KR20210017616A - Diagnosis device for Parkinson's disease - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파킨슨병의 진단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자의 발화 문장을 음성학적 운율측면에서 분석하여 파킨슨병을 진단 예측할 수 있고, 우리나라의 특발성 파킨슨병 환자에 대한 발화문장의 음성학적 운율 분석을 통해 초기 특발성 파킨슨병을 진단 예측할 수 있는 파킨슨병의 진단장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for diagnosing Parkinson's disease, and more particularly, it is possible to diagnose Parkinson's disease by analyzing a patient's speech sentence in terms of phonetic prosody, and the phonetic rhyme of speech sentences for patients with idiopathic Parkinson's disease in Korea. The present invention relates to a diagnostic device for Parkinson's disease that can diagnose and predict early idiopathic Parkinson's disease through analysis.
고령화 사회에 접어들면서 파킨슨병 환자들의 증가에 따른 사회적 대처의 심각성이 이슈화 되고 있다. 특히, 가정이나 환자 관리 기관에서 이들만을 위한 파킨슨병 환자 전용의 파킨슨병 징후 인지 및 보호, 관리를 위한 파킨슨병 환자의 보호 관리 시스템은 전무한 상태이다.As we enter an aging society, the seriousness of social coping with the increase of Parkinson's disease patients is becoming an issue. In particular, there is no protection management system for Parkinson's disease patients for the recognition, protection, and management of Parkinson's disease symptoms, exclusively for Parkinson's patients at home or patient management institutions.
따라서, 가정이나 파킨슨병 환자 관리 기관에서 활용할 수 있는 파킨슨병환자들만을 위한 파킨슨병 발병 징후 인지, 파킨슨병 증상 진행 상태 인지 기술에 필요성이 대두되는 상태이다.Therefore, there is a growing need for techniques to recognize signs of Parkinson's disease and recognize progression of Parkinson's disease symptoms only for Parkinson disease patients, which can be used at home or in Parkinson disease patient management institutions.
한국 공개 특허 제 2010-0026302호는 휴대용 단말기를 이용한 노약자 관리 시스템에 대하여 개시하는데, 즉 노약자의 위치 정보를 포함하는 노약자 정보를 모니터링하고, 노약자 정보를 전문가의 단말기에 전송하고, 전문가의 지시사항을 수신하여 노약자의 단말기에 전송하는 기술에 대하여 기재하고 있고, 한국 공개 특허 제 2010-0026302호는 환자의 관리를 여전히 전문가에게 의존해야 하며, 환자의 증상을 자동으로 인지하지 못하고 있는 치명적인 문제점이 있어서, 최근 노령화 사회의 급속한 진입으로 인한 파킨슨병 환자의 증가 및 파킨슨병 환자에 대한 사회적 비용 증가에 따른 문제점에 비추어 보았을 때, 파킨슨병 환자를 좀 더 효율적으로 관리하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.Korean Patent Publication No. 2010-0026302 discloses a management system for the elderly using a portable terminal, i.e., monitoring the information of the elderly including the location information of the elderly, transmitting the information of the elderly to the terminal of the expert, and sending instructions from the expert. It describes a technology that receives and transmits to the terminal of the elderly, and Korean Patent Publication No. 2010-0026302 still has to rely on experts for patient management, and there is a fatal problem in that the patient's symptoms are not automatically recognized. In view of the problems caused by the increase in Parkinson's disease patients due to the recent rapid entry of the aging society and the increase in social costs for Parkinson disease patients, the need for a technology to manage Parkinson's disease patients more efficiently is emerging.
파킨슨병 환자들의 70%이상이 말(speech) 문제를 겪고 있는 것으로 알려져 있는데, 이는 파킨슨병일 가능성이 있는 환자들이 말하는 방식 (발화 방식)이나, 환자가 말한 문장(발화 문장)에 의해 파킨슨병의 유무를 간접적으로 파악할 수도 있음을 의미하는 것이다. More than 70% of patients with Parkinson's disease are known to have speech problems, which is the presence or absence of Parkinson's disease by the way patients who may have Parkinson's disease speak (speech way) or the sentence the patient says (speech sentence). It means that you can also grasp indirectly.
구체적으로, 환자 발화 문장의 음성학적 운율 분석을 통해 이러한 예측이 가능하며, 보다 중요한 것은 기존의 분석 도구들이 주로 외국 기업가들이 외국인들을 상대로 한 연구에 바탕을 두고 있기 때문에, 우리나라 환자에게 직접적으로 적용하기에는 적절하지 못한 경우가 많다는 것이므로, 우리나라의 파킨슨병 환자들을 대상으로 수행한 연구 결과를 바탕으로 하는 진단 예측 도구에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.Specifically, this prediction is possible through the phonetic rhyme analysis of the patient's speech sentence. More importantly, the existing analysis tools are mainly based on foreign entrepreneurs' research on foreigners, so it is difficult to directly apply it to Korean patients. Since it is often inappropriate, there is an urgent need to develop a diagnostic prediction tool based on the results of research conducted on Parkinson's disease patients in Korea.
또 한편, 최근 인공지능을 기반으로 하여 누구나 간편하고 쉽게 진단할 수 있는, 음성 분석을 통해 파킨슨병이나 정신 질환 또는 이상 징후를 예측 또는 판별하는 시스템을 개발하였으며, 이를 모바일용 어플리케이션에 적용하기도 한다.On the other hand, recently, based on artificial intelligence, a system for predicting or discriminating Parkinson's disease, mental illness, or abnormal signs through voice analysis, which anyone can diagnose easily and easily, has been developed, and is also applied to mobile applications.
현재 산업에서 사용되는 인공지능(Artificial intelligence, AI)은 컴퓨터에 다양한 데이터를 입력하고 반복된 훈련 과정을 통해 하나의 결과를 유추하는 지도학습을 기반으로 하며 지난 몇 년간 이와 같은 지도학습 기술은 빠르게 발전했으며, 결과를 유추하는 능력이 크게 향상되면서 점차 사용 분야가 다양해지고, 운용 비용은 저렴해지고 있어서, 최근 인공지능을 기반으로 한 음성 식별 제품들이 개발되어 출시되고 있기도 한 실정이다.Artificial intelligence (AI), currently used in industry, is based on supervised learning, which inputs various data into a computer and infers a single result through repeated training processes. Over the past few years, such supervised learning technology has evolved rapidly. As the ability to infer results is greatly improved, the fields of use are gradually becoming diversified, and operation costs are becoming cheaper, so voice identification products based on artificial intelligence have recently been developed and released.
본 발명은 파킨슨병의 진단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자의 발화 문장을 음성학적 운율측면에서 분석하여 파킨슨병을 진단 예측할 수 있고, 우리나라의 특발성 파킨슨병 환자에 대한 발화문장의 음성학적 운율 분석을 통해 초기 특발성 파킨슨병을 진단 예측할 수 있는 파킨슨병의 진단장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for diagnosing Parkinson's disease, and more particularly, it is possible to diagnose Parkinson's disease by analyzing a patient's speech sentence in terms of phonetic prosody, and the phonetic rhyme of speech sentences for patients with idiopathic Parkinson's disease in Korea. The present invention relates to a diagnostic device for Parkinson's disease that can diagnose and predict early idiopathic Parkinson's disease through analysis.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 파킨슨병의 유무를 진단받고자 하는 환자에 의해 발화된 문장을 녹음하는 녹음부와, 미리 구축된 진단예측모델을 저장하는 저장부와, 상기 녹음부에 녹음된 발화된 문장을 분석하는 분석부와, 상기 저장부에 저장된 진단예측모델을 이용하여 상기 분석부에 의해 분석된 결과로부터 상기 환자의 파킨슨병 유무를 진단하는 진단부 및 상기 녹음부, 저장부, 분석부 및 진단부를 각각 제어하는 제어부를 포함하는 파킨슨병의 진단장치에 있어서, 상기 진단예측모델은 상기 환자에 의해 발화될 상기 문장을 미리 지정하고, 파킨슨병에 대해 확진을 받은 환자들로 구성된 환자군 및 정상인들로 구성된 통제군이 발화한 진단용 문장을 녹음하고, 녹음된 발화된 문장의 운율을 분석하며, 운율 분석결과를 이용하여 다변량 통계분석 및 자동기계학습 알고리즘을 통해 구축하고, 파킨슨병 감지 장치에 상응하는 센서들이 수집한 파킨슨병 환자의 생리 신호, 상기 환자에 상응하는 주변 환경 정보 신호, 위치 신호, 움직임 신호, 음성 신호 및 영상 신호를 수신하는 수신부와, 상기 신호들을 분석하여, 상기 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 상기 파킨슨병 환자의 특징을 판단하는 판단부 및 파킨슨병 증상들 각각에 상응하는 특징과 상기 파킨슨병 환자의 특징을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하고, 상기 변화에 기반하여 파킨슨병 증상을 인지하는 증상 인지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파킨슨병의 진단장치를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes a recording unit for recording a sentence uttered by a patient who wants to be diagnosed with Parkinson's disease, a storage unit for storing a pre-built diagnostic prediction model, and the recording unit. An analysis unit for analyzing the recorded spoken sentence, and a diagnosis unit for diagnosing the presence or absence of Parkinson's disease of the patient from the results analyzed by the analysis unit using the diagnosis prediction model stored in the storage unit, and the recording unit and storage unit In the diagnostic apparatus for Parkinson's disease comprising a control unit that controls each of the analysis unit and the diagnosis unit, wherein the diagnosis prediction model is composed of patients who pre-designate the sentence to be uttered by the patient, and have been diagnosed with Parkinson's disease. Record diagnostic sentences uttered by the control group consisting of patients and normal people, analyze the prosody of the recorded uttered sentences, build through multivariate statistical analysis and automatic machine learning algorithms using prosody analysis results, and detect Parkinson's disease A receiving unit for receiving a Parkinson's disease patient's physiological signal collected by sensors corresponding to the device, an ambient environment information signal, a position signal, a motion signal, an audio signal, and an image signal corresponding to the patient, and analyzing the signals, A judgment unit for determining characteristics of the Parkinson's disease patient, including whether the Parkinson's disease patient is unconscious while the signal is being generated, and whether or not to speak a language appropriate to the situation, and the characteristics corresponding to each of the Parkinson's disease symptoms and the Parkinson's disease patient It provides a diagnostic apparatus for Parkinson's disease, comprising: a symptom recognition unit that compares features of, determines changes in cognition, memory, and expression based on the comparison result, and recognizes Parkinson's symptoms based on the change. .
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 증상 인지부는 상기 파킨슨병 증상의 인지 결과에 기반하여 파킨슨병 증상의 등급을 산출하고, 상기 환경 정보 신호와 상기 파킨슨병 증상의 연관 관계를 분석하고, 상기 연관 관계에 기반하여, 상기 주변 환경에 따른 상기 파킨슨병 증상의 발생 빈도 및 상기 파킨슨병 증상의 변이율을 판단하고, 시간대별 파킨슨병 증상의 변이율, 온도별 파킨슨병 증상의 변이율, 습도별 파킨슨병 증상의 변이율을 판단하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the symptom recognition unit calculates a grade of Parkinson's disease symptom based on the recognition result of the Parkinson's disease symptom, analyzes the relationship between the environmental information signal and the Parkinson disease symptom, and Based on the relationship, the frequency of occurrence of the Parkinson's disease symptoms and the variance rate of the Parkinson's disease symptoms according to the surrounding environment are determined, and the variability rate of Parkinson's disease symptoms by time period, the variability rate of Parkinson disease symptoms by temperature, Parkinson by humidity. It may be to judge the rate of variability in disease symptoms.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 판단은 상기 생리 신호에 기반하여 생리 현상 발생 여부를 판단하고, 상기 생리 현상이 발생된 경우, 관리 서비스 요청 신호를 미수신하거나, 기설정된 시간이 지난 이후에 측정된 온도 생리 신호 값 및 습도 생리 신호 값이 특정 범위 내에 존재하는 경우, 상기 환자가 무의식 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단하고, 상기 위치 신호에 기반하여 상기 환자의 위치 이탈 여부를 판단하고, 상기 위치 이탈 발생시 상기 위치 신호에 기반하여 무사 귀환 여부를 확인하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the determination is to determine whether a physiological phenomenon has occurred based on the physiological signal, and when the physiological phenomenon occurs, a management service request signal is not received or a predetermined time has elapsed. When the temperature physiological signal value and the humidity physiological signal value exist within a specific range, it is determined that a physiological phenomenon has occurred in the patient's unconscious state, and based on the position signal, it is determined whether the patient is out of position, and the position When a departure occurs, it may be to check whether a safe return or not based on the position signal.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 증상 인지부는 무의식 위치 이탈 증가율에 기반하여 상기 증가율이 특정 값 이상인 경우, 파킨슨병 증상을 인지하고, 상기 파킨슨병 환자의 가족력 정보, 상기 파킨슨병 환자의 일상 정보, 상기 파킨슨병 환자의 검진 정보를 입력 받고, 입력받은 정보, 상기 인지력의 변화, 상기 기억력의 변화, 상기 표현력의 변화에 기반하여 상기 파킨슨병 증상을 인지하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the symptom recognition unit recognizes a Parkinson's disease symptom based on an increase rate of unconscious position deviation, and when the increase rate is more than a specific value, the family history information of the Parkinson disease patient, and the daily information of the Parkinson disease patient , Recognizing the symptoms of Parkinson's disease based on the input information, the change in the cognitive ability, the change in the memory, and the change in the expressive power by receiving the examination information of the Parkinson's disease patient.
본 발명은 파킨슨병의 진단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자의 발화 문장을 음성학적 운율측면에서 분석하여 파킨슨병을 진단 예측할 수 있고, 우리나라의 특발성 파킨슨병 환자에 대한 발화문장의 음성학적 운율 분석을 통해 초기 특발성 파킨슨병을 진단 예측할 수 있는 파킨슨병의 진단장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for diagnosing Parkinson's disease, and more particularly, it is possible to diagnose Parkinson's disease by analyzing a patient's speech sentence in terms of phonetic prosody, and the phonetic rhyme of speech sentences for patients with idiopathic Parkinson's disease in Korea. The present invention relates to a diagnostic device for Parkinson's disease that can diagnose and predict early idiopathic Parkinson's disease through analysis.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 진단을 위한 진단장치의 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파킨슨병 환자 관리플랫폼과 장치를 도시한 블럭도이며,
도 3은 도 2의 파킨슨병 환자 관플랫폼을 도시한 블럭도이고,
도 4는 도 3에 도시한 파킨슨병 인지장치를 도시한 블럭도이며,
도 5는 도 3에 도시한 파킨슨병 환자 관리제공장치를 도시한 블럭도이고,
도 6은 도 1의 진단장치를 이용하여 파킨슨병의 진단을 진단하는 과정을 개략적으로 설명하는 도면이며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 8은 종래 파킨슨병에 대한 진단, 평가, 판단, 조치에 대한 기술내용과 모바일폰에 그 내용의 어플리케이션를 내장된 것을 개념적으로 도시한 그림이다.1 is a block diagram of a diagnostic apparatus for diagnosing Parkinson's disease according to an embodiment of the present invention,
2 is a block diagram showing a Parkinson's disease patient management platform and apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 is a block diagram showing the vascular platform for Parkinson's disease patients of FIG. 2,
Figure 4 is a block diagram showing the Parkinson's disease recognition device shown in Figure 3,
Figure 5 is a block diagram showing a Parkinson's disease patient management and provision apparatus shown in Figure 3,
6 is a diagram schematically illustrating a process of diagnosing a diagnosis of Parkinson's disease using the diagnostic apparatus of FIG. 1,
7 is a flowchart illustrating a method for diagnosing Parkinson's disease according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a diagram conceptually showing the technical contents of diagnosis, evaluation, judgment, and measures for Parkinson's disease and the application of the contents embedded in a mobile phone.
이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
다만, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하며, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하며, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이며, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하고, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.However, it should be noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and the technical terms used in the present invention have special different meanings in the present invention. Unless defined, the present invention should be interpreted as a meaning generally understood by those of ordinary skill in the art, and should not be interpreted as an excessively comprehensive or excessively reduced meaning, When a technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood by being replaced with a technical term that can be correctly understood by a person skilled in the art, and the general term used in the present invention is It should be interpreted as defined or according to the context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning, and the singular expression used in the present invention includes a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise, In the present invention, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the invention, and some components or some steps are included. It may not be performed, or it should be construed that additional components or steps may be further included, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof Can be omitted.
또한, 도면에 표시된 도면번호는 특별하게 다른 이유가 없는 한 동일한 도면번호로 표기하며, 해당 설명도 중복되는 부분에서 생략할 수 있다.In addition, reference numerals shown in the drawings are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason, and the corresponding description may be omitted from the overlapping part.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 진단을 위한 진단장치의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파킨슨병 환자 관리플랫폼과 장치를 도시한 블럭도이며, 도 3은 도 2의 파킨슨병 환자 관플랫폼을 도시한 블럭도이고, 도 4는 도 3에 도시한 파킨슨병 인지장치를 도시한 블럭도이며, 도 5는 도 3에 도시한 파킨슨병 환자 관리제공장치를 도시한 블럭도이고, 도 6은 도 1의 진단장치를 이용하여 파킨슨병의 진단을 진단하는 과정을 개략적으로 설명하는 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도인데, 이를 참고한다.1 is a block diagram of a diagnostic apparatus for diagnosing Parkinson's disease according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a Parkinson's disease patient management platform and apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the Parkinson's disease patient vascular platform, Figure 4 is a block diagram showing the Parkinson's disease recognition device shown in Figure 3, Figure 5 shows the Parkinson's disease patient management providing device shown in Figure 3 It is a block diagram, and FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a process of diagnosing Parkinson's disease using the diagnostic apparatus of FIG. 1, and FIG. 7 is a diagram for explaining a method for diagnosing Parkinson's disease according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart, refer to it.
본 발명에 따르는 파킨슨병의 진단장치(100)는 파킨슨병의 유무를 진단받고자 하는 환자에 의해 발화된 문장을 녹음하는 녹음부와, 미리 구축된 진단예측모델을 저장하는 저장부와, 상기 녹음부에 녹음된 발화된 문장을 분석하는 분석부와, 상기 저장부에 저장된 진단예측모델을 이용하여 상기 분석부에 의해 분석된 결과로부터 상기 환자의 파킨슨병 유무를 진단하는 진단부 및 상기 녹음부, 저장부, 분석부 및 진단부를 각각 제어하는 제어부를 포함하는 파킨슨병의 진단장치에 있어서, 상기 진단예측모델은 상기 환자에 의해 발화될 상기 문장을 미리 지정하고, 파킨슨병에 대해 확진을 받은 환자들로 구성된 환자군 및 정상인들로 구성된 통제군이 발화한 진단용 문장을 녹음하고, 녹음된 발화된 문장의 운율을 분석하며, 운율 분석결과를 이용하여 다변량 통계분석 및 자동기계학습 알고리즘을 통해 구축하고, 파킨슨병 감지 장치에 상응하는 센서들이 수집한 파킨슨병 환자의 생리 신호, 상기 환자에 상응하는 주변 환경 정보 신호, 위치 신호, 움직임 신호, 음성 신호 및 영상 신호를 수신하는 수신부와, 상기 신호들을 분석하여, 상기 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 상기 파킨슨병 환자의 특징을 판단하는 판단부 및 파킨슨병 증상들 각각에 상응하는 특징과 상기 파킨슨병 환자의 특징을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하고, 상기 변화에 기반하여 파킨슨병 증상을 인지하는 증상 인지부를 포함하는 특징이 있다. Parkinson's
본 발명에서 명세서 전반에 걸쳐 인공학습, 기계식 학습은 인공지능에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 "인공지능"은 AI(Artificial Intelligence)라고도 하는데, 인간이 지닌 지적 능력의 일부 또는 전체를 인공적으로 구현한 것으로, 학습, 문제 해결, 패턴 인식 등과 같이 주로 인간 지능과 연결된 인지 문제를 해결하는 데 주력하는 컴퓨터 공학 분야이다.In the present invention, throughout the specification, artificial learning and machine learning can be performed by artificial intelligence, and the "artificial intelligence" is also referred to as AI (Artificial Intelligence), which artificially implements some or all of human intellectual capabilities. It is a field of computer science that focuses on solving cognitive problems primarily linked to human intelligence, such as learning, problem solving, and pattern recognition.
또한, 상기 정신 질환 또는 이상 징후는 파킨슨병은 물론이고, 우울증, 불안증, 조기파킨슨병, 또는 자살 징후일 수 있다.In addition, the mental disease or abnormal symptom may be a symptom of depression, anxiety, early Parkinson's disease, or suicide, as well as Parkinson's disease.
본 발명에서 상기 "우울증"은 감정을 조절하는 뇌의 기능에 변화가 생겨 '부정적인 감정'이 나타나는 병이며 전세계 1억명 이상이 앓고 있는 질환이다. In the present invention, the "depression" is a disease in which a'negative emotion' appears due to a change in the brain's ability to control emotions, and is a disease that more than 100 million people around the world suffer from.
우울증의 정확한 발병 원인은 밝혀지지 않았으며, 세로토닌 및 멜라토닌을 비롯하여 도파민, 노르에피네프린 등 신경과 관련된 여러 가지 호르몬이 우울증에 영향을 미친다. The exact cause of depression has not been identified, and various hormones related to nerves such as dopamine and norepinephrine, including serotonin and melatonin, affect depression.
또한, 우울증의 발병은 내적, 외적 영향을 받는데, 사회구조적인 요인으로 우울증을 겪는 경우는 사회분위기의 시정이나 사회 안전망의 확충 등 공동체적 협력이 함께 이루어져야 온전한 치유에 이를 수 있다.In addition, the onset of depression is influenced internally and externally. In the case of depression due to a social structural factor, complete healing can be achieved only through community cooperation, such as correcting the social atmosphere or expanding the social safety net.
본 발명에서 상기 "불안증"은 다양한 형태의 비정상적, 병적인 불안과 공포로 인하여 일상 생활에 장애를 일으키는 정신 질환이다. In the present invention, the "anxiety" is a mental disorder that causes disorders in daily life due to various types of abnormal and pathological anxiety and fear.
불안증의 원인은 매우 다양하고 사람마다 다르기 때문에 간단하게 규정하기는 어렵고, 의학적으로는 불안이나 우울 등 정서적인 부분을 담당하는 뇌신경 내의 신경전달물질의 부족 또는 과다, 유전적 소인, 뇌의 기능적 또는 구조적 변화 등이 원인이 될 수 있으며, 사회심리학적인 측면, 과거의 경험, 외상후 스트레스 장애나 급성 스트레스 장애 등이 원인이 되기도 한다.The causes of anxiety are very diverse and vary from person to person, so it is difficult to define simply, and medically, the lack or excess of neurotransmitters in the cranial nerves responsible for emotional parts such as anxiety or depression, genetic predisposition, functional or structural of the brain Changes can be the cause, and social psychological aspects, past experiences, post-traumatic stress disorder or acute stress disorder can be the cause.
본 발명에서 상기 "파킨슨병"는 후천적으로 인지기능의 손상 및 인격의 변화가 발생하는 질환으로, 기억 및 사고 능력이 장기적으로 점차 감퇴하여 일상적인 생활에 영향을 줄 정도에 이르게 된 넓은 범위의 뇌 손상을 의미한다.In the present invention, the "Parkinson's disease" is a disease in which cognitive function is impaired and personality changes occur, and a wide range of brains in which memory and thinking abilities gradually decline in the long term and have an effect on daily life. Means damage.
파킨슨병의 약 50 내지 70%는 알츠하미어병에 해당하며, 약 20%는 혈액 공급의 손상이나 질병으로 인해 뇌로 혈액이 제대로 공급되지 않아 발생하는 혈관성 파킨슨병를 원인으로 가지고 있다.About 50 to 70% of Parkinson's disease corresponds to Alzheimer's disease, and about 20% have vascular Parkinson's disease, which occurs when blood is not properly supplied to the brain due to impaired blood supply or disease.
본 발명의 인공지능 기반의 음성분석을 이용한 정신 질환 또는 이상 징후를 조기 판별하는 시스템은 녹음부, 저장부, 분석부, 진단부, 제어부 및 판별부를 포함한다.The system for determining early signs of mental illness or abnormality using artificial intelligence-based voice analysis of the present invention includes a recording unit, a storage unit, an analysis unit, a diagnosis unit, a control unit, and a discrimination unit.
상기 녹음부(200)는 카디오이드 다이나믹형 헤드셋 마이크(Shure WH20 XLR, USA)와 Praat (ver 5132, Amsterdam, Netherlands)를 이용할 수 있으며, 22,050Hz 표준화율, 16비트 양자화 조건에서 디지탈화할 수 있다.The
상기 저장부(300)에는 파킨슨병 진단을 위해 구축한 진단예측모델이 저장되어 있다. The
상기 녹음부(200)는 사용자의 평소 음성을 일주일 내지 2개월 동안 녹음하는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 한달 동안 녹음하는 것을 특징으로 하나, 이에 제한되지 않는다.The
상기 저장부(300)는 상기 녹음부에서 일주일 내지 2개월, 바람직하게는 한달 동안 녹음한 사용자의 평소 음성을 수집하는 것을 특징으로 한다.The
상기 저장부(300)는 롬(ROM)으로 구성되어 상기 진단예측모델이 저장될 수 있다. The
다른 예로서, 상기 저장부(300)는 롬과 램(RAM)으로 구성되어, 상기 롬은 상기 진단예측모델을 저장하고, 상기 램에는 진단부(400)의 진단결과, 분석부(500)의 분석결과를 저장할 수도 있다. As another example, the
상기 분석부(400)는 수집된 음성의 음도, 발화속도, 또는 특정 단어의 빈도를 분석하는 것을 특징으로 한다.The
이 때, 상기 "음도"는 음의 높낮이의 정도를 말하며, "발화속도"는 말을 하는 속도를 말한다. In this case, the "pitch level" refers to the level of the pitch of the sound, and the "speech rate" refers to the speed at which you speak.
상기 분석부에서는 녹음된 음성의 음도가 높은지 낮은지, 말 속도가 빠른지 느린지, 또는 어떤 특정 단어를 자주 사용하는지를 분석한다.The analysis unit analyzes whether the sound level of the recorded voice is high or low, whether the speech speed is fast or slow, or whether a specific word is frequently used.
또한, 상기 분석부는 파킨슨병, 우울증, 불안증, 조기파킨슨병, 또는 자살 징후와 관련된 단어의 사용 빈도를 분석하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analysis unit is characterized by analyzing the frequency of use of words related to Parkinson's disease, depression, anxiety, early Parkinson's disease, or suicidal signs.
상기 분석부(400)는 상기 녹음부(200)에 녹음된 환자로부터 발화된 문장을 저장부(300)에 저장된 상기 진단예측모델을 이용하여 분석하여, 파킨슨병 진단을 위한 분석결과를 제공한다. The
상기 분석부(400)는 분석툴을 구비하여 상기 파킨슨병 진단을 자동적으로 수행할 수 있다.The
상기 판별부(700)는 통계분석 및 인공지능 알고리즘을 통해 상기 분석부에서 분석한 음성 데이터로부터 정신질환 또는 이상 징후를 예측 또는 판별하는 것을 특징으로 한다.The
구체적으로, 상기 판별부는 상기 분석부에서 분석한 음성 데이터와 실제 사용자의 기분을 매칭한 데이터를 누적한 후, 상기 누적된 데이터를 통계분석 하여 정신 질환 또는 이상 징후를 예측 또는 판별하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the determination unit is characterized in that after accumulating the voice data analyzed by the analysis unit and data matching the actual user's mood, and then statistically analyzing the accumulated data to predict or discriminate a mental illness or abnormal symptom. .
한편, 우울증 환자들의 음성은 낮은 음도(pitch)를 나타낸다는 연구 보고(Moses, 1954; Eldred&Price, 1958)가 있으며, 또한 말속도(speech rate)에 관한 선행 연구들을 살펴보면, 우울증 환자들이 개개인의 우울한 기분에서 회복된 기분이 되면 말속도가 증가되었다는 연구 보고(Klos, Ellgring&Scherer, 1988)도 있으며, 우울증 중증도가 심할수록 느린 말 속도와 낮은 음도 범위를 보였다.On the other hand, there is a study report showing that the voice of depressed patients has a low pitch (Moses, 1954; Eldred&Price, 1958). Also, looking at previous studies on speech rate, depressed patients showed individual depressive mood. There is also a study report that the speech speed increased when the mood recovered from the patient (Klos, Ellgring&Scherer, 1988). The more severe the severity of depression, the slower the speech speed and the lower pitch range.
따라서, 상기 선행 연구들을 토대로 하여 상기 판별부는 상기 분석부에서 분석한 음성 데이터의 음도가 낮을 때, 발화속도가 느릴 때, 또는 우울증, 불안증, 조기파킨슨병, 또는 자살 징후와 관련된 단어의 사용 빈도가 높을 때, 실제 사용자의 기분과 매칭한 데이터를 누적한 후, 누적된 데이터를 통계분석 하여 정신 질환 또는 이상 징후를 예측 또는 판별하는 것을 특징으로 한다.Therefore, on the basis of the preceding studies, the discriminating unit is when the voice data analyzed by the analysis unit has a low pitch, a slow utterance rate, or the frequency of use of words related to depression, anxiety, early Parkinson's disease, or suicidal signs. When it is high, after accumulating data matching the actual user's mood, the accumulated data is statistically analyzed to predict or discriminate mental illness or abnormal symptoms.
또 다른 예로서, 상기 제어부(600)내에 저장부가 구축되어 진단예측모델을 저장하거나 또는 진단예측모델 및 진단부(400)의 진단결과, 분석부(500)의 분석결과를 저장할 수도 있다.As another example, a storage unit may be constructed in the
상기 진단부(500)는 상기 분석부(400)의 분석결과를 이용하여 파킨슨병의 유무를 진단하며, 상기 진단장치(100)는 출력부(미도시)를 더 구비하여, 상기 분석결과 또는 진단결과를 표시할 수 있고, 이러한 출력부는 디스플레이 또는 프린터 등을 포함할 수 있다.The
또한, 본 발명의 파킨슨병의 진단장치(100)는 센서들을 이용하여 파킨슨병 환자의 상태에 상응하는 신호를 센싱하여 파킨슨병 환자 관리플랫폼(120)로 전달할 수 있고, 파킨슨병 감지 신호 센싱부, 센싱 신호 처리부, 센싱 신호 전송부로 구성될 수 있다.In addition, the Parkinson's
파킨슨병 감지 신호 센싱부는 파킨슨병 관측자 인체의 생리 신호, 음성 신호, 동영상 신호, 이미지 신호, 환경 신호(온도, 습도, 시간을 포함), 활동량 및 움직임 강도에 상응하는 신호, 위치 신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 신호를 센싱할 수 있다.The Parkinson's disease detection signal sensing unit is at least one of a physiological signal, an audio signal, a video signal, an image signal, an environmental signal (including temperature, humidity, and time), a signal corresponding to the amount of activity and motion intensity, and a position signal of the human body of a Parkinson disease observer A signal including a can be sensed.
이 때, 생리 신호, 음성 신호, 움직임 신호, 위치 신호를 센싱하는 센서들은 웨어러블 디바이스(wearable device)에 적용할 수 있고, 음성 신호, 환경 신호, 움직임 신호, 위치 신호를 센싱하는 센서들은 개인 휴대용 스마트폰에 적용할 수 있다.At this time, sensors that sense physiological signals, voice signals, movement signals, and position signals can be applied to a wearable device, and sensors that sense voice signals, environmental signals, movement signals, and position signals are personal portable smart devices. It can be applied to phones.
또한, 음성 신호, 환경 신호를 센싱하는 센서들은 파킨슨병 환자 관리플랫폼(120)이 적용되는 PC 또는 서버에 적용할 수 있고, 영상 신호를 센싱하는 센서들은 CCTV에 적용될 수 있으며, 파킨슨병 징후 감지 신호 센싱부를 구성하기 위해서 생리 신호, 움직임 신호, 음성 신호, 위치 신호를 센싱하는 센서들이 반드시 포함되어야 할 수도 있으며, 영상 신호 또는 환경 신호를 센싱하는 센서들을 이용할 수도 있다.In addition, sensors that sense voice signals and environmental signals can be applied to PCs or servers to which the Parkinson's disease
이 때, 파킨슨병 환자의 상태에 상응하는 신호는 여러 가지 정보를 가지고 있는 신호일 수 있으며, 신호가 가지고 있는 정보에 제한되지 아니할 수도 있는데, 예로서 배변 신호, 온도 신호, 습도 신호 등이 파킨슨병 환자의 상태에 상응하는 신호에 해당될 수 있다.At this time, the signal corresponding to the condition of the Parkinson's disease patient may be a signal having various information, and may not be limited to the information possessed by the signal, for example, a bowel signal, a temperature signal, a humidity signal, etc. It may correspond to a signal corresponding to the state of.
이 때, 파킨슨병 환자 관리플랫폼(120)는 장치(100)에서 수신한 신호를 기반으로 파킨슨병 징후 및 증상을 인지하고, 이를 이용하여 예방대처 및 상황조치 기능을 수행할 수 있는데, 파킨슨병 환자 관리플랫폼은 파킨슨병 증상 인지 장치와 파킨슨병 환자 관리 서비스 제공 장치로 구성되며, 도 3은 도 2의 파킨슨병 환자 관플랫폼을 도시한 블록도인데, 파킨슨병 환자 관리플랫폼(120)은 파킨슨병 감지연동부(210), 파킨슨병 인지장치(220) 및 파킨슨병 환자 관리제공장치(230)로 구성되어 있다.At this time, the Parkinson's disease
파킨슨병 감지연동부(210)는 파킨슨병 진단장치와 파킨슨병 환자 서비스플랫폼 간의 연결을 설정하고, 통신 프로토콜을 처리하고, 멀티 모달 다채널의 다중 메시지를 수신할 수 있다.The Parkinson's disease
여기서, 파킨슨병 진단장치(110)에서 전송하는 신호는 다수개의 신호이므로, 파킨슨병 감지연동부(210)는 다중 감지 신호를 파싱하고, 저장하고 관리할 수도 있다.Here, since the signals transmitted from the Parkinson's
한편 상기 파킨슨병 인지장치(220) 및 파킨슨병 환자 관리제공장치(230)를 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 파킨슨병 인지장치는 수신부(310), 판단부(320) 및 증상 인지부(330)로 구성되어 있는데, 수신부(310)는 파킨슨병 진단장치에 상응하는 센서들이 수집한 파킨슨병 환자의 생리 신호, 주변 환경 정보 신호, 위치신호, 움직임 신호, 음성 신호 및 영상 신호를 수신하며, 생리 신호는 파킨슨병 환자가 소변 또는 대변을 누었을 때, 생성되는 신호를 의미할 수 있다.On the other hand, looking at the Parkinson's
여기서, 주변 환경 정보 신호는 파킨슨병 환자 주변의 온도, 습도, 시간 중 어느 하나 이상을 포함한 신호일 수 있고, 음성 신호는 파킨슨병 환자의 음성을 녹음한 신호를 의미할 수 있으며, 영상 신호는 파킨슨병 환자의 증상을 모니터링하고 상태를 분석하기 위하여 파킨슨병 환자를 촬영한 신호를 의미할 수 있다.Here, the surrounding environment information signal may be a signal including any one or more of temperature, humidity, and time around the patient with Parkinson's disease, and the audio signal may mean a signal recorded by a patient with Parkinson's disease, and the image signal is a Parkinson's disease. In order to monitor the patient's symptoms and analyze the condition, it may refer to a signal taken of a Parkinson's disease patient.
여기서, 움직임 신호는 파킨슨병 환자의 움직임의 반경, 걸음 속도, 걸음의 방향성을 포함한 신호를 의미할 수 있고, 상기 수신부(310)는 다수개의 수신된 신호들에 대한 동일 시간대 증상 분석을 위한 신호 동기화를 수행할 수 도 있다.Here, the motion signal may mean a signal including a radius of a motion of a Parkinson's disease patient, a pace of a step, and a direction of a step, and the
또한, 상기 판단부(320)는 신호들을 분석하여, 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 파킨슨병 환자의 특징을 판단하고, 판단부(320)는 파킨슨병 환자의 증상 및 징후를 인지하기 위한 신호의 특성을 분석하고, 파킨슨병 발병에 영향력을 주는 정보들을 추출하고 분석할 수도 있다.In addition, the
아울러, 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부는 생리 현상이 발생할 때, 파킨슨병 환자의 의식 있는 행동에 의해 발생되었는지 여부를 의미할 수 있는데, 예로 파킨슨병 환자들은 자신이 의도하지 않아도 소변 또는 대변을 포함하는 생리 현상이 발생될 수 있으며, 판단부(320)는 이러한 것을 판단할 수 있고, 판단부(320)는 생리현상 발생으로 인한 관리 서비스 요청이 없거나 일정시간이 지나도 센싱된 온/습도 생리신호값이 유지되는 경우, 환자가 무의식(무지각) 상태에 있다고 판단할 수 있고, 생리 신호에 의해 생리 현상의 발생이 감지된 경우, 판단부(320)가 무의식 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단할 수 있다.In addition, whether the Parkinson's disease patient is unconscious may mean whether it is caused by the conscious behavior of the Parkinson's disease patient when a physiological phenomenon occurs.For example, Parkinson's disease patients contain urine or feces without their intention. Physiological phenomena may occur, and the
또한, 증상 인지부(330)는 파킨슨병 증상들 각각에 상응하는 특징과 파킨슨병 환자의 특징을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하고, 변화에 기반하여 파킨슨병 증상을 인지할 수 있고, 증상 인지부(330)는 환경 정보가 파킨슨병 증상 발명에 미치는 영향력을 분석할 수도 있으며, 환경 정보신호와 파킨슨병 증상의 연관 관계를 분석하고, 연관 관계에 기반하여 주변 환경에 따른 파킨슨병 증상의 발생 빈도 및 파킨슨병 증상의 변이율을 판단할 수 있다. 예를 들어, 온도가 높은 경우, 파킨슨병 증상의 발생 빈도가 높거나, 습도가 높은 경우, 파킨슨병 증상의 발생 빈도가 높다는 사실을 판단할 수도 있다.In addition, the
아울러, 상기 증상 인지부(330)는 시간대별 파킨슨병 증상의 변이율, 온도별 파킨슨병 증상의 변이율, 습도별 파킨슨병 증상의 변이율을 판단할 수 있고, 증상 인지부(330)가 판단한 결과를 이용하여 파킨슨병 환자가 증상이 최소한으로 발생하는 환경을 만들어 줄 수 있으며, 증상 인지부(330)는 파킨슨병 증상의 인지 결과에 기반하여 파킨슨병 증상의 등급을 산출할 수도 있는데, 예로 파킨슨병 증상들 각각에 상응하는 특징들과 파킨슨병 환자의 특징을 비교하고, 특정 개수 이상이 동일한 증상이 발생하는 경우, 파킨슨병 등급을 상 등급으로 설정할 수 있고, 특정 개수 이하인 경우 중 등급 또는 하 등급으로 설정할 수도 있고, 또한, 증상 인지부(330)는 파킨슨병 증상별로 특징을 추출하고, 파킨슨병 증상 인지에 필요한 융합적인 특징을 추출하고, 연관성을 통합 분석하는 과정을 통해파킨슨병 증상을 산출할 수도 있다.In addition, the
또한, 증상 인지부(330)는 파킨슨병 환자의 가족력 정보, 파킨슨병 환자의 일상 정보, 파킨슨병 환자의 검진 정보를 입력받고, 입력 받은 정보, 인지력의 변화, 기억력의 변화, 표현력의 변화에 기반하여 파킨슨병 증상을 인지할 수도 있다.In addition, the
여기서, 파킨슨병 환자의 가족력 정보는 직계, 병명 등 파킨슨병 영향력 분석에 필요한 항목에 따른 입력을 저장하고, 관리할 수 있고, 전문 기관의 검진 정보는 전문 기관의 주기적인 MRI 영상 판독 결과 및 초음파 판독 결과, 피검사 수치, 전문의 판단 기록 등의 정보 및 의견 등 파킨슨병 징후 및 증상 발달 분석에 필요한 항목에 따른 입력을 저장하고, 관리할 수 있다.Here, the family history information of Parkinson's disease patients can be stored and managed according to items necessary for Parkinson's influence analysis, such as direct line and disease name, and examination information of a specialized institution is a periodic MRI image reading result and ultrasound reading of a specialized institution. It is possible to store and manage inputs according to items necessary for analysis of signs and symptoms of Parkinson's disease, such as information and opinions such as results, blood test values, and expert judgment records.
아울러, 인지력 감퇴 정도를 판단하기 위한 정보는 가족, 친지, 사물, 위치를 인지하는 정도에 대한 정보를 의미할 수 있고, 기억력 감퇴 정도를 판단하기 위한 정보는 그림 또는 영상을 보여주고, 일정 시간 이후 보여줬던 그림을 알아 맞추는 정도에 관한 정보 또는 단어를 보여주고 일정 시간 이후 보여줬던 단어를 찾아내는 정도에 관한 정보를 의미할 수 있으며, 스피커를 통해 출력하여 들렸던 단어를 알아 맞추도록 하여 기억력 정보를 수집할 수 있고, 표현력 감퇴 정도를 판단하기 위한 정보는 상황과 이치에 맞지 않는 언어 구사력 정보를 수집하기 위해 엉뚱한 말, 엉뚱한 행동과 같은 상황과 이치에 맞지 않는 표현 내용 및 회수 등의 정보를 입력 받아 저장할 수 있다.In addition, the information for determining the degree of cognitive decline may mean information on the degree to which family, relatives, objects, and locations are recognized, and the information for determining the degree of memory decline is shown in a picture or video, and after a certain period of time. It can mean information about the degree of guessing the picture that was shown, or information about the degree of finding the word that was shown after a certain period of time, and it can be output through the speaker to help you guess the word that was heard to collect memory information. The information for determining the degree of decline in expressive power can be stored by inputting information such as situations such as wrong words and wrong actions and the contents of expressions that do not make sense, and the number of times to collect information on language proficiency that does not make sense. have.
한편, 파킨슨병 진단장치는 파킨슨병 환자의 정보를 관리하는 파킨슨병 환자 정보 관리부(미도시)를 더 포함할 수도 있고, 파킨슨병 환자 정보 관리부는 자가 진단을 통해 생성된 정보를 관리 할 수도 있고, 파킨슨병 환자의 심리 상태의 정도를 관리할 수도 있고, 파킨슨병 징후 인지 누적 정보를 관리할 수도 있고, 파킨슨병 환자의 활동 반경 정보를 관리할 수도 있고, 파킨슨병 관측자 및 상황 정보에 상응하는 정보를 축적하여 관리할 수도 있다.Meanwhile, the Parkinson's disease diagnosis apparatus may further include a Parkinson's disease patient information management unit (not shown) that manages information on Parkinson's disease patients, and the Parkinson's disease patient information management unit may manage information generated through self-diagnosis, You can manage the degree of psychological state of Parkinson's disease patients, manage cumulative information about Parkinson's symptoms, manage activity radius information of Parkinson's disease patients, and provide information corresponding to Parkinson's observers and situational information. It can also be accumulated and managed.
아울러, 파킨슨병 환자 관리서비스제공장치(230)는 분석부(410) 및 서비스 제공부(420)로 구성되는데, 분석부(410)는 파킨슨병 감지 장치에 상응하는 센서들이 수집한 파킨슨병 환자의 생리 신호, 주변 환경 정보 신호, 위치신호, 움직임 신호, 음성 신호 및 영상 신호를 수신하고, 신호들을 분석하여 파킨슨병 환자의 현재 상태를 분석하며, 서비스 제공부(420)는 기 설정된 파킨슨병 환자의 상태와 상기 파킨슨병 환자의 현재 상태를 비교한 결과에 기반하여 치매 환자의 현재 상태가 특정 상황에 처하였음을 판단한 경우, 특정 상황에 상응하는 경고 서비스 및 파킨슨병 환자의 지인에게 알림 서비스를 제공한다.In addition, the Parkinson's disease patient management
여기서, 경고 서비스는 파킨슨병 환자가 소지하고 있는 디바이스에 파킨슨병 환자가 처한 상황을 표시하는 서비스를 의미하는데, 예로, 환자가 무의식 중 생리 현상이 발생한 경우, 생리 현상이 발생했음을 알리는 경고 서비스를 제공할 수 있고, 파킨슨병 환자가 지정된 위치를 이탈한 경우, 지정된 위치를 이탈하였음을 알리는 경고 서비스를 제공할 수 있다.Here, the warning service refers to a service that displays the situation of a Parkinson's disease patient on a device possessed by a Parkinson's disease patient.For example, if the patient has a physiological phenomenon unconsciously, a warning service notifying that a physiological phenomenon has occurred is provided. In addition, when a Parkinson's disease patient deviates from a designated location, a warning service notifying that a patient with Parkinson's disease has deviated from the designated location may be provided.
또한, 상기 서비스 제공부(420)는 파킨슨병 증상의 등급에 기반하여 알림 서비스 제공 여부를 판단하고, 파킨슨병 증상의 등급이 상 등급 또는 중 등급 중 어느 하나의 등급에 해당하는 경우, 경고 서비스 및 알림 서비스를 제공할 수 있고, 파킨슨병 증상의 등급이 비교적 낮은 하 등급에 해당하는 경우, 경고 서비스만 제공받을 수 있는데, 예로 파킨슨병 등급이 중 등급 또는 상 등급에 해당하는 경우, 환자에게 거동에 이상이 생긴 경우, 생리 현상이 발생한 경우, 위치 이탈이 발생한 경우 환자의 지인이나 보호자에게 알림 서비스를 제공할 수 있다.In addition, the
아울러, 알림 서비스는 발생한 시간, 장소 등을 포함할 수도 있고, 이러한 알림 서비스는 보호자 또는 지인에게 SMS를 이용하여 전달될 수도 있고, 보호자 또는 지인에 상응하는 SNS 서비스를 이용하여 전달될 수도 있으며, 서비스 제공부(420)는 파킨슨병 환자 본인 또는 가족들이 직접 진단할 수 있는 자가 진단을 제공할 수 있는데, 예로 기억력 진단, 걸음걸이 진단, 인지력 진단, 반응속도 진단 등을 제공할 수 있다.In addition, the notification service may include the time and place of occurrence, and such notification service may be delivered to a guardian or acquaintance using SMS, or may be delivered using an SNS service corresponding to a guardian or acquaintance. The providing
또한, 서비스 제공부(420)는 파킨슨병 증상을 완화하거나 예방하는 서비스를 제공할 수도 있는데, 예로 기억력 재활, 활동력 재활, 인지력 재활, 반응력 재활 등을 제공할 수 있고, 서비스 제공부(420)는 보호자에게 서비스를 제공할 수 있으며, 파킨슨병환자가 위급상태에 처한 경우 알림을 위한 환자 상태 알림 서비스, 파킨슨병 환자의 상태, 파킨슨병 환자의 위치를 모니터링 하는 서비스를 제공할 수 있고 보호자의 디바이스에 연동하는 기능 역시 제공될 수 있으며, 서비스 제공부(420)는 테스트 일정 알림 서비스, 운동 시간 알림 서비스, 취침 시간 알림 서비스, 식사시간 알림 서비스 역시 제공될 수 있고, 서비스 제공부(420)는 위험 경고 알람 서비스, 위치 추적 서비스, 구호 자동 요청 서비스, 이동/외출 감지 서비스 역시 제공될 수 있다.In addition, the
다음으로, 본 발명의 파킨슨병 진단장치의 서비스 제공방법을 설명한다.Next, a method of providing a service of the Parkinson's disease diagnosis apparatus of the present invention will be described.
먼저 파킨슨병 진단장치가 센서들을 이용하여 신호를 수집하고, 파킨슨병 감지 장치는 센서들을 이용하여 생리 신호, 주변 환경 정보 신호, 음성 신호, 영상 신호 및 움직임신호를 수집할 수 있으며, 생리 신호는 파킨슨병 환자가 소변 또는 대변을 누었을 때, 생성되는 신호를 의미할 수 있고, 주변 환경 정보 신호는 파킨슨병 환자 주변의 온도, 습도, 시간 중 어느 하나 이상을 포함한 신호일 수 있으며, 음성 신호는 파킨슨병 환자의 음성을 녹음한 신호를 의미할 수 있고, 영상 신호는 파킨슨병 환자의 증상을 모니터링하고 상태를 분석하기 위하여 파킨슨병 환자를 촬영한 신호를 의미할 수 있으며, 움직임 신호는 파킨슨병 환자의 움직임의 반경, 걸음 속도, 걸음의 방향성을 포함한 신호를 의미할 수 있다.First, the Parkinson's disease diagnostic device collects signals using sensors, and the Parkinson's disease detection device can collect physiological signals, surrounding environment information signals, audio signals, video signals, and motion signals using sensors, and the physiological signals are Parkinson's. It may mean a signal that is generated when the sick patient urinates or stool, and the surrounding environment information signal may be a signal including any one or more of temperature, humidity, and time around the patient with Parkinson's disease, and the negative signal is Parkinson's disease. It may refer to a signal recorded by the patient's voice, and the image signal may refer to a signal photographed of a Parkinson's disease patient to monitor symptoms and analyze the condition, and the motion signal may refer to the movement of the Parkinson disease patient. It may mean a signal including a radius of, walking speed, and walking direction.
이어서, 수집한 신호에 기반하여 파킨슨병 환자의 특징을 판단하는데, 판단부(320)는 신호들을 분석하여, 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 파킨슨병 환자의 특징을 판단하고, 판단부(320)는 파킨슨병 환자의 증상 및 징후를 인지하기 위한 신호의 특성을 분석하고, 파킨슨병 발병에 영향력을 주는 정보들을 추출하고 분석할 수도 있으며, 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부는 생리 현상이 발생할 때, 파킨슨병 환자의 의식 있는 행동에 의해 발생되었는지 여부를 의미할 수 있는데, 예로 파킨슨병 환자들은 자신이 의도하지 않아도 소변 또는 대변을 포함하는 생리 현상이 발생될 수 있고 판단부(320)는 이러한 것을 판단할 수 있으며, 판단부(320)는 위치 신호에 기반하여 환자의 움직임이 특정 값 이하인 경우, 환자가 무의식 상태에 있다고 판단할 수 있고, 환자의 움직임이 특정 값 이하일 때, 생리 신호에 의해 생리 현상의 발생이 감지된 경우, 판단부(320)가 무의식 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단할 수 있으며, 판단부(320)는 생리현상 발생으로 인한 관리 서비스 요청이 없거나 일정시간이 지나도 센싱된 온/습도 생리신호값이 유지되는 경우 상기 환자가 무의식(무지각) 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단할 수 있고, 생리 신호에 의해 생리 현상의 발생이 감지된 경우, 판단부(320)가 무의식 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단할 수 있다.Subsequently, based on the collected signals, the characteristics of the Parkinson's disease patient are determined, and the
다음으로, 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하여 파킨슨병 증상을 인지하는데, 판단부(320)에서 판단한 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 파킨슨병 환자의 특징을 이용하여 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하게 되며, 판단부(320)는 상황에 맞지 않는 말의 빈도를 체크하여, 표현력의 감퇴의 정도를 판단할 수 있고, 특정 상황에 상응하는 경고 서비스 및 알림 서비스를 제공할 수 있는데, 경고 서비스는 파킨슨병 환자가 소지하고 있는 디바이스에 파킨슨병 환자가 처한 상황을 표시하는 서비스를 의미하며, 예로서 환자가 무의식 중 생리 현상이 발생한 경우, 생리 현상이 발생했음을 알리는 경고 서비스를 제공할 수 있고, 파킨슨병 환자가 지정된 위치를 이탈한 경우, 지정된 위치를 이탈하였음을 알리는 경고 서비스를 제공할 수 있으면, 파킨슨병 증상의 등급에 기반하여 알림 서비스 제공 여부를 판단하는데, 파킨슨병 증상의 등급이 상 등급 또는 중 등급 중 어느 하나의 등급에 해당하는 경우, 경고 서비스 및 알림 서비스를 제공할 수 있고, 파킨슨병 증상의 등급이 비교적 낮은 하 등급에 해당하는 경우, 경고 서비스만 제공받을 수 있다.Next, the Parkinson's disease symptoms are recognized by determining changes in cognition, memory, and expression, and whether the Parkinson's disease patient is unconscious while the physiological signal determined by the
예를 들면, 파킨슨병 등급이 중 등급 또는 상 등급에 해당하는 경우, 환자에게 거동에 이상이 생긴 경우, 생리 현상이 발생한 경우, 위치 이탈이 발생한 경우 환자의 지인이나 보호자에게 알림 서비스를 제공할 수 있고, 알림 서비스는 발생한 시간, 장소 등을 포함할 수도 있으며, 알림 서비스는 보호자 또는 지인에게 SMS를 이용하여 전달될 수도 있고, 보호자 또는 지인에 상응하는 SNS 서비스를 이용하여 전달될 수도 있으며, 파킨슨병 환자 본인 또는 가족들이 직접 진단할 수 있는 자가 진단을 제공할 수 있는데, 예를 들면, 기억력 진단, 걸음걸이 진단, 인지력 진단, 반응속도 진단 등을 제공할 수 있고, 파킨슨병 증상을 완화하거나 예방하는 서비스를 제공할 수도 있으며, 기억력 재활, 활동력 재활, 인지력 재활, 반응력 재활 등을 제공할 수 있고, 보호자에게 서비스를 제공할 수 있으며, 파킨슨병환자가 위급상태에 처한 경우 알림을 위한 환자상태 알림 서비스, 파킨슨병 환자의 상태, 파킨슨병 환자의 위치를 모니터링 하는 서비스를 제공할 수 있고, 보호자의 디바이스에 연동하는 기능 역시 제공될 수 있고, 테스트 일정 알림 서비스, 운동 시간 알림 서비스, 취침 시간 알림 서비스, 식사 시간 알림 서비스 역시 제공될 수 있으며, 위험 경고 알람 서비스, 위치 추적 서비스, 구호 자동 요청 서비스, 이동/외출 감지 서비스 역시 제공될 수 있다.For example, if the Parkinson's disease level corresponds to the middle or high grade, if the patient has an abnormal behavior, a physiological phenomenon, or a location deviation, a notification service may be provided to the patient's acquaintances or guardians. In addition, the notification service may include the time and place of occurrence, and the notification service may be delivered to a guardian or acquaintance using SMS, or may be delivered using an SNS service corresponding to a guardian or acquaintance, and Parkinson's disease. The patient himself or his family can provide self-diagnosis that can be directly diagnosed.For example, it can provide memory diagnosis, gait diagnosis, cognitive ability diagnosis, reaction rate diagnosis, etc., and alleviate or prevent Parkinson's disease symptoms. Services can be provided, memory rehabilitation, active rehabilitation, cognitive rehabilitation, reaction rehabilitation, etc. can be provided, and services can be provided to guardians, and a patient status notification service for notification when Parkinson's patients are in an emergency , Parkinson's disease patient's condition, Parkinson's disease patient's location monitoring service can be provided, and the function of linking to the guardian's device can also be provided, test schedule notification service, exercise time notification service, bedtime notification service, A meal time notification service may also be provided, and a danger warning alarm service, a location tracking service, an automatic aid request service, and a movement/outbound detection service may also be provided.
도 6은 도 1의 진단장치를 이용하여 파킨슨병의 진단을 진단하는 과정을 개략적으로 설명하는 도면인데, 모델 구축용 데이타(310)로서, 진단예측모델(340)을 구축하는 데 필요한 정상인들(이하 "통제군"이라 한다) 및 환자들(이하 "환자군"이라 한다)에 대한 확진 정보(320)와 상기 모델 구축용 통제군과 환자군의 변수별 측정값(330)을 이용하여 특다발성 파킨슨병을 진단하기 위한 진단예측모델(340)를 구축한다.6 is a diagram schematically illustrating a process of diagnosing a diagnosis of Parkinson's disease using the diagnostic apparatus of FIG. 1, as
구축된 진단예측모델(340)을 이용하여 파킨슨병에 대한 진단을 받기 위해 외래병원(350)에 내원한 환자의 파킨슨병 유무를 진단한다. Using the constructed
구체적으로, 상기 환자의 파킨슨병 진단을 위한 변수별 측정값(360)을 구하고, 진단예측모델(340)을 이용하여 상기 환자로부터 구해진 측정값(360)으로부터 상기 환자의 파킨슨병 유무를 진단한다(370)Specifically, a measured
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파킨슨병 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 그림인데, 상기 파킨슨병 진단방법은 진단용 문장 지정동작(410), 발화된 진단용 문장 녹음동작(420), 진단예측모델 구축동작(430), 파킨슨병 진단을 받기 위해 병원에 내원한 환자의 진단용 문장 녹음동작(440), 상기 환자가 발화한 진단용 문장의 운율 분석동작(450) 및 분석된 운율을 이용하여 상기 환자의 파킨슨병 유무 진단 동작(460) 순으로 진행할 수 있다.7 is a diagram showing a flow chart for explaining a method for diagnosing Parkinson's disease according to an embodiment of the present invention. The method for diagnosing Parkinson's disease includes a diagnosis
먼저, 상기 진단용 문장 지정동작(S410)에 대해 보면, 특발성 파킨슨병의 진단을 의료적 시술이나, 검사를 통해서 수행하는 것이 아니라, 환자의 발화 방식을 분석하여 수행하는 것이므로, 진단을 위한 문장을 미리 지정하고, 상기 진단용 문장은 환자의 편의와 분석의 신속성을 고려하여 결정되며, 문장의 수를 가능한 최소화시키는 것이 바람직한데, 예를 들면, 한두 문장 또는 서너 문장이 바람직하다. First, looking at the diagnosis sentence designation operation (S410), the diagnosis of idiopathic Parkinson's disease is not performed through medical procedures or tests, but is performed by analyzing the patient's utterance method. It is designated, and the diagnosis sentence is determined in consideration of the convenience of the patient and the rapidity of analysis, and it is desirable to minimize the number of sentences as much as possible. For example, one or two sentences or three or four sentences are preferable.
또한, 파킨슨병 환자들은 음도, 강도, 길이 변수에 어려움을 나타내므로, 이러한 변수에 따른 차이를 한 번에 보여줄 수 있는 문장, 예를 들어 한글 문장을 지정하는 것이 바람직하고, 문장의 음도 곡선의 변화를 유발시키기 위하여, 진단용 문장은 평서문, 의문문 및 감탄문으로 구성될 수 있는데 예로서 진단용 문장으로 "아침은 춥고, 낮에는 덥지" 등과 같은 평서문을 지정할 수 있고, 이는 무감정 상태의 사실 기술의 문장 내용이고, 중간 쉼을 기준으로 앞뒤 일정한 길이를 보유하고 있기 때문이다.In addition, since Parkinson's disease patients have difficulty with pitch, intensity, and length variables, it is desirable to designate a sentence that can show the difference according to these variables at once, for example, a Korean sentence, and the change in the tone curve of the sentence. In order to induce, the diagnosis sentence may be composed of a plain preface, an interrogative sentence, and an exclamation sentence. For example, a plain preface such as "The morning is cold and the day is hot" may be designated as the diagnosis sentence. It is because it has a certain length back and forth based on the middle rest.
한편, 본 발명은 발화된 문장의 운율을 분석하여 파킨슨병의 유무를 진단하는 이유는 다음과 같다. Meanwhile, in the present invention, the reason for diagnosing the presence or absence of Parkinson's disease by analyzing the prosody of the spoken sentence is as follows.
특발성 파킨슨병을 확진받은 환자들은 말할 때 다음과 같은 특징을 갖는 것으로 알려져 있다. Patients diagnosed with idiopathic Parkinson's disease are known to have the following characteristics when speaking.
첫째, 발화 문장의 음도와 강도의 범위가 축소된다. First, the range of the pitch and intensity of the spoken sentence is reduced.
사람은 대체로 문장을 말할 때, 문장 내의 특정 단어를 강조하거나, 대조시키거나, 또는 내용상 두드러지게 표현하고자 하는 등의 여러 복잡한 요인들에 의해 음도가 계속적으로 변하게 된다.In general, when people speak a sentence, the pitch changes continuously due to a number of complex factors, such as highlighting, contrasting, or expressing prominently in a specific word in the sentence.
보통 억양 혹은 인토네이션은 음도의 시간에 따른 변화를 의미하며, 정상인의 경우 시간에 따른 음도의 오르내림(음도 곡선)이 뚜렷하게 존재한다. Usually, intonation or intonation means the change in pitch over time, and in the case of a normal person, there is a distinct rise and fall in pitch (sound curve) over time.
이에 반해, 특발성 파킨슨병 환자의 경우 정상인에 비해 이러한 음도의 변화 범위가 상당히 축소되어 기계음처럼 단조로운 패턴을 보이는 경향이 있다. On the other hand, patients with idiopathic Parkinson's disease tend to show a monotonous pattern like a mechanical sound because the range of changes in this sound level is considerably reduced compared to that of a normal person.
또한, 강도의 변화도 정상인에 비해 축소되는 경향이 있다. Also, the change in intensity tends to be reduced compared to that of a normal person.
둘째로, 파킨슨병 환자들의 경우 발화속도가 빨라지는 것인데, 이런 발화속도는 무운동증(akinesia)의 영향으로 서서히 빨라지는 것으로 알 수 있다.Second, in the case of Parkinson's disease patients, the rate of utterance increases, which can be seen to be gradually increased due to the effect of akinesia.
한편, 음도와 강도 범위의 축소는 정상인들의 경우에도 질병에 걸렸을 때 나타날 수 있으나, 파킨슨병 환자들이 보이는 음도와 강도 범위 축소는 단순히 일반 환자에게서 나타나는 정도를 벗어나, 기계음으로 표현할 수 있을 정도로 그 정도가 매우 심하며, 감정이 전혀 없는 상태에서 발화하는 것과 매우 유사하기 때문에 본 발명에서 이를 진단에 이용하는 것이다. On the other hand, the reduction of the pitch and intensity range may appear even in the case of normal people when suffering from the disease, but the reduction in the sound and intensity range seen by Parkinson's disease patients is beyond the degree that is simply seen in general patients, and is so much that it can be expressed as a mechanical sound. It is very severe and is very similar to uttering in a state of no emotion at all, so this is used for diagnosis in the present invention.
그러므로, 진단용 문장을 상기와 같이 지정한 다음 발화된 문장을 녹화하고, 발화된 문장의 두드러진 운율적 특성을 다양한 예측 음성학적 변수들을 기반으로 하여 진단예측모델을 구축하여 저장하고, 이를 이용하여 특발성 파킨슨병 환자를 진단할 수 있다.Therefore, after specifying the sentence for diagnosis as above, the uttered sentence is recorded, and a diagnostic predictive model is constructed and stored based on various predictive phonetic variables, and the prominent prosody characteristics of the uttered sentence are stored. The patient can be diagnosed.
이어서, 녹음동작(S420)에 대해 설명하면, 먼저 진단예측 모델을 구축하기 위한 환자군과 통제군을 선별한다.Next, the recording operation (S420) will be described. First, a patient group and a control group for constructing a diagnostic prediction model are selected.
본 발명에서는 환자군으로 파킨슨병 진단을 받기 위해 병원에 내원한 환자로서, 항파킨슨병 약물을 복용하기 전 상태인 특다발성 파킨슨병 환자(IPD, Idiopathic Parkinson's disease)들을 환자군으로 선별할 수 있고, 통제군으로는 일상생활에 어려움을 초래하는 인지 능력과 청력에 문제가 없으며 신체활동에 불편이 없는 정상노인들을 선별할 수 있다.In the present invention, as a patient group, as a patient admitted to the hospital to receive a diagnosis of Parkinson's disease, idiopathic Parkinson's disease patients (IPD, Idiopathic Parkinson's disease), who are in a state before taking an anti-Parkinson disease drug, can be selected as a patient group, and a control group With, it is possible to select normal elderly people who do not have problems with cognitive ability and hearing that cause difficulties in daily life, and who do not have discomfort in physical activity.
상기 선별된 환자군과 통제군이 상기에서 지정된 문장을 소리내어 읽으면, 이를 녹음부를 통해 녹음한다. 이때, 진단용 문장의 녹음 시간은 대략 5분으로 정해질 수 있다. 이러한 녹음동작은 조용한 장소, 예를 들어 별도의 녹음실에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 녹음과정은 진단예측모델 구축을 위한 통제군과 환자군이 녹음실에서 마이크, 예를 들어 헤드셋 형태의 마이크를 통해 소리내어 상기 진단용 문장을 읽으면, 발화된 문장이 녹음되어진다. When the selected patient group and control group read the specified sentence aloud, it is recorded through a recording unit. In this case, the recording time of the sentence for diagnosis may be approximately 5 minutes. This recording operation can be performed in a quiet place, for example in a separate recording room. Specifically, in the recording process, when the control group and the patient group for constructing the diagnostic prediction model read the diagnosis sentence aloud through a microphone, for example, a headset-type microphone in a recording room, the spoken sentence is recorded.
또 경우에 따라서는, 병실, 집 등과 같은 조용한 장소에서 수행될 수도 있다.In addition, in some cases, it may be performed in a quiet place such as a hospital room or home.
이어서, 진단예측모델을 구축하는 동작(S430)을 설명한다.Next, an operation (S430) of constructing a diagnostic prediction model will be described.
본 발명의 운율 분석에 사용된 예측 변수는 크게 시간 흐름을 고려한 변수 (동적 변수)와 시간 흐름을 배제한 변수 (정적 변수)로 나눌 수 있는데, 이러한 동적 변수로는 음도, 강도 및 길이 등과 같은 운율 관련 변수와 기울기 관련 변수들이 있으며, 정적 변수로는 시간 흐름을 배제한 상태에서의 각 변수의 수치 변동이 있다.The predictor variables used in the prosody analysis of the present invention can be largely divided into variables that take time flow into account (dynamic variables) and variables that exclude time flow (static variables).These dynamic variables include prosody-related variables such as pitch, intensity, and length. There are variables and slope-related variables, and static variables include numerical fluctuations of each variable without time flow.
먼저, 모델 구축에 사용된 동적 변수중 운율 관련 변수로 기본 주파수 (F0), 강도(intensity) 및 길이(duration)가 있으며, 기본 주파수(F0)는 문장의 분절 구간별 음도(Hz)를 의미하고, 강도는 문장의 분절 구간별 강도(dB)를 의미하며, 길이는 문장의 분절 구간별 길이(sec)를 의미한다.First, among the dynamic variables used in model construction, there are fundamental frequency (F0), intensity, and duration as prosody-related variables, and the fundamental frequency (F0) refers to the sound level (Hz) for each segment of the sentence. , Intensity means the intensity (dB) for each segment section of the sentence, and the length means the length (sec) for each segment section of the sentence.
한편, 상기 동적 변수의 기울기 관련 변수는 최고 기본주파수 기울기(MaxFO_slope), 평균 강도 기울기(MeanEnergy_slope), 반음 기울기(SemiT_slope), 최고 강도 기울기(MaxEnergy_slope), 및 평균 음도 기울기(MeanF0_slope) 등이 있다.Meanwhile, the slope-related variables of the dynamic variable include a maximum fundamental frequency slope (MaxFO_slope), an average intensity slope (MeanEnergy_slope), a semitone slope (SemiT_slope), a maximum intensity slope (MaxEnergy_slope), and an average sound slope (MeanF0_slope).
최고 기본주파수 기울기(Hz/sec)는 분절의 최대 음도를 그 지점에서의 시간으로 나눈 값을 의미한다. The highest fundamental frequency slope (Hz/sec) means a value obtained by dividing the maximum sound level of a segment by the time at that point.
평균 강도 기울기(Hz/sec)는 분절의 평균 음도를 구하고, 그 분절의 중간 시간으로 나눈 값을 의미한다. The average intensity slope (Hz/sec) refers to a value obtained by obtaining the average sound level of a segment and dividing it by the intermediate time of the segment.
반음 기울기(Hz/sec)는 음도값을 세미톤으로 변경하고, 프레임 단위의 시간 값과 음도를 구하고, 앞뒤 프레임간의 차이값을 절대값 처리하며, 문장의 전체 시간 변화량으로 나눈 값을 의미하고(semitone/sec), 최고 강도 기울기(dB/sec)는 분절의 최대 음도를 시간으로 나눈 값을 의미한다. Semitone slope (Hz/sec) refers to the value divided by the total amount of time change of the sentence by changing the pitch value into semitones, obtaining the time value and the pitch of each frame, processing the difference value between the front and back frames, and ( semitone/sec), the maximum intensity slope (dB/sec) means a value obtained by dividing the maximum sound level of a segment by time.
평균음도 기울기(dB/sec)는 분절의 평균 강도를 구하고, 그 분절의 중간 값으로 나눈 값을 의미한다.The average sound slope (dB/sec) refers to a value obtained by obtaining the average intensity of a segment and dividing it by the median value of the segment.
또 정적인 변수로는 최고 기본 주파수(Highest_F0), 최저 기본 주파수(Lowest_F0), 주파수 [0048] 범위(Range_F0), 기본주파수 평균(Mean_F0), 최고 강도(HIghest_dB), 최저 강도(Lowest_dB), 강도 평균(Mean_dB), 음도 기울기(SlopeHz-time) 및 강도 기울기(SlopedB-time) 등이 있다.In addition, static variables include the highest fundamental frequency (Highest_F0), lowest fundamental frequency (Lowest_F0), frequency range (Range_F0), fundamental frequency average (Mean_F0), highest strength (HIghest_dB), lowest strength (Lowest_dB), intensity average (Mean_dB), sound slope (SlopeHz-time), and intensity slope (SlopedB-time).
최고 기본기울기(Hz)는 전체 문장에서의 최대 음도를 의미하고, 최저 기본 주파수(Hz)는 전체 문장에서의 최저 음도를 의미하며, 기본주파수 범위(Hz)는 최고 기본주파수와 최저 기본주파수의 차를 의미한다. The highest fundamental inclination (Hz) means the maximum sound level in the entire sentence, the lowest fundamental frequency (Hz) means the lowest sound level in the entire sentence, and the fundamental frequency range (Hz) is the difference between the highest fundamental frequency and the lowest fundamental frequency. Means.
또한, 최고 강도(dB)는 전체 문장에서의 최고 강도를 의미하며, 최저 강도(dB)는 전체 문장에서의 최저 강도를 의미하며, 강도 평균(dB)는 전체 평균에서의 평균 강도를 의미한다. In addition, the highest intensity (dB) means the highest intensity in the entire sentence, the lowest intensity (dB) means the lowest intensity in the entire sentence, and the intensity average (dB) means the average intensity in the overall average.
음도 기울기(Hz/sec)는 전체 문장에 대한 음도변화량을 시간으로 나눈 값을 의미하고, 강도 기울기(dB/sec)는 전체 문장에 대한 강도 변화량을 시간 변화량으로 나눈 값을 의미한다.The sound slope (Hz/sec) refers to a value obtained by dividing the amount of change in sound intensity for the entire sentence by time, and the intensity slope (dB/sec) refers to the value obtained by dividing the amount of change in intensity for the entire sentence by the amount of time change.
본 발명에서는, 녹음된 문장을 분석할 때 운율 분석을 기반으로 한다. In the present invention, when analyzing a recorded sentence, it is based on prosody analysis.
음질 분석은 단일 연장 모음 발성을 대상으로 시간 흐름을 배제하여 일정한 구간만을 선택적으로 분석할 수 있다. The sound quality analysis can selectively analyze only a certain section by excluding the passage of time for a single vocal vocalization.
구체적으로, 운율 분석은 음운 현상에 따라 음절 경계 변동, 선행 자음과 후행 자음의 영향에 따른 동화 현상, 어말장음화 현상, 등은 자연스러운 현상이므로, 이러한 지식을 바탕으로 운율 분석이 이루어질 수 있다. Specifically, prosody analysis is natural phenomena such as syllable boundary fluctuations according to phonological phenomena, assimilation phenomena due to the influence of preceding consonants and trailing consonants, and prosody analysis can be performed based on this knowledge.
도 1의 분석부(400)내의 자동화된 분석 틀내에서 운율 분석을 감안하여 분석 조건과 변수를 설정해야 한다.Analysis conditions and variables must be set in consideration of prosody analysis within the automated analysis frame in the
먼저, 동적 변수인 3변수, 음도, 강도 및 길이를 이용하여 상기 저장부(300)에 저장된 진단예측모델을 구축하는 방법을 설명한다.First, a method of constructing a diagnostic prediction model stored in the
상기 통제군과 환자군의 분석 문장에 대하여 음도, 강도, 및 길이의 세변수에 대한 측정값을 구한다. For the analysis sentences of the control group and the patient group, measurement values for three variables of soundness, intensity, and length are obtained.
이는 Praat 이나 Wavesurfwe 등과 같은 일반적으로 널리 알려진 음석 분석 프로그램을 이용한다. This uses a widely known sound analysis program such as Praat or Wavesurfwe.
이어서, 동일한 문장에 대하여, 구해진 3변수별 유클리드거리에 기초하여 환자군중 한 명과 통제군 모두에 대하여 비교하여 해당하는 해당하는 환자의 환자군 점수세트를 구한다.Then, for the same sentence, based on the obtained Euclidean distances for each of the three variables, one of the patient groups and both the control group are compared to obtain a patient group score set of the corresponding patient.
n차원 상의 두 점 사이의 유클리드 거리(euclidean distance) 계산 공식은 다음과 같다.The formula for calculating the Euclidean distance between two points on the n-dimensional is as follows.
수학식 1에서, n차원상에서 P와 Q는 각각 P=(p1, p2, p3,pn)이고, Q=(q1,q2,qn) 이다.In Equation 1, in the n-dimensional, P and Q are P=(p1, p2, p3,pn), respectively, and Q=(q1,q2,qn).
구체적으로, 동적 변수를 확인하기 위하여, 발화된 문장을 어절 혹은 음절별로 분절해야 하는데, 일예로 진단용 문장으로 "아침은 춥고, 낮에는 덥지" 를 사용하였을때의 어절별로 구분한 경우 분절은 음파와 스펙트로그램을 동시에 참조하여 결정할 수 있는데, 즉 음도와 강도에 대한 변수값을 구하기 위하여 환자군의 발화된 문장과 통제군의 문장에 대하여 분절 단위별로 표시를 하고, 길이를 PSOLA 알고리즘을 활용하여 동일하게 만들어 준다.Specifically, in order to check the dynamic variable, the uttered sentence must be segmented by word or syllable. For example, if the sentence is divided by word when "morning is cold, it is hot during the day" as a diagnostic sentence, the segment is divided into sound waves and It can be determined by referring to the spectrogram at the same time. In other words, in order to obtain the variable values for sound and intensity, the uttered sentences of the patient group and the sentences of the control group are marked for each segmental unit, and the length is made the same using the PSOLA algorithm. give.
그 다음, 환자군의 문장과 통제군의 문장의 음도 변수의 차이를 구하고, 환자군의 문장과 통제군의 문장의 강도 변수의 차이를 구한다. Then, the difference between the negative variable of the sentence of the patient group and the sentence of the control group is calculated, and the difference between the intensity variable of the sentence of the patient group and the sentence of the control group is calculated.
이때, 길이를 통제한 상태에서 음도 및 강도를 비교하는데, 길이가 통제되었다는 것은 환자군과 통제군의 발화 길이를 분절 단위별로 동일하게 만들었음을 의미한다. At this time, the soundness and intensity are compared while the length is controlled. That the length is controlled means that the utterance lengths of the patient group and the control group are made the same for each segment.
이는 동일 문장이라도 사람마다 발화 문장의 길이는 다르며, 발화길이가 다른 것은 숨(breath)의 분배가 다른 것이므로 음도와 강도의 차를 초래하게 된다.This means that even in the same sentence, the length of the uttered sentence is different for each person, and different utterance lengths result in a difference in pitch and intensity because the distribution of breath is different.
그러므로, 통제군과 환자군을 비교하기 위하여 문장의 길이를 통일시켜 두 집단간의 음도 및 강도 차이를 구해야 한다.Therefore, in order to compare the control group and the patient group, the difference in pitch and intensity between the two groups must be obtained by unifying the length of the sentence.
통제군의 발화 문장 길이가 기준이 되며, 환자군의 길이를 통제군에 맞추어 분절 단위별로 늘려주거나 줄여준다. The length of the speech sentence of the control group is the standard, and the length of the patient group is increased or decreased by segment unit according to the control group.
문장길이 통일 방법은 수동으로 하거나, 동적길이변환(Dynamic Time Warping, DTW) 기법을 이용할 수 있고, 환자군과 통제군의 음도 곡선을 구성하는 n개의 피치점들을 n차원 공간 내에서의 두 점으로 간주하고, 이들 두 점 사이의 거리를 유클리드 거리(Euclidean distance) 공식을 이용하여 계산하여 이를 두 문장 사이의 음도 차이를 나타내는 변수로 지정한다.The sentence length unification method can be manually or a dynamic time warping (DTW) technique can be used, and the n pitch points constituting the tone curve of the patient group and the control group are regarded as two points in the n-dimensional space. Then, the distance between these two points is calculated using the Euclidean distance formula and designated as a variable representing the difference in pitch between the two sentences.
한편, 길이 변수는 진단 문장을 분절 단위별로 표시한 후 동일하게 만들기 전에, 분절 단위별로 길이를 비교를 하여 길이 변수값을 산출한다.On the other hand, the length variable is calculated by comparing the length for each segment unit before making the diagnosis sentence identical after the diagnosis sentence is displayed for each segment unit.
일예로, 길이 비교는 길이 복제 합성을 하기 전의 원래의 문장을 대상으로 음절별 길이를 비교하는데, 음도와 강도와 마찬가지로 한 문장내에 존재하는 n개의 음절 길이를 n개의 좌표로 생각하고 다른 문장을 m개의 지표로 가정하여 유클리드 거리를 구한다.As an example, length comparison compares the length of each syllable targeting the original sentence before length duplication synthesis. Like the pitch and intensity, the length of n syllables in a sentence is considered as n coordinates and the other sentences are m Calculate the Euclidean distance by assuming an index
상기에서 구하여진 세 좌표로 이루어진 환자의 점수 세트를 음도, 강도, 길이의 3 축으로 이루어진 3차원 공간에 좌표점으로 표현하면, 통제군에 대하여 환자가 통제군의 운율적 측면에서 어느 정도 벗어나 있는가를 알 수 있다. 즉, 환자의 점수 세트는 3차원 공간의 원점(0,0,0)에서 멀리 떨어져 있는 정도로 표현할 수 있다.If the patient score set consisting of the three coordinates obtained above is expressed as coordinate points in a three-dimensional space consisting of three axes of pitch, intensity, and length, the degree to which the patient deviates from the prosody aspect of the control group with respect to the control group. Able to know. That is, the patient's score set can be expressed as far away from the origin (0,0,0) of the 3D space.
통제군 각각에 대해서도 나머지 통제군 모두를 대상으로 일대일로 상기와 같은 방법으로 비교하여 각 통제군 구성원별로 점수 세트를 구하고, 점수세트를 같은 3차원 공간에 좌표점으로 표현한다. For each of the control groups, a score set is obtained for each member of the control group by one-to-one comparison with all other control groups in the same manner as above, and the score set is expressed as coordinate points in the same three-dimensional space.
통제군은 정상인들로 이루어져 있으므로, 3차원 공간의 원점 근처에서 무리를 이루게 되며, 통제군은 3차원 공간의 원점 근저에서 무리를 이루고, 환자군은 3차원 공간내에 분포를 이뤄진다.Since the control group consists of normal people, the group is grouped near the origin of the 3D space, the control group is grouped at the root of the origin of the 3D space, and the patient group is distributed within the 3D space.
따라서, 상기 진단예측모델은 예측변수들의 값들이 모델 공간에 어떤 식으로 분포하는지를 토대로 만들어지게 되며, 관측값들을 근거로 미지의 값을 분류할 수 있는 다변량 통계방법의 하나인 판별 분석을 활용하여 진단예측모델을 구축하는 것을 예시하였으나, CART와 같은 기계학습 방식이나 신경망과 같은 방식 등 AI를 활용하여 진단예측모델을 구축할 수도 있다.Therefore, the diagnostic prediction model is created based on how the values of predicted variables are distributed in the model space, and diagnosed using discriminant analysis, one of the multivariate statistical methods capable of classifying unknown values based on observed values. Although the construction of a predictive model is illustrated, it is also possible to construct a diagnostic prediction model using AI such as a machine learning method such as CART or a method such as neural network.
또한, 이상에서는 상기 진단예측모델을 구축에 운율의 3가지 속성인 음도, 강도 및 길이를 이용하는 것을 예시하였으나, 상기 모델구축에 이용되는 변수들의 개수는 실질적으로 제한이 없다. In addition, in the above, the use of three attributes of prosody, soundness, intensity, and length, to construct the diagnostic prediction model, but the number of variables used in the model construction is practically not limited.
따라서 운율의 세가지 속성인 음도, 강도, 길이 외에 각 분절별(음절 혹은 어절) 변수들의 수치 변동을 선형회귀로 나타낸 기울기 관련 변수들을 추가할 수 있으며, 이로 따라 진단 예측력을 크게 증가시킬 수 있다.Therefore, in addition to the three attributes of prosody, pitch, intensity, and length, slope-related variables that represent numerical fluctuations of variables for each segment (syllable or word) can be added, which can greatly increase diagnostic predictive power.
이상에서와 같이, 통제군과 환자군의 3차원 공간 내의 무리 집단을 다변량 통계방법, 예를 들면, 판별함수 등으로 설정해 놓고, 미지의 환자에 대하여 판별분석의 형태로 예측을 시행하면 이 환자가 과연 정상군에 속할 확률이 높은지, 환자군에 속할 확률이 높은지를 확률값으로 알아낼 수 있는 것이다.As described above, if the group group in the three-dimensional space of the control group and the patient group is set with a multivariate statistical method, for example, a discriminant function, and prediction is performed in the form of discriminant analysis for an unknown patient, this patient will be The probability value can be used to determine whether the probability of belonging to the normal group is high or whether the probability of belonging to the patient group is high.
이어서, 파킨슨병 진단을 위한 환자의 진단용 문장을 녹음하는 동작을 수행한다. 구체적으로, 파킨슨병유무에 대한 진단을 받기 위하여 병원에 내원한 환자가 상기에서 진단예측모델을 구축하기 위하여 지정된 진단용 문장을 발화하고, 이를 마이크 등을 이용하여 녹음한다. Subsequently, an operation of recording a diagnosis sentence of a patient for diagnosis of Parkinson's disease is performed. Specifically, in order to receive a diagnosis of Parkinson's disease, a patient admitted to the hospital utters a designated diagnosis sentence in order to construct a diagnosis prediction model, and records it using a microphone or the like.
녹음동작은 녹음에서 수행하거나, 입원한 환자의 경우는 병실이나, 퇴원한 환자의 경우 집에서 수행될 수 있다.The recording operation can be performed in recording, or in a hospital room for hospitalized patients, or at home for discharged patients.
다음, 환자의 진단용 문장을 분석하는 동작을 수행할 수 있는데, 임상가는 수동 혹은 반자동적으로 환자에 의해 발화된 진단용 문장의 운율 분석을 수행하고, 저장부에 저장된 진단예측모델을 이용하여 분석하며, 그 결과를 특발성 파킨슨병 확진에 필요한 보조적 정보를 제공하고, 임상가가 녹음된 진단용 문장을 분석하는 것을 예시하였으나, 진단부(400)내의 분석틀을 이용하여 저장부에 저장된 진단예측 모델을 이용하여 환자에 의해 발화된 진단용 문장의 운율을 자동적으로 분석할 수 있음은 물론이다.Next, the operation of analyzing the patient's diagnosis sentence can be performed.The clinician performs the prosody analysis of the diagnosis sentence uttered by the patient manually or semi-automatically, and analyzes it using the diagnosis prediction model stored in the storage unit. The results were exemplified by providing auxiliary information necessary for the diagnosis of idiopathic Parkinson's disease and analyzing the recorded diagnostic sentence by the clinician, but using the diagnostic prediction model stored in the storage unit using the analysis frame in the
다음으로 분석된 결과에 근거하여 환자의 파킨슨병 유무를 진단하는 동작(S460)을 수행하게 되는데, 상기 환자의 파킨슨병 유무는, 예를 들어 임상가 또는 담당 의사가 수동 또는 반자동으로 진단할 수 있고 진단장치가 별도의 진단부(500)를 구비하여 진단 툴을 이용하여 자동적으로 상기 분석부로부터 제공되는 분석 결과와 진단예측모델로부터 환자의 파킨슨병 유무를 진단할 수도 있고, 특발성 파킨슨병 진단은 전적으로 신체 증상을 기반으로 이루어지며, 예를 들어 하기의 5개의 항목으로 제공될 수 있는데, "0"이면 말(speech)가 "정상"이고, "1"이면 "약간 표현 정도가 감소되어있고 말수나 목소리 크기가 감소된 정도"를 의미하고, "2"는 "말이 느리고 단일 톤이나 알아들을 수 있는 정도이며 중등도의 손상으로 평가할 수 있는 정도"를 의미하며, "3"은 "심한 손상으로 알아듣기 힘든 정도"를 의미하고, "4"는 "거의 알아들을 수 없는 정도의 심한 손상"을 의미할 수 있다.Next, based on the analyzed result, an operation (S460) to diagnose the presence or absence of Parkinson's disease of the patient is performed, and the presence or absence of Parkinson's disease of the patient can be diagnosed manually or semi-automatically by, for example, a clinician or a doctor in charge. The device may have a
Claims (4)
상기 진단예측모델은 상기 환자에 의해 발화될 상기 문장을 미리 지정하고, 파킨슨병에 대해 확진을 받은 환자들로 구성된 환자군 및 정상인들로 구성된 통제군이 발화한 진단용 문장을 녹음하고, 녹음된 발화된 문장의 운율을 분석하며, 운율 분석결과를 이용하여 다변량 통계분석 및 자동기계학습 알고리즘을 통해 구축하고,
파킨슨병 감지 장치에 상응하는 센서들이 수집한 파킨슨병 환자의 생리 신호, 상기 환자에 상응하는 주변 환경 정보 신호, 위치 신호, 움직임 신호, 음성 신호 및 영상 신호를 수신하는 수신부와, 상기 신호들을 분석하여, 상기 생리 신호가 생성되는 동안의 상기 파킨슨병 환자의 무의식 상태 여부, 상황에 맞는 언어 구사 여부를 포함하는 상기 파킨슨병 환자의 특징을 판단하는 판단부 및 파킨슨병 증상들 각각에 상응하는 특징과 상기 파킨슨병 환자의 특징을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 인지력, 기억력, 표현력의 변화를 판단하고, 상기 변화에 기반하여 파킨슨병 증상을 인지하는 증상 인지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파킨슨병의 진단장치.
A recording unit for recording sentences uttered by a patient who wants to be diagnosed with Parkinson's disease, a storage unit for storing a pre-built diagnostic prediction model, an analysis unit for analyzing the uttered sentences recorded in the recording unit, And a diagnostic unit for diagnosing the presence or absence of Parkinson's disease of the patient from the result analyzed by the analysis unit using the diagnostic prediction model stored in the storage unit, and a control unit for controlling the recording unit, storage unit, analysis unit, and diagnosis unit, respectively. In the diagnostic device for Parkinson's disease,
The diagnostic prediction model pre-designates the sentence to be uttered by the patient, records a diagnostic sentence uttered by a patient group consisting of patients who have been confirmed for Parkinson's disease and a control group consisting of normal people, and recorded Analyzes the prosody of sentences, and builds through multivariate statistical analysis and automatic machine learning algorithms using the results of prosody analysis,
A receiver configured to receive a Parkinson's disease patient's physiological signal collected by sensors corresponding to the Parkinson's disease detection device, a surrounding environment information signal, a location signal, a motion signal, an audio signal, and an image signal, and analyze the signals. , A judgment unit for determining the characteristics of the Parkinson's disease patient, including whether the Parkinson's disease patient is unconscious while the physiological signal is being generated, and whether or not to speak a language appropriate for the situation, and the characteristics corresponding to each of Parkinson's disease symptoms and the Parkinson's disease diagnosis apparatus comprising a symptom recognition unit that compares characteristics of Parkinson's disease patients, determines changes in cognition, memory, and expression based on the comparison result, and recognizes Parkinson's symptoms based on the change. .
상기 증상 인지부는 상기 파킨슨병 증상의 인지 결과에 기반하여 파킨슨병 증상의 등급을 산출하고, 상기 환경 정보 신호와 상기 파킨슨병 증상의 연관 관계를 분석하고, 상기 연관 관계에 기반하여, 상기 주변 환경에 따른 상기 파킨슨병 증상의 발생 빈도 및 상기 파킨슨병 증상의 변이율을 판단하고, 시간대별 파킨슨병 증상의 변이율, 온도별 파킨슨병 증상의 변이율, 습도별 파킨슨병 증상의 변이율을 판단하는 것을 특징으로 하는 파킨슨병의 진단장치.
The method of claim 1,
The symptom recognition unit calculates a grade of Parkinson's disease symptom based on the recognition result of the Parkinson's disease symptom, analyzes the relationship between the environmental information signal and the Parkinson disease symptom, and based on the association relationship, the surrounding environment To determine the incidence of the Parkinson's disease symptoms and the variance rate of the Parkinson's disease symptoms according to the time period, the variability rate of Parkinson's disease symptoms by temperature, and the variance rate of Parkinson disease symptoms by humidity. Parkinson's disease diagnosis device, characterized in that.
상기 판단은 상기 생리 신호에 기반하여 생리 현상 발생 여부를 판단하고, 상기 생리 현상이 발생된 경우, 관리 서비스 요청 신호를 미수신하거나, 기설정된 시간이 지난 이후에 측정된 온도 생리 신호 값 및 습도 생리 신호 값이 특정 범위 내에 존재하는 경우, 상기 환자가 무의식 상태에서 생리 현상이 발생되었다고 판단하고,
상기 위치 신호에 기반하여 상기 환자의 위치 이탈 여부를 판단하고, 상기 위치 이탈 발생시 상기 위치 신호에 기반하여 무사 귀환 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 파킨슨병의 진단장치.
The method of claim 2,
The determination is to determine whether a physiological phenomenon occurs based on the physiological signal, and when the physiological phenomenon occurs, a management service request signal is not received, or a temperature physiological signal value and a humidity physiological signal measured after a preset time has elapsed. If the value is within a specific range, the patient determines that a physiological phenomenon has occurred in an unconscious state,
A diagnostic apparatus for Parkinson's disease, characterized in that it determines whether the patient is out of position based on the position signal, and checks whether the patient is safely returned based on the position signal when the position out of position occurs.
상기 증상 인지부는 무의식 위치 이탈 증가율에 기반하여 상기 증가율이 특정 값 이상인 경우, 파킨슨병 증상을 인지하고, 상기 파킨슨병 환자의 가족력 정보, 상기 파킨슨병 환자의 일상 정보, 상기 파킨슨병 환자의 검진 정보를 입력 받고, 입력받은 정보, 상기 인지력의 변화, 상기 기억력의 변화, 상기 표현력의 변화에 기반하여 상기 파킨슨병 증상을 인지하는 것을 특징으로 하는 파킨슨병의 진단장치.The method of claim 2,
The symptom recognition unit recognizes a Parkinson's disease symptom based on an increase rate of unconscious position deviation, and when the increase rate is more than a specific value, the Parkinson's disease patient's family history information, the Parkinson's disease patient's daily information, and the Parkinson's disease patient's examination information An apparatus for diagnosing Parkinson's disease, characterized by recognizing the symptoms of Parkinson's disease based on input and received information, a change in cognitive ability, a change in memory, and a change in expression.
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