KR101270004B1 - 신체활동 측정 시스템, 그 측정방법, 이를 이용한 신체활동 및 응급상황 안내방법 - Google Patents

신체활동 측정 시스템, 그 측정방법, 이를 이용한 신체활동 및 응급상황 안내방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건강의 유지와 증진에 필요한 신체활동량 측정 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피측정자의 일상생활 중 신체활동(physical activities)을 측정하여 생활 습관병, 예를 들어 대사 증후군, 당뇨병, 고혈압, 고지혈증 등의 발병을 효과적으로 예방할 수 있도록 안내하여 주는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 피측정자에 장착되고, 3축 가속도 센서를 이용하여 상기 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 3차원 공간에서 측정하는 신체활동 측정부와, 상기 신체활동 측정부로부터 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 상기 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 상기 피측정자의 앉기, 서기 및 눕기자세를 분석하는 신체활동 분석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명은 소형 3축 가속도 센서를 이용하여 시스템을 구현함으로써, 휴대가 가능한 모든 제품에 적용이 가능하고, 질병 예방을 위한 신체활동량 가이드라인 제시가 가능하므로 네트워크와의 결합을 통한 원격, 재택진료 시스템으로 활용이 가능하다. 또한, 응급상황 인식이 가능하므로 혼자서 생활하는 사용자들의 안전관리에 효과적이다.
신체활동, 3축 가속도 센서, 웨이블렛 변환

Description

신체활동 측정 시스템, 그 측정방법, 이를 이용한 신체활동 및 응급상황 안내방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING PHYSICAL ACTIVITY, METHOD FOR GUIDING PHYSICAL ACTIVITY AND ABNORMAL PATTERN USING THE SAME}
본 발명은 건강의 유지와 증진에 필요한 신체활동량 측정 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피측정자의 일상생활 중 신체활동(physical activities)을 측정하여 생활 습관병, 예를 들어 대사 증후군, 당뇨병, 고혈압, 고지혈증 등의 발병을 효과적으로 예방할 수 있도록 안내하여 주는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 정보통신기술과 의료장비기술이 비약적으로 발전되고, 보건의료에 대한 사회적인 인식이 크게 변화되면서 정보통신기술, 의료장비기술 및 보건의료기술의 결합을 통하여 진료중심의 의료에서 예방중심의 의료로, 질병관리 중심의 의료에서 건강관리(예방) 중심의 의료시스템을 구축하고자 하는 노력이 진행되고 있다.
이와 같은 노력의 일환으로 정보통신기술과 헬스케어(health care)기술을 접목함으로써 좀 더 소형화되고, 집적화된 휴대형의 가정용 의료기기의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 또한, 유무선 통신망과의 결합을 통해 이러한 의료기기들을 원격, 재택진료에 활용할 수 있는 다양한 의료 시스템의 개발이 이루어지고 있다.
또한, 고령인구의 증가에 따른 노인의 건강관리수단으로서, 시간과 장소에 구애받지 않고 언제 어디서나 사용자의 실시간 건강상태를 지속적으로 모니터링하여 건강의 이상징후를 조기에 발견할 수 있고, 낙상 같은 응급상황을 실시간으로 인지하고 신속한 후속조처가 가능하도록 하는 유비쿼터스 헬스케어기술이 제안되고 있는 바, 이러한 원격 헬스케어기술이 보다 효과적으로 이루어지기 위하여 신체의 동작상태 구분, 응급상황 인지, 동작의 형태에 따른 활동량의 정량화 등이 매우 중요한 기술로 인식되고 있다.
상기한 바와 같은 신체 활동량의 정량화를 위해서는 활동상태의 구분이 필수적이며, 따라서 가속도 센서를 신체에 부착 또는 장착하여 일상생활에서 다양한 활동상태를 모니터링하고, 이러한 활동상태에 따라 가속도 센서에서 출력되는 데이터값을 보다 정확하게 판별하기 위한 다양한 신호처리기법에 대한 개발이 이루어지고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 가속도 측정장치를 설명하기 위하여 일례로 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 가속도 측정장치는 가속도 센서(10)로부 터 출력되는 신호를 아날로그/디지털 변환기(20)를 이용하여 변환하여 초당 20~100Hz의 속도로 샘플링한 후 디지털 신호 처리부(30)로 제공한다. 디지털 신호 처리부(30)는 아날로그/디지털 변환기(20)로부터 제공된 디지털 신호를 입력받아 처리하고, 외부장치(40), 예를 들어 컴퓨터로 전송한다. 컴퓨터는 미리 프로그램된 신호처리기법에 의하여 신체의 운동에 따른 가속도의 크기 및 변화 형태를 분석한다.
그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 가속도 측정장치는 2축 가속도 센서를 이용하여 획득한 샘플을 다양한 신호처리기법을 적용해야만 활동상태의 모니터링이 가능하기 때문에 분석결과가 상대적으로 부정확하다. 정확도를 개선하기 위하여 3축 가속도 센서를 사용할 수도 있는데, 이 경우 단순히 활동량의 평균 기준값을 설정하여 활동량의 값이 그 기준값보다 작을 경우 정적인 상태로, 기준 값 이상을 가질 경우 동적인 상태로 판별하고, 동적인 상태로 판별되었을 경우에는 활동량의 크기에 따라 걷고 있을 때 뛰고 있을 때, 그리고 낙상이 발생하였을 때 등으로 상대적인 활동상태만이 구분가능하므로 기준값이 다양한 개인 간의 차이를 극복하는데 한계가 있다.
또한, 종래기술에 따른 가속도 측정장치는 단순히 신체 활동량만을 측정하므로 어느 정도 수준의 신체 활동량이 생활습관병 예방에 효과적인지 에측할 수 없으며, 정적인 상태를 앉기, 서기, 눕기 등으로 상세히 구분할 수 없으므로 건강상태가 악화되어 누운 상태가 지속될 경우 이를 응급상황으로 인식하는 것이 불가능하다.
따라서, 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화(different postural transition)를 인식하여 앉기(sitting), 서기(standing), 눕기(lying) 자세를 판별하여 그 결과로서 정적인 신체 상태를 보다 상세히 구분할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 다음과 같은 목적들이 있다.
첫째, 본 발명은 중력 가속도에 의해 발생하는 정적 가속도와 지면에 대한 피측정자의 움직임으로 발생하는 동적 가속도를 동시에 감지할 수 있는 3축 가속도 센서를 이용하여 피측정자의 자세변화를 측정하고, 이를 통해 피측정자의 정적인 신체활동을 보다 상세하게 분석할 수 있는 신체활동 측정 시스템 및 그 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
둘째, 본 발명은 본 발명에 따른 신체활동 측정장치를 이용하여 측정된 피측정자의 신체활동량 정보를 피측정자에게 안내하는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
셋째, 본 발명은 본 발명에 따른 신체활동 측정장치를 통해 측정된 피측정자의 신체활동량을 이용하여 응급상황을 인식하여 안내하는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
넷째, 본 발명은, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해, 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 피측정자의 자세변환이 일어나기 1초 전과 후에, Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우, 피측정자의 자세변화가, 앉은 자세에서 누운자세로, 또는 누운자세에서 앉은 자세로가 일어난 것으로 인식하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
다섯째, 본 발명은, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해, 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 피측정자의 자세변환 지속시간이 10초보다 클 경우, 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
여섯째, 본 발명은, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터 중에서, Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
일곱째, 본 발명은, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
여덟째, 본 발명은, 리셋상태에서, Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 그 결과로 피측정자의 자세변화가, 앉은 자세에서 선자세로, 또는 선자세에서 앉은 자세로가 일어난 것으로 인식하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
아홉째, 본 발명은, 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5분 단위로 분할하여 도비쉬 기저 웨이블렛을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는 자세인 것으로 인식하는 신체활동 측정 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 피측정자에 장착되고, 3축 가속도 센서를 이용하여 상기 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 3차원 공간에서 측정하는 신체활동 측정부와, 상기 신체활동 측정부로부터 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 상기 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 상기 피측정자의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석하는 신체활동 분석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템을 제공한다.
상기 활동상태는 서기, 앉기, 걷기, 눕기, 달리기를 포함할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 이산 웨이블렛 변환(multiresolution Discrete Wavelet Transform: DWT)과 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 이용하여 상기 피측정자의 자세변화와 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 상기 피측정자의 자세변환이 일어나기 1초 전과 후에 상기 Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우 상기 피측정자의 자세변화가 앉는자세에서 누운자세 또는 누운자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 10초보다 클 경우 상기 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 리셋상태에서 상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 상기 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 그 결과로 상기 피측정자의 자세변화가 앉은자세에서 선자세 또는 선자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식할 수 있다.
상기 신체활동 분석부는 상기 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5분 단위로 분할(segmentation)하여 도비쉬 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는자세인 것으로 인식할 수 있다.
상기 신체활동 측정부는 상기 3축 가속도 센서와, 상기 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 데이터에 포함된 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 가속도 데이터를 일정 크기로 증폭시켜 출력하는 신호처리부와, 상기 신호 처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 신호 처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 상기 신체활동 분석부로 제공하는 인터페이스부와, 상기 신체활동 측정부의 전반적인 동작을 제어하고, 상기 신호처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 상기 저장부와 상기 인터페이스부로 전송하는 중앙 제어부를 더 구비할 수 있다.
상기 인터페이스부는 미니 USB(mini Universal Serial Bus) 인터페이스와, 상기 신체활동 분석부와 무선통신하는 지그비 모듈(zigbee module)을 구비할 수 있다.
상기 저장부는 SD 카드(secure digital card) 제어기와, SD 메모리 카드(secure digital memory card)를 구비할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 측정하는 단계와, 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 상기 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 상기 피측정자의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법을 제공한다.
상기 활동상태는 서기, 앉기, 걷기, 눕기, 달리기를 포함할 수 있다.
상기 웨이블렛 변환은 이산 웨이블렛 변환(multiresolution Discrete Wavelet Transform: DWT)과 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 이용하여 상기 피측정자의 자세변화와 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석할 수 있다.
상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 상기 피측정자의 자세변화가 일어나기 1초 전과 후에 상기 Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우 상기 피측정자의 자세변화가 앉은자세에서 누운자세 또는 누운자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식할 수 있다.
상기 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 상기 피측정자의 자세변화 지속시간이 10초보다 클 경우 상기 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식할 수 있다.
상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석할 수 있다.
상기 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변화 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식할 수 있다.
상기 리셋상태에서 상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 상기 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 그 결과로 상기 피측정자의 자세변화가 앉은자세에서 선자세 또는 선자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식할 수 있다.
상기 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5 분 단위로 분할(segmentation)하여 도비쉬 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는자세인 것으로 인식할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 피측정자의 정보를 입력받는 단계와, 상기한 신체활동 측정 시스템을 이용하여 상기 피측정자의 신체활동 상태를 분석하는 단계와, 상기 피측정자의 신체활동량을 산출하는 단계와, 산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법을 제공한다.
상기 피측정자의 정보는 성별, 나이, 신장, 체중을 포함할 수 있다.
상기 신체활동량은 신체활동종류, 신체활동시간 및 상기 피측정자의 정보를 이용하여 산출할 수 있다.
상기 산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계는 산출된 신체활동량 정보가 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동량인 경우, 주간신체활동종류, 지속시간, 신체활동량 및 소비 칼로리를 제공할 수 있다.
상기 산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계는, 산출된 신체활동량 정보가 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동량이 아닌 경우, 상기 피측정자 정보에 따른 질병예방을 위한 신체활동량 정보를 제공할 수 있다.
상기 신체활동량은 대사당량(metabolic equivalent, METs)과 지속시간의 곱으로 산출할 수 있다.
상기 소비 칼로리는 대사당량(metabolic equivalent, METs), 상기 피측정자 의 몸무게 및 지속시간의 곱으로 산출할 수 있다.
상기 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동의 하한치는 19~26[METs×시간/주] 사이에 분포할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기한 신체활동 측정 시스템을 이용하여 상기 피측정자의 신체활동 상태를 분석하는 단계와, 상기 피측정자의 신체활동 상태의 분석결과를 토대로 상기 피측정자의 누운자세의 지속시간을 산출하는 단계와, 상기 피측정자의 누운자세의 지속시간이 기준값보다 큰 경우 응급상황으로 인식하여 경고 및 알람 서비스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응급상황 안내방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 중력 가속도에 의해 발생하는 정적 가속도와 지면에 대한 피측정자의 움직임으로 발생하는 동적 가속도를 동시에 감지할 수 있는 3축 가속도 센서를 이용하여 피측정자의 자세변화를 측정하고, 측정된 데이터를 웨이블렛 변환을 이용하여 분석함으로써 피측정자의 정적인 신체활동을 보다 상세하게 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 소형 3축 가속도 센서를 이용하여 시스템을 구현함으로써, 휴대가 가능한 모든 제품(휴대폰, MP3 등과 같은 휴대 단말기)에 적용이 가능하고, 질병 예방을 위한 신체활동량 가이드라인 제시가 가능하므로 네트워크와의 결합을 통한 원격, 재택진료 시스템으로 활용이 가능하다. 또한, 응급상황 인식이 가능하므로 혼자서 생활하는 사용자들의 안전관리에 효과적일 것으로 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해, 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 피측정자의 자세변환이 일어나기 1초 전과 후에, Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우, 피측정자의 자세변화가, 앉은 자세에서 누운자세로, 또는 누운자세에서 앉은 자세로가 일어난 것으로 인식하도록 이루어져, 앉은 자세에서 누운자세로, 또는 누운자세에서 앉은 자세로의 자세변화를 보다 상세히 분석할 수 있다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해, 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 피측정자의 자세변환 지속시간이 10초보다 클 경우, 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식하도록 이루어져 있다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터 중에서, Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석할 수 있다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식하도록 이루어진다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 리셋상태에서, Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 그 결과로 피측정자의 자세변화가, 앉은 자세에서 선자세로, 또는 선자세에서 앉은 자세로가 일어난 것을 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 신체활동 측정 시스템의 신체활동 분석부는, 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5분 단위로 분할하여 도비쉬 기저 웨이블렛을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는 자세인 것으로 인식하도록 이루어진다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 설명하기 위하여 도시한 블럭도이고, 도 3은 실제 구현된 신체활동 측정 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템은 신체활동 측정부(100)가 일체형으로 장치화되어 남녀노소(일반인), 특히 노인, 장애인, 환자 등 일상생활의 모니터링이 필요한 사용자, 즉 피측정자(102)에 부착되어 사용될 수 있다. 이와 같은, 신체활동 측정부(100)는 일반적으로 만보기와 같이 허리띠 등에 착용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 신체활동 측정부(100)에 의해 측정된 가속도 데이터들은 유무선 통신을 통해 모니터링을 위한 서버(컴퓨터), 즉 신체활동 분석부(150)로 실시간으로 수신되어 피측정자(102)의 활동상태를 모니터링하도록 함으로써 피측정자(102)의 활동상태를 원격지에서 파악할 수 있도록 할 수도 있다.
이와 같이, 신체활동 측정부(100)는 자연스럽게 일상생활을 하는 상태에서 편리하게 모니터링하기 위하여 피측정자(102)의 신체부위에 장착할 수 있는 초소형 무선방식으로 구축할 수 있으며, 이 경우, 단일 칩의 3축 가속도 센서(110)를 적용하여 X축, Y축 및 Z축의 3축 방향의 가속도 데이터를 동시에 측정함으로써 피측정자(102)의 자세변화 및 활동상태의 판별 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 신체활동 측정부(100)는 3축 가속도 센서(110)로부터 측정된 가속도 데이터를 무선통신을 통해 신체활동 분석부(150)로 전송하기 위하여 지그비 모듈(zigbee module)을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템은 피측정자(102)에 장착되고, 3축 가속도 센서(110)를 이용하여 피측정자(102)의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 측정하는 신체활동 측정부(100)와, 신체활동 측정부(100)로부터 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 피측정자(102)의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 피측정자(102)의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석하는 신체활동 분석부(150)를 구비한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 신체활동 측정부(100)는 3축 가속도 센서(110), 신호처리부(120), 중앙 제어부(130), 인터페이스부(140) 및 저장부(160)를 구비한다. 또한, 신체활동 측정부(100)는 전원부인 배터리(170) 및 충전 제어부(180)를 구비한다.
3축 가속도 센서(110)는 단위 시간당 속도의 변화를 검출하기 위한 소자로서, 3축 방향에서 감지할 수 있다. 즉, 3축 가속도 센서(110)는 X, Y, Z축의 3축 방향의 3차원 공간에서 가속도를 측정할 수 있으며, 이를 통해 중력 가속도를 기준 으로 피측정자(102)의 기울어진 각도와 각 방향의 가속도로부터 물체의 움직임을 검출할 수 있다.
도 4는 3축 가속도 센서(110)에 의해 측정된 피측정자(102)의 활동상태별 로우 데이터(raw data)이다.
도 4와 같이, 활동상태별, 예를 들어 서기(stand), 앉기(sit), 걷기(walk), 눕기(lie), 달리기(run)에 대한 X축, Y축, Z축의 가속도 데이터를 이용하여 피측정자(102)의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 앉기, 서기, 눕기 자세를 판별할 수 있다.
Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도를 기준으로 피측정자(102)의 기울어진 각도는 다음과 같은 방법으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 지구중력의 수직방향으로 기울어진 경우, 중력 가속도는 1G이다. 즉, 수평으로 있던 가속도 센서가 기울어지면 중력에 반응하여 90°, 즉 수직을 이루었을 때 1G가 검출된다. 따라서, 중력 가속도 사인(sin)의 관계로 아래와 같이 나타낼 수 있다. 예를 들어, 0.5G의 중력 가속도가 측정되면 기울어진 각도는 30°로 환산될 수 있다.
신호처리부(120)는, 3축 가속도 센서(110)로부터 출력된 가속도 신호, 즉 가속도 데이터에는 3축 가속도 센서(110)의 내부에 내장된 통상의 스위칭 필터로부터 발생된 노이즈 신호가 포함되는데, 이러한 노이즈 신호를 제거하는 역할을 한다. 이와 같이, 노이즈 신호를 제거하기 위하여 신호처리부(120)는 저역통과필터로 이루어질 수 있다. 또한, 신호처리부(120)는, 3축 가속도 센서(110)로부터 측정된 가 속도 데이터가 소신호 상태로 출력되기 때문에, 일정 크기로 증폭시킬 필요가 있으며, 이를 위해 노이즈 신호가 제거된 가속도 데이터를 일정 크기로 증폭시켜 출력한다.
중앙 제어부(130)는 신체활동 측정부(100)가 원활하게 동작될 수 있도록 전반적인 동작(신호제어, 데이터 제어 등)을 제어한다. 예를 들어, 신호처리부(120), 저장부(160), 인터페이스부(140)의 동작을 제어하고, 신호처리부(120)로부터 전송된 가속도 데이터를 저장부(160)와 인터페이스부(140)로 각각 제공하는 역할을 한다.
인터페이스부(140)는 신체활동 측정부(100)를 외부장치, 예를 들어 신체활동 분석부(150) 간의 인터페이스를 제공한다. 인터페이스부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 미니 USB(mini Universal Serial Bus) 인테페이스(142)와 지그비 모듈(144)을 구비한다. 미니 USB 인터페이스(142)는 휴대용 저장장치(USB 메모리)와의 인터페이스를 제공한다. 지그비 모듈(144)은 신체활동 분석부(150)와의 무선통신을 제공한다.
저장부(160)는 중앙 제어부(130)로부터 제공되는 가속도 데이터를 저장하기 위하여 SD 카드(secure digital card) 제어기(162)와 마이크로 SD 메모리 카드(secure digital memory card)(164)를 구비한다. 마이크로 SD 메모리 카드(164)에 저장된 데이터는 신체활동 분석부(150)로 제공되어, 신체활동 분석부(150)에서 분석자료 이용된다.
신체활동 분석부(150)는 신체활동 측정부(100)로부터 가속도 데이터를 실시 간으로 무선통신 또는 휴대용 저장장치를 통해 제공받아 분석한다. 신체활동 분석부(150)는 일상생활에서 피측정자(102)의 자세변화 및 활동상태를 분석하여 피측정자(102)의 정적인 신체상태를 보다 상세하게 구분 가능하도록 함으로써 피측정자(102)의 신체상태에 따른 신체활동량, 칼로리 소모량 및 응급상황을 정확히 측정할 수 있다.
신체활동 분석부(150)는 가속도 데이터를 이용하여 신체활동량을 분석하는 분석 프로그램이 설정되어 있다. 여기서, 분석 프로그램은 웨이블렛 변환 분석법을 이용한다.
본 발명은 앉기에서 서기로의 자세변화 및 걷는 속도의 변화 등 시간에 따라 주파수가 변화하는 신호를 분석하기 위하여 웨이블렛 변환 분석법 중 이산 웨이블렛 변환(multiresolution Discrete Wavelet Transform: DWT)을 이용하고, 이때, 적용된 웨이블렛 함수는 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet) 함수를 사용한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 이용한 신체활동 측정방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. 도 2 내지 도 5를 결부시켜 설명한다.
도 6을 참조하면, 신체활동 측정부(100)의 3축 가속도 센서(110)를 이용하여 피측정자(102)의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 측정한다(S61). 이때, X축은 수평 가속도, Y축은 수직 가속도, Z축은 중력 가속도에 대응된다.
이후, 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 피측정자(102)의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 피측정자(102)의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석한다. 이때, 웨이블렛 변환은 이산 웨이블렛 변환(DWT)을 이용하고, 이때, 적용된 웨이블렛 함수는 도비쉬에 기저 웨이블렛 함수를 사용한다.
가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 4단계(Daub4)까지 다중분해를 실시한다. 이때, 가속도 데이터들 중 Y축의 가속도 데이터 신호를 1분 단위로 분할(segmentation)하여 도비쉬에 기저 웨이블렛을 4단계까지 다중분해한다. 도비쉬에 기저 웨이블렛을 다중분해한 후, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 피측정자(102)의 자세변화가 일어나기 1초 전과 후에 Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우 피측정자(102)의 자세변화가 앉은자세에서 누운자세 또는 누운자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식한다(S62, S63).
이후, 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계(Daub3)까지 다중분해를 실시한다. 도비쉬에 기저 웨이블렛을 다중분해한 후, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작을 경우 자세변화 지속시간(time duration)이 10초보다 클 경우 누운자세로 인식한다(S64, S65, S66).
도 6에서 피측정자(102)의 자세가 누운자세가 아닌 경우, 선자세 또는 앉은자세를 가정할 수 있다. 선자세에서 앉은자세로 자세가 바뀔 경우 결과적으로 앉은자세가 나타나게 되고, 앉은자세에서 선자세로의 자세변화 결과로는 선자세가 유지 될 것이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 먼저, 도 7에서 도시된 'PT'는 자세변화(postural transition)를 의미하고, 'TD'는 지속시간(time duration)을 의미한다.
Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 중력 가속도를 적분한 후, 이들 가속도 성분으로부터 지면에 대한 피측정자(102)의 몸의 기울기 Sin(θ)를 산출한다(S71, S72).
이후, 가속도 데이터에 대해 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계(Coif5)까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 피측정자(102)의 자세변환 지속시간(TD)이 1.5초보다 클 경우 피측정자(102)의 자세변환이 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식한다(S73~S76). 즉, 피측정자(102)의 몸의 기울기와 지속시간을 이용하여 피측정자(102)의 자세변화를 분석한다.
도 8 및 도 9와 같이, 리셋상태에서 중력 가속도와 X축의 가속도 데이터인 수평 가속도 신호로부터 지면에 대한 피측정자(102)의 몸의 기울기 Sin(θ)를 계산하여 피측정자(102)의 몸의 수직 움직임을 산출하며, 이를 통해 피측정자(102)의 자세변화가 앉은자세에서 선자세 또는 선자세에서 앉은자세로 일어난 것으로 인식한다(S81~S85).
도 7, 도 10 및 도 11과 같이, 도 6에서 피측정자(102)의 자세가 누운자세가 아닐 경우, 5분 단위로 신호를 분할해서 도비쉬에 기저 웨이블렛을 4단계(Daub4)까 지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5Hz일 경우 걷는상태로 인식한다(S77~S79).
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 이용한 신체활동 안내방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다. 즉, 피측정자(102)의 신체활동량을 측정하고, 이를 토대로 생활습관병 예방을 위한 신체활동량 안내 및 피드백 방법에 대한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 먼저, 피측정자(102)의 정보를 입력받는다(S121). 이때, 피측정자(102)의 정보는 성별, 나이, 신장, 체중을 포함하며, 이외에도, 신체활동량을 분석하는데 도움이 되는 모든 정보, 예를 들어, 병력 등을 더 포함할 수 있다.
이후, 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 이용하여 피측정자(102)의 신체활동 상태 정보를 분석한다(S122). 이때, 신체활동 상태 정보는 피측정자(102)의 자세, 예를 들어, 앉기, 서기, 걷기, 눕기 등을 포함하는 피측정자(102)의 신체활동 등을 포함할 수 있으며, 또한, 자세변화 지속시간 등을 더 포함할 수 있다. 이외에도, 피측정자(102)의 신체활동량을 산출하는데 필요한 모든 정보를 포함할 수 있다.
이후, 신체활동종류, 신체활동 시간 및 피측정자의 정보를 이용하여 신체활동량을 산출한다(S123). 이때, 신체활동량은 대사당량(metabolic equivalent: METs)과 지속시간의 곱(METs × 지속시간(hour))으로 산출할 수 있다. 신체활동량에 따른 대사당량(METs)은 일례로 도 12에 도시된 표 1로 정의될 수 있다. 표 1은 ["Exercise and Physical Activity Guide for Health Promotion 2006", a guideline Ministry of Health, Labor and Welfare prepared as lifestyle-related diseases control. Japan]에 발표된 자료에서 발췌하였다. 또한, 도 13에 도시된 표 2는 연령별 성별 몸의 표면 면적당 기초 대사 가중치(Kcal/m2/h)를 도시한 도면이다.
도 12에서, 1 대사당량(1 MET)은 안정시 1분 동안에 소비하는 산소량(ml)으로 정의된다. 신체활동량(physical activity)은 대사당량(METs)과 지속시간의 곱으로 정의된다. 예를 들어, 3MET의 활동을 1분 동안 했을 경우는 "3MET × (1/60)(hour)=0.05METs/h"이고, 1분 동안 체중 1kg이 1kcal을 사용할 때 소모되는 산소량은 0.15ml가 된다. 대사당량(METs) 값을 키로칼로리(kcal) 값으로 변환하기 위한 식은 "1MET × 1kg ×1h"로 표현할 수 있다. 예를 들어, 70kg의 사람이 1시간 동안 걷기를 했다면, "70kg × 3.0MET × 1h = 210kcal"가 된다. 도 13에 도시된 표 2에 따라 연령별 성별 소비 칼로리량으로 변환하는 경우, 예를 들어, 50대 남성이 1시간 동안 300kcal를 소비했다면, "300kcal + 34.8kcal = 334.8kcal/h"로 나타낼 수 있다.
신체활동량을 산출한 후, 산출된 신체활동량이 생활습관병 예방에 효과가 있는지 신체활동량인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 피측정자(102)에게 주간 신체활동종류, 지속시간, 신체활동량 및 소비 칼로리를 제공하고, 피측정자(102)의 정보에 따른 질병예방을 위한 신체활동량 정보를 제공한다. 예를 들어, 판단결과, 산 출된 신체활동량이 생활습관병 예방에 효과적인 경우, 피측정자(102)에게 주간 신체활동종류, 지속시간, 신체활동량 및 소비 칼로리를 제공한다. 반대로, 산출된 신체활동량이 생활습관병 예방에 효과적이지 않은 경우, 피측정자(102)의 정보에 따른 질병예방을 위한 신체활동량 정보를 제공한다. 이때, 제공되는 신체활동량 정보는 피측정자(102)의 정보와 도 12 및 도 13에 도시된 신체활동량 기준표를 토대로 제공한다.
상기에서, 생활습관병 발병 예방에 효과가 있는 신체활동의 하한치는 약 19~26[METs×시간/주] 사이에 분포하는 것으로 알려져 있다. 이 수치에 해당하는 주당 신체활동의 시간은 3METs정도의 강도(보통 보행)로서, 하루에 54~74분의 범위에 해당하고, 1일당의 보행수의 합계로서는 약 8,000~10,000보에 해당하는 것으로 볼 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 이용한 응급상황 안내방법을 설명하기 위하여 도시한 개념도이다. 도 2 내지 도 5를 결부시켜 설명한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 응급상황 안내방법은 피측정자(102)의 생활패턴(신체활동)을 본 발명의 신체활동 측정 시스템을 이용하여 측정한다. 이때, 고려할 사항은 휴대용 센서 개발, 초소용 메모리 탑재, 무선 네트워크 설계를 통한 시스템 안정화이다.
이후, 신체활동 측정 시스템을 통해 측정된 피측정자(102)의 생활패턴을 분석하고 위험도를 판단한다. 이때, 위험도는 전술한 피측정자(102)의 자세변환, 신 체활동량 분석과 신체활동량 안내 및 피드백 방법에서 제시한 방법을 이용하여 판단할 수 있다. 예를 들어, 고위험군인 고령자의 경우 고령자의 주요 생활패턴을 분류하고, 이를 토대로 비정상적인 생활패턴의 특징을 추출하여 위험도를 판단하게 된다.
이렇게 분석된 자료들은 피측정자(102)에게 제공된다. 피측정자(102)의 생활패턴 분석자료는 인터넷 등을 통한 모니터링 서비스를 통해 제공한다. 피측정자(102)의 위험도 판단 자료는 피측정자(102) 또는 피측정자(102)의 보호자에게 경고 및 알람 서비스를 제공한다. 이때, 경고 및 알람 서비스는 미기 가입 및 설정된 이동통신망을 통해 당사자의 이동(무선) 단말기 또는 유선 단말기로 제공할 수 있다.
위험도에 따른 응급상황 안내방법은 다음과 같은 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 신체활동 측정 시스템을 이용하여 피측정자(102)의 신체활동 상태를 분석한 후, 피측정자(102)의 신체활동 상태의 분석결과를 토대로 피측정자(102)의 누운자세의 지속시간을 산출한다. 그런 다음, 피측정자(102)의 누운자세의 지속시간이 기준값보다 큰 경우 응급상황으로 인식하여 경고 및 알람 서비스를 제공한다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자 가 공지된 다양한 구성요소들로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한, 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 가속도 측정장치를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 3은 실제 구현된 신체활동 측정 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 4는 3축 가속도 센서에 의해 측정된 피측정자의 활동상태별 로우 데이터이다.
도 5는 중력 가속도 검출원리를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 측정방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 중력 가속도와 수평 가속도를 이용하여 피측정자의 앉은자세와 선자세를 분석하는 원리를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 이산 웨이블렛 변환을 이용한 피측정자의 자세변화를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 안내방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 신체활동에 따른 대사당량(MET)을 도시한 도면이다.
도 14는 연령별 성별 몸의 표면 면적당 기초 대사 가중치를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 응급상황 안내방법을 도시한 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가속도 센서 20 : A/D 변환기
30 : 디지털 신호 처리부 40 : 외부장치(컴퓨터)
100 : 신체활동 측정부 102 : 피측정자
110 :3축 가속도 센서 120 : 신호 처리부
130 : 중앙 제어부 140 : 인터페이스부
142 : USB 인터페이스 144 : 지그비 모듈
150 : 신체활동 분석부 160 : 저장부
162 : SD 카드 제어부 164 : SD 메모리 카드
170 : 배터리 180 : 충전 제어부

Claims (30)

  1. 피측정자에 장착되고, 3축 가속도 센서를 이용하여, 서기, 앉기, 걷기, 눕기, 달리기를 포함하는 상기 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 3차원 공간에서 측정하는 신체활동 측정부; 및
    상기 신체활동 측정부로부터 측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 상기 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 상기 피측정자의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석하는 신체활동 분석부;를 구비하는 신체활동 측정 시스템에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 상기 피측정자의 자세변환이 일어나기 1초 전과 후에, 상기 Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우, 상기 피측정자의 자세변화가, 앉은자세에서 누운자세로, 또는 누운자세에서 앉은자세로의 자세변화가 일어난 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 10초보다 클 경우 상기 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변환 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 리셋상태에서 상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 상기 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 그 결과로 상기 피측정자의 자세변화가, 앉은자세에서 선자세로, 또는 선자세에서 앉은자세로의 자세변화가 일어난 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 신체활동 분석부는,
    상기 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5분 단위로 분할(segmentation)하여 도비쉬 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는자세인 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신체활동 측정부는,
    상기 3축 가속도 센서;
    상기 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 데이터에 포함된 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 가속도 데이터를 일정 크기로 증폭시켜 출력하는 신호처리부;
    상기 신호 처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 저장하는 저장부;
    상기 신호 처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 상기 신체활동 분석부로 제공하는 인터페이스부; 및
    상기 신체활동 측정부의 전반적인 동작을 제어하고, 상기 신호처리부를 통해 출력된 가속도 데이터를 상기 저장부와 상기 인터페이스부로 전송하는 중앙 제어부;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인터페이스부는,
    미니 USB(mini Universal Serial Bus) 인터페이스; 및
    상기 신체활동 분석부와 무선통신하는 지그비 모듈(zigbee module);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저장부는
    SD 카드(secure digital card) 제어기; 및
    SD 메모리 카드(secure digital memory card)
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정 시스템.
  13. 서기, 앉기, 걷기, 눕기, 달리기를 포함하는, 피측정자의 활동상태에 대응하는 X축, Y축 및 Z축의 가속도 데이터를 측정하는 단계; 및
    측정된 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 실시하여 상기 피측정자의 서로 다른 자세로의 변화를 인식하고, 그 결과에 따라 상기 피측정자의 앉기, 서기 및 눕기 자세를 분석하는 단계:를 포함하는 신체활동 측정방법에 있어서,
    상기 가속도 데이터에 대해 웨이블렛 변환을 실시하여 도비쉬에 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 검출된 주파수 대역이 0.16Hz보다 낮고, 상기 피측정자의 자세변화가 일어나기 1초 전과 후에, 상기 Z축의 가속도 데이터인 중력 가속도의 문턱값이 0.4~0.6g 사이일 경우, 상기 피측정자의 자세변화가, 앉은자세에서 누운자세로, 또는 누운자세에서 앉은자세로의 자세변화가 일어난 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 도비쉬에 기저 웨이블렛을 3단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 3.3Hz보다 작고, 상기 피측정자의 자세변화 지속시간이 10초보다 클 경우 상기 피측정자의 활동상태가 누운자세인 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도 데이터를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 분석하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 웨이블렛 변환을 실시하여 코이플렛 기저 웨이블렛(coiflet mother wavelet)을 5단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.04~0.68Hz 사이이고, 상기 피측정자의 자세변화 지속시간이 1.5초보다 클 경우 상기 피측정자의 자세변화가 동일자세를 유지하는 리셋(reset)상태로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 리셋상태에서 상기 Y축의 가속도 데이터인 수직 가속도와 상기 Z축 가속도 데이터인 중력 가속도를 이용하여 지면에 대한 상기 피측정자의 몸의 기울기(Sin θ)를 산출하여 상기 피측정자의 몸의 수직 움직임을 분석하고, 분석 결과로 상기 피측정자의 자세변화가, 앉은자세에서 선자세로, 또는 선자세에서 앉은자세로의 자세변화가 일어난 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 피측정자의 활동상태가 누운자세가 아닌 경우, 상기 가속도 데이터를 5분 단위로 분할(segmentation)하여 도비쉬 기저 웨이블렛(daubechies mother wavelet)을 4단계까지 다중분해 하였을 때, 주파수 대역이 0.62~5.0Hz일 경우 상기 피측정자의 활동상태가 걷는자세인 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 신체활동 측정방법.
  22. 피측정자의 정보를 입력받는 단계;
    청구항 제1항의 신체활동 측정 시스템을 이용하여 상기 피측정자의 신체활동 상태를 분석하는 단계;
    상기 피측정자의 신체활동량을 산출하는 단계; 및
    산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 피측정자의 정보는,
    성별, 나이, 신장, 체중을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 신체활동량은,
    신체활동종류, 신체활동시간 및 상기 피측정자의 정보를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계는,
    산출된 신체활동량 정보가 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동량인 경우, 주간신체활동종류, 지속시간, 신체활동량 및 소비 칼로리를 제공하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 산출된 신체활동량 정보를 상기 피측정자에게 제공하는 단계는,
    산출된 신체활동량 정보가 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동량이 아닌 경우, 상기 피측정자 정보에 따른 질병예방을 위한 신체활동량 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 신체활동량은,
    대사당량(metabolic equivalent, METs)과 지속시간의 곱으로 산출하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 소비 칼로리는 대사당량(metabolic equivalent, METs), 상기 피측정자의 몸무게 및 지속시간의 곱으로 산출하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  29. 제25항 또는 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생활습관병 예방에 효과가 있는 신체활동의 하한치는,
    19~26[METs×시간/주] 사이에 분포하는 것을 특징으로 하는 신체활동 안내방법.
  30. 청구항 제1항의 신체활동 측정 시스템을 이용하여 상기 피측정자의 신체활동 상태를 분석하는 단계;
    상기 피측정자의 신체활동 상태의 분석결과를 토대로 상기 피측정자의 누운자세의 지속시간을 산출하는 단계; 및
    상기 피측정자의 누운자세의 지속시간이 기준값보다 큰 경우 응급상황으로 인식하여 경고 및 알람 서비스를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응급상황 안내방법.
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