KR20120094870A - System for measure of electromyogram by suit type electromyogram sensors and analisys method of rehabilitation using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 근력보조시스템의 무구속 근전도 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼형태의 슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위 등에 근전도(EMG: Electromyogram), 심전도(ECG), 심음, 피부온도, 센서를 포함한 생체신호센서를 장착하여 피검자의 건강상태 분석을 위한 생체신호뿐만 아니라, 피검자의 상지, 하지 팔에 각각 근전도센서를 부착하여 피검자의 동작상태를 분석한 후 근력보조시스템에 전송하므로 근력보조시스템에서 이를 기초로 하여 근력보조시스템을 제어하도록 하며, 측정된 근전도신호를 이용하여 재활정도를 분석 및 판단하는 무구속 근전도 측정시스템 및 이를 이용한 재활상태 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for measuring unrestrained electromyography of a muscle assist system, and more particularly, electromyogram (ECG), electrocardiogram (ECG), etc. to shoulders and chests of a vest-type suit worn by a subject such as clothing. Equipped with a biosignal sensor including heart sound, skin temperature, and sensor, the EMG sensor is attached to the upper limb and lower limb of the subject, as well as the biosignal for analyzing the subject's health. The present invention relates to an unrestrained EMG measuring system for analyzing and determining the rehabilitation level using the measured EMG signals, and to a method for analyzing the rehabilitation state using the same. .
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.In general, the u-healthcare system is a health care and medical service that can be used anytime, anywhere by combining IT and health care services, and is a system for remotely managing diseases and maintaining and improving the health of the general public.
이를 위해서는 피검자로부터 보다 정확한 생체정보를 획득해야 할 뿐더러, 피검자를 무구속 무자각 상태에서 생체정보를 획득 가능하도록 생체정보획득장치를 피검자의 몸에 부착 또는 착용해야 한다. For this purpose, the biometric information acquisition device must be attached to or worn on the subject's body to obtain the biometric information more accurately from the subject, and to obtain the biometric information in an unbounded state.
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.That is, the biometric information acquisition apparatus according to the prior art mainly includes electrocardiogram (ECG), pulse wave (PPG), skin electrical resistance (GSR), skin temperature (SKT), body fat (BMI), electromyogram (EMG), muscle signal ( It is a device that acquires MMG) from sensors, and various types of restraint such as watch type, band type, direct body attachment type, suit type, etc. in order to continuously acquire biometric information without disturbing the subject's daily life. It is composed of a biological information acquisition device.
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.The non-binding biometric information acquisition device obtains biometric information from the subject's body, stores the obtained biosignal in a memory, or transmits the biosignal to an analysis / management system as a wireless signal, thereby analyzing the acquired biosignal. To diagnose or identify
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. However, the apparatus for obtaining unbound biometric information according to the related art is composed of a wristwatch type, a band type, a body directly attached type, a suit type, etc. according to the characteristics of the biometric information to be obtained, and according to the biometric information to be acquired. Since a type of an acquisition device is determined and a corresponding type of acquisition device must be used to acquire different biometric information, there is a problem in that a plurality of different biometric information acquisition devices must be worn in order to acquire various biometric information.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 의류와 같이 피검자가 착용한 조끼형태의 슈트(suit)의 어깨 및 가슴 부위 등에 근전도(EMG: Electromyogram), 심전도(ECG), 심음, 피부온도, 센서를 포함한 생체신호센서를 장착하여 피검자의 건강상태 분석을 위한 생체신호뿐만 아니라, 피검자의 상지, 하지 팔에 각각 근전도센서를 부착하여 피검자의 동작상태를 분석한 후 근력보조시스템에 전송하므로 근력보조시스템에서 이를 기초로 하여 근력보조시스템을 제어하도록 하는 무구속 근전도 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides an electromyogram (ECG), electrocardiogram (ECG), heart sound, skin temperature, etc. in the shoulder and chest of a vest-type suit worn by a subject such as clothing to improve the problems of the prior art. Equipped with a bio-signal sensor including a sensor, the EMG sensor is attached to the upper limb and lower limb of the subject, as well as the bio-signal for analyzing the subject's health status. The purpose of the present invention is to provide an unbound EMG measurement system that allows the system to control the muscle assistance system based on this.
본 발명의 다른 목적은 무구속 근전도 측정시스템에서 측정된 피검자의 상,하지에 장착된 근전도측정부에서 측정된 근전도신호, 3축 가속도 및 자이로센서를 통해 획득된 경로데이터 및 속도데이터를 획득하여 분석한 결과에 따라 재활정도 및 재활상태를 판단하도록 하는 근력보조시스템의 무구속 근전도측정신호를 이용한 재활상태 분석방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to acquire and analyze the path data and the velocity data obtained through the EMG signal, the 3-axis acceleration and the gyro sensor measured in the EMG measurement unit mounted on the upper and lower parts of the subject measured in the unrestrained EMG measurement system The present invention provides a rehabilitation status analysis method using unrestrained EMG signal of muscle strength assistance system to determine rehabilitation status and rehabilitation status according to one result.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정시스템은 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 심음, 호흡 및 피부온도를 획득을 위한 다수의 근전도센서, 심전도센서, 심음센서 및 피부온도센서를 포함한 생체센서부로 구성된 무구속 근전도 측정시스템에 있어서, 상기 각 근전도센서, 심전도센서, 심음센서, 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기; 상기 피검자의 상,하지팔에서 각각 근전도신호를 검지하는 상,하지 근전도측정부; 상기 상,하지 근전도측정부에서 검지된 각각의 근전도신호를 무선수신하는 무선수신부; 상기 AD변환기 및 무선수신부를 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 인터페이스변환부로부터 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성하되, 상기 생체센서부는 피검자가 착용 가능한 생체신호측정슈트의 내측에 부착되며, 상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 상,하지에 착용 가능한 밴드 내측에 부착된 것을 특징으로 한다.Unbounded EMG measurement system for achieving the object of the present invention is a number of EMG sensors, electrocardiogram sensors, ECG sensor, heart sound sensor and skin temperature sensor for obtaining EMG, electrocardiogram (ECG), heart sound, respiration and skin temperature from the subject An unconstrained EMG measurement system including a biosensor unit, comprising: an AD converter for receiving and receiving respective bio signals obtained from each of the EMG sensors, the ECG sensor, the sound sensor, and the skin temperature sensor for each channel into digital signals; Upper and lower EMG measuring units for detecting EMG signals in upper and lower arms of the examinee; A wireless receiver configured to wirelessly receive respective EMG signals detected by the upper and lower EMG measuring units; Interface conversion for collecting the bio-signals for each channel input through the AD converter and the wireless receiver, determining which channel the collected bio-signals are, and converting and outputting the input-channel signals for external interface matching. part; And a first microcontroller which removes noise of a biosignal input from the interface converter and analyzes each biosignal to calculate parameters for determining a subject's operation, health status, and emotion recognition. The biosensor unit is attached to the inside of the biosignal measurement chute that the subject can wear, and the upper and lower leg electroconductivity measuring unit is attached to the inside of the band that can be worn on the upper and lower parts of the subject.
상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 팔에 접촉되어 근전도신호를 검지하는 근전도센서; 상기 근전도센서의 검지신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭기; 상기 피검자의 움직임 가속도 및 각속도 신호를 검지하는 3축가속도센서 및 3축자이로센서; 상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환 및 신호처리하여 무선송신하는 제2 마이크로콘트롤러; 상기 각 부에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 전원공급부의 배터리 충전을 위한 충전포트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The upper and lower EMG measuring unit is in contact with the arm of the subject EMG sensor for detecting an EMG signal; An amplifier for amplifying the detection signal of the EMG sensor to a predetermined level; A three-axis acceleration sensor and a three-axis gyro sensor for detecting the movement acceleration and the angular velocity signal of the subject; A second microcontroller that receives signals input from the amplifier, a three-axis accelerometer sensor, and a three-axis gyroscope sensor, converts them into digital data, processes the signals, and wirelessly transmits the signals; A power supply unit supplying power to each unit; And a charging port for charging the battery of the power supply unit.
상기 제2 마이크로콘트롤러는 상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 동작신호를 입력받아 다중화 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서에서 출력된 피검자의 근전도신호 및 동작신호를 디지털신호로 변환하는 AD변환부; 상기 AD변환부로부터 변환된 피검자의 근전도 및 동작데이터를 일정시간 저장하는 레지스터; 상기 레지스터에 저장된 각 데이터를 무선 인터페이스에 매칭되도록 변환하는 무선인터페이스부; 및 상기 무선인터페이스부로부터 출력된 상기 근전도 및 동작데이터를 무선전송하는 무선송신부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The second microcontroller may include: a multiplexer configured to receive an operation signal input from the amplifier, a three-axis acceleration sensor, and a three-axis gyroscope sensor and multiplex the output signal; An AD converter for converting an EMG signal and an operation signal of the examinee output from the multiplexer into a digital signal; A register that stores the EMG and motion data of the subject converted from the AD converter for a predetermined time; A wireless interface unit for converting each data stored in the register to match the wireless interface; And a wireless transmitter for wirelessly transmitting the EMG and motion data output from the wireless interface unit.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정은 피검자의 상,하지 팔에 부착된 다수의 근전도측정부를 통해 획득된 근전도(EMG)신호를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서, 상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정; 상기 근전도신호와 기 저장된 기준 근전도신호(EMG_ref)를 비교하는 제2과정; 및 상기 제2과정의 비교결과에 따라 재활정도 및 움직임 경로의 왜곡정도를 판단하는 제3과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Rehabilitation status analysis process using the unbound EMG measurement signal to achieve another object of the present invention is a first microcontroller received an EMG signal obtained through a plurality of EMG measurements attached to the upper and lower arms of the subject In the rehabilitation state analysis method using an unrestrained EMG signal to analyze the rehabilitation state of the subject by the EMG signal from the EMG measuring unit attached to the upper and lower parts of the subject as the subject performs a specified motion A first process of obtaining each; A second step of comparing the EMG signal with a previously stored reference EMG signal EMG_ref; And a third step of determining a degree of rehabilitation and a degree of distortion of the movement path according to the comparison result of the second step.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정은 피검자의 재활측 상,하지에 부착된 근전도측정부를 통해 측정된 근전도(EMG)신호와, 3축가속도센서 및 3축자이로센서를 통해 측정된 상,하지 모션 경로 및 속도를 입력받은 제1마이크로콘트롤러에 의하여 피검자의 재활상태를 분석하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법에 있어서, 상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정; 상기 3축가속도 및 3축자이로센서를 통해 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터를 획득하는 제2과정; 상기 제1과정에서 측정된 각 근전도신호(EMG)와 기준근전도신호를 비교하는 제3과정; 상기 제2과정에서 획득된 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터와 기준 모션 경로 및 속도 데이터를 비교하는 제4과정; 상기 제3과정 및 제4과정에서의 비교결과에 따라 피검자의 재활 정도 및 경로 왜곡정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Rehabilitation status analysis process using the unbound EMG measurement signal to achieve another object of the present invention is the EMG signal measured by the EMG measurement unit attached to the upper and lower rehabilitation side of the subject, three-axis acceleration sensor and three In the rehabilitation state analysis method using an unbounded EMG signal to analyze the rehabilitation state of the subject by the first microcontroller received the upper and lower motion path and speed measured by the axis gyroscope sensor, the subject performs a specified motion A first step of acquiring an EMG signal from each of the EMG measurement units attached to the upper and lower parts of the subject according to the present invention; A second process of acquiring upper and lower motion paths and velocity data of the subject through the 3-axis acceleration and 3-axis gyroscope sensors; A third step of comparing each EMG signal (EMG) measured in the first step with a reference EMG signal; A fourth step of comparing the upper and lower motion path and velocity data of the examinee obtained in the second step with the reference motion path and velocity data; And a fifth step of determining a degree of rehabilitation and a path distortion of the subject according to the comparison result in the third and fourth steps.
본 발명에 따른 무구속 근전도 측정장치 및 재활상태 분석방법은 피검자로부터 근전도(EMG), 심전도(ECG), 심음 및 피부온도센서를 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 있을 뿐만 아니라, 피검자의 상,하지 팔에 근전도센서를 부착하여 입력된 근전도신호를 기반으로 근력보조시스템의 암 콘트롤러를 수행하도록 하는 효과가 있다.The unconstrained EMG measuring device and rehabilitation state analysis method according to the present invention is a biosignal measuring suit when a biosignal measurement suit equipped with an electrocardiogram (EMG), an electrocardiogram (ECG), a heart sound and a skin temperature sensor is worn by a subject. It is possible to acquire a variety of biometric information at once by just wearing a, and to calculate the basic data for analyzing and managing the health condition at once by using the obtained biometric information, as well as the upper and lower arms of the subject The EMG sensor is attached to the arm controller of the muscle assisting system based on the input EMG signal.
또한, 무구속 근전도 측정장치로부터 측정된 근전도신호 및 상,하지로부터 획득된 3축 가속도 및 경로데이터를 분석하여 재활상태를 분석 및 판단한 결과 데이터를 제공하므로, 피검자가 이를 참조하여 재활훈련을 수행하여 보다 효과적인 재활훈련을 할 수 있는 효과가 있다.In addition, by analyzing the EMG signal measured from the unrestrained EMG measurement device and the three-axis acceleration and path data obtained from the upper and lower limbs, and provides the result data of the analysis and determination of the rehabilitation state, the examinee performs rehabilitation by referring to this More effective rehabilitation is effective.
도 1은 본 발명에 따른 무구속 근전도 측정시스템을 피검자가 착용한 구성도이고,
도 2는 도 1의 생체신호측정슈트를 펼친 상태의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밴드타입으로 구성된 상,하지 팔 근전도측정장치의 구성도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 전체 블록 구성도이고,
도 5는 도 3에서 제2 마이크로콘트롤러의 상세 블록구성도이고,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도이다.1 is a block diagram of a subject wearing an unrestrained electromyography measuring system according to the present invention,
FIG. 2 is a configuration diagram of a state in which the biosignal measuring suit of FIG. 1 is unfolded,
3 is a block diagram of the upper and lower arm EMG measurement device configured as a band type according to an embodiment of the present invention,
4 is a block diagram of the entire system of the unbound EMG measurement system according to the embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a detailed block diagram of the second microcontroller in FIG. 3;
6 to 8 are flowcharts of a rehabilitation state analysis process using an unrestrained EMG signal according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.With reference to the accompanying drawings with respect to the specific configuration and operation of the unbound EMG measurement system according to an embodiment of the present invention will be described in detail as follows.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템을 피검자가 착용한 상태의 구성도이고, 도 2는 생체신호측정슈트를 펼친상태의 구성도로서, 피검자가 착용 가능한 조끼형태로 구성되어 피검자의 생체신호측정을 위한 다수의 센서가 장착된 생체신호측정슈트(101)와, 상기 생체신호측정슈트(101)의 내면에 장착된 6개의 근전도센서(111), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 심음센서(113), 피부온도센서(114)와, 상기 각 센서(111~114)로부터 측정된 신호를 입력받아 신호처리 및 피검자의 건강상태를 판단하기 위한 각종 파라미터를 산출하는 제어보드(200)로 구성된다.1 is a block diagram of a state in which a subject wears the unrestrained EMG measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a state in which a biosignal measurement suit is unfolded and is configured in a vest form that a subject can wear A
상기 생체신호측정슈트(101)는 조끼형태로 피검자가 착용하도록 하며, 착용의 편의를 위하여 상,중,하 크기로 구성하고, 밸크로 등의 접착방식으로 착용 후 고정부재로 이용하도록 한다. The
재질은 스판형태로 착용시 피검자의 몸에 밀착도를 높여 각 센서(111~114)의 감지효율을 높이도록 한다. 다른 실시예로 생체신호측정슈트(101)에 공기를 주입하여 착용 후 각 센서(111~114)가 피검자의 몸에 밀착하도록 구성된 공압식슈트도 가능하다.The material is made in the form of a span to increase the adhesion to the subject's body to increase the detection efficiency of each sensor (111 ~ 114). In another embodiment, after injecting air into the
상기 6개의 근전도센서(111) 및 심전도센서(114)의 전극은 직물전극, CNT(Carbon Nanotube)전극으로 구성하여 생체신호측정슈트(101)에 부착이 용이하고, 생체신호 감지효율을 높이도록 한다. The electrodes of the six
한편, 생체신호측정슈트(101)는 각 센서(111~114) 및 제어보드(200)뿐만 아니라, 전원공급을 위한 전원공급배터리(도면에 미도시)를 부착하고, 상기 각 센서(111~114)는 가슴부위, 겨드랑이, 어깨 또는 등 부위로부터 생체신호를 감지하도록 부착한다.
On the other hand, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밴드타입으로 구성된 상,하지 팔 근전도측정장치의 펼친 상태의 구성도로서, 상,하지 팔의 근전도측정장치는 상기 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드(102)(103)의 내부에 각각 근전도 신호를 검지하기 위한 상,하지근전도측정부(130)(150)를 장착 구성한다.3 is a configuration diagram of an extended state of the upper and lower arm EMG measuring device configured as a band type according to an embodiment of the present invention, the upper and lower arm EMG measuring device is worn in the form of a band on the upper and lower arms of the subject The upper and lower leg
즉, 상기 상,하지 밴드(102)(103)에 부착된 상,하지 근전도측정부(130)(150)의 구체적인 구성은 근전도신호를 검지하는 센서전극(131)과, 상기 센서전극(131)으로부터 검지된 미약한 전기신호를 증폭하는 증폭기(132)와, 피검자의 상,하지 동작을 감지하는 3축가속도센서 및 3축 자이로센서(133)와, 상기 증폭기(132) 및 3축가속도센서 및 3축 자이로센서(133)로부터 입력된 신호를 디지털 데이터로 변환 및 신호처리하여 무선 송신하는 제2 마이크로콘트롤러(140)와, 상기 각 부(131~133, 140)에 전원을 공급하는 전원공급부(136); 및 상기 전원공급부의 배터리 충전을 위한 충전포트(137)로 구성된다.That is, specific configurations of the upper and lower
여기서, 제2 마이크로콘트롤러(140)는 무선통신 가능한 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 노르딕(NorDic)등의 무선모듈이 사용가능하나, 본 발명에서 바람직하게는 마이크로콘트롤러와 노르딕이 결합된 원칩으로 구성한다.Here, the
도 5는 도 3에서 제2 마이크로콘트롤러(140)의 상세 블록구성도로서, 상기 근전도신호 증폭기(132), 3축가속도센서 및 3축자이로센서(133)로부터 입력된 동작신호를 입력받아 다중화 출력하는 멀티플렉서(141)와, 상기 멀티플렉서(141)에서 출력된 피검자의 근전도신호 및 동작신호를 디지털신호로 변환하는 AD변환부(142)와, 상기 AD변환부(142)로부터 변환된 피검자의 근전도 및 동작데이터를 일정시간 저장하는 레지스터(143)와, 상기 레지스터(143)에 저장된 각 데이터를 무선 인터페이스에 매칭되도록 변환하는 무선인터페이스부(144)와, 상기 무선인터페이스부(144)로부터 출력된 상기 근전도 및 동작데이터를 상기 제어보드(200)의 무선수신부(211)에 노르딕방식으로 무선전송하는 무선송신부(145)로 구성된다.
FIG. 5 is a detailed block diagram of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정시스템의 블록 구성도로서, 상기 제어보드(200)는 상,하지 근전도측정부(130)(150)로부터의 무선전송 신호를 수신하는 무선수신부(211)와, 각 센서(111~114)의 감지신호를 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치 출력하는 제1, 제2 AD변환기(201)(202)와, 상기 AD변환기(201)(202)를 통해 입력된 각 채널별 생체데이터 및 상기 무선수신부(211)로부터의 상,하지 근전도데이터를 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 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하고, 상기 상,하지 근전도데이터 및 상기 가슴 및 어깨부위의 근전도데이터로부터 피검자의 동작 및 위치데이터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러(204)와, 상기 제1 마이크로콘트롤러(204) 또는 상기 인터페이스변환부(203)의 데이터를 외부 기기로 전송하고, 상기 피검자의 동작 및 위치데이터를 암(Arm)콘트롤러로 전송하는 근력보조시스템 인터페이스부(205)로 구성되된다. 4 is a block diagram of an unbounded EMG measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the
상기 각 센서(111~114)에서 감지된 미약한 신호는 설정된 레벨 이상으로 증폭하여 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로 전송하는 각각의 증폭기(121)로 구성된다. The weak signal sensed by each of the
상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)는 각각 8개의 입력 채널로 구성되어 있으며, 제1 AD변환기(201)는 우측에 장착된 근전도센서(111)의 근전도신호(R_EMG1~R_EMG6)와, 심전도센서(112)의 심전도신호(ECG)를 입력받고, 상기 제2 AD변환기(202)는 좌측에 장착된 근전도센서(111)들의 근전도신호(L_EMG1~6)와, 심음센서 및 피부온도센서의 심음 및 온도데이터를 입력 받는다.
The first and
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도 1 내지 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above in more detail with reference to Figures 1 to 5 as follows.
먼저, 상기 생체신호측정슈트(101)에 장착된 6개의 근전도센서(111), 1개의 3점 심전도센서(112), 1개의 심음센서(113), 1개의 피부온도센서(114)는 피검자(100)의 신체 각부에서 해당 생체신호를 검지한다. First, the six
즉, 6개의 근전도센서(111) 및 1개의 심전도센서(112)는 (+),(-)전극으로부터 전기신호를 감지하고, 상기 각 증폭기(121)를 통해 증폭하여 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로 입력하고, 상기 심음센서(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 제2 AD변환기(202)로 입력한다.That is, the six
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.The first and
상기 인터페이스변환부(203)는 상기 제1, 제2 AD변환기(201)(202)로부터 입력된 생체데이터를 수집하고, 어떤 채널의 생체데이터인지를 판단하고, 제1 마이크로콘트롤러(204) 및 근력보조시스템 인터페이스부(205)와의 인터페이스 매칭을 위해 변환한 후 출력한다.The
한편, 상기 피검자(100)의 상,하지에 밴드타입으로 장착된 상,하지 근전도측정부(130)(140)로부터 검지된 상,하지 근전도데이터를 무선데이터로 상기 제어보드(200)으로 전송한다.Meanwhile, the upper and lower leg EMG data detected by the upper and lower leg
상기 상,하지 근전도측정부(130)(140)는 도 3, 5에 도시된 바와 같이, 상,하지밴드(102)(103)의 피부와 접촉하는 내측면에 각각 장착되어 각각의 근전도신호를 검지하도록 동일한 구성 및 작용을 하게 된다. 따라서, 상지 근전도측정부(130)를 일 실시예로 그 작용에 대하여 보다 상세히 설명하며, 하지 근전도측정부(140)의 상세한 작용 설명은 다음 도 3, 5의 작용설명을 참조한다.3 and 5, the upper and lower
즉, 상지 근전도측정부(130)는 피부와 접촉되는 센서전극(131)을 통해 근전도 신호가 검지되어 증폭기(132)를 통해 미약한 근전도신호를 일정레벨로 증폭한 후 제2 마이크로콘트롤러(140)로 입력하며, 밴드 내에 장착된 3축 가속도센서 및 3축 자이로센서(133)로부터 측정된 3축(x, y, z) 방향의 위치, 방위, 각속도 및 가속도 신호를 검지하여 상기 제2 마이크로콘트롤러(140)로 출력한다. That is, the upper limb
상기 제2 마이크로콘트롤러(140)는 상기 각 센서(131)(133)에서 감지된 신호를 입력받아 멀티플렉서(141)에서 다중화시켜 출력한다. 상기 멀티플렉서(141)를 통해 출력된 각 센서신호는 AD변환기(142)를 통해 디지털신호로 변환되고, 레지스터(143)을 통해 저장되고, 무선인터페이스매칭부(144)를 통해 노르딕 무선방식의 무선데이터로 변환한 후 무선송신부(145)를 통해 상기 생체신호측정슈트(101)의 무선수신부(211)로 전송한다.
The
상기 생체신호측정슈트(101)의 제1 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.The
상기 심전도데이터(ECG)를 분석하여 분당 호흡수, R-피크, RRI 및 HR 등 피검자의 건강상태를 파악할 수 있는 중요한 파라미터들을 산출한다.The electrocardiogram data (ECG) is analyzed to calculate important parameters that can determine the health status of the subject, such as minute respiratory rate, R-peak, RRI, and HR.
즉, 입력된 심전도데이터(ECG)는 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 산출하게 된다. That is, the input ECG data removes noise having high frequency and low frequency components through low and high pass filters, performs first-order differential and square root calculations, and performs R-peak through an envelope detection algorithm. The RRI and pulse rate (HR) are calculated from the R-peak.
한편, 입력된 심음데이터는 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.On the other hand, the input heart sound data can not only calculate the parameters for determining the heart state such as heart rate per minute through the analysis process after removing the noise, but also replace the heart sound data to calculate the parameter when noise occurs in the electrocardiogram data. do.
이와 같이 제1 마이크로콘트롤러(204)를 통해 산출된 각 파라미터들은 외부통신부(205)를 통해 근력보조장치의 콘트롤러(도면에 미도시), 피검자 건강진단시스템 또는 피검자 스트레스 분석, 감정상태 분석 등의 시스템 등으로 출력하여 해당 시스템의 기초데이터로 활용할 수 있도록 한다. As described above, each parameter calculated by the
한편, 상기 제1 마이크로콘트롤러(204)는 상기 무선수신부(211)을 통해 입력된 상,하지 근전도측정부(130)(150)로부터의 각 근전도데이터, 자이로데이터, 각속도데이터와 상기 생체신호측정슈트(101)에 장착된 근전도센서(111)로부터의 근전도신호를 분석하여 피검자의 상,하지 위치, 움직임 방향 및 속도 등을 산출한 후 상기 근력보조시스템 인터페이스부(205)로 출력한다. On the other hand, the
상기 근력보조시스템 인터페이스부(205)는 입력된 피검자의 상,하지의 위치, 움직임 방향 및 속도 등의 동작데이터를 근력보조시스템의 암(Arm) 콘트롤러로 전송하므로 근력보조시스템을 구동하는데 필요한 데이터로 제공한다.
The muscle force assisting
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 피검자의 재활측 상,하지 운동시 지정된 모션으로 동작하도록 하고, 이때 상기 각 상,하지에서 측정된 근전도신호와, 기준 근전도신호를 비교 분석하여, 피검자의 상,하지 운동 경로가 정상범위에서 벗어난 정도를 판단하고, 그에 따른 재활정도를 판단하게 된다.6 is a flowchart of a rehabilitation state analysis process using an unrestrained EMG measurement signal according to an embodiment of the present invention. By analyzing the EMG signal and the reference EMG signal, the degree of movement of the upper and lower extremities of the subject is out of the normal range, and the degree of rehabilitation is determined accordingly.
이를 위하여 먼저, 다수의 정상인의 모션별로 상,하지 근전도신호를 측정하고, 평균치 및 표준오차를 산출하여 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로 설정 저장한다.(S101)To this end, first, the upper and lower EMG signals are measured for each motion of a plurality of normal persons, and average values and standard errors are calculated and stored as reference EMG signals ref_EMG1 to ref_EMG4.
상기 기준 근전도신호는 근전도신호에 영향을 줄 수 있는 나이, 성별 등 다양하게 분류하고, 보다 정확한 기준 근전도신호를 산출하기 위하여 가능한 많은 사람들의 모션별 근전도신호를 측정 및 평균값을 산출하여 데이터베이스화하고, 해당 피검자의 상태에 맞는 기준 근전도신호를 선택하여 사용하도록 한다.The reference EMG signal is classified into various types such as age and gender which may affect the EMG signal, and in order to calculate a more accurate reference EMG signal, the EMG signals for each motion are measured and averaged, and are databased. The reference EMG signal suitable for the subject's condition is selected and used.
피검자가 재활측 상,하지에 각 상,하지밴드(102)(103)를 착용하고, 지정된 모션으로 재활운동을 시작함과 동시에 각 상,하지밴드(102)(103)에 내장된 각 근전도측정부(130)(150)로부터 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 측정한다.(S103)(S105)The subject wears each upper and
상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)는 상기 피검자가 착용하고 있는 생체신호측정슈트(101)의 제1마이크로콘트롤러(204)로 전송한다.The EMG signals L_EMG1 to L_EMG4 measured by the
여기서, 상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)는 근전도신호 컴퓨터 또는 분석장치로 무선전송하여 분석가능하도록 한다.Here, the EMG signals L_EMG1 to L_EMG4 measured by the
상기 근전도측정부(130)(150)에서 측정된 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)와 상기 피검자가 수행한 해당 모션에 해당하는 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)를 비교 분석하여 재활상태 및 재활정도를 판단한다.(S107)(S109)The EMG signals L_EMG1 to L_EMG4 measured by the
즉, 각 모션에 따른 기준 근전도신호의 변화와 피검자의 측정된 근전도신호로부터 모션 방향데이터를 추출하여 비교한 결과에 따라, 피검자의 모션 방향의 왜곡상태를 산출하게 된다.That is, the distortion state of the subject's motion direction is calculated according to a result of comparing the change in the reference EMG signal according to each motion with the motion direction data extracted from the measured EMG signal of the subject.
피검자는 보다 정확한 분석을 위하여 다양한 모션을 지정하고, 각 모션을 상기 과정(S103 ~ S109)과정을 반복 수행하여 획득된 결과 데이터를 종합분석하므로, 피검자의 재활상태 및 정도를 보다 정확한 분석이 가능하다.The subject designates various motions for more accurate analysis, and comprehensively analyzes the result data obtained by repeating the processes (S103 to S109) for each motion, thereby more accurately analyzing the rehabilitation state and degree of the subject. .
상기 제1마이크로콘트롤러(204)는 산출된 피검자의 모션방향에 대한 왜곡상태 분석 데이터를 피검자에게 제공하여, 재활중인 상,하지의 재활운동에 참고할 수 있도록 한다.The
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 피검자의 재활정도 및 재활상태를 분석하기 위한 기준 근전도신호를 설정하는 다른 실시예로서, 피검자의 정상측 상,하지의 근전도신호로 설정하는 것이다.7 is a flowchart of a rehabilitation state analysis process using an unbound EMG measurement signal according to another embodiment of the present invention, which sets a reference EMG signal for analyzing a rehabilitation degree and a rehabilitation state of a subject. This is set by the EMG signals on the upper and lower extremities.
즉, 피검자가 재활측 상,하지의 근전도신호를 측정하기 전에 정상측의 상,하지에 상기 상,하지 밴드(102)(103)를 착용하고, 지정된 다양한 모션을 수행하도록 한다.That is, before the subject measures the EMG signal of the upper and lower rehabilitation side, the upper and
상기 피검자의 각 모션별로 정상측 상,하지 근전도신호(R_EMG1 ~ R_EMG4)를 각각 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로 데이터베이스화하여 저장한다.(S121)The upper and lower EMG signals R_EMG1 to R_EMG4 of the normal side for each motion of the examinee are converted into a reference EMG signal ref_EMG1 to ref_EMG4 and stored in a database (S121).
피검자의 재활측 상,하지에 상기 상,하지밴드(102)(103)를 착용하고, 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)를 설정하기 위한 지정된 각 모션별 재활측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 측정한다.(S123)(S125)Wear the upper and
상기 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)와 측정된 재활측 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)의 각 모션별로 비교분석하고, 그 결과에 따라 모션별 재활상태 및 재활정도를 판단하는 과정(S127)(S129)은 상기 도 6의 비교분석 및 판단과정(S107)(S109)와 동일하므로 이하, 상세한 설명은 이를 참조한다.
A process of comparing and analyzing the reference EMG signals ref_EMG1 to ref_EMG4 and the measured rehabilitation side EMG signals L_EMG1 to L_EMG4 for each motion, and determining rehabilitation status and rehabilitation degree for each motion according to the result (S127) (S129). Is the same as the comparative analysis and determination process (S107) (S109) of FIG. 6 below, the detailed description will be referred to.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무구속 근전도측정신호를 이용한 재활상태 분석과정의 흐름도로서, 상,하지밴드에 각각 근전도측정부 및 3축 가속도/자이로센서를 탑재하고, 근전도신호 뿐만 아니라, 상,하지의 운동경로 및 속도를 기준 데이터와 비교 분석하므로 보다 정확한 재활정도 및 재활상태를 판단하게 된다.8 is a flowchart of a rehabilitation state analysis process using an unrestrained EMG measurement signal according to another embodiment of the present invention, in which an EMG measuring unit and a 3-axis acceleration / gyro sensor are mounted on upper and lower bands, respectively, By comparing and analyzing the motion path and speed of the upper and lower extremities with the reference data, more accurate rehabilitation and rehabilitation status can be determined.
먼저, 다양한 모션의 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4) 및 기준 운동경로 및 속도를 설정한다. First, reference EMG signals ref_EMG1 to ref_EMG4 and reference motion paths and speeds of various motions are set.
이를 위하여 다수의 정상인의 모션별 근전도신호(EMG1~EMG4)를 측정 및 평균값을 산출하여 저장하며, 상기 기준 운동경로 및 속도 설정은 다수의 정상인의 모션별 3축 가속도 및 자이로센서(133)로부터 획득된 3축 가속도 및 자이로신호(ref_Accl1, ref_Accl2)(ref_Gyro1, ref_Gyro2)를 기준데이터로 하여 각 모션별 기준 경로데이터 및 속도데이터를 산출 설정한다.(S141)(S143)(S145) To this end, the EMG signals EMG1 to EMG4 of motions of a plurality of normal people are measured and calculated, and the average values are calculated and the reference motion path and speed settings are obtained from the three-axis acceleration and
기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4), 기준 경로데이터 및 속도데이터를 산출을 위한 다른 실시예로, 피검자의 정상측 상,하지에서 측정된 모션별 근전도신호, 3축 가속도 및 자이로신호를 획득하여 설정 가능하다.As another embodiment for calculating reference EMG signals (ref_EMG1 to ref_EMG4), reference path data, and velocity data, it is possible to obtain and set EMG signals for each motion, 3-axis acceleration, and gyro signal measured on the upper and lower sides of the subject. Do.
상기 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4), 기준 경로데이터 및 속도데이터 설정 후, 피검자는 재활측 상,하지에 각 밴드(102)(103)을 착용하고, 지정된 모션별로 재활운동을 하고, 이때 근전도측정부(130)(150)으로부터 각 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 측정하고, 동시에 상기 3축 가속도/자이로센서(133)을 통해 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L-Gyro2)를 측정한다.(S147)(S149)(S151) After setting the reference EMG signals ref_EMG1 to ref_EMG4, reference path data, and velocity data, the subject wears each
여기서, 상기 각 상,하지 밴드(102)(103)는 내부에 근전도신호 측정을 위한 2쌍의 근전도전극(131)(138)과 하나의 3축가속도/자이로센서(133)를 내장하고 있으며, 각 각 상,하지밴드(102)(103)에서 입력되는 근전도신호는 모두 4개 채널의 근전도신호(L_EMG1 ~ L_EMG4)를 획득하며, 3축가속도/자이로신호는 2개 채널의 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L_Gyro2)를 획득하게 된다.Here, each of the upper and
이와 같이 획득된 각 근전도신호를 이용하여 모션별 움직임 방향을 산출하여 기 설정 저장된 기준 근전도신호(ref_EMG1 ~ ref_EMG4)로부터 산출된 모션별 움직임 방향데이터와 비교하여 재활상태 및 정도를 판단하게 된다.(S153)The motion direction for each motion is calculated using the obtained EMG signals, and the rehabilitation state and degree are determined by comparing the motion direction data calculated from the preset reference EMG signals ref_EMG1 to ref_EMG4. )
또한, 측정된 피검자의 상,하지에서 측정된 3축 가속도/자이로신호(L_Accl1,L_Gyro1)(L_Accl2,L-Gyro2)를 이용하여 상,하지의 운동경로 및 속도를 산출하게 되고, 산출된 운동경로 및 속도와 상기 설정된 기준 3축가속도/자이로신호로부터의 기준 경로 및 속도데이터를 비교하여 그 차이점에 따라 재활정도 및 재활상태를 판단하게 된다.(S155)In addition, by using the measured three-axis acceleration / gyro signals (L_Accl1, L_Gyro1) (L_Accl2, L-Gyro2) measured in the upper and lower extremities of the subject to calculate the motion path and velocity of the upper and lower extremities, And comparing the speed with the reference path and the speed data from the set reference triaxial acceleration / gyro signal, and determining the rehabilitation degree and the rehabilitation state according to the difference (S155).
여기서, 재활상태는 상기 산출된 재활측의 모션별 운동 경로 및 속도와 각 모션별 기준 운동경로 및 속도의 비교하여 차이값을 산출하고, 상기 산출된 차이값과 설정된 표준오차 범위에서 벗어난 정도를 분석함에 따라, 상,하지의 운동 방향별 재활상태 및 정도를 구체적인 데이터를 피검자에게 제공하므로, 이를 참조하여 재활훈련을 하도록 한다. Here, the rehabilitation state calculates a difference value by comparing the calculated motion path and speed for each motion of the rehabilitation side with the reference motion path and speed for each motion, and analyzes the deviation from the calculated difference value and the set standard error range. As a result, the rehabilitation state and the degree of rehabilitation according to the direction of motion of the upper and lower extremities are provided to the examinee, so that the rehabilitation training is performed with reference to this.
이와 같이 상기 근전도신호의 비교결과(S153)에 따른 재활정도 및 재활상태 데이터와 3축가속도/자이로 데이터의 비교결과(S155)에 따른 재활정도 및 재활상태를 종합하여 보다 정확하고 구체적인 운동 방향별 재활상태 및 재활정도를 판단하여 피검자에게 제공하게 된다.(S157) In this way, the rehabilitation degree and the rehabilitation state according to the comparison result (S155) of the rehabilitation degree and rehabilitation state data according to the comparison result of the EMG signal (S153) and the three-axis acceleration / gyro data are combined more accurately and specific rehabilitation according to the specific direction of movement The condition and the degree of rehabilitation are determined and provided to the subject. (S157)
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 재활상태를 측정하기 위한 운동 방향, 경로 및 속도데이터 측정방법은 측정 위치, 모션 등에 따라 다양하게 변형시킬 수 있으며, 근전도신호 측정장치 및 근전도신호 및 3축 가속도/자이로신호를 종합하여 재활정도 및 상태를 판단하는 방법은 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.In addition, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, a method of measuring a direction of movement, a path, and a velocity data for measuring a rehabilitation state of the present invention may be variously modified according to a measurement position, a motion, and the like. And the method of determining the rehabilitation degree and state by combining the EMG signal and the three-axis acceleration / gyro signal is obvious that can be variously modified by those skilled in the art.
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.It should be understood, however, that such modified embodiments are not to be understood individually from the spirit and scope of the invention, and such modified embodiments are intended to be included within the scope of the appended claims.
100 : 피검자 101 : 생체신호측정슈트
102,103 : 상,하지밴드
111 : 근전도센서 112 : 심전도센서
113 : 심음센서 114 : 피부온도센서
121, 132 : 증폭기 130,150 : 상,하지 근전도측정부
131,138 : 근전도센서전극 133 : 3축 가속도/자이로센서
136 : 배터리 137 : 충전포트
141 : 멀티플렉서 143 : 레지스터
144 : 무선인터페이스매칭부 145 : 무선송신부
200 : 제어보드 201,202,142 : AD변환기
203 : 인터페이스변환부 204, 140 : 제1, 제2 마이크로콘트롤러
205 : 근력보조시스템 인터페이스부
211 : 무선수신부 100: test subject 101: biological signal measurement chute
102,103: Upper and lower band
111: EMG sensor 112: ECG sensor
113: heart sound sensor 114: skin temperature sensor
121, 132: amplifier 130,150: upper and lower EMG measuring unit
131,138: EMG sensor electrode 133: 3-axis acceleration / gyro sensor
136: battery 137: charging port
141: multiplexer 143: register
144: wireless interface matching unit 145: wireless transmission unit
200: control board 201,202,142: AD converter
203:
205: muscle support system interface unit
211: wireless receiver
Claims (14)
상기 각 근전도센서, 심전도센서, 심음센서, 피부온도센서로부터 획득된 각 생체신호를 채널별로 각각 입력받아 디지털신호로 변환 및 래치하는 AD변환기;
상기 피검자의 상,하지팔에서 각각 근전도신호를 검지하는 상,하지 근전도측정부;
상기 상,하지 근전도측정부에서 검지된 각각의 근전도신호를 무선수신하는 무선수신부;
상기 AD변환기 및 무선수신부를 통해 입력된 각 채널별 생체신호를 수집하고, 수집된 생체신호가 어떤 채널의 신호인지 판단하고, 입력된 각 채널의 신호를 외부 인터페이스 매칭을 위해 변환 및 출력하는 인터페이스변환부;
상기 인터페이스변환부로부터 입력된 생체신호의 노이즈를 제거하고, 각 생체신호를 분석하여 피검자의 동작 및 건강상태와 감성인식 판단을 위한 파라미터를 산출하는 제1 마이크로콘트롤러;를 포함하여 구성하되,
상기 생체센서부는 피검자가 착용 가능한 생체신호측정슈트의 내측에 부착되며, 상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 상,하지에 착용 가능한 밴드 내측에 부착된 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정시스템.In an unconstrained EMG measuring system comprising a biosensor unit including a plurality of EMG sensors, an ECG sensor, a heart sound sensor, and a skin temperature sensor for acquiring EMG, electrocardiogram (ECG), heart sound, respiration, and skin temperature from a subject,
An AD converter which receives the bio signals obtained from each of the EMG sensor, the ECG sensor, the sound sensor, and the skin temperature sensor for each channel, and converts and latches them into digital signals;
Upper and lower EMG measuring units for detecting EMG signals in upper and lower arms of the examinee;
A wireless receiver configured to wirelessly receive respective EMG signals detected by the upper and lower EMG measuring units;
Interface conversion for collecting the bio-signals for each channel input through the AD converter and the wireless receiver, determining which channel the collected bio-signals are, and converting and outputting the input-channel signals for external interface matching. part;
And a first microcontroller which removes noise of the biosignal input from the interface converter and analyzes each biosignal to calculate parameters for determining a subject's operation, health status, and emotional recognition.
The biosensor unit is attached to the inside of the wearable bio-signal measurement chute, the upper and lower extremity EMG measuring unit is attached to the inside of the band that can be worn on the upper and lower legs of the subject.
상기 인터페이스변환부는 각 근전도센서 6개 채널,
상기 심전도센서, 심음센서 및 피부온도센서 각 1개씩의 채널로부터 측정신호를 순차적으로 입력받는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정시스템.The method of claim 1,
The interface converter is six channels of each EMG sensor,
Unrestrained electromyography system, characterized in that for receiving the measurement signal sequentially from each one of the electrocardiogram sensor, heart sound sensor and skin temperature sensor.
상기 상,하지 근전도측정부는 피검자의 팔에 접촉되어 근전도신호를 검지하는 근전도센서;
상기 근전도센서의 검지신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭기;
상기 피검자의 상,하지 위치, 방향, 움직임 가속도 및 각속도 신호를 검지하는 3축가속도센서 및 3축자이로센서;
상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환 및 신호처리하여 무선송신하는 제2 마이크로콘트롤러;및
상기 각 부에 전원을 공급하는 전원공급부;
상기 전원공급부의 배터리 충전을 위한 충전포트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정시스템.The method of claim 1,
The upper and lower EMG measuring unit is in contact with the arm of the subject EMG sensor for detecting an EMG signal;
An amplifier for amplifying the detection signal of the EMG sensor to a predetermined level;
A three-axis acceleration sensor and a three-axis gyro sensor for detecting the upper and lower position, the direction, the movement acceleration and the angular velocity signal of the subject;
A second microcontroller that receives signals input from the amplifier, a three-axis acceleration sensor, and a three-axis gyroscope sensor, converts the signals into digital data, and wirelessly transmits them by processing them;
A power supply unit supplying power to each unit;
Unrestrained electromyography system characterized in that it comprises a charging port for charging the battery of the power supply.
상기 제2 마이크로콘트롤러는 상기 증폭기, 3축가속도센서 및 3축자이로센서로부터 입력된 동작신호를 입력받아 다중화 출력하는 멀티플렉서;
상기 멀티플렉서에서 출력된 피검자의 근전도신호 및 동작신호를 디지털신호로 변환하는 AD변환부;
상기 AD변환부로부터 변환된 피검자의 근전도 및 동작데이터를 일정시간 저장하는 레지스터;
상기 레지스터에 저장된 각 데이터를 무선 인터페이스에 매칭되도록 변환하는 무선인터페이스부; 및
상기 무선인터페이스부로부터 출력된 상기 근전도 및 동작데이터를 무선전송하는 무선송신부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정시스템. The method of claim 3, wherein
The second microcontroller may include: a multiplexer configured to receive an operation signal input from the amplifier, a three-axis acceleration sensor, and a three-axis gyroscope sensor and multiplex the output signal;
An AD converter for converting an EMG signal and an operation signal of the examinee output from the multiplexer into a digital signal;
A register that stores the EMG and motion data of the subject converted from the AD converter for a predetermined time;
A wireless interface unit for converting each data stored in the register to match the wireless interface; And
And a wireless transmitter configured to wirelessly transmit the EMG and operation data output from the wireless interface unit.
상기 제1 마이크로콘트롤러는 상기 무선수신부 및 상기 인터페이스변환부로부터 입력된 근전도신호의 노이즈를 제거하고, 신호처리과정을 통해 피검자의 상,하지팔의 동작 데이터를 산출하여 근력보조시스템 인터페이스부로 출력하고,
상기 근력보조시스템 인터페이스부는 상기 제1 마이크로콘트롤러에서 입력된 상,하지 팔 동작 데이터를 토대로 피검자의 팔에 장착된 근력보조시스템 제어 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정시스템. The method of claim 1,
The first microcontroller removes the noise of the EMG signal inputted from the wireless receiver and the interface converter, calculates motion data of the upper and lower arms of the subject through a signal processing process, and outputs the motion data to the muscle assist system interface unit.
And the muscle strength assistance system interface unit outputs muscle strength assistance system control data mounted on an arm of a subject based on upper and lower arm motion data inputted from the first microcontroller.
상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정;
상기 근전도신호와 기 저장된 기준 근전도신호(EMG_ref)를 비교하는 제2과정; 및
상기 제2과정의 비교결과에 따라 재활정도 및 움직임 방향의 왜곡정도를 판단하는 제3과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.In a rehabilitation state analysis method using an unconstrained EMG signal to analyze the rehabilitation state of the subject by the first microcontroller received an EMG signal obtained through a plurality of EMG signals attached to the upper and lower arms of the subject ,
A first step of acquiring an EMG signal (EMG) from each of the EMG measuring units attached to the upper and lower parts of the examinee as the examinee performs a designated motion;
A second step of comparing the EMG signal with a previously stored reference EMG signal EMG_ref; And
And a third step of determining a degree of rehabilitation and a distortion degree of a movement direction according to the comparison result of the second step. Rehabilitation state analysis method using an unbounded EMG measurement signal, characterized in that it comprises a.
상기 제2과정의 기준 근전도신호(EMG_ref)는 정상인의 근전도측정위치의 평균값을 기준으로 하되, 상기 피검자의 근전도 측정위치와 동일한 위치에서 측정된 근전도값인 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method according to claim 6,
The reference EMG signal (EMG_ref) of the second process is based on the average value of the EMG measurement position of a normal person, using an unbound EMG measurement signal, characterized in that measured at the same position as the EMG measurement position of the subject Rehabilitation status analysis method.
상기 제2과정의 기준 근전도신호(EMG_ref)는 피검자의 정상측 상,하지에서 각각 측정된 근전도신호를 기준값으로 하되, 측정위치는 재활측 상,하지의 측정위치와 대칭되는 위치에서 측정하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method according to claim 6,
The reference EMG signal (EMG_ref) of the second process is based on the EMG signal measured on the upper and lower extremities of the subject as a reference value, the measurement position is measured at a position symmetrical with the measurement position of the upper and lower rehabilitation side Rehabilitation status analysis method using unbound EMG measurement signal.
상기 제1 내지 제3과정을 모션별로 수행하여 피검자의 다양한 모션별 재활정도 및 방향 왜곡정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method according to claim 6,
Rehabilitation status analysis method using the unrestrained EMG signal, characterized in that by performing the first to the third process for each motion to determine the degree of rehabilitation and direction distortion degree for each motion of the subject.
상기 제1마이크로콘트롤러는 피검자의 생체신호측정슈트에 장착되며;
상기 각 근전도측정부는 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드의 내부에 장착되며;
상기 각 근전도측정부에서 획득된 근전도신호는 상기 제1마이크로콘트롤러에 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method according to claim 6,
The first microcontroller is mounted in a biosignal measurement chute of a subject;
Each of the EMG measuring parts is mounted on the upper and lower bands of the upper and lower arm bands which can be worn on the upper and lower arms of the subject;
EMG signal obtained by each EMG measuring unit for rehabilitation status analysis method using the unbound EMG signal, characterized in that the wireless transmission to the first microcontroller.
상기 피검자가 지정된 모션을 수행함에 따라 피검자의 상,하지에 부착된 상기 각 근전도측정부로부터 근전도신호(EMG)를 각각 획득하는 제1과정;
상기 3축가속도 및 3축자이로센서를 통해 피검자의 상,하지 모션 경로 및 속도데이터를 획득하는 제2과정;
상기 제1과정에서 측정된 각 근전도신호(EMG)와 기준근전도신호를 비교하는 제3과정;
상기 제2과정에서 획득된 피검자의 상,하지 모션경로 및 속도데이터와 기준 모션경로 및 속도 데이터를 비교하는 제4과정;
상기 제2과정 및 제3과정에서 획득된 각 근전도 및 모션경로, 속도데이터 비교결과에 따라 피검자의 재활 정도 및 경로 왜곡정도를 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.The first microcontroller receives the EMG signal measured by the EMG measurement unit attached to the upper and lower extremities of the subject's rehabilitation, and the upper and lower motion paths and velocities measured by the 3-axis acceleration sensor and the 3-axis gyroscope sensor. In the rehabilitation state analysis method using the unbound EMG signal to analyze the rehabilitation state of the subject by
A first step of acquiring an EMG signal (EMG) from each of the EMG measuring units attached to the upper and lower parts of the examinee as the examinee performs a designated motion;
A second process of acquiring upper and lower motion paths and velocity data of the subject through the 3-axis acceleration and 3-axis gyroscope sensors;
A third step of comparing each EMG signal (EMG) measured in the first step with a reference EMG signal;
A fourth step of comparing the upper and lower motion path and speed data of the examinee obtained in the second step with the reference motion path and speed data;
And a fifth step of determining a rehabilitation degree and a path distortion degree of the examinee according to the result of comparing the EMG, the motion path, and the velocity data obtained in the second and third processes. Rehabilitation analysis method using the signal.
상기 제3과정에서 기준 모션경로 및 속도 데이터는 정상인이 동일 모션을 수행했을 때의 경로데이터의 평균값과 속도데이터의 평균값인 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method of claim 11,
And the reference motion path and speed data in the third process are average values of path data and average values of speed data when a normal person performs the same motion.
상기 제3과정의 기준 모션 경로 및 속도 데이터는 피검자가 동일 모션을 수행하는 정상측 상,하지의 모션경로 및 속도 데이터인 것을 특징으로 하는 무구속 근전도 측정신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method of claim 11,
The reference motion path and velocity data of the third process are motion paths and velocity data of the upper and lower extremities on which the subject performs the same motion, and the rehabilitation state analysis method using the unbound EMG measurement signal.
상기 제1마이크로콘트롤러는 피검자의 생체신호측정슈트에 장착되며;
상기 각 근전도측정부, 3축 가속도센서 및 자이로센서는 피검자의 상,하지 팔에 밴드형태로 착용가능한 상,하지 밴드의 내부에 장착되며;
상기 각 근전도측정부 및 3축 가속도센서 및 자이로센서에서 획득된 근전도신호, 3축 가속도신호 및 자이로신호는 상기 제1마이크로콘트롤러에 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무구속 근전도신호를 이용한 재활상태 분석방법.The method of claim 11,
The first microcontroller is mounted in a biosignal measurement chute of a subject;
Each of the EMG measurement unit, the three-axis acceleration sensor and the gyro sensor is mounted on the inside of the upper and lower bands wearable in the form of a band on the upper and lower arms of the subject;
Analysis of the rehabilitation state using the unbound EMG signal, wherein the EMG signal, the 3-axis acceleration signal, and the gyro signal obtained by the EMG measuring unit, the 3-axis acceleration sensor, and the gyro sensor are wirelessly transmitted to the first microcontroller. Way.
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