KR102556675B1 - 낙상 판정 방법 - Google Patents

Abstract

피측정자의 센서부착부위에 고정되고 센서를 이용하고, 중력의 반대 방향을 Z축 방향으로, 상기 피측정자의 정상 기립시 오른쪽 어깨에서 왼쪽 어깨로 연장된 방향을 Y축 방향으로, 상기 Y축 방향과 벡터곱할 경우 상기 Z축 방향이 도출되는 방향을 X축 방향으로 정의된 피측정자의 낙상 판정 방법에 있어서, 상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 가속도값들(a_x, a_y & a_z)의 변화를 추적하고, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인한다. 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴할 경우, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각에 상승 피크 또는 하강 피크가 동기화 되는지 여부를 확인한다.

Description

낙상 판정 방법{METHOD OF DETERMINING A FALL}

본 발명의 실시예들은 낙상 판정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 센서를 를 피측정자의 신체에 부착하여 상기 센서로부터 측정된 가속도값을 이용하여 피측정자의 낙상 여부를 판정할 수 잇는 낙상 판정 방법에 관한 것이다.

2족 보행을 하는 모든 동체는 적절한 무게의 균형이 깨어질 때 위치 에너지가 작아지는 낙하를 피하기 어렵다. 이는 비단 인체 뿐만 아니라 2족 보행 로봇에 이르기까지 예외없이 해당되는 현상이다.

일반적으로 인체의 손상을 수반하는 넘어짐을 낙상이라 부르며, 노인 입원환자의 2.9%가 겪는 낙상은 심한 경우 뇌손상이나 골반 골절 등으로 인한 패혈증으로 사망에 이르는 심각한 사고이다. 또한 신경 전달 속도와 반응 속도가 늦어지는 노년층에서 균형이 무너지는 순간에 대한 대처가 늦어짐에 따라 낙상의 빈도가 높아지게 된다.

낙상을 판단하는 방법은 크게 자동 측정 방법 및 수동 알림 방법으로 나누어지며, 수동 알림 방법의 경우 목에 거는 펜던트나 시계, 팔찌 형태의 스마트기기에서 무선 송출 기능을 이용하여 낙상을 당한 환자가 직접 스위치를 누르거나 음성통화로 자신의 상태를 알리는 형태로 작동한다. 이 때 음성통화는 기지정된 응급통화 회선으로 연결되거나 기 등록된 가족이나 친지의 모바일 기기로 연결된다.

그러나 손상의 정도가 심한 환자의 경우 이런 수동 알림 기능을 이용하는 것은 불가능하고, 낙상 환자의 상당수가 신속하고 유연한 대처가 어려운 노년층임을 감안할 때 낙상을 자동으로 측정하는 방법을 이용하여 낙상에 대응하는 것이 더 현실적으로 요구되고 있다.

한편, 낙상을 자동으로 측정하는 장치로는 꼭 침대에서 관리 받아야 하는 환자가 자신의 침대를 20~30분 간 떠나있으면 낙상신호를 발신하는 침대가 상용화 되어 있다. 또한, 웨어러블 낙상 검출 장치는, 높이를 측정하는 기압차 센서(Barometer)와 사용자의 움직임을 측정하는 가속도계 또는 자이로센서를 포함한다. 상기 기압차 센서는 측정된 높이 및 평소 활동 높이 평균치를 비교하여 상기 평균치보다 1미터 이상 낮은 측정 높이를 감지하고, 가속도계 또는 자이로센서 등으로 사용자의 움직임을 판정한다. 이때, 상기 사용자의 움직임이 없으면 낙상이라 판정하여 추가 알람 신호를 사용자에게 발송하고, 만약 사용자가 반응하지 않을 경우 응급대처 신호를 무선으로 발신하는 방식으로 작동한다.

특히, 가장 많이 사용하는 낙상 감지 방법은, 사용자의 움직임을 진동의 주기와 폭으로 인식하는 가속도계 또는 자이로센서를 이용하는 방법으로서, 기존 스마트워치나 모바일 기기의 내부에 내장된 MEMS센서를 이용한다. 그리고 이를 수정하거나 보완하는 수단으로 사용자가 직접 누르는 응급신호 발신 버튼을 채용하고 있다.

상용화된 낙상 감지 기기들은, 랜야드 형태의 끈에 펜던트가 매달린 외형을 가지고 있으며, 중앙에 응급 호출 무선 신호를 보낼 수 있는 전송 버튼을 포함한다. 이는, 상기 전송 버튼을 통해 자동 낙상 모니터링에서 발생하는 잘못된 신호를 정정할 수 있다. 하지만, 가속도계를 기반으로 자동 낙상 감지 방법에 있어서, 정확도가 그다지 높지 않다. 실제로 제품 사용 매뉴얼에 따르면, 낙상 감지 펜던트를 착용한 후 급작스럽게 뛰어내리거나 허리를 뒤트는 행위를 하면 오작동 할 수 있으니 주의하라고 기재되어 있다.

펜던트에 가속계나 자이로를 내장한 제품의 사용설명서 및 주의 사항을 정리하면 다음과 같다.

첫째, 잠을 자거나 누워서 휴식을 취할 때는 센서 펜던트를 벗어 놓을 것을 요구한다. 이는, 오래 누워 진동이 없고, 서 있을 때보다 높이가 낮으면 낙상으로 판단하는 알고리즘의 오류가 발생할 수 있기 때문이다.

둘째, 사용하지 않는 펜던트를 테이블이나 선반에 올려놓을 때 오작동 위험이 있으니 집어 던지거나 급하게 내려놓지 말 것을 권장한다. 이는, 급격한 충격으로 중력가속도보다 큰 가속도가 검출된 상태와 낙상 상태를 구분하지 못하여 잘못된 낙상 신호 (Fault Positive Fall Detection)로 인식하는 오류를 방지하기 위함이다.

셋째, 펜턴트를 착용한 상태에서 뛰어 내리거나 허리를 돌리는 등 급격한 자세변화를 가져오는 행위를 삼갈 것을 권유한다. 이는, 인체의 자세변화에서 발생하는 가속도와 낙상에 의해서 발생하는 중력가속도의 변화를 구분하지 못하는 문제를 방지하기 위함이다.

요약하자면, 기존 낙상 모니터링 센서의 문제점은 어떠한 종류든 급격한 자세변화 및 높이 변화에서 발생하는 가속도와 낙상에서 발생하는 중력가속도의 변화를 인지할 알고리즘을 가지고 있지 못하다는 것이 현실이다. 따라서, 불확실성을 극복하기 위하여, 수동식 응급호출 버튼을 0.5초 이상 누르는 것으로 이런 현실의 문제를 해결하려고 한다.

하지만, 정말 심각한 낙상이 발생하였을 때 낙상 환자는 응급호출 버튼을 누를 수 없고, 이 때 누워있는 자세가 지속되는데, 다시 앞서 언급한 기존 자동 낙상 모니터링 센서가 환자의 자세변화를 측정할 수 없는 문제 때문에 낙상으로 넘어진 것인지 수면을 위해 누워있는 것인지 구분할 수 없게 된다. 결국 이러한 불확실성을 해소하려면 낙상환자는 버튼을 눌러야 하는 상황이 되므로 문제를 해결하기 위해 도입한 방법이 다시 문제를 일으키는 연쇄반응을 피할 수 없다.

본 발명의 실시예들은 센서를 피측정자의 센서부착부위에 부착하여 상기 센서로부터 측정된 가속도값을 이용하여 피측정자의 낙상 여부를 판정할 수 있는 피측정자의 낙상 판정 방법을 제공한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 피측정자의 센서부착부위에 고정되고 센서를 이용하고, 중력의 반대 방향을 Z축 방향으로, 상기 피측정자의 정상 기립시 오른쪽 어깨에서 왼쪽 어깨로 연장된 방향을 Y축 방향으로, 상기 Y축 방향과 벡터곱할 경우 상기 Z축 방향이 도출되는 방향을 X축 방향으로 정의된 피측정자의 낙상 판정 방법에 있어서, 상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 가속도값들(a_x, a_y & a_z)의 변화를 추적하고, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인한다. 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴할 경우, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각에 상승 피크 또는 하강 피크가 동기화 되는지 여부를 확인한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 동기화 여부를 확인하는 단계는, 0.1 초 이내의 시간 범위로 판정할 수 있다.

에 있어서, 상기 가속도값(a_z)은 10 m/sec² 이상의 상승 피크를 갖고, 상기 가속도값(a_x)는 ?? 10 m/sec² 이하의 하강 피크를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인하는 단계 및 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각에 상승 피크 또는 하강 피크가 동기화 되는지 여부를 확인하는 단계는, 1.0 초 이내의 시간 내에서 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서를 이용하여 시간에 따른 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 가속도값들(a_x, a_y & a_z)을 추적하기 위하여, 상기 센서의 하방으로부터 관통하여 상방으로 향하는 방향을 Z' 방향, 상기 센서 자체의 x방향을 X' 방향, 상기 센서 자체의 Y방향을 Y'방향이라 할 때, 상기 피측정자의 임의의 자세에서 상기 센서가 측정한 X', Y', Z' 방향별 가속도의 벡터값을 도출하고, 상기 방향별 가속도의 벡터값의 상기 Z축 방향에 대한 정사영의 합을 Z축 방향의 가속도값(a_z)으로, 상기 Y축에 대한 정사영의 합을 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로, 상기 X축에 대한 정사영의 합을 X축 방향의 가속도값(a_y)으로 정의할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 피측정자의 센서부착부위는 인체의 늑연골, 복장뼈 및 쇄골부를 덮는 부위로 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 지자계값들(m_x, m_y & m_z)의 변화를 추적할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가속도값들 각각의 크기를 비교하여 상기 가속도값들 중 최대값(a_max), 중간값(a_med) 및 최소값(a_min)을 도출하고, 상기 (중간값(a_med)-최소값(a_min))/(최대값(a_max)-최소값(a_min)) 비율(R)을 산정할 수 있다.

여기서, 상기 중간값 또는 상기 비율(R)로부터 피측정자의 자세를 판정하기 위하여, 상기 Y축 가속도값(a_y)이 중간값일 경우, 상기 비율(R)로부터 상기 피측정자의 시선이 상방으로 향하는 업라이트 파스쳐들 중 어느 하나로 결정하는 한편, 상기 X축 가속도값(a_x)이 중간값일 경우, 상기 비율로부터 좌측와위 또는 복위 중 어느 하나로 결정할 수 있다.

상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 피측정자의 센서 부착 부위에 고정된 가속도 센서의 절대좌표계 방향에 대한 가속도값의 시간에 따른 변화를 확인함으로써 낙상 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있다.

나아가, 상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 지자계값들(m_x, m_y & m_z)의 변화를 추적하여 보다 정밀한 낙상 여부의 판정이 가능하다.

한편, 상기 가속도값들 각각의 크기를 비교하여 상기 가속도값들 중 최대값(a_max), 중간값(a_med) 및 최소값(a_min)과 상기 (중간값(a_med)-최소값(a_min))/(최대값(a_max)-최소값(a_min)) 비율(R)을 산정하여, 낙상후 피측정자의 자세를 판정할 수 있다.

도 1은 센서의 로컬 좌표계에 따른 X'축 방향, Y'축 방향 및 Z'축 방향을 정의하는 사진이다.
도 2는 센서를 피측정자의 센서부착부위에 고정한 상태를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 판정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는, 기립한 상태의 피측정자가 상체를 좌우로 회전시킬 경우 측정한 가속도값들(ax, ay & az) 및 지자계값들(mx, my & mz)을 나타낸 그래프들이다.
도 5는, 기립한 상태의 피측정자의 운동 상태에 따라 측정한 가속도값들(ax, ay & az)을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 낙상에 따라 가속도값들(ax, ay & az)을 나타낸 그래프이다.
도 7은, 낙상 후 자세에 따라 가속도값들(ax, ay & az) 및 지자계값들을 나타낸 그래프들이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

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 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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

도 1은 센서의 로컬 좌표계에 따른 X'축 방향, Y'축 방향 및 Z'축 방향을 정의하는 사진이다.

도 1을 참고하면, 안드로이드 OS 및 아이폰을 구동하는 IOS 시스템의 경우 모두 동일한 좌표계를 사용하고 있다. 즉, 휴대폰을 평평한 바닥에 화면이 보이도록 내려놓았을 때 바닥에서 디스플레이부 방향이 Z'축이며, Z' 축 주변 반시계방향 회전이 요(Yaw) 모멘텀이다. 또한, 휴대폰을 세워 직각으로 세웠을 때 좌측에서 우측 방향이 Y'축 방향이고, Y'축 주변의 반시계방향 회전을 롤(Roll)이라 한다. 이 때 직각으로 세운 휴대폰의 아래에서 윗 방향이 Y'축이고, Y'축 주변 회전량을 피치(Pitch)로 정의한다. 각각의 축에 대한 회전모멘텀의 증가 방향은 축의 +방향을 엄지손가락과 일치시켜 감싸 쥐었을 때 나머지 네 손가락이 가리키는 방향이다.

따라서, 휴대폰 내부에 구비된 가속도계/자이로/지자기 센서의 경우 모두 동일한 축 정의를 사용하고 있다. 이하 본 명세서에서는 도 1의 X'축 방향, Y'측 방향, Z'축 방향으로 센서의 로컬 좌표계로 각각 정의된다.

나아가, 휴대폰에 작용하는 외력이 없을 때 휴대폰의 가속도계에 표시되는 X', Y' 및 Z' 3축 가속도 벡터의 총합은 언제나 중력가속도와 같다. 이를 이용하여 휴대폰이 중력 방향에 수직한 지면 평면에 대하여 얼마나 기울어졌는지 측정할 수 있다. 중력에 수직한 평면에서 휴대폰이 얼마나 회전해 있는지를 나타내는 방위각값은 가속도계만으로 파악할 수 없으며 칼만필터나 절대좌표의 기준을 제공하는 지자기센서, GPS 등을 병용하여 얻을 수 있다.

도 2는 센서를 피측정자의 센서부착부위에 고정한 상태를 도시한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 판정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 센서의 로컬 좌표와는 다르게, 절대 좌표계로서, 중력의 반대 방향을 Z축 방향으로, 상기 피측정자의 정상 기립시 오른쪽 어깨에서 왼쪽 어깨로 연장된 방향을 Y축 방향, 상기 X축 방향과 벡터곱할 경우 상기 Z축 방향이 도출되는 방향을 X축 방향으로 정의된다. 이 경우, 피측정자의 기립 상태에서의 정면 시야 방향이 X축 방향으로 정의된다.

상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향을 포함하는 3축 방향들 각각에 대한 가속도 값의 변화를 추적한다(S110).

상기 센서가 피측정자의 센서부착위치에 고정될 경우, 보다 정확한 가속도 값을 확보할 수 있다. 이는, 상기 가슴 부위가 피측정자의 신체 부위들 중 가장 자유도가 낮은 부위에 해당하기 때문이다.

이때, 상기 피측정자의 센서부착위치는 인체의 늑연골, 복장뼈 및 쇄골부를 덮는 부위로 정의된다.

기존의 랜야드 선에 센서 펜던트와 응급호출 버튼을 내장한 펜던트의 경우 제품을 구성하는 랜야드 선이 펜던트에 주는 자유도 때문에 센서는 인체가 어떤 자세에 있는지 판단할 수 없게 된다.

또한, 손목에 차는 형태의 스마트기기로 낙상을 측정할 때도 똑같은 문제가 발생한다. 즉 손이 가지는 높은 자유도 때문에 인체가 낙상상태를 전혀 판단할 수 없게 된다.

이러한 '자유도의 문제'는 낙상 모니터링 센서의 가속도계를 단지 진동 모니터링용으로만 사용하게 만들며, 자세에 대한 정보가 없으므로 센서 신호의 진폭과 진동수가 줄어든 상황이 낙상을 당하여 누워있는 것인지, 가만히 서있는 것인지, 가만히 앉아 있는 것인지, 수면을 위해 누워있는 것인지 판단할 수 없게 된다. 따라서 뇌손상이나 골반뼈 골절같은 심각한 부상을 입은 낙상 상태에 대하여 '낙상 발생'이라는 확실한 정보를 제공할 수 없는 문제가 발생된다.

본 발명의 실시에에 있어서, 자유도가 없는 인체부위인 센서 부착 부위에 가속도계 등의 센서를 장착됨으로써, 해당 부위에서 발생하는 인체 자세와 자유도를 고려하지 않고, 낙상 상태가 보다 정확하게 판정될 수 있다.

상기 센서는 예를 들면, 가속도 센서를 들 수 있다. 상기 가속도 센서의 경우, 가속도가 측정될 수 있다.

상기 피측정자의 체위는 앙와위, 파울러씨위, 반파울러씨위 및 트렌델버그위를 포함하는 업라이트 파스쳐, 복와위 등으로 구분될 수 있다. 상기 업라이트 파스쳐는 시선이 상방을 향하는 체위에 해당할 수 있다.

여기서, 상기 센서가 가속도 센서일 경우, 로컬 좌표계인 X'축 방향의 가속도는 α_x', 로컬 좌표계인 Z'축 방향의 가속도는 α_z'로 정의된다. 이때, 상기 Y'축 방향의 가속도 α_y'는 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 만족한다.

즉, 상기 센서는 지구 중심 방향 즉, 중력 방향으로 9.8m/s^2 중력 가속도를 받고 있다. 이로써, 기립된 피측정자의 흉부에 상기 모바일 기기가 고정되고, 상기 피측정자가 기립된 상태라면, 중력 방향의 반대인 Z축의 마이너스 방향으로 9.8m/s^2의 가속도가 작용하고 있기 때문이다.

따라서, 가속도 센서를 이용하면 기립된 피측정자의 요동이 없는 상태에서 센서의 중력 가속도 값의 벡터합은 항상 크기가 1G (9.8m/sec2)이고, 방향은 - Z 인 벡터이다. 즉, 정지 상태 가속도계의 α_x', α_y', α_z'의 벡터합의 크기(세 값의 제곱의 합의 제곱근)는 언제나 9.8 값에 수렴하게 된다.

한편, 상기 X', Y' 및 Z'축 방향별 가속도(α_x', α_y', α_z')의 벡터값의 상기 Z축 방향에 대한 정사영의 합을 Z축 방향의 가속도값(a_z)으로, 상기 Y축에 대한 정사영의 합을 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로, 상기 X축에 대한 정사영의 합을 X축 방향의 가속도값(a_y)으로 도출한다.

이로써, 로컬 좌표계로서 상기 X', Y' 및 Z'축 방향별 가속도(α_x', α_y', α_z')의 벡터값으로부터 절대 좌표계인 X축, Y축 및 Z축을 포함하는 3축 방향들 각각에 대한 가속도 값(α_X, α_Y, α_Z)을 확보할 수 있다.

이어서, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인한다(S120).

도 4는, 기립한 상태의 피측정자가 상체를 좌우로 회전시킬 경우 측정한 가속도값들(ax, ay & az) 및 지자계값들(mx, my & mz)을 나타낸 그래프들이다.

도 4를 참고하면, 서있는 상태에서 몸을 급격히 좌우로 회전시키며 동시에 측정한 가속도값들(ax, ay & az) 및 지자계값들(mx, my & mz)을 나타낸다.

본 발명에서는 사용자 상체가 지면과 이루는 각도에 대한 정보 즉, 앉아 있거나 서있거나 누워있는 상태에 대한 정보는 ax, ay & az를 기반으로 도출하며, 사용자 상체가 지면에 수평한 방향으로 회전하는 정보는 mx, my & mz 값으로 파악할 수 있다.

기존에 각속도의 시간에 따른 적분량으로 회전량을 파악하여 왔으나, 각속도는 절대적인 표준 점을 지정하는 것이 어렵고, 지속적으로 적분을 해야 해서 CPU에 큰 부하가 걸리는 단점이 있었다. 본 발명의 실시예에 있어서, 지자계값들(mx, my & mz)을 사용하여, 피측정자 상체의 회전에 대한 정보를 절대축인 지자기축을 기준으로 확보됨으로써, CPU에 부담을 주지 않고 피측정자의 상체 회전에 대한 정보를 얻을 수 있다.

도 5는, 기립한 상태의 피측정자의 운동 상태에 따라 측정한 가속도값들(ax, ay & az)을 나타낸 그래프이다. 여기서, 그래프는 시간이 클수록 먼저 발생한 사건이다.

도 5를 참고하면, ①구간은 기립상태에서 상체만을 회전할 때의 신호이다. X축과 Z축의 움직임은 적고, 회전축과 수직한 Y축 방향의 신호만 오르내리는 특성을 보인다. ②구간과 ③구간은 각각 느린 속도와 빠른 속도로 보행할 때의 신호이고, ④ 구간은 기립자세에서 가만히 서있을 때의 신호이다.

피측정자가 어떤 방위를 향하여 있든지 낙상센서부착부위에 센서를 고정하면 가속도값의 스칼라양은 az>ay>ax이고, 가만히 서있든지, 걷든지, 달리든지 가속도계에서 측정되는 신호의 진폭과 진동수가 달라져도 스칼라량 순위에는 변함이 없다.

도 6은, 낙상에 따라 가속도값들(ax, ay & az)을 나타낸 그래프이다. 도 6에서, 시간이 클수록 먼저 발생한 사건이다.

낙상이 발생하기 이전 상태는 전형적인 기립상태 낙상이 발생하는 시점인 ㉠구간은 사용자가 허공에 체류하며 떨어지는 동안 az값이 급격히 하강하는 반면에 ax값이 급격히 상승하는 경향을 보인다.

즉, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인한다.

이론적으로, 자유낙하 상태라면 모든 방향의 가속도가 0에 수렴할 것이다. 하지만, 실제 상황에서는 가속도값(a_x) 및 가속도값(a_z)가 가속도값(a_y)에 수렴하는 순간적으로 나타낸다.

이후, 낙하에 의한 지면과의 충격 시점에서 az의 상승 피크 및 가속도값(a_x)의 하강 피크를 동기화 되는지를 확인한다(S130). 여기서, 동기화 여부를 확인하기 위하여, 0.1 초 이내의 시간 범위로 가속도값(a_z)의 상승 피크 및 가속도값(a_x)의 하강 피크가 발생하는지 여부로 판정할 수 있다. 또한, 상기 가속도값(a_z)은 + 10 m/sec² 이상의 상승 피크를 갖고, 상기 가속도값(a_x)는 - 10 m/sec² 이하의 하강 피크를 가질 수 있다.

도 6에 도시된 것과 같이, ㉠구간과 같은 급작스런 az 하강 및 ax 상승이 일어난다면 낙상의 시작으로 간주하고 ㉡ 구간에서 az 최대 피크 / ax 최소 피크 짝이 0.1초 이내에 동기화 되어 나타나면 낙상이 완료된 것이다. 이로써, 낙상의 시작 및 낙상의 완료를 통하여 낙상이라는 이벤트가 발생하였음을 확정할 수 있다.

상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 동시에 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴하는지 여부를 확인하는 단계(S120) 및 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각에 상승 피크 또는 하강 피크가 동기화 되는지 여부를 확인하는 단계(S130)는, 1.0 초 이내의 시간 이내에서 발생할 수 있다. 1.0 초가 초과될 경우, 측정 오차로 판단하여 낙상 판정의 오류 발생을 억제할 수 있다.

한편, 상기 가속도값들(α_X, α_Y, α_Z) 각각의 크기를 비교하여 상기 가속도값들 중 최대값(a_max), 중간값(a_med) 및 최소값(a_min)을 도출한 후, 이후, (중간값(a_med)-최소값(a_min))/(최대값(a_max)-최소값(a_min)) 비율(R)을 산정한다.

이로써, 상기 중간값(a_med) 및 상기 비율(R)로부터 피측정자의 낙상 전후의 자세를 판정할 수 있다.

이때, 상기 Z축 가속도값(a_Z)이 중간값일 경우, 상기 피측정자의 자세를 우측와위로 결정한다.

이와 다르게, 상기 Y축 가속도값(a_Y)이 중간값일 경우, 상기 비율(R)로부터 업라이트 파스쳐들 중 어느 하나로 결정할 수 있다. 즉, 상기 Y축 가속도값(a_Y)이 중간값일 경우, 앙와위, 반파울러씨위, 파울러씨위 및 프렌델버그위를 포함하는 업라이트 파스쳐에 해당할 수 있다.

이때, 앙와위, 반파울러씨위, 파울러씨위 및 프렌델버그위 중 어느 하나를 판정하기 위하여, 상기 비율(R)이 이용될 수 있다.

예를 들면, 반파울러씨위는 침상에서 상체를 20 내지 30도 일으킨 자세로서, 편하게 누운 앙와위와 함께 식사가 가능할 정도로 몸을 일으킨 반좌위(파울러씨위)의 중간 정도 자세이다.

이때, 가속도 센서의 신호는 환자가 있는 곳의 경도, 위도, 방위와 상관없이 상기 Y축 가속도값(a_Y)이 중간값을 가진다. 상기 비율(R) 값이 0.4 내지 0.6 의 범위 내에 있다.

한편, 상기 X축 가속도값(a_x)이 중간값일 경우, 상기 비율로부터 좌측와위 또는 복위 중 어느 하나로 결정한다. 이때, 상기 복위의 경우, 상기 비율(R)값이 0.2 내지 0.3 범위를 갖는다.

따라서, 복위의 경우, 상기 X축 가속도값(a_x)이 중간값이며, 상기 비율(R)값이 0.7 내지 0.8 범위를 갖는다.

반면에, 상기 좌측위일 경우, 상기 X축 가속도값(a_x)이 중간값인 동시에, 상기 비율(R)값이 0.2 미만의 값을 가진다.

본 발명의 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

실시예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 피측정자의 센서부착부위에 고정되고 센서를 이용하고, 중력의 반대 방향을 Z축 방향으로, 상기 피측정자의 정상 기립시 오른쪽 어깨에서 왼쪽 어깨로 연장된 방향을 Y축 방향으로, 상기 Y축 방향과 벡터곱할 경우 상기 Z축 방향이 도출되는 방향을 X축 방향으로 정의된 피측정자의 낙상 판정 방법에 있어서,
   상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 가속도값들(a_x, a_y & a_z)의 변화를, 데이터를 처리하는 프로세서가 추적하는 단계;
   상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴할 경우를, 상기 프로세서가 확인하여 낙상의 시작으로 판단하는 단계; 및
   상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각이 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로 수렴할 경우, 상기 가속도값들(a_x & a_z) 각각에 상승 피크 또는 하강 피크가 동기화 될 경우를, 상기 프로세서가 확인하여 낙상의 완료로 판단하는 단계;를 포함하고,
   상기 낙상의 시작으로 판단하는 단계 및 상기 낙상의 완료로 판단하는 단계가 1.0 초 이내의 시간 내에서 수행될 경우, 상기 프로세서가 낙상 이벤트가 발생한 것으로 확정하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 동기화 여부를 확인하는 단계는, 0.1 초 이내의 시간 범위로 판정하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가속도값(a_z)은 + 10 m/sec² 이상의 상승 피크를 갖고, 상기 가속도값(a_x)는 - 10 m/sec² 이하의 하강 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 하는 낙상 판정 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 센서를 이용하여 시간에 따른 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 가속도값들(a_x, a_y & a_z)을 추적하는 단계는,
   상기 센서의 하방으로부터 관통하여 상방으로 향하는 방향을 Z' 방향, 상기 센서 자체의 x방향을 X' 방향, 상기 센서 자체의 Y방향을 Y'방향이라 할 때, 상기 피측정자의 임의의 자세에서 상기 센서가 측정한 X', Y', Z' 방향별 가속도의 벡터값을 도출하는 단계; 및
   상기 방향별 가속도의 벡터값의 상기 Z축 방향에 대한 정사영의 합을 Z축 방향의 가속도값(a_z)으로, 상기 Y축에 대한 정사영의 합을 Y축 방향의 가속도값(a_y)으로, 상기 X축에 대한 정사영의 합을 X축 방향의 가속도값(a_y)으로 정의하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 피측정자의 센서부착부위는 인체의 늑연골, 복장뼈 및 쇄골부를 덮는 부위로 정의되는 것을 특징으로 하는 낙상판정 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 센서를 이용하여 상기 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대한 시간에 따른 지자계값들(m_x, m_y & m_z)의 변화를 추적하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 가속도값들 각각의 크기를 비교하여 상기 가속도값들 중 최대값(a_max), 중간값(a_med) 및 최소값(a_min)을 도출하는 단계; 및
   상기 (중간값(a_med)-최소값(a_min))/(최대값(a_max)-최소값(a_min)) 비율(R)을 산정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 중간값 또는 상기 비율(R)로부터 피측정자의 자세를 판정하는 단계는,
   상기 Y축 가속도값(a_y)이 중간값일 경우, 상기 비율(R)로부터 상기 피측정자의 시선이 상방으로 향하는 업라이트 파스쳐들 중 어느 하나로 결정하는 단계; 및
   상기 X축 가속도값(a_x)이 중간값일 경우, 상기 비율로부터 좌측와위 또는 복위 중 어느 하나로 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 판정 방법.