KR101343506B1 - 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체역학적 파라미터 추출장치 - Google Patents

피검자의 운동장애 진단을 위한 생체역학적 파라미터 추출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 관한 것으로, 무구속 상태에서 피검자의 손떨림 뿐만 아니라, 피검자의 팔,다리에 운동 및 자세 데이터를 센서를 통해 추출하여 피검자의 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia), 자세 이상(postural instability) 등의 이상 운동 질환을 진단하는데 필요한 정량적이고 객관적인 진단 파라미터를 제공하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 피검자의 팔 및 다리에 트래머센서부가 내장된 데이터수집모듈을 착용하고, 각 데이터수집모듈에서 측정된 트래머데이터에서 각 착용 부위의 떨림, 움직임속도, 방향 및 위치 데이터를 파라미터로 하여 장애정도를 진단하도록 하는 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 있어서, 상기 데이터수집모듈은 상기 피검자가 착용한 신체부위의 트래머데이터를 수집하는 트래머센서부; 상기 트래머센서부의 트래머데이터 수집 및 저장하고, 트래머상태를 상기 진단장치로 전송하는 마이크로콘트롤러; 상기 마이크로콘트롤러로부터 출력된 상기 트래머데이터를 유,무선통신방식으로 진단장치로 전송하는 유,무선통신부;를 포함하되, 상기 데이터수집모듈에서 수집된 각 트래머데이터는 상기 진단장치로 동시에 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

피검자의 운동장애 진단을 위한 생체역학적 파라미터 추출장치 {Bio Parameter Detecter Apparatus for Polygraphic movement disorder analysis}
본 발명은 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체역학적 파라미터 추출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무구속 상태에서 피검자의 손떨림뿐만 아니라, 피검자의 팔,다리에 운동 및 자세 데이터를 센서를 통해 추출하여 피검자의 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia), 자세 이상(postural instability) 등의 이상 운동 질환을 진단하는데 필요한 데이터를 제공하도록 하는 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 관한 것이다.
연령이 증가할수록 만성질환을 갖기 쉬우며 일상생활활동(ADL)에 어려움이 생기게 됨. 이러한 노인의 건강 문제는 노인인구의 증가에 따라 사회적 문제로 대두되고 있음. 특히, 파킨슨씨병(Parkinson's disease)과 뇌졸중(Stroke)과 같은 노인성 신경계 질환들은 뚜렷한 치료법이 없어 노인들의 삶의 질 저하 및 가족들의 큰 경제적 부담이 되고 있다.
이와 같은 파킨슨 병의 임상적상태를 측정하기 위한 방법으로, 임상의가 환자의 운동 능력을 정해진 방법으로 시험하면서 육안으로 검사하는 방법과 설문지 및 문진 결과를 통하여 운동능력에 관한 등급을 매김. 크게 4가지의 방법이 있으며, 그 중에 UPDRS(Unified Parkinson's disease rating scale)가 가장 널리 사용되고 있는 방법으로 전체 42항목으로 이루어져 있으며, 각 항목은 0∼4 단계로 이루어져 있다. 이러한 임상적 상태 판별 방법은 임상의 숙련 여부에 따라 분석을 달리할 수 도 있으며, 환자의 경우 설문지 조사 혹은 문진시 객관적으로는 같은 크기의 증상이라 할지라도 환자별로 다른 답변을 할 수 있어, 정량적이고 객관적인 진단 파리미터 및 분석 결과의 필요성이 요구되고 있다.
이와 같이 필요성에 의해 개발된 종래기술은 미국의 'Cleveland Medical Devices Inc.'는 떨림(Tremor)과 같은 운동 장애 증상 분석을 위한 무선시스템이고, 소프트웨어에서 보여주는 지시사항에 따라 motor task 동안 손가락에 착용하여 사용하며, 실시간데이터를 획득할 수 있으며 전송받은 신호를 컴퓨터에서 scoring을 하여 환자증상을 분석하기 위한 트래머 측정장치를 개발 사용되고 있다.
그러나, 종래기술에 따른 트래머 측정장치는 손가락에 착용하는 사용센서의 무게가 무거워 환자가 불편함을 느낄 뿐만 아니라, 무게감으로 인해 보다 정확한 측정값을 획득하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 파킨슨, 뇌졸중 등의 운동장애 증상이 있는 피검자의 장애진단을 피검자의 보행시 손,팔,다리 동작의 이상 정도를 육안으로 확인하여, 장애정도를 판단함으로 인해 진단하는 의사의 주관적인 판단에 의존할 수 밖에 없어, 보다 정확한 장애진단의 기준이 부정확한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 무구속 상태에서 피검자의 손떨림 뿐만 아니라, 피검자의 팔,다리에 운동 및 자세 데이터를 센서를 통해 추출하여 피검자의 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia), 자세 이상(postural instability) 등의 이상 운동 질환을 진단하는데 필요한 정량적이고 객관적인 진단 파라미터를 제공하도록 하는 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치는 피검자의 팔 및 다리에 트래머센서부가 내장된 데이터수집모듈을 착용하고, 각 데이터수집모듈에서 측정된 트래머데이터에서 각 착용 부위의 떨림, 움직임속도, 방향 및 위치 데이터를 파라미터로 하여 장애정도를 진단하도록 하는 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 있어서, 상기 데이터수집모듈은 상기 피검자가 착용한 신체부위의 트래머데이터를 수집하는 트래머센서부; 상기 트래머센서부의 트래머데이터 수집 및 저장하고, 트래머상태를 상기 진단장치로 전송하는 마이크로콘트롤러; 상기 마이크로콘트롤러로부터 출력된 상기 트래머데이터를 유,무선통신방식으로 진단장치로 전송하는 유,무선통신부;를 포함하되, 상기 데이터수집모듈에서 수집된 각 트래머데이터는 상기 진단장치로 동시에 전송하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 마이크로콘트롤러는 트래머센서부의 각 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서로부터 입력된 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 일시저장하기 위한 레지스터부; 상기 레지스터부에 저장된 상기 각 트래머데이터를 USB포트를 통해 전송하도록 UART 통신규격에 맞추어 데이터를 변환 전송하는 유선인터페이스부; 상기 레지스터부에 저장된 상기 각 트래머데이터를 UART 통신규격에 맞추어 무선데이터를 변환 전송하는 무선인터페이스부; 및 상기 각 인터페이스부를 통해 상기 트래머데이터를 외부메모리카드에 저장하기 위한 외부메모리인터페이스부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데이터수집모듈과 진단용컴퓨터는 블루투스, 지그비, 노르딕을 포함한 무선통신방식으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치는 피검자의 팔, 다리 부위의 떨림과 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia), 자세 이상(postural instability) 등의 이상 운동 질환을 진단하는데 필요한 정량적이고 객관적인 진단 파라미터를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피검자의 피검자의 좌,우측 상지,하지 및 발목으로부터 트래머 및 운동측정데이터를 추출하여 이를 무선으로 진단용컴퓨터로 전송하거나, 외부메모리카드에 자동 저장하므로, 피검자가 병원뿐만 아니라, 일상생활을 하면서도 장애진단을 위한 측정 데이터를 무구속 상태에서 획득 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시에 따른 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치를 착용한 상태의 전체 구성도이고,
도 2는 도 1의 각 데이터수집모듈의 상세블록 구성도이고,
도 3은 도 2에서 마이크로콘트롤러의 상세 블록 구성도이고,
도 4는 도 1의 데이터수집모듈의 신호처리 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 대한 구체적인 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치의 구성도로서, 피검자(100)의 좌,우양팔의 상,하지에 각각 착용되어 각 신체부위의 트래머데이터를 획득하는 제1 내지 제4데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)과, 상기 피검자의 좌,우 양 발목에 착용되어 각 신체부위의 트래머데이터를 획득하는 제5,제6데이터수집모듈(107)(108)과, 상기 각 데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)로부터 획득된 트래머데이터를 무선데이터로 수신하여 설치된 진단프로그램에 의하여 팔, 다리 부위의 떨림과 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia), 자세 이상(postural instability) 등의 이상 운동 질환을 분석 진단하는 진단장치(200)로 구성된다.
여기서, 진단장치(200)는 진단프로그램이 설치된 스마트폰, 스마트패드 등의 스마트모바일기기 또는 진단용컴퓨터로 구성된다.
상기 제1 내지 제6데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)은 그 구성이 동일하며, 피검자의 좌,우 상,하지와 좌,우발목에 착용 가능한 밴드타입으로 착탈 가능하도록 구성되며, 피검자의 장애상태에 따라 좌,우 양 발목에만 착용하여 트래머데이터를 수집하거나, 피검자의 좌,우양 손목과 좌,우 양 발목에 착용하여 각 트래머데이터를 수집하거나, 피검자의 좌,우양팔의 상,하지와 양 발목에 착용하여 각 트래머데이터를 수집하는 등 다양하게 조합하여 착용이 가능한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1에서의 각 데이터수집모듈의 상세 블록 구성도로서, 상기 피검자가 착용한 신체부위의 트래머데이터를 수집하는 트래머센서부(131)와, 상기 트래머센서부(131)의 트래머데이터를 수집 및 저장하고, 데이터수집모듈의 상태를 상기 진단장치로 전송하는 마이크로콘트롤러(120)와, 상기 마이크로콘트롤러(120)로부터 출력된 상기 트래머데이터를 무선통신방식으로 진단장치(200)로 전송하는 무선통신부(134)와, 상기 마이크로콘트롤러(120)로부터 출력된 트래머데이터를 접속된 외부메모리카드에 저장하는 외부메모리저장부(132)와, 상기 데이터수집모듈(102)의 동작을 선택 조작하는 키입력부(136)와, 내장된 배터리에 전원을 충전하고 공급하는 전원공급부(135)로 구성된다.
여기서, 상기 트래머센서부(131)는 3축 가속도(X-Accl, Y-Accl, Z-accl) 및 3축 각속도(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro) 데이터를 측정하여 상기 마이크로콘트롤러(120)로 출력하는 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서로 구성된다.
상기 트래머센서부(131)와 상기 마이크로콘트롤러(120)와 SPI통신규격으로 데이터를 수신하며, 상기 마이크로콘트롤러(120)는 SPI마스터로 동작하며, 상기 트래머센서부(131) 및 외부메모리저장부(132)는 각각 SPI 슬레이브로 동작한다.
도 3은 도 2에서 마이크로콘트롤러의 상세 블록 구성도로서, 상기 트래머센서부(131)의 각 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서로부터 입력된 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 일시저장하고, 해당 데이터수집모듈의 상태정보를 저장하기 위한 레지스터부(122)와, 상기 레지스터부(122)에 저장된 상기 각 트래머데이터 및 상태정보를 UART 통신규격에 맞추어 무선데이터를 변환 전송하는 무선인터페이스부(125)와, 상기 각 인터페이스부를 통해 상기 트래머데이터를 외부메모리카드에 저장하기 위한 외부메모리인터페이스부(126)로 구성된다.
상기 레지스터부(122)의 상태정보저장부는 전원공급부(135)의 배터리 상태, 해당 데이터수집모듈(102)의 동작상태, 상기 진단장치(200) 및 외부메모리인터페이스부(126)의 데이터 인터페이스 상태 등의 각 부 동작상태정보를 저장한다.
상기 무선인터페이스부(125)는 진단장치(200)와의 통신 인터페이스에 맞도록 상기 트래머데이터와 상태정보데이터를 상기 진단장치(200)로 전송하기 위해 UART 통신규격으로 인터페이스 변환을 수행하며, 무선통신방식으로는 RF, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 또는 노르딕(NorDic) 등과 같은 무선데이터 인터페이스를 이용한다.
상기 외부메모리 인터페이스부(126)는 상기 레지스터부(122)에 저장된 트래머데이터 및 상태정보를 접속된 외부메모리카드에 저장하기 위한 인터페이스 변환을 수행한다.
상기 외부메모리카드는 바람직하게 마이크로 SD카드 또는 SD카드를 사용하며, 상기 외부메모리 인터페이스부(126)는 상기 마이크로 SD카드 또는 SD카드 데이터 포맷에 맞도록 변환한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 피검자의 운동장애를 진단하기 위한 생체역학적 파라미터추출장치에 대한 구체적인 작용을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피검자의 운동장애를 진단하기 위한 생체역학적 파라미터추출장치의 동작 흐름도로서, 피검자가 착용하고 있는 각 데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)은 상기 키입력부(136) 또는 접속된 진단장치(200)로부터 시작명령 또는 리셋명령을 입력받으면, 각 데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)은 내장된 트래머센서부(131)로부터 트래머데이터를 측정하거나, 기 저장된 트래머데이터 또는 상태정보를 상기 진단장치(200)으로 전송한다.
즉, 상기 마이크로콘트롤러(120)는 상기 진단장치(200) 또는 사용자 명령에 따라 상기 트래머센서부(131)로부터의 트래머데이터 수집을 시작하거나, 외부메모리카드에 저장된 트래머데이터 또는 상태정보를 상기 무선인터페이스부(124)를 통해 상기 진단장치(200)로 전송한다.
만약, 각 데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)로부터의 데이터수집 명령이 수신되면, 상기 각 마이크로콘트롤러(120)는 칩선택신호(CS)를 출력하고, 상기 칩선택신호(CS)에 의해 상기 트래머센서부(131)가 구동하여 측정된 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 상기 마이크로콘트롤러(120)로 출력한다.
상기 마이크로콘트롤러(120)는 입력받은 상기 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 상기 레지스터부(123)의 해당 영역(X,Y,Z-Accl Reg)(X,Y,Z-Gyro Reg)에 순차적으로 저장하게 된다.
6개 채널의 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)가 모두 저장되면, 상기 무선인터페이스부(125)를 통해 실시간으로 상기 진단장치(200)으로 전송하거나, 외부메모리 인터페이스부(126)를 통해 접속된 메모리카드에 저장한다.
상기 외부메모리카드에 저장된 상기 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)는 일정기간 누적된 트래머데이터로 상기 진단장치 또는 키입력부(136)의 선택 제어에 따라 상기 무선통신부(134)를 통해 상기 진단장치(200)으로 전송한다.
한편, 상기 외부메모리카드는 데이터수집모듈(102)에서 빼내어 외부메모리카드 리더기가 있는 진단장치(200)에 접속하여 상기 트래머데이터를 전송받으므로, 진단이 가능하도록 한다.
만약, 상기 입력된 트래머 데이터가 실시간으로 전송하지 않을 경우에는 설정된 시간(약 4ms) 지연 후 상기 레지스터부(122)의 트래머 데이터를 클리어시킨 후 상기 트래머센서부(101)(131)로부터의 트래머 데이터 입력을 다시 시작한다.
한편, 상기 진단장치(200) 또는 상기 키입려부(136)를 통해 상기 외부메모리카드 또는 상기 레지스터부(122)의 상태정보입력부에 저장된 데이터수집모듈(102)의 상태데이터를 상기 진단장치(200)로의 전송을 요청할 경우, 해당 외부메모리카드 또는 상태정보입력부에 저장된 트래머데이터 또는 상태정보를 추출하여 상기 무선인터페이스부(125)를 통해 상기 진단장치(200)로 전송한다.
여기서, 상태정보부에 저장된 상태정보는 상기 데이터수집모듈(102)의 전원상태 또는 인터페이스 상태 등을 포함한다.
상기 피검자의 팔,다리 등의 신체부위에 착용된 각 데이터수집모듈(102)는 상기 동일한 과정을 통해 추출된 각 트래머데이터를 진단장치(200)으로 전송한다.
상기 진단장치(200)는 상기 각 데이터수집모듈(102)(103)(105)(106)(107)(108)로부터 입력된 각 6채널의 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 모두 입력받아, 일정기간 누적하여 저장하고, 누적 저장된 각 트래머데이터는 진단 프로그램에 의해 각 신체부위 또는 전체적인 운동측정 데이터를 종합 분석하므로, 피검자의 신체 각 부위의 떨림(Tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykenesia), 자세이상(Postural instability)을 진단하기 위한 파라미터를 산출 및 판단하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로 데이터수집모듈의 착용부위에 따라 다양하게 구성이 가능하며, 데이터전송방식에 따라 다양한 운동장애를 분석이 가능하는 등 다양한 실시예로 변형이 가능하다.
100 : 피검자
102,103,105~108 : 데이터수집모듈 120 : 마이크로콘트롤러
122 : 레지스터부 125 : 무선인터페이스부
126 : 외부메모리 인터페이스부 131 : 트래머센서부
132: 외부메모리저장부 134 : 무선통신부
135 : 전원공급부 136 : 키입력부
200 : 진단장치

Claims (8)

  1. 피검자의 팔 및 다리에 트래머센서부가 내장된 데이터수집모듈을 착용하고, 각 데이터수집모듈에서 측정된 트래머데이터에서 각 착용 부위의 떨림, 움직임속도, 방향 및 위치 데이터를 파라미터로 하여 진단장치에서 장애정도를 진단하도록 하는 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치에 있어서,
    상기 데이터수집모듈은 상기 피검자가 착용한 신체부위의 트래머데이터를 수집하는 트래머센서부;
    상기 트래머센서부의 트래머데이터 수집 및 저장하고, 트래머상태를 상기 진단장치로 전송하는 마이크로콘트롤러;
    상기 마이크로콘트롤러로부터 출력된 상기 트래머데이터를 무선통신방식으로 상기 진단장치로 전송하는 무선통신부; 및
    상기 마이크로콘트롤러로부터 출력된 트래머데이터를 접속된 외부메모리카드에 저장하는 외부메모리저장부;를 포함하되,
    상기 각 데이터수집모듈에서 수집된 각 트래머데이터는 상기 진단장치로 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 피검자의 운동장애 진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터수집모듈은 피검자의 좌,우 상,하지와 좌,우발목에 착용 가능한 밴드타입으로 착탈 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단장치는 피검자의 좌,우양팔 및 좌,우양발목에 착용된 4개의 데이터수집모듈로부터 각 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 포함한 24채널의 무선데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진단장치는 상기 데이터수집모듈로부터 수집된 각 트래머데이터를 입력받아 피검자의 팔 및 다리의 떨림정도, 휴지기성 진전(resting tremor), 강직(rigidity), 완서(bradykinesia) 및 자세 이상(postural instability)을 포함한 이상운동질환을 진단하기 위한 진단 프로그램이 탑재된 진단용 컴퓨터 또는 스마트모발일기기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 트래머센서부는 3축 가속도(X-Accl, Y-Accl, Z-accl) 및 3축 각속도(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro) 데이터를 측정하여 상기 마이크로콘트롤러로 출력하는 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러는 트래머센서부의 각 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서로부터 입력된 트래머데이터(X-Accl, Y-Accl, Z-accl)(X-Gyro, Y-Gyro, Z-Gyro)를 일시저장하기 위한 레지스터부;
    상기 레지스터부에 저장된 상기 각 트래머데이터를 UART 통신규격에 맞추어 무선데이터를 변환 전송하는 무선인터페이스부; 및
    상기 각 인터페이스부를 통해 상기 트래머데이터를 외부메모리카드에 저장하기 위한 외부메모리인터페이스부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피검자의 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선인터페이스부는 블루투스, 지그비, 노르딕을 포함한 무선통신방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부메모리카드는 마이크로SD카드 또는 SD카드인 것을 특징으로 하는 운동장애진단을 위한 생체 역학적 파라미터 추출장치.
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