KR20120094857A - 피복타입 무구속 생체신호 측정 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법 - Google Patents

피복타입 무구속 생체신호 측정 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법 Download PDF

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Abstract

따라서, 본 발명은 피복타입 무구속 생체신호 측정장치 및 이를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 관한 것으로서, 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼타입의 생체신호측정슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위에 근전도(EMG), 심전도(ECG), 맥박, 호흡수 또는 피부온도 등을 획득하기 위한 다양한 생체센서를 장착하여 무구속, 무자각 상태에서 피검자의 생체신호를 획득하므로 피검자의 건강상태를 분석 및 관리하기 위한 기초 데이터를 제공하도록 하며, 측정된 근전도를 포함한 생체신호를 이용하여 재활훈련의 정도를 분석 및 판단하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 근전도센서, 심전도센서, 피부저항센서 및 피부온도센서로부터 획득된 피검자의 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기; AD변환기를 통해 입력된 각 채널별 생체데이터를 수집하고, 어떤 채널의 데이터인지 판단하고, 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부; 및 인터페이스변환부로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성하되, 상기 생체센서부는 피검자가 착용 가능한 생체신호측정슈트의 내측에 부착된 것을 특징으로 한다.

Description

피복타입 무구속 생체신호 측정 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법 {Apparatus for measure of bio signal and method for analysis of rehabilitation training by suit type bio sensors}
본 발명은 무구속 생체 신호 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼타입의 슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위에 근전도(EMG: Electromyogram), 심전도(ECG), 호흡수, 심음 또는 피부온도 등을 획득하기 위한 다양한 생체센서를 장착하여 무구속, 무자각 상태에 피검자의 생체신호를 한번에 획득과 더불어 획득된 생체신호를 이용하여 재활훈련자의 훈련정도를 분석 및 판단하도록 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법에 관한 것이다.
일반적으로 u-헬스케어 시스템은 IT와 보건의료 서비스가 결합하여 언제, 어디서나 이용 가능한 건강관리 및 의료 서비스이며, 질병의 원격관리, 일반인의 건강 유지 및 향상을 서비스하기 위한 시스템이다.
이를 위해서는 피검자로부터 보다 정확한 생체정보를 획득해야 할 뿐더러, 피검자를 무구속 무자각 상태에서 생체정보를 획득 가능하도록 생체정보획득장치를 피검자의 몸에 부착 또는 착용해야 한다.
즉, 종래기술에 따른 생체정보 획득장치는 주로, 피검자로부터 심전도(ECG), 맥파(PPG), 피부전기저항(GSR), 피부온도(SKT), 체지방(BMI), 근전도(EMG), 근력신호(MMG)등을 센서로부터 획득하는 장치로, 피검자의 일상생활에 지장을 주지 않은 상태에서 지속적으로 생체정보를 획득하기 위해 손목시계 타입, 밴드타입, 신체 직접 부착타입, 슈트타입 등 다양한 형태의 무구속 생체정보 획득장치로 구성된다.
이와 같은 무구속 생체정보 획득장치에 의해 피검자의 신체로부터 생체정보를 획득하고, 획득된 생체신호를 메모리에 저장 또는 무선신호로 분석/관리시스템으로 전송하여 획득된 생체신호를 분석하여 피검자의 건강상태를 진단 또는 파악하도록 한다.
그러나, 종래기술에 따른 무구속 생체정보 획득장치는 획득하고자 하는 생체정보의 특성에 따라 손목시계 타입, 밴드타입, 신체직접 부착타입, 슈트타입 등으로 각각 구성되어 있으므로, 획득하고자 하는 생체정보에 따라 획득장치의 형태가 결정되고, 서로 다른 생체정보를 획득하기 위해서는 해당 타입의 획득장치를 사용해야 하므로, 다양한 생체정보를 획득하기 위해서는 서로 다른 다수의 생체정보 획득장치를 착용해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼타입의 생체신호측정슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위에 근전도(EMG), 심전도(ECG), 맥박, 호흡수 또는 피부온도 등을 획득하기 위한 다양한 생체센서를 장착하여 무구속, 무자각 상태에서 피검자의 생체신호를 획득하고, 획득된 근전도신호를 이용하여 재활훈련 정도를 분석 및 판단하도록 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 피검자가 착용한 조끼타입의 생체신호측정슈트(suit)의 좌,우측 어깨 및 가슴 부위에 장착된 다수의 근전도(EMG)센서를 통해 무구속, 무자각 상태에서 획득된 근전도신호를 이용하여 재활훈련 정도를 분석 및 판단하도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피검자가 착용한 조끼타입의 생체신호측정슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위에 근전도(EMG), 심전도(ECG), 맥박, 호흡수 또는 피부온도 등을 획득하기 위한 다양한 생체센서를 장착하여 무구속, 무자각 상태에서 피검자의 근전도신호를 포함한 생체신호를 획득하고, 획득된 근전도신호 및 다른 생체신호를 이용하여 재활훈련 정도를 분석 및 판단하도록 하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 피복타입 무구속 생체신호 측정장치는 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 피부전기저항(GSR), 호흡(Resp) 및 피부온도(ST) 획득을 위한 다수의 근전도센서, 심전도센서, 피부저항센서 및 피부온도센서를 포함한 생체센서부로 구성된 무구속 생체신호 측정시스템에 있어서, 상기 각 근전도센서, 심전도센서, 피부저항센서 및 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기; 상기 AD변환기를 통해 입력된 각 채널별 생체데이터를 수집하고, 수집된 생체데이터가 어떤 채널의 데이터인지 판단하고, 입력된 각 채널의 데이터를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부; 및 상기 인터페이스변환부로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성하되, 상기 생체센서부는 피검자가 착용 가능한 생체신호측정슈트의 내측에 부착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련 정도 판단방법은 피복타입 무구속 생체신호측정장치에 구비된 좌,우측 근전도센서, 심전도센서, 호흡센서, 피부저항센서 및 피부온도센서로부터 측정된 각 생체신호(EMG,ECG,Resp,GSR,ST)를 획득하여 정상상태의 생체신호와 비교한 결과에 따라 해당 신체부위의 재활정도를 판단하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 있어서, 상기 재활훈련 전 상기 각 센서들로부터 생체신호(ECG1,Resp1,GSR1,ST1)를 측정하는 제1과정; 재활훈련이 시작되면 상기 좌,우측 근전도센서들로부터 근전도신호(EMG1)(EMG2)를 획득하는 제2과정; 상기 제2과정에서의 획득된 재활측 근전도신호와 정상측의 기준 근전도신호를 비교하는 제3과정; 및 상기 비교결과값에 따라 재활정도를 판단하는 제4과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 좌측 근전도신호(EMG1)는 좌측에 위치한 다수개의 근전도센서로부터 입력된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMGn)로 이루어지며, 상기 우측 근전도신호(EMG2)는 우측에 위치한 다수개의 근전도센서로부터 입력된 각 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMGn)로 이루어지며, 상기 좌,우측 근전도신호(EMG1)(EMG2) 중 정상측의 근전도신호를 기준 근전도신호로 설정하되, 상기 기준 근전도신호는 재활훈련 전 또는 재활훈련과 동시에 측정된 정상측의 근전도신호 인 것 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련 정도 판단방법은 피복타입 무구속 생체신호측정장치에 구비된 좌,우측 근전도센서, 심전도센서, 호흡센서, 피부저항센서 및 피부온도센서로부터 측정된 각 생체신호(EMG,ECG,Resp,GSR,ST)를 획득하여 정상상태의 생체신호와 비교한 결과에 따라 해당 신체부위의 재활정도를 판단하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 있어서, 상기 재활훈련 전 상기 각 센서들로부터 생체신호(ECG1,Resp1,GSR1,ST1)를 측정하는 제1과정; 재활훈련이 시작되면 상기 좌,우측 근전도센서들로부터 근전도신호(EMG1)(EMG2), 심전도신호(ECG2), 호흡신호(Resp2) 및 피부전기저항신호(GSR2)를 획득하는 제2과정; 상기 제2과정에서의 획득된 재활측 근전도신호와 정상측의 기준 근전도신호를 비교하는 제3과정; 상기 제2과정에서 획득한 심전도신호(ECG2), 호흡신호(Resp2), 피부전기저항신호(GSR2)와 기준생체신호(ECG_ref, Resp_ref, GSR_ref)를 비교하는 제4과정; 상기 제3, 제4과정에서 산출된 근전도신호의 비교결과값과 생체신호(ECG2, Resp2, GSR2)의 비교 결과값에 따라 재활정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서,제4과정에서 기준생체신호(ECG_ref, Resp_ref, GSR_ref)는 상기 제1과정에서 측정된 재활전 생체신호(ECG1,Resp1,GSR1,ST1) 이거나, 평소에 측정되어 기 저정된 평균 생체신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치는 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 피부저항(GSR) 및 피부온도(ST)센서를 장착한 생체신호측정슈트(suit)를 착용할 경우 생체신호측정슈트를 착용하는 것만으로 다양한 생체정보를 한 번에 획득할 수 있고, 획득된 생체정보에 의해 건강상태를 분석 및 관리하기 위한 기초 데이터를 한 번에 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 심전도센서로부터 획득된 심전도신호는 마이크로콘트롤러에서 분당호흡수, R-피크, RRI 및 HR등 피검자의 건강상태를 파악할 수 있는 중요한 파라미터들을 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정된 재활측 어깨 또는 가슴부위에서 측정된 근전도신호와 정상측 어깨 또는 가슴부위에서 측정된 근전도신호를 비교하여 그 차이에 따라 재활정도 판단이 가능하고, 재활운동시 측정된 생체데이터(ECG, GSR, Resp, ST)와 운동전, 평소 또는 이전의 평균 생체데이터를 비교하여 그 결과값에 따라 재활정도를 판단하므로 보다 정확한 재활정도를 분석 및 판단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치를 장착한 생체신호측정슈트를 피검자가 착용한 구성도이고,
도 2는 도 1의 생체신호측정슈트를 펼친 상태의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치의 블록 구성도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피복타입 무수속 생체신호를 이용한 재활훈련 정도 판단과정의 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 생체신호측정슈트를 펼친상태의 구성도로서, 생체신호측정을 위한 다수의 센서를 장착하고 피검자(100)가 착용 가능한 피복형태의 생체신호측정슈트(101)와, 상기 생체신호측정슈트(101)의 내면에 피검자의 좌,우측 어깨와 가슴부위의 근전도신호를 측정하도록 분산 장착된 좌,우측 근전도센서(111L)(111R), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 피부저항센서(113), 피부온도센서(114), 호흡센서(115)와, 상기 각 센서(111L,111R~114)로부터 측정된 신호를 입력받아 신호처리 및 피검자의 건강상태를 판단하기 위한 각종 파라미터를 산출하는 제어보드(200)로 구성된다.
상기 생체신호측정슈트(101)는 조끼형태로 피검자가 착용하도록 하며, 착용의 편의를 위하여 상,중,하 크기로 구성하고, 밸크로 등의 접착방식으로 착용 후 고정부재로 이용하도록 한다.
재질은 스판형태로 착용시 피검자의 몸에 밀착도를 높여 각 센서(111L,111R~114)의 감지효율을 높이도록 한다. 다른 실시예로 생체신호측정슈트(101)에 공기를 주입하여 착용 후 각 센서(111L,111R~114)가 피검자의 몸에 밀착하도록 구성된 공압식슈트도 가능하다.
상기 6개의 근전도센서(111L,111R)) 및 심전도센서(114)의 전극은 직물전극, CNT(Carbon Nanotube)전극으로 구성하여 생체신호측정슈트(101)에 부착이 용이하고, 생체신호 감지효율을 높이도록 한다.
한편, 생체신호측정슈트(101)는 각 센서(111L,111R~115) 및 제어보드(200)뿐만 아니라, 전원공급을 위한 전원공급배터리(도면에 미도시)를 부착하고, 상기 각 센서(111L,111R~115)는 가슴부위, 겨드랑이, 어깨 또는 등 부위로부터 생체신호를 감지하도록 부착한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호 측정장치의 블록 구성도로서, 상기 제어보드(200)는 각 센서(111L,111R~115)의 감지신호를 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치 출력하는 제1, 제2 AD변환기(201)(202)와, 상기 AD변환기(201)(202)를 통해 입력된 각 채널별 생체데이터를 수집하고, 수집된 생체데이터가 어떤 채널의 데이터인지 판단하고, 입력된 각 채널의 데이터를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부(203)와, 상기 인터페이스변환부(203)로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 마이크로콘트롤러(204)와, 상기 마이크로콘트롤러(204) 또는 상기 인터페이스변환부(203)의 데이터를 외부 기기로 전송하는 외부통신부(205)로 구성된다.
상기 각 센서(111L,111R~115)는 각 센서의 전극(+,-)에서 감지된 미약한 신호를 설정된 레벨 이상으로 증폭하여 각 증폭기(Amp)를 통해 전송받아 디지털 신호로 변환하는 제1, 제2AD변환기(201)(202)로 구성된다.
상기 제1, 제2AD변환기(201)(202)는 각각 8개의 입력 채널로 구성되어 있으며, 제2AD변환기(202)는 우측에 장착된 근전도센서(111R)의 근전도신호(R_EMG1~R_EMG6)와, 심전도센서(112)의 심전도신호(ECG)를 입력받고, 제1AD변환기(201)은 상기 좌측 근전도센서(111)의 근전도신호(L_EMG1~6)과, 피부저항센서(113) 및 피부온도센서(114)의 심음(Resp) 및 온도데이터를 입력받는다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도 1 내지 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 생체신호측정슈트(101)에 장착된 좌,우측 6개의 근전도센서(111L,111R), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 피부저항센서(113), 1개의 피부온도센서(114)는 피검자(100)의 신체 각 부에서 해당 생체신호를 검지한다.
즉, 6개의 근전도센서(111L)(111R) 및 1개의 심전도센서(112)는 (+),(-)전극으로부터 전기신호를 감지한 후 각 증폭기(Amp)를 통해 증폭하여 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로 입력하고, 상기 피부저항센서(113)는 피검자(100)의 심장박동음을 마이크로폰을 이용하여 획득한 후 일정레벨의 전기신호로 변환 증폭하여 상기 제2 AD변환기(202)로 입력하고, 상기 피부온도센서(114)는 피검자(100)의 겨드랑이 측으로부터 온도를 검지하여 일정레벨의 전기신호로 변환 및 증폭하여 상기 제2AD변환기(202)로 입력한다.
상기 각 8채널로 구성된 제1, 제2 AD변환기(201)(202)는 상기 각 채널을 통해 입력된 생체신호를 디지털데이터로 변환하고, 설정시간을 래치한 후 상기 인터페이스변환부(203)로 출력한다.
상기 인터페이스변환부(203)는 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로부터 입력된 생체데이터를 수집하고, 어떤 채널의 생체데이터인지를 판단하고, 마이크로콘트롤러(204) 및 외부통신부(205)와의 인터페이스 매칭을 위해 변환한 후 상기 마이크로콘트롤러(204)로 출력한다.
상기 마이크로콘트롤러(204)는 상기 인터페이스변환부(203)로부터 입력된 생체데이터의 노이즈를 제거한 후 분석하고, 분석된 데이터로부터 피검자의 동작상태, 건강상태 또는 감정상태를 판단하기 위한 다양한 파라미터를 산출하게 된다.
즉, 상기 인터페이스변환부(203)로부터 입력된 근전도신호(EMG)는 피검자(100)의 근력 및 위치데이터를 산출하고, 심전도데이터(ECG)를 분석하여 분당 호흡수, R-피크, RRI 및 HR 등 피검자의 건강상태를 파악할 수 있는 중요한 파라미터들을 산출하게 된다.
즉, 입력된 심전도데이터(ECG)는 저역 및 고역통과필터를 통해 고역 및 저역대의 주파수 성분을 갖는 노이즈를 제거와, 1차 미분 및 제곱근 연산과정과, 포락선검출 알고리즘을 통해 R-피크를 추출하고, 상기 R-피크로부터 RRI 및 맥박수(HR)을 산출하게 된다.
한편, 입력된 피부전기저항(GSR) 데이터는 노이즈 제거 후 분석과정을 통해 분당 심장박동수 등 심장상태를 판단할 수 있는 파라미터들을 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 심전도데이터에 노이즈가 발생할 경우 심음데이터로 대체하여 파라미터를 산출하게 된다.
이와 같이 마이크로콘트롤러(204)를 통해 산출된 각 파라미터들은 외부통신부(205)를 통해 근력보조장치의 콘트롤러(도면에 미도시), 피검자 건강진단시스템 또는 피검자 스트레스 분석, 감정상태 분석 등의 시스템으로 출력하여 해당 시스템의 기초데이터로 활용할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련 정도 판단과정의 흐름도로서, 상해를 입은 어깨나 팔 등의 재활훈련 중에 있을 경우, 해당 재활훈련을 수행하고 있는 신체부위의 재활 정도를 분석 또는 판단하게 되는데, 재활정도 판단은 재활중인 신체부위와 정상 신체부위의 생체신호를 각각 획득하여 비교 분석한 결과에 따라 판단하게 된다.
예를 들어, 좌측어깨에 상해를 입은 경우 좌측어깨 및 가슴부위에 부착된 근전도센서(111L)로부터 입력된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)와, 상해를 입지않은 우측어깨 및 가슴부위에 대칭되게 부착된 각 근전도센서(111R)의 각 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)를 기준 근전도신호로 설정하여, 각 좌,우측 근전도신호를 비교한 결과에 따라 재활정도를 판단하게 된다.
이를 위해 먼저, 재활전에 사용자가 정상부위인 우측 팔 또는 어깨를 들어올리거나, 회전시키는 등의 움직임을 수행하고, 이때 해당 우측 근전도센서(111R)의 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)를 측정하여 상기 ADC(201) 및 인터페이스변환부(203)을 통해 상기 마이크로콘트롤러(204)에 입력받은 후 기준 근전도신호(Ref_EMG)로 저장한다.(S101)(S103)
필요에 따라 피검자가 정상측 팔 또는 어깨를 동일한 동작으로 수회 반복하여 측정된 각 우측 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)는 상기 마이크로콘트롤러(204)에서 평균값을 산출하여 보다 정확한 기준 근전도신호(Ref_EMG)로 설정 저장한다.
여기서, 기준 근전도신호(Ref_EMG)는 각 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)에 대한 각각의 기준 근전도신호(Ref_EMG1 ~ Ref_EMG6) 이다.
피검자의 팔 또는 어깨의 움직임 방향, 동작, 속도 등은 임의로 하되, 차후 재활측 신체부위의 재활훈련시와 같은 방향 및 동작을 수행하도록 한다.
재활 훈련시작과 함께 피검자는 재활측인 좌측 팔 또는 어깨를 재활전 기준 근전도신호 측정을 위한 움직임과 같은 방향으로 동작을 수행하며, 이때 각 근전도센서(111L)로부터 재활측인 좌측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)를 획득한다.(S105)(S107)
상기 설정된 기준근전도신호(Ref_EMG1 ~ Ref_EMG6)와 대칭된 위치의 재활측 좌측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)를 각각 비교하여 그 결과에 따라 재활정도를 판단하게 된다.(S109)(S111)
재활정도는 측정위치 별로 비교하여 재활정도를 판단하거나, 전체적인 위치의 재활정도 판단이 가능하다.
상기 근전도신호 비교방법은 구체적으로, 기준 근전도신호(Ref_EMG1 ~ Ref_EMG6)의 최대진폭 또는 평균진폭과 재활측의 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)의 최대진폭 또는 평균진폭을 비교하여 그 차이에 따라 재활정도를 판단한다.
재활정도는 정상 대비 0~100%로 진행 정도를 표시하거나, 0~10단계로 나누어 표시하는 등 다양하게 자신의 재활정도를 파악할 있도록 한다.
한편, 상기 판단된 재활정도는 일일, 주간, 월간 등의 누적 데이터로부터 시간별 재활진행 정도 및 속도를 산출하므로 피검자가 자신의 재활진행 속도등을 확인할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석과정의 흐름도로서, 피검자가 정상측 및 재활측의 팔 또는 어깨를 동일한 형태로 움직일 때, 동시에 각 근전도센서(111L)(111R)을 통해 좌,우측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)(R_EMG1 ~ R_EMG6)를 모두 측정 및 비교한 결과에 따라 재활정도를 판단한 것이다.
보다 상세하게는 피검자가 재활훈련을 시작함과 동시에 좌,우측 근전도센서(111L)(111R)를 통해 측정된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)(R_EMG1 ~ R_EMG6)는 상기 각 ADC(201)(202) 및 인터페이스 변환부(203)을 통해 상기 마이크로콘트롤러(204)에 입력된다.(S121)(S123)(S127)
상기 마이크로콘틀로러(204)는 입력된 좌,우측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)(R_EMG1 ~ R_EMG6)중 정상측인 우측 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)를 기준 근전도신호로(Ref_EMG1 ~ Ref_EMG6)로 설정 저장하고, 재활측인 좌측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)와 비교 분석한다.(S125)(S131)
상기 비교 분석 및 재활정도 판단과정은 제1 실시예에서 설명된 바와 동일하므로 이를 참조한다.(S133)
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 판단과정의 흐름도로서, 재활정도를 판단하기 위하여 근전도신호 뿐만 아니라, 생체신호측정슈트에 장착된 다른 생체신호센서들로부터 획득된 생체신호를 부가적으로 이용하여 보다 정확한 재활정도를 판단하므로, 판단결과에 보다 신뢰도를 높이도록 한다.
즉, 피검자가 재활측의 팔 또는 어깨를 운동할 때, 운동전과 운동중의 피검자의 근전도뿐만 아니라, 심전도(ECG), 피부전기저항(GSR), 호흡(Resp) 및 피부온도(ST)가 변화가 있게 된다.
따라서, 본 발명의 제3실시예는 제1, 제2실시예에서와 같이, 피검자의 근전도 뿐만 아니라, 심전도, 피부전기저항, 호흡 및 피부온도의 변화를 감지하여 보다 정확한 재활정도를 분석 및 판단하도록 한다.
보다 상세하게는 재활훈련 전에 정상측의 운동시 근전도센서(111R)(111L)로부터의 우측 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)와, 심전도센서(112), 피부저항센서(113), 피부온도센서(114) 및 호흡센서(115)로부터 획득된 각 생체신호(ECG1,GSR1,ST1,Resp1)를 AD변환기(201)(202) 및 인터페이스변환부(203)를 통해 상기 마이크로콘트롤러(204)로 각각 입력한다.(S141)
상기 마이크로콘트롤러(204)는 입력받은 우측 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6) 및 각 생체신호(ECG1,GSR1,ST1,Resp1)를 기준 생체신호로 설정 저장한다.(S143)(S145)
재활측의 팔 또는 어깨를 재활훈련 전 정상측 운동과 동일한 형태로 운동을 시작하며, 이때, 상기 좌측 근전도센서(111L), 심전도센서(112), 피부저항센서(113), 피부온도센서(114) 및 호흡센서(115)로부터 각 생체신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)(ECG2,GSR2,ST2,Resp2)를 획득한다.(S147)(S149)(S151)
상기 재활훈련 전에 획득 저장된 기준 생체신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)(ECG1,GSR1,ST1,Resp1)와 재활운동 중 획득된 생체신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)(ECG2,GSR2,ST2,Resp2)를 서로 비교한다.(S153)(S155)
즉, 기준 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG6)와 재활측인 좌측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG6)를 서로 비교하고, 상기 재활운동 전에 획득된 심전도신호(ECG1), 피부전기저항값(GSR1), 피부온도(ST1), 호흡신호(Resp1)와 재활운동 중에 획득된 심전도신호(ECG2), 피부전기저항값(GSR2), 피부온도(ST2), 호흡신호(Resp2)를 서로 각각 비교하여 그 차이를 산출한다.
상기 비교결과 산출된 차이값에 따라 피검자의 재활정도를 판단하게 되는데, 상기 근전도신호 비교결과를 주요소로 하여 재활정도를 판단하되, 상기 다른 생체신호(ECG, GSR, ST, Resp)의 비교결과는 보조적인 요소로 재활정도를 판단하도록 한다.
예를 들어, 근전도신호 비교결과에 따라 재활정도를 상,중,하 또는 1~10단계로 대분류로 판단하고, 상기 생체신호의 비교결과 차이값에 따라 상기 각 상,중,하 또는 1~10단계를 다시 세부단계로 판단하여 재활정도를 보다 구체적인 단계로 판단하거나, 근전도신호(EMG) 및 각 생체신호(ECG, GSR, ST, Resp)의 비교결과 각 차이값에 가중치를 두어 합산한 결과에 따라 재활정도를 판단한다.
상기 근전도신호 및 각 생체신호(ECG, GSR, ST, Resp)의 기준값과 재활시의 측정값의 차이를 이용한 다양한 산출방법으로 재활정도를 판단할 수 있다.
이와 같이 정상측과 재활측의 근전도신호 비교결과 뿐만 아니라, 다른 생체신호(ECG, GSR, ST, Resp)의 비교결과를 재활정도를 판단하는 요소로 포함하므로, 보다 정확한 재활정도를 판단할 수 있게 된다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 피복타입 무구속 생체신호 측정을 위해 피복타입 생체신호 측정센서는 위치 또는 센서의 종류 등을 다양하게 변형시킬 수 있으며, 측정된 근전도신호 및 다른 생체신호를 종합하여 재활정도를 판단하는 방법은 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
100 : 피검자 101 : 생체신호측정슈트
111L,111R : 좌,우측 근전도센서부 112 : 심전도센서
113 : 피부저항센서 114 : 피부온도센서
115 : 호흡센서
200 : 제어보드 201,202 : AD변환기
203 : 인터페이스변환부 204 : 마이크로콘트롤러
205 : 외부통신부

Claims (14)

  1. 다수의 근전도센서, 심전도센서, 피부저항센서 및 피부온도센서를 포함한 생체센서부가 부착된 생체신호측정슈트를 착용한 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 피부전기저항(GSR), 호흡(Resp) 및 피부온도(ST) 획득하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치에 있어서,
    상기 각 근전도센서, 심전도센서, 피부저항센서, 호흡센서, 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호(EMG,ECG,GSR,Resp,ST)를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기;
    상기 AD변환기를 통해 입력된 각 채널별 생체신호를 수집하고, 수집된 생체신호가 어떤 채널의 신호인지 판단하고, 입력된 각 채널의 신호를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부; 및
    상기 인터페이스변환부를 통해 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 분석을 위한 파라미터를 산출하는 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터페이스변환부는 각 근전도센서 6개 채널,
    상기 심전도센서, 피부저항센서 및 피부온도센서 각 1개씩의 채널로부터 측정신호를 순차적으로 입력받는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근전도센서는 생체신호측정슈트의 가슴부위 좌,우측에 6점 센서가 부착되며,
    상기 심전도센서는 피검자의 심장과 가까운 가슴부위에 부착되며,
    상기 피부온도센서는 피검자의 겨드랑이 부근의 온도를 측정하도록 상기 생체신호측정슈트에 부착된 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러는 상기 인터페이스변환부로부터 입력된 심전도신호를 연산하여 피검자의 분당 호흡수를 산출하는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러는 상기 심전도신호(ECG)를 연산하여 저역 및 고역통과필터를 통해 고역 및 저역대의 주파수 성분을 갖는 노이즈를 제거하고, 1차 미분 및 제곱근 연산과정을 수행하고, 포락선검출 알고리즘을 통해 R-피크를 추출하고, 상기 R-피크로부터 RRI 및 맥박수(HR)을 산출하는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러 및 상기 인터페이스변환부로부터의 데이터를 외부기기로 출력하기 위한 외부통신부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호 측정장치.
  7. 피복타입 무구속 생체신호측정장치에 구비된 좌,우측 어깨, 가슴부의에 분산 장착된 다수의 근전도센서부터 측정된 각 근전도신호(EMG)를 획득하여 정상상태의 기준 근전도신호와 비교한 결과에 따라 해당 신체부위의 재활정도를 판단하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 있어서,
    상기 재활훈련 전 정상측 신체부위에 장착된 근전도센서로부터 움직임에 따른 각 근전도신호(EMG)를 측정하는 제1과정;
    상기 제1과정에와 동일한 동작으로 피검자가 움직임에 따라 상기 재활측 근전도센서들로부터 근전도신호를 각각 획득하는 제2과정;
    상기 제2과정에서의 획득된 재활측 근전도신호와 정상측의 기준 근전도신호를 비교하는 제3과정; 및
    상기 비교결과값에 따라 재활정도를 판단하는 제4과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  8. 피복타입 무구속 생체신호측정장치에 구비된 좌,우측 어깨, 가슴부의에 분산 장착된 다수의 근전도센서부터 측정된 각 근전도신호(EMG)를 획득하여 정상상태의 기준 근전도신호와 비교한 결과에 따라 해당 신체부위의 재활정도를 판단하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 있어서,
    상기 정상측 및 재활측 팔 또는 어깨가 동일한 동작을 수행함에 따라 상기 각 근전도센서로부터 움직임에 따른 각 근전도신호(EMG)를 측정하는 제1과정;
    상기 제1과정에서 측정한 정상측 근전도신호를 기준근전도신호로 설정 저장하는 제2과정;
    상기 제1, 제2과정에서 획득된 재활측 근전도신호와 정상측의 기준 근전도신호를 비교하는 제3과정; 및
    상기 비교결과값에 따라 재활정도를 판단하는 제4과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제4과정은 기준 근전도신호(EMG1)의 최대진폭 또는 평균진폭과 재활측 신체부위의 근전도신호의 최대진폭 또는 평균진폭을 비교하여 그 차이에 따라 재활정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 좌측 근전도신호(EMG1)는 좌측에 위치한 다수개의 근전도센서로부터 입력된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMGn)로 이루어지며,
    상기 우측 근전도신호(EMG2)는 우측에 위치한 다수개의 근전도센서로부터 입력된 각 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMGn)로 이루어진 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4과정에서 판단된 재활 정도를 일일, 주간, 월간 누적 데이터로부터 재활진행 정도 및 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  12. 피복타입 무구속 생체신호측정장치에 구비된 좌,우측 근전도센서, 심전도센서, 호흡센서, 피부저항센서 및 피부온도센서로부터 측정된 각 생체신호(EMG,ECG,Resp,GSR,ST)를 획득하여 정상상태의 생체신호와 비교한 결과에 따라 해당 신체부위의 재활정도를 판단하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법에 있어서,
    상기 재활운동 전 상기 각 센서들로부터 생체신호를 측정하여 기준 생체신호로 설정 저장하는 제1과정;
    재활운동이 시작되면 상기 좌,우측 근전도센서들로부터 근전도신호, 심전도신호, 호흡신호 및 피부전기저항신호를 획득하는 제2과정;
    상기 제2과정에서의 획득된 재활측 근전도신호와 정상측의 기준 근전도신호를 비교하는 제3과정;
    상기 제2과정에서 획득한 심전도신호, 호흡신호, 피부전기저항신호와 기준생체신호를 비교하는 제4과정; 및
    상기 제3, 제4과정에서 산출된 근전도신호의 비교 결과값과 생체신호의 비교 결과값에 따라 재활 정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 4 과정에서 기준생체신호는 상기 제1과정에서 측정된 재활전 생체신호 이거나, 평소에 측정되어 기 저정된 평균 생체신호인 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제4과정에서 근전도신호 비교결과에 따라 재활정도를 대분류단계로 판단하고, 상기 각 생체신호의 비교결과 차이값에 따라 상기 대분류를 세부단계로 재활정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 피복타입 무구속 생체신호를 이용한 재활훈련정도 분석방법.
KR1020120015701A 2011-02-17 2012-02-16 피복타입 무구속 생체신호 측정 및 이를 이용한 재활훈련 정도 판단방법 KR20120094857A (ko)

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