KR20190033802A - Device for quantitative measurement of freezing of gait in Parkinson`s disease and method using the same - Google Patents

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KR20190033802A
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Abstract

The present invention relates to a device for quantitative measurement of freezing of gait (FOG) in Parkinson′s disease and method using the same. More particularly, the present invention relates to a device and method for quantitatively measuring gait disturbances through a feature-by-feature algorithm of Parkinson′s disease gait, and the present invention can be used as information useful for discriminating the increase/decrease of FOG through long-term monitoring or building a system such as a notification service in case of FOG.

Description

파킨슨병 환자에서 보행동결의 정량적 측정을 위한 장치 및 측정방법{Device for quantitative measurement of freezing of gait in Parkinson`s disease and method using the same}[0001] The present invention relates to a device and a method for quantitative measurement of gait freezing in patients with Parkinson's disease,

본 발명은 파킨슨병 환자의 보행동결(freezing of gait, FOG) 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파킨슨병 보행의 특징별 알고리즘을 통하여 보행장애를 정량적으로 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring freezing of gait (FOG) in a patient with Parkinson's disease, and more particularly, to an apparatus and a method for quantitatively measuring gait disturbance through a feature-by- .

고위 보행장애(high-level gait disorder)는 대뇌 피질(cortex)이나 피질하(subcortical) 구조의 이상에 의해서 나타나는 보행장애이다. 대표적인 것으로 보행 동결(FOG)과 가속보행(festination)이 있다. High-level gait disorder is a gait disorder caused by abnormalities in the cortex or subcortical structures. Typical examples are walking freezing (FOG) and accelerated walking (festination).

이 중에서 보행동결은 보행중에 예측불능의 (episodic) 보행중단이 일어나는 것을 지칭하며, 1-10초간 환자의 발이 마치 지면에 늘어붙는 것과 같은 상태가 된다. (Giladi, 1992). 이러한 보행동결은 보행의 시작(initiation), 방향전환(turning), 좁은 통로(narrow pathway), 목적지 도착직전에서 빈번히 발생하며, 인지적 과부하(cognitive overload)에서 더욱 심해진다(Nieuwboer 2008).Among these, gait freezing refers to the occurrence of an episodic gait during walking, and the condition is the same as when the patient's foot hangs on the floor for 1-10 seconds. (Giladi, 1992). This gait freezing is more frequent in initiation, turning, narrow pathway, just before arrival, and cognitive overload (Nieuwboer 2008).

그리고, 상기 가속보행(festination)은 보행중에 의지와 무관하게 보폭(stride length)이 짧아지고 박자(cadence)가 빨라지는 상태를 지칭하며, 연쇄효과(sequence effect) 혹은 운동불안정성(motor instability)이라고도 알려져 있다.The festination refers to a state in which the stride length is shortened and the cadence is accelerated regardless of the will during walking and is also known as a sequence effect or a motor instability have.

이러한 고위 보행장애를 일으키는 질병으로서는 퇴행성 뇌질환으로서, 파킨슨병(Parkinson's disease), 진행성핵상마비(Progressive supranuclear palsy), 대뇌피질변성(Corticobasal degeneration) 등이 있으며, 뇌수두증(hydrocephalus)과 동반된 2차성 파킨슨증후군 및 혈관성 파킨슨증 (Vascular parkinsonism)도 해당된다.Parkinson's disease, progressive supranuclear palsy, and corticobasal degeneration are the degenerative brain diseases that cause such high-level gait disorder. Secondary Parkinson's disease, accompanied by hydrocephalus, Syndrome and vascular parkinsonism.

이와 같이 파킨슨병과 유사한 증상을 보이는 장애를 통칭하여 파킨스니즘(Parkinsonism) 또는 파킨슨 증후군(Parkinson's syndrome)이라고 한다.Parkinsonism or Parkinson ' s syndrome is referred to as a disorder having symptoms similar to that of Parkinson's disease.

파킨슨병은 신경 전달 물질인 도파민(dopamine)을 함유하는 신경이 퇴화(degeneration)되는 질환으로서, 최근 뇌 단백질인 알파 시누클라인(brain protein alpha synuclein)이 파킨슨병의 도파민 함유 뉴런의 파괴, 그 뉴런의 퇴화 유도에 관련이 있다고 알려지면서, 많은 연구가 보고되고 있다.Parkinson's disease is a disease in which neurotransmitter dopamine-containing neurons are degenerated. Recent brain protein alpha synuclein has been implicated in the destruction of dopaminergic neurons in Parkinson's disease, Many studies have been reported, as it is known to be related to induction of degeneration.

그 중 Bruce Yankner 팀은 이 뇌 단백질, 알파 시누클라인이 신경내의 도파민과 결합할 때, 세포독성 물질인 반응성 산소 분자(toxic reactive oxygen molecules)의 분비를 촉진시켜 결국 신경세포의 자가 죽음(apoptosis)을 초래, 도파민을 함유하는 신경의 퇴화를 유도한다고 밝혔고, 또한, 이런 알파-시누클라인에 의한 특정 신경의 퇴화가 결국 파킨슨병 환자의 주 증상인 부자율적인 운동장애를 일으키는 원인을 제공할 수 있다고 밝혔다.Among them, Bruce Yankner's team, when this brain protein, alpha-synuclein, binds to dopamine in the nerve, promotes the secretion of toxic reactive oxygen molecules (cytotoxic substances) and ultimately leads to nerve cell apoptosis Induced dopaminergic neuronal degeneration, and that the degeneration of certain neurons by such alpha-synuclein could ultimately provide a cause for sub-autonomic motor disorders, the main symptom of Parkinson's patients .

그리고 유병률 및 발생 메커니즘을 살펴보면, 유병률은 고위보행장애의 대표적 질병인 파킨슨병이 인구 10만명당 780명의 유병률을 지니며, 60세 이상의 인구에서의 유병율은 1.47%에 이른다(Seo WK et al. 2007).The prevalence of Parkinson's disease is estimated to be 780 per 100 000 population, with a prevalence of 1.47% in the population over 60 years of age (Seo WK et al. 2007) .

상기 보행동결은 파킨슨병 환자의 약1/2에서 발생하며, 병의 진행(disease progression)과 더불어 증가하여 more advanced stage에서는 60%에 이른다.The gait freezing occurs in about half of patients with Parkinson's disease and increases with disease progression to 60% in more advanced stages.

파킨슨병 환자의 경우 보행동결로 인해 자주 낙상을 경험하며 골절위험이 증가하기에 환자의 일상생활이나 삶의 질에 큰 영향을 미친다. Patients with Parkinson's disease often experience falls due to gait freezing and increase the risk of fracture, which has a significant impact on the patient's daily life and quality of life.

현재 파킨슨병 환자를 위한 진단 방식은 주관적인 임상척도(UPDRS : Unified Parkinson`s Disease Rating Scale)에 의존할 뿐, 객관적이고 정량적인 진단 시스템이 전무한 상태이다. 파킨슨병의 심한 정도와 진행 정도를 파악하기 위한 임상척도로서 임상의사의 관찰을 통하여 0점에서 4점(높은 점수는 증상이 심한 것을 나타냄)까지의 점수로 판정하는 UPDRS가 가장 널리 사용되고 있다. 하지만, UPDRS는 점수를 판정하는 기준이 객관적이지 못하여, 임상의사 개인 내의 판정신뢰성(Intra-rater Reliability)과 임상의사 간의 판정신뢰성(Inter-rater Reliability)이 모두 낮아 진단의 정확성과 이를 통한 투약의 효율성이 낮고, 환자상태에 적합한 치료를 결정하기 위해서는 반복적인 시행착오가 필요하다는 심각한 문제점이 있다.Currently, the diagnostic approach for patients with Parkinson's disease relies on a subjective clinical scale (UPDRS: Unified Parkinson's Disease Rating Scale), but there is no objective and quantitative diagnostic system. UPDRS is the most widely used clinical scoring system to assess the severity and progression of Parkinson 's disease. The UPDRS score is from 0 to 4 points (high scores indicate severe symptoms). However, the UPDRS was not objective in determining the score, and the intra-rater reliability and the inter-rater reliability of the clinical individual were all low, so that the accuracy of the diagnosis and the efficiency of the medication , There is a serious problem that it is necessary to repeat trial and error in order to determine the treatment suitable for the patient's condition.

또한, 기존의 보행동결 분석의 경우 시간영역과 퍼지이론을 적용하여 분석이 이루어지며, 이러한 방법만으로는 다양한 파킨슨병 환자의 보행동결의 상황을 over-estimation하거나 혹은 under-estimation할 수 있는 문제가 있다. In addition, the analysis of the existing gait freeze analysis is performed by applying time domain and fuzzy theory. This method can over-estimate or under-estimate the condition of gait freezing of various patients with Parkinson's disease.

최근에는 가속도계와 자이로스코프를 포함하는 관성센서를 이용하여 사용자의 자세 및 속도, 이동거리를 계산하는 관성항법장치에 대한 연구가 가속화되고 있다. 사용되는 관성센서에 포함되는 자이로 및 가속도계는 각각 회전 각속도와 선형 각속도를 측정하는 관성센서로서 이동하는 항체의 자세 및 속도, 위치를 계산하는 관성항법장치의 핵심센서로 사용된다. 이때, 사용자의 자세는 자이로 출력을 적분하여 계산하고 사용자의 속도와 위치는 가속도계 출력을 적분하여 계산한다In recent years, studies on inertial navigation devices that calculate the user's attitude, velocity, and travel distance using an inertial sensor including an accelerometer and a gyroscope are being accelerated. The gyroscopes and accelerometers included in the inertial sensors used are inertial sensors for measuring angular velocity and angular velocity, respectively, and they are used as the core sensors of the inertial navigation system which calculates the position, velocity and position of the moving antibody. At this time, the posture of the user is calculated by integrating the gyro output, and the velocity and position of the user are calculated by integrating the accelerometer output

본 발명은 파킨슨병 보행의 특징별 알고리즘을 통하여 보행장애를 정량적으로 측정하는 보행동결 측정장치 및 측정방법을 제공하여 파킨슨병 여부에 대한 객관적인 판단기준을 제시하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a gait freezing measuring device and a measuring method for quantitatively measuring gait disturbances through a characteristic-based algorithm of Parkinson's disease gait, and to provide an objective criterion for determining whether or not Parkinson's disease is present.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 In order to solve the above problems,

가속도를 감지하기 위한 3축 가속도 센서;A three-axis acceleration sensor for sensing acceleration;

출발, 정지, 보행 및 회전을 감지하기 위한 자이로 센서;A gyro sensor for sensing start, stop, walking and rotation;

상기 가속도 및 자이로 센서로부터 제공되는 데이터를 처리하는 데이터 추출부;A data extracting unit for processing the data provided from the acceleration and the gyro sensor;

출발, 정지, 보행 및 회전시 보행동결을 예측하기 위한 보행동결 예측부;A gait freezing predicting unit for predicting gait freezing when starting, stopping, walking and turning;

데이터를 단말기로 전송해주는 데이터 전송 모듈;및A data transmission module for transmitting data to a terminal;

상기 단말기는 데이터를 저장하는 저장부;를 포함하는 것인 보행동결 측정 장치를 제공한다.And the terminal includes a storage unit for storing data.

상기 '가속도 센서'는 일정 질량(m)을 가지는 운동구조물에 힘(F = ma)을 가하여 그 운동구조물을 일정 가속도(a)로 가속시키고, 그 상태에서 운동구조물의 변위에 따라 변화하는 제어신호, 압전압, 압저항, 정전용량 등을 측정하여 가속도를 얻게 된다The 'acceleration sensor' applies a force (F = ma) to a moving structure having a constant mass m to accelerate the moving structure to a constant acceleration (a), and a control signal , Pressure voltage, piezoresistance, capacitance, and the like are measured to obtain acceleration

상기 '3축 가속도 센서'는 가속도 센서 중 X축 가속도 센서 및 Y축 가속도 센서는 수평 방향의 운동 감지를 통하여 가속도 입력을 인식하고, Z축 가속도 센서는 수직 방향의 운동 감지를 통하여 가속도 입력을 인식할 수 있다. X축 가속도 센서 및 Y축 가속도 센서의 감지 성능 향상을 위해서는, 일정한 가속도 입력에 대하여 각 가속도 센서에 포함된 감지 구조물의 수평방향의 움직임이 커야 한다. 반면, Z축 가속도 센서에서는, 일정한 가속도 입력에 대하여 감지 구조물이 기준축을 중심으로 상하로 이동할수 있다. 따라서, Z축 가속도 센서의 감지 성능 향상을 위해서는, 일정한 가속도 입력에 대하여 감지 구조물의 수직방향의 움직임이 커야 한다. 또한, 수직방향의 움직임을 크게 하기 위해서는, 감지 구조물의 회전반경을 늘리거나, 감지 영역의 크기를 크게 하여야 한다.The '3-axis acceleration sensor' recognizes the acceleration input through the X-axis acceleration sensor and the Y-axis acceleration sensor in the horizontal direction, and the Z-axis acceleration sensor recognizes the acceleration input through the vertical motion detection can do. In order to improve the sensing performance of the X-axis acceleration sensor and the Y-axis acceleration sensor, the horizontal movement of the sensing structure included in each acceleration sensor with respect to a constant acceleration input must be large. On the other hand, in a Z-axis acceleration sensor, the sensing structure can move up and down about a reference axis for a constant acceleration input. Therefore, in order to improve the sensing performance of the Z-axis acceleration sensor, the vertical movement of the sensing structure must be large for a constant acceleration input. In order to increase the movement in the vertical direction, it is necessary to increase the rotation radius of the sensing structure or increase the size of the sensing area.

상기 '자이로 센서'는 각속도를 검출하는 센서로서, 회전형, 진동형, 유체식, 광학식등 여러가지 타입이 있다. 진동형 센서는 크게 두 가지 타입으로 나눌 수 있는데, 하나는 압전 방식과 정전 용량 방식으로 나눌 수 있다. 현재 사용되는 진동형 센서로는 정전용량 방식의 컴(Comb)구조가 대부분을 차지하며, 압전 방식도 일부분 활용되는 추세이다. 진동형 자이로 센서는 보통 코리올리의 힘에 의해 각속도 크기를 탐지한다. The 'gyro sensor' is a sensor for detecting the angular velocity, and there are various types such as a rotary type, a vibration type, a fluid type, and an optical type. Vibrating sensors can be classified into two types, one of which is piezoelectric and the other of which is capacitive. Currently, the capacitive type comb structure occupies most of the vibration type sensors, and the piezoelectric type is also partially utilized. A vibrating gyro sensor usually detects angular velocity magnitude by the force of a Coriolis force.

상기 데이터 전송 모듈은 상기 예측부로부터 출력된 신호를 무선 인터페이스를 통해 외부로 전송하는 기능을 수행하며, 상기 무선 인터페이스는 WiFi, Zigbee, RF, 무선테이터통신(3G, LTE 등) 중 어느 하나일 수 있다.The data transmission module transmits the signal output from the prediction unit to the outside via a wireless interface. The wireless interface may be any one of WiFi, Zigbee, RF, and wireless data communication (3G, LTE, etc.) have.

상기 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ReadOnly Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory), PROM(Programmable ReadOnly Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체인 것을 특징으로 한다. The storage unit may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory), a random access (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a programmable read-only memory (PROM), a magnetic memory, a magnetic disk, or an optical disk And is a medium.

또한, 본 발명은In addition,

상기 보행동결 측정 장치는 발목에 착용하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정 장치를 제공한다.And the gait freezing measuring device is worn on the ankle.

또한, 본 발명은In addition,

보행자의 움직임에 따른 가속도 신호를 3축 가속도 센서를 통하여 센싱하는 단계;Sensing an acceleration signal according to a motion of a pedestrian through a three-axis acceleration sensor;

출발, 정지, 보행 및 회전을 자이로 센서를 통하여 센싱하는 단계;Sensing start, stop, walk and rotation through a gyro sensor;

상기 가속도 및 자이로 센서로부터 제공되는 데이터를 데이터 추출부를 통하여 처리하는 단계;Processing the data provided from the acceleration and the gyro sensor through a data extraction unit;

보행동결 예측부를 통하여 출발, 정지, 보행 및 회전시 보행동결을 예측하는 단계;Estimating a walking freezing by starting, stopping, walking, and rotating through the walking freezing prediction unit;

데이터 전송 모듈을 통하여 데이터를 단말기로 전송해주는 단계;및Transmitting data to a terminal through a data transmission module;

상기 단말기의 저장부에 데이터를 저장하는 단계;를 포함하는 것인 보행동결 측정방법을 제공한다.And storing data in a storage unit of the mobile terminal.

또한, 본 발명은In addition,

상기 데이터 추출 단계는 3축 가속도 및 각속도 신호의 데이터를 수집하여 각축의 가속도 및 각속도의 신호를 추출하는 방법인 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법을 제공한다.Wherein the data extracting step is a method of collecting data of three-axis acceleration and angular velocity signals and extracting signals of acceleration and angular velocity of each axis.

또한, 본 발명은In addition,

상기 데이터 추출 단계는 1초당 30-32hz의 가속도 및 자이로 센서를 이용하여 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법을 제공한다.Wherein the data extracting step extracts data using a gyro sensor and an acceleration of 30-32 Hz per second.

또한, 본 발명은In addition,

상기 데이터 처리 단계는 linear trend를 제거하고 이동평균, median filter, band pass filter를 사용하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법을 제공한다.Wherein the data processing step removes a linear trend and uses a moving average, a median filter, and a band pass filter.

또한, 본 발명은In addition,

상기 보행동결 예측 단계는 시간 및 상황구간의 분석과 이산함수알고리즘을 이용한 방법인 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법을 제공한다.Wherein the gait freezing prediction step is a method using an analysis of a time and a state interval and a discrete function algorithm.

또한, 본 발명은In addition,

상기 보행동결 예측 단계는 보행시의 보행동결, 회전시의 보행동결, 정지-출발시의 보행동결을 각각 구분하여 산출하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법을 제공한다.Wherein the gait freezing prediction step is divided into gait freezing at the time of walking, gait freezing at the time of rotation, and gait freezing at the time of stopping and starting, respectively.

본 발명은 파킨슨병 보행의 특징별 알고리즘을 통하여 보행장애를 정량적으로 측정하여 파킨슨병 여부에 대한 객관적인 판단기준을 제시하고, 보행동결의 증감여부등을 장기간의 모니터링을 통하여 측정하거나 보행동결발생시의 알림 서비스와 같은 시스템의 구축에 유용한 정보로 사용될 수 있다.The present invention quantitatively measures gait disturbances through a feature-by-feature algorithm of Parkinson's disease gait to provide an objective criterion for whether or not Parkinson's disease is present, and measures such as the increase or decrease of gait freezing through long-term monitoring, And can be used as information useful for building a system such as a service.

도 1은 본 발명에 의하여 데이터의 추출, 처리, 보행동결 예측, 전송, 저장의 단계를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 환자의 발목과 무릎에 가속도 및 자이로 센서를 착용한 모습을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은 추출된 가속도 센서의 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 추출된 자이로 센서의 데이터를 나타낸 것이다.
도 5는 이산변환을 통하여 안정시 및 기존 보행과 구별되는 phase difference를 이용하여 보행동결을 판정하는 방법을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6은 보행동결의 예측에 있어서 센서의 무릎착용시가 발목착용시 보다 더 효율적임을 나타낸 것이다.
1 schematically shows the steps of data extraction, processing, freezing prediction, transmission and storage according to the present invention.
FIG. 2 illustrates an example in which an acceleration and a gyro sensor are worn on an ankle and a knee of a patient.
3 shows data of the extracted acceleration sensor.
4 shows data of the extracted gyro sensor.
FIG. 5 exemplarily shows a method of determining gait freezing by using phase difference distinguished from stable and existing gait through discrete transformation.
Fig. 6 shows that the sensor knee wear is more efficient than the ankle wear in the prediction of gait freezing.

본 시스템의 구성은 가속도를 감지하기위한 가속도 센서와 하지의 기울기 즉 하지의 회전 (신체의 turning) 및 정지-출발 등을 감지하기 위한 자이로 센서와 상기 가속도 및 자이로 센서로부터 제공되는 가속도 및 기울기 데이터를 획득하여 처리하는 데이터 추출부, 시간*상황*이산이론을 적용하여 정지 출발시, 회전시 및 보행시의 상황별 보행동결을 예측하기 위한 보행동결 예측부 및 데이터를 단말기로 전송해주는 데이터 전송 모듈 그리고 데이터를 저장하는 저장부를 가진 단말기로 구성된다.The system consists of an acceleration sensor for detecting acceleration and a gyro sensor for detecting the inclination of the lower limb, that is, rotation (body turning) and stop-start of the lower limb, and acceleration and tilt data provided from the acceleration and gyro sensor And a data transfer module for transferring the data to the mobile station, and a data transfer module for transferring data to the mobile station. And a terminal having a storage unit for storing data.

임상기반의 상황을 고려하여 다양한 패턴의 (Start-Hesitation, Turning-Hestitation, Walking Hesitation) 보행동결을 시간구간, 상황구간, 이산시스템이론을 이용하여 분석하였다(도1).Based on the clinical context, various patterns of walking, freezing, turning-hestitation, and walking-hesitation were analyzed by using time interval, situation interval, and discrete system theory (Fig. 1).

시간 및 상황구간의 분석과 이산함수알고리즘을 이용한 보행동결 예측 장치는 환자의 발목과 무릎의 움직임에 따른 3축 가속도 및 관성 신호의 데이터를 수집하여 각축의 가속도 및 각속도의 신호를 추출한 후 처리를 하였다(도2).The analysis of time and situation and the gait freezing prediction system using the discrete function algorithm collect data of 3-axis acceleration and inertia signal according to the movement of ankle and knee of the patient and extract the signals of acceleration and angular velocity of each axis and then processed (Fig. 2).

보행검출전 노이즈성분을 제거한 후 stationarity를 높이기위하여 linear trend를 제거하고 보행 중에 발생되는 보행 가속도 이외의 측정 잡음이나 고주파 잡음, 중력 가속도를 제거하기 위해 이동평균, median filter 및 band pass filter를 사용하였다.To remove stationary noise, we removed the linear trend and used a moving average, a median filter, and a band pass filter to remove measurement noise, high frequency noise, and gravitational acceleration other than gait acceleration during walking.

<실시예1> 파킨슨병 환자의 보행 데이터 수집Example 1: Walking data collection for patients with Parkinson's disease

상황별 빈번한 보행동결이 나타난 8명의 참여대상자의 데이터를 분석에 이용하였다. 피험자는 3축의 가속도 및 자이로센서가 장착된 가속도센서를 dominant발목과 무릎에 착용한 후 보조없이 자력으로 자신이 선호하는 보행속도로 걷게 하였다. 보행구간은 일상에서의 보행시의 보행동결을 예측하기 위하여 I대학내의 보행구간을 회전 및 방향전환을 포함하여 최소 1회 이상의 FOG가 발생할 수 있도록 20분간 걷게 하였다. 또한 보행시 보행동결의 판정을 위하여 비디오카메라를 이용하여 모든구간의 보행영상을 촬영하여, 1초이상의 보행동결구간을 임상의가 판별하였다. 본연구에서는 3축가속도 데이터는 band pass filter를 이용하여 처리한 후 계측된 수직, 전후, 좌우방향의 가속도에 대하여 이산알고리즘을 이용하여 정지 및 스탠딩의 low power와 보행동결을 구분하기 위한 역치수준과 정상보행의 power치와 보행동결을 구분하기 위한 역치수준을 이용하여 보행동결의 시간구간을 특정하였다. 또한 자이로센서의 데이터를 이용하여 방향회전, 정지출발등의 상황구간을 보정하였다. 보행동결의 패턴은 보행시의 보행동결, 회전시에 나타나는 보행동결, 정지-출발시에 나타나는 보행동결을 각각 구분하여 산출하였다. 가속도 및 자이로센서를 이용한 보행동결의 데이터구간의 판정정보를 임상의의 판독구간과 비교검토 하였다.Data were collected from 8 participants who showed frequent gait freezing according to the situation. The subject wore the accelerometer with three axes and the gyro sensor on the dominant ankle and knee and then walked with his or her own preferred walking speed without assistance. In order to predict freezing of walking during daily walking, I walked for 20 minutes so that at least one FOG including rotation and direction change was generated in the walking zone in I university. In addition, the gait images of all sections were photographed using a video camera to determine the gait freezing when walking. In this study, the three-axis velocity data is processed by using a band pass filter, and then the threshold level for distinguishing low power and freezing of standing and standing from the measured vertical, The time interval of gait freezing was determined by using the threshold level to distinguish between the power value of normal gait and gait freezing. In addition, the gyro sensor data was used to correct the situation section such as direction rotation, stop start, and so on. The patterns of walking freezing were divided into walking freezing at the time of walking, freezing at the time of turning, and freezing at the time of stop - start. Acceleration and gyro sensor were used to compare the judgment data of gait freezing with that of the clinician.

<실시예2> 파킨슨병 환자의 보행 데이터 비교분석Example 2 Comparative Analysis of Gait Data of Patients with Parkinson's Disease

추출된 1초당 30-32hz의 가속도 및 자이로 센서의 데이터를 수집하고(도3, 도4), 각 센서로부터 추출된 데이터를 filtering하여 2초 이상의 이상보행으로 판단되는 데이터시간구간을 추출하였다.The extracted acceleration data of 30-32 Hz per second and gyro sensor data are collected (FIG. 3 and FIG. 4), and data extracted from each sensor is filtered to extract a data time interval judged to be over 2 seconds or more.

추출한 데이터시간구간에 따른 자이로센서 데이터를 추출하여 보행시, 회전시, 정지-보행시, 앉았다 일어서 보행과 같은 상황부 데이터를 추출하였다(도5).The gyro sensor data was extracted according to the extracted data time interval and context data such as walking, standing, walking, sitting and walking were extracted (Fig. 5).

이산변환을 통하여 안정시 및 기존 보행과 구별되는 phase difference를 이용하여 보행동결을 판정하였다. 보행동결의 시간구간은 비교신호를 이산변환하여 산출한 수직전후좌우의 역치 수준이 정지시보다 크며 보행시보다 작을 경우를 만족하여야 하며, 회전, 터닝, 정지 보행의 상황구간은 자이로센서의 기울기값을 사용하여 보정하였다.The gait freezing was judged by using phase difference which is distinguished from stable and existing gait through discrete transformation. The time interval of the gait freezing should satisfy the case where the threshold value of vertical, left, and right vertical distance calculated by the discrete transformation of the comparison signal is larger than that at the stop and smaller than that at the time of walking, and the rotation, turning, Lt; / RTI &gt;

자이로센서 데이터를 사용하여 보정한 가속도신호데이터를 통하여 확인한 정상 보행구간에 비하여 보행동결구간 보행단절로 인해 가속도치가 현저하게 차이가 나타나며, 실제 임상의가 판단한 보행동결의 구간과 유사하게 나타났고, 가속도 센서를 이용하여 추정된 FOG구간 역시 임상의가 판단한 구간과 유사한 구간을 나타내고 있다. Moore et al는 발목 몸통에 비하여 무릎착용시 더 높은 예측도를 보고하였으나, 본 연구에서 보행동결의 예측도는 무릎착용시 보다는 발목착용시에 더 유의하게 좋은 것으로 나타났다 (도6).The gyro sensor data showed a significant difference in the acceleration value due to the walking disconnection of the gait freezing section compared with the normal gait section which was confirmed through the acceleration signal data corrected by the gyro sensor data and was similar to the gait freezing section judged by the actual clinician, The estimated FOG interval using the sensor also shows the interval similar to the interval determined by the clinician. Moore et al reported higher predictability for knee wear than for the ankle trunk, but the predictability of gait freezing in this study was significantly better when wearing ankle than when wearing knee (Figure 6).

본 연구에서는 임상의가 실시간 영상정보를 통하여 진단한 보행동결의 구간과 가속도센서 및 자이로센서를 이용하여 구현한 알고리즘에 의해 추정된 보행구간의 비교를 통해 보행동결 예측 시스템의 통계적 정확성을 확인 할 수 있었다. 수직, 전후, 좌우 방향의 가속도에 대해 이산변환을 실시하여, 이로부터 보행동결의 역치구간을 산출하였으며, 이 변수의 표준화를 통해 실제 보행동결 발생 시 92%, 72%의 민감도로 보행동결을 예측 할 수 있었다.In this study, the statistical accuracy of the gait freezing prediction system can be confirmed by comparing the gait interval estimated by the algorithm implemented by the acceleration sensor and the gyro sensor, there was. The standard deviation of the gait freezing was estimated by 92% and 72% of the gait freezing, and the gait freezing was predicted with the sensitivity of 72%. Could.

따라서 파킨슨환자의 병원내 및 실험실 수준의 검사가 아닌 일상생활시의 치료효과 (보행동결의 증감여부 등)등을 장기간의 모니터링을 통하여 판별하거나 보행동결발생시의 알림 서비스와 같은 시스템의 구축에 유용한 정보로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, it is useful to determine the therapeutic effects (such as the increase / decrease of gait freezing) in the daily life rather than the in-hospital and laboratory-level examinations of Parkinson's patients through long-term monitoring or useful information It can be used as

Claims (9)

가속도를 감지하기 위한 3축 가속도 센서;
출발, 정지, 보행 및 회전을 감지하기 위한 자이로 센서;
상기 가속도 및 자이로 센서로부터 제공되는 데이터를 처리하는 데이터 추출부;
출발, 정지, 보행 및 회전시 보행동결을 예측하기 위한 보행동결 예측부;
데이터를 단말기로 전송해주는 데이터 전송 모듈;및
상기 단말기는 데이터를 저장하는 저장부;를 포함하는 것인 보행동결 측정 장치.
A three-axis acceleration sensor for sensing acceleration;
A gyro sensor for sensing start, stop, walking and rotation;
A data extracting unit for processing the data provided from the acceleration and the gyro sensor;
A gait freezing predicting unit for predicting gait freezing when starting, stopping, walking and turning;
A data transmission module for transmitting data to a terminal;
And the terminal includes a storage unit for storing data.
제1항에 있어서,
상기 보행동결 측정 장치는 발목에 착용하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the gait freezing measuring device is worn on the ankle.
보행자의 움직임에 따른 가속도 신호를 3축 가속도 센서를 통하여 센싱하는 단계;
출발, 정지, 보행 및 회전을 자이로 센서를 통하여 센싱하는 단계;
상기 가속도 및 자이로 센서로부터 제공되는 데이터를 데이터 추출부를 통하여 처리하는 단계;
보행동결 예측부를 통하여 출발, 정지, 보행 및 회전시 보행동결을 예측하는 단계;
데이터 전송 모듈을 통하여 데이터를 단말기로 전송해주는 단계;및
상기 단말기의 저장부에 데이터를 저장하는 단계;를 포함하는 것인 보행동결 측정방법.
Sensing an acceleration signal according to a motion of a pedestrian through a three-axis acceleration sensor;
Sensing start, stop, walk and rotation through a gyro sensor;
Processing the data provided from the acceleration and the gyro sensor through a data extraction unit;
Estimating a walking freezing by starting, stopping, walking, and rotating through the walking freezing prediction unit;
Transmitting data to a terminal through a data transmission module;
And storing data in a storage unit of the mobile terminal.
제3항에 있어서,
상기 데이터 추출 단계는 3축 가속도 및 각속도 신호의 데이터를 수집하여 각축의 가속도 및 각속도의 신호를 추출하는 방법인 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of extracting data is a method of collecting data of three-axis acceleration and angular velocity signals and extracting signals of acceleration and angular velocity of each axis.
제3항에 있어서,
상기 데이터 추출 단계는 1초당 30-32hz의 가속도 및 자이로 센서를 이용하여 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the data extraction step extracts data using a gyro sensor and an acceleration of 30-32 Hz per second.
제3항에 있어서,
상기 데이터 처리 단계는 linear trend를 제거하고 이동평균, median filter, band pass filter를 사용하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the data processing step removes a linear trend and uses a moving average, a median filter, and a band pass filter.
제3항에 있어서,
상기 보행동결 예측 단계는 시간 및 상황구간의 분석과 이산함수알고리즘을 이용한 방법인 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the gait freezing prediction step is a method using an analysis of a time and a state interval and a discrete function algorithm.
제3항에 있어서,
상기 보행동결 예측 단계는 보행시의 보행동결, 회전시의 보행동결, 정지-출발시의 보행동결을 각각 구분하여 산출하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the walking freezing prediction step is performed by separately calculating walking freezing at the time of walking, freezing at the time of walking, and freezing at the time of stopping and starting.
제3항에 있어서,
상기 보행동결 예측부는 신호를 이산변환하여 산출한 수직, 전후, 좌우의 역치 수준이 정지시보다 크며 보행시보다 작은 경우 보행동결로 판별하는 것을 특징으로 하는 보행동결 측정방법.
The method of claim 3,
Wherein the gait freezing predicting unit determines that the vertical, the back and front, the left and right threshold levels calculated by the discrete transform of the signal are greater than the stop time, and is smaller than the walking time.
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