KR102335210B1 - Measurement method and visualization device for muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 통해 근육에서 측정된 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HHb 또는 HbR) 수치를 이용하여 근육의 피로도를 측정하는 방법과, 근피로를 측정할 수 있는 근전도의 MDF(median frequency)와의 상관관계 분석을 통한 근육 부위별 피로도 측정 및 분포맵(또는 깊이맵) 가시화(표현) 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 근피로도 측정의 대상이 되는 근육 부위의 피부에 다수의 광원-검출기쌍으로 구성되는 채널을 갖는 센서 패치를 부착하는 절차; 상기 센서 패치로부터 얻은 다채널 신호에 대해 근적외선 분광법에 의한 측정을 실시하여 채널별로 측정 데이터를 취득하는 절차; 취득된 채널별 측정 데이터로부터 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HbR)의 수치를 이용하여 근육의 피로도를 분석하는 절차를 포함하는 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법이 제공된다. The present invention provides a method for measuring muscle fatigue using oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HHb or HbR) levels measured in muscle through multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS), and an EMG capable of measuring muscle fatigue It provides a device for measuring fatigue for each muscle part and visualizing (expressing) a distribution map (or depth map) through correlation analysis with the MDF (median frequency). According to the present invention, there is provided a procedure for attaching a sensor patch having a channel composed of a plurality of light source-detector pairs to the skin of a muscle region to be measured for muscle fatigue; a procedure of acquiring measurement data for each channel by measuring the multi-channel signals obtained from the sensor patch by near-infrared spectroscopy; A method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy is provided, including a procedure for analyzing muscle fatigue using the levels of oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HbR) from the acquired measurement data for each channel.

Description

다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법 및 가시화 장치 {Measurement method and visualization device for muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy}{Measurement method and visualization device for muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy}

본 발명은 다채널 근적외선 분광법을 통해 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈의 근전도 MDF 상관관계를 분석하여 근육 부위 및 깊이에 따른 근피로를 측정하는 방법 및 표현(가시화) 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring muscle fatigue according to muscle area and depth by analyzing the EMG MDF correlation between oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin through multi-channel near-infrared spectroscopy and to a display (visualization) device.

기존의 근육 관련 측정시에는 근전도(EMG), 근육 진동센서(MMG), 근육경도센서 등의 방법들이 사용되고 있으나 움직임에 대한 노이즈 발생이 매우 심하여 활동적인 운동 중의 측정이 제한적이며 근육 깊이에 따른 활성도 측정이 불가능하다.Existing muscle-related measurements, such as electromyography (EMG), muscle vibration sensor (MMG), and muscle hardness sensor, are used. This is impossible.

이보다 개선된 근육 측정용으로 근적외선 분광법(NIRS: near-infrared spectroscopy)이 있으나 이 경우에는 단일 채널 혹은 유선의 장비이기 때문에 피험자의 근육 활동량을 다양한 부위에 대하여 측정하는 데 불편함이 있고, 다채널에 대한 실시간 모니터링이 어렵다. Near-infrared spectroscopy (NIRS) is an improved muscle measurement method, but in this case, it is a single-channel or mammary device, so it is inconvenient to measure the subject's muscle activity in various areas, and multi-channel Real-time monitoring is difficult.

그리고 종래에는 근육의 표면만 가지고 근적외선 투과율에 따른 근육 깊이 정보별 근피로 측정 및 평가를 하고 있다.And, conventionally, only the surface of the muscle is used to measure and evaluate muscle fatigue for each muscle depth information according to the near-infrared transmittance.

본 발명자들은, 다채널 근적외선 분광법을 사용할 경우, 움직임에 대한 노이즈가 상대적으로 매우 적고 근적외선의 투과 정도에 따른 깊이 정보를 취득할 수 있어서 근육의 내부적 깊이에 따른 활성도 측정이 가능하여 보다 효과적인 맞춤형 근력 강화 훈련이 가능해질 것에 착안하여 본 발명을 제안한다. 제안하는 다채널 근적외선 분광장치를 사용한 근피로 측정 방법을 활용한다면 보다 복합적인 근피로 측정 연구가 가능해진다.The present inventors have found that, when multi-channel near-infrared spectroscopy is used, movement noise is relatively very small, and depth information according to the degree of penetration of near-infrared can be obtained, so that activity can be measured according to the internal depth of the muscle, so that more effective customized muscle strength reinforcement The present invention is proposed based on the fact that training becomes possible. If the muscle fatigue measurement method using the proposed multi-channel near-infrared spectrometer is used, more complex muscle fatigue measurement research becomes possible.

따라서 본 발명은 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 통해 근육에서 측정된 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HHb 또는 HbR) 수치를 이용하여 근육의 피로도를 측정하는 방법을, 그리고 근피로를 측정할 수 있는 근전도의 MDF(median frequency)와의 상관관계 분석을 통한 근육 부위별 피로도 측정 및 분포맵(또는 깊이맵) 가시화(표현) 장치를 제공함을 목적으로 한다. Therefore, the present invention is a method for measuring muscle fatigue using oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HHb or HbR) levels measured in muscle through multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS), and it is possible to measure muscle fatigue An object of the present invention is to provide a device for measuring fatigue for each muscle region and visualizing (expressing) a distribution map (or depth map) through correlation analysis with MDF (median frequency) of an electromyogram.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면 다음과 같은 수단을 제공한다.In order to solve the above problems, according to the present invention, the following means are provided.

- 근전도 MDF와의 상관분석을 이용한 근적외선 분광법의 근피로 측정 프로세스- Muscle fatigue measurement process of near-infrared spectroscopy using correlation analysis with EMG MDF

- 근전도의 MDF와의 선형회귀분석을 이용한 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈의 상관식 도출- Derivation of correlation between oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin using linear regression analysis with MDF of electromyography

- 측정된 근피로 데이터 및 분포맵을 이용한 근피로 가시화- Visualization of muscle fatigue using measured muscle fatigue data and distribution map

- 측정된 근육 깊이별 근피로 데이터 및 깊이맵을 이용한 근피로 가시화- Visualization of muscle fatigue using muscle fatigue data and depth map by measured muscle depth

좀더 구체적으로, 본 발명의 한 측면에 따르면, 근피로도 측정의 대상이 되는 근육 부위의 피부에 다수의 광원-검출기쌍으로 구성되는 채널을 갖는 센서 패치를 부착하는 절차; 상기 센서 패치로부터 얻은 다채널 신호에 대해 근적외선 분광법에 의한 측정을 실시하여 채널별로 측정 데이터를 취득하는 절차; 취득된 채널별 측정 데이터로부터 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HbR)의 수치를 이용하여 근육의 피로도를 분석하는 절차를 포함하는 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법이 제공된다.More specifically, according to one aspect of the present invention, a procedure of attaching a sensor patch having a channel composed of a plurality of light source-detector pairs to the skin of a muscle region to be measured for muscle fatigue; a procedure of acquiring measurement data for each channel by measuring the multi-channel signals obtained from the sensor patch by near-infrared spectroscopy; A method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy is provided, including a procedure for analyzing muscle fatigue using the levels of oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HbR) from the acquired measurement data for each channel.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법에 의해 분석된 근피로도 데이터를 가시화하는 장치로, 상하지 근육별로 제작된 3D 인체 모델링 데이터, 상기 분석된 근피로 데이터를 다수의 픽셀별로 다른 색상 또는 명도로 표현하는 근피로 데이터 표시부, 상기 센서 패치의 근육 부착 위치에 상응하는 상기 3D 인체 모델링 데이터상의 위치에 표시되는 상기 다채널 센서 패치의 부착위치 표시부를 포함하는 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 데이터 가시화 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, as an apparatus for visualizing muscle fatigue data analyzed by the muscle fatigue measurement method using the above-described multi-channel near-infrared spectroscopy, 3D human body modeling data produced for each upper and lower limb muscles, and the analyzed muscle fatigue data A multi-channel near-infrared spectroscopy comprising a muscle fatigue data display unit expressing different colors or brightness for each pixel, and an attachment position display unit of the multi-channel sensor patch displayed at a position on the 3D human body modeling data corresponding to the muscle attachment position of the sensor patch An apparatus for visualizing muscle fatigue measurement data used is provided.

이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다. The configuration and operation of the present invention introduced above will be clearer through specific embodiments described later with drawings.

본 발명에 따르면 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 이용하여 근육 부위별 다채널 근피로 지수를 측정해서 분포맵 또는 깊이맵으로 표현할 수 있다. 종래의 근전도 이용 근피로 측정은 표면 근전도를 이용하여 피로도를 측정하기 때문에 근육의 깊이에 따른 근피로 측정이 불가능한 반면, 본 발명의 다채널 근적외선 분광법은 근적외선 투과율에 따른 근육 깊이별 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈 측정이 가능하고 근육 깊이별 다채널 근피로 지수를 깊이맵으로 제공할 수 있다. 따라서 기존에 측정할 수 없었던 근육 깊이에 따른 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈 측정을 통한 근육 깊이별 근피로 측정이 가능해진다.According to the present invention, a multi-channel muscle fatigue index for each muscle region can be measured using multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS) and expressed as a distribution map or a depth map. While the conventional muscle fatigue measurement using EMG uses surface EMG to measure fatigue, it is impossible to measure muscle fatigue according to the depth of the muscle, whereas the multi-channel near-infrared spectroscopy of the present invention measures oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin for each muscle depth according to the near-infrared transmittance. It is possible to provide a multi-channel muscle fatigue index for each muscle depth as a depth map. Therefore, it becomes possible to measure muscle fatigue by muscle depth by measuring oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin according to muscle depth, which could not be measured previously.

다채널 근적외선 분광 측정 장비를 활용하여 측정한 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈을 이용하여 근육의 근피로를 분포맵 또는 깊이맵으로 표현할 수 있어서 맞춤형 근력 강화 훈련 및 근지구력 훈련, 재활 훈련에 활용할 수 있고, 다채널 근적외선 분광 측정 장비를 이용하여 실시간 근육의 피로도에 대한 분포맵 및 깊이맵 분석을 제공하므로 근력 측정 및 맞춤형 훈련 시스템 분야 등에 활용 가능하다.By using oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin measured using multi-channel near-infrared spectroscopy equipment, muscle fatigue can be expressed as a distribution map or a depth map, so it can be used for customized strength training, muscular endurance training, and rehabilitation training. Since it provides a distribution map and depth map analysis for real-time muscle fatigue by using a near-infrared spectrometer, it can be used in the field of muscle strength measurement and customized training systems.

도 1은 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 이용한 근피로 측정 방법의 실시예
도 2는 NIRS의 광소자(광원 및 광검출기) 배치 및 8채널인 경우의 채널 구성
도 3은 본 발명에 따른 다채널 NIRS 근피로 측정 방법에 포함된 근피로 예측 프로세스
도 4는 도 3에 나타낸 근피로 70% 구간 진입시 훈련량 조절을 위한 예측시간 가시화 유저인터페이스의 예시도
도 5는 DOT가 적용된 40개 영역의 HbO₂와 HbR 데이터를 정규화하여 근피로 알고리즘을 적용한 결과
도 6은 근피로 크기 및 색상 단계별 근피로 데이터 가시화 예시도
도 7의 바이패드 리깅 기술을 적용한 근육 모델링과 동작 기능을 부여한 근육 모델링 예시도
도 8은 하지 근육별 3D 모델 객체화 예시도
도 9는 3D 인체 모델링 상의 NIRS 패치 부착 위치 정합 프로세스
도 10은 색상에 의한 근육 피로도 분포맵의 예
도 11은 근피로도 수치 그래프의 예시도
도 12는 근피로 모니터링 프로그램의 UI의 한 예
1 is an embodiment of a method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS);
2 is an arrangement of optical elements (light source and photodetector) of NIRS and channel configuration in case of 8 channels
3 is a muscle fatigue prediction process included in the multi-channel NIRS muscle fatigue measurement method according to the present invention;
4 is an exemplary diagram of a predicted time visualization user interface for adjusting the amount of training when entering the 70% muscle fatigue section shown in FIG. 3
5 is a result of applying a muscle fatigue algorithm by normalizing HbO₂ and HbR data of 40 regions to which DOT is applied.
6 is an example diagram of muscle fatigue data visualization by size and color
An example of muscle modeling applied with the bipad rigging technique of FIG.
8 is an example diagram of 3D model objectification for each lower extremity muscle
9 is an NIRS patch attachment positioning process on 3D human body modeling.
10 is an example of a muscle fatigue distribution map by color
11 is an exemplary view of a numerical graph of muscle fatigue
12 is an example of a UI of a muscle fatigue monitoring program

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the detailed description in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is defined by the description of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.On the other hand, the terms used herein are for the purpose of describing the embodiment, not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” or “comprising” refers to the presence or absence of one or more other components, steps, operations and/or elements other than the stated elements, steps, acts and/or elements. addition is not excluded.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings, and in explaining the present invention, detailed descriptions of related known components or functions In the case where the gist of the present invention may be obscured, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 이용한 근피로 측정 방법의 실시예를 나타낸다. NIRS를 다채널로 실시하여 근육에서 측정된 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HbR)의 수치를 이용하여 근육의 피로도를 측정한다. 피측정 근육 부위의 피부에 센서(10)를 부착하고 이 센서(10)로부터 얻은 신호에 대해 본 발명에 따른 다채널 NIRS 측정을 실시(20)하여 채널별로 얻어진 측정 데이터로부터 근피로 분석(40)을 해서 근피로 정보를 출력(50)해 피검자나 의료진 등에게 피드백한다. 한편, 근피로 분석 장치 또는 단계(40)는 다채널 NIRS 측정(20)에 의한 파일럿 테스트(25)를 통해 분석 성능 및 신뢰도가 향상될 수 있다. 1 shows an embodiment of a method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS). By performing NIRS in multiple channels, muscle fatigue is measured using the levels of oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HbR) measured in the muscle. The sensor 10 is attached to the skin of the muscle part to be measured, and the multi-channel NIRS measurement according to the present invention is performed on the signal obtained from the sensor 10 (20), and muscle fatigue analysis (40) is performed from the measurement data obtained for each channel. Thus, the muscle fatigue information is output (50) and fed back to the examinee or medical staff. Meanwhile, in the muscle fatigue analysis apparatus or step 40 , analysis performance and reliability may be improved through the pilot test 25 by the multi-channel NIRS measurement 20 .

도 2는 NIRS의 광소자(광원 및 광검출기) 배치 및 8채널인 경우의 채널 구성을 나타낸다. 좌측은 피부에 부착되는 패치 형태의 센서(11)가 광원 S1, S2와 검출기 D1, 2, 3, 4로 구성된 것을 나타내고, 우측은 좌측의 센서로써 8개 채널을 구성한 것을 나타낸다. 깊이(depth) 1 그룹(12)과 깊이 2 그룹(13)으로 깊이군을 구성하고 각 깊이군별로 4개의 채널을 구성하였다. 깊이(depth) 1 그룹(12)의 채널(Ch) 1은 S1과 D1 사이의 약 2.5cm, 채널 2는 S1-D2의 약 2cm, 채널 3은 S2-D1의 약 2.5cm, 채널 4는 S2-D2의 약 2cm이다. 그리고, 깊이 2 그룹(13)의 채널 1은 S1-D3의 약 3.35cm, 채널 2는 S1-D4의 약 3cm, 채널 3은 S2-D3의 약 3.35cm, 채널 4는 S2-D24 약 23m이다. 이렇게 다채널 NIRS를 시행함에 의해 종래의 NIRS와 달리, 전체 채널에 대한 측정의 평균값 비교를 통해 각 채널별 깊이에 대해 HbO2, HbR을 추정할 수 있다.2 shows the arrangement of optical elements (light source and photodetector) of NIRS and the channel configuration in the case of 8 channels. The left side shows that the sensor 11 in the form of a patch attached to the skin consists of light sources S1 and S2 and detectors D1, 2, 3, and 4, and the right side shows that the sensor on the left consists of 8 channels. A depth group was composed of a depth 1 group (12) and a depth 2 group (13), and 4 channels were configured for each depth group. In depth 1 group 12, channel Ch 1 is about 2.5 cm between S1 and D1, channel 2 is about 2 cm from S1-D2, channel 3 is about 2.5 cm from S2-D1, and channel 4 is S2 -D2 is about 2 cm. In the depth 2 group 13, channel 1 is about 3.35 cm from S1-D3, channel 2 is about 3 cm from S1-D4, channel 3 is about 3.35 cm from S2-D3, and channel 4 is about 23 m from S2-D24. . By implementing the multi-channel NIRS in this way, unlike the conventional NIRS, HbO 2 , HbR can be estimated for the depth of each channel by comparing the average values of measurements for all channels.

센서에는 주변 광선과의 간섭을 피하기 위해 검정색 천으로 된 불투명한 슬리브로 에워싸고 신호는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 8Hz로 샘플링하고 데이터는 10초 간격으로 필터링 처리한다. The sensor is encased in an opaque sleeve of black cloth to avoid interference with ambient light, the signal is sampled at 8Hz by computer software, and the data is filtered at 10-second intervals.

이하, 본 발명에 따른 다채널 NIRS 근피로 측정 방법에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, the multi-channel NIRS muscle fatigue measurement method according to the present invention will be described in detail.

1. 근피로 측정 방법에서의 고려사항1. Considerations in muscle fatigue measurement method

먼저, 근피로 측정 알고리즘에서는 NIRS를 위한 광소자들(광원 및 광검출기) 간의 상대적 차이를 보정해야 할 필요가 있다. 다채널 NIRS의 장비들의 광소자 배열(거리, 위치)에 따라 측정되는 데이터가 상이할 수 있어 이에 대한 상대적 차이를 감소시키는 데이터 정규화를 의미한다. 이를 위해 본 발명의 다채널 NIRS용 광소자 배열에 따른 다채널 근피로 측정 알고리즘에는, 센서 부착 위치별/깊이별 보정 기술이 적용된다. 다채널 NIRS의 경우 광소자의 배열에 따라 취득될 수 있는 HbO2, HbR 값이 광소자의 거리 및 위치에 따라 상대적으로 달라질 수 있음에 따라 DOT(Diffuse Optical Tomography) 기술을 적용하여 광소자 간의 상대적 차이를 없애고 40개 영역에 대한 HbO2, HbR 기반의 근피로 측정 알고리즘을 적용함으로써 센서 부착 위치별/깊이별 보정을 하였다. DOT 적용시에, 8채널에서 측정되는 HbO2와 HbR 데이터와의 Absolute value의 단위에 변화가 발생하게 되는데 이를 위한 정규화 과정이 필요하다. First, in the muscle fatigue measurement algorithm, it is necessary to correct the relative difference between optical elements (light source and photodetector) for NIRS. Measured data may be different depending on the optical element arrangement (distance, location) of the devices of the multi-channel NIRS, so it means data normalization to reduce the relative difference. To this end, in the multi-channel muscle fatigue measurement algorithm according to the optical device arrangement for multi-channel NIRS of the present invention, a correction technique for each sensor attachment position/depth is applied. In the case of multi-channel NIRS, since the HbO 2 and HbR values that can be obtained depending on the arrangement of the optical devices can be changed relatively depending on the distance and location of the optical device, DOT (Diffuse Optical Tomography) technology is applied to determine the relative difference between the optical devices. By applying an HbO 2 , HbR-based muscle fatigue measurement algorithm to 40 areas, correction was made for each sensor attachment location/depth. When DOT is applied, a change occurs in the unit of the absolute value between HbO 2 and HbR data measured in 8 channels, and a normalization process is required for this.

이를 위해 운동 시작 전 휴식시간의 1분 데이터 평균을 이용하여 8채널 HbO2와 HbR 데이터와, 동일 시간대의 DOT가 적용된 HbO₂와 HbR 데이터의 회귀분석을 통해 정규화 알고리즘을 개발하였고, 또한 깊이별 DOT가 적용된 HbO₂와 HbR의 40개 영역 데이터에 대해서는 DOT 적용 전의 8채널 HbO₂와 HbR 평균데이터와의 선형회귀분석을 통한 정규화 알고리즘을 개발하였다. 각 깊이별 HbO₂, HbR 각각에 대한 정규화 알고리즘은 다음과 같다. To this end, a regularization algorithm was developed through regression analysis of 8-channel HbO 2 and HbR data and HbO₂ and HbR data to which DOT of the same time period was applied using the 1-minute data average of rest time before exercise. For the applied HbO₂ and HbR 40 domain data, a normalization algorithm was developed through linear regression analysis with the average data of 8-channel HbO₂ and HbR before DOT application. The normalization algorithm for each depth HbO₂ and HbR is as follows.

① Depth1의 HbO₂ 정규화 알고리즘① HbO₂ regularization algorithm of Depth1

· 선형회귀분석 결과 R 값은 .988로 매우 높게 나타났으며, HbO₂계수는 -.19, 상수는 0으로, 모두 유의확률 .000로 나타났다. · As a result of linear regression analysis, the R value was .988, which was very high, the HbO₂ coefficient was -.19 and the constant was 0, all with a significance probability of .000.

· 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 Depth1의 HbO₂에 대한 정규화 알고리즘이 도출되었다. · Based on the results of linear regression analysis, the following normalization algorithm for HbO₂ of Depth1 was derived.

Figure 112018124202644-pat00001
..............(1)
Figure 112018124202644-pat00001
..............(One)

② Depth2의 HbO₂ 정규화 알고리즘 ② HbO₂ regularization algorithm of Depth2

· 선형회귀분석 결과 R 값은 .552로 나타났으며, HbO₂계수는 -.033, 상수는 .001로 모두 유의확률 .000로 나타났다. · As a result of linear regression analysis, the R value was .552, the HbO₂ coefficient was -.033, and the constant was .001, indicating a significance probability of .000.

· 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 Depth2의 HbO₂에 대한 정규화 알고리즘이 도출되었다. · Based on the results of linear regression analysis, the following normalization algorithm for HbO₂ of Depth2 was derived.

Figure 112018124202644-pat00002
..............(2)
Figure 112018124202644-pat00002
..............(2)

③ Depth1의 HbR 정규화 알고리즘 ③ HbR regularization algorithm of Depth1

· 선형회귀분석 결과 R 값은 .994로 매우 높게 나타났으며, HbR 계수는 -.013, 상수는 -6.63E-5로 모두 유의확률 .000로 나타났다. · As a result of the linear regression analysis, the R value was found to be very high at 0.994, the HbR coefficient was -0.013 and the constant was -6.63E-5, all with a significance probability of .000.

· 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 Depth1의 HbR에 대한 정규화 알고리즘이 도출되었다. · Based on the results of linear regression analysis, the following normalization algorithm for HbR of Depth1 was derived.

Figure 112018124202644-pat00003
..............(3)
Figure 112018124202644-pat00003
...............(3)

④ Depth2의 HbR 정규화 알고리즘 ④ HbR regularization algorithm of Depth2

· 선형회귀분석 결과 R 값은 .981로 매우 높게 나타났으며, HbR 계수는 -.017, 상수는 -6.345E-5로 유의확률 .000, .002로 나타났다. · As a result of the linear regression analysis, the R value was very high, 0.981, the HbR coefficient was -.017, and the constant was -6.345E-5, showing the significance probabilities of .000 and .002.

· 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 Depth2의 HbR에 대한 정규화 알고리즘이 도출되었다. · Based on the results of linear regression analysis, the following normalization algorithm for HbR of Depth2 was derived.

Figure 112018124202644-pat00004
..........(4)
Figure 112018124202644-pat00004
..........(4)

두 번째, 본 발명의 다채널 근피로 측정 알고리즘을 개인별, 운동별 통합 적용이 가능하도록 등척성(Isometric) Task, 점증부하운동(GXT) Task, 등속성(Isokinetic) Task, Wingate Task의 맞춤형 운동별로 보완하는 기술을 개발하였다. 이들 등척성 Task, 점증부하운동 Task, 등속성 Task, Wingate Task의 경우에 NIRS 신호 패턴이 다르게 나타나는바, 이에 따라 단기간의 피로 유발 훈련과 장기간의 피로 유발 훈련에 따라 각기 다른 분석 방법 적용이 요구된다. Second, to complement the multi-channel muscle fatigue measurement algorithm of the present invention for each individual and exercise-specific integrated application, customized exercise of Isometric Task, Incremental Load Exercise (GXT) Task, Isokinetic Task, and Wingate Task technology was developed. In the case of these isometric task, incremental load exercise task, isokinetic task, and Wingate task, the NIRS signal pattern appears differently, and accordingly, different analysis methods are required depending on the short-term fatigue-inducing training and the long-term fatigue-inducing training.

단기 피로 유발 훈련의 경우 NIRS의 HbO₂와 HbR의 경우 평균 변화가 확연히 나타나는 반면, 장기 피로 유발 훈련의 경우 HbO₂와 HbR의 경우 평균 변화보다는 각 신호의 진폭 변화가 나타났다. 이에 따라 평균 값을 이용한 EMG(근전도)와의 회귀분석보다는 진폭 변화를 확인할 수 있는 RMS(Root Mean Square)를 이용한 회귀분석을 적용한다.In the case of short-term fatigue-induced training, the average change of HbO₂ and HbR of NIRS was evident, whereas in the case of long-term fatigue-induced training, the amplitude change of each signal was observed rather than the average change of HbO₂ and HbR. Accordingly, rather than regression analysis with EMG (electromyography) using the mean value, regression analysis using RMS (Root Mean Square) that can confirm the amplitude change is applied.

따라서 맞춤형 훈련에 적합한 개별 근피로 측정 알고리즘을 보완하여 훈련형태에 맞는 적용이 가능하도록 할 수 있다.Therefore, by supplementing the individual muscle fatigue measurement algorithm suitable for customized training, it can be applied according to the training type.

(가) 등척성(Isometric) 훈련에 대한 NIRS용 근피로 측정 알고리즘 (A) NIRS muscle fatigue measurement algorithm for isometric training

- EMG 신호로부터 추출된 MDF 평균과 NIRS의 HbO₂와 HbR의 RMS 평균을 선형회귀분석(Linear bivariate regression)을 수행하여 상관계수와 상수를 도출하였다.- Linear bivariate regression was performed on the MDF average extracted from the EMG signal and the RMS average of HbO₂ and HbR of NIRS to derive correlation coefficients and constants.

- 선형회귀분석 결과 R 값은 .888로 높게 나타났으며, HbO₂는 773.054, HHb는 2409.466, 상수는 49.865로 모두 유의확률 .000, .580, .015로 나타났다.- As a result of the linear regression analysis, the R value was high as .888, HbO₂ was 773.054, HHb was 2409.466, and the constant was 49.865, all showing significant probabilities of .000, .580, and .015.

- 이러한 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 NIRS 기반 근피로 측정 알고리즘을 도출하였다.- Based on the results of the linear regression analysis, the following NIRS-based muscle fatigue measurement algorithm was derived.

Figure 112018124202644-pat00005
........ (5)
Figure 112018124202644-pat00005
........ (5)

- 도출된 상관계수 및 상수를 HbO₂, HHb에 적용하여 EMG 기반 근피로와 NIRS 기반 근피로의 급내 상관계수(intra-class correlation coefficient) 분석 결과로 높은 신뢰도(ICC=.584(95% CI -.238~.860), p=.056)를 나타내었다.- High reliability (ICC=.584 (95% CI -.238~) as a result of intra-class correlation coefficient analysis between EMG-based muscle fatigue and NIRS-based muscle fatigue by applying the derived correlation coefficients and constants to HbO₂ and HHb .860), p = .056).

(나) 등속성(Isokinetic) 훈련에 대한 NIRS용 근피로 측정 알고리즘(B) Muscle fatigue measurement algorithm for NIRS for isokinetic training

- EMG 신호로부터 추출된 MDF 평균과 NIRS의 HbO₂와 HbR의 평균을 선형회귀분석(Linear bivariate regression)을 수행하여 상관계수와 상수를 도출하였다.- Linear bivariate regression was performed on the mean of MDF extracted from EMG signals and the mean of HbO₂ and HbR of NIRS to derive correlation coefficients and constants.

- 선형회귀분석 결과 R 값은 .758로 높게 나타났으며, HbO₂는 -915.063, HHb는 -1366.841, 상수는 63.182로 모두 유의확률 .000으로 나타났다.- As a result of linear regression analysis, the R value was as high as .758, HbO₂ was -915.063, HHb was -1366.841, and the constant was 63.182, all with a significance probability of .000.

- 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 NIRS 기반 근피로 측정 알고리즘 개발- Based on the results of linear regression analysis, the following NIRS-based muscle fatigue measurement algorithm was developed.

Figure 112018124202644-pat00006
......... (6)
Figure 112018124202644-pat00006
......... (6)

- 도출된 상관계수 및 상수를 HbO₂, HHb에 적용하여 EMG 기반 근피로와 NIRS 기반 근피로의 급내 상관계수(intra-class correlation coefficient) 분석 결과로 높은 신뢰도(ICC=.844(95% CI .646~.931), p=.000)를 나타내었다.- High reliability (ICC=.844 (95% CI .646~) as a result of intra-class correlation coefficient analysis between EMG-based muscle fatigue and NIRS-based muscle fatigue by applying the derived correlation coefficients and constants to HbO₂ and HHb. 931), p = .000).

(다) 점증부하훈련(GXT) 훈련에 대한 NIRS용 근피로 측정 알고리즘(C) Muscle fatigue measurement algorithm for NIRS for incremental load training (GXT) training

- EMG 신호로부터 추출된 MDF 평균과 NIRS의 HbO₂와 HbR의 RMS 평균을 선형회귀분석(Linear bivariate regression)을 수행하여 상관계수와 상수를 도출하였다.- Linear bivariate regression was performed on the MDF average extracted from the EMG signal and the RMS average of HbO₂ and HbR of NIRS to derive correlation coefficients and constants.

- 선형회귀분석 결과 R 값은 .201로 매우 낮게 나타났으며, 유의확률이 .813, .236으로 나타났다.- As a result of linear regression analysis, the R value was .201, which was very low, and the significance probabilities were .813 and .236.

- 선형회귀분석 결과 NIRS 기반 근피로 측정 알고리즘은 개발은 유의한 결과를 도출하지 못하였다. - As a result of linear regression analysis, the development of the NIRS-based muscle fatigue measurement algorithm did not yield significant results.

(라) Wingate 훈련에 대한 NIRS용 근피로 측정 알고리즘 개발(D) Development of muscle fatigue measurement algorithm for NIRS for Wingate training

- EMG 신호로부터 추출된 MDF 평균과 NIRS의 HbO₂와 HbR의 평균을 선형회귀분석(Linear bivariate regression)을 수행하여 상관계수와 상수를 도출하였다.- Linear bivariate regression was performed on the mean of MDF extracted from EMG signals and the mean of HbO₂ and HbR of NIRS to derive correlation coefficients and constants.

- 선형회귀분석 결과 R 값은 .864로 매우 높게 나타났으며, HbO₂는 -3323.992, HHb는 -9547.833, 상수는 42.907로 모두 유의확률 .008으로 나타났다.- As a result of the linear regression analysis, the R value was found to be very high as 0.864, HbO₂ was -3323.992, HHb was -9547.833, and the constant was 42.907, all with a significance probability of .008.

- 선형회귀분석 결과를 토대로 아래와 같은 NIRS 기반 근피로 측정 알고리즘을 도출하였다.- Based on the results of linear regression analysis, the following NIRS-based muscle fatigue measurement algorithm was derived.

Figure 112018124202644-pat00007
...... (7)
Figure 112018124202644-pat00007
...... (7)

- 도출된 상관계수 및 상수를 HbO₂, HHb에 적용하여 EMG 기반 근피로와 NIRS 기반 근피로의 급내 상관계수(intra-class correlation coefficient) 분석 결과로 높은 신뢰도(ICC=.922(95% CI .685~.981), p=.000)를 나타내었다.- High reliability (ICC=.922 (95% CI .685~) as a result of intra-class correlation coefficient analysis between EMG-based muscle fatigue and NIRS-based muscle fatigue by applying the derived correlation coefficients and constants to HbO₂ and HHb. 981), p = .000).

2. 다채널 근피로 예측 프로세스2. Multi-channel muscle fatigue prediction process

본 발명에 따른 다채널 NIRS 근피로 측정 방법에는 근피로 예측 프로세스가 포함된다. 이 다채널 근피로 예측 프로세스를 도 3에 나타내었다. 이 프로세스는 상술한 고려사항을 반영하여 구성된 운동별 근피로 측정 알고리즘을 기반으로, 개인별 운동 시작 지점을 baseline으로 설정(60)하고 초기 데이터에 대한 단위 시간당 변화량 산출(62)을 통하여 초기값 대비 70%의 피로도 발생 시간을 예측(64)하여 훈련 강도를 조절할 수 있도록 한다(68). 도 3에 나타낸 근피로 70% 구간 진입시 훈련량 조절을 위한 예측시간 가시화(66)는 도 4와 같은 유저인터페이스로 제공할 수 있다.The multi-channel NIRS muscle fatigue measurement method according to the present invention includes a muscle fatigue prediction process. This multi-channel muscle fatigue prediction process is shown in FIG. 3 . Based on the exercise-specific muscle fatigue measurement algorithm constructed by reflecting the above considerations, this process sets the individual exercise start point as a baseline (60) and calculates the amount of change per unit time for the initial data (62) to 70% of the initial value It predicts the time of occurrence of fatigue (64) so that the training intensity can be adjusted (68). The predicted time visualization 66 for adjusting the amount of training when entering the 70% muscle fatigue section shown in FIG. 3 may be provided through a user interface as shown in FIG. 4 .

다음, 본 발명의 다른 목적에 따른 근피로 표현(visualisation, 가시화) 방법에 대해 설명한다. 기본적으로 3D 인체 모델링을 활용한 가시화 방법이다. 다음과 같은 구성으로 가시화를 구현한다.Next, a method for expressing muscle fatigue according to another object of the present invention (visualisation, visualization) will be described. Basically, it is a visualization method using 3D human body modeling. Implement visualization with the following configuration.

가) 상하지 주요 근육별 3D 인체 모델링 데이터를 통한 다채널 근피로 측정데이터를 가시화A) Visualization of multi-channel muscle fatigue measurement data through 3D human modeling data for each major muscle of upper and lower limbs

일반적으로 대략 640개의 골격근이 존재하며 대부분의 근육이 양측성 근육으로 대략 320쌍의 근육이 있는데, 이를 기반으로 데이터를 제작한다. 그리고 주요 근육(대퇴직근, 외측광근, 내측광근 등)별로 3D 인체 모델링 데이터를 제작한다(도 4의 인체 모델링 참조). In general, there are approximately 640 skeletal muscles, and most of them are bilateral muscles, and there are approximately 320 pairs of muscles, and data is produced based on this. In addition, 3D human body modeling data is produced for each major muscle (rectus femoris, great lateral muscle, vastus medial muscle, etc.) (refer to human body modeling in FIG. 4 ).

표현할 데이터에 있어서, 본 발명의 다채널 NIRS 장비의 근피로 데이터 출력은 Double 형태의 데이터로 추출되어 40개 영역으로 구성되는데, 이는 각 픽셀을 의미하며 픽셀별로 색상 단계를 구분하여 가시화한다. 개인별 편차가 발생할 수 있으나 근피로 유발 정도를 가시화하기 위해 개인별 근피로의 Baseline을 맞추기 위하여, 실험 시작 데이터를 기준으로 0으로 Baseline을 맞추고 테스트 실험 중 최대 피로도를 유발시킬 수 있는 점증부하운동(GXT)의 평균 변화량인 -10 N_MF(NIRS_MuscleFatigue)를 기준으로 녹색부터 파란색으로 가시화할 수 있는 알고리즘을 본 발명의 다채널 근적외선 분광법(NIRS)을 이용한 근피로 측정 방법에 반영하였다. As for the data to be expressed, the muscle fatigue data output of the multi-channel NIRS device of the present invention is extracted as double data and consists of 40 areas, which means each pixel, and is visualized by classifying a color level for each pixel. Although individual deviations may occur, to visualize the degree of muscle fatigue induction, the baseline is set to 0 based on the experimental start data, and the average of the incremental load exercise (GXT) that can induce maximum fatigue during the test experiment The algorithm that can visualize from green to blue based on the change amount of -10 N_MF (NIRS_MuscleFatigue) was reflected in the method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy (NIRS) of the present invention.

도 5는 DOT가 적용된 40개 영역의 HbO₂와 HbR 데이터를 정규화하여 근피로 알고리즘을 적용한 결과로, 좌측은 깊이 1(0.5cm)에 대한 DOT를 이용한 40개 영역의 근피로 데이터 가시화의 예이고, 우측은 깊이 2(1.5cm)에 대한 DOT를 이용한 40개 영역의 근피로 데이터 가시화의 예이다. 일례로, 다채널 NIRS의 패치 취득 영역은 한 픽셀 당 4mm로 취득되는 경우에는, 근피로 표현 크기를 40개 영역 좌표(5×8) 만큼 2cm×3.2cm로 정의한다. Figure 5 is the result of applying the muscle fatigue algorithm by normalizing HbO₂ and HbR data of 40 areas to which DOT is applied. An example of muscle fatigue data visualization in 40 areas using DOT for depth 2 (1.5 cm). For example, when the patch acquisition area of the multi-channel NIRS is acquired at 4 mm per pixel, the muscle fatigue expression size is defined as 2 cm × 3.2 cm by 40 area coordinates (5 × 8).

본 발명의 가시화 유저인터페이스에서는, 사용자마다 상이한 다채널 센서 패치의 부착위치를 해당 사용자가 3D 인체 모델링에서 선택하면 그 선택된 근육 위치의 중심을 계산하여 설정된 근피로 크기 및 색상 단계별 근피로 데이터가 가시화된다. 이에 대해서 도 6에 나타내었다. In the visualization user interface of the present invention, when the user selects the attachment location of the multi-channel sensor patch that is different for each user in 3D human body modeling, the muscle fatigue data set by calculating the center of the selected muscle location is visualized. This is shown in FIG. 6 .

나) 주요 운동 근육 20개 이상을 표현 가능한 3D 인체 모델링 제작B) Production of 3D human body modeling capable of expressing more than 20 major motor muscles

운동 종류에 따른 근육별 수축·이완의 표현을 위하여 피부/근육/뼈의 3단계 계층을 구분하고 이를 표현하기 위한 폴리곤(Polygon) 3D 인체 모델링을 제작한다. 예를 들어, 남,녀 2식에 대한 피부 3D 인체 폴리곤 모델링을 제작하고, 남,녀 2식에 대한 근육 3D 인체 폴리곤 모델링을 제작한다. 그리고 동작 애니메이션(사이클 등)용 리깅(Rigging)을 위하여 남,녀 2식에 대한 뼈와 근육 3D 인체 폴리곤 모델링을 제작한다. 동작 애니메이션용 리깅을 위한 3D 모델 제작은 3D 인체 모델링 데이터 하지 근육에 바이패드 리깅 기술을 적용하여 동작 기능을 부여할 수 있고, 특정 동작(가령, 사이클링) 수행시 근육의 수축/이완을 고려하여 근육의 볼륨 변화를 적용한다. 도 7의 좌측은 바이패드 리깅 기술을 적용한 근육 모델링을 나타내고, 우측은 동작 기능을 부여한 근육 모델링을 나타낸다. In order to express the contraction and relaxation of each muscle according to the type of exercise, three layers of skin/muscle/bone are divided and a polygon 3D human body model is produced to express this. For example, we create 3D skin polygon modeling for male and female 2 types, and muscle 3D human body polygon modeling for 2 male and female types. And for rigging for motion animation (cycles, etc.), 3D human body polygon modeling with bones and muscles for male and female 2 formulas is produced. 3D model production for rigging for motion animation can give motion functions by applying bipad rigging technology to 3D human body modeling data lower extremity muscles, and when performing specific motions (eg, cycling), Apply a volume change. The left side of FIG. 7 shows muscle modeling to which the bipad rigging technique is applied, and the right side shows muscle modeling to which motion functions are applied.

다) 근육별 Show/Hide 기능 구현C) Implementation of Show/Hide function for each muscle

모델링 데이터를 모두 객체화하여 피부, 근육, 뼈의 계층별로 On/Off 개념의 SetActive 함수 적용을 통해 Show/Hide 기능을 적용한다. 가시적인 효과와 운동에 따른 실시간 근피로 변화를 적용하기 위해 객체를 3D 오브젝트(객체)로 선언하고 Transparent 함수를 적용한다. 이로써 객체의 자연스러움을 위해 3D 객체의 Visible 기능(투명도 조절 기능)을 부여할 수 있다. 예를 들어, '피부 100% Visible'로 조절하면 100% 피부만 표현되며, '피부 21% Visible'로 조절하면 21% 투명도의 피부만 보여지고 피부 속의 근육 조직이 표현된다. By objectifying all modeling data, the Show/Hide function is applied through the SetActive function of the On/Off concept for each layer of skin, muscle, and bone. In order to apply the visible effect and real-time muscle fatigue change according to the movement, declare the object as a 3D object (object) and apply the Transparent function. In this way, the Visible function (transparency control function) of the 3D object can be given for the naturalness of the object. For example, if you adjust to 'Skin 100% Visible', only 100% skin is displayed, and if you adjust to 'Skin 21% Visible', only the skin with 21% transparency is shown and the muscle tissue inside the skin is expressed.

라) NIRS 센서 패치의 부착 위치와 3D 인체 모델링 위치의 정합D) Matching the attachment position of the NIRS sensor patch and the 3D human body modeling position

본 발명의 다채널 NIRS 센서 패치의 부착 위치에 따라 근피로 데이터가 3D 인체 모델링 부위에 위치 정합되도록 하기 위한 내용이다. 먼저, 각 근육별로 객체화한다(도 8은 하지 근육별 3D 모델 객체화를 나타냄). 이 때에, 사용자별/훈련종류별 NIRS 센서 패치의 부착 위치가 다르기 때문에, 초기 실행시 실제 센서 부착위치에 가상 NIRS 센서를 3D 인체 모델링 근육 위에 부착하여 가시화될 수 있도록 ㅎ한. 그리고 주요 훈련(또는 운동) 부위의 해당 근육을 선택시에 해당 근육을 활성화하고 해당 근육의 명칭을 설명한다. 이어서 라이팅(Lighting) 방식을 이용하여 사용자가 선택한 근육에 해당하는 중심점에 약 2cm×3.2cm 크기로 정의된 근피로 가시화 영역을 표시한다. 이어서 앞에서 언급한 40개의 3D 히스토그램(Array)으로 구성된 픽셀 정보를 화면상의 근육 표면재에 투영하여 해당 값을 위치 정합한다.This is the content to match the muscle fatigue data to the 3D human body modeling part according to the attachment position of the multi-channel NIRS sensor patch of the present invention. First, each muscle is objectified (FIG. 8 shows 3D model objectification of each lower extremity muscle). At this time, since the attachment location of the NIRS sensor patch for each user/training type is different, the virtual NIRS sensor is attached to the actual sensor attachment location on the 3D human body modeling muscle during initial execution so that it can be visualized. And, when selecting the relevant muscle in the main training (or exercise) area, the relevant muscle is activated and the name of the corresponding muscle is explained. Then, by using the lighting method, the muscle fatigue visualization area defined by the size of about 2 cm × 3.2 cm is displayed at the central point corresponding to the muscle selected by the user. Next, the pixel information composed of the 40 3D histograms (Array) mentioned above is projected onto the muscle surface material on the screen to position the corresponding values.

도 9는 이상의, 3D 인체 모델링 상의 NIRS 패치 부착 위치 정합 프로세스를 간략하게 보여주기 위한 것이다. (a)와 같이 근피로 측정할 부위에 패치를 부착하는 경우에, (b)와 같이 부착위치를 클릭하여 선택하고, (c) 라이팅 및 투영을 거쳐서 (d) 근육의 해당 위치에 근피로 가시화 영역을 표시하여 데이터의 위치를 정합한다. 9 is to briefly show the process of matching the position of the NIRS patch attachment on the 3D human body model described above. As in (a), when attaching the patch to the area to be measured for muscle fatigue, click and select the attachment location as shown in (b), (c) go through lighting and projection, and (d) draw the muscle fatigue visualization area at the corresponding location of the muscle. Mark the position of the data.

마) 근피로도에 대한 DOT(Diffuse Optical Tomography) 적용을 통한 가시화E) Visualization through DOT (Diffuse Optical Tomography) for muscle fatigue

다채널 NIRS의 광소자의 거리 및 위치 배열을 보정하기 위한 DOT 기술을 적용하여 광소자간의 상대적 차이를 없애고 해당 근육 부위의 40개 영역(픽셀)에 대한 HbO₂, HbR 값의 근피로도를 색상차 또는 명도차로 실시간 가시화한다(도 5 및 도 10 참조). 도 10은 이러한 색상에 의한 근육 피로도 분포맵의 예를 보여준다. By applying DOT technology to correct the distance and position arrangement of optical devices of multi-channel NIRS, the relative difference between optical devices is eliminated, and the muscle fatigue of the HbO₂ and HbR values for 40 regions (pixels) of the relevant muscle area is measured by color difference or brightness. Real-time visualization of the car (refer to FIGS. 5 and 10). 10 shows an example of a muscle fatigue distribution map by these colors.

바) 주요 근육에 대한 근피로 수치 그래프 표출F) Display of muscle fatigue numerical graph for major muscles

DOT를 적용하여 얻은 도 5와 같은 형식의 근피로도를 표현하는 색상(또는 명도 등)의 표현 범위를 0~10 단계로 구분하여 막대바 형식의 수치 그래프로 표출한다. 각 색상에 따른 수치(초록색~파란색)를 표기한다. 도 11은 근피로도 수치 그래프로서 도 10의 하부에 나타낸 것과 같이 근육 피로도 분포맵과 함께 가시화할 수 있다.The expression range of colors (or brightness, etc.) expressing muscle fatigue in the form of FIG. 5 obtained by applying DOT is divided into 0 to 10 steps and expressed as a bar-type numerical graph. Indicate the numerical value (green to blue) for each color. 11 is a numerical graph of muscle fatigue, which can be visualized together with a muscle fatigue distribution map as shown in the lower part of FIG. 10 .

사) 근피로 예측 시뮬레이터와 비교 분석을 통한 맞춤형 훈련량 조절 가시화 기능G) Customizable training amount adjustment visualization function through muscle fatigue prediction simulator and comparative analysis

훈련, 운동시 동작 변화의 3D 가시화를 위해, 애니메이션 동작시 뼈와 근육이 바이패드에 Contains되어 각 관절이 변화할 때 해당하는 오브젝트들이 물리적으로 이동하도록 할 수 있고, 상술한 개인별, 운동별 근피로 예측 기술을 적용하여 근피로 70% 도달 시간을 제시함으로써 개인별 훈련 강도 조절이 가능하도록 훈련량 조절 가시화를 구현한다.For 3D visualization of motion changes during training and exercise, bones and muscles are contained in the bipad during animation movements so that the corresponding objects can move physically when each joint changes, and the above-mentioned individual and exercise-specific muscle fatigue prediction technology By applying , the time to reach 70% of muscle fatigue is presented to realize the visualization of training amount adjustment so that individual training intensity can be adjusted.

이상의 3D 인체 모델링을 활용한 근피로 정보 가시화 방법을 기반으로, 근피로 모니터링 프로그램의 UI(유저인터페이스)를 설계한 예시를 설명한다. 다양한 모니터링 프로그램 기능 및 3D 인체 모델링 표현 배치 UI가 가시화되도록 하기 위하여, 위치 정합된 근피로 부분의 확대/축소 기능, 패치 부착위치 선택 기능, 동작 애니메이션 선택 버튼, 근피로 수치 그래프, 근피로 변화도 녹화 기능, 3D 인체 모델링 데이터, 피부/근육/뼈 Show/Hide 확인버튼, 남성/여성 선택, 깊이 레이어(Depth1, Depth2) 표현 버튼, 근피로 예측 시뮬레이션 내용 등이 가시화되도록 구성할 수 있다. An example of designing a user interface (UI) of a muscle fatigue monitoring program based on the muscle fatigue information visualization method using the above 3D human body modeling will be described. In order to visualize various monitoring program functions and 3D human body modeling expression layout UI, position-matched muscle fatigue part enlargement/reduction function, patch attachment location selection function, motion animation selection button, muscle fatigue numerical graph, muscle fatigue gradient recording function, 3D Human modeling data, skin/muscle/bone Show/Hide confirmation button, male/female selection, depth layer (Depth1, Depth2) expression button, muscle fatigue prediction simulation contents, etc. can be configured to be visualized.

도 12는 근피로 모니터링 프로그램의 UI의 한 예를 나타낸다. 다음과 같은 기능들이 구현되어 있는 예를 나타낸다.12 shows an example of a UI of a muscle fatigue monitoring program. An example in which the following functions are implemented is shown.

70: 남녀 선택 버튼, 피부/근육/뼈 선택 버튼, 애니메이션 선택 버튼, 레코드(녹화) 버튼이 포함된 기능선택부70: a function selection unit including a male and female selection button, a skin/muscle/bone selection button, an animation selection button, and a record (record) button

72: 패치 부착위치 선택부72: patch attachment location selection unit

74: 근피로 변화도 녹화 기능74: muscle fatigue gradient recording function

76: 현재 근피로도 알림 멘트("현재 피로도가 83%입니다.")76: Current muscle fatigue notification message ("Current fatigue is 83%.")

78: 3D 인체 모델링(사이클링 상황 애니메이션)78: 3D Human Body Modeling (Cycling Situation Animation)

80: 인체 모델링 확대/축소 기능80: human body modeling zoom function

82: 사이클링 등급(강도), 시간, 현재 근피로도 표시82: Cycling grade (intensity), time, current muscle fatigue display

84: 깊이 레이어 1(Depth1) 근육 피로도 분포맵84: depth layer 1 (Depth1) muscle fatigue distribution map

86: 깊이1 근피로 수치 그래프86: depth 1 muscle fatigue numerical graph

88: 깊이 레이어 2(Depth2) 근육 피로도 분포맵88: Depth layer 2 (Depth2) muscle fatigue distribution map

90: 깊이2 근피로 수치 그래프90: depth 2 muscle fatigue numerical graph

이상에서 설명한 본 발명은 장치 측면 또는 방법적 측면으로 실시가능한데, 특히 본 발명의 각 구성요소의 기능(function) 또는 과정(process)은 DSP(digital signal processor), 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application-specific IC), 프로그래머블 로직소자(FPGA 등), 기타 전자소자 중의 적어도 하나 그리고 이들의 조합이 포함되는 하드웨어 요소로써 구현 가능하다. 또한 하드웨어 요소와 결합되어 또는 독립적으로 소프트웨어로써도 구현 가능한데, 이 소프트웨어는 기록매체에 저장 가능하다.The present invention described above can be implemented in terms of an apparatus or a method. In particular, the function or process of each component of the present invention is a digital signal processor (DSP), a processor, a controller, and an application-specific (ASIC). IC), a programmable logic device (FPGA, etc.), may be implemented as a hardware element including at least one of other electronic devices, and a combination thereof. In addition, it can be implemented as software in combination with a hardware element or independently, and the software can be stored in a recording medium.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As mentioned above, although the configuration of the present invention has been described in detail through preferred embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention is disclosed in the present specification without changing its technical spirit or essential features. It will be understood that the present invention may be implemented in a specific form other than the above. It should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention is defined by the claims described below rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the technical scope of the present invention. .

Claims (8)

피로도 측정의 대상이 되는 근육 부위의 피부에 다수의 광원-검출기쌍으로 구성되는 채널을 갖는 센서 패치를 부착하는 절차;
상기 센서 패치로부터 얻은 다채널 신호에 대해 근적외선 분광법에 의한 측정을 실시하여 채널별로 측정 데이터를 취득하는 절차;
취득된 채널별 측정 데이터로부터 산화 헤모글로빈(HbO2)과 환원 헤모글로빈(HbR)의 수치를 이용하여 근육의 피로도를 분석하는 절차를 포함하되,
상기 센서 패치 부착 절차에서
상기 채널은 다수의 깊이군마다 별도로 구성되고,
상기 근육 피로도 분석 절차는
개인별 운동 시작 지점을 baseline으로 설정하고 근피로도 초기값에 대한 단위 시간당 변화량을 산출하고, 초기값 대비 70%의 근피로도 발생 시간을 예측하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절차를 추가로 포함하는, 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법.
a procedure of attaching a sensor patch having a channel composed of a plurality of light source-detector pairs to the skin of a muscle region to be measured for fatigue;
a procedure of acquiring measurement data for each channel by measuring the multi-channel signals obtained from the sensor patch by near-infrared spectroscopy;
A procedure of analyzing muscle fatigue using the levels of oxidized hemoglobin (HbO 2 ) and reduced hemoglobin (HbR) from the acquired measurement data for each channel,
In the above sensor patch attachment procedure
The channel is separately configured for each of a plurality of depth groups,
The muscle fatigue analysis procedure is
Setting the individual exercise starting point as a baseline, calculating the amount of change per unit time for the initial value of muscle fatigue, and predicting the time of occurrence of muscle fatigue by 70% compared to the initial value A method for measuring muscle fatigue using channel near-infrared spectroscopy.
제1항에서, 상기 근육 피로도 분석 절차에,
상기 센서 패치의 각 채널의 광원 및 검출기 간의 상대적 위치 차이를 보정하기 위하여 DOT(Diffuse Optical Tomography) 기술을 적용하고 HbO₂와 HbR 데이터의 회귀분석을 통해 HbO₂ 및 HbR에 대해 정규화하는 절차가 포함되는 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법.
The method of claim 1, wherein in the muscle fatigue analysis procedure,
In order to correct the relative position difference between the light source and detector of each channel of the sensor patch, DOT (Diffuse Optical Tomography) technology is applied and HbO₂ and HbR data are normalized for HbO₂ and HbR through regression analysis. A method for measuring muscle fatigue using near-infrared spectroscopy.
제1항에서, 상기 근육 피로도 분석 절차에,
장기 근피로 유발 훈련의 경우에 상기 센서 패치로부터 얻은 다채널 신호의 진폭 변화를 확인하기 위하여 RMS(Root Mean Square)를 이용한 회귀분석을 적용하는 절차가 포함되는 다채널 근적외선 분광법을 이용한 근피로 측정 방법.
The method of claim 1, wherein in the muscle fatigue analysis procedure,
A method for measuring muscle fatigue using multi-channel near-infrared spectroscopy, which includes a procedure of applying regression analysis using RMS (Root Mean Square) to confirm the amplitude change of the multi-channel signal obtained from the sensor patch in the case of long-term muscle fatigue induced training.
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