KR102585584B1 - 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템은 사용자의 보행패턴 및 근활성화 상태를 파악하고, 상기 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공하는 헬스워킹장치; 및 헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴과 근활성화 상태를 출력하고, 상기 헬스워킹장치에서 인가하는 전기자극 및 전기자극에 따라 소모되는 칼로리를 포함하는 운동효과 정보를 제공하는 사용자 단말; 을 포함한다.
Description
본 개시는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법에 관한 것으로 구체적으로, 사용자의 보행패턴과 근활성화 상태에 따라 전기자극장치에서 근육에 인가되는 자극을 조절하여 근감소를 예방할 수 있도록 하는 헬스케어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
종아리는 중력에 의해 하체에 집중된 체내 혈액을 다시 심장으로 올려 보내는 중요한 역할을 담당한다. 다리는 심장에서 거리가 가장 먼 신체기관으로, 종아리 근육이 약하면 혈액을 뿜어 올리는 펌프 기능도 저하되어 혈액순환이 원활히 이뤄지지 않을 수 있다.
나이가 들면 노화와 운동량 감소로 인해 종아리 근육이 쇠퇴한다. 근육량과 근력이 급격히 줄어들면 근감소증으로 이어질 수 있다. 근감소증은 보행 장애와 낙상 사고를 유발하고, 작은 충격에도 골절되는 등 부상을 초래해 주의해야 한다. 노인의 경우 근감소증은 낙상, 골절 등을 일으켜 사망 위험을 높이는 요인 중 하나로 꼽힌다. 65세 이상에서 종아리 둘레가 32cm 미만이면 근감소증을 의심해볼 수 있다. 실제 근감소증으로 진단받은 환자의 82%는 종아리 둘레가 32cm 미만이라는 국내 연구 결과가 있다.
또한, 종아리 근육에 문제가 있으면 하지부종이나 하지정맥류와 같은 질병이 생길 위험도 높다. 종아리의 혈액 순환 기능이 떨어지면 부종이 생기며 통증이 동반되고, 심한 경우에는 정맥 판막이 손상되는 하지정맥류가 나타날 수 있다. 하지정맥류가 있으면 다리가 무겁게 느껴지며, 자주 다리가 저린다. 특히 밤에 다리에 쥐가 나 자주 깬다면 하지정맥류를 의심해볼 필요가 있다. 증상에 따라 다르지만 혈관이 튀어나오고 통증이 있는 상태라면 시술 및 수술 등의 치료를 고려해야 한다.
노인들의 종아리 근육 단련을 위한 헬스케어 장치가 있지만, 종래의 헬스케어 장치는 고가형 IMU(Inertial Measurement Unit)센서를 사용하여 사용자의 모션을 검출한다. 또한, 종래에는 정확한 보행 분석과 전기 전달을 위해 풋 센서 사용 및 부착형 패드를 사용한다. 종래의 패드는 부착 및 탈착이 불편하고, 종래의 헬스 케어 장치는 일시적인 통증 감소 효과만을 창출하는 한계가 있다.
실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법은 웨어러블 타입의 헬스워킹장치를 통해, 근육으로 전기 근육 자극(EMS, Electrical Muscle Stimulation)을 제공한다. 실시예에서 따른 헬스워킹장치는 종아리, 대퇴부 등 사용자 보행보조에 필요한 신체부위에 적용될 수 있다.
또한, 실시예에서는 사용자의 보행패턴과 근활성화 상태에 따라 전기자극의 세기를 조정하여 제공한다. 또한, 실시예에서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 이용한 보행데이터 기록 및 보행패턴 분석 결과를 사용자 단말로 제공하고, 헬스워킹장치를 블루투스(Bluetooth)를 통한 스마트폰 등 외부기기 연동할 수 있도록 한다.
또한, 실시예에서는 사용자 단말로 건강관리 어플리케이션을 제공하여, 주간 및 월간 단위의 운동 계획을 입력할 수 있도록 하고, 지속적인 운동이 가능하도록 운동계획에 따른 걷기 운동 시작 알림을 제공한다. 또한, 실시예에서는 사용자 설정에 따라 보행 운동 수준 평가 기능을 제공한다.
실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템은 사용자의 보행패턴 및 근활성화 상태를 파악하고, 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공하는 헬스워킹장치; 헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴과 근활성화 상태를 출력하고, 헬스워킹장치에서 인가하는 전기자극 및 전기자극에 따라 소모되는 칼로리를 포함하는 운동효과 정보를 제공하는 사용자 단말; 을 포함한다.
실시예에 따른 헬스워킹장치; 는 전기자극을 제공하는 전극; 가속도, 가속도 변화량과 각속도 변화량을 포함하는 가속도 데이터를 센싱하는 가속도 센서; 주변온도와 타겟 근육 온도를 측정하는 적외선 온도 센서; 일정 기간의 가속도 데이터를 분석하여 사용자가 발을 때며 추진하는 푸쉬 오프(push off) 타이밍, 보행수 및 운동시간을 포함하는 사용자의 보행패턴을 파악하는 보행패턴 분석부; 타겟 근육 온도를 근활성도로 변환하고, 근활성도를 주변온도 및 보행패턴과 연관하여 근활성화 상태를 분석하는 근활성화 상태 분석부; 일정기간의 가속도 데이터로부터 평균값과 최저값을 추출하고, 평균값과 최저값의 차이 및 근활성화 상태 중 적어도 하나에 따라 전기자극의 세기를 조정하고, 각속도 변화량 및 푸쉬 오프 타이밍에 따라 전기자극의 타이밍을 조정하는 전극 제어부; 를 포함한다.
이상에서와 같은 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법은 일상생활에서 사용자 의지를 반영한 EMS 전기자극을 통하여 사용자의 종아리 근력을 강화하고 사용자의 보행속도 개선 및 종아리 근력증가를 통해 근감소증위험을 낮추고 요양원 입원율 및 사망률을 감소시킬 수 있도록 한다.
또한, 실시예를 통해, 하지 근력 강화하여 건강을 개선하고, 근감소증 예방, 근력 강화에 도움을 주고, 혈액 순환을 개선한다.
또한, IMU 센서를 이용하여, 사용자의 근력 운동 의지를 파악하고 이를 반영하여 근력을 증가시킴으로써, 종래에 사용자 의지가 반영되지 않은 시스템에 비교하여 높은 운동 효율을 나타낼 수 있도록 한다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 구성을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 헬스워킹장치(100)의 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 사용자 단말(200)의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 신호흐름을 나타낸 도면
도 5 내지 도 7은 사용자 단말의 인터페이스 예를 나타낸 도면
도 8은 사용자 단말의 목표 설정을 위한 인터페이스 예를 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 헬스워킹장치(100)의 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 사용자 단말(200)의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 신호흐름을 나타낸 도면
도 5 내지 도 7은 사용자 단말의 인터페이스 예를 나타낸 도면
도 8은 사용자 단말의 목표 설정을 위한 인터페이스 예를 나타낸 도면
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템은 헬스워킹장치(100) 및 사용자 단말(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
헬스워킹장치(100)는 센서로부터 수집된 가속도 데이터 및 온도 정보를 통해 사용자의 보행패턴과 근활성화 상태를 파악하고, 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공한다. 사용자 단말(200)은 헬스워킹장치(100)로부터 수신한 보행패턴과 근활성화 상태를 출력하고, 헬스워킹장치(100)에서 인가하는 전기자극 및 전기자극에 따른 운동효과 정보를 제공한다. 실시예에서 운동효과 정보는 운동으로 소모되는 칼로리 정보로서, 근육에 가해지는 전기자극에 따른 소모 칼로리, 운동시간과 보행수에 대한 소모 칼로리를 포함할 수 있다. 실시예에 따른 헬스워킹장치(100)는 종아리, 대퇴부 등 사용자 보행보조에 필요한 어느 신체부위에도 적용될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 헬스워킹장치(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 헬스워킹장치(100)는 가속도 센서(110), 적외선 온도 센서(120), 보행패턴 분석부(130), 근활성화 상태 분석부(140), 전극 제어부(150) 및 전극(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '부' 라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.
가속도 센서(110)는 사용자 움직임에 따른 가속도 데이터를 센싱한다. 실시예에서 가속도 데이터는 가속도, 가속도 변화량 및 각속도 변화량을 포함할 수 있다.
적외선 온도 센서(120)는 주변온도와 타겟 근육 온도를 측정한다. 실시예에서 주변온도는 타겟 근육 주변에 위치한 신체부위의 온도이다.
보행패턴 분석부(130)는 가속도 데이터를 통해 사용자 보행패턴을 파악한다. 보행패턴은 사용자의 양 발을 교대로 사용하여 이동할 때의 자세(stance phase)와 스윙 상태(swing phase)이다. 실시예에서 보행패턴은 사용자의 푸시 오프(Push off) 타이밍, 보행수, 운동시간을 포함할 수 있다.
예컨대, 보행패턴 분석부(130)는 가속도 센서(110)로부터 전달된 가속도 데이터를 누적하고, 일정 기간 동안 가속도 데이터를 분석한다. 이를 통해, 보행패턴 분석부(130)는 푸쉬 오프(push off)를 파악할 수 있다. 구체적으로, 보행패턴 분석부(130)는 일정 기간 동안 누적된 가속도 데이터 중 가속도 변화량이 가장 큰 시점을 사용자가 발을 때며 추진하는 푸쉬 오프 타이밍으로 파악할 수 있다.
또한, 보행패턴 분석부(130)는 사용자의 보행수와 운동시간을 파악한다. 실시예에서 보행패턴 분석부(130)는 가속도 데이터 분석을 통해 사용자가 헬스워킹장치(100)를 착용하고 있는 동안의 보행수를 파악하고, 보행수에 따른 운동시간을 파악할 수 있다. 실시예에서 운동시간은 단위시간(예컨대, 1분) 동안의 보행수가 일정 횟수 이상인 시간이다.
근활성화 상태 분석부(140)은 근활성화 상태를 파악한다. 실시예에서 근활성화 상태 분석부(140)는 근활성도를 통해 근활성화 상태를 파악할 수 있다. 근활성도(Muscle Activity)는 근육의 수축과 이완 횟수에 따라 변화하는 지수로서, 근육 활동 증가량을 의미한다.
실시예에서 근활성화 상태 분석부(140)는 적외선 온도 센서(120)로부터 획득된 타겟 근육 온도를 근활성도로 변환하고, 변환된 근활성도를 주변온도 및 보행패턴과 연관하여 근활성화 상태를 분석한다.
실시예에서 근활성화 상태 분석부(140)는 타겟 근육 온도를 타겟 근육 온도의 범위(range)에 따라 미리 설정된 근활성도로 변환한다. 이후, 근활성화 상태 분석부(140)는 변환된 근활성도를 주변온도에 따라 1차 보정한다. 예컨대, 근활성화 상태 분석부(140)는 주변온도가 일정 온도를 초과하는 경우, 근활성도를 상향하여 보정하고, 주변온도가 일정 온도 미만인 경우, 근활성도를 하향하여 보정할 수 있다. 구체적으로, 근활성화 상태 분석부(140)는 주변온도가 일정 온도를 초과하는 경우, 근활성도에 미리 설정된 일정 수치를 더하여 보정하고, 주변온도가 일정 온도 미만인 경우, 근활성도에 일정 수치를 감하여 보정할 수 있다. 이후, 근활성화 상태 분석부(140)는 보행수와 운동시간을 포함하는 보행패턴을 고려하여 근활성도를 2차 보정한다. 예컨대, 근활성화 상태 분석부(140)는 단위시간(예컨대,1분) 보행수가 일정 수 이상이거나, 운동시간이 일정 시간 이상인 경우, 보행수와 운동시간에 비례하는 보정수치를 근활성도에 합산하여 보정할 수 있다. 이후, 근활성화 상태 분석부(140)는 주변온도 및 보행패턴에 따라 보정된 근활성도를 통해 근활성화 상태를 분석할 수 있다. 예컨대, 근활성화 상태 분석부(140)는 보정된 근활성도의 범위에 매칭된 근활성화 상태로 근활성화 상태를 분석할 수 있다. 구체적으로, 근활성화 상태 분석부(140)는 보정된 근활성도가 1내지 10인 경우, 근활성화 상태를 낮음 레벨로 분석하고, 보정된 근활성도가 11 내지 20인 경우, 근활성화 상태를 적정 레벨로 분석할 수 있고, 보정된 근활성도가 21 내지 30인 경우, 근활성화 상태를 높음 레벨로 분석할 수 있다.
또한, 실시예에서 근활성화 상태 분석부(140)는 주변 온도와 보행수 및 운동시간에 따른 근활성도를 전극(160)을 통해 측정한 근신호 크기값으로 획득하고, 획득한 근활성도에 따라 근활성화 상태를 파악할 수 있다. 실시예에서 근활성화 상태는 근활성도에 비례하여, 근활성도의 단계별 임계수치에 따라 높음, 적정, 낮음 등의 레벨로 설정될 수 있다.
전극 제어부(150)는 전기자극의 세기와 타이밍을 조정한다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 가속도 센서(110)로부터 획득한 일정기간의 가속도 데이터로부터 평균값과 최저값을 추출하고, 평균값과 최저값의 차이, 근활성화 상태 중 적어도 하나에 따라 전기자극의 세기를 조정하고, 각속도 변화량 및 푸쉬 오프 타이밍에 따라 전기자극의 타이밍을 조정한다.
예컨대, 전극 제어부(150)는 전기자극의 세기를 평균값과 최저값의 차이에 따라 미리 설정된 세기로 조정하거나, 근활성화 상태 각각에 설정된 전기자극의 세기로 조정할 수 있다.
또한, 전극 제어부(150)은 평균값과 최저값의 차이, 근활성화 상태를 모두 고려하여 전기자극의 세기를 조정할 수 있다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 평균값과 최저값의 차이에 설정된 전기자극의 세기와, 근활성화 상태에 따라 설정된 전기자극의 세기를 사용자의 푸쉬 오프 타이밍에 번갈아 가며 제공하도록 조정할 수 있다. 또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 사용자의 근육으로 가해지는 전기자극의 세기를 평균값과 최저값의 차이에 반비례하도록 조정할 수 있다. 실시예에서 전극 제어부(150)는 평균값과 최저값의 차이에 설정된 전기자극의 세기 및 근활성화 상태에 따라 설정된 전기자극의 세기로 번갈아 가며 전기자극의 세기를 조정함으로써, 다양한 변수에 연관된 근활성화 상태뿐만 아니라, 사용자의 실시간 움직임으로만 측정된 가속도 정보를 모두 전기자극에 반영할 수 있다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)은 평균값과 최저값의 차이에 설정된 전기자극의 세기와, 근활성화 상태에 설정된 전기자극의 세기 중간 값으로 전기자극의 세기를 조정할 수 있다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 평균값과 최저값의 차이에 따라 전기자극의 세기를 조정하는 경우, 평균값과 최저값의 차이가 포함되는 범위에 따라 미리 설정된 세기로 전기자극을 조정할 수 있다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 평균값과 최저값의 차이가 제1범위에 포함될 경우, 전기자극을 제1세기로 조정하고, 평균값과 최저값의 차이가 제2범위에 포함될 경우, 전기자극을 제2세기로 조정하고, 평균값과 최저값의 차이가 제3범위에 포함될 경우 전기자극을 제3 세기로 조정할 수 있다. 이때, 제3범위가 제2범위보다 크고, 제2범위가 제1범위보다 큰 경우, 제1세기보다 제2세기가 크고, 제2세기보다 제3세기를 크게 설정한다. 이는 전극 제어부(150)에서 평균값과 최저값의 차이가 작은 경우 근육 활동 증가가 일정 수준 이상 진행된 상태로 파악하여 근육을 더욱 활성화시키기 위해, 전기자극의 세기를 상대적으로 더 크게 조정하기 위한 것이다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 근육의 전기자극 노출 시간에 따라 전기자극 세기를 조정한다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 근육의 전기자극 노출시간에 따라 전기자극의 세기를 점진적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 전극 제어부(150)는 근육의 전기자극 노출시간이 일정시간(예컨대, 15분)을 초과하는 경우, 일정시간(15분) 이후에는 이전에 가해진 전기자극 세기에서 일정비율(예컨대, 10퍼센드)이 증가되도록 전기자극의 세기를 조정할 수 있다. 구체적으로, 전극 제어부(150)은 30분동안 전기자극을 제공하는 경우, 처음 15분은 100의 세기로 전기자극을 조정한다면, 나중 15분은 110의 세기로 전기자극의 세기를 조정하고, 전기자극 제공 시간이 늘어남에 따라 전기자극의 세기 또한 점진적으로 커지도록 전지자극의 세기를 조정할 수 있다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 근활성화 상태에 따라 전기자극의 세기를 조정한다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 근활성화 상태가 높음 레벨이거나, 근활성도가 일정 수치 이상인 경우 전기자극의 세기를 감소시킨다.
또한, 근육이 장시간 전기자극에 노출될 경우 근육 손상이 올 수 있으므로, 전극 제어부(150)는 운동시간이 일정시간을 초과하여 근육이 충분히 활성화되었을 경우에도 전기자극의 세기를 감소시킨다. 구체적으로, 전극 제어부(150)는 운동시간이 일정시간을 초과하고, 근활성화 상태가 보통 레벨을 초과하는 경우, 전기자극 세기를 감소시키고, 운동시간이 일정시간을 초과하고 근활성도가 일정 수치 이상인 경우에도 전기자극 세기를 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 사용자의 보행수에 따라 전기자극 세기를 조정할 수 있다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 보행패턴 분석부(130)에서 측정된 보행수에 비례하도록 전기자극 세기를 조정할 수 있다. 구체적으로, 전극 제어부(150)는 보행수가 제1임계값 내지 제2임계값 범위에 있는 경우, 전기자극의 세기를 제1세기로 조정하고, 전극 제어부(150)는 보행수가 제2임계값 내지 제3임계값 범위에 있는 경우, 전기자극의 세기를 제2 세기로 조정한다. 이때, 제2임계값은 제1임계값보다 일정비율(예컨대, 20 퍼센트)큰 세기가 될 수 있다. 즉, 실시예에서 전극 제어부(150)는 보행수가 늘어남에 따라 사용자에게 제공하는 전기자극의 세기를 증가시켜 근육을 더욱 활성화시킬 수 있도록 한다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 사용자가 희망하는 소모 칼로리와 운동 시간에 따라 전극 제어부(150)에서 제공하는 전기자극의 세기 및 전기자극 변화 시점을 조정할 수 있다. 먼저, 전극 제어부(150)는 사용자 단말(200)에서 사용자가 희망하는 소모 칼로리와 운동시간에 따라 산출된 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 수신한다. 이후, 전극 제어부(150)는 현재 시점에서 사용자의 근활성도에 따라 전기자극의 세기, 전기자극 인가 시점 및 전기자극 세기 변화 시점을 산출한다. 이후, 전극 제어부(150)는 산출된 시점에 산출된 세기의 전기자극을 제공하도록 전극(160)을 제어한다.
또한, 실시예에서 전극 제어부(150)는 사용자의 운동 모션을 인식하여 전기자극 제공시점을 운동 모션이 시작되는 시점으로 조정한다. 실시예에서 운동 모션은 사용자가 의도를 가지고 수행하는 운동행동으로서, 앉아서 발목을 들어 올리는 행위, 보행 운동 등을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 않는다.
또한, 전극 제어부(150)는 사용자의 보행 주기를 인지하여 전기자극 제공시점을 보행 주기 시작 시점으로 조정하여, 사용자의 종아리 근력을 더욱 강화할 수 있도록 한다. 예컨대, 사용자가 일정 패턴으로 보행주기를 반복하는 경우, 전극 제어부(150)는 전기자극의 타이밍을 해당 보행주기로 조정하고, 근활성화 상태 및 보행패턴에 따라 전기자극의 세기를 조정할 수 있다.
또한, 전극 제어부(150)는 보행패턴에 따라 전극(160)에서 제공하는 전극의 세기를 조정한다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 보행패턴 분석부(130)로부터 수신한 보행패턴을 오르막길 보행패턴, 내리막길 보행패턴 및 평지 보행패턴으로 구분하여 인식하고, 전기자극의 세기를 각 보행패턴에 따라 다르게 조정한다.
또한, 전극 제어부(150)는 보행패턴 전환기간에는 사용자에게 제공하는 전기자극의 패턴을 다른 패턴으로 조정한다. 실시예에서 보행패턴 전환기간은 보행패턴이 변화한 시점 후의 일정 시간이다. 예컨대, 사용자가 오르막길 보행 후 평지를 보행하는 경우, 오르막길 보행패턴에서 평지 보행패턴으로 변화한 시점후의 일정 시간이 보행패턴 전환기간이다. 실시예에서 전극 제어부(150)는 오르막길 보행패턴에서 평지 보행 패턴으로 변화하는 경우, 평지 보행패턴으로 변화한 시점으로부터 일정시간동안 다른 패턴의 전기자극으로 조정한다.
구체적으로, 실시예에서 전극 제어부(150)는 보행패턴 전환기간에는 오르막길 보행패턴에서 제공하는 전기자극의 세기와 평지 보행패턴에서 제공하는 전기자극의 세기의 평균값으로 전기자극의 세기를 조정할 수 있다. 또한, 전극 제어부(150)는 전기자극 빈도를 오르막길 보행패턴에서 제공하는 전기자극 빈도와 평지 보행패턴에서 제공하는 전기자극 빈도의 중간 값으로 조정할 수 있다.
또한, 전극 제어부(150)는 보행패턴으로부터 특정 질환을 감지하고, 감지된 질환에 기반하여 사용자에게 제공하는 전기자극의 세기와 타이밍을 조정할 수 있다. 예컨대, 전극 제어부(150)는 목적이 없는 비연속 보행패턴, 불규칙 보행패턴, 보행속도가 최저 임계값 미만인 보행패턴을 포함하는 이상 보행패턴을 인지하는 경우, 이상 보행패턴에 기설정된 질환을 사용자의 질환으로 감지할 수 있다. 실시예에서 특정 질환은 파킨슨, 루게릭 등의 뇌신경질환 및 치매 등을 포함하고 이에 한정하지 않는다. 실시예에서 전극 제어부(150)는 보행패턴에 의해 특정 질환이 감지되는 경우, 전기자극의 세기를 최저 세기로 조정하거나, 특정 질환 각각에 설정된 패턴으로 전기자극의 세기와 타이밍을 조정할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 사용자 단말(200)의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 사용자 단말(200)은 출력부(210), 산출부(220) 및 통신부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
출력부(210)는 헬스워킹장치로부터 수신한 운동정보를 사용자 단말의 디스플레이에 출력한다. 실시예에서 운동정보는 보행패턴, 근활성화 상태, 전기자극의 세기, 사용자의 운동시간, 보행수 등을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에서 출력부(210)는 운동시간과 전기자극의 세기에 따른 칼로리 소모량 정보를 출력한다.
산출부(220)는 사용자가 희망하는 소모 칼로리를 입력 받고, 소모 칼로리 소진에 필요한 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 산출한다.
또한, 실시예에서 산출부(220)는 사용자로부터 운동횟수와 운동기간을 포함하는 운동목표를 입력 받고, 사용자가 운동목표를 달성할 수 있도록 운동시작 알림을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에서 산출부(220)는 헬스워킹장치로부터 운동정보를 수집하여 운동정보를 관리한다. 예컨대, 산출부(220)는 헬스워킹장치로부터 수집한 운동정보를 누적하여, 사용자의 기간별 운동량, 하루 운동량, 운동시간 등을 산출하여 제공한다. 또한, 매일의 운동정보를 비교하여 개선정도를 파악하고, 운동량이 일정수준 미만으로 일정시간 이상 지속되는 경우, 사용자에게 근감소 위험을 알릴 수 있도록 한다.
또한, 실시예에서 산출부(220)는 사용자의 운동정보를 타인의 운동정보와 비교하여 사용자의 보행운동 수준을 평가한다. 예컨대, 산출부(220)는 일정기간 동안의 사용자의 근활성화 상태, 운동시간, 보행수를 평균수치와 비교하여 비교 결과에 따라 사용자의 보행 운동 수준을 평가할 수 있다.
통신부(230)는 산출부(220)에서 산출된 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 헬스워킹장치(100)로 전송한다. 또한, 통신부(230)는 헬스워킹장치(100)와의 통신여부 및 통신방식을 설정한다.
이하에서는 보행보조를 위한 헬스케어 방법에 대해서 차례로 설명한다. 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 방법의 작용(기능)은 위조품 탐지 시스템의 기능과 본질적으로 같은 것이므로 도 1 내지 도 3과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 신호흐름을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, S100 단계에서는 헬스워킹장치에서 사용자의 보행패턴 및 근활성화 상태를 파악하고, S200 단계에서 사용자 단말로 보행패턴 및 근활성화 상태 정보를 전송한다.
S300 단계에서는 사용자 단말에서 보행패턴, 근활성화 상태 및 운동효과정보를 출력한다. S400 단계에서는 헬스워킹장치에서 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공한다. 실시예에서 S400 단계는 가속도 센서에서 가속도, 가속도 변화량과 각속도 변화량을 포함하는 가속도 데이터를 센싱하는 단계; 적외선 온도 센서에서 주변온도와 타겟 근육 온도를 측정하는 단계; 보행패턴 분석부에서 일정 기간의 가속도 데이터를 분석하여 사용자가 발을 때며 추진하는 푸쉬 오프(push off) 타이밍, 보행수 및 운동시간을 포함하는 사용자의 보행패턴을 파악하는 단계; 근활성화 상태 분석부에서 상기 적외선 온도 센서로부터 획득한 타겟 근육 온도를 근활성도로 변환하고, 획득된 근활성도를 주변온도, 타겟 근육온도, 보행수 및 운동시간에 따라 연관하여 근활성화 상태를 분석하는 단계; 전극 제어부에서 상기 일정기간의 가속도 데이터로부터 평균값과 최저값을 추출하고, 상기 평균값과 최저값의 차이, 근활성화 상태 중 적어도 하나에 따라 전기자극의 세기를 조정하고, 각속도 변화량 및 푸쉬 오프 타이밍에 따라 전기자극의 타이밍을 조정하는 단계; 및 전극에서 전기자극을 제공하는 단계; 를 포함할 수 있다. 실시예에서는 근육의 전기자극 노출 시간에 따라 전기자극의 세기를 향상시킬 수 있다.
S500 단계에서는 사용자 단말에서 사용자가 희망하는 운동시간 및 소모 칼로리를 수집하고, S600 단계에서는 사용자가 희망하는 소모 칼로리에 기반하여 최종 운동시간 및 전기자극을 산출한다. S700 단계에서는 사용자 단말에서 헬스워킹장치로 최종 운동시간 및 전기자극을 전송한다.
S800 단계에서는 헬스워킹장치에서 사용자 단말로부터 전송된 최종운동시간, 전기자극을 수신하여, 전기자극 세기 및 전기자극 제어 시점을 산출한다. S900 단계에서는 헬스워킹장치에서 산출된 세기와 시점에 따라 전기자극을 제공한다.
도 5 내지 도 7은 사용자 단말의 인터페이스 예를 나타낸 도면이다.
실시예에서 사용자 단말은 헬스워킹장치로부터 수신한 운동정보를 분석하여, 사용자가 일정기간동안 수행한 운동 종류와 양을 그래프 등으로 시각화 하여 출력할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 사용자 단말은, 보행수, 뒤꿈치 들기 운동회수, 마사지 시간, 왼쪽 다리와 오른쪽 다리의 운동량 차이, 사용자 평균 운동량과의 차이 등 운동정보를 분석한 상세정보를 그래프 등의 시각적 객체로 제공한다. 또한, 실시예에서는 사용자의 보행수, 날짜를 포함하는 보행기록을 제공할 수 있고, 해당 보행기록을 일정기간(예컨대, 1일,1주,1달) 단위로 분석하고 분석결과를 제공할 수 있다.
도 8은 사용자 단말의 목표 설정을 위한 인터페이스 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시예에서 사용자 단말은 사용자로부터 운동 목표 정보를 입력 받고, 입력된 운동 목표를 달성하도록 운동 시작 알림을 제공할 수 있다. 도 8에 도시된 인터페이스에 사용자는 자신이 달성하고자 하는 보행수, 뒤꿈치 들기 등의 운동 횟수 등을 입력한다.
실시예에 따른 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법은 웨어러블 타입의 헬스워킹장치를 통해, 종아리, 대퇴부 등으로 전기 근육 자극(EMS, Electrical Muscle Stimulation)을 제공한다.
또한, 실시예에서는 사용자의 보행패턴과 근활성화 상태에 따라 전기자극의 세기를 조정하여 제공한다. 또한, 실시예에서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 이용한 보행데이터 기록 및 보행패턴 분석 결과를 사용자 단말로 제공하고, 헬스워킹장치를 블루투스(Bluetooth)를 통한 스마트폰 등 외부기기 연동할 수 있도록 한다.
또한, 실시예에서는 사용자 단말로 건강관리 어플리케이션을 제공하여, 주간 및 월간 단위의 운동 계획을 입력할 수 있도록 하고, 지속적인 운동이 가능하도록 운동계획에 따른 걷기 운동 시작 알림을 제공한다. 또한, 실시예에서는 사용자 설정에 따라 보행 운동 수준 평가 기능을 제공한다.
이상에서와 같은 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법은 일상생활에서 사용자 의지를 반영한 EMS 전기자극을 통하여 사용자의 근력을 강화하고 사용자의 보행속도 개선 및 종아리 근력증가를 통해 근감소증위험을 낮추고 요양원 입원율 및 사망률을 감소시킬 수 있도록 한다.
또한, 실시예를 통해, 하지 근력 강화하여 건강을 개선하고, 근감소증 예방, 근력 강화에 도움을 주고, 혈액 순환을 개선한다.
또한, IMU 센서를 이용하여, 사용자의 근력 운동 의지를 파악하고 이를 반영하여 근력을 증가시킴으로써, 종래에 사용자 의지가 반영되지 않은 시스템에 비교하여 높은 운동 효율을 나타낼 수 있도록 한다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
Claims (10)
- 사용자의 보행패턴 및 근활성화 상태를 파악하고, 상기 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공하는 헬스워킹장치;
상기 헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴과 근활성화 상태를 출력하고, 상기 헬스워킹장치에서 인가하는 전기자극 및 전기자극에 따라 소모되는 칼로리를 포함하는 운동효과 정보를 제공하는 사용자 단말; 을 포함하고,
상기 헬스워킹장치; 는
전기자극을 제공하는 전극;
가속도, 가속도 변화량과 각속도 변화량을 포함하는 가속도 데이터를 센싱하는 가속도 센서;
주변온도와 타겟 근육 온도를 측정하는 적외선 온도 센서;
일정 기간의 가속도 데이터를 분석하여 사용자가 발을 때며 추진하는 푸쉬 오프(push off) 타이밍, 보행수 및 운동시간을 포함하는 사용자의 보행패턴을 파악하는 보행패턴 분석부;
상기 타겟 근육 온도로부터 근활성도를 변환하고, 상기 변환된 근활성도를 주변온도 및 보행패턴과 연관하여 근활성화 상태를 분석하는 근활성화 상태 분석부;
상기 일정기간의 가속도 데이터로부터 평균값과 최저값을 추출하고, 상기 평균값과 최저값의 차이, 상기 근활성화 상태 중 적어도 하나에 따라 전기자극의 세기를 조정하고, 상기 각속도 변화량 및 푸쉬 오프 타이밍에 따라 전기자극의 타이밍을 조정하는 전극 제어부; 를 포함하는, 보행보조를 위한 헬스케어 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전극 제어부; 는
근육의 전기자극 노출 시간에 따라 전기자극의 세기를 향상시키는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 사용자 단말; 은
헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴, 근활성도 및 근활성화 상태, 전기자극의 세기, 운동시간, 운동량을 포함하는 운동정보를 출력하는 출력부;
사용자가 희망하는 소모 칼로리와 운동시간을 입력 받고, 상기 소모 칼로리 소진에 필요한 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 산출하는 산출부;
산출된 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 상기 헬스워킹장치로 전송하는 통신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 전극 제어부; 는
사용자 단말로부터 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 수신하여, 근활성화 상태에 따라 전기자극 인가 및 전기자극 변화 시점을 산출하고, 산출된 시점에서 전기자극을 조절하는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템.
- (A) 헬스워킹장치에서 사용자의 보행패턴 및 근활성화 상태를 파악하고, 상기 보행패턴과 근활성화 상태에 기반한 전기자극을 제공하는 단계;
(B) 사용자 단말에서 상기 헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴과 근활성화 상태를 출력하고, 상기 헬스워킹장치에서 인가하는 전기자극 및 전기자극에 따라 소모되는 칼로리를 포함하는 운동효과 정보를 제공하는 단계; 을 포함하고,
상기 (A)의 단계; 는
(A-1) 가속도 센서에서 가속도, 가속도 변화량과 각속도 변화량을 포함하는 가속도 데이터를 센싱하는 단계;
(A-2) 적외선 온도 센서에서 주변온도와 타겟 근육 온도를 측정하는 단계;
(A-3) 보행패턴 분석부에서 일정 기간의 가속도 데이터를 분석하여 사용자가 발을 때며 추진하는 푸쉬 오프(push off) 타이밍, 보행수 및 운동시간을 포함하는 사용자의 보행패턴을 파악하는 단계;
(A-4) 근활성화 상태 분석부에서 상기 타겟 근육 온도를 근활성도로 변환하고, 상기 변환된 근활성도를 주변온도 및 보행패턴과 연관하여 근활성화 상태를 분석하는 단계;
(A-5) 전극 제어부에서 상기 일정기간의 가속도 데이터로부터 평균값과 최저값을 추출하고, 상기 평균값과 최저값의 차이, 상기 근활성화 상태 중 적어도 하나에 따라 전기자극의 세기를 조정하고, 상기 각속도 변화량 및 푸쉬 오프 타이밍에 따라 전기자극의 타이밍을 조정하는 단계; 및
(A-6) 전극에서 전기자극을 제공하는 단계; 를 포함하는, 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 제어 방법.
- 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 (A-5)의 단계; 는
근육의 전기자극 노출 시간에 따라 전기자극의 세기를 향상시키는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 제어 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (B)의 단계; 는
(B-1) 출력부에서 헬스워킹장치로부터 수신한 보행패턴, 근활성도 및 근활성화 상태, 전기자극의 세기, 운동시간, 운동량을 포함하는 운동정보를 출력하는 단계;
(B-2) 산출부에서 사용자가 희망하는 소모 칼로리와 운동시간을 입력 받고, 상기 소모 칼로리 소진에 필요한 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 산출하는 단계; 및
(B-3) 통신부에서 산출된 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 상기 헬스워킹장치로 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 제어 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (A-5)의 단계; 는
사용자 단말로부터 최종 운동시간 및 전기자극의 세기를 수신하여, 근활성화 상태에 따라 전기자극 인가 및 전기자극 변화 시점을 산출하고, 산출된 시점에서 전기자극을 조절하는 것을 특징으로 하는 보행보조를 위한 헬스케어 시스템의 제어 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020230026336A KR102585584B1 (ko) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 보행보조를 위한 헬스케어 시스템 및 방법 |
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| KR102585584B1 true KR102585584B1 (ko) | 2023-10-11 |
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2023
- 2023-02-27 KR KR1020230026336A patent/KR102585584B1/ko active IP Right Grant
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