KR100707984B1 - Device and Method for motion analysis with bio-impedance - Google Patents

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송철규
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Abstract

본 발명은 발진주파수회로와 전압전류변환회로로 구성되고 약전류를 발생하는 정전류원; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 자극 전류 전극; 상기 약전류가 흐르는 생체의 소정의 부위에서 전압을 측정하는 적어도 둘 이상의 전압 검출 전극; 상기 전압 검출 전극에서 측정된 전압을 복조하는 복조기; 상기 복조기를 거친 신호의 이득과 오프셋을 조절하는 신호이득과 오프셋 조절기; 및 전원과 신호를 절연하는 절연증폭기를 포함함을 특징으로 하는 생체 임피던스 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 피부전극을 부착하여 피검자의 활동에 제한을 주지 않고 관절의 운동 변화를 간단하게 측정할 수 있다The present invention comprises a constant current source consisting of an oscillation frequency circuit and a voltage current conversion circuit for generating a weak current; A stimulating current electrode for flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; At least two voltage detection electrodes measuring a voltage at a predetermined portion of the living body in which the weak current flows; A demodulator for demodulating the voltage measured at the voltage detection electrode; A signal gain and offset adjuster for adjusting a gain and an offset of the signal passing through the demodulator; And an insulation amplifier for isolating a power supply and a signal. According to the present invention, by attaching a skin electrode, it is possible to simply measure the change in motion of the joint without limiting the activity of the subject.

생체 임피던스, 동작분석, 관절각도Bioimpedance, motion analysis, joint angle

Description

생체 임피던스를 이용한 동작 분석 장치 및 방법 {Device and Method for motion analysis with bio-impedance} Device and method for analyzing motion using bioimpedance {Device and Method for motion analysis with bio-impedance}

도 1은 본발명의 실시예에 따른 생체 임피던스 측정장치를 보여주는 도면,1 is a view showing a bioimpedance measuring device according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본발명의 실시예에 따른 하지 관절에서 생체 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치도,2 is an electrode arrangement diagram for positioning of an optimal electrode for detecting a change in bioimpedance in the lower extremity joint according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본발명의 실시예에 따른 상지 관절에서 생체 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치도,3 is an electrode arrangement diagram for positioning an optimal electrode for detecting a change in bioimpedance in the upper limb joint according to an embodiment of the present invention,

도 4는 본발명의 실시예에 따른 보행 중 관절운동 분석을 위한 전극 및 시스템 구성도,4 is a block diagram of an electrode and system for the analysis of joint motion during walking according to an embodiment of the present invention,

도 5는 하지운동 동작의 예를 보여주는 도면,5 is a view showing an example of the lower extremity movement;

도 6은 본발명의 실시예에 따른 족관절(발목)운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체임피던스 측정신호의 비교,6 is a comparison of an electronic goniometer and a bioimpedance measurement signal for measuring ankle motion (ankle) movement angle according to an embodiment of the present invention,

도 7은 본발명의 실시예에 따른 슬관절(무릎)운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체임피던스 측정신호의 비교,7 is a comparison of an electronic goniometer and a bioimpedance measurement signal for measuring a knee (knee) movement angle according to an embodiment of the present invention,

도 8은 본발명의 실시예에 따른 고관절(엉덩이 관절)운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체 임피던스 측정신호의 비교,8 is a comparison of the electronic goniometer and the bioimpedance measurement signal for measuring the hip joint (hip joint) movement angle according to an embodiment of the present invention,

도 9는 각각의 관절운동시 최적 전극 선정을 위한 실험방법의 예를 보여주는 도면,9 is a view showing an example of an experimental method for selecting the optimum electrode during each joint movement,

도 10은 최적 전극 선정을 위한 신호대 잡음비의 정의,10 is a definition of a signal-to-noise ratio for selecting an optimal electrode;

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 하지운동과 대응하는 아바타를 표시한 도면이다.11 is a view showing an avatar corresponding to the lower extremity exercise according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 생체 임피던스를 이용한 동작 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 약전류가 흐르는 생체의 소정 위치에서 관절 운동에 따른 생체 임피던스의 변화를 이용한 동작 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for analyzing motion using bioimpedance, and more particularly, to an apparatus and method for analyzing motion using bioimpedance according to joint motion at a predetermined position of a living body in which weak current flows.

인간의 동작분석(motion analysis)에 대한 연구는 주로 하지의 보행에 대해서 진행되어 왔으며, 관찰적 분석, 영상분석 방법, 근전계, 각도계 그리고 힘판을 이용한 분석이 이루어지고 있다. Human motion analysis has been mainly conducted on the gait of the lower extremities. Observational analysis, image analysis method, EMG, goniometer, and force plate analysis have been conducted.

관찰적 분석은 사람 눈으로 판독을 해야 하기 때문에 정확한 데이터를 산출할 수가 없다는 단점이 있다. Observational analysis has the disadvantage of not producing accurate data because it must be read by the human eye.

영상분석 방법은 신체 일부에 반사체를 부착하여 여러 대의 적외선 카메라로 그 위치 값을 구하여, 그 값을 컴퓨터로 연산을 하여 보행 분석에 필요한 데이터를 구하게 된다. 이러한 방법으로 얻어진 데이터는 비교적 정확하나 시스템을 구축하기 위한 비용이 너무 크고 공간의 제약이 있게 된다. In the image analysis method, a reflector is attached to a part of a body to obtain a position value of several infrared cameras, and the data is calculated by a computer to obtain data for gait analysis. The data obtained in this way is relatively accurate, but the cost of building the system is too high and the space is limited.

생체 신호를 이용한 근전계는 인체의 움직임에 관한 직접적인 정보보다는 그 움직임의 원천이 되는 근육의 상태, 즉 근의 활동성을 관찰하기 때문에 각도계와 영상 분석기처럼 관절의 변화를 정확하게 계속적으로 측정하는데 부적합하다. EMG using bio-signals is not suitable for accurately and continuously measuring joint changes, such as goniometers and image analyzers, because it observes the state of muscle, that is, muscle activity, as the source of movement, rather than direct information about the movement of the human body.

각도계의 경우는 관절에 부착하여 직접적인 관절의 동작을 분석하므로 가장 정확한 방법이다. 그러나 연속적인 측정이 어렵고, 움직임에 있어 제한을 받는다는 단점이 있다.In the case of a goniometer, it is the most accurate method because it attaches to a joint and analyzes the motion of the joint directly. However, there is a disadvantage that continuous measurement is difficult and the movement is limited.

영상분석 방법과 힘판 측정에 의한 방법은 장치가 크고 장비가 설치된 장소에서만 활용이 가능하다는 장소의 제약이 따른다. 힘판과 같이 압력분포를 측정하는 신발형으로 제작된 압력계도 있으나 피검자마다 발에 맞추어 신발을 준비해야 하며 보행 시 발에 부착시키는 데에 문제점이 있다. Image analysis method and force plate measurement method is limited in the place that can be used only in the place where the device is large and the equipment is installed. There is also a pressure gauge made of a shoe type to measure the pressure distribution, such as the force plate, but each subject has to prepare shoes according to the foot, there is a problem in attaching to the foot when walking.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체동작분석을 위한 기존 방법에 비해 측정공간과 피검자의 동작에 제약이 적고, 측정이 간편하며, 시간 해상도가 높은 생체 임피던스를 이용한 생체 임피던스 측정 장치를 제공함에 있다.   Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a bioimpedance measuring apparatus using a bioimpedance, which is less limited in the measurement space and the operation of the subject, easier to measure, and has a higher time resolution than conventional methods for analyzing the biomechanical behavior. have.

본 발명의 다른 기술적 과제는 관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 생체 임피던스의 변화 측정 방법을 제공함에 있다. Another technical problem of the present invention is to provide a method for measuring change in bioimpedance using an optimal electrode selection method according to joint motion.                         

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 생체 임피던스를 이용하여 관절운동 분석 시스템을 제공함에 있다.

Another technical problem of the present invention is to provide a joint motion analysis system using bioimpedance.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 발진주파수회로와 전압전류변환회로로 구성되고 약전류를 발생하는 정전류원; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 자극 전류 전극; 상기 약전류가 흐르는 생체의 소정의 부위에서 전압을 측정하는 적어도 둘 이상의 전압 검출 전극; 상기 전압 검출 전극에서 측정된 전압을 복조하는 복조기; 상기 복조기를 거친 신호의 이득과 오프셋을 조절하는 신호이득과 오프셋 조절기; 및 전원과 신호를 절연하는 절연증폭기를 포함함을 특징으로 생체 임피던스 변화를 이용한 측정 장치를 제공한다..The present invention to achieve the above technical problem is composed of an oscillation frequency circuit and a voltage current conversion circuit and a constant current source for generating a weak current; A stimulating current electrode for flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; At least two voltage detection electrodes measuring a voltage at a predetermined portion of the living body in which the weak current flows; A demodulator for demodulating the voltage measured at the voltage detection electrode; A signal gain and offset adjuster for adjusting a gain and an offset of the signal passing through the demodulator; And an insulation amplifier for insulating a power supply and a signal.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 정전류원에 의해 소정의 약전류가 발생하는 과정; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 과정; 상기 약전류가 흐르는 생체의 관절과 관절 사이가 1/n(n은 자연수) 간격으로 구분된 각각의 간격 선상의 서로 다른 m(m은 2이상의 자연수)개의 지점에서 조합 (mC2 = L)을 이용하여 L개의 전극쌍(2개의 전극)을 선택하는 과정, 상기 선택된 L개의 전극쌍 중에서 동일 선상에 위치한 전극쌍(K개)들을 제외한 전극쌍(L-K = J개)들로부터 소정의 주기로 임피던스를 검출하는 과정; 그리고 상기 소정의 주기마다 검출된 임피던스 변화 값이 가장 큰 하나의 전극쌍을 선택하는 과정을 포함하는 관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 생체 임피던스의 변화 측정 방법을 제공한다. The present invention to achieve the above another technical problem is a process of generating a predetermined weak current by a constant current source; Flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; A combination of m and m (m is a natural number of two or more) points on each interval line separated by 1 / n (n is a natural number) interval between the joint and the joint of the living body in which the weak current flows ( m C 2 = L) Selecting L electrode pairs (two electrodes) using the method, impedance from the electrode pairs (LK = J) except for the electrode pairs (K) located on the same line among the selected L electrode pairs at predetermined cycles Detecting; In addition, the present invention provides a method of measuring a change in bioimpedance using an optimal electrode selection method according to a joint motion including selecting one electrode pair having the largest value of the impedance change detected at each predetermined period.

상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 발진주파수회로와 전압전류변환회로로 구성되고 약전류를 발생하는 정전류원; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 자극 전류 전극; 고관절과 슬관절 사이의 소정 부위에 위치되고 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제1채널과, 고관절과 족관절 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제2채널과, 슬관절과 족관절 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제3채널과, 슬관절과 발가락 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제4채널; 상기 제1채널 내지 상기 제4채널의 출력값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기에서 나온 각 채널들의 신호들을 각도 변화로 계산하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 관절운동 분석 시스템을 제공한다. In order to achieve the above another technical problem, the present invention comprises a constant current source consisting of an oscillation frequency circuit and a voltage current conversion circuit for generating a weak current; A stimulating current electrode for flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; A first channel comprising at least two voltage detection electrodes, a demodulator, a gain and offset regulator, an insulation amplifier, positioned at a predetermined location between the hip and the knee, and positioned at a predetermined location between the hip and ankle joint, At least two voltage detection electrodes for detecting voltage, a demodulator, a second channel including a gain and offset regulator, and an insulation amplifier, and at least two voltage detection electrodes and demodulators for detecting a voltage located at predetermined portions between the knee joint and the ankle joint; And a third channel comprising a gain and offset regulator, an insulator, and at least two voltage detection electrodes, demodulators, gain and offset regulators, and insulators, which are located in a predetermined region between the knee and the toe and detect voltage. A fourth channel; An A / D converter converting output values of the first to fourth channels into digital signals; And it provides a joint motion analysis system comprising a control unit for calculating the angle change of the signals of each channel from the A / D converter.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail. These examples are only for illustrating the present invention, and the protection scope of the present invention is not limited by these examples.

도 1은 본발명의 실시예에 따른 생체 임피던스 측정장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 다채널의 확장성을 고려하여 전압 감지모듈(10)과 자극 전류 모듈(20)로 분리하여 구성한다. 발진기(110)와 전압전류변환기(120)에 의해서 약전류를 만든다. 1 is a view showing a bioimpedance measuring device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the voltage sensing module 10 and the stimulation current module 20 are separately configured in consideration of the expandability of the multi-channel. The weak current is generated by the oscillator 110 and the voltage current converter 120.

정전류원은 전기적 안전을 고려하여 50KHz,300uA의 약전류를 자극 전류 전극을 통해 하지(도시하지 않음)에 흘려주게 된다. 50KHz대에 의한 생체의 임피던스는 리액턴스 성분이 작고 대부분 저항 성분을 갖기 때문에, 임피던스 측정 시스템에서는 저항 성분만을 측정한다. In consideration of electrical safety, the constant current source flows a weak current of 50 KHz and 300 uA to the lower surface (not shown) through the stimulating current electrode. Since the impedance of the living body by the 50 kHz band has a small reactance component and mostly has a resistance component, the impedance measurement system measures only the resistance component.

정전류원을 생체의 하지에 인가하면, 생체의 하지를 구성하고 있는 근육부위의 고유 전기적 저항 성분 때문에 전압 검출 전극에서 전압을 검출할 수 있다. 즉, 생체의 하지를 구성하고 있는 관절의 주동근(주요근육)이 수축, 이완하면서 근육의 단면적과 혈관의 단면적 변화로 인해 임피던스가 변화하는 것을 검출하는 원리이다. When a constant current source is applied to the lower limb of the living body, the voltage can be detected by the voltage detecting electrode due to the intrinsic electrical resistance component of the muscle part constituting the lower limb of the living body. That is, the principle of detecting the impedance change due to the change in the cross-sectional area of the muscle and the cross-sectional area of the blood vessel as the main muscle (main muscle) of the joint constituting the lower limb of the living body contracts and relaxes.

임피던스 측정법은 Nyboer가 혈류량 측정에 적용시킨 공식이 사용된 이후로, 이를 수학적으로 간략화 시킨 Swanson의 공식이 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 혈류량 측정과는 달리 임피던스 변화 요인을 근육의 단면적과 혈류량의 변화로 가정하였다. 식 (1)과 같이 전압 감지 전극의 거리가 일정할 경우, 정전류원 (constan current source)에 의해 측정된 전압은 비저항과 측정 부위의 거리에 비례하고, 근육과 혈관의 단면적에 반비례한다. 따라서 근육이 수축 혹은 이완하게 될 경우 근육의 단면적과 혈관의 단면적 변화로 인해 임피던스가 변화하게 된다. 식 (1)에서 Zm과 Zb는 각각 근육의 임피던스, 혈액의 임피던스이다.Impedance measurement has been used since Swanson's formula, which is mathematically simplified since Nyboer's formula for blood flow measurement, has been used. Unlike blood flow measurement, the impedance change factor is assumed to be the change of muscle cross-sectional area and blood flow. When the distance of the voltage sensing electrode is constant as shown in Equation (1), the voltage measured by the constant current source is proportional to the specific resistance and the distance of the measurement site, and inversely proportional to the cross-sectional area of the muscle and blood vessel. Therefore, when the muscle contracts or relaxes, the impedance changes due to the change in the cross-sectional area of the muscle and the cross-sectional area of the blood vessel. In Equation (1), Zm and Zb are muscle impedance and blood impedance, respectively.

Figure 112003033420212-pat00001
Figure 112003033420212-pat00001

복조기(210)는 검출된 전압은 50KHz 발진기(110)에 의해 진폭변조된 신호를 복조하게 된다. The demodulator 210 demodulates a signal whose amplitude is modulated by the 50 KHz oscillator 110.

도 1의 복조기(210)와 이득과 오프셋 조절기(220) 사이에 저역 통과 필터를 추가하면, 관절의 움직임에 따라 변화하는 임피던스 신호 이외에 근 잡음(muscle noise)과 동 잡음(motion artifect)을 제거할 수 있다. 바람직하게는 저역 통과 필터는 6차의 버터워쓰(butterworth)를 사용한다(차단 주파수 10Hz). Adding a low pass filter between the demodulator 210 and the gain and offset adjuster 220 of FIG. 1 removes muscle noise and motion artifect in addition to the impedance signal that changes as the joint moves. Can be. Preferably the low pass filter uses a sixth order butterworth (cutoff frequency 10 Hz).

이득과 오프셋 조절기(220)는 넓은 범위의 임피던스 변화를 얻기 위해 각 채널별로 임피던스 오프셋을 조절할 수 있도록 하였다. The gain and offset controller 220 may adjust the impedance offset for each channel to obtain a wide range of impedance change.

절연증폭기(230)는 전원과 신호는 피검자의 전기적 안전을 고려, DC-DC 변환기(PPD10-5-1515, NEMIC-LAMBDA)와 분리 증폭기 (ISO100, Burrbrown)를 사용하여 각각 절연, 분리하였다. The insulation amplifier 230 was isolated and separated using a DC-DC converter (PPD10-5-1515, NEMIC-LAMBDA) and an isolation amplifier (ISO100, Burrbrown), respectively, in consideration of the electrical safety of the power supply and the signal.

그리고 이득과 오프셋 조절기(240)는 시스템의 외부에서도 이득과 오프셋을 조절할 수 있다. 이러한 시스템을 거치게 되면 관절운동에 따른 생체 임피던스 신호를 얻게 된다. In addition, the gain and offset adjuster 240 may adjust the gain and offset from the outside of the system. Through this system, the bioimpedance signal according to the joint motion is obtained.

도 1을 참조하면, Ch1, Ch2, Ch3, Ch4의 4채널을 예시하였는데, 채널수는 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 채널에서는 검출 전극에서 얻어진 임피던스 신호를 얻게 된다.Referring to FIG. 1, four channels of Ch1, Ch2, Ch3, and Ch4 are illustrated, but the number of channels is not limited thereto. In each channel, the impedance signal obtained at the detection electrode is obtained.

도 2는 본발명의 실시예에 따른 하지 관절에서 생체 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치도이다.2 is an electrode arrangement diagram for positioning an optimal electrode for detecting a change in bioimpedance in the lower extremity joint according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 하지의 고관절, 슬관절, 및 족관절의 각운동 변화에 따른 각각의 주동근(agonist), 길항근(antagonist), 협력근(synergist)의 해부학적 위치를 고려하여 전압 검출 전극의 부착위치 15개를 선택하였고, 자극 전류 전극은 하복부와 족부에 부착시켰다. 그리고 하지 운동에 따른 임피던스 변화 측정값과 전자각도계의 측정값의 상관성이 가장 우수한 값을 나타내는 전극의 위치를 관찰하였다. 이런 전극 배치를 통해 관절운동에 따른 생체임피던스 변화를 감지한다. Referring to FIG. 1, an attachment position of a voltage detecting electrode in consideration of the anatomical positions of agonists, antagonists, and synergists according to changes in the angular motion of the hips, knees, and ankles of the lower limbs Fifteen were selected and stimulation current electrodes were attached to the lower abdomen and foot. And the position of the electrode showing the best correlation between the impedance change measurement value and the electronic photometer measurement value according to the lower limb movement was observed. This electrode arrangement detects changes in bioimpedance due to joint motion.

도 2에서 (C)로 나타낸 부분은 자극 정전류원을 생체에 흘려주는 자극 전류 전극이 되며, 도 1의 복조기(21) 왼쪽에 표시한 V+, V-는 생체에 부착된 2개의 전압 검출 전극이 된다. 그러나 전압 검출 전극의 수가 이에 한정되는 것은 아니다. 전극간의 간격은 피검자마다 공통적으로 적용할 수 있도록 간격을 설정하였다.In FIG. 2, the part indicated by (C) is a stimulation current electrode for flowing a stimulus constant current source to the living body, and V + and V- shown on the left side of the demodulator 21 of FIG. 1 are two voltage detecting electrodes attached to the living body. do. However, the number of voltage detection electrodes is not limited thereto. The interval between electrodes was set so that it may apply to every subject in common.

족관절, 슬관절과 고관절의 해부학적인 근의 수축과 이완에 따른 변화와 임피던스 변화와의 관계가 선형적이라고 볼 수 없기 때문에 임피던스 측정으로 운동을 평가하기 위해 각 관절의 동작에 따른 임피던스 변화 값과 관절의 각도를 잘 반영하는 측정법이나 데이터 분석이 요구된다. 이러한 조건을 만족하는 최적의 전극 위치는 도 2와 같이 선정하였다. 족관절에서부터 슬관절의 전체 길이를 H로 보고 전압 감지 전극 간의 거리가 H/4가 되도록 부착하여 족관절의 각도 변화에 의한 임피던스 변화를 측정하였다. 또한, 슬관절에서부터 고관절까지의 길이를 W로 보고 전압 감지 전극 간의 거리가 W/3가 되도록 부착하여 슬관절과 고관절의 각도 변화에 의한 임피던스 변화를 측정하였다. 전극은 직경 10 mm인 Ag-AgCl (RedDot, 3M)을 사용하였다. 최종적으로 각 관절의 각도 측정을 위하여 전위차계와 각도계를 조합하여 자체적으로 전자 고니오미터를 제작하여 임피던스를 각도로 변환하는데 사용하였다. 족관절, 슬관절, 그리고 고관절의 각도를 측정하고, 측정된 임피던스 측정값을 관절의 각도로 보정하였다.Since the relationship between the changes in the muscle contraction and relaxation of the ankle, the knee and the hip joint according to the contraction and relaxation and the impedance change is not linear, the impedance change according to the motion of each joint and the joint Measurement or data analysis that reflects angles is required. The optimum electrode position satisfying these conditions was selected as shown in FIG. From the ankle joint, the total length of the knee joint was measured as H, and the distance between the voltage sensing electrodes was attached to H / 4, and the impedance change due to the change of the angle of the ankle joint was measured. Also, the distance from the knee joint to the hip joint was measured as W so that the distance between the voltage sensing electrodes was W / 3, and the impedance change due to the change in the angle between the knee joint and the hip joint was measured. As the electrode, Ag-AgCl (RedDot, 3M) having a diameter of 10 mm was used. Finally, in order to measure the angle of each joint, a combination of potentiometer and goniometer was used to make an electronic goniometer. The angles of the ankle, knee and hip joints were measured and the measured impedance measurements were corrected for the joint angles.

족관절의 저측 굴곡은 비복근(gastrocnemius)이, 배측 굴곡은 전 경골근 (tibialis anterior)이 작용한다. 그래서 족관절의 굴곡(Flexion)과 신전 (Extension) 운동시 관절각도 변화의 감지를 위한 측정전극은 전극1, 전극2, 전극3, 전극4, 전극5, 전극6으로 측정한다. 그러나 측정전극 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 전압 감지 전극의 방향과 전류가 흐르는 방향이 직각이 되면 임피던스 변화가 측정되지 않기 때문에 이 점을 고려하여 전극의 위치를 적절하게 선정되어야 한다. 그리고, 전극이 평행한 경우는 전기적인 임피던스 변화가 0 이므로, 수평 방향에 위치한 전극 쌍은 측정시 제외하게 된다. 결국, 족관절 운동시 측정전극의 경우의 수는 총 6개 (전극 1, 2, 3, 4, 5, 6)에서 2개를 선택할 확율이므로, 조합(combination)을 이용하면 6C2=15이다. 여기서 평행한 전극쌍 전극 (1번과 2번), 전극 (3번과 4번), 전극 (5번과 6번)을 제외하므로 경우의 수는 12(15-3=12)가 된다. 따라서, 족관절 운동에 따른 최적의 전극 위치를 찾기 위해 전극의 부착위치를 12가지의 경우의 수에 따라 각각 전극(1-3),(1-4),(1-5),(1-6),(2-3),(2-4),(2-5),(2-6),(3-5),(3-6),(4-5),(4-6)의 12 개에 대해 각각 측정하여, 관절 운동에 따른 임피던스 변화 값이 가장 큰 1개의 전극 쌍의 위치를 선택하게 된다.The posterior flexion of the ankle is the gastrocnemius, and the tibialis anterior of the dorsal flexion. Therefore, the measuring electrode for detecting the joint angle change during flexion and extension movement of the ankle joint is measured by electrode 1, electrode 2, electrode 3, electrode 4, electrode 5, electrode 6. However, the number of measuring electrodes is not limited thereto. Since the impedance change is not measured when the direction of the voltage sensing electrode and the direction in which the current flows are perpendicular, the position of the electrode should be appropriately selected in consideration of this point. In the case where the electrodes are parallel, since the electrical impedance change is 0, the pair of electrodes located in the horizontal direction is excluded during the measurement. After all, the number of measurement electrodes during ankle movement is a probability of selecting two out of six (electrodes 1, 2, 3, 4, 5, 6), and thus 6C2 = 15 using a combination. Since the parallel electrode pair electrodes (1 and 2), electrodes (3 and 4), and electrodes (5 and 6) are excluded, the number of cases is 12 (15-3 = 12). Therefore, in order to find the optimal electrode position according to the ankle movement, the electrodes are placed according to the number of 12 cases (1-3), (1-4), (1-5), and (1-6). ), (2-3), (2-4), (2-5), (2-6), (3-5), (3-6), (4-5), (4-6) Each of the 12 pieces is measured to select the position of one electrode pair having the largest impedance change value due to joint motion.

슬관절의 굴곡과 신전 운동시 관절각도 변화의 감지를 위한 측정전극은 전극5, 전극6, 전극7, 전극8, 전극9, 전극10, 전극11, 전극12, 전극13, 전극14를 이용하였다. 그러나 측정전극 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 족관절운동의 경우와 마찬가지로, 이 때 측정전극의 전기적인 임피던스 변화는 전극이 평행한 경우는 0이므로, 수평 방향에 위치한 전극 쌍은 측정시 제외하게 된다. 따라서 도 2에 나타낸 전극쌍, 즉 전극 (5번과 6번),(7번과 8번),(7번과 9번), (7번과 10번), (8번과 9번), (8번과 10번), (9번과 10번), (11번과 12번), (11번과 13번), (11번과 14번), (12번과 13번), (12번과 14번), (13번과 14번)은 제외한다. 결국, 슬관절 운동시 측정전극의 경우의 수는 총 10개 (전극 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14)에서 2개를 선택할 확율이므로, 10C2=45이다. 여기서 평행한 전극 13쌍을 제외하므로 경우의 수는 32(45-13=32)가 된다. 즉, 32가지의 전극위치에 따른 실험을 통해 최적의 위치를 찾아야 한다는 의미이다. 슬관절 운동에 따른 최적의 전극 위치를 찾기 위해 전극의 부착위치를 32가지의 경우의 수에 따라 각각 전극(5-7),(5-8),(5-9),(5-10),(5-11),(5-12),(5-13),(5-14),(6-7),(6-8),(6-9),(6-10),(6-11), (6-12),(6-13),(6-14),(7-11),(7-12),(7-13),(7-14),(8-11),(8-12),(8-13),(8-14),(9-11),(9-12),(9-13),(9-14),(10-11),(10-12),(10-13),(10-14)의 34 개에 대해 각각 측정을 하여, 슬관절운동에 따른 임피던스 변화 값이 가장 큰 1개의 전극 쌍의 위치를 선택하게 된다.Electrode 5, electrode 6, electrode 7, electrode 8, electrode 9, electrode 10, electrode 11, electrode 12, electrode 13, and electrode 14 were used to detect the change of joint angle during flexion and extension movement of the knee joint. However, the number of measuring electrodes is not limited thereto. As in the case of the ankle movement, the electrical impedance change of the measuring electrode is zero when the electrodes are parallel, so the pair of electrodes located in the horizontal direction is excluded during the measurement. Therefore, the electrode pairs shown in Fig. 2, i.e., electrodes (5 and 6), (7 and 8), (7 and 9), (7 and 10), (8 and 9), (8 and 10), (9 and 10), (11 and 12), (11 and 13), (11 and 14), (12 and 13), (12 And 14), and (13 and 14) are excluded. As a result, the number of measurement electrodes during knee joint movement is 10C2 = 45 since the probability of selecting two out of ten (electrodes 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14). Since 13 pairs of parallel electrodes are excluded here, the number of cases becomes 32 (45-13 = 32). In other words, it is necessary to find the optimal position through experiments with 32 electrode positions. In order to find the optimal electrode position according to the knee joint movement, the electrodes are placed according to the number of 32 cases (5-7), (5-8), (5-9), (5-10), (5-11), (5-12), (5-13), (5-14), (6-7), (6-8), (6-9), (6-10), (6 -11), (6-12), (6-13), (6-14), (7-11), (7-12), (7-13), (7-14), (8-11 ), (8-12), (8-13), (8-14), (9-11), (9-12), (9-13), (9-14), (10-11), Each of 34 (10-12), (10-13), and (10-14) is measured, and the position of one electrode pair having the largest impedance change according to the knee joint motion is selected.

고관절의 굴곡과 신전 운동시 관절각도 변화의 감지를 위한 측정전극은 총 8개로서, 전극7, 전극8, 전극9, 전극10, 전극11, 전극12, 전극13, 전극14를 이용하였다. 그러나 측정전극 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 슬관절운동의 경우와 마찬가지로, 이 때 측정전극의 전기적인 임피던스 변화는 전극이 평행한 경우는 0이므로, 수평 방향에 위치한 전극 쌍은 측정시 제외하게 된다. 따라서 도 2에 나타난 전극 (7번과 8번), 전극 (7번과 9번), 전극 (7번과 10번)쌍, (8번과 9번), 전 극 (8번과 10번), 전극 (9번과 10번)쌍, (11번과 12번), 전극 (11번과 13번), 전극 (11번과 14번)쌍, (12번과 13번), 전극 (12번과 14번), 전극 (13번과 14번)쌍은 제외한다. 결국, 고관절 운동시 측정전극의 경우의 수는 총 8개(전극 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14)에서 2개를 선택할 확율이므로, 8C2=28이며, 위에서 설명한 평행한 전극 12쌍을 제외하므로 경우의 수는 16(28-12=16)가 된다. 즉 16경우의 전극위치에 따른 실험을 통해 최적의 위치를 찾게 된다. 고관절 운동에 따른 최적의 전극 위치를 찾기 위해 전극의 부착위치를 16경우의 수에 따라 각각 전극 (7-11),(7-12),(7-13),(7-14),(8-11),(8-12),(8-13),(8-14),(9-11),(9-12),(9-13),(9-14), (10-11),(10-12), (10-13),(10-14)의 16쌍에 대해 각각 측정을 하여, 고관절운동에 따른 임피던스 변화 값이 가장 큰 하나의 전극 쌍의 위치를 선택하게 된다.A total of eight measuring electrodes were used to detect the change of the joint angle during flexion and extension movement of the hip joint. The electrode 7, electrode 8, electrode 9, electrode 10, electrode 11, electrode 12, electrode 13, and electrode 14 were used. However, the number of measuring electrodes is not limited thereto. As in the case of knee joint movement, the electrical impedance change of the measuring electrode is zero when the electrodes are parallel, so the pair of electrodes located in the horizontal direction is excluded from the measurement. Therefore, the electrodes (7 and 8), the electrodes (7 and 9), the electrode (7 and 10) pairs, (8 and 9), and the electrode (8 and 10) shown in FIG. , Electrode (Nos. 9 and 10), (No. 11 and 12), electrodes (No. 11 and 13), electrode (No. 11 and 14), pairs (No. 12 and 13), and electrodes (No. 12 And 14), except for the electrode (13 and 14) pairs. As a result, the number of measurement electrodes during hip motion is 8C2 = 28 because the probability of selecting two out of eight (electrodes 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14) is 8, and the parallel Since 12 pairs of electrodes are excluded, the number of cases becomes 16 (28-12 = 16). That is, the optimum position is found through experiments according to the electrode position in 16 cases. In order to find the optimal electrode position according to the hip joint movement, the electrode is placed according to the number of 16 cases (7-11), (7-12), (7-13), (7-14) and (8). -11), (8-12), (8-13), (8-14), (9-11), (9-12), (9-13), (9-14), (10-11 ), (10-12), (10-13), and (10-14) are measured for each of 16 pairs, and the position of one electrode pair having the largest impedance change according to hip joint motion is selected.

보행 주기 중에 발생하는 현상인 발뒤꿈치와 발가락의 지면접촉(heel strike & toe off))을 감지하기 위해, 종래에 사용하던 압전센서 대신 생체 임피던스 방법을 이용하여 지면접촉 시점을 감지하게 된다. 발뒤꿈치와 발가락의 지면접촉의 감지를 위한 측정전극은 전극15, 전극1, 전극2, 전극3, 전극4가 해당된다. 그러나 측정전극 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 이 때 전기적인 임피던스 변화가 전극이 평행한 경우는 0이므로, 수평 방향에 위치한 전극 쌍은 측정시 제외하게 된다. 따라서 도 2에 나타낸 전극 (1번과 2번), 전극 (3번과 4번)쌍은 제외한다. 결국, 측정전극의 경우의 수는 총 5개 (전극 15, 1, 2, 3, 4)에서 2개를 선택할 확율이므로, 조합을 이용하면 5C2=10이며, 위에서 설명한 평행한 전극 2쌍을 제외하므로 경 우의 수는 8(10-2=8)이 된다. 발뒤꿈치와 발가락의 지면접촉시 관절의 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적의 전극 위치를 찾기 위해 전극의 부착위치를 8가지의 경우의 수에 따라 각각 전극(15-1),(15-2),(15-3),(15-4),(1-3),(1-4),(2-3),(2-4)의 8쌍에 대해 각각 측정을 하여, 발뒤꿈치와 발가락의 지면접촉 운동에 따른 하지 근육의 임피던스 변화 값이 가장 큰 1개의 전극 쌍의 위치를 선택하게 된다.In order to detect the heel strike and toe off, which is a phenomenon occurring during the walking cycle, the ground contact point is detected using a bioimpedance method instead of the piezoelectric sensor. The measuring electrode for detecting the ground contact between the heel and the toe corresponds to electrode 15, electrode 1, electrode 2, electrode 3, and electrode 4. However, the number of measuring electrodes is not limited thereto. In this case, since the electrical impedance change is 0 when the electrodes are parallel, the electrode pair located in the horizontal direction is excluded during the measurement. Therefore, the electrode pairs 1 and 2 and the pair of electrodes 3 and 4 shown in FIG. 2 are excluded. In the end, the number of measuring electrodes is the probability of selecting two out of five (electrodes 15, 1, 2, 3, 4), so the combination is 5C2 = 10, except for the two pairs of parallel electrodes described above. Therefore, the number is 8 (10-2 = 8). In order to find the optimum electrode position for detecting the impedance change of the joint during the ground contact between the heel and the toe, the electrode attachment position is determined according to the number of eight cases (15-1), (15-2), (15-3), (15-4), (1-3), (1-4), (2-3), and (2-4) for each of the eight pairs of measurements, each of the heel and toes The position of one electrode pair having the largest impedance change value of the lower limb muscle according to the ground contact motion is selected.

도 3은 본발명의 실시예에 따른 상지 관절에서 생체 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치도이다. 3 is an electrode arrangement diagram for positioning of an optimal electrode for detecting a change in bioimpedance in the upper limb joint according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2에서의 설명을 족관절은 수관절, 슬관절은 주관절, 고관절은 견관절로 대체할 때, 생체 임피던스 변화를 감지하기 위한 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치는 상지관절에서도 그대로 적용된다. 나아가 하지 또는 상지 관절에서 최적 전극의 위치 선정을 위한 전극배치도는 관절을 가진 다른 동물들에도 적용될 수 있다.In the description of FIG. 2, when replacing the ankle joint with the elbow joint, the elbow joint with the elbow joint, and the hip joint with the shoulder joint, the electrode arrangement for positioning the optimal electrode for detecting the change in the bioimpedance is also applied to the upper limb joint. Furthermore, the electrode arrangement for positioning the optimal electrode in the lower extremity or upper limb joint can also be applied to other animals with joints.

도 4는 본발명의 실시예에 따른 보행 중 관절운동 분석을 위한 전극 및 시스템 구성도이다. Figure 4 is a block diagram of the electrode and system for the analysis of joint motion during walking according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 보행시 관절운동과 발의 지면접촉 측정을 위하여 발진기(11)와 전압전류변환기(12)로 구성된 정전류원에서 약전류를 하지의 상부에 (I+)전극과 발에 (I-)전극을 부착하여 흘려준다. Referring to FIG. 4, a weak current is generated in a constant current source including an oscillator 11 and a voltage current converter 12 for joint motion and ground contact measurement of the foot during walking. Attach and flow the electrode.

이와 같이 측정부위에 약전류를 흘려준 후, 하지의 여러 관절의 움직임에 따 라 근이 수축·이완될 때, 소정 부위에 위치한 각각의 전압 검출 전극에서 임피던스를 측정한다. 바람직하게는 소정 부위는 관절 운동에 따른 임피던스 변화가 가장 위치, 즉 최적 전극 위치가 된다.In this way, after a weak current flows to the measurement site, when the muscle contracts and relaxes according to the movement of various joints of the lower limb, the impedance is measured at each voltage detection electrode located at a predetermined site. Preferably, the predetermined portion is the impedance change according to the joint movement is the most position, that is, the optimum electrode position.

측정된 전압은 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함한 채널 1, 2, 3, 4를 통해 A/D 변환기(35)로 전달된다. 각각의 채널은 유선 뿐만 아니라 무선을 통해서도 A/D 변환기로 전달될 수 있다.The measured voltage is delivered to the A / D converter 35 through channels 1, 2, 3, and 4, including a demodulator, gain and offset regulator, and isolation amplifier. Each channel can be delivered to the A / D converter via wire as well as wireless.

A/D 변환기(35)는 각 채널의 임피던스 신호(31)를 디지털 신호로 변환한다. 바람직하게는 A/D 변환기(35)는 DT9801을 사용하였다.The A / D converter 35 converts the impedance signal 31 of each channel into a digital signal. Preferably, the A / D converter 35 used DT9801.

제어기(36)에서는 보행 중의 각각의 관절각도에 따른 측정된 생체 임피던스변화와 발의 지면접촉에 따른 생체 임피던스 신호를 처리하여 각도 변화로 계산하여 관절의 굴곡과 신전에 대한 값들을 처리하게 된다. 생체임피던스 신호에서 얻어진 저항 값을 각도로 바꾸는 과정은 다음과 같다. The controller 36 processes the measured bioimpedance change according to each joint angle during walking and the bioimpedance signal according to the ground contact of the foot, calculates the change in angle, and processes the values for the flexion and extension of the joint. The process of converting the resistance value obtained from the bioimpedance signal into an angle is as follows.

사람마다 관절의 굴곡과 신전범위는 통계적으로 유사하다는 가정하에서 족관절 신전/굴곡 범위는 70도/30도, 슬관절 신전/굴곡 범위는 0도/90도, 고관절 신전/굴곡 범위는 50도/110도로 한다. 실험을 통해 관절의 각도에 따른 임피던스 값을 유추할 수 있는데, 족관절을 최대로 신전/굴곡하여 얻어진 생체 임피던스 값이 예를 들어 1 ohm ~ 30 ohm이라고 하자. 족관절의 최대 신전/굴곡 각도 범위는 70도 ~ 0도/0도~30도 범위, 즉 70도+30도 =100도가 된다. 따라서 1 ohm = 70도(신전), 30ohm = 30도(굴곡)이 된다. (각도)/(생체 임피던스 값)은 100도/30ohm=3.333도/1 ohm이다. 그러므로 1 ohm 증감에 따라 3.333도씩 변화되도록 연산하면 임피던스 변화에 따른 굴곡/신전에 대한 값들을 계산할 수 있게 된다.Assuming that the flexion and extension range of the joints are statistically similar, the ankle / flexion range of the ankle joint is 70 degrees / 30 degrees, the knee extension / flexion range is 0 degrees / 90 degrees, and the hip extension / flexion range is 50 degrees / 110 degrees. do. Through experiments, we can infer the impedance value according to the angle of the joint, and assume that the bioimpedance value obtained by maximizing extension / flexion of the ankle joint is, for example, 1 ohm to 30 ohm. The maximum extension / flexion angle of the ankle ranges from 70 degrees to 0 degrees / 0 degrees to 30 degrees, ie 70 degrees +30 degrees = 100 degrees. Therefore, 1 ohm = 70 degrees (extension) and 30 ohm = 30 degrees (flexion). (Angle) / (bioimpedance value) is 100 degrees / 30 ohms = 3.333 degrees / 1 ohms. Therefore, if the calculation is made to change by 3.333 degrees according to the 1 ohm increase and decrease, the values for the flexion / extension according to the impedance change can be calculated.

슬관절의 경우, 고관절의 경우, 발의 지면접촉의 경우에도 이러한 방법으로 굴곡/신전 값들을 계산할 수 있게 된다. 나아가 관절을 가진 생체의 경우에도 임피던스 신호를 이용하여 위와 같은 방법으로 각도 값을 계산할 수 있게 된다.In the case of the knee joint, the hip joint, and the ground contact of the foot, the flexion / extension values can be calculated in this way. Furthermore, in the case of a living body having a joint, the angle value can be calculated using the impedance signal as described above.

도 5는 하지운동 동작의 예를 보여주는 도면. 즉, 하지관절의 관절운동의 예를 도시한다. 도 4에서 족관절 굴곡과 신전(51), 족관절 외전과 내전(52), 무릎관절 굴곡과 신전(53), 무릎관절 외회전과 내회전(54), 고관절 외회전과 내회전운동(55) 등이 있다. 5 is a view showing an example of the lower extremity movement operation. That is, an example of joint motion of the lower limb joint is shown. In Figure 4 ankle flexion and extension (51), ankle extensor and adduction (52), knee flexion and extension (53), knee joint rotation and internal rotation (54), hip joint rotation and internal rotation (55) and the like.

도 6은 본발명의 실시예에 따른 족관절(발목)운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체임피던스 측정신호의 비교이다. FIG. 6 is a comparison of an electronic goniometer and a bioimpedance measurement signal for measuring ankle movement (ankle) motion angle according to an embodiment of the present invention.

도 6를 참조하면, 족관절 굴곡신전 운동 중에 각도의 변화를 측정한 것으로 (a)는 전자 고니오미터(potentiometer)로 측정값, (b)는 임피던스 전극 2-5쌍으로 측정한 값, (c)는 임피던스 전극 1-3쌍으로 측정한 값, (d)는 임피던스 전극 1-4쌍으로 측정한 값이다. Referring to FIG. 6, the change in angle during ankle flexion movement was measured by (a) an electronic potentiometer, (b) measured by 2-5 pairs of impedance electrodes, (c ) Is a value measured with 1-3 pairs of impedance electrodes, and (d) is a value measured with 1-4 pairs of impedance electrodes.

본 발명은 전자고니오미터를 사용하지 않고 관절 각도변화를 측정하도록 하는 방식이다. 따라서, 도 6의 세로축의 각도값을 구하는 방법은 족관절 부위에 전 자고니오미터와 생체 임피던스 전극 한 쌍을 동시에 부착한 후, 관절의 각도변화에 따라 나타나는 전자고니오미터의 전압 변화 값과 생체 임피던스 변화값을 동시 측정하게 되면, 생체 임피던스 변화를 각도 값으로 환산할 수 있게 된다. The present invention is to measure the joint angle change without using the electronic goniometer. Therefore, the method of obtaining the angular value of the vertical axis of FIG. 6 includes attaching an electronic goniometer and a pair of bioimpedance electrodes to the ankle joint at the same time, and then changing the voltage and the bio impedance of the electronic goniometer according to the change of the angle of the joint. By simultaneously measuring the change value, it is possible to convert the change in bioimpedance into an angular value.

족관절 운동 이외에 다른 관절운동에 따른 간섭영향을 분석하여 간섭영향이 가장 적고, 고니오미터에 의한 신호와 상관계수가 가장 높은 전극에서의 신호를 최적 전극 위치로 선정하였다. 전자 고니오미터로 측정된 족관절 굴곡과 신전운동의 각도변화와의 상관관계가 가장 높은 전극의 위치는 (전극 2번과 5번)임을 알 수 있으며, 상관계수 는 -0.913 으로 가장 높게 나타났다. 상관계수는 10초 동안 족관절을 굴곡/신전시키며, 고니오미터와 관절움직임에 따른 생체 임피던스를 동시에 획득, 피어슨 상관계수와 다항식 계수를 구하였다.By analyzing the interference effects of other joint movements in addition to the ankle joint movement, the signal of the electrode with the smallest interference effect and the signal with the highest correlation coefficient was selected as the optimum electrode position. The position of the electrode with the highest correlation between the ankle flexion and the angular change of extension motion measured by the electronic goniometer was found to be the electrode (No. 2 and No. 5), and the correlation coefficient was -0.913. Correlation coefficient flexed / extended the ankle joint for 10 seconds, obtained the bioimpedance according to the goniometer and joint movement simultaneously, and obtained Pearson's correlation coefficient and polynomial coefficient.

이와 같이 전자고니오미터와 생체 임피던스의 비교를 한 이유는 생체 임피던스만으로 관절각도 변화를 간편하게 측정할 수 있음을 나타내기 위함이다. The reason why the electronic goniometer is compared with the bioimpedance is to indicate that the joint angle change can be easily measured using only the bioimpedance.

도 7은 본발명의 실시예에 따른 슬관절(무릎)운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체임피던스 측정신호의 비교이다. FIG. 7 is a comparison of an electronic goniometer and a bioimpedance measurement signal for measuring a knee motion angle according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 슬관절 굴곡/신전 운동 중에 각도의 변화를 측정한 것으로 (a)는 전자 고니오미터로 측정값, (b)는 임피던스 전극 5-7쌍으로 측정한 값, (c)는 임피던스 전극 5-8쌍으로 측정한 값, (d)는 임피던스 전극 5-9쌍으로 측정한 값이다. 슬관절 운동 이외에 다른 관절운동에 따른 간섭영향을 분석하여 간섭영향이 가장 적고, 전자 고니오미터에 의한 신호와 상관계수가 가장 높은 전극에서의 신호를 최적 전극 위치로 선정하였다. Referring to FIG. 7, a change in angle during knee flexion / extension movement was measured (a) using an electronic goniometer, (b) measured with 5-7 pairs of impedance electrodes, and (c) The value measured with 5-8 pairs of impedance electrodes, (d) is the value measured with 5-9 pairs of impedance electrodes. By analyzing the interference effects of other joint movements in addition to the knee joint motion, the signal from the electrode with the smallest interference effect and the highest correlation coefficient with the signal by the electronic goniometer was selected as the optimum electrode position.

도 7에서 전자고니오미터로 측정한 값과 가장 유사한 생체 임피던스 변화신호는 전극 5-7(b)에 의한 값임을 알 수 있다. 이러한 실험을 통해, 슬관절 운동을 감지할 수 있는 최적 전극 위치는 도 2에서 예시한 전극 5와 전극 7번임을 확인하게 된다.It can be seen that the bioimpedance change signal most similar to the value measured by the electronic goniometer in FIG. 7 is the value by the electrodes 5-7 (b). Through these experiments, it is confirmed that the optimum electrode positions for detecting the knee motion are electrodes 5 and 7 as illustrated in FIG. 2.

도 8은 본발명의 실시예에 따른 고관절(엉덩이) 운동 각도 측정을 위한 전자고니오미터와 생체 임피던스 측정신호의 비교이다. 도 8은 고관절 굴곡신전 운동 중에 각도의 변화를 측정한 것으로 (a)는 전자 고니오미터로 측정값, (b)는 임피던스 전극 10-12쌍으로 측정한 값, (c)는 임피던스 전극 9-13쌍으로 측정한 값, (d)는 임피던스 전극 9-10쌍으로 측정한 값이다. 도 8에서 전자고니오미터로 측정한 값과 가장 유사한 생체 임피던스 변화신호는 전극 9-13(C)에 의한 값임을 알 수 있다. 이러한 실험을 통해, 족관절 운동을 감지할 수 있는 최적 전극 위치는 도 2에서 예시한 전극 9와 전극 13번임을 확인하게 된다.FIG. 8 is a comparison of an electronic goniometer and a bioimpedance measurement signal for measuring a hip motion angle according to an embodiment of the present invention. 8 is a measurement of the change of the angle during the flexion extension movement of the hip joint (a) is measured with an electronic goniometer, (b) is measured with 10-12 pairs of impedance electrodes, (c) is an impedance electrode 9- (D) is the value measured with 9-10 pairs of impedance electrodes. It can be seen that the bioimpedance change signal most similar to the value measured by the electronic goniometer in FIG. 8 is the value by the electrodes 9-13 (C). Through these experiments, it is confirmed that the optimal electrode positions for detecting the ankle movements are electrodes 9 and 13 as illustrated in FIG. 2.

위와 같이 하지동작의 변화에 상응하는 생체 임피던스 신호를 이용하여 하지의 동작을 감지할 수 있다. 족관절 굴곡과 신전 운동은 비복근과 전경골근의 임피던스 변화로 감지할 수 있고, 슬관절 굴곡과 신전 운동은 대퇴 사두근과 대퇴 이두근의 임피던스 변화로 감지할 수 있고, 고관절의 굴곡과 신전운동은 반막양근과 봉 공근이 주요하게 영향을 줌을 확인할 수 있다. 각도계와의 비교를 통해서 각각의 상관관계가 매우 높음을 확인하였다. As described above, the motion of the lower limb may be detected by using the bioimpedance signal corresponding to the change of the lower limb movement. Ankle flexion and extension movements can be detected by impedance changes of the gastrocnemius and forearm muscles. Knee flexion and extension movements can be detected by impedance changes of the quadriceps and femoral biceps. We can see that commutation is the main influence. Comparison with the goniometer confirms that each correlation is very high.

도 9는 각각의 관절운동시 최적전극 선정을 위한 실험방법의 예를 보여주는 도면이다. 도 9에서 하지운동은 족관절 굴곡과 신전운동, 슬관절 굴곡과 신전운동, 고관절 굴곡과 신전운동, 그리고 발의 지면접촉 운동이다. 9 is a view showing an example of an experimental method for selecting the optimum electrode during each joint movement. In Figure 9, lower limb movement is ankle flexion and extension, knee flexion and extension, hip flexion and extension, and foot contact.

도 9을 참조하면, 도 9에서 운동시간 15초 간격의 의미는 족관절 굴곡/신전 실험의 경우, 75초동안 족관절에 부착된 1쌍의 측정전극에서 임피던스 변화를 측정하게 된다. 1) 처음 15초간(즉, 0~15초)은 족관절을 굴곡/신전(폈다가 구부렸다가 함), 2) 다음 15초간(즉, 15초~30초)에는 족관절은 움직이지 않고, 슬관절을 굴곡/신전하고, 3) 다음 15초간(즉, 30~45초)에는 족관절은 움직이지 않고, 고관절을 굴곡/신전하고. 4) 다음 15초간(즉, 45~60초)에는 족관절은 움직이지 않고, 고관절을 회전시키며, 5) 다음 15초간(즉, 60~75초)에는 족관절의 굴곡/신전 운동을 한다. Referring to FIG. 9, the meaning of the interval of 15 seconds of exercise time in FIG. 9 is to measure impedance change in a pair of measuring electrodes attached to the ankle joint for 75 seconds in the case of ankle flexion / extension experiment. 1) The first 15 seconds (i.e. 0-15 seconds) bend / extend the ankle joint (2) and the second 15 seconds (i.e. 15-30 seconds) do not move the knee joint. Flex / extend; 3) the next 15 seconds (i.e. 30-45 seconds) do not move the ankles and flex / extend the hip. 4) For the next 15 seconds (ie 45 to 60 seconds), the ankles are not moving and the hip joint is rotated. 5) For the next 15 seconds (ie 60 to 75 seconds), flexion / extension of the ankles is performed.

이와 같이 시간에 따른 각각의 운동을 진행할 때, 관절에 부착한 전자 고니오미터와 생체임피던스 신호를 얻기 위해 부착된 전극들에서 신호를 추출한다. 추출된 신호 중에서 전자 고니오미터와 신호의 상관성이 가장 높은 신호를 감지하는 전극의 위치를 최적 전극의 위치로 선택하게 되는 것이다. 여기서 상관성이란 관절의 각도변화에 따른 전자고니오미터로 측정된 결과와 본 발명의 실시예에 따른 결과와 유사성이 높음 정도를 의미한다.As such, as each movement is performed over time, signals are extracted from the electronic goniometer attached to the joint and the electrodes attached to obtain the bioimpedance signal. Among the extracted signals, the position of the electrode detecting the signal having the highest correlation with the electronic goniometer is selected as the position of the optimum electrode. Here, the correlation means the degree of similarity with the result measured by the electronic goniometer according to the change of the angle of the joint and the result according to the embodiment of the present invention.

도 10은 최적전극 선정을 위한 신호대 잡음비의 정의이다. 이러한 정의를 하는 이유는 각각의 관절 운동시, 다른 관절의 운동에 의한 간섭신호가 배제된 각각의 관절운동에 대한 최적 전극의 위치를 선정하기 위함이다. 먼저, 족관절 굴곡과 신전 운동시, 족관절 굴곡과 신전운동에 따른 임피던스 파형은 신호가 되고 슬관절의 굴곡과 신전에 따른 간섭파형은 잡음이 되어 이를 SNR1(신호대 잡음비1), 족관절 굴곡과 신전운동에 따른 임피던스 파형은 신호가 되고 고관절 굴곡과 신전에 따른 관절운동의 간섭파형은 잡음으로 하여 SNR2(신호대 잡음비2) 그리고 족관절 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 회전에 따른 임피던스 파형은 잡음으로 하여 SNR3(신호대 잡음비3)로 정의한다. 10 is a definition of a signal-to-noise ratio for selecting an optimum electrode. The reason for this definition is to select the optimal electrode position for each joint movement in which each joint movement excludes interference signals caused by movements of other joints. First, during ankle flexion and extension movement, the impedance wave form according to ankle flexion and extension movement becomes a signal, and the interference waveform according to flexion and extension of the knee becomes noise, which is according to SNR1 (signal-to-noise ratio 1), ankle flexion and extension movement The impedance waveform becomes a signal, and the interference waveform of joint motion due to hip flexion and extension is noise. The impedance waveform of SNR2 (signal-to-noise ratio 2) and the attached electrode according to the ankle movement is a signal, and the impedance waveform according to the rotation of the hip joint is noise. This is defined as SNR3 (signal-to-noise ratio 3).

슬관절 굴곡과 신전 운동시, 슬관절 굴곡과 신전운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 족관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR4(신호대 잡음비4), 슬관절 굴곡과 신전운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR5(신호대 잡음비5) 그리고 슬관절 굴곡과 신전운동시, 슬관절 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 회전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR6(신호대 잡음비6)으로 정의한다. SNR4 (signal-to-noise ratio 4) that uses the impedance waveform of the attached electrode according to the knee flexion and extension movement as the signal, and the impedance waveform according to the flexion and extension of the knee joint as a signal, and the knee flexion and extension movement SNR5 (signal-to-noise ratio 5) which uses the impedance waveform of the electrode as the signal, and the impedance waveform according to the flexion and extension of the hip joint, and the impedance waveform of the electrode according to the knee movement during the knee flexion and extension movement. It is defined as SNR6 (signal-to-noise ratio 6) in which the impedance waveform according to the rotation of the signal is noise.

고관절 굴곡과 신전 운동시, 고관절 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형 을 신호로 하고 슬관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR7(신호대 잡음비7), 고관절 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고, 족관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR8(신호대 잡음비8) 그리고 고관절 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 회전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR9(신호대 잡음비9)로 정의한다. SNR7 (signal-to-noise ratio 7), which uses the impedance waveform of the electrode attached to the hip joint movement as the signal during the flexion and extension movement of the hip joint, and the impedance waveform according to the flexion and extension of the knee joint, and the impedance waveform of the attached electrode according to the hip joint movement. SNR8 (signal-to-noise ratio 8), which is a signal, and an impedance waveform according to flexion and extension of the ankle, and an impedance waveform of an electrode attached to the hip joint movement as a signal, and SNR9, which is an impedance waveform according to the rotation of the hip joint, as a signal. Signal to noise ratio 9).

발의 지면접촉 운동시, 발의 지면접촉 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 슬관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR10(신호대 잡음비10), 발의 지면접촉 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 굴곡과 신전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR11(신호대 잡음비11) 그리고 발의 지면접촉 운동에 따른 부착전극의 임피던스 파형을 신호로 하고 고관절의 회전에 따른 임피던스 파형을 잡음으로 하는 SNR11(신호대 잡음비11)로 정의한다. SNR10 (signal-to-noise ratio 10) which uses the impedance waveform of the electrode attached to the ground contact movement of the foot as the signal and the impedance waveform according to the flexion and extension of the knee as a signal during the ground contact movement of the foot, SNR11 (signal-to-noise ratio 11), which uses the impedance waveform as the signal, and the impedance waveform according to the flexion and extension of the hip, and the impedance waveform of the attachment electrode according to the ground contact movement of the foot as the signal, and the impedance waveform according to the rotation of the hip joint is noise. This is defined as SNR11 (signal-to-noise ratio 11).

이와 같이 정의된 신호대 잡음비를 기준으로 하여 간섭신호의 영향이 가장 적은, 즉 신호대 잡음비가 가장 우수한 전극 쌍을 최적 전극으로 결정하게 된다.Based on the signal-to-noise ratio defined above, an electrode pair having the least influence of the interference signal, that is, the signal-noise ratio having the best signal is determined as the optimum electrode.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 하지운동과 대응하는 아바타를 표시한 도면이다.11 is a view showing an avatar corresponding to the lower extremity exercise according to an embodiment of the present invention.

즉, 피검자의 하지 움직임에 따라 각각의 관절의 각도 변화를 단계적으로 또는 연속적으로 모니터링과 분석이 가능하도록 제작된 하지동작 분석 프로그램의 실 시 예를 보여준다. That is, an example of a lower limb motion analysis program designed to monitor and analyze the angle change of each joint step by step or continuously according to the lower limb movement of the subject is shown.

생체 임피던스 신호는 피검자의 하지 운동에 따른 고관절, 슬관절, 족관절의 최적 전극 위치에서 나타난 생체 임피던스 변화를 말한다. 상기 생체 임피던스 신호는 상기 도 11의 우측에 표시하였다. The bioimpedance signal refers to a change in bioimpedance at the optimal electrode position of the hip, knee and ankle according to the lower limb movement of the subject. The bioimpedance signal is shown on the right side of FIG.

소정 프로그램은 가상현실분야의 표준화 라이브러리인 Sense8 사의 WTKTM (ver.9)와 Visual C++로 작성하였다. 제작된 소정 프로그램에 의하면, 도 11에 나타난 하지와 하지의 움직임은 실제 3채널로 획득된 생체 임피던스 신호에 대응하여 하지의 아바타가 제어되도록 하였다. The program was written in Sense8's WTKTM (ver.9) and Visual C ++. According to the prepared program, the lower limbs and the lower limb movements shown in FIG. 11 were controlled to control the avatars of the lower limbs in response to the bioimpedance signals acquired through the actual three channels.

메뉴는 프로그램에서 단축 키를 선택하여 원하는 실행을 할 수 있다. 단축 키 P을 이용하여 연속 에니메이션을, 단축키 L을 이용하여 1회 재생을, 단축키 F를 이용하여 매 순간의 관절변화를 분석할 수 있다. 그리고 단축키 R은 에니메이션을 리셋하는 경우에 이용된다. 여기서 상기 메뉴는 상기 도 11의 좌측에 표시되었는데, 'P'는 Play animation, 'L'은 Loop animation, 'F'는 Play animation by Frame, 'R'은 Reset animation, 'E'는 reset Environment을 의미한다.The menu can be executed by selecting a shortcut key in the program. You can use the hotkey P to perform continuous animation, the hotkey L to play once, and the hotkey F to analyze the joint changes at every moment. The shortcut key R is used to reset the animation. Here, the menu is displayed on the left side of FIG. 11, where 'P' is Play animation, 'L' is Loop animation, 'F' is Play animation by Frame, 'R' is Reset Animation, and 'E' is Reset Environment. it means.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어 생체의 범위는 본 발명의 실시예에 따른 도면에 나타난 인체의 하지, 상지 뿐만 아니라 관절을 가진 동물의 운동 분석 등에도 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. For example, the range of the living body may be applied to the motion analysis of animals having joints as well as the lower limbs and upper extremities of the human body shown in the drawings according to an embodiment of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.

본 발명에 따르면 하지 동작 측정의 경우, 족관절, 슬관절 그리고 고관절 운동(굴곡과 신전 등)에 따른 각 관절의 각도변화를 임피던스 변화로 감지할 수 있었다. 또한 종래의 전자 고니오미터와 비교시 각각의 상관 관계는 r= 0.94 이상으로 매우 높음을 확인하였다. 상관계수 r=0.94는 관절각도 변화에 따른 전자고니오미터의 측정신호와 생체 임피던스변화 신호를 cross correlation하여 얻어진 값이다.According to the present invention, in the case of lower limb motion measurement, the angle change of each joint according to the ankle joint, the knee joint and the hip joint movement (flexion and extension, etc.) could be detected as the impedance change. In addition, it was confirmed that each correlation is very high as r = 0.94 or more as compared with the conventional electronic goniometer. The correlation coefficient r = 0.94 is obtained by cross-correlating the measured signal of the electronic goniometer with the change of the bioimpedance according to the change of the joint angle.

또한 하완 (forearm)의 임피던스 변화의 미분 값과 팔꿈치 각속도와의 높은 상관계수(-0.97)를 얻을 수 있으며, 하완의 임피던스 변화와 팔의 속도 변화와의 상관계수(0.79)를 구해 임피던스 변화로 운동패턴을 볼 수 있는 가능성을 제시하였다.
In addition, a high correlation coefficient (-0.97) between the derivative value of the lower arm's impedance change and the elbow angular velocity can be obtained, and the correlation coefficient (0.79) between the lower arm's impedance change and the arm's speed change can be obtained. The possibility of seeing the pattern was presented.

본 발명의 효과는 첫째, 피부전극을 부착하여 피검자의 활동에 제한을 주지 않고 관절의 운동 변화를 간단하게 측정할 수 있다. 그리고 기계적인 방법에 비하여 공간 구속력이 적고, 장시간의 동작분석이 가능하고, 시간 해상도가 높다는 특성을 가지고 있다. 또한 기존의 생체신호를 이용한 방식인 EMG와 비교해 계산량이 훨씬 적고, 신호 대 잡음비가 높다는 장점도 가지고 있다. 영상 분석에 의한 종래의 방법과 달리 빠른 운동의 분석에 있어서의 제약을 극복할 수 있으며, 정확하게 측정할 수 있다. 따라서 고가의 동작분석 및 운동수행 분석 시스템의 대체가 가능하다.
The effect of the present invention is, first, by attaching a skin electrode can easily measure the change in motion of the joint without limiting the activity of the subject. Compared with the mechanical method, it has less space constraint, enables long time motion analysis, and has high temporal resolution. In addition, compared to the conventional EMG method using a bio-signal, the calculation amount is much smaller and the signal-to-noise ratio has the advantage. Unlike the conventional method by image analysis, it is possible to overcome the limitations in the analysis of the fast motion and to measure accurately. Therefore, it is possible to replace expensive motion analysis and exercise performance analysis system.

둘째, 동작분석 및 운동수행 분석 시스템의 개발로 인한 해당 학문의 발전의 가속화이다. 즉, 보행을 비롯한 인체 운동 메카니즘 해명에 기여, 개발된 하드웨어 시스템과 컴퓨터 모델의 실시간 상호작용에 의한 자동 분석, 소프트웨어의 개발로 임상적용을 위한 체계화 및 정량화 유도이다.
Second is the acceleration of the development of the study by the development of motion analysis and exercise performance analysis system. In other words, it contributes to the clarification of the movement mechanism of human body including walking, automatic analysis by real-time interaction between developed hardware system and computer model, and induction of systemization and quantification for clinical application by software development.

세째, 스포츠 과학 분야의 최적 훈련 프로그램 개발에 기여한다. 즉, 스포츠 훈련 분야에서 보행 형태, 달리기 및 각종 스포츠 동작의 개선으로 경기력 향상, 빠르고 복잡한 동작이 많은 스포츠의 자세 개선 및 운동수행 분석에 활용될 수 있다.
Third, it contributes to the development of optimal training programs in the field of sports science. That is, in the field of sports training, it is possible to improve the athletic performance and improve the posture and exercise performance of many sports by improving walking style, running and various sports movements.

넷째, 재활의학 분야의 고가의 동작분석 장비를 대체할 수 있는 효율적인 분석시스템의 보급이다. 즉, 생체임피던스 측정과 근전계 계측기술에 의한 보행분석 시스템으로도 활용 될 수 있다.
Fourth, the spread of an efficient analysis system that can replace expensive motion analysis equipment in the field of rehabilitation medicine. That is, it can be used as a gait analysis system by bioimpedance measurement and EMG measurement technology.

다섯째, 순수한 생체 신호만을 이용한 로봇의 원격제어에 활용, 가상현실 및 애니메이션 분야에서 사용되는 고가의 모션캡쳐 시스템 대체 및 실용화이다.
Fifth, it is used for remote control of robots using only pure bio signals, and it is a substitute for expensive motion capture system used in virtual reality and animation fields.

여섯째, 동작 및 부하에 관한 동작 정보를 동시에 얻는 저가형 시스템의 개발로 기존의 문제점들을 개선하고 분석기술의 국내 관련기관 보급 및 확대로 인한 국민건강 향상에 기여할 것으로 전망된다.
Sixth, the development of a low-cost system that simultaneously obtains operation information on operation and load is expected to improve the existing problems and contribute to the improvement of national health through the expansion and expansion of related institutions in Korea.

일곱째, 보행분석과 같이 보다 다양하고 세밀한 하지 운동의 분석을 위해 추가적인 채널의 확장이 가능하다. 또한 무선을 이용한다면, 특정 공간에서만 측정이 가능한 각도계와 비디오 영상 분석기와는 달리 공간적 이동이 많고, 장시간에 걸친 연속측정이 요구되는 스포츠 운동 분야에 활용 가능성이 클 것이다.
Seventh, additional channels can be expanded for more diverse and detailed analysis of lower extremity movements, such as gait analysis. In addition, unlike wireless goniometers and video image analyzers, which can measure only in certain spaces, wireless applications will likely be useful in sports and sports applications that require a lot of spatial movement and continuous measurement over long periods of time.

Claims (19)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 정전류원에 의해 소정의 약전류를 발생시키는 과정;Generating a predetermined weak current by a constant current source; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 과정;Flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; 상기 약전류가 흐르는 생체의 관절과 관절 사이가 1/n(n은 자연수) 간격으로 구분된 각각의 간격 선상의 서로 다른 m(m은 2이상의 자연수)개의 지점에서 조합 (mC2 = L)을 이용하여 L개의 전극쌍(2개의 전극)을 선택하는 과정,A combination of m and m (m is a natural number of two or more) points on each interval line separated by 1 / n (n is a natural number) interval between the joint and the joint of the living body in which the weak current flows ( m C 2 = L) Selecting L electrode pairs (two electrodes) using 상기 선택된 L개의 전극쌍 중에서 동일 선상에 위치한 전극쌍(K개)들을 제외한 전극쌍(L-K = J개)들로부터 소정의 주기로 임피던스를 검출하는 과정; 및Detecting an impedance at predetermined intervals from the electrode pairs (L-K = J) except for the electrode pairs (K) positioned on the same line among the selected L electrode pairs; And 상기 소정의 주기마다 검출된 임피던스 변화 값이 가장 큰 하나의 전극쌍을 선택하는 과정을 포함하는 관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용하여 생체 임피던스의 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 관절 운동 분석 방법.Joint motion analysis method characterized in that for measuring the change in the bio-impedance using an optimal electrode selection method according to the joint motion comprising the step of selecting one electrode pair having the largest value of the impedance change detected in each predetermined period . 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 약전류는 50KHz, 300㎂임을 특징으로 하는 관절 운동 분석 방법. The weak current is 50 KHz, 300 kW joint motion analysis method characterized in that. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 m개의 지점은The m points 상기 약전류가 흐르는 생체의 족관절과 슬관절 사이를 1/4 간격으로 구분하고 상기 족관절로부터 상기 구분된 1/4간격 선상의 2 개의 지점, 2/4간격 선상의 2 개의 지점 그리고 3/4간격 선상의 2 개의 지점임을 특징으로 하는 족관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 관절 운동 분석 방법.Between the ankle and the knee joint of the living body in which the weak current flows is divided into quarter intervals and two points on the quarter interval line separated from the ankle joint, two points on the 2/4 interval line and 3/4 interval line Joint motion analysis method using the optimal electrode selection method according to the ankle motion, characterized in that two points of. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 m개의 지점은The m points 상기 약전류가 흐르는 생체의 족관절과 슬관절 사이를 1/4간격으로 구분하고 상기 구분된 상기 족관절로부터 3/4간격 선상의 2개의 지점, 슬관절과 고관절 사이를 1/3간격으로 구분하고 상기 구분된 상기 슬관절로부터 1/3간격 선상의 4개의 지점 그리고 2/3간격 선상의 4개의 지점임을 특징으로 하는 슬관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 관절 운동 분석 방법.Separating between the ankle joint and the knee joint of the living body in which the weak current flows by a quarter interval, and two points on the line 3/4 interval from the separated ankle joint, between the knee joint and the hip joint at 1/3 intervals Joint motion analysis method using the method of selecting the optimum electrode according to the knee motion, characterized in that four points on the line 1/3 interval from the knee joint and four points on the line 2/3 interval. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 m개의 지점은The m points 상기 약전류가 흐르는 생체의 슬관절과 고관절 사이를 1/3간격으로 구분하고 상기 슬관절로부터 상기 구분된 1/3간격 선상의 4 개의 지점, 2/3간격 선상의 4개의 지점임을 특징으로 하는 고관절 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 관절 운동 분석 방법.Hip motion between the knee joint and the hip joint of the living body in which the weak current flows, wherein the joint is divided into four points on the 1/3 interval line and four points on the 2/3 interval line Joint motion analysis method using optimal electrode selection method according to. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 m개의 지점은The m points 상기 약전류가 흐르는 생체의 족관절과 슬관절 사이를 1/4 간격으로 구분하고 상기 족관절로부터 상기 구분된 1/4간격 선상의 2개의 지점, 2/4간격 선상의 2개의 지점 그리고 족관절과 발가락 사이 소정의 지점임을 특징으로 하는 발뒤꿈치와 발가락 지면접촉 운동에 따른 최적 전극 선정 방법을 이용한 관절 운동 분석 방법.Between the ankle and the knee joint of the living body in which the weak current flows is divided into quarter intervals and two points on the quarter interval line separated from the ankle joint, two points on the 2/4 interval line and predetermined between the ankle and the toe Joint motion analysis method using the optimal electrode selection method according to the heel and toe ground contact movement, characterized in that the point of. 발진주파수회로와 전압전류변환회로로 구성되고 약전류를 발생하는 정전류원;A constant current source composed of an oscillation frequency circuit and a voltage current conversion circuit and generating weak current; 상기 약전류를 생체의 한 점에서 다른 선택된 점으로 흘려주는 자극 전류 전극;A stimulating current electrode for flowing the weak current from one point of the living body to another selected point; 고관절과 슬관절 사이의 소정 부위에 위치되고 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제1채널과, A first channel located at a predetermined portion between the hip and the knee and including at least two voltage detection electrodes for detecting voltage, a demodulator, a gain and offset regulator, and an insulation amplifier; 고관절과 족관절 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제2채널과, A second channel located at a predetermined area between the hip joint and the ankle joint, the second channel including at least two voltage detection electrodes for detecting voltage, a demodulator, a gain and offset regulator, and an insulation amplifier; 슬관절과 족관절 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제3채널과,A third channel located at a predetermined region between the knee joint and the ankle joint and including at least two voltage detection electrodes for detecting voltage, a demodulator, a gain and offset regulator, and an insulation amplifier, 슬관절과 발가락 사이의 소정 부위에 위치되고, 전압을 검출하는 적어도 2이상의 전압 검출 전극, 복조기, 이득과 오프셋 조절기, 절연증폭기를 포함하는 제4채널; A fourth channel positioned at a predetermined region between the knee and the toe and including at least two voltage detection electrodes for detecting voltage, a demodulator, a gain and offset regulator, and an insulation amplifier; 상기 제1채널 내지 상기 제4채널의 출력값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 및An A / D converter converting output values of the first to fourth channels into digital signals; And 상기 A/D 변환기에서 나온 각 채널들의 신호들을 각도 변화로 계산하는 제어부를 포함하는 관절의 운동에 따른 생체 임피던스 변화를 이용한 관절운동 분석 시스템.Joint motion analysis system using a change in the body impedance according to the motion of the joint including a control unit for calculating the angle change of the signals of each channel from the A / D converter. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 제어부에 입력된 값, 제어부에서 계산한 값을 표현하는 표시부를 더 포함함을 특징으로 하는 관절운동 분석 시스템.And a display unit for expressing a value input by the controller and a value calculated by the controller. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제어부는 관절의 최대 신전에서 최대 굴곡 범위가 X도이고, 관절의 최대 신전에서 최대 굴곡의 생체 임피던스 변화 범위가 Yohm인 경우, 1 ohm 증감에 따른 각도 변화 값은 X도/Yohm = Z 도/ohm에 의하여 각각의 채널들의 생체 임피던스 신호를 각도 변화로 계산함을 특징으로 하는 관절운동 분석 시스템.The control unit has a maximum flexion range of X degrees at the maximum extension of the joint and a bioimpedance variation range of the maximum flexion at the maximum extension of the joint is Yohm, and the angle change value according to the increase or decrease of 1 ohm is X degrees / Yohm = Z degrees / Joint motion analysis system, characterized in that for calculating the angular change of the biological impedance signal of each channel by ohm. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 소정 부위는 관절 운동에 따른 임피던스 변화가 가장 큰 위치임을 특징으로 하는 관절 운동 분석 시스템.The predetermined part is a joint motion analysis system, characterized in that the position where the impedance change according to the joint movement is the largest. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제어부는The control unit 관절 운동에 따른 생체 임피던스 신호와 소정 분석 프로그램을 이용하여 관절 운동과 대응하는 아바타를 상기 표시부상에 표시함을 특징으로 하는 관절 운동 분석 시스템.And displaying an avatar corresponding to the joint motion on the display unit by using a bioimpedance signal corresponding to the joint motion and a predetermined analysis program. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제어부는 The control unit 관절 운동의 모니터링과 분석을 위한 메뉴와 생체 임피던스 신호를 상기 표시부상에 더 제공함을 특징으로 하는 관절 운동 분석 시스템.And a menu and a bioimpedance signal for monitoring and analyzing joint motion are further provided on the display unit.
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