KR20040046803A - 가속도계를 이용한 이동형 보행특성 분석 시스템 - Google Patents

가속도계를 이용한 이동형 보행특성 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보행 분석 시스템에 관한 것으로 특히, 움직임에 따른 공간 좌표상의 가속도 데이터를 생성하는 감지센서와; 감지센서에 유선으로 연결되며 감지센서에서 생성되는 공간 좌표상의 가속도 데이터를 신호 처리하여 저장하는 제어부를 포함하며; 감지센서는 벨트 타입의 고정부재에 의해 검사 대상자의 발목부근에 고정되고, 제어부 역시 벨트 타입으로 검사 대상자의 허리에 고정됨으로써 검사 대상자의 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인으로부터 극복하도록 하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템을 제공한다.
따라서 본 발명의 보행 분석 시스템에 의하면 장시간의 보행기록을 가능하게 하기 때문에 현재의 짧은 거리 및 시간의 보행기록에 의존하는 보행 진단방법을 극복하여 환자의 보행 특성에 대한 더 구체적인 진단자료를 얻을 수 있게 된다.

Description

가속도계를 이용한 이동형 보행특성 분석 시스템{mobile type walking characteristic analysis system using an accelerometer}
본 발명은 보행 분석 시스템에 관한 것으로 특히, 현재 병원을 방문하여 제한된 공간에서 이루어지는 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인을 극복하고 소형 IC 타입의 가속도계를 이용함으로써 보행 측정이 가능한 범위를 병원 밖으로 확장하여 자연스러운 보행을 장시간 기록할 수 있도록 하기 위한 가속도계를 이용한 이동형 보행특성 분석 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 문명의 이기를 사용하는 현대인들 중에는 운동량이 부족하고, 식생활이상과 생활공간의 협소함 등으로 인해 만성 피로 등의 증상을 호소하는 이들이 늘어나고 있는데, 그 원인 중 하나로 걷거나 앉아 있는 동안의 인체 자세가 매우 비정상적인 데에서 기인하는 경우가 많이 발생된다.
특히, 척추 등과 같은 부분을 수술한 환자의 경우 수술 후의 회복결과를 객관적으로 측정할 수 있는 척도를 마련하지 못하고 있으며, 주로 의사의 경험 또는 직감적인 판단에 의존하고 있는 실정이기도 하다. 이에 따라, 환자의 보행 자세나 상태를 확인함으로써 인체의 회복 결과를 인식하는 방식으로 전문가의 육안을 통한 보행분석 방식과, 비디오 녹화 분석 방식 등이 제안되어 왔다.
이때, 육안을 통한 보행분석은 가장 단순하고 용도가 넓은 분석방법임에도 불구하고 일시적이어서 영구적인 기록을 할 수 없으며 빠른 속도로 발생한 일의 관찰은 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 상기 비디오테이프를 통한 관찰은 보행분석의 효과적인 방법 중 하나로서, 피검자가 본인이 어떻게 걷고 있는지 보여줄 수 있고 육안적 보행분석을 다른 사람에게 쉽게 교육할 수 있는 반면에, 수치의 형태로서 양적인 자료를 제공하지 못하기 때문에 객관적인 방법이라고 할 수 없다.
반면에 상술한 경험적 수동적인 방식이 아니라 분석적인 방식을 위해 제안되어진 방식이 직접운동 측정 시스템과 운동 역학적 분석 시스템이 가장 대표적이라 할 수 있다.
상기 직접운동 측정 시스템의 하나인 전기 측각기는 걷는 동안 관절의 각도를 측정하는 방식이며 이에 따른 선행 특허로는 대한민국 특허공개번호 2002-0035386호(명칭: 모션 캡쳐를 통하여 모션 데이터 파일을 생성하는 방법 및 장치)에 기술되어 있는 방식이라 할 수 있다.
상술한 방식은 슬 관절 측정에 가장 많이 이용되며 족관절 및 고관절의 측정에도 이용된다.
그러나 이 시스템은 첨부한 도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 측각기가 고정되는 위치가 부정확하면 오차를 유발한 가능성이 크며, 설치가 복잡하고, 돌출감으로 인해 피검자에게 거부감을 초래할 수 있다.
첨부한 도 1과 도 2의 설명은 전술한 특허공개공보에 상세히 수록되어 있으므로 생략한다.
마지막으로 현재 보행분석에 있어서 가장 많이 사용되고 있는 방법인 운동역학적 분석 시스템(Kinematic systems)은 카메라를 이용하여 신체에 부착된 반사하는 마커 또는 신체의 자연적인 소스를 추적하는 시스템으로서, 변위, 속도 및 가속도를 통하여 보행을 기하학적으로 기술할 수 있으며, 이에 따른 선행 특허로는 대한민국 특허 등록번호 10-0349338호(명칭: 인체의 3차원 운동을 촬영하여 정형 외과적 질환을 진단하는 진단시스템)를 그 예로 들 수 있다.
그러나 상술한 방식은 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 정확도를 높이기 위해서는 다수의 카메라가 필요하며 이상적인 정확도를 얻기 위해서는 3차원 시스템을 이용하여야 한다. 즉 2개 이상의 카메라가 필요하다. 이러한 시스템들은 일반적으로 소스가 가려짐(폐색)으로 인해 방해를 받을 수 있고 작업공간이 제한된다.
또한, 병원의 검사실 등을 벗어난 자유스러운 보행상태에서의 보행기록은 불가능하다. 또한 일시적인 보행만을 기록할 수 있으며 장시간의 보행은 기록할 수 없으며, 분석 시스템이 고가이기 때문에 일반적인 임상활용에는 문제가 있다
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 현재 병원을 방문하여 제한된 공간에서 이루어지는 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인을 극복하고 소형의 IC 타입 가속도계를 이용하여 보행 측정이 가능한 범위를 병원 밖으로 확장하여 자연스러운 보행을 장시간 기록할 수 있도록 하는 데 있다.
도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 진단시스템의 착용상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 다른 종래 기술에 따른 진단시스템의 사용상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 기술적 개념을 설명하기 위한 적용상태 예시도.
도 5는 도 4에 도시되어 있는 센서의 감지 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 보행 분석 시스템의 구성 예시도.
도 7 내지 도 9는 분석 파형 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101,102 : 가속도 센서200 : 제어부
300 : 메모리400 : 컴퓨터
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 움직임에 따른 공간 좌표상의 가속도 데이터를 생성하는 감지센서와; 상기 감지센서에 유선으로 연결되며 상기 감지센서에서 생성되는 공간 좌표상의 가속도 데이터를 신호 처리하여 저장하는 제어부를 포함하며; 상기 감지센서는 벨트 타입의 고정부재에 의해 검사 대상자의 발목부근에 고정되고, 상기 제어부 역시 벨트 타입으로 검사 대상자의 허리에 고정됨으로써 검사 대상자의 보행을 공간적 및 물리적인 구속 요인으로부터 벗어나 분석할 수 있도록 한 보행 분석 시스템을 제공한다.
위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행 분석 시스템의 다른 특징은 임의의 통신 인터페이스를 구비하고 있으며 상기 인터페이스 수단을 통해 유입되는 데이터를 기준으로 기 운영되고 있는 보행 분석 프로그램에 따라 보행 특성을 분석하는 시스템과; 움직임에 따른 공간 좌표상의 가속도 데이터를 생성하는 감지센서와; 상기 감지센서에 유선으로 연결되며 상기 감지센서에서 생성되는 공간 좌표상의 가속도 데이터를 신호 처리하여 저장하며 상기 시스템으로 상기 인터페이스 수단을 통해 저장하고 있는 데이터를 전송하는 제어부를 포함하며; 상기 감지센서는 벨트 타입의 고정부재에 의해 검사 대상자의 발목부근에 고정되고, 상기 제어부 역시 벨트 타입으로 검사 대상자의 허리에 고정됨으로써 검사 대상자의 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인을 극복하여 수행할 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행 분석 시스템의 부가적인 특징은 상기 감지센서가 IC화되어 있는 가속도계 센서를 사용하는 데 있다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 기술적 개념을 설명하기 위한 적용 상태를 나타낸 예시도이며, 도 5는 도 4에 도시되어 있는 센서의 감지 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명은 첨부한 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 벨트 타입으로 구성되어 양쪽의 발목과 허리에 두르고 보행을 하면 양쪽 발목에 구비되어 있는 감지센서(IC타입의 가속도계 센서)에서 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 X-Y-Z 방향으로의 발 움직임을 감지하여 그에 대응하는 데이터를 생성하고 이는 허리에 두르고 있는 벨트에 구비되어 있는 제어부측에서 신호 처리하여 데이터로 저장시키게 된다.
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 보행 분석 시스템의 구성 예시도로서, 검사 대상자의 보행 시 양측 발목 관절에서 벨트 등의 타입으로 고정되며 공간 좌표계에 따른 X축, Y축, Z축의 가속도 데이터를 생성하는 가속도 센서(101, 102)와, 불휘발성이며 제어신호에 따라 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 엑세스하는 플래쉬 메모리(300)와, 상기 가속도 센서(101, 102)로부터 생성되어 입력되는 X축, Y축, Z축의 가속도 데이터를 신호 처리하여 상기 플래쉬 메모리(300)에 저장하고 참조번호 400으로 지칭되는 퍼스널 컴퓨터(보행 분석 프로그램이 기 운영되고 있는 장비)와 RS-232C(이에 국한되지 않음) 통신방식으로 데이터 인터페이스가 형성되면 상기 플래쉬 메모리(300)에 저장되어 있는 데이터를 억세스하여 이를 상기 퍼스널 컴퓨터(400)로 전달하는 제어부(200)로 구성된다.
이때, 점선으로 묶인 부분 즉, 퍼스널 컴퓨터(400)를 제외한 부분의 구성은 첨부한 도 4에 도시되어 있는 사용 실시 예의 블록 구성임을 밝혀 둔다.
따라서 본 발명을 적용하면 가속도 센서(101, 102)를 이용하여 첨부한 도 7 내지 도 9에 도시되어 있는 파형과 같은 측정 데이터를 생성시키게 되며, 이는 제어부(200)에 의해 디지털 데이터로 변환되어 플래쉬 메모리(300)에 저장되어진다.
이후, 검사 대상자가 현재까지 자신의 보행에 따른 분석 결과를 알고 싶은 경우 상기 제어부(200)와 보행 분석 프로그램이 기 운영되고 있는 퍼스널 컴퓨터(400)와 RS-232C 통신방식으로 데이터 인터페이스를 형성한 후 상기 플래쉬 메모리(300)에 저장되어 있는 데이터를 억세스하여 이를 상기 퍼스널 컴퓨터(400)로 전달함으로써 상기 퍼스널 컴퓨터(400)를 통해 분석 결과를 알 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이 시스템은 장시간의 보행기록을 가능하게 하기 때문에 현재의 짧은 거리 및 시간의 보행기록에 의존하는 보행 진단방법을 극복하여 환자의 보행 특성에 대한 더 구체적인 진단자료를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 뇌성마비 환자 등 근육질환에 의해서 유발되는 병적 보행의 감별 진단 및 노인 및 관절 질환자의 보행분석에 있어서 단독적으로 또는 기존 시스템에 대한 보조분석 시스템으로 활용될 수 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 보행 분석 시스템에 있어서,
    움직임에 따른 공간 좌표상의 가속도 데이터를 생성하는 감지센서와;
    상기 감지센서에 유선으로 연결되며 상기 감지센서에서 생성되는 공간 좌표상의 가속도 데이터를 신호 처리하여 저장하는 제어부를 포함하며;
    상기 감지센서는 벨트 타입의 고정부재에 의해 검사 대상자의 발목부근에 고정되고, 상기 제어부 역시 벨트 타입으로 검사 대상자의 허리에 고정됨으로써 검사 대상자의 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인으로부터 벗어나 수행할 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감지센서는 IC화되어 있는 가속도계 센서임을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.
  3. 보행 분석 시스템에 있어서,
    임의의 통신 인터페이스를 구비하고 있으며 상기 인터페이스 수단을 통해 유입되는 데이터를 기준으로 기 운영되고 있는 보행 분석 프로그램에 따라 보행 특성을 분석하는 시스템과;
    움직임에 따른 공간 좌표상의 가속도 데이터를 생성하는 감지센서와;
    상기 감지센서에 유선으로 연결되며 상기 감지센서에서 생성되는 공간 좌표상의 가속도 데이터를 신호 처리하여 저장하며 상기 시스템으로 상기 인터페이스 수단을 통해 저장하고 있는 데이터를 전송하는 제어부를 포함하며;
    상기 감지센서는 벨트 타입의 고정부재에 의해 검사 대상자의 발목부근에 고정되고, 상기 제어부 역시 벨트 타입으로 검사 대상자의 허리에 고정됨으로써 검사 대상자의 보행분석을 공간적 및 물리적인 구속 요인으로부터 벗어나 수행할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 감지센서는 IC화되어 있는 가속도계 센서임을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.
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