KR20210000336A - System and method for measuring dynamic postural balance - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a dynamic posture balance measurement system and a dynamic posture change measurement method using the same. The dynamic posture balance measurement system includes: a moving support surface which has a support surface supporting a subject to be evaluated and provides stimulation for a body and a vestibular function by providing at least one or more of a preset direction, speed, and acceleration to the subject to be evaluated; virtual reality (VR) glasses which provide visual stimulation of virtual reality to the subject; at least one inertial measurement sensor attached to at least one of the body parts of the subject to be evaluated; a force plate which measures the pressure difference between both feet of the subject; and a central control unit which time-integrates information on a time when the moving support surface moves, and information on the posture movement of the subject measured by the inertial measurement sensor and the force plate.

Description

동적 자세 균형 측정 시스템 및 이를 이용한 동적 자세 변화 측정 방법{System and method for measuring dynamic postural balance}Dynamic postural balance measurement system and method for measuring dynamic postural change using same {System and method for measuring dynamic postural balance}

본 발명은 동적 자세 균형 측정 시스템 및 이를 이용한 동적 자세 변화 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 VR 안경 및 이동지지면을 통해 비현실적인 자극이 아닌 일상생활 환경에서 경험하는 시각 자극 및 이동 자극을 실제 그 환경에 있는 것과 같이 제공하고 생리적으로 중요한 위치에 복수의 센서를 부착하여 전정기능 및 인체 균형 유지 기능을 측정할 수 있는 동적 자세 균형 측정 시스템 및 이를 이용한 동적 자세 변화 측정 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a dynamic posture balance measurement system and a dynamic posture change measurement method using the same, and more specifically, through VR glasses and a moving support surface, visual stimulation and movement stimulation experienced in daily life environments are actually used. The present invention provides a dynamic posture balance measurement system capable of measuring vestibular function and human body balance maintenance function by attaching a plurality of sensors to physiologically important positions and providing a dynamic posture change measurement method using the same.

기존 동적자세검사기는 도 1에 나타난 바와 같이, 전정기능 평가를 위한 검사에서 주어지는 동적 자극은 실질적으로 인체 이동을 일으키지 않고 인체 움직임에 따라 수동적으로 지지면이 유동하는 형태로 주어지며, 정해진 방향이나 속도의 인체 움직임을 유발하지 않는 문제점이 있었다. 그 결과 일상생활(버스 탑승 등)에서 흔하게 접할 수 있는 인체 이동 자극에 따른 인체 균형 평가가 불가능한 측면이 있었다.As shown in FIG. 1, the existing dynamic posture tester is given in a form in which the support surface passively flows according to the movement of the human body without actually causing movement of the human body, and the dynamic stimulation given in the test for vestibular function evaluation, as shown in FIG. There was a problem that did not cause the human body movement. As a result, there was an aspect that it was impossible to evaluate the balance of the human body according to the movement stimulus commonly encountered in everyday life (such as boarding a bus).

또한, 전정질환이 있는 환자는 시각 정보에 의존하여 균형을 유지하는 비율이 높아진다. 즉, 주변 사물의 시각적인 위치 정보를 통해 인체 균형을 유지하게 된다. 하지만, 기존 장비(동적자세검사기)는 현실감 있는 다양한 형태의 시각 자극을 제공하지 못하기 때문에, 인체 균형 유지에 있어 시각 정보의 영향을 효과적으로 평가하기 어려운 측면이 있다.In addition, patients with vestibular disease have a higher proportion of maintaining balance depending on visual information. That is, the human body balance is maintained through visual location information of surrounding objects. However, since the existing equipment (dynamic posture tester) cannot provide various types of realistic visual stimuli, it is difficult to effectively evaluate the effect of visual information on maintaining human balance.

이에 더하여, 종래의 동적자세검사기는 인체 무게 중심의 이동에 대한 정보와 고관절, 슬관절, 발목관절 부위의 이동를 힘판(force plate)에 가해지는 양발의 압력차를 통해 간접적으로 계산하게 된다. 이와 같은 간접적인 방법을 통해서는 정확한 인체 무게 중심의 이동 및 고관절, 슬관절, 발목관절 부위의 이동에 대한 정보를 정확하게 파악하기 어려운 측면이 있다.In addition, the conventional dynamic posture tester indirectly calculates information on the movement of the center of gravity of the human body and the movement of the hip joint, knee joint, and ankle joint through the pressure difference between both feet applied to the force plate. Through such an indirect method, it is difficult to accurately grasp information on the movement of the center of gravity of the human body and the movement of the hip, knee, and ankle joints.

추가적으로 동적자세검사기는 전정기관이 위치하는 내이(inner ear)의 실제 이동을 평가하지 못한다. 따라서 검사 당시 전정기관에 입력된 자극의 방향, 가속도, 속도에 대한 정보를 반영하지 못하는 문제점이 있다.Additionally, the dynamic posture tester cannot evaluate the actual movement of the inner ear where the vestibular organ is located. Therefore, there is a problem in that information on the direction, acceleration, and velocity of the stimulus input to the vestibular organ at the time of examination cannot be reflected.

(한국등록특허 제10-1670134호, 2016년 10월 28일)(Korean Patent Registration No. 10-1670134, October 28, 2016)

본 발명의 목적은 비현실적인 자극이 아닌 일상생활 환경에서 경험하는 시각 자극 및 이동 자극을 실제 그 환경에 있는 것과 같이 제공하고 생리적으로 중요한 위치에 복수의 센서를 부착하여 전정기능 및 인체 균형 유지 기능을 측정할 수 있는 동적 자세 균형 측정 시스템 및 이를 이용한 동적 자세 변화 측정 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide visual and movement stimuli experienced in everyday life environments, not unrealistic stimuli, as if they were in the actual environment, and to measure vestibular function and human balance maintenance function by attaching a plurality of sensors at physiologically important positions. It is to provide a dynamic posture balance measurement system capable of performing and a dynamic posture change measurement method using the same.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전정기능을 검사하는 동적 자세 균형 측정 시스템에 있어서, 평가대상자를 지지할 수 있는 지지면을 구비하여, 평가대상자에게 기 설정된 방향, 속도 및 가속도 중 적어도 하나 이상을 제공하여 체성 및 전정 기능에 대한 자극을 제공하는 이동지지면; 평가대상자에게 가상현실의 시각자극을 제공하는 가상현실(VR) 안경; 평가대상자의 신체부위 중 적어도 한 곳 이상에 부착되는 적어도 하나 이상의 관성측정센서; 평가대상자 양발의 압력차를 측정하는 힘판; 및 이동지지면이 이동한 시점과 관성측정센서 및 힘판에서 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 시간적으로 통합하는 중앙제어부;를 포함한다.In order to achieve the above object, in the dynamic posture balance measurement system for examining the vestibular function according to an embodiment of the present invention, a support surface capable of supporting an evaluation subject is provided, so that a predetermined direction, speed, and A movement support surface providing at least one of acceleration to provide stimulation for somatic and vestibular functions; Virtual reality (VR) glasses that provide visual stimulation of virtual reality to the subject of evaluation; At least one inertial measurement sensor attached to at least one or more of the body parts of the evaluation subject; A force plate for measuring the pressure difference between both feet of the evaluation subject; And a central control unit that temporally integrates information on the movement of the movement support surface and the posture movement of the evaluation subject measured by the inertial measurement sensor and the force plate.

본 실시예에 있어서, 관성측정센서는 평가대상자의 배꼽 아래에 부착되어 인체무게중심을 센싱하는 제1 관성측정센서; 전정기관이 위치하는 내이(inner ear)에 인접하여 배치되어 전정기관에 입력되는 자극을 센싱하는 제2 관성측정센서; 및 인체의 균형 유지를 담당하는 고관절, 무릎관절 및 발목관절 중 적어도 한 곳 이상에 배치되는 제3 관성측정센서;로 형성될 수 있다.In this embodiment, the inertial measurement sensor includes: a first inertial measurement sensor attached under the belly button of the evaluation subject to sense the center of the human body; A second inertial measurement sensor disposed adjacent to the inner ear in which the vestibular organ is located to sense a stimulus input to the vestibular organ; And a third inertial measurement sensor disposed at at least one of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint responsible for maintaining the balance of the human body.

본 실시예에 있어서, 평가대상자의 근육의 수축 및 이완상태를 감지하는 근전도센서를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, it may further include an EMG sensor that detects the contraction and relaxation state of the muscle of the evaluation subject.

본 실시예에 있어서, 중앙제어부는 지지면을 통해 기 설정된 감각자극의 시점과 관성측정센서, 힘판을 통해 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 자극과 반응의 선후관계를 시간관계로 구분하고, 감각자극 후에 일어나는 반응이 일어나는 잠복기를 기설정된 시간단위로 측정할 수 있다.In this embodiment, the central control unit divides information on the posture movement of the evaluation subject measured through the point of time of the sensory stimulation preset through the support surface, the inertial measurement sensor, and the force plate into the time relationship between the stimulus and the reaction. In addition, the incubation period for the reaction occurring after the sensory stimulation can be measured in a predetermined time unit.

본 실시예에 있어서, 중앙제어부는 평가대상자로부터 측정하여 분석한 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 학습하는 인공지능(AI) 모듈을 구비할 수 있다.In this embodiment, the central control unit may include an artificial intelligence (AI) module that stores data measured and analyzed from an evaluation subject and learns the stored data.

본 실시예에 있어서, 중앙제어부는 사용자 단말기와 연결되는 무선통신모듈을 구비하며, 사용자 단말기는 애플리케이션을 구비하고, 애플리케이션을 통해 상기 중앙제어부를 제어되도록 할 수 있다.In this embodiment, the central control unit may include a wireless communication module connected to the user terminal, and the user terminal may have an application and control the central control unit through the application.

본 실시예에 있어서, 가상현실(VR) 안경은 시각 자극에 따른 안구움직임을 분석할 수 있는 아이 트레킹 센서를 구비할 수 있다.In this embodiment, the virtual reality (VR) glasses may include an eye tracking sensor capable of analyzing eye movements according to visual stimuli.

본 실시예에 있어서, 제1 관성측정센서를 통해 측정되는 평가대상자의 인체무게중심의 위치와 제3 관성측정센서를 통해 지지면의 이동에 따른 평가대상자의 고관절, 무릎관절 및 발목관절의 이동백터와 가속도의 실시간 이동위치와, 평가대상자의 평가중 실제 촬영된 영상을 표시하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the movement vectors of the hip, knee and ankle joints of the evaluation subject according to the position of the center of the body weight of the evaluation subject measured through the first inertial measurement sensor and the movement of the support surface through the third inertial measurement sensor It may further include a display unit for displaying the real-time moving position of the and acceleration, and an image actually photographed during the evaluation of the evaluation subject.

동적 자세 균형 측정 시스템을 이용한 동적 자세 변화 측정 방법은 가상현실(VR) 안경, 이동지지면을 통해 프로그램된 자극을 제공하는 단계; 힘판 위에 기립한 피검사자의 양발의 전후, 좌우 압력 차를 바탕으로 인체무게중심의 이동을 계산하는 단계; 피검사자의 머리, 상기 인체무게중심이 위치하는 몸통 및 인체의 기립과 균형유지를 위한 무릎 및 발목관절 중 적어도 한곳 이상에 관성측정센서를 부착하고, 각 신체부위의 이동에 따른 벡터(vector), 가속도(acceleration)를 측정하여 실시간 이동 위치를 확인하는 단계; 및 기설정된 시각 및 이동 자극에 따른 대상자의 동요 및 이동 잠복기, 속도, 가속도 및 방향을 중앙제어부를 통해 계산하여 디스플레이부에 표시하는 단계;를 포함한다.A dynamic posture change measurement method using a dynamic posture balance measurement system includes the steps of providing a programmed stimulus through virtual reality (VR) glasses and a moving support surface; Calculating the movement of the center of gravity of the human body based on the pressure difference between the front and rear and left and right of the test subject's feet standing on the force plate; An inertial measurement sensor is attached to at least one of the subject's head, the body where the body weight center is located, and at least one of the knee and ankle joints to maintain the standing and balance of the body, and the vector and acceleration according to the movement of each body part measuring (acceleration) to check a real-time moving position; And calculating the subject's agitation and movement incubation period, speed, acceleration, and direction according to a preset visual and movement stimulus through the central control unit and displaying it on the display unit.

본 실시예에 있어서, 이동 지지면의 이동에 따라 유발되는 대상자의 동요 및 인체무게 중심의 이동을 복수의 관성측정센서 및 힘판을 통해 측정할 때, 대상자의 실제 움직임을 동영상으로 촬영하고, 이를 이동자극 제공 및 센서 측정 시점과 시간적으로 통합하여 촬영된 영상을 표시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, when the subject's movement caused by the movement of the moving support surface and the movement of the center of the body weight are measured through a plurality of inertial measurement sensors and a force plate, the actual movement of the subject is photographed as a video, and the movement is performed. It may further include a step of temporally integrating with the time point of providing the stimulus and measuring the sensor to display the captured image.

본 실시예에 있어서, 복수의 관성측정센서 및 상기 힘판의 이동에 따라 대상자의 동요 및 인체무게 중심을 측정할 때, 대상자의 실제 움직임을 동영상으로 촬영하고, 이를 이동자극 제공 및 센서 측정 시점과 시간적으로 통합하여 상기 촬영된 영상을 표시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the present embodiment, when measuring the subject's shaking and body weight center according to the movement of the plurality of inertial measurement sensors and the force plate, the actual movement of the subject is photographed as a video, and this is It may further include a step of integrating and displaying the captured image.

본 발명에 의한 동적 자세 균형 측정 시스템 및 이를 이용한 동적 자세 변화 측정 방법은 비현실적인 자극이 아닌 일상생활 환경에서 경험하는 시각 자극 및 프로그램된 지지면의 실질적인 이동 자극을 실제 그 환경에 있는 것과 같이 제공하여 전정기능 및 인체 균형 유지 기능을 보다 효과적으로 측정할 수 있다.The dynamic posture balance measurement system according to the present invention and the dynamic posture change measurement method using the same provide visual stimulus experienced in everyday life environment and practical movement stimulus of the programmed support surface as if it were in the actual environment, not unrealistic stimulation. It can measure function and body balance maintenance function more effectively.

이때, 복수의 관성측정센서(IMU sensor) 및 힘판(force plate)을 설치하여, 각 부위에 설치된 센서가 서로 복합적으로 평가대상자의 인체 동요를 평가할 수 있다. 다중 센서를 통한 측정 데이터는 중앙제어부에서 정밀한 시간 단위로 통합되며, 인공지능(AI) 기반 학습을 통해 개인별 최적 자세유지 기능을 분석하고, 이를 바탕으로 맞춤형 재활 치료를 구성하여 시행할 수 있다.At this time, by installing a plurality of inertial measurement sensors (IMU sensor) and a force plate (force plate), the sensors installed in each part can evaluate the human body shaking of the subject in combination with each other. Measurement data through multiple sensors is integrated in precise time units in the central control unit, and the optimal posture maintenance function for each individual is analyzed through artificial intelligence (AI)-based learning, and customized rehabilitation treatment can be configured and implemented based on this.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 종래의 동적자세검사기를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템의 블록도이다.
도 3은 평가대상자가 복수의 센서를 착용하고 힘판 위에 올라가 있는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템의 디스플레이부를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템을 이용한 동적 자세 변화 측정 방법의 순서도이다.1 is a photograph showing a conventional dynamic posture tester.
2 is a block diagram of a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a state in which an evaluation subject wears a plurality of sensors and stands on a force plate.
4 is a photograph showing a display of a dynamic posture balance measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a dynamic posture change measurement method using a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.In addition, throughout the specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, throughout the specification, the term “on” means that it is positioned above or below the target part, and does not necessarily mean that it is positioned above the direction of gravity.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템의 블록도이며, 도 3은 평가대상자가 복수의 센서를 착용하고 힘판 위에 올라가 있는 상태를 나타내는 개념도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템의 디스플레이부를 나타내는 사진이다.2 is a block diagram of a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which an evaluation subject wears a plurality of sensors and stands on a force plate, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a picture showing the display of the dynamic posture balance measurement system according to.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템은 VR 안경(110), 이동지지면(120), 힘판(130), 다수의 관성측정센서(140), 기타 센서(150), 디스플레이부(160) 및 중앙제어부(170)를 포함하여 구성된다.2 to 4, a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention includes VR glasses 110, a moving support surface 120, a force plate 130, and a plurality of inertial measurement sensors 140. , And other sensors 150, a display unit 160, and a central control unit 170.

이동지지면(120)은 평가대상자를 지지할 수 있는 지지면을 구비하여, 평가대상자에게 기 설정된 방향, 속도 및 가속도 중 적어도 하나 이상으로 평가대상자의 상태정보를 고려하여 제공되며, 특히, 체성 및 전정기능에 대한 자극을 제공할 수 있다. The movement support surface 120 is provided with a support surface capable of supporting the evaluation subject, and is provided to the evaluation subject in consideration of the condition information of the evaluation subject in at least one or more of a preset direction, speed, and acceleration. It can provide stimulation for vestibular function.

이를 위해, 힘판(130)이 설치된 이동지지면(120)에는 기설정된 움직임을 조정할 수 있도록 복수의 실린더(131)가 부착된다. 실린더(131)는 비스듬하게 배치되는 실린더(131a)와 수직으로 배치되는 실린더(131a)를 구비한다. 각 실린더의 일단은 삼각대의 둘레방향을 따라 결합되고 타단이 힘판(130)의 하측면에 결합된다. 이를 통하여, 힘판(130)의 기울기 상태를 VR 안경(110)을 통해 제공되는 시각자극과 대응되도록 다양하게 조정할 수 있어 평가대상자에게 다양한 환경을 제공하여 보다 정밀한 평가를 제공할 수 있다. 이동지지면(120)의 기울기 조건은 인공지능(AI) 모듈 또는 사용자 입력조건을 통한 다양한 조건으로 변경될 수 있다.To this end, a plurality of cylinders 131 are attached to the movement support surface 120 on which the force plate 130 is installed so as to adjust a preset movement. The cylinder 131 includes a cylinder 131a disposed at an angle and a cylinder 131a disposed vertically. One end of each cylinder is coupled along the circumferential direction of the tripod, and the other end is coupled to the lower side of the force plate 130. Through this, the inclination state of the force plate 130 can be variously adjusted to correspond to the visual stimulus provided through the VR glasses 110, thereby providing a variety of environments to the evaluation subject to provide a more precise evaluation. The tilt condition of the moving support surface 120 may be changed to various conditions through an artificial intelligence (AI) module or a user input condition.

즉, 이동지지면(120)은 평가대상자의 상태정보를 고려하여 설정된 방향, 속도, 가속도를 제공하여 체성 및 전정 기능에 대한 정량화된 자극이 직접 제공되도록 할 수 있다.That is, the movement support surface 120 may provide a direction, a speed, and an acceleration set in consideration of the state information of the subject to be evaluated, so that quantified stimuli for somatic and vestibular functions may be directly provided.

가상현실(VR) 안경(110)은 평가대상자에게 가상현실의 시각자극을 제공하는 것으로서, 비현실적인 자극이 아닌 일상생활 환경에서 경험할 수 있는 시각 자극을 평가대상자에게 제공함으로써 이동지지면(120)과 함께 복합적으로 평가대상자에게 그 장소에 있는 것과 같은 현실적인 환경이 제공되도록 할 수 있다.The virtual reality (VR) glasses 110 provide a visual stimulus of virtual reality to an evaluation subject, and provide visual stimuli that can be experienced in a daily life environment, rather than an unrealistic stimulus, to the evaluation subject together with the moving support surface 120. In combination, it is possible to provide a realistic environment for the subject to be evaluated as if it were at the site.

이때, VR 안경(110)은 시각자극에 따른 안구움직임을 분석할 수 있는 아이 트레킹 센서를 구비할 수 있다. 트레킹 센서를 통해 VR 안경을 통해 제공되는 환경에 대한 평가대상자의 안구움직임을 관찰 및 분석하여 전정안반사(VOR), 안구운동계 기능분석 및 병적안진(nystagmus)의 존재여부를 판단할 수 있게 된다.At this time, the VR glasses 110 may include an eye tracking sensor capable of analyzing eye movements according to visual stimulation. By observing and analyzing the eye movements of the subject to be evaluated for the environment provided through VR glasses through the trekking sensor, it is possible to determine the presence of vestibular reflex (VOR), ocular motor function analysis, and nystagmus.

특히, 본 발명에서 아이트래킹 센서는 VR 안경에서 화면 내에 VR 영상이 디스플레이 되도록 하여 전정기능검사를 더욱 정밀하게 수행할 수 있게 된다.In particular, in the present invention, the eye tracking sensor enables a VR image to be displayed on the screen in the VR glasses, so that the vestibular function test can be performed more precisely.

힘판(force plate)(130)은 기립한 피검사자의 양발의 압력차를 계산하여 인체 무게 중심의 이동을 추정 및 센싱하는 역할을 한다.The force plate 130 serves to estimate and sense the movement of the center of gravity of the human body by calculating the pressure difference between the feet of the subject standing up.

관성측정센서(IMU sensor, gyrosensor)(140)는 평가대상자의 신체부위 중 적어도 한 곳 이상에 부착되는 것으로서, 제1 (141), 제2 (142) 및 제3 관성측정센서(143)로 형성될 수 있으며, 그 이상의 센서가 추가로 적용될 수도 있다.The inertial measurement sensor (IMU sensor, gyrosensor) 140 is attached to at least one or more of the body parts of the evaluation subject, and is formed of the first (141), second (142) and third inertial measurement sensors (143). May be used, and more sensors may be additionally applied.

제1 관성측정센서(141)는 전정기관이 위치하는 내이(inner ear)에 인접하여 배치되어 전정기관에 입력되는 자극을 센싱한다. 제2 관성측정센서(142)는 평가대상자의 배꼽 아래에 부착되어 인체무게중심을 센싱한다. 제3 관성측정센서(143)는 인체의 균형 유지를 담당하는 고관절, 무릎관절 및 발목관절 중 적어도 한 곳 이상에 배치될 수 있다.The first inertial measurement sensor 141 is disposed adjacent to an inner ear in which the vestibular organ is located and senses a stimulus input to the vestibular organ. The second inertial measurement sensor 142 is attached under the belly button of the subject to be evaluated to sense the center of weight of the human body. The third inertial measurement sensor 143 may be disposed at at least one of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint responsible for maintaining the balance of the human body.

이때, 관성측정센서, 힘판(force plate)과 함께 근전도센서 등을 추가로 설치하여 통합 분석할 수 있도록 구성한다. 즉, 힘판 및 관성측정센서는 일정 수준 이상의 인체 이동이 일어날 때에만 센싱할 수 있으므로, 실제 움직임이 시작된 시점을 정밀하게 측정하는 일은 불가능하다. 그 결과 인체 균형 유지 방식 구별에 중요한 자극 후 반응 시간(잠복기)은 실제로는 움직임이라는 현상 보다는 근육 움직임을 측정하여야 가능하다. 이때, 추가적으로 구비되는 근전도센서를 통해 근육 움직임을 보다 정밀하게 측정할 수 있게 된다.At this time, an inertial measurement sensor and an EMG sensor, along with a force plate, are additionally installed to enable integrated analysis. That is, since the force plate and the inertial measurement sensor can sense only when a certain level of human movement occurs, it is impossible to accurately measure the point at which the actual movement starts. As a result, the response time (latent period) after stimulation, which is important for distinguishing the human body balance maintenance method, is actually possible only by measuring muscle movement rather than movement. At this time, it is possible to more accurately measure muscle movement through an additional EMG sensor.

디스플레이부(160)는 힘판(force plate)(130)을 통해 센싱하고 계산되는 평가대상자의 인체무게중심의 위치와, 관성측정센서(140)을 통해 지지면의 이동에 따른 평가대상자의 전정기관, 인체무게중심, 고관절, 무릎관절 및 발목관절의 이동 벡터와 가속도의 실시간 이동위치와, 평가대상자의 검사 중 실제 촬영된 영상을 표시할 수 있다. 상기 측정값 및 영상은 모두 시간적으로 통합되어 기록되며, 따라서 영상을 통해 검사 대상자의 실제 자세 유지를 관찰하여 이상이 있는 부위의 측정치를 쉽게 검색할 수 있도록 한다. The display unit 160 includes the position of the center of the body weight of the evaluation subject, which is sensed and calculated through the force plate 130, and the vestibular organ of the evaluation subject according to the movement of the support surface through the inertial measurement sensor 140, It is possible to display the real-time movement position of the movement vectors and accelerations of the center of gravity of the human body, hip, knee, and ankle joints, and an image actually photographed during the examination of the subject of evaluation. Both the measured value and the image are temporally integrated and recorded, so that the measured value of the abnormal area can be easily retrieved by observing the actual posture maintenance of the test subject through the image.

중앙제어부(150)는 지지면이 이동한 시점과 센서에서 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 정밀한 시간적으로 통합한다. 이때, 중앙제어부(150)는 지지면을 통해 기 설정된 감각자극의 시점과 센서를 통해 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 자극과 반응의 선후관계를 시간관계로 구분하고, 감각자극 후에 일어나는 반응이 일어나는 잠복기를 기설정된 시간단위로 측정할 수 있다.The central control unit 150 precisely timely integrates information on the movement of the support surface and the movement of the posture of the evaluation subject measured by the sensor. At this time, the central control unit 150 divides the information on the position of the subject's posture movement measured through the sensor and the time point of the sensory stimulation preset through the support surface into a time relationship between the stimulus and the reaction, and occurs after the sensory stimulation. The incubation period in which the reaction occurs can be measured in a preset time unit.

이때, 시간단위는 10ms 단위로 설정될 수 있으며, 발생한 자세 교정이 전정반사, 자세유지반사, 능동적 운동에 의해 일어났는지 확인 할 수 있다. 일반적으로 가장 빠른 자세유지반사인 신전반사는 60-80ms, 우리 몸에서 가장 빠른 전정 안반사는 10-15ms, 능동 운동은 200 ms 이상의 잠복기를 보이게 된다. 따라서, 10 ms 정도의 해상도를 가지면 평가대상자의 반응상태를 정확하게 구별할 수 있게 된다.At this time, the time unit may be set in units of 10 ms, and it is possible to check whether the posture correction that occurred was caused by vestibular reflection, posture maintenance reflection, or active exercise. In general, the fastest postural reflex, the extension reflex, is 60-80ms, the fastest vestibular eye reflex in our body is 10-15ms, and the active exercise shows an incubation period of 200ms or more. Therefore, with a resolution of about 10 ms, it is possible to accurately distinguish the reaction state of the evaluation subject.

또한, 중앙제어부(160)는 평가대상자로부터 측정하여 분석한 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 학습하는 인공지능(AI) 모듈을 구비할 수 있다. 인공지능(AI) 모듈을 통하여 축적된 데이터 및 관련 검사 데이터를 바탕으로 최적의 검사 환경을 평가대상자에게 제공함으로써 보다 정확한 특정결과와 신뢰성 있는 결과가 획득되도록 할 수 있다.In addition, the central control unit 160 may include an artificial intelligence (AI) module that stores data measured and analyzed from an evaluation subject and learns the stored data. Based on the data accumulated through the artificial intelligence (AI) module and related test data, the optimal test environment is provided to the evaluation target so that more accurate specific results and reliable results can be obtained.

이에 더하여, 중앙제어부(160)는 사용자 단말기(M)와 연결되는 무선통신모듈을 구비하며, 사용자 단말기(M)는 애플리케이션을 구비하고, 애플리케이션을 통해 중앙제어부(160)는 제어 및 업데이트 될 수 있다. 또한, 사용자 단말기(M)와 복수의 각 센서모듈은 무선통신으로 연결되고, 사용자 단말기(M)를 통해 각 센서모듈을 제어 또는 현재 센서모듈의 건전도상태 등을 확인 할 수 있다.In addition, the central control unit 160 includes a wireless communication module connected to the user terminal M, the user terminal M includes an application, and the central control unit 160 can be controlled and updated through the application. . In addition, the user terminal M and each of the plurality of sensor modules are connected by wireless communication, and each sensor module can be controlled through the user terminal M or the health status of the current sensor module can be checked.

중앙제어부(160)는 사용자 단말기(M)와 달리 이동이 용이한 랩탑(laptop)으로 형성되는 것이 바람직하지만, 데스크탑과 같은 서버형의 컴퓨터로도 형성될 수 있는 것으로서, 중앙제어부(160)의 크기가 제한되는 것은 아니다.Unlike the user terminal (M), the central control unit 160 is preferably formed as a laptop that is easy to move, but can also be formed as a server-type computer such as a desktop, and the size of the central control unit 160 Is not limited.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템을 이용한 동적 자세 변화 측정 방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a dynamic posture change measurement method using a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 동적 자세 균형 측정 시스템을 이용한 동적 자세 변화 측정 방법은 다음과 같다.A method of measuring dynamic posture change using a dynamic posture balance measurement system according to an embodiment of the present invention is as follows.

프로그램된 시각 및 지지면 이동 자극을 VR 안경 및 이동지지면을 통해 제공한다(S100).The programmed visual and support surface movement stimuli are provided through the VR glasses and the movement support surface (S100).

힘판은 위에 기립한 피검사자의 양발의 전후, 좌우 압력 차를 바탕으로 인체무게중심의 이동을 계산한다(S200). The force plate calculates the movement of the center of gravity of the human body based on the pressure difference between the front and rear, left and right of the test subject's feet standing on the top (S200).

피검사자의 머리, 인체무게중심이 위치하는 몸통 및 인체의 기립과 균형유지를 위한 무릎 및 발목관절 중 적어도 한곳 이상에 관성측정센서(IMU)를 부착하고, 각 신체부위의 이동에 따른 벡터(vector), 가속도(acceleration)을 측정하여 실시간 이동 위치를 확인한다(S300).An inertial measurement sensor (IMU) is attached to at least one of the subject's head, the body where the body weight center is located, and at least one of the knee and ankle joints for maintaining the standing and balance of the human body, and a vector according to the movement of each body part , Acceleration is measured to check the real-time moving position (S300).

복수의 관성측정센서 및 힘판의 이동에 따라 대상자의 동요 및 인체무게 중심을 측정할 때, 대상자의 실제 움직임을 동영상으로 촬영하고, 촬영된 영상을 표시한다(S400).When measuring the motion of the subject and the center of the body weight according to the movement of the plurality of inertial measurement sensors and the force plate, the actual movement of the subject is photographed as a video and the photographed image is displayed (S400).

기설정된 시각 및 이동 자극에 따른 대상자 주요 부위의 동요 및 이동 잠복기, 속도, 가속도, 방향을 중앙제어부에서 계산하여 디스플레이부에 표시한다(S500).The shaking and movement incubation period, speed, acceleration, and direction of the subject's main part according to the preset visual and movement stimulation are calculated by the central control unit and displayed on the display unit (S500).

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely provided specific examples to facilitate the description of the present invention and to aid understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

110 : VR 안경
120 : 이동지지면
130 : 힘판 (Force plate)
140 : 관성측정센서 (IMU sensor, Gyrosensor)
141 : 제1 관성측정센서
142 : 제2 관성측정센서
143 : 제3 관성측정센서
150 : 중앙제어부
160 : 디스플레이부
M : 사용자 단말기110: VR glasses
120: moving ground
130: Force plate
140: Inertial measurement sensor (IMU sensor, Gyrosensor)
141: first inertial measurement sensor
142: second inertial measurement sensor
143: 3rd inertial measurement sensor
150: central control unit
160: display unit
M: User terminal

Claims (10)

전정기능을 검사하는 동적 자세 균형 측정 시스템에 있어서,
평가대상자를 지지할 수 있는 지지면을 구비하여, 평가대상자에게 기 설정된 방향, 속도 및 가속도 중 적어도 하나 이상을 제공하여 체성 및 전정 기능에 대한 자극을 제공하는 이동지지면;
평가대상자에게 가상현실의 시각자극을 제공하는 가상현실(VR) 안경;
평가대상자의 신체부위 중 적어도 한 곳 이상에 부착되는 적어도 하나 이상의 관성측정센서;
평가대상자 양발의 압력차를 측정하는 힘판; 및
상기 이동지지면이 이동한 시점과 상기 관성측정센서 및 상기 힘판에서 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 시간적으로 통합하는 중앙제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
In the dynamic posture balance measurement system to check the vestibular function,
A movement support surface provided with a support surface capable of supporting an evaluation subject, providing at least one of a preset direction, velocity, and acceleration to the evaluation subject to provide stimulation for somatic and vestibular functions;
Virtual reality (VR) glasses that provide visual stimulation of virtual reality to the subject of evaluation;
At least one inertial measurement sensor attached to at least one or more of the body parts of the evaluation subject;
A force plate for measuring the pressure difference between both feet of the evaluation subject; And
And a central control unit for temporally integrating information on the movement of the movement support surface and the posture movement of the evaluation subject measured by the inertial measurement sensor and the force plate.
 제1항에 있어서,
상기 관성측정센서는,
평가대상자의 배꼽 아래에 부착되어 인체무게중심을 센싱하는 제1 관성측정센서;
전정기관이 위치하는 내이(inner ear)에 인접하여 배치되어 전정기관에 입력되는 자극을 센싱하는 제2 관성측정센서; 및
인체의 균형 유지를 담당하는 고관절, 무릎관절 및 발목관절 중 적어도 한 곳 이상에 배치되는 제3 관성측정센서;로 형성되는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 1,
The inertial measurement sensor,
A first inertial measurement sensor attached under the belly button of the evaluation subject to sense the center of the human body;
A second inertial measurement sensor disposed adjacent to the inner ear where the vestibular organ is located to sense a stimulus input to the vestibular organ; And
A dynamic posture balance measurement system comprising: a third inertial measurement sensor disposed at at least one of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint in charge of maintaining the balance of the human body.
 제1항에 있어서,
평가대상자의 근육의 수축 및 이완상태를 감지하는 근전도센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 1,
Dynamic posture balance measurement system comprising a; EMG sensor for detecting the contraction and relaxation state of the muscle of the evaluation subject.
 제3항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
상기 지지면을 통해 기 설정된 감각자극의 시점과 상기 관성측정센서, 힘판, 근전도 센서를 통해 측정되는 평가대상자의 자세 이동에 대한 정보를 자극과 반응의 선후관계를 시간관계로 구분하고, 상기 감각자극 후에 일어나는 반응이 일어나는 잠복기를 기설정된 시간단위로 측정하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 3,
The central control unit,
The information on the position of the sensory stimulation preset through the support surface and the posture movement of the evaluation subject measured through the inertial measurement sensor, force plate, and EMG sensor is divided into a temporal relationship between the stimulation and the reaction, and the sensory stimulation Dynamic posture balance measurement system, characterized in that the incubation period in which the reaction occurs later is measured in a preset time unit.
 제4항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
평가대상자로부터 측정하여 분석한 데이터를 저장하고, 상기 저장된 데이터를 학습하는 인공지능(AI) 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 4,
The central control unit,
A dynamic posture balance measurement system comprising: an artificial intelligence (AI) module that stores data measured and analyzed from an evaluation subject and learns the stored data.
 제1항에 있어서,
상기 중앙제어부는,
사용자 단말기와 연결되는 무선통신모듈을 구비하며,
상기 사용자 단말기는,
애플리케이션을 구비하고, 상기 애플리케이션을 통해 상기 중앙제어부를 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 1,
The central control unit,
It has a wireless communication module connected to the user terminal,
The user terminal,
A dynamic posture balance measurement system comprising an application and controlling the central control unit through the application.
 제1항에 있어서,
상기 가상현실(VR) 안경은,
시각 자극에 따른 안구움직임을 분석할 수 있는 아이 트레킹 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 1,
The virtual reality (VR) glasses,
A dynamic posture balance measurement system comprising an eye tracking sensor capable of analyzing eye movements according to visual stimulation.
 제2항에 있어서,
상기 제1 관성측정센서를 통해 측정되는 평가대상자의 인체무게중심의 위치와 상기 제3 관성측정센서를 통해 상기 지지면의 이동에 따른 평가대상자의 고관절, 무릎관절 및 발목관절의 이동백터와 가속도의 실시간 이동위치와, 평가대상자의 평가중 실제 촬영된 영상을 표시하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 균형 측정 시스템.
The method of claim 2,
The movement vectors and accelerations of the hip, knee and ankle joints of the evaluation subject according to the movement of the support surface through the position of the body weight center of the evaluation subject measured by the first inertial measurement sensor and the third inertial measurement sensor. A dynamic posture balance measurement system comprising: a display for displaying a real-time moving position and an image actually photographed during the evaluation of the evaluation subject.
 제1항 내지 제8항을 이용한 동적 자세 변화 측정 방법에 있어서,
가상현실(VR) 안경, 이동지지면을 통해 프로그램된 자극을 제공하는 단계;
힘판 위에 기립한 피검사자의 양발의 전후, 좌우 압력 차를 바탕으로 인체무게중심의 이동을 계산하는 단계;
피검사자의 머리, 상기 인체무게중심이 위치하는 몸통 및 인체의 기립과 균형유지를 위한 무릎 및 발목관절 중 적어도 한곳 이상에 관성측정센서를 부착하고, 각 신체부위의 이동에 따른 벡터(vector), 가속도(acceleration)를 측정하여 실시간 이동 위치를 확인하는 단계; 및
기설정된 시각 및 이동 자극에 따른 대상자의 동요 및 이동 잠복기, 속도, 가속도 및 방향을 중앙제어부를 통해 계산하여 디스플레이부에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 변화 측정 방법.
In the dynamic posture change measurement method using the claims 1 to 8,
Providing a programmed stimulus through virtual reality (VR) glasses and a moving support surface;
Calculating the movement of the center of gravity of the body based on the pressure difference between the front and rear and left and right of the test subject's feet standing on the force plate;
An inertial measurement sensor is attached to at least one of the subject's head, the body where the body weight center is located, and at least one of the knee and ankle joints to maintain the standing and balance of the body, and the vector and acceleration according to the movement of each body part measuring (acceleration) to check a real-time moving position; And
A method for measuring dynamic posture change, comprising: calculating the subject's agitation and movement incubation period, speed, acceleration, and direction according to a preset visual and movement stimulus through a central control unit and displaying it on a display unit.
 제9항에 있어서,
상기 복수의 관성측정센서 및 상기 힘판의 이동에 따라 대상자의 동요 및 인체무게 중심을 측정할 때,
대상자의 실제 움직임을 동영상으로 촬영하고, 이를 이동자극 제공 및 센서 측정 시점과 시간적으로 통합하여 상기 촬영된 영상을 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자세 변화 측정 방법.The method of claim 9,
When measuring the subject's agitation and the center of the body weight according to the movement of the plurality of inertial measurement sensors and the force plate,
A method for measuring dynamic posture change, further comprising: photographing an actual motion of the subject as a video, and temporally integrating it with a motion stimulus and a sensor measurement point to display the captured image.
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