에 대한 일별(1710), 주별(1720), 월별(1730) 기록을 선택적으로 비교하기 위한 입력 수단일 수 있다. The user interface (1411) may be an input means for selectively comparing daily (1710), weekly (1720), and monthly (1730) records for the sleep index, as illustrated in FIG. 17a.
사용자 인터페이스(1411)가 일별(1710)에 위치하면, 매일(day)의 수면 데이터에 대한 슬립 인덱스가 각각 제공되고, 주별(1720)에 위치하면 주별(week)로 슬립 인덱스들에 대한 평균 기록(예, 수치변화 및 평균값)이 함께 제공된다. 그리고, 사용자 인터페이스(1411)가 월별(1730)에 위치하면, 월별(month) 단위로 슬립 인덱스들에 대한 평균 기록(예, 수치변화 및 평균값)이 한 화면에 제공된다. When the user interface (1411) is positioned at daily (1710), sleep indices for sleep data for each day are provided, and when it is positioned at weekly (1720), average records (e.g., numerical changes and average values) for sleep indices for each week are provided together. In addition, when the user interface (1411) is positioned at monthly (1730), average records (e.g., numerical changes and average values) for sleep indices for each month are provided on one screen.
도 17a를 참조하면, 4.4~4.25 일 동안의 슬립 인덱스가 일자별로 표시되며, 예를 들어 4.8 일이 선택되면, 해당 일자의 슬립 인덱스(91.5%)와 표시된 일자별 슬립 인덱스 평균치(91.3%)가 슬립 인덱스 기록 화면(1750)에 표시될 수 있다. 즉, 슬립 인덱스의 일별 기록을 비교할 수 있다. Referring to Fig. 17a, the sleep index for days 4.4 to 4.25 is displayed by day, and for example, when day 4.8 is selected, the sleep index (91.5%) for that day and the displayed daily sleep index average (91.3%) can be displayed on the sleep index record screen (1750). That is, the daily records of the sleep index can be compared.
한편, 슬립 인덱스의 기록을 확인할만큼 수면 데이터가 충분히 누적되지 않은 경우, 수면 데이터 확보중임의 표시가 제공될 수 있다. Meanwhile, if sleep data has not been accumulated enough to check the sleep index record, an indication that sleep data is being acquired may be provided.
구체적으로, 개인화된 스탠다드 수면 곡선을 생성하는 단계 전 수면 분석 요청을 수신된 것에 응답하여, 수면 평가 장치(300)는 개인화된 스탠다드 수면 곡선이 생성되지 않음을 결정할 수 있고, 그 결정에 응답하여 상기 슬립 인덱스를 제공하기 위한 수면 데이터의 수집중임을 나타내는 시각정보를 디스플레이부를 통해 제공할 수 있다. Specifically, in response to receiving a sleep analysis request prior to the step of generating a personalized standard sleep curve, the sleep assessment device (300) may determine that a personalized standard sleep curve is not generated, and in response to the determination, provide visual information via the display unit indicating that sleep data is being collected to provide the sleep index.
이러한 경우, 측정된 수면 데이터에 대응되는 데일리 수면 곡선만 시각적으로 표시되거나, 또는 사용자가 초기 설정으로 입력한 그룹의 군집화된 스탠다드 수면 곡선과의 유사도가 표시될 수 있다. 후자의 경우, 개인화된 스탠다드 수면 곡선이 아닌, 디폴트로 제공되는 군집화된 스탠다드 수면 곡선과의 비교임을 나타내는 정보(예, 팝업 메시지)가 함께 표시될 수 있다. In such cases, only the daily sleep curve corresponding to the measured sleep data may be visually displayed, or the similarity with the clustered standard sleep curve of the group entered by the user as the initial setting may be displayed. In the latter case, information (e.g., a pop-up message) may be displayed together indicating that the comparison is with the clustered standard sleep curve provided by default, not the personalized standard sleep curve.
예를 들어, 도 17b에 도시된 바와 같이, "슬립 인덱스를 수집하고 있습니다"와 같은 시각정보(1740)가 표시되고, 현재 누적된 슬립 인덱스의 평균 기록(1760)만 제공할 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 17b, visual information (1740) such as “collecting sleep index” may be displayed, and only the average record (1760) of the currently accumulated sleep index may be provided.
다음으로, 도 18a 및 도 18b는 수면 분석 요청시, 단말기(200) 또는 수면 평가 장치(300)의 디스플레이부에 표시되는 예시 화면으로, 이를 참조하여 선택된 필터링 조건에 대응되는 그룹의 슬립 인덱스와 사용자의 슬립 인덱스를 비교한 결과를 시각적으로 제공하는 방법을 설명하겠다. Next, FIGS. 18a and 18b are example screens displayed on the display unit of a terminal (200) or a sleep evaluation device (300) when a sleep analysis request is made. Referring to these, a method for visually providing the results of comparing the sleep index of a group corresponding to a selected filtering condition and the sleep index of a user will be described.
사용자의 수면 분석 요청에 응답하여, 사용자 자신의 슬립 인덱스를 타인/타그룹과 비교할 수 있다. In response to a user's sleep analysis request, the user's own sleep index can be compared with that of others/groups.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따라, 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)과 데일리 수면 곡선(daily hypnogram) 간의 수면 패턴 유사도 산출 결과에 대응되는 슬립 인덱스 제공시, 관련된 하나 이상의 수면 평가 요소를 선택된 필터 항목에 대응되는 제1그룹의 슬립 인덱스와 비교하여 제공할 수 있다.To this end, according to an embodiment of the present invention, when providing a sleep index corresponding to the result of calculating sleep pattern similarity between a personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) and a daily sleep curve (daily hypnogram), one or more related sleep evaluation factors can be provided by comparing them with the sleep index of the first group corresponding to the selected filter item.
여기에서, 상기 수면 평가 요소는 슬립 인덱스를 비교할 대조군의 필터링 항목으로서, 예를 들어 연령, 성별, 직업, BMI 지수 등을 포함할 수 있다. 이때, 상기 필터링 항목의 설정값은, 사용자 입력을 통해 선택된 초기값으로 지정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 30대 남자이고, 직업이 프리랜서인 경우, 해당값이 사용자 입력을 통해 초기 설정값으로 지정된다. Here, the sleep evaluation factors may include, for example, age, gender, occupation, BMI index, etc. as filtering items for the control group to compare the sleep index. At this time, the setting value of the filtering item may be set as an initial value selected through user input. For example, if the user is a man in his 30s and his occupation is a freelancer, the corresponding value is set as an initial setting value through user input.
필터링 항목은 선택되지 않거나, 하나 또는 다수개 선택될 수 있다. Filtering items can be none, one, or multiple selected.
필터링 항목이 선택되지 않은 경우, 예를 들어, 도 18a에 도시된 바와 같이, 자신의 최근 슬립 인덱스와 비교한 기록을 시각정보(예, 그래프 형태)(1801)로 보여줄 수 있다. 또는, 비록 도시되지 않았지만, 자신의 특정일/특정기간평균의 슬립 인덱스와 비교한 기록에 대한 시각정보를 제공할 수도 있다. If no filtering item is selected, for example, as illustrated in FIG. 18a, the record compared to one's recent sleep index can be displayed as visual information (e.g., in graph form) (1801). Alternatively, although not illustrated, visual information can be provided for the record compared to one's specific day/specific period average sleep index.
필터링 항목이 하나 이상 선택되는 경우에는, 도 18b에 도시된 바와 같이, 제시된 필터링 항목들(1810, 1820, 1830, 1840), 예를 들어 30대, 남자, 직업(예, 프리랜서), BMI 30 중 하나 이상에 대한 선택 입력을 통해 수행될 수 있다. When more than one filtering item is selected, as shown in Fig. 18b, this can be performed by inputting a selection for one or more of the presented filtering items (1810, 1820, 1830, 1840), for example, 30s, male, occupation (e.g., freelancer),
이러한 경우, 선택 입력에 따라 변경된 필터 항목을 기초로 슬립 인덱스가 업데이트된다. 예를 들어, 변경된 필터 항목에 따라 대조군이 달라지므로, 그에 대한 수면 패턴 유사도에 대응되는 슬립 인덱스의 값도 달라진다.In this case, the sleep index is updated based on the changed filter items according to the selection input. For example, since the control group changes depending on the changed filter items, the value of the sleep index corresponding to the sleep pattern similarity also changes.
선택된 필터 항목, 예를 들어 연령(예, 30대), 성별(예, 남자), 직업(예, 프리랜서), BMI(예, 30) 등의 조건이 수면 평가 장치(300)으로 전달되고, 수면 평가 장치(300)는 전달받은 조건으로 필터링한 데이터를 기반으로 사용자의 슬립 인덱스(Sleep Index)를 다시 산출한다. The selected filter items, such as age (e.g., 30s), gender (e.g., male), occupation (e.g., freelancer), BMI (e.g., 30), etc., are transmitted to the sleep evaluation device (300), and the sleep evaluation device (300) recalculates the user's sleep index based on the data filtered by the transmitted conditions.
이를 위해, 수면 평가 장치(300)는 상기 선택 입력에 따라 인지된 키워드(예, 30대, 남자, 프리랜서)에 기초하여, 인공지능(AI)이 자동으로 일러스트될 수 있도록, 입력된 키워드에 대응되는 필터링 데이터를 제공한다.To this end, the sleep evaluation device (300) provides filtering data corresponding to the input keyword so that artificial intelligence (AI) can automatically illustrate based on the recognized keyword (e.g., 30s, male, freelancer) according to the above selection input.
산출한 결과 값은, (예, 애플리케이션을 통해) 단말기(200)로 전달되어 디스플레이부에 표시되거나 또는 수면 평가 장치(300)의 디스플레이부를 통해 출력될 수 있다. The resulting values can be transmitted to the terminal (200) (e.g., via an application) and displayed on the display unit or output through the display unit of the sleep evaluation device (300).
실시 예에 따라, 업데이트된 슬립 인덱스 및 이와 관련된 하나 이상의 수면 평가 요소는, 상기 선택 입력에 따라 변경된 필터 항목에 대응되는 제2 그룹의 슬립 인덱스와 비교 형태로 제공된다. 예를 들어, 도 18b에 도시된 바와 같이, 비교 그래프와 관련된 평가 요소 항목별(예, 입면시간, 수면시간, 수면효율, 수면중각성, 입면+수면시간 등 ) 수치로 표현될 수 있다. According to an embodiment, the updated sleep index and one or more sleep evaluation factors related thereto are provided in the form of a comparison with a second group of sleep indices corresponding to filter items changed according to the selection input. For example, as illustrated in FIG. 18b, evaluation factor items related to the comparison graph (e.g., falling asleep time, sleeping time, sleep efficiency, wakefulness during sleep, falling asleep + sleeping time, etc.) may be expressed in numerical values.
일부 실시 예에서는, 필터링 항목의 초기 설정값을 변경할 수 있다. 이러한 경우, 수면 패턴 유사도 산출 및 대응되는 슬립 인덱스 업데이트를 위한 산출 복잡도는 매우 증가하겠으나, 사용자가 원하는 설정값으로 필터링 항목을 변경하여 자신의 수면 질을 비교할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 30대 남자이고, 직업이 프리랜서이지만, 대조군을 위한 필터링 항목을 30대 '여자'로 선택하여, 비교 가능하다.In some embodiments, the initial settings of the filtering items can be changed. In this case, the calculation complexity for calculating the sleep pattern similarity and updating the corresponding sleep index will increase significantly, but the user can change the filtering items to the desired settings to compare his or her sleep quality. For example, the user is a man in his 30s and is a freelancer, but the filtering item for the control group can be selected as a 'woman' in her 30s for comparison.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자의 수면 데이터 중 수면의 질이 좋게 평가된 수면 데이터를 군집화하고 이를 기반으로 맞춤형의 개인화된 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)을 비교 표준으로 활용함으로써, 사용자의 수면 평가를 군집화된 맞춤형 수면 단계 변화별로 수행하여 보다 정확도 높게 수면의 질을 평가할 수 있다. 또한, 맞춤형 스탠다드 수면 곡선(Good Sleep Hypnogram)과 비교하려는 데일리 수면 곡선(Daily Hypnogram)에 대한 수면 단계 변화별 유사도를 한 눈에 직관적으로 비교 파악할 수 있다. 또한, 사용자의 자신의 수면 평가를 원하는 기간별로 용이하게 확인할 수 있고, 선택된 조건의 다른 그룹과 비교한 결과를 동시에 확인할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, by clustering sleep data evaluated as having good sleep quality among the user's sleep data and utilizing a customized personalized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) as a comparison standard based on the clustered sleep data, the user's sleep evaluation is performed according to the clustered customized sleep stage change, thereby enabling a more accurate evaluation of sleep quality. In addition, the similarity according to the sleep stage change for the daily sleep curve (Daily Hypnogram) to be compared with the customized standard sleep curve (Good Sleep Hypnogram) can be intuitively compared and identified at a glance. In addition, the user's own sleep evaluation can be easily checked for a desired period, and the results compared to other groups under selected conditions can be checked simultaneously.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 나아가, 상기 컴퓨터는 수면 평가 장치의 제어부/프로세서를 포함할 수 있다. The above-described present disclosure can be implemented as a computer-readable code on a medium having a program recorded thereon. The computer-readable medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like. Furthermore, the computer may include a control unit/processor of a sleep evaluation device.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art, it should be understood that the detailed description and specific embodiments, such as preferred embodiments of the present invention, are given by way of example only.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, etc. described in the embodiments above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to just one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. exemplified in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the above description has been made with reference to examples, these are merely examples and do not limit the present invention, and those with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains will recognize that various modifications and applications not exemplified above are possible without departing from the essential characteristics of the present invention. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And the differences related to such modifications and applications should be interpreted as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
Claims (20)
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