KR100933180B1 - 악근 및 각근을 이용하여 측정 대상 근육의 근력을측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

악근 및 각근을 이용하여 측정 대상 근육의 근력을측정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

악근(握筋) 및 각근(脚筋)을 이용하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 근력 추정 방법은 악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보를 측정하는 단계, 각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보를 측정하는 단계, 악근 정보 및 각근 정보와 측정 대상 근육들의 근력 간의 상관 관계를 획득하는 단계, 및 상관 관계에 기반하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상관 관계는 악근 정보, 각근 정보, 사용자의 성별, 나이, 체지방량, 및 근육량 중 적어도 하나를 독립 변수로서 이용하고, 데이터베이스로부터 사전 측정된 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 이용하는 회귀 분석 기법을 이용하여 측정 대상 근육들 각각에 대하여 사전 결정되어 저장된다. 본 발명에 의하여 고가의 장비를 이용하지 않고도 다양한 측정 대상 근육의 근력을 신속하고 정확하게 측정할 수 있다.
근력 측정, 회귀 분석, 선형 모델링

Description

악근 및 각근을 이용하여 측정 대상 근육의 근력을 측정하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for estimating muscular strength of target muscle using arm and leg muscles}
본 발명은 근력 측정 장치에 관한 것으로서, 다양한 측정 대상 근육의 근력을 직접 측정하지 않고, 악근 및 각근의 근력으로부터 추정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대인들은 컴퓨터 앞에서 생활하는 일이 많기 때문에, 마우스 조작이나 키보드 조작과 같은 단순 반복적인 운동 외에는 운동량이 절대적으로 부족한 실정이다. 뿐만 아니라, 인터넷의 급속한 보급에 따라, 현대인들의 컴퓨터 앞에서 보내는 시간은 더욱 증가하고 있다. 따라서, 운동 부족에 기인한 다양한 성인병이 현대인의 건강을 위협하고 있으며, 이에 대한 경각심이 고조된다.
현대인의 건강을 증진하기 위하여, 우선 현재의 건강 상태를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 따라서, 다양한 건강 정보를 측정할 수 있는 장치들이 널리 보급되었으며, 이러한 장치들은 특히 피트니스 센터 등에서 널리 이용된다.
사용자의 건강 상태를 나타내는 대표적인 척도 중 하나로 근력이 있다. 근 력이란 근의 길이를 바꾸지 않고 발휘하는 최대장력으로 나타내는 근육의 힘이다. 대체로 횡단면 1㎠당 5 내지 10kg에 해당한다. 최근에 건강에 대한 관심이 고조되면서, 체중 감량을 위해서만이 아니라, 건강하고 행복한 삶을 영위하기 위한 전제 조건으로 근육 운동에 대한 중요성이 대두된다. 근육이 약하면 신체가 균형있게 발달할 수 없으며, 돌발 사태가 발생하였을 때 대처하기 힘들므로 부상의 정도가 심해진다. 또한, 척추뼈를 잡아주는 근육이 불균형적으로 발달하면, 척추가 휘게 된다. 이와 같이, 근력을 키우는 것은 건강을 유지하기 위한 가장 중요한 전제 조건이라고 할 수 있다.
그런데, 우리 몸에는 수많은 근육이 존재하며, 이 중 우리 인체의 골격근 중 뼈에 붙어있는 부분을 '건' 이라 하고, 관절과 관절 사이를 연결하는 부분을 '인대' 라고 한다. 건이 약하면, 근육이 아무리 강해도 근육의 힘을 뼈에 전달할 수 없고, 인대는 관절의 탈골 방지 기능을 수행한다. 그러므로, 근육이 잘 발달되기 위해서는 건과 인대가 제 역할을 수행할 수 있도록 발달되어야 한다.
그런데, 사용자의 모든 근육들이 반드시 균형적으로 발달되는 것은 아니다. 특히, 장시간 책상에 앉아있거나 운전을 하는 등, 현대인들은 같은 자세를 오랫동안 취하게 된다. 이 경우, 잘못된 자세가 오랫동안 지속되게 되어 사용자의 신체에는 치명적인 불균형이 초래되고, 근육들이 불균형하게 발달하게 된다. 이러한 불균형이 발생하면 현대인의 일상 생활에 큰 영향을 줄 수 있다. 우선, 보행시 안정감이 저하되므로, 낙상으로 인한 추가 부상이 우려된다. 이러한 위험성은 특히 노약자나 부상에서 재활중인 환자 등의 사람들에게 치명적일 수 있다. 또한, 현대 인의 신체는 상호 유기적으로 영향을 미치므로, 어느 근육이 비정상적으로 발달하거나 비정상적으로 열화되면 다른 근육에도 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 사용자의 측정 대상 근육별 근력을 측정하기 위한 다양한 장치가 제안된다. 하지만, 현재 까지 제안된 근력 측정 장치는 측정 대상 근육별로 상이한 운동을 수행하는 동안 해당 근육의 근력을 측정하는 방법을 이용한다. 따라서 측정 시간이 오래 걸리며, 다양한 측정 동작을 정밀하게 수행하여야 하므로 매우 고가이다. 이러한 측정 장비에는 예를 들어 BIODEX 또는 CYBEX와 같은 장비가 포함된다. 이러한 장비는 사용자가 보유하거나 이용하기가 어렵다. 따라서 이러한 장비를 구비한 휘트니스 센터나 병원 등 전문 기관을 이용하지 않는 한 사용자가 자신의 근육에 대한 상세한 정보를 얻는 것은 매우 힘들다.
그러므로, 이와 같은 고가의 장비와 복잡한 측정단계를 거치지 않고, 단순히 악근과 각근의 근력만을 측정한 후 다른 근육들의 근력을 추정할 수 있는 기술이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 인체를 구성하는 근육들 간의 상호 관련성에 기초하여, 악근 및 각근에 대한 정보로부터 다른 다양한 근육들의 근력을 추정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저렴하고 신속하게 사용자의 근육별 근력을 측정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 악근(握筋) 및 각근(脚筋)을 이용하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 근력 추정 방법은 악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보를 측정하는 단계; 각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보를 측정하는 단계; 악근 정보 및 각근 정보와 측정 대상 근육들의 근력 간의 상관 관계를 획득하는 단계; 및 상관 관계에 기반하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상관 관계는 악근 정보, 각근 정보, 사용자의 성별, 나이, 체지방량, 및 근육량 중 적어도 하나를 독립 변수로서 이용하고, 데이터베이스로부터 사전 측정된 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 이용하는 회귀 분석 기법을 이용하여 측정 대상 근육들 각각에 대하여 사전 결정되어 저장되는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 상관 관계는, 독립 변수 각각의 개별 범위에 상응하는 가중치를 결정하고, 결정된 가중치를 독립 변수에 인가함으로써 획득되는 것이 바람직하다. 악근 정보는 소정 기간 동안의 최대 악근력, 최소 악근력, 최대 시점, 최소 시점, 및 상기 최대 악근력의 감소율 중 적어도 하나를 포함하고, 각근 정보는 소정 기간 동안의 최대 각근력, 최소 각근력, 및 최대 시점, 최소 시점 중 적어도 하나를 포함한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은, 악근(握筋) 및 각근(脚筋)을 이용하여 측정 대상 근육들의 근력을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다른 면에 따른 근력 추정 방법은 악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보를 측정하기 위한 악근 정보 측정 모듈; 각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보를 측정하기 위한 각근 정보 측정 모듈; 악근 정보 및 각근 정보와 측정 대상 근육들의 근력 간의 상관 관계를 결정하기 위한 상관 관계 결정 모듈; 및 상관 관계에 기반하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 중앙 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상관 관계 결정 모듈은, 악근 정보, 각근 정보, 사용자의 성별, 나이, 체지방량, 및 근육량 중 적어도 하나를 독립 변수로서 이용하고, 데이터베이스로부터 사전 측정된 상기 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 이용하는 회귀 분석 기법을 이용하여 측정 대상 근육들 각각에 대하여 상관 관계를 사전 결정하여 저장하는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 본 발명에 의한 근력 추정 장치는 사용자의 체성분 분석을 이용하여 체지방을 측정하기 위한 체지방 측정 모듈을 더 포함한다. 뿐만 아니라, 본 발명에 의한 근력 추정 장치는 중앙 처리부의 제어 하에 사용자에게 제공되는 운동 부하를 변경하기 위한 운동 부하 변경부 및 변경된 부하에 대한 사용자의 반응 시간을 측정하기 위한 순발 력 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 근력 추정 장치는 사용자가 운동하는 동안에 사용자의 심폐 지구력을 측정하기 위한 심폐 지구력 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여, 악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보 및 각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보로부터 다른 측정 대상 근육들의 근력을 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하여, 사용자의 근육 중 비정상적이거나 불균형하게 발달한 근육을 용이하게 검출함으로써, 사용자로 하여금 해당 근육에 대한 맞춤 운동을 하도록 할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 근력 추정 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
우선, 악근 및 각근 정보 측정 모듈을 이용하여 악근 정보 및 각근 정보를 각각 측정한다(S110, S120). 본 명세서에서 악근(握筋)은 손근육을 나타내고, 각근(脚筋)은 다리근육을 나타낸다. 다른 근육들의 근력을 추정하기 위하여 악근 및 각근을 이용하는 이유는, 악근 및 각근이 일상 생활 중에 가장 많은 이용하는 근육으로서 악근 및 각근을 움직이기 위하여는 신체의 다른 모든 근육들이 유기적으로 작용하여야 하기 때문이다. 즉, 신체의 모든 근육들은 모두 악근 및 각근과 매우 밀접한 상관 관계를 가지고 있으므로, 이러한 성질을 이용하여 악근 및 각근으로부터 다양한 정보를 추출한다.
또한, 본 명세서에서 악근 정보 및 각근 정보는 측정 대상 근육의 근력을 추정하기 위하여 이용되는 악근 및 각근에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 악근 정보에는 소정 기간 동안의 최대 악근력, 최소 악근력, 최대 시점, 최소 시점, 악근 지구력, 및 최대 악근력의 감소율 등이 포함될 수 있다. 또한, 각근 정보에는 사용자가 페달링을 하는 각도별 각근력, 소정 기간 동안의 최대 각근력, 최소 각근력, 최대 시점, 최소 시점, 각근 지구력, 및 최대 각근력의 감소율 등이 포함될 수 있다. 그러나, 각근 정보 및 악근 정보는 이러한 요소에 한정되는 것은 아니고, 이러한 예들은 오직 이해의 편이를 위하여 제공된 것일 뿐이다. 그러므로, 악근 정보 및 각근 정보의 구체적 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안되며, 다른 측정 대상 근육들의 근력을 추정하는데 이용될 수 있는 다양한 정보들이 모두 포함될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
이하, 도 3을 참조하여 악근 정보를 측정하는 과정을 설명한다.
우선, 왼손 및 오른손의 악근력을 측정하고, 왼손 및 오른손 각각의 악근 지 구력을 검사한다. 악근력은 악근 지구력 측정시 얻어진 최대 악력으로서 결정될 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 악근 지구력 측정 프로토콜에 따라서 10초간 악력계를 최선을 다하여 쥐도록 유도된다. 그러면, 10초 동안의 최대 측정치를 최대 악근력(Fmax)으로서 측정할 수 있다. 또한, 최대 악근력 및 10초가 지난 마지막 순간의 측정치(Ffin)의 비를 구하여 악근 지구력을 측정할 수도 있다. 이 경우 악근 지구력은 (Fmax-Ffin)/Fmaxㅧ100으로 계산될 수 있다. 또는, 도 3의 그래프로부터 최대 악근력이 발생한 시점(Tmax) 및 정해진 비율, 예를 들면 최대 악근력의 15%로 감소한 시점(예를 들어, Tmin)까지의 시간 간격 혹은 감소 경사도 등을 포함할 수 있다. 이 경우 측정 시간과 반복 횟수 등은 다양하게 변경될 수 있다는 점에 주의한다. 예를 들어, 사용자는 2초간 최선을 다하여 악력계를 최선을 다하여 쥐고, 1초를 쉰 후, 이러한 과정을 반복하도록 유도될 수도 있음은 물론이다.
도 3에서, Tmin은 측정 기간 동안 악근력이 최소가 되는 시점을 나타내는데, 악근의 피로도 증가에 기인하여 대부분의 경우 악근력 검사의 끝나는 시점(Tfin)이 될 것이다. Fmin은 최소일 때의 힘의 크기이다. 악근력을 최대 힘의 크기로 정의할 때는 악근력 검사기간 중에 최대인 Fmax를 최대 근력이라 할 수 있다. 신뢰성을 좋게 하기 위해 Tc (예:1 sec) 와 같은 정해진 시간 이상을 연속하여 유지한 최대 크기를 포함하는 평균값으로 정의하는 것도 가능하다.
도 3에서, 다양한 파라미터가 악근 정보로서 획득된다. 즉, Tmax, Tmin, Fmax, Fmin은 물론, 유지하고 있는 힘을 시간으로 적분한, 곡선 아래의 면적을 나타내는 A1 및 A2도 구할 수 있다. 또한, 시간당 악근력 변화량 △도 구할 수 있고, Atotal = (A1 + A2), Favg = Atotal / Tfin 등을 구할 수 있다. 악근력 변화량 △는 다음 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
△= |Fmax - Fmin| / |Tmax - Tmin|
악근 지구력은 이러한 파라미터를 적절히 조합하여 정의할 수 있다. 예를 들어, △를 정규화하여 악근 지구력을 구할 수 있으며, 또는 Favg를 악근 지구력으로서 이용할 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여 각근 정보를 측정하는 과정을 설명한다.
우선, 왼발과 오른발로 페달링할 때 페달에 가해지는 힘의 크기를 각도별로 따로 측정하여 측정 결과로부터 악근력과 같이 최대 각근력 및 감소 비율 등의 파라미터를 얻는다. 그러면, 연산된 최대 각근력 및 감소 비율 등으로부터 각근력과 각근 지구력을 연산할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 싸이클형 측정 장치에서 페달링을 하는 동안, 페달의 각도 및 해당 각도에서의 페달의 각속도 및 페달에 인가되는 힘을 측정할 수 있다. 그러면, 1회전을 할 때마다 측정된 페달의 각도 및 각도별 힘의 그래프를 하나씩 얻게 된다. 그러면 여러 번 회전시켜서 나온 그래프들에서 나온 이러한 최대값들을 순서대로 나열하면 시간에 따라서 달라지는 각 발의 최대값의 변화를 알 수 있다. 도 4에서 G1은 왼발의 각도별 각근력을 나타내고, G2는 오른발의 각도별 각근력을 도시한다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 왼발의 최대 각근력은 Fmax1으로서, 이 경우 페달의 각도는 θ1이다. 또한, 오른발의 최대 각근력은 Fmax2로서, 이 경우 페달의 각도는 θ2이다. 도 4에 도시된 그래프는 한 회전당 각근력의 변화량을 나타내며, 여러 회전이 반복되면 도 4에 도시된 그래프의 같은 그래프들이 여러 개 얻어진다. 도 4를 통하여, 최대로 가하는 힘의 세기가 시간이 경과함에 따라 어떻게 변화하는지, 최대 각속도는 시간이 경과함에 따라 어떻게 변화하는 지, 왼발은 어떤 각도에서 가장 힘이 세게 작용하는지, 오른 발은 어떤 각도에서 가장 각속도가 빠른지 등 다양한 정보를 알 수 있다. 또한, 왼발 및 오른발 중 어느 발이 더 쉽게 피로해지는지 등의 다양한 정보를 얻을 수도 있으며, 여러 개의 그래프를 합하여 평균을 구하면 왼발과 오른발의 균형도를 측정할 수도 있다.
악근 정보 및 각근 정보가 측정되면, 측정 대상 근육의 근력을 데이터베이스로부터 수신한다(S130). 데이터베이스는 여러 사용자들의 다양한 측정 대상 근육의 근력을 저장하고 있으며, 다양한 측정 대상 근육의 근력은 종래의 근력 측정 장치를 이용하여 측정한 값일 수 있다. 데이터베이스에는 많은 사용자들에 대하여 측정된 측정 대상 근육의 근력 정보를 저장하는 것이 바람직하다. 또한, 데이터베이스는 악근 및 각근 정보 및 측정 대상 근육의 근력 간의 상관 관계가 회귀방정식 의 형태로 저장될 수 있다. 회귀방정식의 형태로 저장될 때는 측정한 악근력과 악근지구력의 값들이 입력으로 들어가고, 회귀방정식의 출력으로 대상근육의 근력과 근지구력값이 출력된다. 회귀방정식은 대상근육에 따라 1개 혹은 여러 개가 만들어 질 수 있다. 회귀 방정식에 대하여는 상세히 후술된다.
그러면, 데이터베이스로부터 수신된 측정 대상 근육의 근력 및 악근/각근 정보 간의 상관 관계를 추출한다(S150). 상관 관계를 추출하는 것은 추출 과정에서는 악근 정보 및 각근 정보 각각을 독립 변수로서 이용하고, 측정 대상 근육의 근력을 종속 정보로서 이용하여 양자 간의 관계를 추출한다. 이 과정에서 다양한 통계학적 방법이 이용될 수 있다. 이 경우 각각의 독립 변수에 적합한 가중치가 결정될 수 있는데, 측정의 정확성을 위하여 동일한 독립 변수도 그 범위에 따라 상이한 가중치가 적용될 수 있다. 상관 관계를 추출하기 위하여 적용되는 다양한 통계학적 방법에 대해서는 해당 부분에서 후술된다.
그러면, 상관 관계에 기초하여, 측정 대상 근육의 근력을 독립 변수들의 조합으로 추정할 수 있다(S170).
또한, 추정된 근력을 독립 변수들과 함께 데이터베이스에 저장함으로써 데이터베이스의 표본 공간을 확장시키고, 이를 통하여 추정의 정확도를 증가시킨다.
이하, 상관 관계를 추출하기 위하여 적용될 수 있는 통계학적 방법의 일 예로서 회귀 분석(Regression analysis)에 대해 간략히 설명한다. 이 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다는 점에 주의하여야 한다. 회귀 분석은 통계학에서 관찰된 연속형 변수들에 대해 독립변수와 종속변수 사이의 상관 관계에 따른 수학적 모델인 선형적 관계식을 이용하여 어떤 독립 변수가 주어졌을 때 이에 따른 종속 변수를 예측하는 통계학적 방법이다. 회귀 분석의 결과로서 얻어지는 수학적 모델이 실재 모집단에 얼마나 부합하는지 여부는 적합도를 이용하여 측정할 수 있다. 1개의 종속 변수와 1개의 독립 변수 사이의 관계를 분석할 경우를 단순회귀분석(Simple Regression Analysis)이라고 하고, 1개의 종속 변수와 여러 개의 독립 변수 사이의 관계를 규명하고자 할 경우를 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)이라고 한다. 이와 같이, 회귀 분석은 시간에 따라 변화하는 데이터나 어떤 영향, 가설적 실험, 상관 관계의 모델링 등의 통계적 예측에 이용될 수 있다. 회귀 분석법은 또다른 통계학적 방법인 상관 분석법에 비하여, 추론의 과정이 일방향(독립 변수 → 종속 변수)으로 수행된다는 점이 다르다. 즉, 상관분석은 쌍방향성(독립 변수↔종속 변수)을 가진다.
종속 변수를 y, 독립 변수를 x라 하고, n이 표본의 개수라고 하면, 선형 회귀 모델은 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Y i = α + βX i + e i , i=1, 2, ..., n
수학식 2에서,
α는 회귀 계수(regression coefficient)를 나타내고, β는 Xi의 기울기 또는 가중치를 나타낸다. 즉, Xi가 한 단위 증가할 때의 종속 변소 Yi의 변화량을 나 타낸다. e i 는 오차항으로서, 회귀 직선으로 설명되지 못하는 부분을 반영한다.
예를 들어, Xi가 악근 정보와 각근 정보이고, Yi가 측정 대상 근육의 근력이라면, 다양한 표본으로부터 α 및 β를 구하면 이후부터는 수학식 2를 이용하여 측정 대상 근육의 근력을 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 근력 추정 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다. 본 발명에 따른 근력 추정 장치(200)는 악근 정보 측정 모듈(210), 각근 정보 측정 모듈(230), 중앙 처리부(250), 및 상관 관계 결정 모듈(270)을 포함한다. 악근 정보 측정 모듈(210) 및 각근 정보 측정 모듈(230)은 각각 악근 정보 및 각근 정보를 측정한다. 악근 정보에는 악근력 및 악근 지구력가 포함되고 각근 정보에는 각근력 및 각근 지구력이 포함될 수 있음은 전술된 바와 같다. 악근 정보 및 각근 정보는 상관 관계 결정 모듈(270)에서 획득된 관계식의 독립 변수로서 동작하여, 이들을 선형 조합함으로써 원하는 측정 대상 근육의 근력을 연산할 수 있는 모든 정보를 포함할 수 있다.
악근 정보 측정 모듈(210)은 소정 기간 동안의 최대 악근력, 최소 악근력, 최대 시점, 및 최소 시점 중 적어도 하나를 측정하기 위한 악근 센서(215)를 포함한다. 또한, 각근 정보 측정 모듈(230)은 각근 센서(235) 및 각도 센서(237)를 포함한다. 각도 센서(237)는 사용자가 페달링을 하는 페달의 기준 위치에 대한 각도를 측정한다. 페달의 각도는 소정의 위치 관계를 가지는 홀 센서(미도시) 및 근접 센서(미도시)로부터의 신호를 이용하여 측정될 수 있다. 근접 센서의 개수가 많을 수록 더 정밀하게 페달의 회전 각도를 측정할 수 있다. 페달에 인가되는 각근력은 로드셀을 이용하여 측정될 수 있다. 하지만 악근 정보 측정 모듈(210) 및 각근 정보 측정 모듈(230)의 구성은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 예를 들어, 악근 센서(215) 및 각근 센서(235)는 근력측정기와, 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 분석하기 위한 정보처리기와, 분석된 근력변화신호를 출력하기 위한 출력장치를 포함하도록 구현될 수도 있다. 또한, 로드셀 대신 압전센서를 이용하여 근력변화에 따른 압력 신호를 직접 전기 신호나 전압으로 변환할 수도 있다. 뿐만 아니라, 악근 정보 측정 모듈(210) 및 각근 정보 측정 모듈(230)은 근력 변화를 전기적 신호로 변환하는 압력 센서와, 전기적 신호를 증폭시키는 증폭기와, 근력변화신호 이외의 잡음을 제거하는 필터와, 잡음이 제거된 근력변화신호를 디지털 신호로 전환하는 아날로그-디지털 변환기와, 디지털 신호의 송신포트를 각각 포함할 수도 있다.
악근 정보 및 각근 정보가 결정되면, 상관 관계 결정 모듈(270)이 이러한 정보 및 측정 대상 근육의 근력 간의 상관 관계를 결정한다. 좀더 자세히 설명하면, 상관 관계 결정 모듈(270)은 악근 정보 및 각근 정보 각각을 독립 변수로서 수신하기 위한 입출력부(272), 사전 측정된 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 저장하는 데이터베이스(274) 및 독립 변수 상기 종속 변수 간의 상관 관계를 획득하는 회귀 분석부(76)를 포함한다. 데이터베이스(274)에 저장된 악근 정보, 각근 정보, 및 측정 대상 근육의 근력은 수시로 갱신되어 분석 결과의 정밀도를 향상시킨다. 회귀 분석부(76)는 전술된 바와 같이 상기 독립 변수 각각의 개별 범위에 상 응하는 가중치를 결정하고, 결정된 가중치를 상기 독립 변수에 인가함으로써 상기 상관 관계를 획득할 수 있다. 이 경우, 먼저 측정된 악근력과 악근지구력, 각근력과 각근지구력 및 측정 대상 근육 간의 상호 관련성이 통계적인 방법으로 처리되어 상관 관계가 얻어질 수 있다. 이러한 상관 관계는 실시간으로 알고리즘을 통하여 구해질 수도 있고, 사전에 결정되어 데이터베이스에 저장될 수도 있다. 회귀분석식은 실제 측정시에는 악근력, 악근지구력, 각근력, 각근지구력을 입력으로 받아 대상근육에 대한 근력과 근지구력을 출력으로 만들어낸다. 회귀 분석식이 사전에 결정되는 경우, 회귀분석부는 개발 단계에 존재하고, 여기에서 나온 회귀 분석식이 측정단계에서 이용될 수 있다.
체지방 측정 모듈(290)은 사용자의 체성분 분석을 이용하여 체지방을 측정한다. 이때, 체지방 측정 모듈(290)은 다양한 주파수에서 생체 임피던스의 실수부와 허수부를 계산할 수 있고, 이를 이용하여 크기(magnitude) 및 위상각(phase angle)을 연산한다. 그러면, 체지방 측정 모듈(290)은 사용자의 생체 임피던스의 크기 및 위상을 모두 이용하여 체지방을 측정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 체지방 측정 모듈(290)은 생체 임피던스의 위상을 이용하여 사용자의 신체 타입을 근육형, 지방형, 비만형, 근육형 과체중형 등의 다양한 유형으로 분류할 수 있다. 또한, 체지방 측정 모듈(290)은 구분된 유형에 대해 각기 다른 추정 공식을 적용하여 체성분을 추정할 수 있다.
운동 부하 변경부(294)는 중앙 처리부(250)의 제어 하에 사용자에게 제공되는 운동 부하를 변경시킨다. 그러면, 순발력 측정 모듈(296)은 사용자가 변경되는 운동 부하에 얼마나 빨리 반응하는지 측정한다. 순발력을 측정하는 동안에 운동 부하 변경부(294)가 운동 부하를 변경시키는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다. 그러면, 순발력 측정 모듈(296)은 사용자가 정해진 시간내에 얼마나 많은 일을 할 수 있는지를 측정한다. 순발력을 측정하는 동안에 운동 부하 변경부(294)가 운동 부하를 변경시키는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다. 순발력 측정 동작이 수행되는 동안에 운동 부하가 달라지지 않으면, 부하가 약할 경우 속도를 빨리할 수 있어 더 많은 일을 할 수 있으나 근육의 최대동작속도가 한정되어 있기 때문에 순발력이 작게 측정될 수 밖에 없다. 그러므로, 순발력을 측정하기 위해서는 근육의 최대동작속도 이하에서 최대로 일을 할 수 있도록 부하를 변경하는 것이 정확한 측정을 위해 바람직하다.
심폐 지구력 측정 모듈(292)은 사용자가 운동하는 동안에 사용자의 심폐 지구력을 측정한다. 이 과정에서 사용자가 운동하는 동안 이 부하에 대해 반응하는 피검자의 심전도를 연속적으로 측정하고, 여기에서 추출한 심박수 정보를 사용하여 심폐지구력을 평가한다. 심전도 측정을 위하여 미국 스포츠의학회(American College of Sports Medicine, ACSM)에서 표준으로 정한 Astrand 프로토콜 또는 YMCA 프로토콜이 이용될 수 있다. 이러한 프로토콜들은 각각 체력별 연령 산출을 위한 방법으로서 널리 이용된다. Astrand 프로토콜은 YMCA 프로토콜처럼 다양하게 운동을 부과하지 않고 대상에 따라 일정한 운동 강도를 부과한다. 즉, Astrand 프로토콜에서는 6분 동안 일정한 강도에서 운동을 실시하고 심박수를 측정하여 최대산소섭취량을 추정하는 간단하고도 정확한 방법이다.
도 2에 도시된 근력 추정 장치(200)는 사용자의 신체 균형도를 측정하기 위한 모듈(미도시)도 포함할 수 있다. 신체 균형도를 측정함으로써 좌우측 근육이 대칭적으로 발달하는지 검사할 뿐만 아니라, 추정된 근력의 정확도를 검증할 수 있는 장점을 가진다. 이 경우 균형도 측정 모듈은, 소정 자세를 유지하려는 사용자의 자발적인 움직임(spontaneous movement)에 기인하여 변화되는 부하를 측정하기 위한 부하 측정부(미도시), 센서의 출력 신호의 주파수 및 진폭을 분석하여 사용자에 대한 건강 정보를 생성하기 위한 균형도 측정부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하여 사용자의 균형 유지력과 같은 건강 정보를 용이하게 측정할 수 있는 것은 물론, 사용자의 균형 유지력을 향상시키기에 적합한 운동 처방(excercise prescription)을 제공할 수 있다. 운동 처방이란 개인의 건강과 체력 수준과 같은 신체 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 개인에게 적합한 운동의 종류와 강도, 시간, 및 빈도 등을 결정하여 제공하는 서비스를 의미한다. 또한, 운동의 진행 단계에 따라 운동의 질과 양을 적절히 조절해 주는 과학적이고 체계적인 건강 증진 활동을 의미한다. 이와 같은 운동 처방은 의학적 전문지식을 가지고 운동 과학적 토대 위에서 체계적으로 이루어진다. 즉, 본 발명에 의한 근력 추정 방법 및 장치를 이용하면 사용자의 운동 처방을 사용자의 측정 대상 근육들의 근력의 발달 정도에 기반하여 세밀하게 제공할 수 있다. 이러한 측정 대상 근육들의 근력은 사용자의 체중, 체지방, 신체 질량 지수(BMI, Body Mass Index) 수치, 혈압 등과 같은 기초 신체 정보 및 맥박, 심전도, 운동 시 혈압과 같은 운동 신체 정보 등과 같은 사용자 신체 정보와 함께 운동 처방을 제공하기 위하여 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 측정 결과의 정밀도를 향상시키기 위하여, 악근 지구력의 측정방법으로 1초간 힘껏 쥐는 것을 10번 반복하고, 최대값의 변화를 분석하여 악근력과 악근 지구력을 연산할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 근력 측정 장치 및 근력 측정 시스템에 적용됨으로써, 다양한 측정 대상 근육의 근력을 직접 측정하지 않고, 악근 및 각근의 근력으로부터 추정해낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 근력 추정 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 근력 추정 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 악근 정보를 추출하는 일 예를 예시하는 그래프이다.
도 4는 각근 정보를 추출하는 일 예를 예시하는 그래프이다.

Claims (16)

  1. 악근(握筋) 및 각근(脚筋)을 이용하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 방법에 있어서,
    악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보를 측정하는 단계;
    각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보를 측정하는 단계;
    상기 악근 정보 및 각근 정보와 상기 측정 대상 근육들의 근력 간의 상관 관계를 획득하는 단계; 및
    상기 상관 관계에 기반하여 상기 측정 대상 근육들의 근력을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상관 관계는,
    상기 악근 정보, 상기 각근 정보, 사용자의 성별, 나이, 체지방량, 및 근육량 중 적어도 하나를 독립 변수로서 이용하고, 데이터베이스로부터 사전 측정된 상기 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 이용하는 회귀 분석 기법을 이용하여 상기 측정 대상 근육들 각각에 대하여 사전 결정되어 저장되는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상관 관계는,
    상기 독립 변수 각각의 개별 범위에 상응하는 가중치를 결정하고, 결정된 가 중치를 상기 독립 변수에 인가함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 악근 정보 측정 단계는,
    소정 기간 동안의 최대 악근력, 최소 악근력, 최대 시점, 최소 시점, 및 상기 최대 악근력의 감소율 중 적어도 하나를 측정하는 단계 및
    상기 최대 악근력이 지속된 시간을 상기 악근 지구력으로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 각근 정보 측정 단계는,
    사용자가 페달링을 하는 각도별 각근력을 측정하는 단계;
    소정 기간 동안의 최대 각근력, 최소 각근력, 최대 시점, 최소 시점 및 상기 최대 각근력의 감소율 중 적어도 하나를 측정하는 단계 및
    상기 최대 각근력이 지속된 시간을 상기 각근 지구력으로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    사용자에게 운동 부하를 변경하여 제공하고, 변경된 부하에 대해 사용자가 반응하는 시간 및 속도를 측정하는 순발력 측정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    사용자의 체성분 분석을 이용하여 체지방을 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 체지방은 생체 임피던스의 크기 및 위상을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    운동 부하를 조절하면서 소정 시간 사용자가 운동하는 동안에 상기 사용자의 심폐 지구력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 방법.
  9. 악근(握筋) 및 각근(脚筋)을 이용하여 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 장치에 있어서,
    악근력 및 악근 지구력을 포함하는 악근 정보를 측정하기 위한 악근 정보 측정 모듈;
    각근력 및 각근 지구력을 포함하는 각근 정보를 측정하기 위한 각근 정보 측정 모듈;
    상기 악근 정보 및 각근 정보와 상기 측정 대상 근육들의 근력 간의 상관 관계를 결정하기 위한 상관 관계 결정 모듈; 및
    상기 상관 관계에 기반하여 상기 측정 대상 근육들의 근력을 추정하기 위한 중앙 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 상관 관계 결정 모듈은,
    상기 악근 정보, 상기 각근 정보, 사용자의 성별, 나이, 체지방량, 및 근육량 중 적어도 하나를 독립 변수로서 이용하고, 데이터베이스로부터 사전 측정된 상기 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 이용하는 회귀 분석 기법을 이용하여 상기 측정 대상 근육들 각각에 대하여 상기 상관 관계를 사전 결정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상관 관계 결정 모듈은,
    상기 악근 정보 및 상기 각근 정보 각각을 독립 변수로서 수신하기 위한 입출력부;
    사전 측정된 상기 측정 대상 근육들의 근력을 종속 변수로서 저장하는 데이터베이스; 및
    상기 독립 변수 및 상기 종속 변수 간의 상관 관계를 획득하는 회귀 분석부를 포함하며, 상기 회귀 분석부는,
    상기 독립 변수 각각의 개별 범위에 상응하는 가중치를 결정하고, 결정된 가중치를 상기 독립 변수에 인가함으로써 상기 상관 관계를 획득하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 악근 정보 측정 모듈은,
    소정 기간 동안의 최대 악근력, 최소 악근력, 최대 시점, 최소 시점, 및 상기 최대 악근력의 감소율 중 적어도 하나를 측정하기 위한 악근 센서를 포함하고, 상기 악근 센서는,
    상기 최대 악근력이 지속된 시간을 상기 악근 지구력으로서 결정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 각근 정보 측정 모듈은,
    사용자가 페달링을 하는 페달의 기준 위치에 대한 회전 각도를 측정하기 위한 각도 센서 및
    소정 기간 동안의 최대 각근력, 최소 각근력, 최대 시점, 최소 시점, 및 상기 최대 각근력의 감소율 중 적어도 하나를 측정하기 위한 각근 센서를 포함하고, 상기 각근 센서는,
    상기 최대 각근력이 지속된 시간을 상기 각근 지구력으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    사용자의 체성분 분석을 이용하여 체지방을 측정하기 위한 체지방 측정 모듈을 더 포함하고,
    상기 체지방 측정 모듈은 상기 사용자의 생체 임피던스의 크기 및 위상을 이용하여 체지방을 측정하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 중앙 처리부의 제어 하에 사용자에게 제공되는 운동 부하를 변경하기 위한 운동 부하 변경부 및
    변경된 부하에 대한 사용자의 반응 시간을 측정하기 위한 순발력 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 사용자가 운동하는 동안에 상기 사용자의 심폐 지구력을 측정하기 위한 심폐 지구력 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 추정 장치.
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