KR102030894B1 - 심장 질환자의 운동기능 평가 및 재활을 위한 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

운동 상황에 따른 생체신호를 분석하여 운동 중인 사용자 또는 환자에게 적합하도록 자전거형 운동기구를 제어하는 방법 및 장치가 개시된다. 리컴번트 운동장치의 제어보드와 연동하는 스마트기기에서 수행되는 생체신호 분석 및 운동제어 방법은, 리컴번트 운동장치를 이용하는 사용자의 생체신호를 모니터링하는 단계, 리컴번트 운동장치의 제어보드로부터 사용자의 운동상황을 제공받는 단계, 운동상황에 기초하여 생체신호를 분석하는 단계, 리컴번트 운동장치의 기본 상태 또는 운동상황하의 리컴번트 운동장치의 제1 상태와 생체신호의 분석에 기초한 리컴번트 운동장치의 제2 상태를 비교하는 단계, 및 비교 결과에 기초하여 제2 상태에 대응하도록 제어보드를 통해 리컴번트 운동장치의 자세를 조정하는 단계를 포함하며, 리컴번트 운동장치는, 자전거형 운동기구로서, 베이스 일단 상의 의자의 높이와 등받이 각도, 베이스 타단 상의 페달의 높이, 및 의자와 페달 간의 거리를 조정하기 위한 적어도 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다.

Description

심장 질환자의 운동기능 평가 및 재활을 위한 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING BIO SIGNAL AND CONTROLLING EXERCISE ACCORDING TO EXERCISE SITUATION FOR ASSESSMENT AND REHABILITATION OF EXERCISE FUNCTION TO PATIENTS WITH HEART DISEASE}

본 발명의 실시예는 리컴번트 운동기구를 이용하는 운동제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 심장 질환자의 운동기능 평가 및 재활을 위하여 운동 중에 생체신호를 분석하여 운동 중인 사용자 또는 환자에게 적합하도록 운동기구를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 혈관 폐색에 의한 질환인 심뇌혈관 경색환자나, 심근경색 등 심부전환자에게는 1회의 운동으로 소정량의 칼로리를 소비할 수 있도록 점차 운동량을 늘려서 심혈관계 기능을 개선하도록 하는 운동 처방이 실시된다. 운동 처방은 통상 환자가 '약간 힘들다'라고 느낄 정도의 자각증상이나 대화 가능한 수준으로 숨이 차는 정도에 맞추어 운동의 강도를 설정한다.

한편, 환자 개개인의 건강 상태나 병증에 따라 운동의 강도나 운동 시간은 상당한 차이가 있을 수 있다. 하지만, 기존의 운동 처방에 사용되는 운동기구는 환자별 특성을 고려할 수 없을 뿐 아니라 환자에게 알맞은 운동 처방을 위해서는 해당 전문가의 참여가 불가피하여 다수의 환자들에게 적절한 운동 처방을 제공하는 데는 한계가 있는 실정이다.

등록특허공보 제10-1315907호(2013.10.01.)

본 발명의 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 환자의 체형에 따라 자세를 조정할 수 있고, 다양한 유산소 운동 및 근력 운동을 선택적으로 혹은 조합적으로 수행할 수 있으며, 심장의 기능과 관련된 여러 가지 생체신호를 측정하고 측정된 신호를 분석하여 출력할 수 있는, 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 측정된 생체신호를 분석하고 분석 결과를 토대로 운동장치의 위치를 제어하여 환자의 자세를 자동 교정할 수 있는, 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 측정된 생체신호를 분석하고 분석 결과를 토대로 운동 당일 환자에게 적합한 운동 목표치를 제시하여 운동 또는 재활 효과를 극대화할 수 있는, 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 방법은, 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드와 연동하는 스마트기기에서 수행되는 생체신호 분석 및 운동제어 방법으로서, 자전거형 재활 운동 기구를 이용하는 사용자의 생체신호를 모니터링하는 단계; 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드로부터 상기 사용자의 운동상황을 제공받는 단계; 상기 운동상황에 기초하여 상기 생체신호를 분석하는 단계; 상기 자전거형 재활 운동 기구의 기본 상태 또는 상기 운동상황하의 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제1 상태와 상기 생체신호의 분석에 기초한 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제2 상태를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제2 상태에 대응하도록 상기 제어보드를 통해 상기 자전거형 재활 운동 기구의 자세를 조정하는 단계를 포함하며, 상기 자전거형 재활 운동 기구는, 리컴번트 자전거로서, 베이스 일단 상의 의자의 높이와 등받이 각도, 상기 베이스 타단 상의 페달의 높이, 및 상기 의자와 상기 페달 간의 거리를 조정하기 위한 적어도 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다.

일실시예에서, 상기 모니터링하는 단계는, 심장질환자의 운동 능력 평가 또는 재활 운동 치료 중 심전도, 혈압계 또는 산소포화도의 생체신호를 감시할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모니터링하는 단계에서 상기 산소포화도가 일정 값 이하로 일정 시간 이상 감소하는 경우가 감지되면, 상기 조정하는 단계는 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하를 무부하(0 watt)로 조정할 수 있다.

일실시예에서, 상기 모니터링하는 단계에서 상기 사용자의 혈압이 운동 전에 측정한 기초 혈압 대비 일정 값 이상 하락하거나, 상기 사용자의 운동능력 평가 최저 및 최고 범위를 일정시간 동안 벗어나면, 상기 조정하는 단계는 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하를 무부하로 조정하고, 비상 상황을 대비하여 의자의 등받이를 올린 후 일정시간이 경과한 다음 메모리된 운동자세로 전환할 수 있다.

일실시예에서, 생체신호 분석 및 운동제어 방법은 상기 모니터링하는 단계에서 상기 사용자의 혈압, 산소포화도, 심전도 중 적어도 어느 하나 이상이 정상적인 값 이상 또는 이하로 일정 시간 이상 지속되는 경우, 비상 상황을 대비하여 모니터링하는 치료사나 간호사 등에게 경고음이나 알람을 송출 혹은 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 장치는, 스마트기기와 연동하여 생체신호 분석 및 운동제어를 수행하는 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드로서; 상기 스마트기기가 자전거형 재활 운동 기구를 이용하는 사용자의 생체신호를 모니터링하고, 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드로부터 상기 사용자의 운동상황을 제공받고, 상기 운동상황에 기초하여 상기 생체신호를 분석하며, 상기 자전거형 재활 운동 기구의 기본 상태 또는 상기 운동상황하의 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제1 상태와 상기 생체신호의 분석에 기초한 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제2 상태를 비교할 때; 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제2 상태에 대응하도록 자세를 제어하기 위한 메시지 또는 정보를 받는 인터페이스; 및 상기 메세지 또는 정보에 기초하여 상기 자전거형 재활 운동 기구의 자세를 조정하는 제어부를 포함하며, 여기서 상기 자전거형 재활 운동 기구는, 리컴번트 자전거로서, 베이스 일단 상의 의자의 높이와 등받이 각도, 상기 베이스 타단 상의 페달의 높이, 및 상기 의자와 상기 페달 간의 거리를 조정하기 위한 적어도 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다.

일실시예에서, 상기 인터페이스를 통해 모니터링한 생체신호 중 산소포화도, 혈압 또는 심전도가 기준 범위를 벗어나면, 상기 제어부는 메모리에 저장된 소프트웨어 모듈에 의해 산소포화도, 혈압 또는 심전도 기반 자동제어를 실행하여 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하 및 자세를 조정할 수 있다.

일실시예에서, 상기 인터페이스를 통해 모니터링한 생체신호 중 산호포화도, 혈압, 심전도 또는 이들의 조합이 기준 범위를 벗어나면, 상기 제어부는 환자의 리컴번트 재활운동을 모니터링하고 있는 치료사 등에게 경고음이나 알람을 송출 혹은 전송하도록 동작할 수 있다.

전술한 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법과 장치를 사용하는 경우에는, 리컴번트 운동기구를 사용하는 환자의 체형에 따라 자세를 조정할 수 있고, 다양한 유산소 운동 및 근력 운동을 선택적으로 혹은 조합적으로 수행할 수 있도록 하며, 심장의 기능과 관련된 여러 가지 생체신호를 측정하고 측정된 신호를 분석하여 출력하고, 분석 결과를 토대로 리컴번트 운동기구의 자세를 환자 맞춤형으로 자동제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 측정된 생체신호를 분석하고 분석 결과를 토대로 운동장치의 위치를 제어하여 환자의 자세를 자동 교정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 측정된 생체신호를 분석하고 분석 결과를 토대로 운동 당일 환자에게 적합한 운동 목표치를 제시하여 운동 또는 재활 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 시스템(이하, '분석제어 시스템'이라 하다)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에 채용할 수 있는 제어보드에 대한 블록도이다.
도 3은 도 1의 스마트기기의 주요 하드웨어 및 주요 소프트웨어 구성요소들을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3의 스마트기기의 작동 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 2의 리컴번트 운동장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 리컴번트 운동기구의 제어 목표를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분석제어 시스템에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면에 대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 운동 능력 평가 또는 재활운동 중 주기적으로 자동혈압 측정으로 얻은 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분석제어 시스템에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분석제어 시스템에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 조작자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 시스템에 채용할 수 있는 제어보드에 대한 블록도이다. 그리고 도 3은 도 1의 스마트기기의 주요 하드웨어 및 주요 소프트웨어 구성요소들을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 시스템(이하, '분석제어 시스템'이라 한다)은, 리컴번트 운동장치(100), 스마트기기(200) 및 현장진단기기(300)를 포함한다. 리컴번트 운동장치(100)는 리컴번트 운동기구로 지칭될 수 있다. 스마트기기(200)는 리컴번트 운동장치(100)에 착탈가능하게 설치되거나 사용자의 휴대용 장치일 수 있다. 현장진단기기(300)는 생체신호센서를 포함하며 리컴번트 운동기구(100)의 제어보드(10)에 연결되거나 무선 네트워크를 통해 스마트기기(200)에 연결될 수 있다.

각 구성요소를 좀 더 구체적으로 설명하면, 리컴번트 운동장치(100)는 유산소운동 플랫폼으로서 환자 또는 사용자의 운동 상황이나 건강 상태에 따라 리컴번트 자세의 조정을 위해 등받이 각도, 페달까지의 거리, 페달 위치, 페달링 저항이나 페달링 속도 등을 조정하기 위한 적어도 하나 이상의 액츄에이터나 모터를 구비할 수 있다.

본 실시예에서 리컴번트 운동장치(100)는 제어보드(10), 페달 어셈블리(30), 수평구동 프레임(50) 및 의자형 프레임(70)을 구비할 수 있다.

제어보드(10)는 모터 제어, 액츄에이터 제어, 운동부하 제어, 운동상황 전달 등의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어보드(10)는 페달 어셈블리(30)에 탑재되나 이에 한정되지 않는다. 제어보드(10)는 수평구동 프레임(50)이나 의자형 프레임(70)에 설치될 수 있다.

제어보드(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 제어부(11), 메모리(12) 및 인터페이스(13)를 구비할 수 있다. 제어부(11)는 제1 제어부로, 메모리(12)는 제1 메모리로, 인터페이스(13)는 제1 인터페이스로 각각 지칭될 수 있다.

제1 제어부(11)는 제1 인터페이스(13)를 통해 리컴번트 운동기구의 모터, 액츄에이터 또는 센서와 연결되어 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다. 또한, 제1 제어부(11)는 제1 메모리(12)에 저장된 소프트웨어 모듈이나 프로그램을 수행하여 상술한 기능들을 구현할 수 있다.

제1 메모리(12)는 모터 제어를 위한 제1 모듈(121), 운동 부하 제어를 위한 제2 모듈(122), 스마트기기(200)에 사용자의 운동 상황을 전달하기 위한 제3 모듈(123)을 구비할 수 있다.

제1 인터페이스(13)는 통신 인터페이스로서 블루투스, WiFi 등의 근거리 무선 통신망을 지원할 수 있으나, 이에 한정되지도 않는다.

페달 어셈블리(30), 수평구동 프레임(50) 및 의자형 프레임(70)은 아래에서 상세히 설명될 것이므로, 중복을 피하기 위해 여기서는 생략한다.

스마트기기(200)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(21), 메모리(22), 인터페이스(23) 및 표시장치(24)를 구비할 수 있다. 제어부(21)는 제2 제어부로, 메모리(22)는 제2 메모리로, 인터페이스(23)는 제2 인터페이스로 각각 지칭될 수 있다.

제2 제어부(21)는 제2 인터페이스(23)를 통해 리컴번트 운동기구의 제어보드(10)에 연결되어 운동 상황에 대한 정보를 수신하거나 모터 또는 액츄에이터의 동작을 제어하기 위한 신호나 메시지를 전송할 수 있다.

또한, 제2 제어부(21)는 제어보드(10)로부터의 운동 상황이나 생체신호센서로부터의 생체신호를 미리 설정된 그래픽이나 사용자 인터페이스를 통해 표시장치(24)에 출력할 수 있다.

또한, 제2 제어부(21)는 제2 메모리(22)에 저장된 소프트웨어 모듈이나 프로그램을 수행하여 상술한 기능들을 구현할 수 있다. 이를 위해, 제2 제어부(21)는 리컴번트 운동장치(100)에서 운동 상황에 따른 생체신호를 분석하고 이를 토대로 운동제어를 수행하기 위한 중앙관리 소프트웨어(S/W)를 실행할 수 있다.

제2 메모리(22)는 제2 제어부(21)에 연결되고 중앙관리 소프트웨어를 저장할 수 있다. 또한, 제2 메모리(22)는 운동상황 모니터링을 위한 제1 모듈(221), 생체신호 모니터링을 위한 제2 모듈(122), 운동처리 프로그램의 적어도 일부에 대응하는 제3 모듈(223), 리컴번트 운동장치 플랫폼의 제어를 위한 제4 모듈(224), 산소포화도 기반 제어를 위한 제5 모듈(225), 혈압 기반 제어를 위한 제6 모듈(226), 심전도 기반 제어를 위한 제7 모듈(227), 사용자 기록관리를 위한 제8 모듈(228)을 구비할 수 있다.

제2 인터페이스(13)는 통신 인터페이스로서 블루투스, WiFi 등의 근거리 무선 통신망을 지원할 수 있으나, 이에 한정되지도 않는다. 유선 케이블을 통해 제어보드 또는 생체신호센서와 연결될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 현장진단기기(300)는 생체신호센서로 지칭될 수 있고, 산소포화도 센서, 혈압 센서, 심전도 센서 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 현장진단기기(300)는 리컴번트 운동장치(100)를 사용하는 사용자의 신체 부위에 부착되고, 운동 중인 사용자의 산소포화도, 혈압, 심전도 등의 생체신호를 검출할 수 있다. 또한, 현장진단기기(300)는 검출한 생체신호를 스마트기기(200)에 전달할 수 있다. 물론, 현장진단기기(300)는 구현에 따라 생체신호를 제어보드(10)에 전달하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 분석제어 시스템을 사용하면, 미리 저장된 환자 정보에 따라 의자 등받이 각도, 페달 거리, 페달 높이 등의 최적화된 운동 자세를 조정할 수 있다.

또한, 운동 중 측정되는 생체신호 예컨대, 심박수, 산소포화도, 심전도, 혈압 등의 사용자 생체신호를 측정 및 저장하고 이를 운동 자세 제어에 반영할 수 있다.

또한, 사용자의 운동 기능 평가 및 운동 능력, 생체 정보 등에 따라 운동 자세 조정 및/또는 운동 부하 조정을 통해 개인 맞춤형 재활, 운동 또는 훈련 프로그램을 처방할 수 있다.

또한, 스마트폰, 스마트패드 등의 스마트기기(200)의 표시장치(display)를 통해 운동 중 환자의 심박수, 산소포화도, 심전도, 혈압 등의 생체정보와 운동정보를 실시간 표시하여 사용자와의 소통하에서 운동 목표를 제시하고 운동 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 운동 중 발생한 생체신호정보 및 운동정보를 저장하고, 저장된 데이터를 분석하여 부정맥, 심근경색 등의 질환을 판정하고, 발생 가능성이 높은 질병을 예측하는데 보조할 수 있다.

일례로, 운동 상황에 따른 생체신호를 분석함으로써, 심부전환자, 심뇌질환자 등 환자의 다양한 운동 상태에 대한 생체신호(산소포화도, 혈압, 심전도 등)의 변화를 모니터링하고, 기록, 관리하게함으로서 환자의 운동중 부정맥, 심장 박동의 이상유무, 혈압의 급격한 변화등을 운동후 의료진이 분석할 수있는 자료를 제공함으로서 의학적인 조처를 효과적으로 지원 혹은 보조할 수 있다.

또한, 환자의 체형에 따라 자세를 조정하게 하여 다양한 유산소운동 및 근력운동을 선택적, 조합적으로 수행할 수 있도록 하고, 심장의 기능과 관련된 여러가지 생체신호를 측정하고, 측정된 신호를 가공하여, 저장 및 관리하거나 디스플레이하여 다양한 환자 체형나 환자의 상태에 알맞는 운동 환경을 제공할 수 있다.

즉, 심장의 기능과 관련된 여러 가지 생체 신호를 측정하고 분석하여 출력하거나 운동장치의 위치를 제어하여 환자의 자세를 자동 교정함에 있어서, 첫째 환자의 체형이나 심장 기능, 통증 양상에 따라 개인 맞춤형 자세를 설정하고 메모리하여 운동 치료를 진행할 수 있다. 둘째, 운동능력 평가를 통해 개인별 최대 부하를 측정하여 최대 부하를 기준으로 근력 운동, 유산소 운동, 파워 운동을 처방할 수 있다. 셋째, 심장 질환자의 운동능력 평가 혹은 재활 운동치료 중 심전도, 혈압계, 산소 포화도 등의 생체 신호를 감시하고, 운동능력 평가 혹은 재활 운동치료 중 생체신호에서 이상을 감지한 경우에는 운동장치나 생체신호를 모니터링하던 치료사 또는 재활치료사에게 알람 또는 경고음을 전달할 수 있고, 미리 설정된 리컴번트 재활운동 시스템의 자동제어 기능을 작동시킬 수 있다.

도 4는 도 3의 스마트기기의 작동 과정을 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 분석제어 시스템은 스마트기기의 제어부(21)에서 사용자의 운동 상황에서의 생체신호를 분석하고, 생체신호의 분석 결과를 토대로 운동자세를 제어하거나 및/또는 운동부하를 제어하도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 제어부(21)는 메모리로부터 로딩되는 소프트웨어 모듈이나 이에 대응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함할 수 있다. 즉, 제어부(21)는 생체신호 분석부(223a), 운동자세 제어부(223b) 및 운동부하 제어부(223c)를 구비할 수 있다.

생체신호 분석부(223a)는 현장진단기기(300)나 이에 포함되는 생체신호센서로부터 입력되는 산소포화도에서 일정 비율 이하의 산소포화도가 일정 시간 이상 지속되는 이벤트를 감지할 수 있다. 또한, 생체신호 분석부(223a)는 운동 시작 전의 혈압과 운동 중의 혈압을 비교하여 혈압이 일정 크기 이상 하락한 경우를 감지할 수 있다. 또한, 생체신호 분석부(223a)는 입력되는 심전도상에서의 심박수가 최저 범위 또는 최고 범위를 일정 시간 동안 벗어나는 경우를 감지할 수 있다.

운동자세 제어부(223b)는, 생체신호 분석부(223a)의 분석 결과나 분석 결과에 대응하는 출력 신호에 따라 리컴번트 운동장치의 자세를 제어하기 위한 제1 신호를 출력할 수 있다. 제1 신호는 제어보드를 통하거나 직접 리컴번트 운동장치의 자세를 조절할 수 있는 모터 또는 실린더(72)에 전달될 수 있다.

운동부하 제어부(223c)는, 생체신호 분석부(223a)의 분석 결과나 분석 결과에 대응하는 출력 신호에 따라 리컴번트 운동장치에서의 운동부하를 제어하기 위한 제2 신호를 출력할 수 있다. 제2 신호는 제어보드를 통하거나 직접 리컴번트 운동장치의 운동부하를 조절할 수 있는 페달부하 액츄에이터(32)에 전달될 수 있다.

도 5는 도 2의 리컴번트 운동장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 리컴번트 운동장치(100)에 있어서, 페달 어셈블리(30)는 사용자의 운동 부하를 조절하도록 설치된다. 페달 어셈블리(30)는 한 쌍의 디스크, 한 쌍의 페달 및 마그네틱 저항기를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 한 쌍의 디스크는 병렬로 구비되어 각 중심에 대칭형으로 한 쌍의 페달을 구비하며, 마그네틱 저항기는 각 디스크의 일측에 구비되어 페달을 돌리는 사용자의 좌측 및 우측 다리 근력 특성에 따라 각 디스크에 서로 다른 부하를 유도할 수 있다.

한 쌍의 페달에는 압력측정센서(미도시)가 구비될 수 있다. 압력측정센서는 제어보드의 컨트롤러나 제어부에 한 쌍의 페달 각각의 압력이나 이 압력들 간의 차이를 비율로 제공하거나, 사용자의 대퇴사두근이 주로 사용되는 구간의 가속도 차이를 계측하여 근육 이용 비율을 제공할 수 있다.

페달 어셈블리(30)는 한 쌍의 디스크, 한 쌍의 페달 및 마그네틱 저항기를 수납하는 하우징을 더 구비할 수 있다. 하우징의 일부는 개구된 형태로 내부를 외부에 노출시킬 수 있다. 의자형 프레임(70)과 마주하는 하우징의 일측 상부에는 스마트기기(200)를 탈부착 형태로 지지할 수 있는 수단이 설치될 수 있다.

또한, 하우징의 일측에는 스마트기기(200)의 표시장치와는 별도로 페달속도를 표시하는 표시수단이 구비될 수 있다. 표시수단은 숫자 등을 표시할 수 있는 발광다이오드의 배열을 포함할 수 있다. 또한, 하우징의 일측에는 비상정지버튼이 구비될 수 있다. 비상정지버튼은 긴급히 페달 어셈블리의 동작을 정지하고자 할 때 사용자나 주위의 임의의 사람이 용이하게 조작가능하도록 설치될 수 있다.

또한, 페달 어셈블리(30)는 하우징 내에서 한 쌍의 디스크, 한 쌍의 페달 및 마그네틱 저항기의 하부를 지지하며, 높이를 조절하는 높이조절장치를 더 구비할 수 있다. 높이조절장치는 모터, 승강실린더 등을 구비할 수 있고, 제어보드나 제어보드에 연결되는 스마트기기(200)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 사용자는 스마트기기(200)를 통해 생체신호 모니터링과 운동 제어를 스마트기기(200) 상에 애플리케이션을 통해 효과적으로 수행할 수 있다.

애플리케이션은 사용자 또는 환자의 생체신호의 변화를 기록 관리하고, 생체신호에서의 특정 변화 또는 이벤트 감지에 따라 적절한 운동 자세로 리컴번트 운동장치(100)의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 애플리케이션은 미리 설정된 작동 조건에 따라 자동으로 수행될 수 있으며, 구현에 따라서 감지된 이벤트와 그에 따른 모니터링 정보 및/또는 운동제어 정보를 표시장치에 출력하고 사용자의 확인 응답에 따라 운동제어를 수행하도록 구현될 수 있다.

본 실시예에 따른 리컴번트 운동장치(100)에 있어서, 수평구동 프레임(50)은 길이조절장치를 구비할 수 있다. 길이조절장치는 수평구동 프레임(50)과 일체로 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 별도의 구성요소로 리컴번트 운동장치(100)에 설치될 수 있다.

길이조절장치는 구동모터와 스크류를 포함할 수 있다. 스크류의 일단은 페달 어셈블리(30)에 결합하고 스크류의 타단은 의자형 프레임(70)에 결합할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 페달 어셈블리(30)가 하우징 또는 높이조절장치의 하부에 설치된 바퀴나 접동 수단에 의해 이동가능한 경우, 구동모터에 의해 회전하는 스크류는 스크류의 회전 동작에 따라 왕복 운동하는 페달 어셈블리(30)를 의자형 프레임(70)에 근접하게 이동시키거나 그 반대로 이동시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 리컴번트 운동장치(100)에 있어서, 의자형 프레임(70)은 등받이의 경사각을 조절하는 경사조절장치를 구비할 수 있다. 경사조절장치는 모터, 실린더 또는 기타 액츄에이터를 구비할 수 있고, 제어보드나 제어보드에 연결되는 스마트기기(200)에 의해 제어될 수 있다.

또한, 의자형 프레임(70)은 수평구동 프레임(50) 상에서 페달 어셈블리(30)와 마주하는 정면 방향을 직각 방향이나 반대 방향으로 회동시키는 회동조절장치 및/또는 의자형 프레임(70)의 높이를 조절하는 높이조절장치를 더 구비할 수 있다. 회동조절장치나 높이조절장치는 모터, 실린더 또는 기타 액츄에이터를 구비할 수 있고, 제어보드나 제어보드에 연결되는 스마트기기(200)에 의해 제어될 수 있다.

전술한 구성에 의하면, 사용자는 스마트기기(200)를 통해 생체신호를 모니터링하고 애플리케이션이나 소프트웨어를 통해 생체신호를 분석하고, 사용자 설정 조건 및/또는 분석 결과에 따라 사용자에게 적합한 운동자세로 리컴번트 운동장치의 자세를 제어하거나 사용자에게 적합한 운동 목표를 제시할 수 있다.

운동 자세의 제어 시, 본 실시예의 분석제어 시스템은 재활운동 중의 재활 운동 대상자의 심장 자동 조절에 따른 심박수, 혈압, 심근산소 요구량이 감소하는 의학적 특성과 연계하여, 그리고 산소포화도 센서 및 부하/케이던스 측정센서 각각의 감지 또는 제어결과에 근거하여, 의자의 등받이 각도, 의자 높이, 의자와 크랭크축 간 거리, 양쪽 페달의 페달링 높이를 각각 조절할 수 있다.

도 6은 도 1의 리컴번트 운동장치에서의 자세 제어 목표를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 분석제어 시스템의 리컴번트 운동장치에 채용할 수 있는 자세는, 의자의 등받이 각도(a1), 의자 높이(H1), 의자와 크랭크축간 거리(L), 양쪽 페달의 페달링 높이(H2)를 각각 조절할 수 있다. 이러한 자세 조절에 의하면, 사용자 허벅지의 경사 각도 또는 대퇴근 각도(a2)와 다리의 구부림 각도 또는 페달링 각도(a3)가 자동으로 조절될 수 있다. 여기서, L1은 사용자 허벅지의 수평 투영 길이에 대응하고, L2는 사용자 다리의 수평 투영 길이에 대응하며, L1+L2는 하체의 다리 길이로 지칭될 수 있다. 이러한 사용자 무릅의 경사각과, 사용자 등받이의 경사각 및 페달 부하를 조정하면, 운동 상황에 따라 사용자 또는 환자에게 적합한 운동제어를 효과적으로 수행할 수 있다.

리컴번트 운동장치(100)는 제어보드(도 1의 10 참조)에 입력된 알고리즘에 의해 환자의 체형에 따라 의자의 등받이 각도(a1)를 조절하고, 하체의 다리 길이(L1+L2)에 따라 의자의 높이(H1)를 조절하며, 의자와 페달 어셈블리(30)의 디스크 중심 간의 거리(L)에 따라 디스크의 중심 높이(H2)를 조절하여 대퇴근 각도(a2)와 페달링 각도(a3)를 조절함으로서 사용자가 현재 상태에서 최대의 파워를 내거나 목표치를 갖고 운동을 수행하도록 할 수 있다.

도 7은 도 3의 스마트기기에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면에 대한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 분석제어 시스템에서는 스마트기기 또는 스마트기기에 탑재되는 애플리케이션을 통해 운동상황 및 생체신호를 모니터링하고, 스마트기기 또는 애플리케이션 화면(242)을 통해 모니터링한 정보를 출력할 수 있다.

모니터링 정보는 심박수, 산소포화도, 혈압 등에 대한 정보를 포함하고 이러한 정보에 기초하여 계산되는 운동능력, 소요열량에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 모니터링 정보는 페달의 유지요구속도(RPM), 현재속도(RPM), 현재운동부하(watt) 및 운동 진행 상황을 포함할 수 있다. 현재 운동 부하는 목표 혹은 유지요구부하에 대한 비율과 함께 표시될 수 있다. 또한, 운동 진행 상황은 목표 시간과 경과 시간과 함께 이를 그래프 형태로 표시하는 정보를 포함할 수 있다. 그리고, 모니터링 정보는 목표달성지표를 표시하고, 재활 기간 동안에 대한 전체적인 운동량을 목표량에 대한 비율로 표시할 수 있다. 전술한 모니터링 정보를 이용하면, 사용자의 운동 상황을 효과적으로 모니터링할 수 있고, 이를 토대로 요구되거나 목적하는 운동량 대비 운동 상황을 파악할 수 있으며, 게다가 운동 상황을 토대로 생체신호를 분석하여 사용자에게 적합한 운동제어를 수행하거나 운동 목표를 제시할 수 있다.

스마트기기는 중앙관리S/W를 내장하여 제어보드에서 제공되는 운동상황 정보와 생체신호센서에서 제공되는 사용자의 생체신호를 토대로 사용자의 운동처방과 운동부하를 제어할 수 있다.

스마트기기의 메모리에는 환자의 체형에 따라 의자의 등받이 각도(a1)를 조절하고, 하체의 다리 길이(L1+L2)에 따라 의자의 높이(H1)를 조절하며, 의자와 디스크 중심 간의 거리(L)에 따라 디스크의 중심 높이(H2)를 조절하여 대퇴근 각도(a2)와 페달링 각도(a3)를 조절할 수 있는 프로그램이 저장될 수 있다. 이를 위해 메모리에는 사용자 인터페이스, 사용자 인식, 사용자 정보 획득, 재활 운동 기구 상태 조정, 생체신호 획득, 최적 설정조건 생성, 정보 출력 등을 위한 프로그램이 추가로 저장될 수 있다. 이러한 프로그램은 프로세서를 포함하는 제어부에 의해 호출되어 제어부에 탑재되거나 수행될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 운동 상황에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법(이하, '분석제어 방법'이라 한다)을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 분석제어 방법은, 스마트기기, 스마트기기의 애플리케이션 또는 이들을 포함하는 분석제어 시스템에서 수행되는 방법으로서, 먼저 앱 초기화면이나 사용자 로그인 화면에서 사용자 입력에 따라 사용자 선택 여부를 판단할 수 있다(S81 및 S82). 사용자는 환자, 일반 사용자 등의 유형으로 등록가능하고 유형에 따라 사용자 정보를 스마트기기나 스마트기기와 연결되는 서버 장치에 저장할 수 있다. 사용자 정보는 의료 정보, 재활 정보, 재활 운동자세 정보, 재활 운동부하 정보, 재활 운동목표 정보 등을 포함할 수 있다.

다음, 사용자가 리컴번트 운동장치에 탑승하면, 분석제어 시스템은 탑승위치로 자세 제어를 수행할 수 있다(S83). 탑승위치로의 자세 제어는 운동 상황에 따른 생체신호를 분석하여 운동자세 및/또는 운동부하를 조정하기 전의 초기 자세를 포함할 수 있다.

다음, 재활 또는 훈련의 종료 상태가 아니면(S84), 분석제어 시스템은 심호흡 연습인지(S85), 심호흡 훈련인지(S86), 운동능력평가인지(S87), 트레이닝인지(S88) 및 자세조정인지(S89) 판단하고, 그 중 하나의 프로세스를 미리 설정된 조건에 기초하여 선택할 수 있다. 이러한 판단 단계들(S85 내지 S89)은 서로 중첩되지 않는 조건에서 동시에 수행되거나 순차적으로 수행되어 그 중의 하나의 프로세스가 선택되도록 처리될 수 있다. 또한, 상기의 판단 단계들(S85 내지 S89)은 스마트기기의 표지장치 화면에 출력되는 선택 메뉴들 중 어느 하나의 입력에 따라 선택될 수 있다. 한편, 재활 또는 훈련의 종료 상태이면, 분석제어 시스템은 현재의 프로세스가 사용자 선택 단계(S82)이나 초기화면 단계(S81)로 복귀하도록 동작할 수 있다.

상기 판단 단계들에서 심호흡 연습 프로세스가 선택되면, 분석제어 시스템은 심호흡 연습을 설명하고(S85a), 일정 시간 경과나 사용자 확인 입력에 따라 설명을 종료할 수 있다(S85b). 설명 종료 시간이 경과하지 않은 상태이거나 사용자의 설명 재요청 입력 등에 따라 상기 설명 단계(S85a)는 반복될 수 있다. 그리고, 설명 종료 시간이 경과하거나 사용자의 확인/종료 입력에 따라 재활 또는 훈련을 종료할 것인지 판단하는 단계(S84)로 되돌아갈 수 있다.

한편, 상기 판단 단계들에서 심호흡 훈련 프로세스가 선택되면, 분석제어 시스템은 그래픽이나 음성 출력을 통해 심호흡 훈련을 진행하고(S86a), 일정 시간 경과나 사용자 확인 입력에 따라 훈련을 종료할 수 있다(S86b). 훈련 시간이 경과하지 않았거나 사용자의 훈련 재요청 입력 등에 따라 상기 심호흡 훈련 단계(S86a)는 반복될 수 있다. 그리고, 설명 종료 시간이 경과하거나 사용자의 확인/종료 입력에 따라 재활 또는 훈련을 종료할 것인지 판단하는 단계(S84)로 되돌아갈 수 있다.

또 한편, 상기 판단 단계들에서 운동능력평가 프로세스가 선택되면, 분석제어 시스템은 그래픽이나 음성 출력을 통해 운동능력평가 과정을 설명하고(S87a), 초기 자세나 미리 설정된 사용자 운동자세로 리컴번트 운동장치의 자세를 조정할 수 있다(S87b). 자세 조정은 제어모터의 동작에 의해 수행될 수 있다. 그런 다음, 분석제어 시스템은 미리 설정된 범위에서 부하를 높여 일정 속도(RPM)를 유지할 수 있다(S87c). 또한, 높인 부하에서 측정한 사용자의 운동 능력을 저장할 수 있다(S87d). 그리고, 일정 시간이나 일정 횟수의 경과 또는 사용자 확인 입력에 따라 훈련을 종료할 수 있다(S87e). 훈련 시간이 경과하지 않았거나 사용자의 훈련 재요청 입력 등에 따라 분석제어 시스템은 앞서 복귀된 부하를 다시 증가시켜 일정 속도를 유지하는 훈련 단계(S87c)와 운동 능력 저장 단계(S87d)를 반복할 수 있다. 그리고, 미리 설정된 훈련 시간이 경과하거나 사용자의 확인/종료 입력에 따라 전체 재활 또는 훈련을 종료할 것인지 판단하는 단계(S84)로 되돌아갈 수 있다.

또 한편, 상기 판단 단계들에서 트레이닝 프로세스가 선택되면, 분석제어 시스템은 그래픽이나 음성 출력을 통해 근력, 유산소, 복합 또는 파워 트레이닝 과정을 설명하고(S88a), 초기 자세나 미리 설정된 사용자 운동자세로 리컴번트 운동장치의 자세를 조정할 수 있다(S88b). 자세 조정은 제어모터의 동작에 의해 수행될 수 있다. 그런 다음, 분석제어 시스템은 미리 설정된 운동부하 및/또는 운동자세로 근력, 유산소, 복합 및 파워 트레이닝들 중 선택된 어느 하나를 실시할 수 있다(S88c). 그리고, 일정 시간이나 일정 횟수의 경과 또는 사용자 확인/종료 입력에 따라 본 훈련 프로세스를 종료할 수 있다(S88d). 트레이닝 시간이 경과하지 않았거나 사용자의 트레이닝 재요청 입력 등에 따라 분석제어 시스템은 근력/유산소/복합/파워 트레이닝을 실시하는 트레이닝 단계(S88c)를 반복 수행하도록 동작할 수 있다. 그리고, 미리 설정된 트레이닝 시간이 경과하거나 사용자의 확인/종료 입력에 따라 전체 재활 또는 훈련을 종료할 것인지 판단하는 단계(S84)로 되돌아갈 수 있다.

또 한편, 상기 판단 단계들에서 자세조정 프로세스가 선택되면, 분석제어 시스템은 미리 설정된 사용자 운동자세로 리컴번트 운동장치의 자세를 조정할 수 있다(S89a). 자세 조정은 미리 저장된 사용자 설정이나 사용자 버튼 입력 등에 따른 제어모터의 동작에 의해 수행될 수 있다. 그런 다음, 분석제어 시스템은 운동자세의 조정이 미리 저장된 사용자 설정과 일치하거나 사용자의 확인/종료 입력에 따라 본 자세조정 프로세스를 종료할 수 있다(S89b). 자세조정이 사용자 설정과 일치하지 않거나 사용자의 자세조정 재요청 입력 등에 따라 분석제어 시스템은 자세조정 단계(S89a)를 반복 수행하도록 동작할 수 있다. 그리고, 분석제어 시스템은 자세조정 결과를 사용자 또는 사용자 계정에 대하여 저장하고(S89c), 전체 재활 또는 훈련을 종료할 것인지 판단하는 단계(S84)로 되돌아갈 수 있다.

본 실시예에 의하면, 리컴번트 운동장치의 운동자세나 운동부하를 스마트기기에서 효율적으로 제어할 수 있는 제어용 앱(application, app.)을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 제어용 앱을 사용하면, 운동 상황에서 생체신호를 분석하고 분석 결과에 따라 혹은 분석 결과에 기초한 목표치에 따라 사용자에게 알맞은 다양한 운동과 운동자세를 효과적으로 조정하고 제어할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체신호 분석 및 운동제어 방법(이하, 분석제어 방법)을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 10은 본 발명의 운동 능력 평가 또는 재활운동 중 주기적으로 자동혈압 측정으로 얻은 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 분석제어 방법은, 사용자 인식하고(S91), 사용자 정보를 획득하고(S92), 리컴번트 운동장치의 자세를 조정하고(S93), 생체신호센서를 통해 사용자의 생체신호를 감지하고(S94), 운동 상황에 따른 생체신호를 분석하고(S95), 분석 결과에 따라 운동장치의 자세를 재조정할 수 있다(S96).

이러한 분석제어 방법은 심장 질환자의 운동능력 평가 혹은 재활 운동치료 중 심전도, 혈압계, 산소포화도 등의 생체신호를 감시하고, 운동능력 평가 혹은 재활운동 치료 중 생체신호에서 이상이나 기설정 이벤트를 감지한 경우에, 모니터링하는 치료사에게 알람이나 경고음을 전달하고 미리 설정된 리컴번트 재활운동 시스템의 자동제어 기능을 작동하도록 활용될 수 있다.

리컴번트 재활운동 시스템의 자동제어 기능으로는 산소포화도 기반 자동제어, 혈압 기반 자동제어, 심전도 기반 자동제어를 포함할 수 있으며, 이를 예시하면 다음과 같다.

산소포화도 기반 자동제어

운동능력 평가 혹은 재활운동 시 산소포화도가 90% 이하로 5초 이상 감소할 경우, 분석제어 방법에서는 알람과 함께 처방된 페달의 부하를 무부하(0 watt)로 자동제어하고, '1분 동안 휴식을 취하세요'라는 문구를 모니터/표시장치에 출력할 수 있다. 표시장치에는 60초, 59초, …, 2초, 1초로 초시간이 디스플레이될 수 있다.

전술한 경우, 모니터닝하는 치료사에게 경고음 및 알람을 주고, 리컴번트 운동장치는 재활운동 자세에서 비상 상황 발생 시를 대비하여 탈석 자세 즉, 의자의 등받이가 올라가고 페달과 의자 사이의 거리가 운동장치에서 사용자를 내려 휠체어나 카트로 이동시키기에 알맞은 거리가 되도록 자동제어될 수 있다.

또한, 분석제어 방법은, 상기 1분이 경과한 후 메모리된 운동자세로 전환하고 운동부하를 다시 세팅한 후, '운동을 시작하겠습니다'라는 문구를 출력하고, 기설정된 시간 경과나 사용자의 동의 입력에 따라 사용자가 다시 운동할 수 있도록 작동할 수 있다. 이러한 프로세스는 환자 증상 기반의 인터벌 트레이닝 자동제어 프로그램의 일부분으로 추가될 수 있다.

혈압 기반 자동제어

본 실시예에 따른 분석제어 방법에서는 운동능력 평가 혹은 재활운동 시작 전 기초 안정 시의 혈압을 측정할 수 있다. 또한, 운동능력 평가에서는 매 3분마다 측정하고, 재활운동 중 혈압은 매 5분마다 측정하여 혈압의 추이를 모니터링하고 모니터링한 정보를 표시장치의 화면에 그래픽 형태(도 10의 244)로 제공할 수 있다.

분석제어 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치는, 혈압이 운동 전 측정한 기초 혈압에 비해 10mmHg 이상 하락한 경우, 처방된 페달의 부하를 무부하로 자동제어하고 '1분 동안 휴식을 취하세요'라는 문구를 모니터에 표시할 수 있다. 모니터에는 60초, 59초, …, 2초, 1초로 초시간이 디스플레이될 수 있다.

이때, 컴퓨팅 장치 또는 모니터링 장치는 모니터닝하는 치료사에게 경고음 및 알람을 주고, 리컴번트 운동장치는 모니터링 장치의 제어에 의해 재활운동 자세에서 비상 상황 발생 시를 대비하여 탈석 자세 즉, 의자의 등받이가 올라가고 페달과 의자 사이의 거리가 사용자를 휠체어나 카트로 이동시키기 알맞은 거리가 되도록 제어될 수 있다.

또한, 분석제어 방법에서는, 상기 1분이 경과한 후 운동장치의 자세를 메모리된 운동자세로 전환하고 운동부하를 재세팅한 후, '운동을 다시 시작하겠습니다'라는 문구를 표시할 수 있다. 이러한 프로세스는 환자 증상기반 인터벌 트레이닝 자동제어 프로그램의 일부로 추가 혹은 삽입될 수 있다.

심전도 기반 자동제어

본 실시예에 따른 분석제어 방법에서는 운동능력 평가를 위해 사용자의 심전도 상에서의 최고 심박수와 최저 심박수의 범위를 설정할 수 있다. 운동능력 평가에서는, 사용자의 심박수가 최저 50bpm ~ 최고 150bpm의 범위 내에 있는 경우, 운동능력 평가 프로그램을 지속하도록 설정될 수 있고, 재활운동에서는, 사용자의 심박수가 최저 50bpm ~ 최고 130 bpm의 범위 내에 있는 경우, 재활운동 프로그램을 지속하도록 설정될 수 있다.

또한, 분석제어 방법에서는, 운동능력 평가 최저 및 최고 범위를 5초 이상 벗어나는 경우, 운동처방을 위한 최대부하로 기억하고, 이를 운동 처방하도록 설정될 수 있다.

한편, 분석제어 방법에서는, 리컴번트 운동장치의 재활운동 자세에서 비상 상황 발생 시를 대비하여 페달의 부하를 무 부하(0watt)로 자동제어하고, 모니터닝하는 치료사에게 경고음 및 알람을 주고, 탈석 자세 즉, 의자의 등받이가 올라가고 페달과 의자 사이의 거리를 휠체어나 카트로 사용자를 이동하기 알맞은 거리가 되도록 자동제어할 수 있다.

또한, 분석제어 방법에서는, 재활 운동 중 최저 및 최고 범위를 5초 이상 벗어나는 경우에 처방된 페달의 부하를 무부하(0 watt)로 자동제어하고, '1분 동안 휴식을 취하세요'라는 문구를 표시장치의 화면에 출력할 수 있다. 표시장치의 화면에는 60초, 59초, …, 2초, 1초로 초시간이 디스플레이될 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분석제어 시스템에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분석제어 시스템에 채용할 수 있는 운동상황 및 생체신호 모니터링 화면을 설명하기 위한 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400)는 사용자 단말 형태을 구비하고 다수의 리컴번트 운동장치(100)나 다른 운동기구(500, 600)로부터 센싱 정보를 획득하고, 이를 화면에 표시할 수 있다.

전술한 경우, 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400)는 심장재활 모니터링 장치로 지칭될 수 있다. 또한, 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400)를 사용하는 재활치료사는 각 운동장치나 운동기구의 운동 상태 및 생체 신호를 태블릿 컴퓨터 등의 사용자 단말을 통해 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 리컴번트 운동장치 등을 제어하여 환자의 재활운동 중에 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400A)는 중앙 모니터링 시스템의 적어도 일부 구성부로서 구비되고 다수의 리컴번트 운동장치(100)나 다른 운동기구(500, 600)로부터 센싱 정보를 획득하여 화면에 표시할 수 있다.

전술한 경우, 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400A)는 심장재활 모니터링 장치로 지칭될 수 있다. 운동상황 및 생체신호 모니터링 장치(400A)를 통해 각 운동장치나 운동기구의 운동 상태 및 생체 신호를 모니터링하는 재활치료사나 관리자는 필요에 따라 리컴번트 운동장치 등을 제어하여 환자의 재활운동 중에 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

전술한 실시예에 의하면, 분석제어 방법 및 시스템은 환자의 체형에 따라 자세를 조정하게 하여 다양한 유산소운동 및 근력운동을 선택적, 복합적으로 운동하도록 할 수 있다.

또한, 운동장치와 심장의 기능과 관련된 여러가지 생체신호를 측정하는 측정신호 즉 생체신호와, 측정된 신호를 가공하여 저장하고 관리할 수 있다. 특히, 심장의 기능과 관련된 여러 가지 생체신호를 측정하고 측정된 신호를 분석하여 출력하거나 운동장치의 위치를 제어하여 환자의 자세를 자동 교정하고 운동 목표치를 제시할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

1. 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드와 연동하는 스마트기기에서 수행되는 생체신호 분석 및 운동제어 방법으로서,
   자전거형 재활 운동 기구를 이용하는 사용자의 생체신호를 모니터링하는 단계;
   상기 자전거형 재활 운동 기구의 제어보드로부터 상기 사용자의 운동상황을 제공받는 단계;
   상기 운동상황에 기초하여 상기 생체신호를 분석하는 단계;
   상기 자전거형 재활 운동 기구의 기본 상태 또는 상기 운동상황 하의 상기 자전거형 재활 운동 기구의 제1 상태와 상기 생체신호의 분석에 기초한 상기 자전거형 재활 운동 기구의 미리 설정된 제2 상태를 비교하는 단계;
   상기 제1 상태와 상기 제2 상태의 비교 결과에 기초하여 상기 제2 상태에 대응하도록 상기 제어보드를 통해 상기 자전거형 재활 운동 기구의 자세를 조정하는 단계를 포함하며,
   상기 자전거형 재활 운동 기구는, 리컴번트 자전거로서, 베이스 일단 상의 의자의 높이와 등받이 각도, 상기 베이스 타단 상의 페달의 높이, 및 상기 의자와 상기 페달 간의 거리를 조정하기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 구비하고,
   상기 모니터링하는 단계는, 사용자의 운동능력평가 또는 재활운동치료 중 심전도, 혈압 및 산소포화도의 생체신호를 감시하는 것을 포함하고,
   상기 스마트기기는 미리 설정된 산소포화도 기반 자동제어, 혈압 기반 자동제어 및 심전도 기반 자동제어 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 선택하며, 그리고 상기 조정하는 단계는 상기 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합에 따른 자동제어로써 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하 및 자세를 조정하고,
   상기 조정하는 단계의 자동제어 후에 상기 스마트기기는 환자 증상 기반의 인터벌 트레이닝 자동제어를 수행하며,
   여기서 상기 환자 증상은 산소포화도가 90% 이하로 5초 이상 감소하거나, 혈압이 운동 전 측정한 기초 혈압에 비해 10mmHg 이하 하락하거나, 사용자의 재활운동시 심박수가 정상적인 값을 5초 이상 미달하거나 초과하는 것을 포함하고,
   상기 산소포화도가 일정 값 이하로 일정 시간 이상 감소하는 경우가 감지되면, 상기 조정하는 단계는 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하를 무부하(0 watt)로 조정하고,
   상기 사용자의 혈압이 운동 전에 측정한 기초 혈압 대비 일정 값 이상 하락하거나 상기 사용자의 운동능력평가 최저 및 최고 범위를 일정시간 동안 벗어나면, 상기 조정하는 단계는 상기 자전거형 재활 운동 기구의 페달 부하가 무부하가 되도록 하고, 비상 상황을 대비하여 의자의 등받이를 올린 후 일정시간이 경과한 다음 메모리된 운동자세로 전환하며,
   상기 스마트기기는 상기 자전거형 재활 운동 기구의 재활운동 자세에서 상기 환자 증상에 대응하는 비상 상황 발생 시 메모리에 저장된 소프트웨어 모듈에 의해 미리 설정된 수신자에게 알람 또는 경고음을 전송하는, 생체신호 분석 및 운동제어 방법.
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