KR101205908B1

KR101205908B1 - 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101205908B1
Application number: KR1020110050095A
Authority: KR
Inventors: 탁계래; 최진승; 강동원
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-28

Abstract

본 발명은 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대용 보행 평가 모듈을 사용해, 보행 변인을 추출하고 초기인지장애(mild cognitive impairment, MCI) 및 치매(Alzheimer's disease, AD)에 따라 변화하는 보행과 심전도 변인의 연구를 통하여 알고리즘화된 보행 인덱스 계산 및 분석으로 초기인지장애와 치매를 평가할 수 있는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정된 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 초기인지장애 및 치매 평가 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법{Mild cognitive impairment and Alzheimer's disease evaluation system using Gait dynamics and HRV monitoring and the method thereof}

본 발명은 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대용 보행 평가 모듈을 사용해, 보행 변인을 추출하고 초기인지장애(mild cognitive impairment, MCI) 및 치매(Alzheimer's disease, AD)에 따라 변화하는 보행과 심전도 변인의 연구를 통하여 알고리즘화된 보행 인덱스 계산 및 분석으로 초기인지장애와 치매를 평가할 수 있는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 심전도(ECG)파형은 도1a에서 보는 바와 같은 반복된 형태를 나타내고, 이 파형의 특징은 QRS의 피크를 가지는 것이다.

이 중, R피크는 가장 큰 피크이고 R피크의 분당 개수가 심박수(heart rate)와 동일하다. 또 HRV(heart rate variability)는 이러한 R피크와 다음 R피크의 간격 시간의 변동성을 분석하는 기법이다.

간단히 말해 R-R 간격 시간은 각 RR 간격마다 아주 조금씩 차이가 발생하게 되는데, 이를 여러 가지 해석 기법을 사용하여 의미를 추론하는 기법이다(HRV는 일반적으로 심장 질환 평가를 위해 다양하게 개발, 이용되고 있음).

한편 보행동특성(Gait dynamics)도 역시 HRV와 유사한 방식의 간격 시간을 이용한다.

다만, 보행 시 보행간격시간(stride time)을 이용하게 되는 것이다(도1b). 이러한 긴 시간의 보행을 수행할 때, 보행간격시간은 상술한 HRV의 RR 간격과 같이 여러 개의 시간 나열이 발생하게 된다.

이러한 값의 의미가 HRV와 다소 차이를 나타내지만, HRV와 유사하게 분석하는 방법이 보행동특성이다. 이 또한 최근에 병증과의 관계가 다양하게 보고되고 있다.

그러나 상술한 다양한 분석 기법은 아직 환자 평가 시스템에 적용된 기술이 없어, 다양한 질환을 가지고 있는 환자의 병증을 미리 파악할 수 있게 적용된 기술의 개발이 필요하게 되었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 일상 생활 중 보행 시 나타나는 보행 특성을 이용하여 정상/초기인지장애/치매를 평가하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정된 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 초기인지장애 및 치매 평가 시스템으로 구성된다.

상기 센서부는, 상기 가속도계와 각속도계와 심전도계에서 측정된 데이터를 전달하는 통신부와, 상기 측정된 데이터를 필터링하는 데이터 필터링부와, 상기 데이터 필터링부에서 필터링된 데이터를 저장하는 저장부로 구성된다.

상기 가속도계와 각속도계를 통한 보행동특성 인덱스(Gait dynamics index)를 이용하여 보행분석을 하는 보행분석모듈을 더 포함하여 구성된다.

상기 심전도계를 통한 심박변이율(HRV; Heart Rate Variability)을 이용하여 심전도 분석을 하는 심전도분석모듈을 더 포함하여 구성된다.

상기 보행분석모듈은 가속도계와 각속도계를 통한 분산계수(coefficient of variance, CV)와 DFA(detrended Fluctuation Analysis)를 통하여 보행분석한다.

본 발명은 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법에 있어서, 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링하는 단계와, 상기 센서부에서 필터링된 데이터를 저장하는 단계와, 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계로 이루어진다.

상기 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링하는 단계는, 통신부를 통해 상기 가속도계와 각속도계와 심전도계에서 측정된 데이터를 전달하는 단계와, 데이터 필터링부를 통해 상기 측정된 데이터를 필터링하는 단계와, 저장부를 통해 상기 데이터 필터링부에서 필터링된 데이터를 저장하는 단계로 구성된다.

상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는, 보행분석모듈을 통하여 상기 가속도계와 각속도계를 통한 보행동특성(Gait dynamics) 인덱스를 이용하여 보행분석을 하는 단계이다.

상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는, 심전도분석모듈을 통하여 상기 심전도계를 통한 심박변이율(HRV; Heart Rate Variability)을 이용하여 심전도 분석을 하는 단계이다.

상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는, 상기 보행분석모듈이 가속도계와 각속도계를 통한 분산계수(coefficient of variance, CV)와 DFA(detrended Fluctuation Analysis)를 통하여 보행분석하는 단계이다.

본 발명에 따르면 보행 분석 알고리즘을 통해 인덱스를 추출하며 추출된 인덱스는 정상, 초기인지장애, 치매의 평가에 유용하게 활용될 수 있다.

본 발명에 따르면 인덱스의 계산 및 분석은 휴대용 보행 평가 모듈 내에서 처리되어 제시할 수 있으며, 개인용 컴퓨터 혹은 스마트폰을 통해 데이터베이스화하여 세부적인 추가 분석을 용이하게 할 수 있다.

도1a는 종래 발명에 따른 HRV(heart rate variability)측정에서의 심전도 파형과 QRS파, R-R interval(RR 간격 시간)을 보여주는 도면.
도1b는 종래 발명에 따른 보행동특성(Gait dynamics)에서의 한 걸음 간격 시간 (stride time)을 보여주는 도면.
도2는 본 발명에 따른 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템의 대략적인 구성을 보여주는 도면.
도3은 도2의 센서부의 구성을 보여주는 도면.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명은 보행동특성(Gait dynamics)관점에서 치매환자와 일반 노인의 보행에 차이를 보인다는 본 발명자의 여러 선행 연구에 기반하고 있다.

특히 본 발명은 일반 노인, 초기인지장애, 치매환자 보행 실험에서 보행 변인을 이용한 각 그룹의 분류가 가능하고, 이에 간단한 휴대용 보행 측정 장치(관성센서 이용)와 이로부터 계산된 변인(CV, DFA 등)을 통해 정상노인, 초기인지장애, 치매를 평가하는 일련의 시스템 구축에 대한 것이다.

본 발명에 따른 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템은 휴대용 보행 평가 모듈(100)과 초기인지장애 및 치매 평가부(200)로 크게 나뉘는 데, 휴대용 보행 평가 모듈(100)은 가속도와 각속도 등을 센싱하는 센서부(110)와 측정된 원본 데이터를 저장하거나 간략한 보행동특성 및 심박 특성의 계산 정보를 저장하는 저장부(120)로 구성된다.

상기 초기인지장애 및 치매 평가부(200)는 다변인을 통한 세부적인 평가결과 계산 및 데이터베이스 구축이 가능한 모듈이다.

즉 본 발명은 작은 센서를 사용하여 일상생활 중 이질감이 없이 노인에게 적용하고, 얻어진 데이터로부터 간략한 보행동특성과 HRV 변인을 계산하여 정상/초기인지장애/치매를 평가하는 시스템이다.

따라서 본 발명에 따라 정상/초기인지장애/치매의 평가, 계산 및 분석은 휴대용 보행 평가 모듈 내에서 처리되어 제시할 수 있으며, 개인용 컴퓨터 혹은 스마트폰을 통해 데이터베이스화하여 세부적인 추가 분석을 용이하게 할 수 있다.

센서부(110)는 가속도계와 각속도계와 심전도계(심전도 측정 장치)를 포함하는 MEMS기반의 관성센서 모듈로서, 휴대용 보행 평가를 위한 가속도 정보와 각속도 정보와 심전도 정보를 전달하는 통신부(112, 114) 등을 포함하여 이를 통해 데이터를 전달하는 장치이다.

여기에서 상기 센서부(110)는 3축 가속도계 및 3축 각가속도계를 이용하여 3차원으로 보행 평가를 할 수도 있다.

또한 상기 센서부(110)는 상기 가속도 정보와 각속도 정보와 심전도 정보를 통신부(112, 114)를 통해 데이터필터링부(116)로 필터링하며 필터링된 데이터를 저장부(118)에 저장하는 역할도 한다.

저장부(120)는 상기 센서부에서 측정된 데이터를 저장하는 장치로서, 상기 가속도 정보와 각속도 정보와 심전도 정보 등을 저장한다.

초기인지장애 및 치매 평가부(200)는 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 장치로서, 상기 가속도 정보와 각속도 정보와 심전도 정보 등을 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 한다.

또한 본 발명은 상기 가속도계와 각속도계를 통한 행동특성을 이용하여 보행분석을 하는 보행분석모듈을 더 포함하여 구성된다.

여기에서 상기 보행분석모듈은 가속도계와 각속도계를 통한 분산계수(coefficient of variance, CV)와 DFA(detrended Fluctuation Analysis)를 통하여 보행분석하지만, 일반적인 가속도와 각속도를 이용한 보행 분석 방법도 사용될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 심전도계를 통한 심박변이율(HRV; Heart Rate Variability)을 이용하여 심전도 분석을 하는 심전도분석모듈을 더 포함하여 구성된다.
예를 들어 정상, 초기인지장애, 치매인지를 구분하는 일정치를 저장부에 저장하고, 각 단계에 따라 초기인지장애와 치매 등을 유동적으로 평가할 수 있다.

이하 본 발명의 실시를 위한 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법의 구체적인 내용을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법은 센서부 데이터의 필터링 단계와 이를 저장하고 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계로 크게 이루어진다.

즉 본 발명은 작은 센서를 사용하여 일상생활 중 이질감이 없이 노인에게 적용하고, 얻어진 데이터로부터 정상/초기인지장애/치매를 용이하게 평가하기 위한 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법이다.

여기에서 인덱스(데이터)의 계산 및 분석은 휴대용 보행 평가 모듈 내에서 처리되어 제시할 수 있으며, 개인용 컴퓨터 혹은 스마트폰을 통해 데이터베이스화하여 세부적인 추가 분석을 용이하게 할 수 있다.

구체적으로 살펴보면 먼저 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링한다.

그리고 상기 센서부에서 필터링된 데이터를 저장하고, 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 초기인지장애와 치매를 평가한다.

또한 상기 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링하는 단계는, 통신부를 통해 상기 가속도계와 각속도계와 심전도계에서 측정된 데이터를 전달하는 단계와, 데이터 필터링부를 통해 상기 측정된 데이터를 필터링하는 단계와, 저장부를 통해 상기 데이터 필터링부에서 필터링된 데이터를 저장하는 단계로 나뉘는 데, 이렇게 측정된 데이터들은 이하 설명되는 각 행동특성과 분산계수 등을 분석하는 데 이용된다.

또한 상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는, 보행분석모듈을 통하여 상기 가속도계와 각속도계를 통한 보행동특성 인덱스(Gait dynamics index)를 이용하여 보행분석을 하는 단계이다.

따라서 본 발명은 보행 분석 알고리즘을 통해 인덱스를 추출하며 추출된 인덱스는 정상, 초기인지장애, 치매의 평가에 유용하게 활용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100 : 휴대용 보행 평가 모듈
110 : 센서부
112 : 가속도 정보와 각속도 정보 통신부
114 : 심전도계 데이터 통신부
120 : 저장부
200 : 초기인지장애 및 치매 평가부

Claims

가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부와;
상기 센서부에서 측정된 데이터를 저장하는 저장부와;
상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 초기인지장애 및 치매 평가 시스템;
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 가속도계와 각속도계와 심전도계에서 측정된 데이터를 전달하는 통신부와;
상기 측정된 데이터를 필터링하는 데이터 필터링부와;
상기 데이터 필터링부에서 필터링된 데이터를 저장하는 저장부;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가속도계와 각속도계를 통해 보행분석을 하는 보행분석모듈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 심전도계를 통한 심박변이율(HRV; Heart Rate Variability)을 이용하여 심전도 분석을 하는 심전도분석모듈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템.
제3항에 있어서,
상기 보행분석모듈은 가속도계와 각속도계를 통한 분산계수(coefficient of variance, CV)와 DFA(detrended Fluctuation Analysis)를 통하여 보행분석하는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 시스템.
보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법에 있어서,
가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링하는 단계와;
상기 센서부에서 필터링된 데이터를 저장하는 단계와;
초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법.
제6항에 있어서,
상기 가속도계와 각속도계와 심전도계를 포함하는 센서부를 통한 데이터를 필터링하는 단계는,
통신부를 통해 상기 가속도계와 각속도계와 심전도계에서 측정된 데이터를 전달하는 단계와;
데이터 필터링부를 통해 상기 측정된 데이터를 필터링하는 단계와;
저장부를 통해 상기 데이터 필터링부에서 필터링된 데이터를 저장하는 단계;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법.
제6항에 있어서,
상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는,
보행분석모듈을 통하여 상기 가속도계와 각속도계를 통해 보행분석을 하는 단계;인 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법.
제6항에 있어서,
상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는,
심전도분석모듈을 통하여 상기 심전도계를 통한 심박변이율(HRV; Heart Rate Variability)을 이용하여 심전도 분석을 하는 단계인 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법.
제6항에 있어서,
상기 초기인지장애 및 치매 평가 시스템을 통하여 상기 저장부에 저장된 데이터를 통해 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가를 하는 단계는,
상기 보행분석모듈이 가속도계와 각속도계를 통한 분산계수(coefficient of variance, CV)와 DFA(detrended Fluctuation Analysis)를 통하여 보행분석하는 단계인 것을 특징으로 하는 보행과 심전도 모니터링을 통한 초기인지장애와 치매 평가 방법.