KR101448106B1

KR101448106B1 - 무구속 근전도 신호를 이용한 재활상태 분석방법

Info

Publication number: KR101448106B1
Application number: KR1020120016438A
Authority: KR
Inventors: 김정환; 최민준
Original assignee: 주식회사 라이프사이언스테크놀로지
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-10-08
Also published as: KR20120094870A

Abstract

본 발명은 무구속 근전도 측정시스템 및 이를 이용한 재활상태 분석방법에 관한 것으로, 생체신호측정슈트를 이용하여 피검자의 근전도, 심전도 등의 생체신호센서를 장착하여 건강상태 분석을 위한 생체신호뿐만 아니라, 피검자의 상지, 하지 팔에 각각 근전도센서 및 3축가속도/자이로센서를 부착하여 피검자의 동작상태를 분석한 후 근력보조시스템에 전송하고, 재활측 팔의 운동 경로데이터 및 속도데이터를 획득하여 분석한 결과에 따라 재활정도 및 재활상태를 판단하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 생체신호측정슈트에 장착된 각 근전도센서, 심전도센서, 심음센서, 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기; 피검자의 상,하지팔에서 각각 근전도신호를 검지하는 상,하지 근전도측정부; 상,하지 근전도측정부에서 검지된 각각의 근전도신호를 무선수신하는 무선수신부; 입력된 각 채널별 생체신호를 수집하고, 어떤 채널의 생체신호인지 판단하고, 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부; 및 인터페이스변환부로부터 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

무구속 근전도 신호를 이용한 재활상태 분석방법{Analisys Method of Rehabilitation status using Electromyogram}

본 발명은 근력보조시스템의 무구속 근전도 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼형태의 슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위 등에 근전도(EMG: Electromyogram), 심전도(ECG), 심음, 피부온도, 센서를 포함한 생체신호센서를 장착하여 피검자의 건강상태 분석을 위한 생체신호뿐만 아니라, 피검자의 상지, 하지 팔에 각각 근전도센서를 부착하여 피검자의 동작상태를 분석한 후 근력보조시스템에 전송하므로 근력보조시스템에서 이를 기초로 하여 근력보조시스템을 제어하도록 하며, 측정된 근전도신호를 이용하여 재활정도를 분석 및 판단하는 무구속 근전도 측정시스템 및 이를 이용한 재활상태 분석방법에 관한 것이다.

일반적으로 u-헬스케어 시스템은 IT와 보건의료 서비스가 결합하여 언제, 어디서나 이용 가능한 건강관리 및 의료 서비스이며, 질병의 원격관리, 일반인의 건강 유지 및 향상을 서비스하기 위한 시스템이다.

이를 위해서는 피검자로부터 보다 정확한 생체정보를 획득해야 할 뿐더러, 피검자를 무구속 무자각 상태에서 생체정보를 획득 가능하도록 생체정보획득장치를 피검자의 몸에 부착 또는 착용해야 한다.

즉, 종래기술에 따른 생체정보 획득장치는 주로 피검자로부터 심전도(ECG), 맥파(PPG), 피부전기저항(GSR), 피부온도(SKT), 체지방(BMI), 근전도(EMG), 근력신호(MMG)등을 센서로부터 획득하는 장치로, 피검자의 일상생활에 지장을 주지 않은 상태에서 지속적으로 생체정보를 획득하기 위해 손목시계 타입, 밴드타입, 신체 직접 부착타입, 슈트타입 등 다양한 형태의 무구속 생체정보 획득장치로 구성된다.

이와 같은 무구속 생체정보 획득장치에 의해 피검자의 신체로부터 생체정보를 획득하고, 획득된 생체신호를 메모리에 저장 또는 무선신호로 분석/관리시스템으로 전송하여 획득된 생체신호를 분석하여 피검자의 건강상태를 진단 또는 파악하도록 한다.

그러나, 종래기술에 따른 무구속 생체정보 획득장치는 획득하고자 하는 생체정보의 특성에 따라 손목시계 타입, 밴드타입, 신체직접 부착타입, 슈트타입 등으로 각각 구성되어 있으므로, 획득하고자 하는 생체정보에 따라 획득장치의 형태가 결정되고, 서로 다른 생체정보를 획득하기 위해서는 해당 타입의 획득장치를 사용해야 하므로, 다양한 생체정보를 획득하기 위해서는 서로 다른 다수의 생체정보 획득장치를 착용해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼형태의 슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위 등에 근전도(EMG: Electromyogram), 심전도(ECG), 심음, 피부온도, 센서를 포함한 생체신호센서를 장착하여 피검자의 건강상태 분석을 위한 생체신호뿐만 아니라, 피검자의 상지, 하지 팔에 각각 근전도센서를 부착하여 피검자의 동작상태를 분석한 후 근력보조시스템에 전송하므로 근력보조시스템에서 이를 기초로 하여 근력보조시스템을 제어하도록 하는 무구속 근전도 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 무구속 근전도 측정시스템에서 측정된 피검자의 상,하지에 장착된 근전도측정부에서 측정된 근전도신호, 3축 가속도 및 자이로센서를 통해 획득된 경로데이터 및 속도데이터를 획득하여 분석한 결과에 따라 재활정도 및 재활상태를 판단하도록 하는 근력보조시스템의 무구속 근전도측정신호를 이용한 재활상태 분석방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정시스템은 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 심음, 호흡 및 피부온도를 획득을 위한 다수의 근전도센서, 심전도센서, 심음센서 및 피부온도센서를 포함한 생체센서부로 구성된 무구속 근전도 측정시스템에 있어서, 상기 각 근전도센서, 심전도센서, 심음센서, 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기; 상기 피검자의 상,하지팔에서 각각 근전도신호를 검지하는 상,하지 근전도측정부; 상기 상,하지 근전도측정부에서 검지된 각각의 근전도신호를 무선수신하는 무선수신부; 상기 AD변환기 및 무선수신부를 통해 입력된 각 채널별 생체신호를 수집하고, 수집된 생체신호가 어떤 채널의 신호인지 판단하고, 입력된 각 채널의 신호를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부; 및 상기 인터페이스변환부로부터 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성하되, 상기 생체센서부는 피검자가 착용 가능한 생체신호측정슈트의 내측에 부착되며, 상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 상,하지에 착용 가능한 밴드 내측에 부착된 것을 특징으로 한다.

상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 팔에 접촉되어 근전도신호를 검지하는 근전도센서; 상기 근전도센서의 검지신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭기; 상기 피검자의 움직임 가속도 및 각속도 신호를 검지하는 3축가속도센서 및 3축자이로센서; 상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환 및 신호처리하여 무선송신하는 제2 마이크로콘트롤러; 상기 각 부에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 전원공급부의 배터리 충전을 위한 충전포트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 마이크로콘트롤러는 상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 동작신호를 입력받아 다중화 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서에서 출력된 피검자의 근전도신호 및 동작신호를 디지털신호로 변환하는 AD변환부; 상기 AD변환부로부터 변환된 피검자의 근전도 및 동작데이터를 일정시간 저장하는 레지스터; 상기 레지스터에 저장된 각 데이터를 무선 인터페이스에 매칭되도록 변환하는 무선인터페이스부; 및 상기 무선인터페이스부로부터 출력된 상기 근전도 및 동작데이터를 무선전송하는 무선송신부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정은 피검자의 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부를 통해 획득된 근전도(EMG)신호를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서, 상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정; 상기 근전도신호와 기 저장된 기준 근전도신호(EMG_ref)를 비교하는 제2과정; 및 상기 제2과정의 비교결과에 따라 재활정도 및 움직임 경로의 왜곡정도를 판단하는 제3과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정은 피검자의 재활측 상,하지에 부착된 근전도측정부를 통해 측정된 근전도(EMG)신호와, 3축가속도센서 및 3축자이로센서를 통해 측정된 상,하지 모션 경로 및 속도를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서, 상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정; 상기 3축가속도 및 3축자이로센서를 통해 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터를 획득하는 제2과정; 상기 제1과정에서 측정된 각 근전도신호(EMG)와 기준근전도신호를 비교하는 제3과정; 상기 제2과정에서 획득된 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터와 기준 모션 경로 및 속도 데이터를 비교하는 제4과정; 상기 제3과정 및 제4과정에서의 비교결과에 따라 피검자의 재활 정도 및 경로 왜곡정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 무구속 근전도 측정장치 및 재활상태 분석방법은 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 심음 및 피부온도센서를 장착한 생체신호측정슈트(suit)를 착용할 경우 생체신호측정슈트를 착용하는 것만으로 다양한 생체정보를 한 번에 획득할 수 있고, 획득된 생체정보에 의해 건강상태를 분석 및 관리하기 위한 기초 데이터를 한 번에 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자의 상,하지 팔에 근전도센서를 부착하여 입력된 근전도신호를 기반으로 근력보조시스템의 암 콘트롤러를 수행하도록 하는 효과가 있다.

또한, 무구속 근전도 측정장치로부터 측정된 근전도신호 및 상,하지로부터 획득된 3축 가속도 및 경로데이터를 분석하여 재활상태를 분석 및 판단한 결과 데이터를 제공하므로, 피검자가 이를 참조하여 재활훈련을 수행하여 보다 효과적인 재활훈련을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무구속 근전도 측정시스템을 피검자가 착용한 구성도이고,
도 2는 도 1의 생체신호측정슈트를 펼친 상태의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밴드타입으로 구성된 상,하지 팔 근전도측정장치의 구성도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 전체 블록 구성도이고,
도 5는 도 3에서 제2 마이크로콘트롤러의 상세 블록구성도이고,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템을 피검자가 착용한 상태의 구성도이고, 도 2는 생체신호측정슈트를 펼친상태의 구성도로서, 피검자가 착용 가능한 조끼형태로 구성되어 피검자의 생체신호측정을 위한 다수의 센서가 장착된 생체신호측정슈트(101)와, 상기 생체신호측정슈트(101)의 내면에 장착된 6개의 근전도센서(111), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 심음센서(113), 피부온도센서(114)와, 상기 각 센서(111~114)로부터 측정된 신호를 입력받아 신호처리 및 피검자의 건강상태를 판단하기 위한 각종 파라미터를 산출하는 제어보드(200)로 구성된다.

상기 생체신호측정슈트(101)는 조끼형태로 피검자가 착용하도록 하며, 착용의 편의를 위하여 상,중,하 크기로 구성하고, 밸크로 등의 접착방식으로 착용 후 고정부재로 이용하도록 한다.

재질은 스판형태로 착용시 피검자의 몸에 밀착도를 높여 각 센서(111~114)의 감지효율을 높이도록 한다. 다른 실시예로 생체신호측정슈트(101)에 공기를 주입하여 착용 후 각 센서(111~114)가 피검자의 몸에 밀착하도록 구성된 공압식슈트도 가능하다.

상기 6개의 근전도센서(111) 및 심전도센서(114)의 전극은 직물전극, CNT(Carbon Nanotube)전극으로 구성하여 생체신호측정슈트(101)에 부착이 용이하고, 생체신호 감지효율을 높이도록 한다.

한편, 생체신호측정슈트(101)는 각 센서(111~114) 및 제어보드(200)뿐만 아니라, 전원공급을 위한 전원공급배터리(도면에 미도시)를 부착하고, 상기 각 센서(111~114)는 가슴부위, 겨드랑이, 어깨 또는 등 부위로부터 생체신호를 감지하도록 부착한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밴드타입으로 구성된 상,하지 팔 근전도측정장치의 펼친 상태의 구성도로서, 상,하지 팔의 근전도측정장치는 상기 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드(102)(103)의 내부에 각각 근전도 신호를 검지하기 위한 상,하지근전도측정부(130)(150)를 장착 구성한다.

즉, 상기 상,하지 밴드(102)(103)에 부착된 상,하지 근전도측정부(130)(150)의 구체적인 구성은 근전도신호를 검지하는 센서전극(131)과, 상기 센서전극(131)으로부터 검지된 미약한 전기신호를 증폭하는 증폭기(132)와, 피검자의 상,하지 동작을 감지하는 3축가속도센서 및 3축 자이로센서(133)와, 상기 증폭기(132) 및 3축가속도센서 및 3축 자이로센서(133)로부터 입력된 신호를 디지털 데이터로 변환 및 신호처리하여 무선 송신하는 제2 마이크로콘트롤러(140)와, 상기 각 부(131~133, 140)에 전원을 공급하는 전원공급부(136); 및 상기 전원공급부의 배터리 충전을 위한 충전포트(137)로 구성된다.

여기서, 제2 마이크로콘트롤러(140)는 무선통신 가능한 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 노르딕(NorDic)등의 무선모듈이 사용가능하나, 본 발명에서 바람직하게는 마이크로콘트롤러와 노르딕이 결합된 원칩으로 구성한다.

도 5는 도 3에서 제2 마이크로콘트롤러(140)의 상세 블록구성도로서, 상기 근전도신호 증폭기(132), 3축가속도센서 및 3축자이로센서(133)로부터 입력된 동작신호를 입력받아 다중화 출력하는 멀티플렉서(141)와, 상기 멀티플렉서(141)에서 출력된 피검자의 근전도신호 및 동작신호를 디지털신호로 변환하는 AD변환부(142)와, 상기 AD변환부(142)로부터 변환된 피검자의 근전도 및 동작데이터를 일정시간 저장하는 레지스터(143)와, 상기 레지스터(143)에 저장된 각 데이터를 무선 인터페이스에 매칭되도록 변환하는 무선인터페이스부(144)와, 상기 무선인터페이스부(144)로부터 출력된 상기 근전도 및 동작데이터를 상기 제어보드(200)의 무선수신부(211)에 노르딕방식으로 무선전송하는 무선송신부(145)로 구성된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 블록 구성도로서, 상기 제어보드(200)는 상,하지 근전도측정부(130)(150)로부터의 무선전송 신호를 수신하는 무선수신부(211)와, 각 센서(111~114)의 감지신호를 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치 출력하는 제1, 제2 AD변환기(201)(202)와, 상기 AD변환기(201)(202)를 통해 입력된 각 채널별 생체데이터 및 상기 무선수신부(211)로부터의 상,하지 근전도데이터를 수집하고, 수집된 생체데이터가 어떤 채널의 데이터인지 판단하고, 입력된 각 채널의 데이터를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부(203)와, 상기 인터페이스변환부(203)로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하고, 상기 상,하지 근전도데이터 및 상기 가슴 및 어깨부위의 근전도데이터로부터 피검자의 동작 및 위치데이터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러(204)와, 상기 제1 마이크로콘트롤러(204) 또는 상기 인터페이스변환부(203)의 데이터를 외부 기기로 전송하고, 상기 피검자의 동작 및 위치데이터를 암(Arm)콘트롤러로 전송하는 근력보조시스템 인터페이스부(205)로 구성되된다.

상기 각 센서(111~114)에서 감지된 미약한 신호는 설정된 레벨 이상으로 증폭하여 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로 전송하는 각각의 증폭기(121)로 구성된다.

상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)는 각각 8개의 입력 채널로 구성되어 있으며, 제1 AD변환기(201)는 우측에 장착된 근전도센서(111)의 근전도신호(R_EMG1~R_EMG6)와, 심전도센서(112)의 심전도신호(ECG)를 입력받고, 상기 제2 AD변환기(202)는 좌측에 장착된 근전도센서(111)들의 근전도신호(L_EMG1~6)와, 심음센서 및 피부온도센서의 심음 및 온도데이터를 입력 받는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도 1 내지 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 생체신호측정슈트(101)에 장착된 6개의 근전도센서(111), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 심음센서(113), 1개의 피부온도센서(114)는 피검자(100)의 신체 각부에서 해당 생체신호를 검지한다.

즉, 6개의 근전도센서(111) 및 1개의 심전도센서(112)는 (+),(-)전극으로부터 전기신호를 감지하고, 상기 각 증폭기(121)를 통해 증폭하여 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로 입력하고, 상기 심음센서(113)는 피검자(100)의 심장박동음을 마이크로폰을 이용하여 획득한 후 일정레벨의 전기신호로 변환 증폭하여 상기 제2 AD변환기(202)로 입력하고, 상기 피부온도센서(114)는 피검자(100)의 겨드랑이 측으로부터 온도를 검지하여 일정레벨의 전기신호로 변환 및 증폭하여 상기 제2 AD변환기(202)로 입력한다.

상기 각 8채널로 구성된 제1, 제2 AD변환기(201)(202)는 상기 각 채널을 통해 입력된 생체신호를 디지털데이터로 변환하고, 설정시간을 래치한 후 상기 인터페이스변환부(203)로 출력한다.

상기 인터페이스변환부(203)는 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로부터 입력된 생체데이터를 수집하고, 어떤 채널의 생체데이터인지를 판단하고, 제1 마이크로콘트롤러(204) 및 근력보조시스템 인터페이스부(205)와의 인터페이스 매칭을 위해 변환한 후 출력한다.

한편, 상기 피검자(100)의 상,하지에 밴드타입으로 장착된 상,하지 근전도측정부(130)(140)로부터 검지된 상,하지 근전도데이터를 무선데이터로 상기 제어보드(200)으로 전송한다.

상기 상,하지 근전도측정부(130)(140)는 도 3, 5에 도시된 바와 같이, 상,하지밴드(102)(103)의 피부와 접촉하는 내측면에 각각 장착되어 각각의 근전도신호를 검지하도록 동일한 구성 및 작용을 하게 된다. 따라서, 상지 근전도측정부(130)를 일 실시예로 그 작용에 대하여 보다 상세히 설명하며, 하지 근전도측정부(140)의 상세한 작용 설명은 다음 도 3, 5의 작용설명을 참조한다.

즉, 상지 근전도측정부(130)는 피부와 접촉되는 센서전극(131)을 통해 근전도 신호가 검지되어 증폭기(132)를 통해 미약한 근전도신호를 일정레벨로 증폭한 후 제2 마이크로콘트롤러(140)로 입력하며, 밴드 내에 장착된 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서(133)로부터 측정된 3축(x, y, z) 방향의 위치, 방위, 각속도 및 가속도 신호를 검지하여 상기 제2 마이크로콘트롤러(140)로 출력한다.

상기 제2 마이크로콘트롤러(140)는 상기 각 센서(131)(133)에서 감지된 신호를 입력받아 멀티플렉서(141)에서 다중화시켜 출력한다. 상기 멀티플렉서(141)를 통해 출력된 각 센서신호는 AD변환기(142)를 통해 디지털신호로 변환되고, 레지스터(143)을 통해 저장되고, 무선인터페이스매칭부(144)를 통해 노르딕 무선방식의 무선데이터로 변환한 후 무선송신부(145)를 통해 상기 생체신호측정슈트(101)의 무선수신부(211)로 전송한다.

상기 생체신호측정슈트(101)의 제1 마이크로콘트롤러(204)는 상기 인터페이스변환부(203)로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거한 후 분석하고, 분석된 데이터로부터 피검자의 동작상태, 건강상태 또는 감정상태를 판단하기 위한 다양한 파라미터를 산출하게 된다.

상기 심전도데이터(ECG)를 분석하여 분당 호흡수, R-피크, RRI 및 HR 등 피검자의 건강상태를 파악할 수 있는 중요한 파라미터들을 산출한다.

즉, 입력된 심전도데이터(ECG)는 저역 및 고역통과필터를 통해 고역 및 저역대의 주파수 성분을 갖는 노이즈를 제거하고, 1차 미분 및 제곱근 연산과정을 수행하고, 포락선검출 알고리즘을 통해 R-피크를 추출하고, 상기 R-피크로부터 RRI 및 맥박수(HR)을 산출하게 된다.

한편, 입력된 심음데이터는 노이즈 제거 후 분석과정을 통해 분당 심장박동수 등 심장상태를 판단할 수 있는 파라미터들을 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 심전도데이터에 노이즈가 발생할 경우 심음데이터로 대체하여 파라미터를 산출하게 된다.

이와 같이 제1 마이크로콘트롤러(204)를 통해 산출된 각 파라미터들은 외부통신부(205)를 통해 근력보조장치의 콘트롤러(도면에 미도시), 피검자 건강진단시스템 또는 피검자 스트레스 분석, 감정상태 분석 등의 시스템 등으로 출력하여 해당 시스템의 기초데이터로 활용할 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1 마이크로콘트롤러(204)는 상기 무선수신부(211)을 통해 입력된 상,하지 근전도측정부(130)(150)로부터의 각 근전도데이터, 자이로데이터, 각속도데이터와 상기 생체신호측정슈트(101)에 장착된 근전도센서(111)로부터의 근전도신호를 분석하여 피검자의 상,하지 위치, 움직임 방향 및 속도 등을 산출한 후 상기 근력보조시스템 인터페이스부(205)로 출력한다.

상기 근력보조시스템 인터페이스부(205)는 입력된 피검자의 상,하지의 위치, 움직임 방향 및 속도 등의 동작데이터를 근력보조시스템의 암(Arm) 콘트롤러로 전송하므로 근력보조시스템을 구동하는데 필요한 데이터로 제공한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 피검자의 재활측 상,하지 운동시 지정된 모션으로 동작하도록 하고, 이때 상기 각 상,하지에서 측정된 근전도신호와, 기준 근전도신호를 비교 분석하여, 피검자의 상,하지 운동 경로가 정상범위에서 벗어난 정도를 판단하고, 그에 따른 재활정도를 판단하게 된다.

이를 위하여 먼저, 다수의 정상인의 모션별로 상,하지 근전도신호를 측정하고, 각 평균치 및 표준오차를 산출하여 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로 설정 저장한다.(S101)

상기 기준 근전도신호는 근전도신호에 영향을 줄 수 있는 나이, 성별 등 다양하게 분류하고, 보다 정확한 기준 근전도신호를 산출하기 위하여 가능한 많은 사람들의 모션별 근전도신호를 측정 및 평균값을 산출하여 데이터베이스화하고, 해당 피검자의 상태에 맞는 기준 근전도신호를 선택하여 사용하도록 한다.

피검자의 재활측 상,하지에 착용하는 각 상,하지밴드(102)(103)는 상기 정상인의 측정 위치와 동일한 위치에 착용하고, 지정된 모션으로 재활운동을 시작함과 동시에 각 상,하지밴드(102)(103)에 내장된 각 근전도측정부(130)(150)로부터 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 측정한다.(S103)(S105)

상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)는 상기 피검자가 착용하고 있는 생체신호측정슈트(101)의 제1마이크로콘트롤러(204)로 전송한다.

여기서, 상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)는 근전도신호 컴퓨터 또는 분석장치로 무선전송하여 분석가능하도록 한다.

상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)와 상기 피검자가 수행한 해당 모션에 해당하는 각 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)의 변화 패턴을 비교 분석하여 재활상태 및 재활정도를 판단한다.(S107)(S109)

즉, 각 모션에 따른 각 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)의 변화 패턴과 피검자의 측정된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)의 변화 패턴을 비교하여 모션 방향데이터를 추출하고, 비교 결과에 따라, 피검자의 모션 방향의 왜곡상태를 산출하게 된다.

피검자는 보다 정확한 분석을 위하여 다양한 모션을 지정하고, 각 모션을 상기 과정(S103 ~ S109)과정을 반복 수행하여 획득된 결과 데이터를 종합분석하므로, 피검자의 재활상태 및 정도를 보다 정확한 분석이 가능하다.

상기 제1마이크로콘트롤러(204)는 산출된 피검자의 모션방향에 대한 왜곡상태 분석 데이터를 피검자에게 제공하여, 재활중인 상,하지의 재활운동에 참고할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 피검자의 재활정도 및 재활상태를 분석하기 위한 기준 근전도신호를 설정하는 다른 실시예로서, 피검자의 정상측 상,하지의 근전도신호로 설정하는 것이다.

즉, 피검자가 재활측 상,하지의 근전도신호를 측정하기 전에 정상측의 상,하지에 상기 상,하지 밴드(102)(103)를 착용하고, 지정된 다양한 모션을 수행하도록 한다.

상기 피검자의 각 모션별로 정상측 상,하지 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG4)를 각각 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로 데이터베이스화하여 저장한다.(S121)

피검자의 재활측 상,하지에 상기 상,하지밴드(102)(103)를 상기 정상측 상,하지의 근전도신호 측정위치와 대칭되는 위치 착용하고, 각 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)를 설정하기 위한 지정된 각 모션별 재활측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 각각 측정한다.(S123)(S125)

상기 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)와 측정된 재활측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)의 각 모션별로 비교분석하고, 그 결과에 따라 모션별 재활상태 및 재활정도를 판단하는 과정(S127)(S129)은 상기 도 6의 비교분석 및 판단과정(S107)(S109)와 동일하므로 이하, 상세한 설명은 이를 참조한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무구속 근전도측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 상,하지밴드에 각각 근전도측정부 및 3축 가속도/자이로센서를 탑재하고, 근전도신호 뿐만 아니라, 상,하지의 운동경로 및 속도를 기준 데이터와 비교 분석하므로 보다 정확한 재활정도 및 재활상태를 판단하게 된다.

먼저, 다양한 모션의 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4) 및 기준 운동경로 및 속도를 설정한다.

이를 위하여 다수의 정상인의 모션별 근전도신호(EMG1~EMG4)를 측정 및 평균값을 산출하여 저장하며, 상기 기준 운동경로 및 속도 설정은 다수의 정상인의 모션별 3축 가속도 및 자이로센서(133)로부터 획득된 3축 가속도 및 자이로신호(ref_Accl1, ref_Accl2)(ref_Gyro1, ref_Gyro2)를 기준데이터로 하여 각 모션별 기준 경로데이터 및 속도데이터를 산출 설정한다.(S141)(S143)(S145)

기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4), 기준 경로데이터 및 속도데이터를 산출을 위한 다른 실시예로, 피검자의 정상측 상,하지에서 측정된 모션별 근전도신호, 3축 가속도 및 자이로신호를 획득하여 설정 가능하다.

상기 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4), 기준 경로데이터 및 속도데이터 설정 후, 피검자는 재활측 상,하지에 각 밴드(102)(103)을 착용하고, 지정된 모션별로 재활운동을 하고, 이때 근전도측정부(130)(150)으로부터 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 측정하고, 동시에 상기 3축 가속도/자이로센서(133)을 통해 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L-Gyro2)를 측정한다.(S147)(S149)(S151)

여기서, 상기 각 상,하지 밴드(102)(103)는 내부에 근전도신호 측정을 위한 2쌍의 근전도전극(131)(138)과 하나의 3축가속도/자이로센서(133)를 내장하고 있으며, 각 각 상,하지밴드(102)(103)에서 입력되는 근전도신호는 모두 4개 채널의 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 획득하며, 3축가속도/자이로신호는 2개 채널의 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L_Gyro2)를 획득하게 된다.

이와 같이 획득된 각 근전도신호를 이용하여 모션별 움직임 방향을 산출하여 기 설정 저장된 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로부터 산출된 모션별 움직임 방향데이터와 비교하여 재활상태 및 정도를 판단하게 된다.(S153)

또한, 측정된 피검자의 상,하지에서 측정된 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L-Gyro2)를 이용하여 상,하지의 운동경로 및 속도를 산출하게 되고, 산출된 운동경로 및 속도와 상기 설정된 기준 3축가속도/자이로신호로부터의 기준 경로 및 속도데이터를 비교하여 그 차이점에 따라 재활정도 및 재활상태를 판단하게 된다.(S155)

여기서, 재활상태는 상기 산출된 재활측의 모션별 운동 경로 및 속도와 각 모션별 기준 운동경로 및 속도의 비교하여 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값과 설정된 표준오차 범위에서 벗어난 정도를 분석함에 따라, 상,하지의 운동 방향별 재활상태 및 정도를 구체적인 데이터를 피검자에게 제공하므로, 이를 참조하여 재활훈련을 하도록 한다.

이와 같이 상기 근전도신호의 비교결과(S153)에 따른 재활정도 및 재활상태 데이터와 3축가속도/자이로 데이터의 비교결과(S155)에 따른 재활정도 및 재활상태를 종합하여 보다 정확하고 구체적인 운동 방향별 재활상태 및 재활정도를 판단하여 피검자에게 제공하게 된다.(S157)

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 재활상태를 측정하기 위한 운동 방향, 경로 및 속도데이터 측정방법은 측정 위치, 모션 등에 따라 다양하게 변형시킬 수 있으며, 근전도신호 측정장치 및 근전도신호 및 3축 가속도/자이로신호를 종합하여 재활정도 및 상태를 판단하는 방법은 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

100 : 피검자 101 : 생체신호측정슈트
102,103 : 상,하지밴드
111 : 근전도센서 112 : 심전도센서
113 : 심음센서 114 : 피부온도센서
121, 132 : 증폭기 130,150 : 상,하지 근전도측정부
131,138 : 근전도센서전극 133 : 3축 가속도/자이로센서
136 : 배터리 137 : 충전포트
141 : 멀티플렉서 143 : 레지스터
144 : 무선인터페이스매칭부 145 : 무선송신부
200 : 제어보드 201,202,142 : AD변환기
203 : 인터페이스변환부 204, 140 : 제1, 제2 마이크로콘트롤러
205 : 근력보조시스템 인터페이스부
211 : 무선수신부

Claims

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다수의 정상인의 지정된 모션을 수행할 때 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부에서 획득된 각 근전도측정위치의 평균값을 각 기준 근전도신호로 설정하고, 피검자의 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부를 통해 획득된 근전도(EMG)신호를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 각 기준근전도신호와 비교하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서,
상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)의 변화를 각각 획득하는 제1과정;
상기 제1과정에서 획득된 피검자의 각 근전도신호의 변화 패턴과 기 저장된 각 기준 근전도신호(EMG_ref)의 변화 패턴을 비교하는 제2과정; 및
상기 제2과정의 비교결과에 따라 재활정도 및 움직임 방향의 왜곡상태를 판단하는 제3과정;을 포함하되,
상기 제1과정의 피검자의 지정된 모션은 기준 근전도신호(EMG_ref) 설정을 위한 정상인의 지정된 모션과 동일하며, 상기 피검자의 근전도측정부는 상기 정상인의 측정위치와 동일한 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.
피검자의 정상측 상,하지팔을 지정된 모션으로 반복 수행하며 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부에서 획득된 각 근전도측정위치의 평균값을 각 기준 근전도신호로 설정하고, 피검자의 재활측 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부를 통해 획득된 근전도(EMG)신호를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 각 기준근전도신호와 비교하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서,
상기 피검자가 재활측 팔의 지정된 모션을 수행함에 따라 재활측의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)의 변화를 각각 획득하는 제1과정;
상기 제1과정에서 획득된 피검자의 각 근전도신호의 변화 패턴과 기 저장된 각 기준 근전도신호(EMG_ref)의 변화 패턴을 비교하는 제2과정; 및
상기 제2과정의 비교결과에 따라 재활정도 및 움직임 방향의 왜곡상태를 판단하는 제3과정;을 포함하되,
상기 제1과정의 피검자의 재활측 지정된 모션은 기준 근전도신호(EMG_ref) 설정을 위한 정상측의 지정된 모션과 동일하며, 상기 피검자의 재활측 각 근전도측정부는 상기 정상측의 측정위치와 동일한 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 기준 근전도신호를 다양한 모션별로 설정되며, 상기 피검자가 상기 제1 내지 제3과정을 각 모션별로 수행함에 따라 피검자의 각 모션별 재활정도 및 방향 왜곡상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제1마이크로콘트롤러는 피검자의 생체신호측정슈트에 장착되며;
상기 각 근전도측정부는 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드의 내부에 장착되며;
상기 각 근전도측정부에서 획득된 근전도신호는 상기 제1마이크로콘트롤러에 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.
피검자의 재활측 상,하지에 부착된 근전도측정부를 통해 측정된 근전도(EMG)신호와, 3축가속도센서 및 3축자이로센서를 통해 측정된 상,하지 모션 경로 및 속도를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서,
상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정;
상기 3축가속도 및 3축자이로센서를 통해 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터를 획득하는 제2과정;
상기 제1과정에서 측정된 각 근전도신호(EMG)와 기준근전도신호를 비교하는 제3과정;
상기 제2과정에서 획득된 피검자의 상,하지 모션경로 및 속도데이터와 기준 모션경로 및 속도 데이터를 비교하는 제4과정;
상기 제2과정 및 제3과정에서 획득된 각 근전도 및 모션경로, 속도데이터 비교결과에 따라 피검자의 재활 정도 및 경로 왜곡정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제3과정에서 기준 모션경로 및 속도 데이터는 정상인이 동일 모션을 수행했을 때의 경로데이터의 평균값과 속도데이터의 평균값인 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제3과정의 기준 모션 경로 및 속도 데이터는 피검자가 동일 모션을 수행하는 정상측 상,하지의 모션경로 및 속도 데이터인 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제1마이크로콘트롤러는 피검자의 생체신호측정슈트에 장착되며;
상기 각 근전도측정부, 3축 가속도센서 및 자이로센서는 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드의 내부에 장착되며;
상기 각 근전도측정부 및 3축 가속도센서 및 자이로센서에서 획득된 근전도신호, 3축 가속도신호 및 자이로신호는 상기 제1마이크로콘트롤러에 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.