KR102151745B1 - 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법 및 이를 수행하는 웨어러블 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스가, 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 방법에 있어서, (a) 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계; 및 (c) 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법이 제공된다.
Description
본 개시는 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법 및 이를 수행하는 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호인 근전도 신호를 측정하고, 측정된 근전도 신호로부터 심전도 신호를 포함한 잡음이 제거된 순수 근전도 신호만을 획득하여, 획득된 순수 근전도 신호로 근육 피로도를 분석함으로써, 사용자에게 보다 정확한 근육 피로도 평가 정보를 제공할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
운동 선수의 경우 훈련 및 시합 중 근육의 피로도를 정량적으로 확인하는 것은 컨디션 관리 및 장기적인 근육 단련을 위해 매우 필요한 기술이다. 근육 수축 시 발생하는 근전도 신호를 통해 근육의 피로도를 정량적으로 평가하는 방법에 대해 기존부터 여러 연구가 진행되어 왔지만, 아직까지 실시간으로 근전도를 측정하여 근육의 피로도를 정량적으로 분석하는 웨어러블 디바이스는 개발되지 못하였다.
일반적으로 근전도 신호에는 심장에서 발생하는 전기 신호인 심전도 신호를 포함한 여러가지 잡음이 섞여 있기 때문에, 근전도 신호로부터 높은 정확도로 근육의 피로도를 분석하기 위해서는 순수하게 근육에서 발생되는 신호만을 구별해 낼 필요가 있다.
따라서, 실시간으로 운동 선수의 근육 피로도를 정확하게 측정하기 위해, 근전도를 측정하고 측정된 근전도 신호에서 심전도를 포함한 잡음을 순수 근전도 신호에 손상없이 제거한 후 신호 분석을 통해 근육의 피로도를 정량적으로 평가할 수 있도록 하는 웨어러블 디바이스에 대한 기술 개발의 요구가 점차 증대되고 있으며, 상술한 문제점을 해결하기 위한 방안이 시급한 실정이다.
본 개시는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호인 근전도 신호를 측정하고, 측정된 근전도 신호로부터 심전도 신호를 포함한 잡음이 제거된 순수 근전도 신호만을 획득하여, 획득된 순수 근전도 신호를 기초로 근육 피로도를 정량적으로 분석함으로써, 사용자에게 보다 정확한 근육 피로도 평가 정보를 실시간으로 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스가, 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 방법에 있어서, (a) 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계; 및 (c) 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법이 제공된다.
상기 (a) 단계는, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는, (b1) 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하는 단계; 및 (b2) 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는, (b3) 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n0)을 설정하는 단계; (b4) 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키는 단계; 및 (b5) 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (b5) 단계는, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 근육 피로도 분석 결과를 (i) 정보 제공 모듈을 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하거나, (ii) 무선 통신 모듈을 통해 사용자 단말기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 사용자 근육 표면으로부터 감지되는 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 전극; 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하는 프로세서; 근육 피로도 분석 결과를 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하는 정보 제공 모듈; 및 상기 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기로 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하는, 웨어러블 디바이스가 제공된다.
상기 전극은, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하며, 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n0)을 설정하고, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키며, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석할 수 있다.
한편, 본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스에서, 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 근전도 신호 측정 기능; 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 순수 근전도 획득 기능; 및 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 근육 피로도 분석 결과 제공 기능을 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽기 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전극을 통해 측정된 근전도 신호로부터 근육의 운동에 의해 발생한 전기 신호만을 분류하여 근육 피로도의 분석을 실시하는 바, 근육 피로도에 대해 보다 정확한 분석이 가능하다는 효과가 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 사용자의 웨어러블 디바이스 착용으로 전극과 접촉되어 있는 사용자 근육 표면의 전기 신호를 실시간으로 측정하여, 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호를 획득하고, 획득된 신호를 기초로 근육 피로도를 분석하여 사용자에게 분석 결과 정보를 제공하는 바, 사용자에게 근육 피로도에 대한 실시간 분석 정보 제공이 가능하다는 장점이 있다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 분석된 근육 피로도가 미리 설정된 소정의 임계값 이상인 것으로 판단된 경우에 한하여 사용자에게 분석 정보 또는 알람을 제공하는 바, 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 정보 제공에 있어 전력 효율을 높일 수 있다.
본 개시의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 웨어러블 디바이스의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨어러블 디바이스가 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전극에서 측정된 전기 신호로부터 순수 근전도 신호가 획득되는 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 순수 근전도 신호를 기초로 근육의 피로도를 평가하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨어러블 디바이스가 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전극에서 측정된 전기 신호로부터 순수 근전도 신호가 획득되는 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 순수 근전도 신호를 기초로 근육의 피로도를 평가하는 과정을 도시한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시를 설명하기로 한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 웨어러블 디바이스(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스(100)는 전극(110), 프로세서(120), 정보 제공 모듈(130) 및 무선 통신 모듈(140)를 포함할 수 있다.
전극(110)은 사용자의 피부와 직접 또는 간접적으로 접촉되거나 근육에 직접 부착되어, 사용자의 근육 표면에서 전기 신호를 감지할 수 있으며, 사용자의 근육 표면에서 감지된 전기 신호로 근전도 신호를 측정할 수 있다.
상기 근전도 신호는, 심장에서 발생하는 전기 신호인 심전도 신호 및 여러가지 잡음을 포함하여 측정된 신호일 수 있다.
전극(110)은 상기 근전도 신호에 대하여 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다.
전극(110)은 측정한 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 프로세서(120)로 전달하여 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되도록 할 수 있다.
상기 순수 근전도 신호(m[n])는 근육 표면에서 발생된 전기 신호 중 근육의 운동에 의해서만 발생된 전기 신호를 의미하는 것일 수 있다.
프로세서(120)는 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있으며, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 기초로 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 결정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 결정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출할 수 있으며, 산출된 중간값 또는 평균값으로 시간 차이값(n0)을 설정할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 상기 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 일치시킬 수 있다.
프로세서(120)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점이 일치되면, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 시간축에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법으로 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법으로 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])을 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 사용자의 근육 피로도를 정량적으로 분석할 수 있다. 여기서, 프로세서(120)는 기설정된 방식에 따라 근육 피로도의 정량적 분석에 이용되는 특정 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제 1 방식에 따라 프로세서(120)는 피로감을 느끼지 않는 평상 상태에서, EMG(electromyography) 신호의 PSD(power spectral density) 결과에서 잡음(noise)의 영향이 없는 기준 주파수(예: 20 Hz) 이상의 신호에서의 가장 크기(magnitude)가 큰 피크점의 주파수 값을 특정 주파수로 결정할 수 있다. 다른 예로, 제 2 방식에 따라 프로세서(120)는 피로감을 느끼지 않는 평상 상태에서, EMG 신호의 PSD 결과로부터 NCPD(normalized cumulative power distribution)를 구한 다음, 축적 파워(cumulative power)가 특정 비율(예: 25%, 50%, 25% 내지 50%)이 되는 주파수 값을 특정 주파수로 결정할 수 있다.
본 개시는 특정 주파수를 결정하는 방법을 제 1 방식 또는 제 2 방식으로 제한하여 해석되지 않는다. 본 개시에 따라, 프로세서(120)는 제 1 방식 또는 제 2 방식에 따라 결정된 특정 주파수를 이용하여 근육 피로도를 정량적으로 분석함으로서 보다 정확한 결과를 획득할 수 있다. 근육의 피로도가 높아질수록 고주파 영역대의 에너지가 보다 적게 관찰될 수 있으며, 그와 같은 근육의 특성을 이용하여 프로세서(120)는 제 1 방식 또는 제 2 방식에 따라 보다 높은 정확도를 갖는 정량 분석을 수행할 수 있다.
정보 제공 모듈(130)은 스피커나 디스플레이의 형태로 웨어러블 디바이스(100) 내에 구비되는 것을 의미할 수 있다.
이에 따라, 정보 제공 모듈(130)은 프로세서(120)에서 분석된 근육 피로도 정보를 음성 정보 또는 시각적 정보로 변환 또는 나타내어 사용자에게 제공할 수 있다.
무선 통신 모듈(140)은 프로세서(120)에서 도출된 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기(미도시)로 전송하여 사용자에게 제공할 수 있으며, 사용자뿐만 아니라 사용자의 관계자 단말기로도 무선 통신을 통해 정보를 전송하여 정보 공유가 이뤄지도록 할 수 있다.
상기 사용자 단말기(미도시)는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등과 같이 터치 스크린 패널이 구비된 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있으며, 이 외에도 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC, 셋탑 박스를 포함하는 IPTV와 같이, 애플리케이션을 설치하고 실행할 수 있는 기반이 마련된 장치도 포함할 수 있다.
사용자 단말기(미도시)에는 근전도 측정에 따른 근육 피로도 분석 프로그램이 미리 설치되어 사용자 단말기(미도시)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다.
사용자 단말기(미도시)는 본 명세서에서 설명되는 기능을 실현시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 통해 동작하는 컴퓨터 등의 단말기로 구현될 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 신체에 부착 또는 착용되는 형태로 구현되는 것일 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)에는 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 프로그램이 미리 설치되어 있을 수 있으며, 별도의 메모리 기능이 구비되어 있어 사용자의 설정 기능 또는 측정 정보 및 분석 정보가 저장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨어러블 디바이스(100)가 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 근육 표면으로부터 전기 신호를 감지하여 근전도 신호를 측정할 수 있다(S210). 이 때, 측정되는 근전도 신호는, 근육 운동 시 발생되는 근전도 신호 외에 심장에서 발생되는 전기 신호인 심전도 신호 및 잡음이 포함되어 측정된 신호일 수 있다.
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 순수하게 근육 운동 시 발생되는 근전도 신호로 정확도가 향상된 근육 피로도 분석을 수행하기 위해, 상기 측정된 근전도 신호에서 순수 근전도 신호(m[n])만을 분류하여 획득할 수 있다(S220).
상기 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되면, 웨어러블 디바이스(100)는 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도에 대한 정량적 분석을 수행할 수 있으며(S230), 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 사용자에게 제공할 수 있다(S240).
상기 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보는 웨어러블 디바이스(100) 내 구비되어 있는 스피커 또는 디스플레이 장치를 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 사용자에게 제공될 수 있으며, 이를 위해 웨어러블 디바이스(100)는 분석 결과 정보 제공을 위한 변환을 더 수행할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 기초로, 별도의 알고리즘을 통해 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는지 여부에 대하여 판단을 수행할 수 있으며, 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는 경우에 한하여 사용자에게 분석 결과를 제공함으로써 전력 효율을 높일 수 있다. 이 때, 상기 소정의 임계값은, 사용자에 의해 미리 설정되는 것일 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 근육 피로도에 대한 분석이 완료되는 즉시 사용자에게 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 제공하되, 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는 것으로 판단된 경우에 한하여 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 알람을 추가 제공할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전극(110)에서 측정된 전기 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 구비된 전극(110)을 통해 사용자의 근전도 신호를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 측정된 근전도 신호로부터 근육 운동만으로 발생된 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 해당 신호를 기초로 정확한 근육 피로도를 분석하기 위해, 웨어러블 디바이스(100)는 전극(110)을 통해 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 측정하고(S211), 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다(S212).
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정할 수 있으며(S221), 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬할 수 있다(S222).
또한, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다(S223).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 산출된 중간값 또는 평균값을 시간 차이값(n0)으로 설정할 수 있다(S224).
상기 시간 차이값(n0) 설정이 완료되면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 일치시킬 수 있다(S225).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킴에 따라, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써, 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다(S226).
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킨 후, 시간축에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법을 이용하여, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킨 후, 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하는 방법을 이용하여, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.
이 때, 상기 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법은, 고속 푸리에 변환을 포함한 이산시간 푸리에 변환, 이산 푸리에 변환 및 자기 상관과 고속 푸리에 변환이 합쳐진 스펙트럼 평가 방법 중 적어도 어느 하나의 방법을 통해 수행되는 것일 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육의 피로도를 평가하는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 획득된 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 통해 변환을 수행하여 주파수 축의 에너지 스펙트럼 밀도(M[k])를 산출할 수 있다(S231).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 산출된 주파수 축의 에너지 스펙트럼 밀도(M[k])를 기초로 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r)을 산출할 수 있다(S232). 이 때, 특정 주파수는, 사용자의 설정에 따라 상이하게 설정되는 것일 수 있다.
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 산출된 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r)과 미리 산출되어 있는 근육 운동 전 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r0)을 비교하여, 감소한 정도를 판단할 수 있으며, 이를 통해 근육 피로도를 분석할 수 있다(S233).
상기 기술된 근육 피로도 평가 알고리즘을 통해, 단순한 주파수 필터를 사용하여 근육 피로도를 분석하는 방법에 비해 순수 근전도 신호(m[n])를 손상없이 검출해 낼 수 있다.
또한, 상기 기술된 근육 피로도 평가 알고리즘은 저사양의 하드웨어에서도 구현될 수 있는 정도의 효율적인 계산 방법인 바, 디바이스 적용 범위가 넓어 실용화에 용이하다.
이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전극을 통해 측정된 근전도 신호로부터 근육의 운동에 의해 발생한 전기 신호만을 분류하여 근육 피로도의 분석을 실시하는 바, 근육 피로도에 대해 보다 정확한 분석이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 사용자의 웨어러블 디바이스 착용으로 전극과 접촉되어 있는 사용자 근육 표면의 전기 신호를 실시간으로 측정하여, 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호를 획득하고, 획득된 신호를 기초로 근육 피로도를 분석하여 사용자에게 분석 결과 정보를 제공하는 바, 사용자에게 근육 피로도에 대한 실시간 분석 정보 제공이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 분석된 근육 피로도가 미리 설정된 소정의 임계값 이상인 것으로 판단된 경우에 한하여 사용자에게 분석 정보 또는 알람을 제공하는 바, 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 정보 제공에 있어 전력 효율을 높일 수 있다.
본 개시의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 웨어러블 디바이스
110 : 전극
120 : 프로세서
130 : 정보 제공 모듈
140 : 무선 통신 모듈
110 : 전극
120 : 프로세서
130 : 정보 제공 모듈
140 : 무선 통신 모듈
Claims (14)
- 웨어러블 디바이스가, 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 방법에 있어서,
(a) 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 단계;
(b) 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계; 및
(c) 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하는 단계;
(b2) 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하는 단계;
(b3) 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n0)을 설정하는 단계;
(b4) 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키는 단계; 및
(b5) 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계를 더 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (b5) 단계는,
상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 근육 피로도 분석 결과를 (i) 정보 제공 모듈을 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하거나, (ii) 무선 통신 모듈을 통해 사용자 단말기로 전송하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.
- 사용자 근육 표면으로부터 감지되는 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 전극;
상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하는 프로세서;
근육 피로도 분석 결과를 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하는 정보 제공 모듈; 및
상기 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기로 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하고,
상기 전극은, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하고,
상기 프로세서는,
상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하며,
상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하고,
상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n0)을 설정하고,
상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키며,
상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는, 웨어러블 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 주파수축으로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는, 웨어러블 디바이스.
- 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는, 웨어러블 디바이스.
- 제1항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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